專利名稱：一種用于進(jìn)行電子束光刻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行電子束光刻(electron beam lithography)的方法。本 發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
在光學(xué)光刻中，由光學(xué)方法可合理形成的最小點(diǎn)到達(dá)極限后，電子束光刻得到發(fā) 展。電子束光刻能夠在晶片上的能量敏感性抗蝕劑(energy sensitive resist)上記錄極 小的凹槽/槽溝(pit/groove)，以用于光學(xué)或電子的應(yīng)用。US2003155532公開(kāi)了一種用于電子束光刻的裝置，其中使用較小的束強(qiáng)度可以寫(xiě) 入很小的凹槽，通過(guò)在寫(xiě)入期間將每一凹槽曝光數(shù)次，由此來(lái)避免為所述束的電子密度設(shè) 定上限的電子之間的相互排斥。一行電子束被布置在軌跡的縱向方向上。所述束行中的每 一束都可以被控制為經(jīng)由電子光學(xué)器件投射在軌跡之上，或者散射至電子吸收位置。對(duì)所 述束行的控制確保了待被曝光的軌跡位置每次經(jīng)過(guò)來(lái)自所述束行中的束的發(fā)射位置時(shí)，所 討論的束被投射在所討論的位置之上。此外，設(shè)置了用于將束從束行沿軌跡的橫向方向移 動(dòng)的器件，以與主軌跡同時(shí)寫(xiě)入第二軌跡。最后，描述了彼此相鄰地布置以同時(shí)在兩個(gè)彼此 相鄰布置的軌跡上進(jìn)行寫(xiě)入操作的多行束。通過(guò)這一裝置，母盤(master disk)上的一個(gè) 點(diǎn)及相同點(diǎn)可以被多次曝光至來(lái)自束行的電子束，其中來(lái)自所述束行的連續(xù)的電子束用于 連續(xù)的曝光。該可控的器件能夠引導(dǎo)來(lái)自所述束行的束穿過(guò)孔，類似于“曝光”母盤上的抗 蝕劑的過(guò)程；或者不引導(dǎo)所述束穿過(guò)孔，類似于“不曝光”母盤上的抗蝕劑的過(guò)程。通過(guò)這 種方式，確保了抗蝕劑每次曝光在電子束下的“曝光時(shí)間”很短，同時(shí)，通過(guò)在束行中選擇足 夠數(shù)量的束，以實(shí)現(xiàn)足夠長(zhǎng)的總“曝光時(shí)間”，具體而言，長(zhǎng)至使信號(hào)中的噪聲量最小化。然 而，US2003155532的電子束光刻方法是用于制造光學(xué)母盤軌跡的。W02006076740公開(kāi)了一種相關(guān)的多束同步光柵掃描光刻系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括處理 器，該處理器在輸出處產(chǎn)生表示所期望的曝光圖樣(pattern)的電信號(hào)。曝光輻射的多束 源產(chǎn)生了多個(gè)曝光束。束調(diào)制器接收由處理器產(chǎn)生的電信號(hào)，并根據(jù)期望的曝光圖樣調(diào)制 多個(gè)曝光束。束偏轉(zhuǎn)器將多個(gè)曝光束沿第一軸線偏轉(zhuǎn)預(yù)定的距離，由此用期望的曝光圖樣 將多個(gè)像素沿第一軸線曝光。平移臺(tái)將襯底沿第二軸線移動(dòng)預(yù)定的距離來(lái)定位該襯底，以 用于沿第一軸線的像素的隨后曝光，從而產(chǎn)生期望的重疊曝光劑量的輪廓(profile)。為精 確地控制所形成的曝光圖樣，這一光刻系統(tǒng)需要及時(shí)地使束(光束或電子束)通電或斷電， 也即，開(kāi)啟或關(guān)閉束。這需要關(guān)于束的實(shí)際位置的很精確的認(rèn)知或反饋，這將限制光刻系統(tǒng) 的掃描速度。因此，需要一種更快速的光刻系統(tǒng)。當(dāng)如今通過(guò)電子束光刻制造帶有孔或點(diǎn)陣列的晶片或襯底時(shí)，每個(gè)單獨(dú)的孔和/ 或點(diǎn)(元素)都是分別地進(jìn)行選址的。每個(gè)點(diǎn)小至直徑低于10納米，且每個(gè)孔或點(diǎn)的配準(zhǔn) 精度應(yīng)小于1納米。這使得精確地移動(dòng)光束非常關(guān)鍵，且用于每次移動(dòng)的時(shí)間有限，從而使 得對(duì)于任何特定的電子束光刻系統(tǒng)，不可能將必要曝光時(shí)間減少至特定的限值以下。因此，一種改進(jìn)的用于進(jìn)行電子束光刻(EBL)的方法將是有利的，尤其是一種更
