專利名稱：納米級電子光刻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及納米級的制造方法，尤其涉及在襯底的電可配置 層上使用電場掩模制造納米級圖案的方法。
背景技術(shù)：
在過去三十年里，光刻技術(shù)以大約每兩到三年為一代的速度向前 發(fā)展并持續(xù)減小前沿半導(dǎo)體器件的最小特征尺寸，每出現(xiàn)新的一代就 使最小特征尺寸大約減小為70%。然而，由于特征尺寸已經(jīng)降低到
納米級，因此現(xiàn)有的光刻技術(shù)面臨非常重大的挑戰(zhàn)。從大量有利點中 已經(jīng)探索出新的光刻技術(shù)解決方案，包括曝光工具、掩模、抗蝕劑和所有相關(guān)的工藝步驟。例如，已經(jīng)利用壓印光刻技術(shù)(imprinting lithography)制造高速并具有擴(kuò)大到生產(chǎn)水平的能力的納米級器件和 電路。然而，業(yè)界還不能解決由于模和聚合物抗蝕劑在壓印光刻過程中 的相互作用而引起的產(chǎn)量和缺陷問題。而且使用順序(非并行)光束 定向或筆式(pen-based)光刻技術(shù)不能擴(kuò)大到大規(guī)模制造。因此，需要一種提供可靠性和實用性同時保持高速和可按比例縮 放(scalability)的新的納米級的制造方法。本發(fā)明滿足這些和其它需 要同時克服了現(xiàn)有工藝的缺陷。發(fā)明內(nèi)容說明一種新的納米級制造方法(技術(shù))，其包括用于通過使用電 掩模在電可配置抗蝕劑上制造納米級圖案的納米級電子光刻(NEL) 工藝。NEL方法使高速和可按比例縮放的自頂向下的工程技術(shù)的優(yōu) 點與高分辨率的自底向上的自組裝工藝相結(jié)合從而創(chuàng)造了用于一般 應(yīng)用的實用、可靠以及耐用的納米制造技術(shù)。本發(fā)明可以充分利用這樣的概念對于特定的襯底表面，可以將 電可配置抗蝕劑設(shè)計成具有化學(xué)或物理的親合力。特別地，當(dāng)使抗蝕 劑與適當(dāng)?shù)囊r底表面接觸時，可以使在熱力學(xué)上有利的設(shè)置最優(yōu)化以 產(chǎn)生密集封裝的抗蝕劑層，例如分子單層。存在各種可以利用的電可 配置抗蝕劑。例如，可以利用的抗蝕劑可以是自組裝分子層、聚合物、單體、 低聚物以及無機(jī)材料，其特性隨足夠電場的施加而改變。在一個實施 例中，抗蝕劑層可以包括具有端基的自組裝分子層/襯底組合，其例 如包括但不限于硫醇/金(Au)、硅烷/硅化物(即，Si02)、碳?；? 鈦(Ti)和胺/鉑(Pt)。作為自組裝單層(SAM)產(chǎn)生的膜特別適合 于電子束光刻(EBL)和基于被稱為AFM/STM技術(shù)的原子力顯微鏡 (AFM)或掃描隧道顯微鏡(STM)的技術(shù)，其可以獲得l納米(1
nm)的分辨率。然而，由于它們的低速和順序的性質(zhì)，這些工序并 不是合適的大批量生產(chǎn)的解決方案。此外，可以利用具有電可配置特性的聚合物、單體、低聚物等形 成用于NEL的抗蝕劑層。在NEL工藝過程中，通過從掩模的圖案施 加的電場，可以使單體和低聚物交聯(lián)或者可以使聚合物中的鏈接斷 開。在電配置區(qū)域，在后曝光顯影工藝中將改變抗蝕劑層在溶劑中的 溶解性，并因此可以將圖案轉(zhuǎn)移到抗蝕劑上。通過電化學(xué)技術(shù)可以使 單體和低聚物交聯(lián)，例如包括但不限于吡咯。當(dāng)施加電場時，也可以 改變聚合物中的摻雜劑濃度，摻雜劑濃度的變化也可以引起聚合物在 溶劑中的溶解性的變化?？刮g劑也可以包括許多無機(jī)材料?？梢栽贜EL工藝期間由掩模 上的圖案產(chǎn)生的電場引起的相位變化來產(chǎn)生圖案。相位變化可以是非 晶態(tài)-結(jié)晶態(tài)-相位變化、電偶極子力矩變化、磁動量變化、液晶相位 變化、相位分離以及化學(xué)成分變化。應(yīng)該理解的是抗蝕劑材料的特性響應(yīng)于充分的電場曝光(electric field exposure),例如足以改變抗蝕劑層中的分子連接(molecular link)、鍵、相位或其任意組合的曝光。因此NEL發(fā)明的優(yōu)選實施例 可以利用用于抗蝕劑的材料，它選自主要由其特性隨著充分暴露在電 場下而改變的自組裝分子、聚合物、單體、低聚物和無機(jī)材料所組成 的抗蝕劑材料組。通過利用平行排列的探針，蘸筆式(Dip-pen)納米光刻(DPN) 具有提高基于AFM光刻速度的潛力。然而，該技術(shù)的速度和分辨率 受以下因素限制(1)尖端的直徑、(2)透鏡的寬度、(3)每個探針 底部的最小尺寸(即lpm)、以及(4)對可以實際支撐并維持的探針 數(shù)量的物理限制。已經(jīng)使用EBL和AFM探針以在自組裝分子單層上 使用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生納米級圖案。本發(fā)明提供一種技術(shù)，其克服了這 些技術(shù)中的許多缺陷，包括按比例縮放的問題。此處所述的NEL技術(shù)提供一種具有許多好處的新的納米制造概念。該技術(shù)可以用于例如由掩模上的電極特征尺寸限定的超高分辨率 的光刻，其可以展現(xiàn)出lnm或以下量級的單分子分辨率。NEL是可
