使用新类电子束诱发表面处理技术的纳米制造制造技术

本发明专利技术涉及使用新类电子束诱发表面处理技术的纳米制造。描述了用于基于衬底的表面化学的电子束诱发改变的直接光刻图案限定的方法和系统。所述方法涉及用于全局限定指定的表面化学（SC）的初始化学处理。然后气态前体和表面之间的电子束诱发表面反应用于局部改变SC。由此可以实现在衬底上的稳定的指定的表面化学的高分辨率图案化。然后限定的图案可用于经由采用特定SC组合的特异性的方法或者通过表面能量差的选择性材料沉积。可能的是，在不打破真空的情况下原位执行所有步骤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改善的电子束处理技术，尤其涉及用于以纳米级分辨率制造的改善的技术。
技术介绍
电子束诱发沉积（EBID）是一种用于在衬底表面上沉积材料的技术。EBID通过电子束和沉积前体的相互作用在衬底表面上沉积材料。通常，该前体是气体并且待沉积的材料是金属。电子束诱发刻蚀（EBIE）是另一种用于衬底表面改性的技术。在EBIE中，电子束通常通过刻蚀前体气体辅助在辐照区域中诱发刻蚀。电子束诱发沉积是有吸引力的，因为它使得能够实现在扫描电子显微镜（SEM）中的直写（direct-write）纳米制造和高分辨率视觉反馈。然而，目前EBID的应用是受限的。EBID的应用已经受限于几个问题。一般，由EBID沉积的材料遭受低纯度的预期沉积物，引起诸如相对于较纯沉积物的高电阻之类的问题。由EBID沉积的材料还易于具有不利的纳米/微米结构，例如材料通常是多晶的。EBID的另一局限性涉及目前能够被沉积的有限数目的材料或化合物。特定材料的沉积需要合适的沉积前体，其对于一些材料来说不存在。EBID前体必须在存在电子束的情况下进行反应以形成待沉积材料的非挥发性成分和将不被沉积的化合物中的材料的挥发性部分，而在没有该电子束的情况下不应该自发地与表面进行反应。前体分子必须充分附着到表面以允许该电子束进行相互作用，而不是凝结在表面上以形成遮掩该表面的厚层。还可以通过其他技术，例如化学气相沉积（CVD）、湿法化学技术以及其他方法来沉积材料。这类方法受限于可以对其执行选择性沉积的最小特征尺寸。EBID的一个应用是直写式单步电子束光刻。常规电子束光刻（EBL）使用电子辐照敏感抗蚀剂层，其在辐照后被显影步骤选择性地去除（正性抗蚀剂），或者在辐照后不被显影步骤去除（负性抗蚀剂）以限定光刻图案。然后材料被全局沉积，并且去除抗蚀剂，仅在其中在显影期间去除抗蚀剂的区域中留下沉积物。EBL的分辨率受限于在抗蚀剂层内电子束相互作用体积的尺寸，并且可达到的分辨率随抗蚀剂层厚度降低而改善。在对非常薄的抗蚀剂层的限制下，对于在制造步骤之后正确去除该层以留下良好限定的高分辨率特征存在显著的实际问题。利用EBL的多步处理因涉及多个抗蚀剂涂覆和去除步骤而是非常困难的。抗蚀剂层也易于遮掩衬底上的对准标记，给多步EBL增加了另一难度。Marbach的“Electronbeaminducedsurfaceactivation:amethodforthelithographicfabricationofnanostructuresviacatalyticprocesses”（AppliedPhysicsA,Vol.117,Issue3,pp.987-995(2014)）描述了一种在衬底上沉积的两步方法。Marbach在没有前体分子存在的情况下活化表面，之后在单独的步骤中在被活化区域上沉积材料。该方法由于在不使用前体气体的情况下能够在被活化区域上生长的有限数目的材料而在应用方面被限制。另外，Marbach的方法不适用于制造复杂的多成分材料和器件所需的反复沉积。用于两步沉积的另一工艺由Mackus等人的“Localdepositionofhigh-purityPtnanostructuresbycombiningelectronbeaminduceddepositionandatomiclayerdeposition”（J.Appl.Physics,Vol.107,116102-116102-3(2010)）描述。在Mackus中，通过借助EBID沉积铂的籽晶层，之后在籽晶层上的铂的选择性原子层沉积来活化衬底。尽管该两步工艺提供了铂的选择性生长，但是该工艺在能够在金属籽晶层上生长的材料方面被限制。该工艺还在该技术的反复应用方面被限制，这是制造复杂的多成分结构所需的。Randolph等人的“Localdepositionofhigh-purityPtnanostructuresbycombiningelectronbeaminduceddepositionandatomiclayerdeposition”（Particle,Vol.30,pp.672-677(2013)）描述了一种用于通过表面的电子束氟化反应、之后是CVD步骤（其中Pt(PF3)4和XeF2前体被混合以实现Pt在被氟化的表面上的定位沉积）来沉积铂的方法。不知道该工艺是否能用于除了多晶多孔Pt以外的材料的沉积。Djenizian等人的“Electron-BeamInducedNanomaskingforMetalElectrodepositiononSemiconductorSurfaces”（J.Electrochem.Soc.,Vol.148,Issue3,pp.C197-C202）描述了一种用于在SEM系统中使用残余的碳氢污染物在衬底上通过碳的EBID创建“负性抗蚀剂”的方法。由EBID沉积的碳在随后的步骤中选择性地阻挡Au的电沉积。