4有效和/或可靠的方法將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明優(yōu)選地尋求一種逐一地或以任何組合的形式減輕、減緩或消除上 述劣勢(shì)中的一種或多種的方法。具體而言，本發(fā)明的目的可以看作是提供一種改進(jìn)的用于 進(jìn)行電子束光刻(EBL)的方法，該改進(jìn)的方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，能夠在充分 時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生具有納米級(jí)精度的圖樣。通過(guò)提供一種用于進(jìn)行電子束光刻(EBL)的方法，本發(fā)明的第一方面實(shí)現(xiàn)了上述 目的和一些其他的目的，所述方法包括-提供一表面上帶有能量敏感性抗蝕劑的襯底，所述能量敏感性抗蝕劑具有閾劑 量 / 闊會(huì)巨量(threshold dose/energy)；-提供一電子束源(EBS)，其能夠朝向所述能量敏感性抗蝕劑發(fā)射電子束；-進(jìn)行電子束橫跨襯底的第一多次的相對(duì)位移，以在襯底上形成第一圖樣(P1)， 所述第一圖樣在該襯底上限定了第一方向(D1)，以及-進(jìn)行電子束橫跨襯底的第二多次的相對(duì)位移，以在襯底上形成第二圖樣(P2)， 所述第二圖樣在襯底上限定了第二方向(D2)，該第二方向(D2)與第一方向(D1)不平行，其中，在所述第一和第二圖樣的曝光期間被傳送至所述能量敏感性抗蝕劑的能量 和/或劑量被確定為使得所述第一和第二圖樣(P1，P2)的重疊部分的能量敏感性抗蝕劑達(dá) 到所述的閾劑量/能量，以及其中，在穿過(guò)所述第一和第二圖樣(Pl，P2)的重疊部分期間，相比于剛剛在所述 通過(guò)之前的電子束的束強(qiáng)度和/或能量，該電子束具有基本不變的電子束強(qiáng)度和/或能量。對(duì)于獲得用于通過(guò)電子束光刻生成具有高品質(zhì)顯影(developed)圖樣(例如，孔 或點(diǎn)陣列)的襯底的高速技術(shù)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明是尤其有利的，但并非是排他性的。每個(gè)孔或點(diǎn) 都可以由第一和第二圖樣的相互重合的部分限定，例如，由曝光線條形成格柵，而非為每個(gè) 點(diǎn)或孔分別地選址。通過(guò)這種方式，在曝光期間為每一元素選址的時(shí)間被最小化，從而能夠 非常快速地制造具有高品質(zhì)孔或點(diǎn)陣列的襯底。本發(fā)明使得通過(guò)電子束光刻能夠高速(廉價(jià))地生產(chǎn)高品質(zhì)孔或點(diǎn)陣列。本發(fā)明 的優(yōu)點(diǎn)在于，其顯著降低了均勻孔或點(diǎn)陣列的曝光時(shí)間。對(duì)于具有100納米周期的方形孔 或點(diǎn)陣列來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的寫(xiě)入策略對(duì)于一個(gè)lcmXlcm的圖樣區(qū)域?qū)⑹购馁M(fèi)在元素選址上 的時(shí)間降低大于10000的倍數(shù)。本發(fā)明的另一優(yōu)勢(shì)在于，本發(fā)明可以被相對(duì)簡(jiǎn)易地實(shí)施，因?yàn)閮H需要對(duì)現(xiàn)有已知 的電子束光刻裝置作較小的改動(dòng)，且這些改動(dòng)僅與寫(xiě)入策略相關(guān)。所述閾劑量/能量意在表示充分曝光抗蝕劑所必需的劑量/能量(供應(yīng)至抗蝕劑 的能量)，以使在顯影后其將從襯底上被去除(正性抗蝕劑)或保留(負(fù)性抗蝕劑)在襯底 上。這也被稱為特定電子能量下抗蝕劑的清除劑量或飽和劑量/能量。本發(fā)明可以在需要高精度電子束光刻以及高制造速率的情況下應(yīng)用。一種潛在的 應(yīng)用可以是下述應(yīng)用和/或產(chǎn)品的制造，和/或在下述的應(yīng)用和/或產(chǎn)品中使用的NIL模 版的制造LEDs ；
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集成光路(包括光子帶隙結(jié)構(gòu)——photonic band gap structure)；表面能工程；表面生物相容性工程；冷卻；熱傳遞；汽車；有源和無(wú)源光學(xué)元件；顯示器；存儲(chǔ)器(包括硬盤和光學(xué)存儲(chǔ)器)；MEMS ；NEMS ；防反射；太陽(yáng)能電池；光電元件；電池；過(guò)濾器(粒子過(guò)濾器、生物過(guò)濾器、濾水器等)；TEM 窗；量子設(shè)備；以及SERS (表面增強(qiáng)拉曼光譜-Surface Enhanced RamanSpectroscopy) 在本發(fā)明的上下文中，應(yīng)理解的是，術(shù)語(yǔ)“基本不變”的強(qiáng)度和/或能量可以理解 為包括微小的變化，例如，最大為0. 1%、0.5%或5%的變化?；蛘撸梢允侵甘颈粋魉椭岭?子束源的電子束的強(qiáng)度和/或能量的控制信號(hào)保持恒定，使得任何變化都是從偏移或設(shè)置 中的類似情況或者由于統(tǒng)計(jì)或隨機(jī)波動(dòng)產(chǎn)生的。在本發(fā)明的上下文中，應(yīng)理解的是，術(shù)語(yǔ)“剛剛在......之前(immediately
