專利名稱：在引導(dǎo)條件下通過液化的納米結(jié)構(gòu)自修復(fù)和增強的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及極小器件的制造，該極小器件具有接近或在納米級范圍內(nèi) (小于大約1微米)的最小尺度的結(jié)構(gòu)特征。本發(fā)明特別涉及一種具有結(jié)構(gòu) 增強和減少的缺陷的器件， 一種制造這種器件的方法和一種實施所迷方法的機構(gòu)。
背景技術(shù)：
納米級和接近納米級的器件對于多種應(yīng)用是重要的。這些器件包括日益 高密度的半導(dǎo)體集成電路和多種電、光、磁、機械和生物器件。
這些納米器件的性能通常取決于其結(jié)構(gòu)的形狀和尺度，并且，這些器件 通常被設(shè)計為具有精確的形狀和尺度以實現(xiàn)所期望的功能。這些器件通過如 光刻、蝕刻、材料沉積和壓印(imprint)技術(shù)之類的多種技術(shù)中的 一種技術(shù) 制造。不過，這些制造技術(shù)在納米級水平并不精確。這些制造技術(shù)由于每一 處理過程的統(tǒng)計性質(zhì)而具有內(nèi)在缺陷，并且由于制造環(huán)境(例如，微塵)而
具有外在缺陷。結(jié)果，這些器件由于具有幾何(拓樸)缺陷、結(jié)構(gòu)缺陷或者 二者兼有而偏離所期望的設(shè)計。典型的幾何缺陷包括邊緣粗糙、偏離平直或 圓形邊緣、平面度偏離和側(cè)壁不垂直。典型的結(jié)構(gòu)缺陷包括晶體缺陷、晶界 和材料性能退化。隨著器件尺寸變得越來越小，這些缺陷使器件的性能越來越低。
圖9有助于理解本發(fā)明所指的問題，其中示意地圖示了具有夸大的邊緣 粗糙度、平面度偏離和垂直度偏離的傳統(tǒng)納米器件。納米器件8通常包括大 尺寸的襯底11，襯底11支撐可從襯底突出的一個或多個納米結(jié)構(gòu)10。納米 結(jié)構(gòu)IO通常包括遠(yuǎn)離襯底界面的外露的"頂"表面13和一個或多個外露的 側(cè)表面14,外露的側(cè)表面14從襯底表面延伸至頂表面13,并在一個或多個 邊緣9處相交于頂表面。納米結(jié)構(gòu)10作為納米級或接近納米級的結(jié)構(gòu)，應(yīng) 具有最小特征，例如，寬度W，該寬度小于大約l微米，并且更通常地小于 大約200納米。
為達到最佳性能，外露的遠(yuǎn)端頂表面13通常應(yīng)該平滑并平行于襯底。 外露的側(cè)表面14應(yīng)該理想地垂直于表面13。它們應(yīng)該基本上不具有非垂直 部分6,并且，邊緣9應(yīng)該平滑平直，或者在希望其彎曲的情況下平滑彎曲。 這些邊緣應(yīng)該基本上不具有粗糙、不規(guī)則特征7。在許多應(yīng)用中，納米結(jié)構(gòu) 理想地具有通過比率D/W測量的較高的縱橫比，其中，W為最小側(cè)面尺度， D為側(cè)壁的高度。
降低邊緣粗糙度的一種方法為，制造具有聚合物阻隔物掩模的器件8， 該聚合物阻隔物掩模已被加熱至阻隔物的流動溫度。這種加熱和由此引起的 流動通常使阻隔物的邊緣平滑。不過，同樣的加熱和流動可使邊緣變圓而使 其產(chǎn)生垂直度偏離，并可使表面變圓而產(chǎn)生平面度偏離。為了避免豎直側(cè)壁 的嚴(yán)重偏離和表面變圓，消除邊緣粗糙度的加熱持續(xù)時間通常很短。因此， 僅消除了部分邊緣粗糙狀況。結(jié)果，阻隔物側(cè)壁和表面經(jīng)常變形。
為了克服阻隔物結(jié)構(gòu)側(cè)壁和表面的退化，Artia的美國專利No. 6,905,949 建議采用流動溫度高于阻隔物的第二材料涂覆整個圖樣化阻隔物結(jié)構(gòu)，然后
將如此涂覆后的阻隔物加熱至流動溫度。不過，采用該方法的問題在于，在 所有界面包圍阻隔物的涂層使得阻隔物難以改變形狀。
還應(yīng)該注意的是，采用阻隔物遮掩通常是許多所需步驟中的早期步驟， 以形成堅硬、高熔融溫度材料的納米器件，所述材料例如為半導(dǎo)體、金屬或
電介質(zhì)、或其混合物。之前的將整個器件完全(blankly )加熱而使阻隔特征 平滑的方法不能應(yīng)用于堅硬、高熔融溫度的材料，這是因為加熱將會熔融和 破壞襯底和周圍的其他結(jié)構(gòu)。結(jié)果，即使完全平滑的阻隔掩模也不能避免在 后續(xù)處理步驟產(chǎn)生新的缺陷。因此，有必要改進用于修復(fù)和增強納米器件的 結(jié)構(gòu)特征的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，圖樣化的納米級或接近納米級的器件(即，包括最小橫向 尺度小于大約l微米的的納米結(jié)構(gòu)的器件)的結(jié)構(gòu)，通過在另外的引導(dǎo)結(jié)構(gòu) 提供適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)條件的情況下將圖樣化的納米結(jié)構(gòu)液化 一 段時間并然后使 納米結(jié)構(gòu)固化而修復(fù)和/或增強。有利的引導(dǎo)條件包括分開且鄰近或者接觸 引導(dǎo)表面，從而控制外露的納米結(jié)構(gòu)表面，并保持頂表面的平直度和側(cè)壁的 垂直度。無約束的外露側(cè)表面邊界允許邊緣粗糙度和曲率的平滑。在優(yōu)選的 實施例中，具有平坦表面的層或板的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)被放置為覆蓋在圖樣化的納米 結(jié)構(gòu)頂表面的上面，其中，所述平坦表面與頂表面鄰近并具有間隙，或者與 頂表面接觸。側(cè)表面保持無約束，并且納米結(jié)構(gòu)通過高強光被液化以修復(fù)和 /或增強納米特征。