Djenizian的方法由于与上面Mackus相同的原因而在应用方面被限制。所需的是用于以改善的分辨率、易于制造、较少的处理步骤和执行多个处理循环的能力来选择性地纳米沉积高质量的功能材料的改善的技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供改善的电子束处理。本专利技术提供用于基于衬底（例如硅、氧化物或贵金属衬底）的表面化学的电子束诱发改变的直接光刻图案限定的方法和系统。提供的是用于基于纳米级表面化学的直接电子束光刻（SCDEBL）的方法。所述方法涉及用于在工件上全局形成指定的表面化学（SC）的初始化学处理。然后气态前体和表面之间的电子束诱发表面反应用于在第二工件表面改性步骤中局部改变SC。由此可以在多个步骤中实现在衬底上的稳定的指定的表面化学的高分辨率图案化。然后限定的图案可用于经由采用特定SC组合的特异性的方法或者通过表面能量差的选择性材料制造或沉积。在一些实施例中，所有步骤可以原位执行而不打破真空。各种实施例使得能够实现最终分辨率能力的提高和在基于EBL的纳米制造技术的高分辨率下易于制造，以及所需处理步骤数目的减少。优选型式通过控制表面终止（而不是通过例如借助EBID沉积籽晶金属层）来实现初始全局表面化学改性和第二局部表面化学改性。通过最大化被钝化和被活化的表面区的表面能量之间的差可以优化该工艺。一个实施例提供一种表面的选择性区域的带电粒子束处理的方法，该方法在工件上实施，其可以在电子束系统的样品室中原位实施，或者可以具有非原位实施的步骤。该方法包括执行第一工件表面改性，第一工件表面改性活化或者钝化工件表面上的广阔的不定域区。然后该方法包括在样品室中引入前体气体，并且在存在前体气体的情况下使用电子束执行第二工件表面改性，第二工件表面改性活化或者钝化工件表面上的特定的定域区。第一或第二工件表面改性中的一个是表面活化，以及一个是表面钝化。接下来，该方法将材料粘附到工件表面上的被活化区。在一些型式中，第一工件表面改性是表面活化并且第二工件表面改性是选择性表面钝化。在其他型式中，第一工件表面改性是表面钝化并且第二工件表面改性是选择性表面活化。一些型式可以使该工艺反复或者循环重复以下步骤：执行第一和第二工件表面改性；第一或第二工件表面改性之一是表面活化；以及将材料粘附到工件表面上的被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带电粒子束处理表面的选择性区域的方法，该方法包括：执行第一工件表面改性，第一工件表面改性活化或者钝化工件表面上的广阔的不定域区；将工件载入电子束系统的样品室中；将前体气体引入样品室中；在存在前体气体的情况下使用电子束执行第二工件表面改性，第二工件表面改性活化或者钝化工件表面上的特定的定域区；第一或第二工件表面改性中的一个是表面活化，以及一个是表面钝化；以及将材料粘附到工件表面上的被活化区。

【技术特征摘要】
2015.09.11 US 14/8519621.一种带电粒子束处理表面的选择性区域的方法，该方法包括：执行第一工件表面改性，第一工件表面改性活化或者钝化工件表面上的广阔的不定域区；将工件载入电子束系统的样品室中；将前体气体引入样品室中；在存在前体气体的情况下使用电子束执行第二工件表面改性，第二工件表面改性活化或者钝化工件表面上的特定的定域区；第一或第二工件表面改性中的一个是表面活化，以及一个是表面钝化；以及将材料粘附到工件表面上的被活化区。2.根据权利要求1所述的方法，其中第一工件表面改性是表面活化并且第二工件表面改性是选择性表面钝化。3.根据权利要求1所述的方法，其中第一工件表面改性是表面钝化并且第二工件表面改性是选择性表面活化。4.根据权利要求1所述的方法，还包括循环重复以下步骤：执行第一和第二工件表面改性；第一或第二工件表面改性之一是表面活化；以及将材料粘附到工件表面上的被活化区。5.根据权利要求4所述的方法，还包括使工件表面活化步骤是第一还是第二工件表面改性变化，以用于随后的工件表面处理循环。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，还包括在原位工艺中执行第一工件表面改性。7.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，还包括在非原位工艺中执行第一工件表面改性。8.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中将材料粘附到工件表面上的被活化区包括在工件表面的被活化区上生长沉积物。9.根据权利要求8所述的方法，其中在被活化区上生长沉积物包括通过化学气相沉积在工件表面的被活化区上生长沉积物。10.根据权利要求8所述的方法，其中在被活化区上生长沉积物包括通过湿法工艺在工件表面的被活化区上生长沉积物，其中沉积物成核仅发生在工件表面上的被活化区上。11.根据权利要求8所述的方法，其中将材料粘附到工件表面上的被活化区包括将纳米粒子附着到工件表面。12.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中第一工件表面改性包括在工件表面上形成自组装单层。13.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：J比肖普，TT特兰，I阿哈罗诺维奇，C罗波，M托思，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：美国;US