專利名稱：用于制造應(yīng)用于xuv波長范圍的具有橫向圖案的多層結(jié)構(gòu)的方法以及根據(jù)該方法制造的 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造具有橫向圖案的多層結(jié)構(gòu)的方法，尤其是應(yīng)用于電磁輻射波長處于O. Inm到IOOnm之間波長范圍內(nèi)的光學(xué)器件的光柵的制造方法，該方法包括以下步驟(i)設(shè)置多層結(jié)構(gòu)，以及(ii)在該多層結(jié)構(gòu)中布置橫向圖案。
背景技術(shù)：
O. Inm到10 μ m之間的波長范圍包括硬X射線范圍(波長在O. Inm到IOnm之間)和所謂的XUV范圍(波長在IOnm到IOOnm之間)，該XUV范圍包括在文獻(xiàn)中被稱為EUV輻射的13. 5nm波長附近的范圍以及電磁波譜的軟X射線范圍的輻射。這種光柵例如應(yīng)用于納米光刻技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的半導(dǎo)體電路的生產(chǎn)中。這種光柵的一個特別的例子是所謂的納米布拉格菲涅耳(BF)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形成反射光學(xué)元件(布拉格結(jié)構(gòu))與衍射光學(xué)元件(菲涅耳結(jié)構(gòu))的組合。這種光柵的另一個例子是層狀多層振幅光柵(LMAG)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在用于XUV波長范圍光譜分析的單色儀中應(yīng)用。已知的是，根據(jù)諸如電子束(EB)光刻和深紫外線(DUV)光刻等本身已知的方法制造BF結(jié)構(gòu)和LMAG結(jié)構(gòu)。這些已知的方法在尺寸為納米尺度(nanometre scale)的納米結(jié)構(gòu)的大陣列連續(xù)生產(chǎn)中具有嚴(yán)重的缺陷。EB光刻相對昂貴且耗時，作為在曝光于電子束期間所謂的鄰近效應(yīng)(proximityeffects)和參數(shù)漂移的結(jié)果，會產(chǎn)生重復(fù)性較差的后果。DUV光刻法遇到的本質(zhì)問題在于待制造結(jié)構(gòu)的分辨率等級低于50nm。而且，DUV光刻法只在很大規(guī)模的量產(chǎn)中才符合成本效益。上述兩種方法都具有這樣的缺陷，其中周期性橫向圖案中薄層的寬度最小達(dá)到幾百納米，而周期(period)則達(dá)到至少I μ m。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于以快速、可重復(fù)且符合成本效益的方式制造特征尺寸小于50nm的多層結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的特殊目的是提出用于制造納米BF結(jié)構(gòu)或納米LMAG結(jié)構(gòu)的這樣一種方法。利用本文開頭所述類型的方法實(shí)現(xiàn)這些目的，并獲得其它優(yōu)點(diǎn)，其中根據(jù)本發(fā)明，通過納米壓印光刻(NIL)方法來執(zhí)行布置橫向圖案的步驟(ii)。該納米壓印光刻(NIL)方法例如至少包括以下步驟(a)設(shè)置具有與待布置的橫向三維圖案對應(yīng)的模具圖案的模具(stamp)，(b)將可固化抗蝕劑材料層涂敷到多層結(jié)構(gòu)上，(C)在根據(jù)步驟(b)涂敷的該抗蝕劑材料層中，使用模具布置模具圖案，并且固化該材料，以及(d)按照模具圖案，從多層結(jié)構(gòu)中去除未被或至少實(shí)質(zhì)上未被抗蝕劑材料覆蓋的材料，同時在多層結(jié)構(gòu)中形成橫向三維圖案。在一實(shí)施例中，在步驟(b)之前或在步驟(C)之后，金屬層被沉積到平面的或設(shè)置有橫向圖案的多層結(jié)構(gòu)上，并且后續(xù)用作蝕刻掩模。根據(jù)本發(fā)明的待設(shè)置的模具例如由Si或SiO2 (石英)制造而成，其中按照本身已知的方法(例如，通過電子束光刻(EBL)或激光干涉光刻)來布置模具圖案。在步驟(d)中從多層結(jié)構(gòu)中去除材料并在多層結(jié)構(gòu)中形成橫向三維圖案之后，使用溶劑去除抗蝕劑材料層，并且可以對設(shè)置有三維圖案的多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行后續(xù)的工藝步驟。例如，按照反應(yīng)離子蝕刻(RIE)方法、通過感應(yīng)耦合等離子體(ICP)方式或者根據(jù)博世(Bosch-type)蝕刻方法來執(zhí)行步驟(d)中的材料去除。 