本發(fā)明的有利之處、特性和各種特征，通過結(jié)合附圖詳細(xì)描述的示例性 實施例將更顯得更充分。在附圖中，
圖la-圖If圖示了本發(fā)明第一實施例，其中使用鄰近于納米結(jié)構(gòu)表面 的分開的引導(dǎo)表面；
圖2a -圖2d顯示了可代替實施例，其中使用接觸納米結(jié)構(gòu)表面的引導(dǎo)表面；
圖3a和3b圖示了與單獨納米結(jié)構(gòu)接觸的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的使用；
圖4a和4b圖示了通過選擇性加熱納米結(jié)構(gòu)而自修復(fù)固態(tài)納米結(jié)構(gòu)或襯底；
圖5示意性圖示了用于進行納米結(jié)構(gòu)的自修復(fù)和/或結(jié)構(gòu)增強的工具；
圖6- 8圖示了通過本發(fā)明的處理而自修復(fù)和/或增強的納米結(jié)構(gòu)的具體 實例；和
圖9圖示了傳統(tǒng)納米器件，其中具有夸大的納米結(jié)構(gòu)缺陷；
圖10a顯示了沉積在熔融石英村底上的Cr片(將被修復(fù)和增強的納米 結(jié)構(gòu))的SEM圖像，該Cr片的側(cè)面尺寸為110nmx 140nm,高為20nm;
圖10b顯示了圖10a中Cr方形結(jié)構(gòu)變?yōu)橹睆?0nm、高48nm的圓點的 SEM圖像，其中，未使用任何引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過420mJ/cm2的單脈沖(20ns 的脈沖寬度)準(zhǔn)分子激光(308nm的波長)輻射；
圖10c顯示了圖10a中Cr方形結(jié)構(gòu)變?yōu)楦?2nm、直徑70nm的圓柱的 SEM圖像，該圓柱包括平頂、豎直壁和高得多的縱橫比，其中，采用由石 英制成并具有平坦引導(dǎo)表面和在初始Cr結(jié)構(gòu)表面上方的60nm的初始間隙 的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過420mJ/cm2和20nm脈沖寬度的9380nm (波長)單激光 脈沖。Cr結(jié)構(gòu)在熔融過程中上升并接觸頂表面。
應(yīng)該理解的是，附圖僅圖示了本發(fā)明的概念，并未限定其范圍。在所有 附圖中，相同的附圖標(biāo)記用于指示相似的部件。
具體實施例方式
不同于在傳統(tǒng)制造中辛苦而又通常無望地試圖消除缺陷，在本發(fā)明中， 通過在納米結(jié)構(gòu)恢復(fù)到固態(tài)之前利用由引導(dǎo)結(jié)構(gòu)提供的適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)條件將 納米結(jié)構(gòu)液化一段時間，來實現(xiàn)修復(fù)和增強包含固態(tài)納米結(jié)構(gòu)的器件的結(jié)構(gòu) 特征。液體的表面張力和低粘度可以自修復(fù)幾何缺陷。液體中的原子和電子
的運動可以自修復(fù)(退火)結(jié)構(gòu)缺陷。引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)表面具有鄰近于納米 器件的結(jié)構(gòu)特征的頂表面的間隙，可使得結(jié)構(gòu)特征高度增加、結(jié)構(gòu)特征寬度 變窄，并由此增大結(jié)構(gòu)特征的縱橫比.并且，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)表面具有鄰近 于納米器件的結(jié)構(gòu)特征的頂表面的間隙或與其直接接觸，可增強側(cè)壁的垂直 度并保持結(jié)構(gòu)特征頂表面的平直度。
將固體液化為液體的方法包括采用激光束或燈加熱的輻射加熱和超聲 波加熱。加熱可為脈沖或連續(xù)加熱。而且，加熱可泛布包圍整個晶片或選揭r 性地朝向每一納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)的選擇性加熱可通過下述方式實現(xiàn)，即， 通過使用被納米結(jié)構(gòu)材料選擇性吸收的加熱輻射波長，通過使用掩模加熱所 選擇的納米結(jié)構(gòu)，或通過在所選擇的納米結(jié)構(gòu)上采用聚焦加熱束進行選擇性 掃描。
參見附圖，圖la- lf圖示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，襯底U上的 一個或多個納米結(jié)構(gòu)0a和10b通過板或?qū)拥囊龑?dǎo)結(jié)構(gòu)將納米結(jié)構(gòu)]Oa和 10b液化而被修復(fù)和增強，所述板或?qū)釉O(shè)置以形成鄰近于外露的納米頂表面 13a、 13b并與其具有間隙的引導(dǎo)表面12。