以促進(jìn)高速、低成本、擴(kuò)大(大規(guī)模生產(chǎn))能力的并行光刻工藝。至 少部分由于抗蝕劑、不反應(yīng)的掩模以及電化學(xué)反應(yīng)的離散特性，因此NEL可以提供可靠和低缺陷的工藝。該方法的具體實施例利用溝槽 側(cè)壁上的再生長層以制造lnm或以下的掩模。描述一種動態(tài)掩模實 施例，其可以用來產(chǎn)生由計算機(jī)輔助工程(CAD)應(yīng)用軟件控制的任 意圖案，從而極大地增加了可以編排到單個掩模中的圖案的數(shù)量，基 本上消除了制造昂貴掩模的需要。此外，通過檢測形成在襯底和掩模 上的電極之間的電容量，可以現(xiàn)場檢測對準(zhǔn)狀態(tài)，以將對準(zhǔn)精度提高 到最小圖案尺寸的幾分之一。NEL可以提供能夠廣泛應(yīng)用到納米制造和工業(yè)生產(chǎn)中的一般的 制造技術(shù)。舉例而非限制，NEL方法適用于計算、電信、光電技術(shù)、 生物技術(shù)、醫(yī)藥、能源以及其它需要制造具有納米范圍內(nèi)的極小特征 尺寸的器件的應(yīng)用中。本發(fā)明可以用多種方式體現(xiàn)，包括但不限于以下內(nèi)容?？梢詫⒈景l(fā)明的一個實施例描述為光刻制造的方法，包括(a) 形成導(dǎo)電掩模圖案；(b)形成在埋入的導(dǎo)電層上具有電可配置(即可 變的)層的襯底；(c)對電可配置層進(jìn)行構(gòu)圖以響應(yīng)施加在掩模圖案 的導(dǎo)電部分和導(dǎo)電層之間的電場而改變其特性；以及(d)基于通過 所施加的電場進(jìn)行構(gòu)圖所產(chǎn)生的圖案，對襯底進(jìn)行選擇性處理。在優(yōu) 選實施例中，襯底的處理包括其中通過適當(dāng)?shù)幕谌軇┑墓に嚦ル?可變層中隨著暴露在電場下而變得更可溶的部分的工藝?？梢詫⒈景l(fā)明的實施例描述為光刻制造的方法，包括.* (a)形成 導(dǎo)電掩模；(b)形成在埋入的導(dǎo)電層上具有電可配置抗蝕劑層(例如， 自組裝的)的襯底；(c)在襯底的抗蝕劑層上設(shè)置導(dǎo)電掩模；(d)在 導(dǎo)電掩模和襯底的導(dǎo)電層之間施加電場以改變抗蝕劑；(e)將導(dǎo)電掩 模與襯底分離；以及(f)響應(yīng)選擇性地暴露在電場中的掩模圖案， 選擇性地除去抗蝕劑。優(yōu)選將設(shè)置期間的確定對準(zhǔn)設(shè)置為包括當(dāng)掩模 和襯底達(dá)到充分接近時檢測電容變化的對準(zhǔn)技術(shù)的組合?？刮g劑層可以包括自組裝分子層和埋入的導(dǎo)體層的組合，其選自 主要由硫醇/金、硅烷/二氧化硅、碳?；?鈦、胺/鉑組成的抗蝕劑基團(tuán)
(resist group) /襯底組合的組。應(yīng)該理解的是可以為抗蝕劑選擇其它 材料，包括聚合物、單體、低聚物以及無機(jī)物材料等，其特性已經(jīng)隨 著暴露在電場下而改變并且將受后續(xù)工藝影響。在優(yōu)選實施例中，優(yōu) 選將抗蝕劑材料選擇成其溶解性隨電場而改變同時其提供與導(dǎo)電層 兼容的高分辨率構(gòu)圖。
導(dǎo)電掩模包括電極、電極表面上的絕緣體以及多個從電極延伸或 連接到電極的導(dǎo)電區(qū)域。導(dǎo)電掩?？梢赃@樣構(gòu)成(a)在導(dǎo)電襯底上 形成導(dǎo)電圖案；以及(b)在導(dǎo)電襯底上或在導(dǎo)電襯底和導(dǎo)電圖案的 組合上形成絕緣層。典型地，接著拋光該絕緣層以暴露出導(dǎo)電圖案， 并且使襯底表面平坦。該技術(shù)可以應(yīng)用于特征尺寸大約等于或小于 10納米(10nm)的掩模圖案。更高分辨率的掩模(g卩，等于或甚至 小于1納米，lnm)可以這樣形成(a)在導(dǎo)電襯底上形成導(dǎo)電圖案； (b)在導(dǎo)電圖案上沉積具有至少兩種不同金屬的多層晶格；(c)除 去多層晶格的表面部分；以及(d)在其中對不同金屬進(jìn)行有差別的 改變(即，不同的改變)的選擇性工藝中，處理多層的表面。例如， 表面處理優(yōu)選包括氧化工藝，其對氧化哪一種金屬是有選擇性的。
將電場施加到抗蝕劑層以從結(jié)構(gòu)上改變該材料，從而增加或者減 小抗蝕劑層的"曝光"部分(暴露在所施加的電場下)對于去除工藝 的溶解性，所述去除工藝用于選擇性地除去抗蝕劑層的被曝光的部 分。典型地，通過使用常規(guī)的基于溶劑的去除工藝或類似的工藝，可 以在不同程度上容易地除去抗蝕劑層的曝光部分。例如，分子抗蝕劑 層具有連接分子的橫向鍵，使其在暴露在電場下的部分中裂開，以增 加對于溶劑去除的溶解性。
可以進(jìn)一步處理襯底以允許將所產(chǎn)生的抗蝕劑層圖案轉(zhuǎn)移到其 它襯底的表面材料上。
可以將導(dǎo)電掩模、或襯底的導(dǎo)電層、或兩者的組合分為獨立可尋 址的導(dǎo)電區(qū)域，其中在獨立可尋址的導(dǎo)電區(qū)域之間的區(qū)域中響應(yīng)電場 曝光以制造想要的圖案。可以將導(dǎo)電區(qū)域分為獨立可尋址的導(dǎo)電行和 列，以便隨著在所選擇的行與列之間施加電場而進(jìn)行構(gòu)圖。