before)”應(yīng)理解為與第一和第二圖樣的重疊部分(例如，所述的點(diǎn))的尺度(scale)相關(guān)。 因此，所述比較應(yīng)在考慮電子束橫跨襯底的速度時(shí)，對(duì)所述點(diǎn)尺寸的相關(guān)長(zhǎng)度尺度上進(jìn)行。 例如，所述速度可以對(duì)應(yīng)于一穿過(guò)時(shí)間(點(diǎn)直徑除以速度)，所述束和/或能量在與穿過(guò)時(shí) 間可比的時(shí)間尺度內(nèi)基本恒定，例如，所述束和/或能量可以按所述點(diǎn)的穿過(guò)時(shí)間的3、5、 10或更多倍的比例大體上恒定。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電子束的強(qiáng)度和/或能量在明顯大于第一和第二圖樣 (P1、P2)的重疊部分的長(zhǎng)度尺度內(nèi)也可以是基本不變的。例如，第一和第二圖樣(P1、P2) 的重疊部分可以以生成點(diǎn)的直徑為特征，并且變化的長(zhǎng)度尺度可以比所述點(diǎn)的直徑大至少 3、5或10倍。對(duì)于術(shù)語(yǔ)“長(zhǎng)度尺度”，應(yīng)理解的是，電子束的強(qiáng)度和/或能量在該長(zhǎng)度尺度 上改變了例如最大0. 1%、0.5%或5%?；蛘?，可以是指示被傳送至電子束源的電子束的強(qiáng) 度和/或能量的控制信號(hào)保持恒定，使得任何變化都是從偏移或設(shè)置中的類似情況或者由 統(tǒng)計(jì)或隨機(jī)波動(dòng)產(chǎn)生的。本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)在于電子束源不需要對(duì)待被形成的每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)選址。在一些實(shí)施方案中，這種情況可以等同于如下特征當(dāng)形成第一和第二圖樣時(shí)，電 子束至少在形成該第一和第二圖樣的重疊部分時(shí)，具有一橫跨襯底的基本恒定的速度。因
6此，速度矢量(速度和方向)是不變的，也即，具有零加速度的矢量。在一個(gè)替代實(shí)施方案中，在所述電子束穿過(guò)所述第一和第二圖樣(PI、P2)的重疊 部分期間，相比于剛剛在所述穿過(guò)之后(即，并非在所述穿過(guò)之前)的電子束的強(qiáng)度和/或 能量，該電子束還可以具有基本不變的強(qiáng)度和/或能量。在一些實(shí)施方案中，在襯底上形成第一和第二圖樣(PI、P2)期間，電子束可以具 有基本恒定的強(qiáng)度和/或能量。在其他實(shí)施方案中，電子束源可以能夠提供一個(gè)——優(yōu)選為僅一個(gè)——電子束， 所述第一和第二圖樣利用所述一個(gè)電子束連續(xù)地形成。優(yōu)選地，所述第一和第二圖樣的相互重疊的部分可以限定二維點(diǎn)陣列，更優(yōu)選地， 所述二維點(diǎn)陣列在一個(gè)或多個(gè)方向上可以是周期性的，即可以具有一個(gè)或多個(gè)周期。所 述點(diǎn)可以具有如下最大的尺寸0. 1、1、2、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、1000 或 10000納米。在一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述第一和/或第二圖樣(Pl，P2)是多條平行線，該第 一和/或第二圖樣的方向(D1，D2)由所述線條的方向限定。特別地，所述第一和第二圖樣 (P1、P2)可以相對(duì)彼此移位約90度。或者，在襯底上形成一具有第三方向(D3)的附加第 三圖樣(P3)，所述第一、第二和第三方向相對(duì)彼此移位約60度，以形成一六邊形圖樣。所述電子束源(EBS)的分辨率通?？梢允侵辽?. 1、1、2、5、10、20、30、40、50、60、 70、80、90、100、1000 或 10000 納米。