第一步驟為提供納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)可通過光刻法、壓印、蝕刻或沉積 而提供。下一步驟為通過另外的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)提供具有適當(dāng)引導(dǎo)條件的納米結(jié) 構(gòu)。如圖lb所示，引導(dǎo)表面12可為鄰近于表面]3a和13b設(shè)置并與其具有 間隙的層或板15的平坦表面。有時，可通過隔離件16提供和保持該間隙。 可選擇間距S以將材料從表面13a、 13b吸附到引導(dǎo)表面。典型的引導(dǎo)層或 板的厚度根據(jù)制造方法確定。引導(dǎo)層或板可為厚度為io納米-ioo微米的 薄膜，或為厚度大約為毫米級的板。隔離件16從側(cè)表面14a、 14b離開足夠 遠(yuǎn)，使得所述側(cè)表面不會被吸附到所述隔離件并且基本上無約束。
第三步驟為在由引導(dǎo)結(jié)構(gòu)提供的引導(dǎo)條件下液化納米結(jié)構(gòu)。圖lc顯示 了納米結(jié)構(gòu)10a和10b被加熱至熔融狀態(tài)并持續(xù)一段時間，而同時板15和 隔離件16保持固態(tài)。持續(xù)時間可短至lps(皮秒)和長至數(shù)秒鐘乃至數(shù)分鐘。 在熔融狀態(tài)時，結(jié)構(gòu)10a和10b優(yōu)選地上升至平坦表面12，減小納米結(jié)構(gòu)的寬度W,同時增加其高度D(圖ID)。這增大了納米結(jié)構(gòu)的縱橫比(D/W)。 先前，設(shè)置平坦的高分子膜以上升至距膜一段距離放置的引導(dǎo)表面，如在 2004年3月30日發(fā)布的申請人Chou等人的美國專利No.6,713，238中所述， 該專利通過引用被并入本文。
下一步驟為重新固化納米結(jié)構(gòu)。當(dāng)停止加熱時，納米結(jié)構(gòu)重新固化，而 具有減小的側(cè)邊緣粗糙度、平坦的頂表面，和對應(yīng)于高度增大和寬度減少的 更高的縱橫比(圖le)。然后，可選地可以將引導(dǎo)結(jié)構(gòu)移除，從而產(chǎn)生如圖 1 f所示的具有修復(fù)和增強的納米結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)器件。可以通過機械分離或 溶劑溶解實現(xiàn)上述移除。在某些情況下，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)可為納米器件的功能材料 的一部分。
除了提高縱橫比以外，板表面12還保持納米結(jié)構(gòu)頂表面13平坦，并且 有助于使納米結(jié)構(gòu)側(cè)表面14垂直于(豎直)頂表面。在液態(tài)時，納米結(jié)構(gòu) 的幾何和/或結(jié)構(gòu)缺陷被修復(fù)，納米結(jié)構(gòu)通過液體流動和原子遷移被增強。 邊緣粗糙度減小，粗糙的彎曲變?yōu)槠交膹澢?。晶體缺陷、晶界和材料性能 退化減少。
圖2a-2d圖示了可代替實施例，其中，在納米結(jié)構(gòu)被加熱至熔融狀態(tài) 前，引導(dǎo)表面12與相應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)10a和10b的頂表面13a和13b接觸。 經(jīng)過一段時間(在此過程中，提供有表面12的層15保持固態(tài))之后，納米 結(jié)構(gòu)重新固化。此過程修復(fù)了包括邊緣粗糙和不平滑彎曲在內(nèi)的幾何缺陷。 引導(dǎo)表面12可以使鄰接的納米結(jié)構(gòu)表面保持平坦，并使側(cè)壁豎直。此過程 還減少了包括晶體缺陷、晶界和材料性能退化在內(nèi)的結(jié)構(gòu)缺陷。
圖3a-圖3b顯示了本發(fā)明的第三實施例，其中，引導(dǎo)表面為單獨引導(dǎo) 結(jié)構(gòu)32的形式，并且設(shè)置在各個納米結(jié)構(gòu)10a、 10b和10c的外露頂表面上。 引導(dǎo)結(jié)構(gòu)由熔融溫度高于納米結(jié)構(gòu)的材料構(gòu)成。引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的尺寸與其所接觸 的納米結(jié)構(gòu)可以相同(圖3a)，或可以不同(圖3b)，或者二者可以具有 不同形狀(例如，器件結(jié)構(gòu)為方形，而引導(dǎo)結(jié)構(gòu)為三角形)(圖3c)。單獨 的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)可在每一納米器件結(jié)構(gòu)特征的頂部上或在引導(dǎo)板的表面上形成(圖3d)。在每種情況下，納米結(jié)構(gòu)被加熱至熔融狀態(tài)保持一段時間，而 同時，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)基本上保持固態(tài)，然后，納米結(jié)構(gòu)重新固化。在每種情況下， 此過程修復(fù)幾何和結(jié)構(gòu)缺陷。引導(dǎo)結(jié)構(gòu)使鄰接表面保持平坦，同時有助于使 側(cè)壁豎直。如圖3b所示，如果單獨引導(dǎo)結(jié)構(gòu)32大于其所覆蓋的圖2b中的 納米結(jié)構(gòu)10a,則納米結(jié)構(gòu)趨向于在引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的區(qū)域延伸。