在本發(fā)明的另一方案中，響應(yīng)導(dǎo)電掩模和襯底中的電極層之間的
電容變化而檢測掩模與襯底在非常接近時的對準(zhǔn)(定位)?？梢詫⒈景l(fā)明的實施例描述為光刻制造的方法，包括(a)形成 導(dǎo)電掩模；(b)形成在埋入的導(dǎo)電層上具有響應(yīng)電場的抗蝕劑層的襯 底；(c)將導(dǎo)電掩模設(shè)置在襯底的抗蝕劑層上；(d)在導(dǎo)電掩模和襯 底的埋入導(dǎo)電層之間施加電場以改變抗蝕劑(其暴露在電場下)暴露 在溶液中時的溶解性；(e)將導(dǎo)電掩模與襯底分離；以及(f)響應(yīng) 選擇性地暴露在電場中的掩模圖案，利用溶劑選擇性除去抗蝕劑；以 及(g)將抗蝕劑層的圖案轉(zhuǎn)移到其它材料上以對其進(jìn)行構(gòu)圖。如在其它實施例中那樣，施加電場的導(dǎo)電部分可以分為獨立尋址的部分，例如定向在第一方向上的行和定向在第二橫向方向上的列， 允許響應(yīng)行列尋址制造任意圖案，而不需要制造新的掩模。用于抗蝕 劑層的材料可以包括自組裝分子層、聚合物、單體、低聚物和無機(jī)材 料等，其溶解性隨著暴露在電場下而改變。本發(fā)明的實施例提供許多有利的方案，其可以單獨實施或者以任 意希望的組合進(jìn)行實施。發(fā)明性的方案包括，但不一定限于以下方面。本發(fā)明的一個方案是可以應(yīng)用于在大面積上進(jìn)行納米級光刻的 并行工藝。本發(fā)明的另一個方案是利用臨時設(shè)置在材料、襯底等上的嵌入導(dǎo) 電區(qū)域上的抗蝕劑層上的電掩模的納米級光刻工藝。本發(fā)明的另一個方案是可以擴(kuò)大大規(guī)模生產(chǎn)水平的快速納米級 光刻工藝。本發(fā)明的另一個方案是利用SAM膜與電掩模相互作用的特性的 納米級光刻工藝。本發(fā)明的另一個方案是利用抗蝕劑層的納米級光刻工藝，該抗蝕 劑層選自其特性(例如溶解性)對電場作出響應(yīng)的聚合物、單體、低 聚物和/或無機(jī)材料的組。本發(fā)明的另一個方案是與使用掃描探針獲得的納米級產(chǎn)品相比 可以更快速且更便宜地制造納米級產(chǎn)品的納米級光刻工藝。本發(fā)明的另一個方案是利用可以用常規(guī)光刻方法制造的掩模的 納米級光刻工藝。
本發(fā)明的另一個方案是可以用于產(chǎn)生亞十納米圖案(《10nm)， 并且優(yōu)選提供直到大約1納米或以下(《lnm)的單分子分辨率的納 米級光刻工藝。
本發(fā)明的另一個方案是展示出低缺陷密度的納米級光刻工藝。本發(fā)明的另一個方案是可以使用動態(tài)掩模進(jìn)行配置的納米級光 刻工藝，其允許在加工點上產(chǎn)生任意希望的光刻圖案，其中除去制造 單個掩模的費用。本發(fā)明的另一個方案是可以廣泛應(yīng)用于為包括計算、電信、光電 技術(shù)、生物技術(shù)、醫(yī)藥、能源以及其它需要納米幾何形狀和生產(chǎn)水平 或接近生產(chǎn)水平、產(chǎn)量的領(lǐng)域在內(nèi)的各種產(chǎn)業(yè)制造各種電路和結(jié)構(gòu)的 納米級光刻工藝。本發(fā)明的其它方案將在本說明書的下面部分中提出，其中詳細(xì)的 說明是為了充分公開本發(fā)明的優(yōu)選實施例，而不是對其進(jìn)行限制。


通過參考下面僅以示例性為目的的附圖，將更全面地理解本發(fā)明圖1A-1C是根據(jù)本發(fā)明實施例的納米級電化學(xué)光刻(NEL)工藝 的截面圖，其示出光刻工藝過程中的三個步驟；圖2A-2C是根據(jù)本發(fā)明實施例的納米級電化學(xué)光刻(NEL)掩模 制造工藝的截面圖；圖3A-3C是根據(jù)本發(fā)明實施例制造亞納米掩模工藝的截面圖；圖4是使用根據(jù)本發(fā)明一個方案的動態(tài)網(wǎng)格掩模制造隨選 (on-demand)的任意圖案的頂視圖；圖5是利用任意圖案(在制造時選擇)迸行構(gòu)圖的表面的透視圖， 可以使用根據(jù)本發(fā)明的一個方案的納米級電化學(xué)光刻(NEL)來產(chǎn)生 所述任意圖案；圖6是執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實施例的納米級電子光刻的方法的流程圖；圖7是執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實施例的納米級電子光刻的方法的流程
圖，其說明了構(gòu)圖的詳細(xì)方案；圖8是執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實施例的納米級電子光刻的方法的流程 圖，其說明了最終襯底圖案轉(zhuǎn)移到另一種材料上。
具體實施方式