依據(jù)待制造的多層結(jié)構(gòu)的規(guī)格，根據(jù)該方法的實(shí)施例，在步驟(d)中待要在多層結(jié)構(gòu)中形成的橫向三維圖案具有從多層結(jié)構(gòu)的表面開始平行的、呈楔形擴(kuò)大的或呈楔形縮小的形式。根據(jù)步驟(b)的待涂敷的抗蝕劑材料優(yōu)選的是在固化狀態(tài)下粘度相對低的UV可固化塑料，例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。 依據(jù)待制造的多層結(jié)構(gòu)的規(guī)格，在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中，布置橫向圖案的步驟(i i )之后是在三維圖案上涂敷蓋層的步驟(i i i )。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)上文描述的方法制造的具有周期性橫向圖案的多層結(jié)構(gòu)，其中周期小于I μ m。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)上文描述的方法制造的BF結(jié)構(gòu)，其中該多層結(jié)構(gòu)包括由來自第一群組的第一材料構(gòu)成的多個層以及由來自第二群組的第二材料構(gòu)成的多個層形成的層疊結(jié)構(gòu)，該第一群組包括碳(C)和硅(Si)，該第二群組包括來自過渡元素群組的材料，該過渡元素來自元素周期系的第四周期、第五周期以及第六周期。在一實(shí)施例中，第二材料構(gòu)成的多個層是選自包括鈷(Co)、鎳(Ni)、鑰(Mo)、鎢(W)、錸(Re)以及銥(Ir)的過渡元素群組。使用根據(jù)本發(fā)明的BF結(jié)構(gòu)，能夠獲得這樣的光學(xué)元件它可以應(yīng)用于處于O. Inm到IOOnm之間波長范圍的輻射的波長選擇、聚焦以及準(zhǔn)直，效率是采用現(xiàn)有技術(shù)中不具有橫向圖案的多層結(jié)構(gòu)所無法達(dá)到的。本發(fā)明還涉及根據(jù)上文描述的方法制造的LMAG結(jié)構(gòu)，其中該多層結(jié)構(gòu)包括由來自第一群組的第一材料構(gòu)成的多個層以及由來自第二群組的第二材料構(gòu)成的多個層形成的層疊結(jié)構(gòu)，該第一群組包括硼(B)、一碳化四硼(B4C)、碳(C)、硅(Si)以及鈧(Sc)，該第二群組包括來自過渡元素群組的材料，該過渡元素來自元素周期系的第四周期、第五周期以及第六周期。在根據(jù)本發(fā)明的LMAG結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，該多層結(jié)構(gòu)選自包括由如下材料的多個層形成的層疊結(jié)構(gòu)的群組鎢和硅(W/Si)、鎢和一碳化四硼(W/B4C)、鑰和一碳化四硼(Mo/B4C )、鑭和一碳化四硼(La/B4C )、鉻和碳(Cr/C )、鐵和鈧(Fe/Sc )、鉻和鈧(Cr/Sc )、鎳和碳(Ni/C)以及鎳釩和碳(NiV/C)。在多層結(jié)構(gòu)包括由鑭和一碳化四硼(La/B4C)構(gòu)成的多個層形成的層疊結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，由鑭和一碳化四硼構(gòu)成的多個層被由硼化鑭(LaB)構(gòu)成的多個層分開，這些層用作擴(kuò)散阻擋層。使用根據(jù)本發(fā)明的LMAG結(jié)構(gòu)，能夠獲得這樣的光學(xué)元件它可以應(yīng)用于處于O. Inm到IOOnm之間波長范圍的輻射的波長選擇、聚焦以及準(zhǔn)直，效率是采用現(xiàn)有技術(shù)中不具有橫向圖案的多層結(jié)構(gòu)所無法達(dá)到的。


在下文，參考附圖，將基于示例性實(shí)施例闡明本發(fā)明。在附圖中，圖I示出將根據(jù)本發(fā)明的LMAG結(jié)構(gòu)I應(yīng)用為單色儀的示意圖。
具體實(shí)施例方式LMAG結(jié)構(gòu)I由基板2 (例如，由SiO2構(gòu)成)形成，在該基板2上具有以層周期d彼
此層疊的多個薄層3、4構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)，其中根據(jù)上文描述的方法，將周期性橫向結(jié)構(gòu)布置為具有橫向周期D和線寬rD。波長λ。的XUV輻射的光束(由箭頭5表示)以與LMAG結(jié)構(gòu)I的表面呈fo的角度入射到LMAG結(jié)構(gòu)I的表面上。該入射光束被LMAG結(jié)構(gòu)I衍射射出(exiting)零階光束Itl、一階光束Ip L1、二階光束12、L2以及更高階光束(未示出)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用根據(jù)本發(fā)明的LMAG結(jié)構(gòu)1，能夠提供色散明顯低于(分辨率較高)其他相同種類但無橫向結(jié)構(gòu)的平面多層結(jié)構(gòu)的色散的單色儀，其中與平面多層結(jié)構(gòu)的反射率相比，LMAG結(jié)構(gòu)的反射率只有輕微程度的降低。