圖4a和4b圖示了本發(fā)明的又一實施例，其中，固態(tài)的、高熔融溫度的 納米結(jié)構(gòu)，例如，半導(dǎo)體、金屬或電介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)10a、 10b,在襯底上選擇 性地加熱，而同時，襯底11和在納米結(jié)構(gòu)與襯底之間的任何其他中間結(jié)構(gòu) 5在整體上保持固態(tài)。在此特定實例中，圖4a中的納米結(jié)構(gòu)10a意在形成為 條狀，而圖4b中的納米結(jié)構(gòu)L0b意在形成為圓點。中間層5為硅襯底11上 的二氧化硅。
經(jīng)過一段時間之后，納米結(jié)構(gòu)10a、 10b重新固化。這一過程修復(fù)幾何 缺陷和結(jié)構(gòu)缺陷。幾何缺陷包括邊緣粗糙和偏離預(yù)定平滑形狀(例如，偏離 直邊或平坦表面的凸的或凹的形狀，或原定為圓點的非圓形狀)。結(jié)構(gòu)缺陷 包括晶體缺陷、晶界和材料性能退化。選擇性加熱意味著僅有將進行修復(fù)的 納米結(jié)構(gòu)被加熱至熔融狀態(tài)。
在某些應(yīng)用中，引導(dǎo)材料將在自修復(fù)和增強之后移除。在其他應(yīng)用中， 引導(dǎo)材料將保留在納米器件上，從而變成納米器件的功能部分。
雖然不希望受限于理論，不過申請人當(dāng)前最好的理解是，上述通過液化 的自修復(fù)("SELF")主要是由于(a)液體的表面張力易于消除表面變化， 和(b )液體的低粘度使液體流動并在非常短的時間內(nèi)改變其形狀。通過SELF 修復(fù)固態(tài)材料中的結(jié)構(gòu)缺陷，主要是由于在將進行修復(fù)的材料的液態(tài)(熔融) 狀態(tài)下原子和電子具有高度激活的運動。
液態(tài)材料上升至最初在材料上方的具有間隙的板表面，是由于材料與板 之間的吸附力。此力可以包括靜電力、范德壁力、分子力和其他力。
如在專利No.6,713,238中所述，由發(fā)明者Chou和Lei Zhuang之一發(fā)現(xiàn) 最初無特征且平坦的無特征熔融阻隔(resist)膜上升以形成周期性的柱陣列并接觸頂板。阻隔材料為聚合物，而初始膜在納米級狀態(tài)下基本上沒有特征。
僅通過液化形成圖樣，而形成的微尺度(microscale )特征根據(jù)材料的參數(shù) 而不是用戶的設(shè)計來確定。
在這種情況下，初始結(jié)構(gòu)現(xiàn)在可預(yù)圖樣化至納米級而不是無特征，并且， 這些結(jié)構(gòu)可由高熔融溫度的固體(熔融溫度>400°0構(gòu)成，而不是由低熔融 溫度的聚合物阻隔物組成。
在SELF中固態(tài)材料的加熱可通過多種形式提供，包括輻射加熱、傳導(dǎo) 加熱和對流加熱。加熱可來自激光、燈、電阻加熱器、輻射源、RF加熱器、 超聲波加熱器，等。加熱也可以為間接的，如通過將導(dǎo)熱材料設(shè)置在將進行 修復(fù)的結(jié)構(gòu)的頂部。加熱可為脈沖的或連續(xù)的。加熱時間可短至lps(皮秒) 或長達數(shù)秒乃至數(shù)分鐘，這取決于其他制造要求。加熱可以是單脈沖或多個 序列(sequential)脈沖?？赏ㄟ^實現(xiàn)所需結(jié)構(gòu)形狀的方式控制加熱。
納米結(jié)構(gòu)的加熱可以是整個襯底(或模區(qū)域)的覆蓋式加熱，或者是僅 直接加熱指定的納米結(jié)構(gòu)的選擇性加熱。上述的選擇性可通過使用有效阻隔 不希望加熱的區(qū)域的掩模或柵實現(xiàn)。掩模或柵可以直接設(shè)置在襯底上或離開 襯底定位(類似于在投影光刻中使用的掩模)。掩模還可以是例如初始用于 形成納米結(jié)構(gòu)的光刻掩模。選擇性加熱的另一方式為，將聚焦束指向或掃描 指定結(jié)構(gòu)。
引導(dǎo)表面層或板15可以對于熱源是透明的，從而使熱能可以透過所述 板而沒有被顯著吸收。適于層或板的示例性材料包括石英、二氧化硅、玻璃，
層或板15或引導(dǎo)結(jié)構(gòu)32的熔融溫度應(yīng)該高于將進行修復(fù)的納米結(jié)構(gòu)的 炫融溫度。優(yōu)選地，層、板或引導(dǎo)結(jié)構(gòu)不吸收熱能，或者其吸收的熱能少于 納米結(jié)構(gòu)吸收的熱能，例如，所述加熱是由納米結(jié)構(gòu)進行選擇性吸收的輻射力口熱。
引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的鄰近于納米結(jié)構(gòu)的表面可視為具有所希望的潤濕或非潤濕 (親水的或疏水的)性能，這取決于最終的所需結(jié)構(gòu)。為形成垂直側(cè)壁14,通常優(yōu)選疏水表面。
加熱選擇性可通過仔細(xì)選擇加熱輻射的波長實現(xiàn)，從而只有指定的納米結(jié)構(gòu)將吸收加熱輻射。例如，為了選擇性地加熱由Si02包圍的硅或金屬， 可使用波長為308nm ( XeCl)或者波長為l卯nm - 500mn的激光或加熱源。 激光僅熔融硅或金屬的表面而不熔融周圍的Si02或下面的材料。這是因為 Si02的能帶隙大于激光波長的能帶隙。因此，激光能量通過硅或金屬的超薄 表面層吸收，而不直接滲入薄表面下面的材料中。加熱輻射波長可以是小于 5nm的窄帶寬或5nm - 1000nm的寬帶寬。