更明確地參考以示例性為目的的附圖，在圖1到圖8中一般顯示的裝置 中實施本發(fā)明。應(yīng)該理解的是關(guān)于具體的步驟和順序，方法可以改變，但 并沒有脫離在此公開的基本原理。本發(fā)明提供一種新的納米制造技術(shù)，在此被稱為納米級電子光刻 (NEL)。該NEL技術(shù)是^ffi在掩模和埋入的導(dǎo)電層之間產(chǎn)生的電場而不 是使用掃描束或探針來對電亥艦置抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖。不像掃描技術(shù)，基本 的NEL工藝簡單易懂，其向作為二維陣列的層提供同時并行處理。圖1A-1C舉例說明具有分層襯底12和導(dǎo)電掩模14的NEL技術(shù)的實施 例10。分層襯底12包括響應(yīng)電場的抗蝕劑層16，其位于襯底20上的電極導(dǎo)電掩模14的表面包括形成光刻圖案的導(dǎo)電和絕緣部分的組合。將導(dǎo) 電掩模14制造為具有至少一個導(dǎo)電電極和多個從該電極延伸或連接到該電 極的導(dǎo)電區(qū)域的材料。所示的掩模14具有配置有延伸部分24的導(dǎo)電襯底 元件22，所述延伸部分24雌沉積在導(dǎo)電襯底元件22上?；蛘撸瑢?dǎo)電延 伸部分24可以從另夕卜的不導(dǎo)電襯底上的電極層延伸?？梢酝ㄟ^任何方便的 添加法或消去^*產(chǎn)生延伸導(dǎo)電部分。掩模12上的延伸導(dǎo)電金屬圖案24 由絕緣材料26分開。在一個實施例中，ilil以下過程形成掩模將導(dǎo)電材 料(即，鉑)添加到導(dǎo)電襯底中，接著產(chǎn)生絕緣層，然后回拋光(polishback) 該絕緣體以暴露出導(dǎo)電部分并使表面平坦。根據(jù)所希望的應(yīng)用配置電極22 以及電極18的導(dǎo)電圖案。例如，盡管電極18在本實施例中被描述為平面 的導(dǎo)電層，它可以根據(jù)任何想得到的形狀或用多個導(dǎo)體來構(gòu)成。圖1B示出掩模14被設(shè)置成與分層襯底12的抗蝕劑層16接觸并正確 X寸準(zhǔn)，為對抗蝕劑層進(jìn)行構(gòu)圖做準(zhǔn)備。優(yōu)選地，根據(jù)所希望的壓力水平， 將導(dǎo)電掩模壓在分層襯底上。例如，可以施加小的流體靜力學(xué)氣壓(〈10psi)，使掩模和抗蝕齊噠到充分的最接近接觸，以使抗蝕劑層在所施加的電場中
充分"曝光"。電場V施加在埋入的導(dǎo)體(電極)18和電極22之間。在掩模和襯底之 間的具有弓l力的電力確保掩模和抗蝕齊幅之間的適當(dāng)電接觸。所施加的電 場改變抗蝕劑材料的一部分在后續(xù)的去除工藝中的溶解性。雌地，電場 "曝光"顯著增加了溶劑(顯影液)中的去除溶解性。然而，應(yīng)該理解的 是取決于應(yīng)用，通雌擇抗蝕劑和去除工藝的其它組合，可以利用"曝光" 產(chǎn)生降低的對去除的溶解性。 一般地，因為連接位于電極之間的抗蝕劑層 的分子的橫向鍵由于電化學(xué)反應(yīng)裂開(或在光刻術(shù)語中"被曝光")，而覆 蓋表面剩余部分的肝保持不變，所以曝光增加了對去除的溶解性，。可以 看出抗蝕劑16的部分16'隨著電場"曝光"巳經(jīng)改變了對去除的溶解性。然而，還應(yīng)該理解的是本方法掛共的"曝光"可以次tti也用于改變除 化學(xué)去除的可溶性之外的它特性，例如，對其它形式去除的敏感度，結(jié)合 能力、擴(kuò)散能力等，其可以適合用于選擇的應(yīng)用中。圖1C示出已經(jīng)除去掩模14并且已經(jīng)從分層襯底12選擇性地除去抗蝕 劑層16的暴te電場下的部分之后的分層襯底12，其中例如ffi3K頓翻U 清洗工藝或其它對由電場引起的抗蝕劑層16的變化有選擇性的去除工藝來 除去抗蝕劑層16的暴驗電場下的部分。示出被構(gòu)圖的襯底12，抗蝕劑材 料層16的部分28已經(jīng)被除去。在次iM實施例中，可以利用不同的抗蝕 齊附料層和/或不同的溶劑，其中被除去的區(qū)域可以是那些沒有暴露在電場 下的區(qū)域。應(yīng)該理解的是通過化學(xué)和/或物理方法可以進(jìn)一步處理被構(gòu)圖的襯底 12，以將圖案從抗蝕劑層轉(zhuǎn)移到其它材料上。在這些構(gòu)圖工藝中，NEL保 持了掃描探針光亥啲高分辨率優(yōu)點，同時提供擴(kuò)大并行制造工藝中的快速 制造。圖2A-2C舉例說明如圖1A所示或類似的掩模14的制紅藝。發(fā)明人 之前的納米制造經(jīng)驗，尤其在壓印光刻應(yīng)用方面的經(jīng)驗，已經(jīng)為本發(fā)明的 NEL工藝提供了工程基礎(chǔ)。可以艦任何所希望的工藝，例如^柳諸如EBL 和EUV (超紫外)光刻等常規(guī)光刻方法，限定NEL掩I肚的電極的納米級 金屬圖案。圖2A示出其上連蹄金屬掩模30的金屬襯底22?？梢詊頓柔性金屬