在第二個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種電子束光刻(EBL)設(shè)備，該設(shè)備包括一能夠發(fā)射 電子束的電子束源(EBS)；該設(shè)備被配置為用于在表面上具有能量敏感性抗蝕劑的相關(guān) 襯底上進(jìn)行光刻，所述抗蝕劑具有閾劑量/閾能量；通過(guò)進(jìn)行電子束橫跨襯底的第一多次 的相對(duì)位移，以便在襯底上形成第一圖樣(P1)，所述第一圖樣在該襯底上限定了第一方向 (D1)；以及，通過(guò)進(jìn)行電子束橫跨襯底的第二多次的相對(duì)位移，以便在襯底上形成第二圖樣 (P2)，所述第二圖樣在該襯底上限定了第二方向(D2)，所述第二方向(D2)與第一方向(D1) 不平行，其中，在所述第一和第二圖樣的曝光期間被傳送至所述能量敏感性抗蝕劑的能量 和/或劑量是經(jīng)過(guò)計(jì)算的，使得該第一和第二圖樣(Pl，P2)的重疊部分的能量敏感性抗蝕 劑達(dá)到所述閾劑量/閾能量，以及其中，在所述電子束穿過(guò)所述第一和第二圖樣(Pl，P2)的重疊部分期間，相比于 剛剛在所述穿過(guò)之前的電子束的束強(qiáng)度和/或能量，該電子束具有基本不變的電子束強(qiáng)度 和/或能量。在第三方面，本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品適于使得計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)能夠根據(jù)本發(fā)明的第一方面控制一電子束光刻裝置，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括至少一個(gè)具 有與之關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的這一方面的特別而非排他性的優(yōu)勢(shì)在于本發(fā)明可以由計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品 來(lái)實(shí)施，從而使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠執(zhí)行本發(fā)明的第二方面的操作。因此，預(yù)期的是，通過(guò)在 控制所述光學(xué)記錄設(shè)備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上安裝計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，一些已知的電子束光刻裝置 可以被改變?yōu)楦鶕?jù)本發(fā)明而運(yùn)行。這樣的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以被設(shè)置在任意類型的計(jì)算機(jī) 可讀介質(zhì)上，例如，基于磁性或光學(xué)的介質(zhì)，或者通過(guò)基于計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)(例如，互聯(lián)網(wǎng))來(lái)
7設(shè)置。所述發(fā)明也可以在光學(xué)解決方案中應(yīng)用，諸如但不限于，激光寫(xiě)入/光刻，其中為 每個(gè)元素選址耗費(fèi)的時(shí)間是所述方法最大的耗時(shí)因素。本發(fā)明的第一、第二和第三方面可以與任何其他方面相結(jié)合。本發(fā)明的這些和其 他方面將參照下述實(shí)施方案進(jìn)行闡明和變得清晰。


現(xiàn)在將參照附圖，僅通過(guò)實(shí)施例的方式來(lái)闡釋本發(fā)明圖1是在一帶有能量敏感性抗蝕劑的襯底上方的電子束源的示意圖；圖2根據(jù)本發(fā)明的第一和第二圖樣的示意圖；圖3類似于圖2，示出了第一和第二圖樣中的更多的線條；圖4類似于圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明的第一、第二和第三圖樣；圖5類似于圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明的具有不同幾何形狀的第一和第二圖樣；圖6是電子束光刻方法的示意側(cè)視圖；圖7是用于形成納米線的電子束光刻方法的示意側(cè)視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的正交圖樣的SEM圖像；圖9和10示出了根據(jù)本發(fā)明的六邊形圖樣的SEM圖像；以及圖11是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1是在一帶有能量敏感性抗蝕劑的襯底上方的電子束源的示意圖。圖1中使用的注釋PG:圖樣產(chǎn)生器EBS 電子束源BDO 束偏轉(zhuǎn)光學(xué)器件通過(guò)移動(dòng)束、移動(dòng)襯底或同時(shí)移動(dòng)二者，使電子束相對(duì)于襯底運(yùn)動(dòng)。為了進(jìn)行電子束光刻(EBL)，設(shè)置了一表面上帶有能量敏感性抗蝕劑的襯底，所述 能量敏感性抗蝕劑具有閾劑量(threshold dose)/閾能量，也被稱為清除劑量(clearing dose)或飽禾口劑量(saturation dose)/飽禾口能量。