可以控制選擇性加熱和加熱時間，以修復(fù)納米結(jié)構(gòu)的缺陷，而同時不會 損害(或不會顯著改變)襯底上的其他結(jié)構(gòu)。在一些情況下，需要超高速加 熱或選擇性加熱中的至少一種。脈沖準(zhǔn)分子激光器或脈沖燈有利于上述這種 控制。
SELF可用于修復(fù)不同類型材料上的缺陷，這些材料包括半導(dǎo)體、金屬、 電介質(zhì)、陶瓷、聚合物、半流體和這些材料的組合、混合物或合金。SELF 尤其有利于修復(fù)由熔融溫度通常超過400°C的這些堅硬材料所構(gòu)成的納米 結(jié)構(gòu)。
通過本發(fā)明修復(fù)或增強的納米結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征包括以下形狀方形、長 方形、圓形、多邊形和其他不同的幾何形狀。
納米結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征可以由特定材料形成，所述特定材料從由以下物質(zhì) 所組成的組中選出半導(dǎo)體、金屬、電介質(zhì)、陶瓷、聚合物、半流體、以及 其組合、混合物或合金。
引導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以由特定材料形成，所述特定材料從由以下物質(zhì)組成的組中 選出半導(dǎo)體、金屬、電介質(zhì)、陶瓷、聚合物、半流體、以及其組合、混合 物或合金。
襯底可以由特定材料形成，所述特定材料從由以下物質(zhì)所組成的組中選 出半導(dǎo)體、金屬、電介質(zhì)、陶瓷、聚合物、半流體、以及其組合、混合物 或合金。
參見圖5,實現(xiàn)SELF的工具可以包括用于襯底、用于掩模和用于一個 或多個加熱源的臺(stage)。其中可以包括用于對準(zhǔn)襯底、掩模和加熱源的 機構(gòu)。優(yōu)選地，其中包括用于機器操作的傳感器、用于監(jiān)控機器操作的機器 顯示裝置、和編程的機器智能。
在選擇性SELF處理中，加熱源與納米結(jié)構(gòu)的精確對準(zhǔn)是有利的。這種 對準(zhǔn)可使用光對準(zhǔn)技術(shù)或電對準(zhǔn)技術(shù)實現(xiàn)。例如，對準(zhǔn)傳感器和對準(zhǔn)標(biāo)記可 分別是產(chǎn)生莫爾對準(zhǔn)圖樣的光學(xué)檢測器和光學(xué)對準(zhǔn)標(biāo)記。然后，可采用莫爾 對準(zhǔn)技術(shù)將加熱區(qū)域相對于進行修復(fù)的納米結(jié)構(gòu)定位。這種技術(shù)在以下文獻 中進行描述，即，J. Vac. Sci. Technol. B6 ( 1 )的1988年1月/2月第394頁 Nom Lira等人的" 一 種用于混合和匹配光刻系統(tǒng)的莫爾對準(zhǔn)技術(shù)(A MOIRE ALIGNMENT TECHNIQUE FOR MIX AND MATCH LITHOGRAPHIC SYSTEM )"，和J. Vac. Sci. Technol. B7 ( 6 )的1989年11月/12月第1977 頁Hara等人的"一種利用偏折莫爾信號的對準(zhǔn)技術(shù)(AN ALIGNMENT TECHNIQUE USING DEFRACTED MOIRE SIGNALS )",上述兩篇文獻灃皮 并入本文。作為另外的實例，對準(zhǔn)標(biāo)記可以為引導(dǎo)結(jié)構(gòu)電容(guiding stmctureacitor )板，使得傳感器檢測標(biāo)記之間的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)電容。每個臺可以 最多具有6個運動自由度x、 y、 z和3個旋轉(zhuǎn)自由度。
控制器可以監(jiān)控全部或部分的操作參數(shù)，例如，電的、光的、氣動的和 機械的參數(shù)?？刂栖浖梢蕴幚矸答仭⒎治?、智能決策和控制。
本發(fā)明通過下述實例將理解得更清楚。
實例1
波長為308nm且脈沖寬度為20ns的準(zhǔn)分子激光應(yīng)用在SELF試驗中。 Si和Cr中的邊緣粗糙度和非圓形狀均成功修復(fù)。圖6顯示，SOI上的70nm 寬且100nm厚的Si線上的嚴(yán)重Z形邊緣在545mJ/cm2的能量流下的準(zhǔn)分子 單脈沖后變得平直和年滑。
實例2
圖7顯示了在Si02上的10nm厚、初始形狀類似方形的非圓形的Cr"點" 通過使用SELF可以變成近乎理想的圓點。
實例3
圖8顯示了 SIMOX (注氧隔離)SOI晶片在SELF前在Si02上的邊長 115nm、厚度50nm的Si方形體。這些Si方形體在SELF之后變成直徑85nm 的Si圓點。在硅層沒有明顯燒蝕(ablation)的情況下，450 - 890 mJ/cm2
的激光能量流都可以產(chǎn)生相似的結(jié)果。
實例-3