膜作為掩模以便在掩模和抗蝕劑之間形成電接觸。在圖2A的實施例中，將 掩模14描述為由兩個金屬層形成。然而，應(yīng)該働軍的是可以)(鞭l鄉(xiāng)成為 單層金屬或多層金屬以產(chǎn)生掩模結(jié)構(gòu)。掩模的導(dǎo)電部分可以由任意數(shù)量的 添加或除去工藝形成，所述工藝可以以足夠的納米分辨率產(chǎn)生從導(dǎo)電表面 的導(dǎo)電延伸(即，)。NEL工藝優(yōu)選使用諸如鉑(Pt)的貴金屬作為電極和原子級平坦(atomically flat)掩模，其可以在NEL工藝過程中防止掩模和分子之間發(fā) 生反應(yīng)。因此，NEL不會受到與壓印光亥(MiM到的相同缺陷問題的影響。 在本發(fā)明的有利方面中，禾調(diào)襯底和掩模上的電極的最接近特性來現(xiàn)場檢 測掩模和襯底之間的物理關(guān)系(相X寸距離和/或偏移)。"逸地，響應(yīng)電額則 量的形式來檢測物理關(guān)系，其中所湖倒的電容響頗準(zhǔn)和距離因素而變化。 應(yīng)該理解的是也可以次優(yōu)選地依賴于掩模和襯底中的最接近導(dǎo)體的其它特 性，例如電感、場效應(yīng)等，以檢測對準(zhǔn)和域距離。應(yīng)用本發(fā)明中的電容檢 測可以使對準(zhǔn)精度達(dá)到最小圖案尺寸的幾分之一。為了最優(yōu)實現(xiàn)本發(fā)明的NEL工藝，應(yīng)該滿^t掩模的三個關(guān)鍵要求(1)納米級導(dǎo)電圖案應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)電可變抗蝕齊啲高^ll摔潛力，(2)掩 模應(yīng)該劍共原子級平坦表面以確保促使電化學(xué)反應(yīng)的良好接觸，以及(3) 應(yīng)該如此選擇材料使得在掩模材料和抗蝕劑層之間不會產(chǎn)生直接的化學(xué) 鍵，從而防止缺陷的形成。應(yīng)該認(rèn)識到可以使用任何所希望的工藝，例如 像EUV或EBL這樣的先進(jìn)光刻方法，在抗蝕劑上形成納米級導(dǎo)電圖案。i頓標(biāo)準(zhǔn)提起(lift-off)或干》規(guī)刻工藝將納米圖案從抗蝕劑轉(zhuǎn)移到金 屬圖案。諸如鉑的貴金屬是雌的，因為它們提供高7jC平的電導(dǎo)率，同時 不與抗蝕劑直接反應(yīng)，其中確保掩模的可靠性和壽命。金屬襯底提供與金 屬圖案的電連接，并且當(dāng)施加壓力時，其柔韌性允許掩模和抗蝕劑之間的 最接近接觸。圖2B示出覆蓋掩模14的導(dǎo)電部分22、 30的絕緣層32。可以通過任意 所希望的工藝，例如通過形成或沉積在金屬圖案頂部的諸如的Si02和Si3N4 的沉積物，形成絕緣。圖2C示出例如使用化學(xué)和/或機(jī)繊旭光技術(shù)進(jìn)行回拋光的掩模14的絕 緣體32。該步驟將使掩模平坦，暴露出金屬圖案，并^^t掩模平坦成為
原子級平坦表面。
由于先進(jìn)的光刻工藝和相關(guān)的拋光工藝，預(yù)計制造這些掩模的成rt超 過一次性使用的掩模的成本。然而，該掩?？梢蕴峁┫喈?dāng)長的壽命，在此期間€^ NEL工藝產(chǎn)生許多拷貝，其中保持低的NEL掩模的有效操作成 本。
應(yīng)該理解的是也可以通過金屬表面的直接陽極AFM氧化來產(chǎn)生掩f肚 的亞10nm圖案，fSM過慢而不能按比例增大至哽大的掩模。為了進(jìn)一步 減小掩模上的圖案尺寸以便滿足分子抗蝕劑的超高分辨率潛力，其低于光 刻技術(shù)的極限，我們已經(jīng)發(fā)明了一種特殊技術(shù)來制造分辨率達(dá)到單分子水 平(<lnm)的掩模。
圖3A-3C舉例說明具有非常高^l摔的掩模制造工藝的實施例34。圖 3A示出在晶片上已經(jīng)制造了垂直溝槽并且將具有至少兩種不同金屬(即鋁 (Al)和鉑(Pt))的多層金屬晶格(這里被稱為超晶格)沉積在溝槽的側(cè) 壁上之后的圖。如圖所示的襯底22具有導(dǎo)電表面，其上形成導(dǎo)電電極30， 并且在其上沉積金屬層36、 38和40。在當(dāng)前情況下，在超晶格內(nèi)，戶M層 包括A1層36、 40以及Pt層38。圖3B示出例如ffiil拋光，如使用化學(xué)-機(jī) 械拋光工藝，以除去晶片上的表面材料來除去頂部(表面)部分之后的掩 模。
圖3C示出已會規(guī)表面進(jìn)行選擇性處理從而使兩禾中(或更多)不同金屬 以不同的方式改變或通過工藝發(fā)生不同程度的改變之后的掩模。例如在本 實施例中，從A1/Pt超晶格氧化頂部保留的垂直鋁層以形鵬高^fj摔圖案， 然而Pt沒被氧化。該技術(shù)的優(yōu)點是Pt導(dǎo)線的寬度和節(jié)距由Pt層的厚度精 確限定，其可以容易地獲得達(dá)到低于大約1納米(< lnm)的單分子7jC平的 特征尺寸。該方法也預(yù)示著使用整個晶片上的溝槽進(jìn)行大面積構(gòu)圖的可升 級的方式。
圖4示出動態(tài)網(wǎng)^t模42，制造該掩模是用于與NEL工藝一起j頓來 制造任意圖案，而不需要特別為每個想得到的圖案制造新的掩模。應(yīng)該注 意的是這里使用的"任意圖案"并不意味著任何隨機(jī)形式，而是表示在制 造時對該圖案，或至少該圖案的一部分，進(jìn)行選擇，而不需要為該圖案制 造特定的掩模。根據(jù)該工藝，將施加電荷的上和/或下電極分為可獨立尋址 的部分；例如，4繊蝕劑層下的襯底的導(dǎo)電層分為第一組可獨立尋址的平 行導(dǎo)電帶，并將掩模的電極層分為在方向上與第一組垂直的第二組可獨立 尋址的平行導(dǎo)電帶。以這種方式產(chǎn)生行和列，或任何其它想要的規(guī)則或不 規(guī)則的劃分形式，以允許適合應(yīng)用的選擇性操作掩模。 一旦將掩模適當(dāng)?shù)?