此外，設(shè)置了 一帶有束偏轉(zhuǎn)光學(xué)器件(BDO)的電子束源(BBS)，使得EBS能夠朝向 所述能量敏感性抗蝕劑發(fā)射電子束，該電子束優(yōu)選具有納米級(jí)的精度。接下來(lái)，進(jìn)行電子束橫跨襯底的第一多次的相對(duì)位移，以便在襯底上形成第一圖 樣(Pl)，該第一圖樣在襯底上限定了第一方向(Dl)。隨后，還進(jìn)行了電子束橫跨襯底的第二多次的相對(duì)位移，以便在襯底上形成第二 圖樣(P2)，該第二圖樣在襯底上限定了第二方向(D2)，該第二方向(D2)與第一方向(Dl) 不平行。在第一和第二圖樣的曝光期間被輸送至能量敏感性抗蝕劑的能量和/或劑量被 確定為使得位于第一和第二圖樣(Pl，P2)的重疊部分上的能量敏感性抗蝕劑達(dá)到所述閾
劑量/閾能量。
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對(duì)于以現(xiàn)有技術(shù)方式運(yùn)行的電子光束系統(tǒng)，需要有限的時(shí)間(目前是μ s/微秒數(shù) 量級(jí))以在曝光圖樣中為每一元素選址。因此，對(duì)于點(diǎn)或孔(元素)的方形陣列來(lái)說(shuō)，為每 一元素選址的耗時(shí)量以N~2來(lái)約略計(jì)算，其中N是位于圖樣陣列的每側(cè)上的點(diǎn)的數(shù)量。當(dāng) 利用本發(fā)明寫(xiě)入這一圖樣時(shí)，需要選址的元素的數(shù)量?jī)H為2*N，因此在曝光中的選址上耗費(fèi) 的時(shí)間被減少到原耗時(shí)量的2/N( S卩，倍數(shù)Ν/2的倒數(shù))。用于可使用的點(diǎn)陣列的尺寸的下限在IcmXlcm的范圍內(nèi)，并且上限為ImX Im的
數(shù)量級(jí)。對(duì)于50納米的半節(jié)距(half-pitch) (100納米周期)方形陣列，在這些情況下，所 述倍數(shù)為Icm χ Icm (N = 10"5)0· 5*10"5Im χ Im (N = 10"7)0· 5*10"7因此，如果用于為每一元素選址的時(shí)間是1 μ s，死區(qū)時(shí)間(dead time)從X減少到 Y Icm χ Icm 從 X = 10"4s 減少到 Y = 0. 2sIm χ Im 從 X = 10"8s 減少到 Y = 20s在本發(fā)明的圖樣中寫(xiě)入的線條的數(shù)量可以優(yōu)選地是1000至100~9、10、之間的任 何數(shù)目；η為3、4、5、6、7、8或9。點(diǎn)/孔的數(shù)量的一些實(shí)施例可以是-下限2”方形區(qū)域50納米半節(jié)距(100納米周期)25*10"10-3”方形區(qū)域50納米半節(jié)距(100納米周期)56*10"10-4”方形區(qū)域50納米半節(jié)距(100納米周期)10~12-6”方形區(qū)域50納米半節(jié)距(100納米周期)2*10~12-上限20”方形區(qū)域50納米半節(jié)距(100納米周期):25*10~12，以及-極上限2mX2mm方形區(qū)域5納米半節(jié)距(10納米周期)4*10~16因此，利用本發(fā)明可以節(jié)約相當(dāng)多的時(shí)間，尤其是當(dāng)大量的點(diǎn)待被曝光時(shí)。本發(fā)明可以使用但并不限于使用下述抗蝕劑ZEP520、SU-8、ma_N2401XP、mr-L 6000XP、TEBN-U HSQ, PMMA、PS (聚苯乙烯)、SAL 等。本發(fā)明并不限于單束系統(tǒng)，也可以被應(yīng)用至兩個(gè)或更多EBS平行曝光的多電子束 系統(tǒng)。用于電子束抗蝕劑的閾劑量/能量(清除劑量或飽和劑量/能量)通常在20yC/ cm"2至5mC/cnT2的范圍內(nèi)。例如，在30kV加速電壓下的PMMA的閾劑量/能量約為200yC/cnT2。因此，對(duì)于 由兩線相交形成的點(diǎn)/孔陣列，每一線條將由10(^0/_~2的劑量/能量曝光。對(duì)于由三 線相交形成的陣列，每一線條將由200/3約為67μ C/cnT2的劑量/能量曝光。曝光劑量/能量的控制僅在線條交叉形成點(diǎn)/孔時(shí)是重要的。因此，如果可行的 話一只要交叉點(diǎn)之間的劑量/能量不超過(guò)用于抗蝕劑的閾劑量/能量(清除劑量或飽和 劑量/能量)，可以調(diào)制交叉點(diǎn)之間的線條或第一和第二圖樣相互重疊的部分的劑量/能 量。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一圖樣Pl和第二圖樣P2的示意圖，以俯視圖形式分別示出了與第一和第二圖樣相關(guān)的方向Dl和D2。在這一實(shí)施方案及以下實(shí)施方案中，所述圖樣 由平行線形成。然而，本發(fā)明也可以應(yīng)用于其他圖樣。