圖10a顯示了沉積在熔融石英襯底上的Cr墊(將進行修復(fù)和增強的納 米結(jié)構(gòu))的SEM圖像，該Cr墊側(cè)面尺度為llOnmx 140nm，高度為20nm。 圖10b的SEM圖像顯示，圖0a中Cr方形結(jié)構(gòu)在沒有使用任何引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的 情況下經(jīng)過420 mJ/cm2的單脈沖(20ns的脈沖寬度)準(zhǔn)分子激光(308nm 的波長)輻射之后變?yōu)橹睆?0nm、高度48nm的圓點。圖10c的SEM圖像 顯示，圖10a中Cr的方形結(jié)構(gòu)在采用引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的情況下經(jīng)過脈沖寬度為 20nm的420mJ/cm2的9308nm(波長)激光單脈沖變成高度62nm、直徑70nm 的圓柱，所述圓柱包括平坦頂部、豎直壁和更高的縱橫比，所述引導(dǎo)結(jié)構(gòu)由 石英制成并具有平坦引導(dǎo)表面和初始Cr結(jié)構(gòu)表面上方60nm的初始間隙。 Cr結(jié)構(gòu)在熔融過程中上升并接觸頂表面。
在上述實例中，SELF中的選擇性加熱通過脈沖激光完成，所述選擇性 加熱僅由能帶隙小于光能的材料的薄表面層吸收。所述表面上或下方的其他 材料在SELF中將保持在低得多的溫度。不同于在通過等溫加熱熔融聚合物 材料時眾所周知的邊緣平滑和形狀圓滑，SELF可以在沒有熔融或損害其他 器件元件或襯底的情況下修復(fù)表面制造缺陷。
在SELF中自修復(fù)時間少于200ns,這比使聚合物材料平滑的時間縮短 5至6個數(shù)量級。這種快速的修復(fù)時間，對于不損害薄片和應(yīng)用的其他部分 很重要，并歸結(jié)于下述事實，即，與熔融的聚合物材料相比，熔融的半導(dǎo)體 和金屬的粘度下降了 3至5個數(shù)量級且其表面張力至少高10倍。
在此描述的納米結(jié)構(gòu)的自修復(fù)和增強可在真空或在氣體混合物中完成，
從而改善納米器件的結(jié)構(gòu)特征。所述氣體混合物可以包括惰性氣體(例如， 氮、氬)和還原氣體(例如，氬、水蒸氣)。
在此所描述的方法可用于制造許多領(lǐng)域的產(chǎn)品，包括電子產(chǎn)品(尤其是 集成電路)、光產(chǎn)品、光電子產(chǎn)品、磁產(chǎn)品、數(shù)據(jù)存儲產(chǎn)品(磁方式的和光 方式的)、生物技術(shù)產(chǎn)品，等。
在此描述的方法也可以用于制造針對包括上述應(yīng)用在內(nèi)的不同應(yīng)用的 納米壓印模具。
應(yīng)理解的是，我們僅例示了 SELF修復(fù)機構(gòu)可用于修復(fù)納米結(jié)構(gòu)的多種 可能方式中的一些方式。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員可以對SELF處理進行多種變化和修改。
權(quán)利要求
1、一種減少納米器件中幾何和/或結(jié)構(gòu)缺陷的方法，所述納米器件包括最小尺寸大約1微米或更小的至少一個納米結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟提供所述納米器件；將一引導(dǎo)表面設(shè)置為鄰近所述納米結(jié)構(gòu)的外露表面；將所述納米結(jié)構(gòu)液化一段時間；和將所述液化后的納米結(jié)構(gòu)重新固化。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引導(dǎo)表面從所述納米結(jié)構(gòu)的表面分開一段距離。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法 的表面接觸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法 結(jié)構(gòu)暴露于輻射能而被液化。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法 并通過力口熱所述4十底而尋皮'液4匕。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法其中，所述引導(dǎo)表面與所述納米結(jié)構(gòu)其中，所述納米結(jié)構(gòu)通過使所述納米其中，所述納米結(jié)構(gòu)設(shè)置在一襯底上其中，所述納米結(jié)構(gòu)設(shè)置在一襯底上并通過選擇性地直接輻射所述襯底的設(shè)置有特征部的部分而被液化。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述納米結(jié)構(gòu)設(shè)置在一襯底上， 并通過遮掩所述襯底以選擇性地使設(shè)置有所述納米結(jié)構(gòu)的部分外露和利用 所述掩模進行直接輻射而被液化。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述納米結(jié)構(gòu)設(shè)置在一襯底上， 并通過在設(shè)置有所述納米結(jié)構(gòu)的襯底上掃描一輻射束而被液化。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述納米結(jié)構(gòu)被設(shè)置在包含硅 的襯底上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述納米結(jié)構(gòu)通過輻射加熱、 傳導(dǎo)力。