設(shè)置在襯底上，就在上和下電極的所選部分之間施加電場以使抗蝕劑層的 期望部分暴tt電場下。在該技術(shù)的一個實施例中，第一組平行線性電極44 (帶)在掩模上形 成上電極，并且定向在橫向方向上(垂直于第一組電極)的第二組平行線 性電極46 (帶)例如在襯底上形成下電極，其中NEL抗蝕劑夾在上下電極 之間。如圖4所示，這些上下電極形成行和列矩陣，其間設(shè)置受電場影響 的抗蝕劑層。如果選擇性地在兩個垂直電極(例如在電極A和2之間)之 間施加電壓，在它們交點(A， 2)處的抗蝕劑將暴露在電場下。應(yīng)該理解 的是使用不同尺寸和形狀的劃分、劃分的數(shù)量以及導(dǎo)電層位置的變化，可 以產(chǎn)生這種選擇性掩模的各種變化，而沒有脫離本發(fā)明的主旨。圖5示出!頓圖4所示的動態(tài)掩模實施例戶賴隨的器件。從該例子中可 以看出響應(yīng)所施加的電場而選擇性地處理表面的規(guī)則部分。舉例而非限制， 可以禾U用多路復(fù)用器電路將電壓施加到電極上，所述多路復(fù)用器電路接收 來自為制造隨選的任意掩模圖案而配置的計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)應(yīng)用程 序的信號。根據(jù)該技術(shù)，M31NEL動態(tài)掩模直接在襯底上形成平行納米線圖案， 而不是《頓襯底上連續(xù)的薄金屬膜。掩模和襯底上的納米線可以直接與外 部開關(guān)連接以便選擇性地將電壓施加在每個納米線上以在抗蝕劑上產(chǎn)生圖 案。也可以禾擁其它電路來控制電子信號施加至l謀間設(shè)置有抗蝕劑層的導(dǎo) 體上(g卩多路細(xì)電路)。應(yīng)該理解的是通過增加納米線的數(shù)量優(yōu)化上述工藝以提高制造速度禾口 曝光區(qū)域的尺寸，所述納米線的數(shù)量是擴(kuò)大用于大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境中的納米 處理技術(shù)的重要因素。由于納米線的數(shù)量增長到很大的數(shù)量(>103)，因此 直接與每條納米線的電連接是較不實際的，其中可以使用各種多路復(fù)用器電路以便^:有限的電連接從而同時對許多納米線進(jìn)行尋址。應(yīng)該理解的是不需要同時將電場施加到分子層上，其中利用多路復(fù)用器的順序處理
Csequential approach)是可操作的o在f頓動態(tài)掩模以遊賣方式制造任意襯底圖案時， 的是設(shè)備能夠移 動掩模，例如以一半節(jié)距距離的分辨率，或者對于首先曝光以便允許進(jìn)行 另一次曝光的區(qū)域更少地移動掩模?？梢皂憫?yīng)彼此相鄰設(shè)置的l寸底部分和 掩模之間的電容變化檢領(lǐng)樹準(zhǔn)，包括亞節(jié)距移動。還應(yīng)該理解的是可以依 賴除電容之外的其它特性來確保想得到的對準(zhǔn)，例如檢測電感變化、場效 應(yīng)變化等，并不脫離本發(fā)明的主旨。圖6-8的流程圖總結(jié)了 NEL方法的實施例。應(yīng)該理解的是本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員可以X寸這些工藝進(jìn)行改變或增加，并不脫離本發(fā)明的主旨。圖6示出本發(fā)明一般方法的典型實施例，其中不按照特定柳頃序形成導(dǎo) 電掩模圖案70和形成具有諸如抗蝕劑材料的電可變層的襯底72。接著，響 應(yīng)施加在掩模和襯底中的埋入導(dǎo)電層之間的電場，對電可變層謝亍構(gòu)圖74 以改變其特性(例如，去除)。該技術(shù)的雌實施例禾,抗蝕齊喔作為電可 變層72，其中抗蝕劑層的溶解度特性隨著電場的施力,改變，其中支，趟 擇性地除去抗蝕劑和下面的材料。然后響應(yīng)通過電場的施加而產(chǎn)生的圖案， 在方框74對襯底進(jìn)，m擇性地處理，例如用于除去暴露在電場下的掩模材 料的基于溶劑的工藝。圖7示出該方法的另一個典型實施例，其中形成導(dǎo)電掩模圖案80和形 成具有抗蝕劑層的襯底82。然后通過^l^f模設(shè)置在抗蝕劑層上84對抗蝕劑 層進(jìn)行構(gòu)圖。在掩模和襯底的埋入導(dǎo)電層之間施加電場以改變抗蝕劑屬性 (即，改變?nèi)芙庑砸匀コ?86。然后使掩模與襯底分離88，并且選擇性除 去已經(jīng)暴自電場中的抗蝕劑90。圖8示出該方法的另一個典型實施例，其中以任何希望的順,形成導(dǎo)電 掩模圖案和襯底100、 102。形,;tiA的導(dǎo)電層上具有響應(yīng)電場的抗蝕劑 層的襯底。然后將掩模設(shè)置在^^抗蝕劑層上票，并在掩模和襯底的iiA 導(dǎo)電層之間施加電場106以斷開分子連接，或者相反，增加抗蝕劑材料在 溶齊忡的溶解性。然后使掩模與襯底分離108，并鵬擇性除去抗蝕劑的已 經(jīng)暴露在電場中的部分UO。最后，可選擇地將^層的圖案轉(zhuǎn)移到另一材 料上以對其進(jìn)行構(gòu)圖112。響應(yīng)電場的抗蝕劑層可以包括自組裝分子層、聚合物、單體、低聚物、