由第一和第二圖樣的相互重疊的區(qū)域形成的點(diǎn)/孔的形狀并不一定是圓形。它們 也可以是但并不限于，方形、平行四邊形或三角形。圖3與圖2類似，示出了第一和第二圖樣中的更多線條。代替為每一孔或點(diǎn)(元 素)分別選址的是，本發(fā)明提供了一種制造孔或點(diǎn)陣列的技術(shù)(寫(xiě)入策略)通過(guò)在所有線 條交叉的點(diǎn)處曝光具有不同周期的每一柵線，并相對(duì)于彼此轉(zhuǎn)過(guò)任一特定的角度(在該圖 中這一角度是90度)，所述劑量被優(yōu)化為等于或高于電子束抗蝕劑的清除劑量，而每一線 條上其他部分的劑量因過(guò)低而不能完全曝光該抗蝕劑。因此，在顯影(development)后，本 方法以在襯底上具有孔或點(diǎn)陣列而結(jié)束。之后的附圖示出了由兩線或三線格柵產(chǎn)生的不同 的孔或點(diǎn)陣列的實(shí)施例，如六角形、方形或更隨機(jī)的矩形。方形孔或點(diǎn)陣列通過(guò)具有相同周期的相對(duì)彼此旋轉(zhuǎn)90度的兩線格柵來(lái)產(chǎn)生。每 一線條由抗蝕劑的清除劑量的1/2來(lái)曝光，使得抗蝕劑僅在兩條線交叉的點(diǎn)處被完全曝 光。這一情況在圖中以D = 1/2示出。更隨機(jī)的矩形陣列也是可能的。每一線條的位置與方形陣列不同。除了這一情況， 形成孔陣或點(diǎn)陣的機(jī)制是相同的。這說(shuō)明了具有不同幾何形狀的大量的不同孔或點(diǎn)陣列可 以使用這一技術(shù)制造。圖4與圖2類似，示出了根據(jù)本發(fā)明的第一、第二圖樣和第三圖樣。六邊形的孔或 點(diǎn)陣列由三線格柵曝光。每一線條由抗蝕劑的清除劑量的1/3來(lái)曝光，使得抗蝕劑僅在所 有三條線交叉的點(diǎn)處被完全曝光。這一情況在圖中以D = 1/3示出。圖5與圖3類似，但具有不同的陣列幾何形狀。第一圖樣Pl具有方向D1，但圖樣 Pl具有兩個(gè)周期，如圖5所示。圖6是電子束光刻方法的示意側(cè)視圖。(1)電子束用于在電子敏感性抗蝕劑中寫(xiě) 入圖樣。(2)如果采用的是正性抗蝕劑，該抗蝕劑被顯影后在其被曝光處產(chǎn)生孔；(3)如果 采用的是負(fù)性抗蝕劑，則產(chǎn)生點(diǎn)。圖7是用于形成納米線的電子束光刻方法的示意側(cè)視圖。為了制造基于GaAs和/或GaAlAs和/或GaInP和/或InP和/或其他III-V和 /或II-VI的材料組合的LED，由低表面復(fù)合(low surface recombination)確保的高效 率可以通過(guò)納米級(jí)的柱/桿/須(whisker)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述柱/桿/須從相關(guān)材料(III-V 或II-VI)的薄膜中生長(zhǎng)而成，該相關(guān)材料上覆蓋有一帶孔的保護(hù)膜/罩(例如，但不限于， Si3N4)，使得從中僅生長(zhǎng)出單晶的柱/桿/須，因?yàn)樗隹仔∮诒∧げ牧贤ǔ５木Я３叽?。所發(fā)明和被保護(hù)的電子束寫(xiě)入技術(shù)限定了保護(hù)膜中的孔所處的位置。所發(fā)明的技 術(shù)確保了所述孔可以以快速的方式被限定，從而適合于電子束光刻制造。概括納米柱/桿/須的所述制造方法。(1) 一承載襯底被任何相關(guān)的III-V或 II-VI材料組合的薄膜覆蓋，并且在該承載襯底的頂部上應(yīng)用了一保護(hù)膜(例如，但不限 于，Si3N4)，并且在該保護(hù)膜的頂部上應(yīng)用了一電子敏感性抗蝕劑，該電子敏感性抗蝕劑通 過(guò)所發(fā)明的電子束光刻技術(shù)圖樣化。(2)當(dāng)使用正性抗蝕劑時(shí)，電子敏感性抗蝕劑在顯影后 將包含一很好地限定的孔陣列。(3)該電子敏感性抗蝕劑被用作為蝕刻掩膜，該蝕刻掩膜用 于保護(hù)膜的濕式蝕刻或干式蝕刻，以將孔陣列轉(zhuǎn)移至保護(hù)膜。(4)穿過(guò)保護(hù)膜的小孔被用于
10從中生長(zhǎng)出單晶納米線。圖8是由線格柵的二次曝光形成的正交圖樣的SEM圖像。該圖像在去除抗蝕劑之 前獲得。左邊的SEM圖像示出了總體的圖樣，右邊放大的SEM圖像示出了達(dá)到所需的劑量 /能量處的點(diǎn)之間的曝光軌跡(箭頭)。圖中還標(biāo)示了一些點(diǎn)和距離的尺寸。圖9示出了六邊形圖樣的SEM圖像，但該SEM圖像在其他方面與圖8類似。該圖 像在去除抗蝕劑之前獲得。左邊的SEM圖像示出了總體的圖樣，右邊放大的SEM圖像并未 示出曝光軌跡，因?yàn)閯┝勘辉O(shè)置為所需劑量的1/3，因此在達(dá)到所需劑量/能量處的點(diǎn)之間 未留下軌跡(與圖8相比較)。圖中還標(biāo)示了一些點(diǎn)和距離的尺寸。圖10的左邊示出了六邊形圖樣的SEM圖像，該SEM圖像類似于圖9的左圖，但在每 次曝光中的劑量略大，因此能見(jiàn)到曝光的軌跡(箭頭)。在右邊，示出了去除抗蝕劑后轉(zhuǎn)移 至Si襯底的孔。注意左邊SEM圖像中曝光軌跡在抗蝕劑上僅為淺效應(yīng)(shallow effect), 因此在蝕刻期間所述軌跡并未被轉(zhuǎn)移至Si。圖11是根據(jù)本發(fā)明的用于進(jìn)行電子束光刻(EBL)的方法的流程圖，該方法包括Sl提供一表面上帶有能量敏感性抗蝕劑的襯底，所述能量敏感性抗蝕劑具有閾劑