熱、對流加熱或超聲波加熱而被液化。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過加熱lps至100ms的時間4殳進行所述液化。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過加熱ls或更長的時間段 進^f所述液化。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液化通過采用使所述納米 結(jié)構(gòu)選擇性吸收的一個或多個波長的輻射進行加熱而實現(xiàn)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述納米結(jié)構(gòu)包括硅或金屬， 基本上被Si02包圍，并通過波長大致為308nm的輻射而被液化。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述納米結(jié)構(gòu)和其他結(jié)構(gòu)設(shè)置 在一襯底上，并通過加熱一段時間而液化，從而足以修復(fù)所述納米結(jié)構(gòu)中的 缺陷而不損害其他結(jié)構(gòu)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述納米結(jié)構(gòu)設(shè)置在一襯底上， 并且在所述納米結(jié)構(gòu)上設(shè)置引導(dǎo)蓋以控制所述納米結(jié)構(gòu)的形狀。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述引導(dǎo)蓋的構(gòu)成材料在所
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述引導(dǎo)蓋的構(gòu)成材料潤濕 液化后的材料。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述引導(dǎo)蓋的構(gòu)成材料不會 潤濕液化后的材料。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述引導(dǎo)蓋形成為用于成形 所述納米結(jié)構(gòu)的形狀。
21、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述減少的幾何缺陷包括從由 以下缺陷所組成的組中選出的一種或多種缺陷邊緣粗糙、表面粗糙、平直 偏離、豎直偏離，和偏離預(yù)定形狀。
22、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述減少的結(jié)構(gòu)缺陷包括從由 以下缺陷所組成的組中選出的一種或多種缺陷點缺陷、晶體缺陷、晶界、 不希望出現(xiàn)的非晶區(qū)和不希望出現(xiàn)的多晶區(qū)。
23、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述納米結(jié)構(gòu)的形成材料從由 以下材料所組成的組中選出半導(dǎo)體、金屬、電介質(zhì)、陶瓷、聚合物、以及 其組合、混合物或合金。
24、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引導(dǎo)表面包含一種材料， 所述材料的熔融溫度不同于所述納米結(jié)構(gòu)的熔融溫度。
25、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引導(dǎo)表面包含一種材料， 所述材料的熔融溫度高于所述納米結(jié)構(gòu)的熔融溫度。
26、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引導(dǎo)表面的面積至少是所 述外露表面的面積的五倍。
27、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引導(dǎo)表面的面積基本上與 所述外露表面的面積相等。
28、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引導(dǎo)表面的側(cè)面尺寸基本 上與所述外露表面的側(cè)面尺寸相等。
29、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引導(dǎo)表面通過在所述引導(dǎo) 表面與所述襯底或所述納米結(jié)構(gòu)之間的隔離部而與所述外露表面分開 一 段 距離。
30、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述納米結(jié)構(gòu)的熔融和重新固 化改變所述納米結(jié)構(gòu)的形狀
31、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述納米結(jié)構(gòu)包括一頂表面， 所述頂表面的形狀從由線條形、方形、圓形，和多邊形所組成的組中選出。
32、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引導(dǎo)表面的形狀從由線條 形、方形、圓形和多邊形所組成的組中選出，從而在重新固化時將所述納米 結(jié)構(gòu)引導(dǎo)為相似的形狀。