例子I在由Si構(gòu)成的基板2上，將根據(jù)圖I的LMAG結(jié)構(gòu)I構(gòu)建為120個由La組成的層3(層厚度3. 13nm，粗糙度O. 38nm)和由B4C組成的層4 (層厚度5. 05nm，粗糙度O. 50nm)形成的周期性層疊結(jié)構(gòu)，其中橫向周期D=500nm，以及線寬系數(shù)Γ=0· 20。已發(fā)現(xiàn)，波長λ。=6· 7nm的XUV輻射的光束(其以,的角度入射到LMAG結(jié)構(gòu)I的表面上)以零階進(jìn)行反射，色散達(dá)到利用其他相同種類但無橫向結(jié)構(gòu)的平面多層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的色散的O. 24，而與該平面多層結(jié)構(gòu)相比，反射率只降低了 11%。例子2在由Si構(gòu)成的基板2上，將根據(jù)圖I的LMAG結(jié)構(gòu)I構(gòu)建為150個由Cr組成的層3(層厚度2. 125nm，粗糙度O. 312nm)和由C組成的層4(層厚度4. 048nm，粗糙度O. 338nm)形成的周期性層疊結(jié)構(gòu)，其中橫向周期D=300nm,以及線寬系數(shù)Γ =0. 33。已發(fā)現(xiàn),波長λ。=4· 5nm的XUV輻射的光束(其以f 的角度入射到LMAG結(jié)構(gòu)I的表面上)以零階進(jìn)行反射，色散達(dá)到利用其他相同種類但無橫向結(jié)構(gòu)的平面多層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的色散的O. 34，而與該平面多層結(jié)構(gòu)相比，反射率只降低了 5%。例子3在由Si構(gòu)成的基板2上，將根據(jù)圖I的LMAG結(jié)構(gòu)I構(gòu)建為400個由W組成的層3(層厚度O. 715nm，粗糙度O. 248nm)和由Si組成的層4 (層厚度I. 185nm，粗糙度O. 384nm)形成的周期性層疊結(jié)構(gòu)，其中橫向周期D=400nm，以及線寬系數(shù)Γ=0.25。將由SiO2構(gòu)成的厚度為2nm的蓋層涂敷到該結(jié)構(gòu)上(圖I未示出)。已發(fā)現(xiàn)，波長Aci=Z. 4nm的XUV輻射的光束(其以Φ0的角度入射到LMAG結(jié)構(gòu)I的表面上)以零階進(jìn)行反射，色散達(dá)到利用其他相同種類但無橫向結(jié)構(gòu)的平面多層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的色散的O. 25，而與該平面多層結(jié)構(gòu)相比，反射率只降低了 15%。
權(quán)利要求
1.用于制造具有橫向圖案的多層結(jié)構(gòu)的方法，尤其是應(yīng)用于電磁輻射波長處于O.Inm到IOOnm之間波長范圍的光學(xué)器件的光柵的制造方法，所述方法包括以下步驟 (i)設(shè)置多層結(jié)構(gòu)，以及 (ii)在所述多層結(jié)構(gòu)中布置橫向三維圖案，其特征在于， 通過納米壓印光刻(NIL)方法來執(zhí)行布置所述橫向圖案的步驟(ii)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述納米壓印光刻(NIL)方法至少包括以下步驟 (a)設(shè)置具有與待布置的所述橫向三維圖案對應(yīng)的模具圖案的模具， (b )將可固化抗蝕劑材料層涂敷到所述多層結(jié)構(gòu)上， (c)在根據(jù)步驟(b)涂敷的所述抗蝕劑材料層中，使用所述模具布置所述模具圖案，并且固化該材料，以及 (d)按照所述模具圖案，從所述多層結(jié)構(gòu)中去除未被或至少實(shí)質(zhì)上未被抗蝕劑材料覆蓋的材料，同時在所述多層結(jié)構(gòu)中形成所述橫向三維圖案。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，按照反應(yīng)離子蝕刻(RIE)方法，執(zhí)行根據(jù)步驟(d)的材料去除。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，通過感應(yīng)耦合等離子體(ICP)的方式，執(zhí)行步驟Cd)中的材料去除。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，按照博世蝕刻方法，執(zhí)行步驟(d)中的材料去除。