量/閾能量；S2提供一電子束源(EBS)，該電子束源能夠朝向所述能量敏感性抗蝕劑發(fā)射電子 束；S3進(jìn)行電子束橫跨襯底的第一多次的相對(duì)位移，以便在襯底上形成第一圖樣 (Pl)，所述第一圖樣在該襯底上限定了第一方向(Dl)；以及S4進(jìn)行電子束橫跨襯底的第二多次的相對(duì)位移，以便在襯底上形成第二圖樣 (Ρ2)，所述第二圖樣在該襯底上限定了第二方向(D2)，該第二方向(D2)與第一方向(Dl)不 平行，其中，在第一和第二圖樣的曝光期間被傳送至所述能量敏感性抗蝕劑的能量和/ 或劑量被確定為使得第一和第二圖樣(Pl，Ρ2)的重疊部分的能量敏感性抗蝕劑達(dá)到所述 閾劑量/能量，以及其中，在所述電子束穿過(guò)第一和第二圖樣(Pl，Ρ2)的重疊部分期間，相比于剛剛 在所述穿過(guò)之前的電子束的束強(qiáng)度和/或能量，該電子束具有基本不變的電子束強(qiáng)度和/ 或能量。本發(fā)明可以以任何適合的形式來(lái)實(shí)施，包括，硬件、軟件、固件或這些的任意組合。 本發(fā)明或本發(fā)明的一些特征可以由運(yùn)行在一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)處理器和/或數(shù)字信號(hào)處理器 上的計(jì)算機(jī)軟件來(lái)執(zhí)行。本發(fā)明的實(shí)施方案的元件和部件可以以任何適合的方式物理地、 功能地和邏輯地執(zhí)行。事實(shí)上，所述功能可以在單一單元、多個(gè)單元或其他功能單元的一部 分中執(zhí)行。同樣，本發(fā)明可以在單一單元中執(zhí)行，或者可以物理地和功能地分配在不同的單 元和處理器中執(zhí)行。盡管本發(fā)明結(jié)合了特定的實(shí)施方案來(lái)描述，但其并不意在被限制到在此闡述的特 定形式。相反地，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書(shū)來(lái)限制。在權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包括”并 不排除其他要素或步驟的存在。另外，盡管單獨(dú)的特征可能被包括在不同權(quán)利要求中，但它 們也可能被有利地結(jié)合，而被包括在不同權(quán)利要求里并不意味著這些特征的結(jié)合是不可行 和/或有利的。另外，單數(shù)形式并不排除復(fù)數(shù)。因此，“一”、“一個(gè)”、“第一”、“第二”等并不排除“多個(gè)”。此外，權(quán)利要求中的參考標(biāo)記不應(yīng)被解釋為對(duì)保護(hù)范圍的限制。
權(quán)利要求
一種用于進(jìn)行電子束光刻(EBL)的方法，該方法包括 提供一表面上帶有能量敏感性抗蝕劑的襯底，所述抗蝕劑具有閾劑量/閾能量； 提供一電子束源(EBS)，其能夠向所述能量敏感性抗蝕劑發(fā)射電子束； 進(jìn)行電子束橫跨襯底的第一多次的相對(duì)位移，以便在襯底上形成第一圖樣(P1)，所述第一圖樣在該襯底上限定了第一方向(D1)，以及 進(jìn)行電子束橫跨襯底的第二多次的相對(duì)位移，以便在襯底上形成第二圖樣(P2)，所述第二圖樣在該襯底上限定了第二方向(D2)，該第二方向(D2)與第一方向(D1)不平行，其中，在所述第一和第二圖樣的曝光期間被傳送至所述能量敏感性抗蝕劑的能量和/或劑量被確定為使得第一和第二圖樣(P1，P2)的重疊部分的能量敏感性抗蝕劑達(dá)到所述的閾劑量/閾能量，以及其中，在穿過(guò)所述第一和第二圖樣(P1，P2)的重疊部分期間，相比于剛剛在所述穿過(guò)之前的電子束的束強(qiáng)度和/或能量，該電子束具有基本不變的束強(qiáng)度和/或能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電子束的強(qiáng)度和/或能量在明顯大于所述第 一和第二圖樣(P1、P2)的重疊部分的長(zhǎng)度尺度上也是基本不變的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)形成所述第一和第二圖樣時(shí)，所述電子束至少 在形成該第一和第二圖樣的重疊部分時(shí)，具有一橫跨所述襯底的基本恒定的速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述襯底上形成所述第一和第二圖樣(Pl，P2) 期間，所述電子束具有基本恒定的強(qiáng)度和/或能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電子束源能夠提供一個(gè)電子束，所述第一和 第二圖樣利用所述一個(gè)電子束連續(xù)地形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和第二圖樣的相互重疊的部分限定一個(gè) 二維的點(diǎn)陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述二維的點(diǎn)陣列在一個(gè)或多個(gè)方向上是周期性 的，具有一個(gè)或多個(gè)周期。