無機(jī)材料等，當(dāng)處在電場中時其溶解性將改變。為了便于NEL希l跑，介紹一種利用戶腿的NEL對準(zhǔn)性能以及雌能在 掩模和襯底的倒可期望數(shù)量的電極部分之間施加電場的NEL制造設(shè)備。配 置該設(shè)備的實施例以按照NEL工藝的要求控制掩模和襯底表面之間的平行 性和間隙寬度。該設(shè)備優(yōu)選提供具有六個自由度的機(jī)械控制系統(tǒng)，例如改 進(jìn)發(fā)明人正在開發(fā)的壓印設(shè)備用于光刻壓印。在該設(shè)備的一個實施例中，將氣隙傳感器與通3^t鏡(TTL)對準(zhǔn)傳感 體成在一起以控制掩模接近襯底表面。在間隙已經(jīng)降低到 10 口m以下之 后，激活形成在掩模和襯底之間的金屬焊盤之間的電容傳感器。于是當(dāng)掩 模接近襯底時，可以使用電容檢測以高分辨率確定掩模和襯底之間的相對 位置。動態(tài)控制有利于驅(qū)使動態(tài)誤差接近傳感器的分辨率水平，接近程度 可以達(dá)到掩模和襯底上的最小圖案尺寸的幾分之一。使動態(tài)精度接近靜態(tài) 精度允許高速旋轉(zhuǎn)(on-the-fly)對準(zhǔn)，這 31將其作為同步多軸坐*蔬動 的一部分進(jìn)行^A皿行的，因此大大地使工藝簡化和加速。在完成對準(zhǔn)之后，可以在真空袋中將掩模和襯底固定在一起，以抽出掩 模和襯底之間的剩余空氣。然后將〈Opsi的流體靜力學(xué)氣壓施力瞎袋的軟 壁上以確保在大面積上受到均勻的壓力。精確控制該壓力以便確保掩模和 襯底之間的最接近接觸并避免抗蝕齊躓傷。隨后，在襯底和掩模上的導(dǎo)電 圖案之間施加電壓，以"曝光"抗蝕劑層，優(yōu)選單分子抗蝕劑層。掩模禾口 襯底之間的靜電吸引力還確保導(dǎo)電圖案和分子之間的電接觸。在設(shè)備的設(shè) 計中，解決按比例擴(kuò)大問題從而以各種晶片尺寸，例如以六到十二英寸晶 片，掛共多種功能性。盡管戰(zhàn)說明包摘艮多細(xì)節(jié)，但是不應(yīng)該將這些理解為魏本發(fā)明范圍 的限制，而僅僅是提供對本發(fā)明的一些當(dāng)前優(yōu)選實施例的說明。因此，應(yīng) 該理解的是本發(fā)明的范圍完全包括對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的 其它實施例，因此本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)禾腰求限定，其中除非明確 指定，以單數(shù)引用的元件不是指"一個且僅僅一個"而是指"一個或多個"。 將本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的上述i雄實施例中的元件的所有結(jié)構(gòu)、化學(xué)、 功能等效物明確地并入在本文中作為參考并旨在被本權(quán)利要求書所包括。 此外，不需要器件或方法解決本發(fā)明所要解決的每一個問題，因為其被本
權(quán)利要求書所包括。此外，本發(fā)明公開的元件、器件或方法步驟不管是否在權(quán)利要求中提到，都不旨在專門用于公眾。這里不按照35 U.S.C. 112第6 段的規(guī)定理解要求的元件，除剩OT短語"用于...的裝置"明確陳述該元件。
權(quán)利要求
1、 一種光刻制造的方法，包括-形成導(dǎo)電掩模圖案；形J^fefflA的導(dǎo)電層上具有電可變層的襯底；隨著在戶腐掩模圖案的導(dǎo)電部分和戶腿:1A的導(dǎo)電層之間施加電場，對 所述電可變層進(jìn)行構(gòu)圖；以及針對通過戶腐電場的施加所產(chǎn)生的圖案，選擇性地處理戶腿襯底。
2、一種光亥蹄隨的方法，包括-形成導(dǎo)電掩樣形鵬SA的導(dǎo)體層上具有電響應(yīng)抗蝕劑層的襯底；將戶;fM導(dǎo)電掩，莫設(shè)置在所述凈t底的電抗蝕劑層上； 在戶，導(dǎo)電掩模和戶;M襯底的導(dǎo)體層之間施加電場以改變所述電響應(yīng)抗蝕劑；^妙;f述導(dǎo)電掩模與所述襯底分離；以及響雌擇性地暴驗所述電場中的戶脫掩模圖案，選擇性地除去所述電 響應(yīng)抗蝕劑。
3、如權(quán)利要求2所述的方法其中隨著暴驗戶脫電場中，在所述電響應(yīng)抗蝕劑層內(nèi)引起^ 連接、 鍵、相位或^f連接、鍵以及相位的任意組合的變化；以及其中所述電響應(yīng)抗蝕劑層選自主要由自組裝分子、聚合物、單體、低聚 物和無機(jī)材料所組成的抗蝕劑材料組。
4、如權(quán)利要求3所述的方法其中將所述電響應(yīng)抗蝕劑層自組裝到所述襯底的導(dǎo)電層上；以及 其中所述電響應(yīng)自組裝抗蝕劑層和所述埋入的導(dǎo)電層的組合選自主要 由硫醇/Au、硅像Si02、碳酰^Ti、胺/Pt所組成的基團(tuán)/襯底組合的組。
5、 如權(quán)利要求2戶;M的方法，其中所述導(dǎo)電掩模包括-電極；^J5，電極表面上的絕緣沐以及 /A^M電極延伸或連接到戶皿電極的多個導(dǎo)電區(qū)域。