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在步驟(d)中待要在所述多層結(jié)構(gòu)中形成的所述橫向三維圖案具有從所述多層結(jié)構(gòu)的表面開始呈楔形擴(kuò)大的形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在步驟(d)中待要在所述多層結(jié)構(gòu)中形成的所述橫向三維圖案具有從所述多層結(jié)構(gòu)的表面開始呈楔形縮小的形式。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任意一個所述的方法，其中，根據(jù)步驟(b)的待涂敷的所述抗蝕劑材料是在固化狀態(tài)下粘度相對低的UV可固化塑料。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一個所述的方法，其中，布置所述橫向圖案的步驟(ii)之后是在所述三維圖案上涂敷蓋層的步驟(i i i )。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任意一個所述的方法制造的具有周期性橫向圖案的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述周期小于I μ m。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任意一個所述的方法制造的BF結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多層結(jié)構(gòu)包括由來自第一群組的第一材料構(gòu)成的多個層和由來自第二群組的第二材料構(gòu)成的多個層形成的層疊結(jié)構(gòu)，所述第一群組包括碳(C)和硅(Si)，所述第二群組包括來自過渡元素群組的材料，所述過渡元素來自元素周期系的第四周期、第五周期以及第六周期。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的BF結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二材料構(gòu)成的多個層是選自包括鈷(Co)、鎳(Ni)、鑰(Mo)、鎢(W)、錸(Re)以及銥(Ir)的過渡元素群組。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任意一個所述的方法制造的LMAG結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多層結(jié)構(gòu)包括由來自第一群組的第一材料構(gòu)成的多個層以及由來自第二群組的第二材料構(gòu)成的多個層形成的層疊結(jié)構(gòu)，所述第一群組包括硼(B)、一碳化四硼(B4C)、碳(C)、硅(Si)以及鈧(Sc)，所述第二群組包括來自過渡元素群組的材料，所述過渡元素來自元素周期系的第四周期、第五周期以及第六周期。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的LMAG結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多層結(jié)構(gòu)選自包括由如下材料的多個層形成的層疊結(jié)構(gòu)的群組鎢和硅(W/Si)、鎢和一碳化四硼(W/B4C)、鑰和一碳化四硼(Mo/B4C)、鑭和一碳化四硼(La/B4C)、鉻和碳(Cr/C)、鐵和鈧(Fe/Sc )、鉻和鈧(Cr/Sc )、鎳和碳(Ni/C)以及鎳釩和碳(NiV/C)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的LMAG結(jié)構(gòu)，其中，所述多層結(jié)構(gòu)包括由鑭和一碳化四硼(La/B4C)構(gòu)成的多個層形成的層疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，由鑭和一碳化四硼構(gòu)成的多個層被由硼化鑭(LaB)構(gòu)成的多個層分開。
全文摘要
用于制造具有橫向圖案的多層結(jié)構(gòu)的方法以及根據(jù)該方法制造的BF結(jié)構(gòu)和LMAG結(jié)構(gòu)，尤其是應(yīng)用于電磁輻射波長處于0.1nm到100nm之間波長范圍內(nèi)的光學(xué)器件的光柵的制造方法，該方法包括以下步驟(i)設(shè)置多層結(jié)構(gòu)，以及(ii)在該多層結(jié)構(gòu)中布置橫向三維圖案，其中通過納米壓印光刻(NIL)方法來執(zhí)行布置橫向圖案的步驟(ii)。
文檔編號G02B5/18GK102792222SQ201080056081
公開日2012年11月21日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者威爾弗雷德·熱拉爾·范德維爾, 弗雷德里克·比耶柯克, 彼得羅內(nèi)拉·埃梅倫迪亞納·赫格曼, 羅伯特·范德梅爾 申請人:帕納科有限公司