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述點(diǎn)具有如下最大的尺寸0.1、1、2、5、10、20、 30、40、50、60、70、80、90、100、1000 或 10000 納米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和/或第二圖樣(P1，P2)是多條平行線， 該第一和/或第二圖樣的方向(D1，D2)由所述線條的方向來(lái)限定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和第二圖樣(P1、P2)相對(duì)彼此移位約 90度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中一個(gè)具有第三方向(D3)的附加第三圖樣(P3)在 所述襯底上形成，所述第一、第二和第三方向相對(duì)彼此移位約60度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電子束源(EBS)的分辨率通常是至少0.1、 1、2、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、1000 或 10000 納米。
13.一種電子束光刻(EBL)設(shè)備，該設(shè)備包括一能夠發(fā)射電子束的電子束源(EBS)；該 設(shè)備被配置為用于在表面上具有能量敏感性抗蝕劑的關(guān)聯(lián)襯底上進(jìn)行光刻，所述抗蝕劑具 有閾劑量/閾能量；通過(guò)進(jìn)行電子束橫跨襯底的第一多次的相對(duì)位移，以便在襯底上形成 第一圖樣(Pl)，所述第一圖樣在該襯底上限定了第一方向(Dl)；以及，通過(guò)進(jìn)行電子束橫 跨襯底的第二多次的相對(duì)位移，以便在襯底上形成第二圖樣(P2)，所述第二圖樣在該襯底上限定了第二方向(D2)，所述第二方向(D2)與第一方向(Dl)不平行，其中，在所述第一和第二圖樣的曝光期間被傳送至所述能量敏感性抗蝕劑的能量和/ 或劑量被計(jì)算為使得所述第一和第二圖樣(Pl，P2)的重疊部分的能量敏感性抗蝕劑達(dá)到 所述閾劑量/閾能量，以及其中，在所述電子束穿過(guò)所述第一和第二圖樣(Pl，P2)的重疊部分期間，相比于剛剛 在所述穿過(guò)之前的電子束的束強(qiáng)度和/或能量，該電子束具有基本不變的電子束強(qiáng)度和/ 或能量。
14. 一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其適于使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠根據(jù)權(quán)利要求1來(lái)控制一電子 束光刻裝置，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括至少一個(gè)具有與之相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行高速電子束光刻(EBL)的方法。電子束源(EBS)能夠朝向能量敏感性抗蝕劑發(fā)射電子束，在襯底上形成第一圖樣(P1)，該第一圖樣在該襯底上限定了第一方向(D1)。所述電子束源接著在襯底上形成第二圖樣(P2)。在第一和第二圖樣的曝光期間被傳送至能量敏感性抗蝕劑的能量和/或劑量被確定為使得第一和第二圖樣(P1，P2)的重疊部分的能量敏感性抗蝕劑達(dá)到所述閾劑量/閾能量。本發(fā)明提供了一種用于通過(guò)電子束光刻制造具有高品質(zhì)顯影圖樣(例如，孔或點(diǎn)陣列)的高速技術(shù)。每一孔或點(diǎn)可以由第一和第二圖樣的相互重合的部分限定，例如，由曝光線條形成格柵，而非分別地為每一點(diǎn)或孔選址。
文檔編號(hào)H01J37/317GK101933116SQ200980104017
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月5日
發(fā)明者B·比倫伯格, P·施, T·K·尼爾森 申請(qǐng)人:尼爾技術(shù)有限責(zé)任公司