33、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液化通過加熱輻射的脈沖 序列實現(xiàn)。
34、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液化通過基本上被所述納 米結(jié)構(gòu)完全吸收的加熱輻射而實現(xiàn)。
35、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液化通過釆用在1 - 800nm 的范圍中的一個或多個波長的加熱輻射而實現(xiàn)。
36、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液化通過具有納米色輻射 源的加熱實現(xiàn)。
37、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液化通過具有窄帶輻射源 的加熱實現(xiàn)。
38、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液化通過具有寬帶輻射源 的加熱實現(xiàn)。
39、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液化通過加熱輻射實現(xiàn)， 并且所述引導(dǎo)表面由使所述加熱輻射基本上可以透過的材料構(gòu)成。
40、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引導(dǎo)表面在重新固化后被移除。
41、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引導(dǎo)表面的構(gòu)成材料從由 以下材料所組成的組中選出半導(dǎo)體、金屬、電介質(zhì)、陶瓷、聚合物、以及 其組合、混合物或合金。
42、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述襯底的構(gòu)成材料從由以下 材料所組成的組中選出半導(dǎo)體、金屬、電介質(zhì)、陶瓷、聚合物、以及其組 合、混合物或合金
43、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述納米結(jié)構(gòu)通過利用一標(biāo)記 暴露于輻射而被液化，所述標(biāo)記被對準(zhǔn)以暴露所述納米結(jié)構(gòu)。
44、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液化和重新固化基本上在 真空中進行。
45、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液化和重新固化在一氣體 混合物中進行，所述氣體混合物被選擇以利于所述納米結(jié)構(gòu)的修復(fù)或增強。
46、 一種用于納米印制光刻的模具，所述模具通過根據(jù)權(quán)利要求l所述 的方法制成。
47、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制成的產(chǎn)品。
48、 一種工具，用于進行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述工具包括 用于支撐包括所迷納米結(jié)構(gòu)的襯底的臺； 用于支撐加熱源的臺；和用于使所述加熱源對準(zhǔn)所述襯底的機構(gòu)，該機構(gòu)包括光學(xué)檢測器和產(chǎn)生 莫爾對準(zhǔn)圖樣的光學(xué)對準(zhǔn)標(biāo)記。
49、 一種工具，用于進行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述工具包括 用于對準(zhǔn)所述加熱源和所述襯底的機構(gòu)，所述機構(gòu)包括對準(zhǔn)標(biāo)記，所述對準(zhǔn)標(biāo)記包括電容板和用于檢測所述板之間電容的傳感器。
50、 一種根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的設(shè)備，其中，每個臺均可移動。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，圖樣化的納米級或近納米級的器件(納米結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)，通過在適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)條件下將圖樣化的器件液化一段時間并之后將器件固化而進行修復(fù)和/或增強。有利的引導(dǎo)條件包括鄰近且分離于表面或接觸表面以控制表面結(jié)構(gòu)并保持豎直。無約束邊界使邊緣粗糙變得平滑。在優(yōu)選實施例中，平坦表面設(shè)置為覆蓋在圖樣化的納米結(jié)構(gòu)表面上，并且，此表面通過高強度光源液化以修復(fù)或增強納米特征。
文檔編號H01L21/00GK101208774SQ200680023201
公開日2008年6月25日 申請日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者夏強飛, 斯蒂文·Y·舒 申請人:普林斯頓大學(xué)