6、 如權(quán)利要求2戶欣的方法，其中制造戶;M導(dǎo)電掩模包括以下步驟在導(dǎo)電襯底上產(chǎn)生導(dǎo)電圖案；以及在戶，導(dǎo)電襯底上，或在所述導(dǎo)電襯底和導(dǎo)電圖案的組合上形成絕緣層。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其中戶脫光刻帝隨方法可以與特征尺寸 小于或等于大約10納米(10nm)的掩模圖案一起使用。
8、 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括拋光所述絕緣層以暴露戶;M導(dǎo)電 圖案并使戶;M襯底的所述表面平坦。
9、 如權(quán)禾腰求2所述的方法，其中根據(jù)包括以下步驟的方法制微腿 導(dǎo)電掩模在具有導(dǎo)電層的襯底上形成導(dǎo)電圖案； 在戶，導(dǎo)電圖^±沉積具有至少兩種不同金屬的多層晶格； 除去所述多層晶格的表面部分；以及在其中使不同的金屬發(fā)生有差別的變化的選擇性工藝中，對所述多層晶 格的表面進(jìn)行處理。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中在拋光步驟中除去戶，多層晶格的 所述表面部分。
11、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述多層晶格的所述處理包矛旗化 工藝，其對于氧化哪種金屬是有選擇性的。
12、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述多層晶格制造工藝可以產(chǎn)生小 于l納米(lnm)的i)f辛率。
13、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電響應(yīng)抗蝕劑層配置成響應(yīng)所 述電場而發(fā)生結(jié)構(gòu)上的改變，從而在用于選擇性地除去0M抗?fàn)T劑的工藝 期間，增加或減小溶解性。
14、 如權(quán)利要求2戶腿的方法，其中所述電響應(yīng)抗蝕齊幅是其中在暴露 在所述電場中的部分中產(chǎn)生分子連接、鍵或相位的變化從而在基于溶齊啲 去除工藝期間增加其溶解性的材料。
15、 如權(quán)利要求2戶服的方法，還包括處s^述襯底以將戶;fMt蝕劑層的圖案轉(zhuǎn)移到其它材料上。
16、 如權(quán)利要求2戶脫的方法，還包摘各戶)M導(dǎo)電掩模^^述襯底的所 述iiA導(dǎo)體層或二者的組合分為可獨立尋址的導(dǎo)電區(qū)，其中響應(yīng)在所述可 獨立尋址的導(dǎo)電區(qū)之間的電場施加的圖案來形成圖案。
17、 如權(quán)利要求2戶脫的方法，還包括將戶誠導(dǎo)電掩模分為第一組可獨立尋址的平行導(dǎo)電帶，并將所述m導(dǎo) 體層分為在方向上垂直于所述第一組的第二組可獨立尋址的平行導(dǎo)電帶；其中將所述電場施加在所述第一和第二組的可獨立尋址的導(dǎo)電元件中 的戶，導(dǎo)電帶之間，以選擇所述抗蝕劑層的圖案。
18、 如權(quán)利要求2戶皿的方法，還包括隨著檢測戶皿導(dǎo)電掩模和所述襯 底中的所述埋入導(dǎo)體層之間電容來檢測所述導(dǎo)電掩模與所述襯底的X寸準(zhǔn)。
19、 一種光刻制造的方法，包括 形成導(dǎo)電掩模；形成在-JSA的導(dǎo)體層上具有響應(yīng)電場的抗蝕劑層的襯底； 將所述導(dǎo)電掩模設(shè)置在所述襯底的所述響應(yīng)電場的抗蝕劑層上；在戶腿導(dǎo)電掩模和戶;M襯底的戶脫fflA導(dǎo)體層之間施加電場以改勢;f述抗蝕劑在溶劑中的溶解性；傲腿導(dǎo)電掩模與臓襯底分離；響鵬擇性暴驗戶脫電場中的掩模圖案，使用溶劑選擇性地除去所述 響應(yīng)電場的抗蝕劑；以及將所述響應(yīng)電場的抗蝕劑層的圖案轉(zhuǎn)移到其它材料上以對其進(jìn)行構(gòu)圖。
20、如權(quán)利要求19所述的方法，還包括將所述導(dǎo)電掩摸^0M襯底的所述fflA導(dǎo)體層或二者的組合分為可獨 立尋址的導(dǎo)電區(qū)；其中響應(yīng)施加在所述可獨立尋址的導(dǎo)電區(qū)之間的電場曝光禾雖來制造 該圖案。
全文摘要
一種納米級光刻方法，其中將具有導(dǎo)電表面和絕緣表面的圖案的可再用導(dǎo)電掩模設(shè)置在襯底上，該襯底表面包含位于埋入的導(dǎo)電層上的電響應(yīng)抗蝕劑層。當(dāng)在導(dǎo)電掩模和埋入的導(dǎo)電層之間施加電場時，在鄰近掩模的導(dǎo)電區(qū)域的部分中，改變抗蝕劑層。根據(jù)從掩模轉(zhuǎn)移的圖案，對襯底表面進(jìn)行選擇性處理，改變掩模去除以除去部分抗蝕劑層。襯底可以是目標(biāo)襯底，或者襯底可以用于另一個襯底的光刻掩模步驟。在本發(fā)明的一個方案中，施加電荷的電極可以分為例如多個行和列，其中可以產(chǎn)生任何想得到的圖案而不需要制造特定的掩模。
文檔編號G03F7/00GK101124089SQ200580002142
公開日2008年2月13日 申請日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月12日
發(fā)明者勇 陳 申請人:加利福尼亞大學(xué)董事會