聚焦掩模制造技术

一种掩模，适用于粒子束源例如离子或电子源以形成特征和结构并且在材料表面上进行写入。该掩模包括具有多个孔的孔板以及位于孔板之下的聚焦装置。该多个孔形成阵列，由此每个板孔适于接收入射到孔板上的粒子束的一部分。然后该粒子束的每一个部分经过聚焦装置，通过该装置被聚焦到表面上。该掩模由此形成多个高分辨率的可被同时操作的聚焦粒子束。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及直写式设备和方法，如，例如使用离子的离子磨削(溅射)，和材料表面改性设备和方法，如，例如使用电子的聚合和表面氧化，并且特别涉及用于快速生产纳米结构和纳米结构表面的设备和方法，并且更具体地涉及用于上述方法中的掩模。
技术介绍
通常，存在两个特征决定使用高能聚焦粒子束的设备和方法的性能。第一个是决定可形成的最小特征的射束点的大小。已知的高分辨率扫描电子束(平版印刷术)设备具有最多1nm的分辨率，并且可以通过标准平版印刷技术在表面上形成大约30nm的特征。类似地，使用单一束流的已知离子磨削机器具有大约30nm的分辨率并且通过溅射产生与之相当的表面特征。第二个特征是束流的强度，它决定机器能够通过扫描生产具有有用的实用尺寸的图案表面的速率。这可能是高于1×1mm2的任意尺寸。然而，束流强度与分辨率有关并且仅当束流非常小并且因此写速度很慢时，才能得到最好的分辨率。因此期望获得一种设备和方法，它提供高的分辨率，然而同时能够相对快速地在表面上生产特征。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种掩模，适用于粒子束源，包括在其中具有多个孔的孔板，每一个孔适于接收入射到孔板上的粒子束的一部分；以及聚焦装置，它可被操作用于将所述粒子束的每一个所述部分聚焦到期望在其上进行写入的材料表面上。该聚焦装置可被操作用于将粒子束的每一个部分聚焦成大致10nm或更小的直径。每一个板孔的尺寸可以在20nm和200μm的范围内，并且优选地大致为1μm。该聚焦装置可包括多个隔开的导电元件，它们能够以与孔板平行布置的方式被设置在孔板之下。该聚焦装置具有延伸通过导电元件的多个聚焦孔，每一个聚焦孔相应于多个板孔中的一个并且与之共用纵向轴线，从而被该多个板孔的有关的一个所接收的粒子束的每一个部分进入相应的聚焦孔，通过该孔，该部分被聚焦到期望在其上进行写入的材料的所述表面上。每一个聚焦孔的尺寸在20nm和200μm的范围内，但是优选地大于相应的板孔的尺寸。该聚焦装置优选地包括三个隔开的导电元件。每一个导电元件可以相对于它的相邻导电元件被电偏压。每一个导电元件也可利用与该多个导电元件相互间隔的多个电绝缘体从其相邻的导电元件隔开。还根据本专利技术，提供一种直写式粒子束设备，它包括粒子束源和在上面的六个段落中描述的掩模。该粒子束源适于提供具有在20eV到100keV的范围中的能量的入射到孔板上的粒子束，或者优选地在从150eV到5keV的范围中，或更优选地大致50eV。利用单独的粒子束，该掩模提供多个束流，每一个均能够被聚焦到低于10nm的斑点尺寸，然而由于相应于增加的束流数目的因素，也能够以超过单束流机器的速度进行写入。本专利技术因此能够以相对快速的时间量程生产具有实用面积的纳米图案的表面。而且，与目前可以获得的单束流设备相比，本专利技术设备的生产也是相对廉价的。本专利技术提供入射到掩模上的来自电子/离子源的强烈电子/离子束流。入射束流的部分进入多个板孔中的每一个并且然后进入相应的聚焦孔，通过该孔，它被聚焦到超过掩模的位置，在此处，纳米级特征可以在定位材料表面的焦点处形成。最简单的装置是这样一种装置，其中金属导电掩模包括准直仪，其中具有纳米或毫米直径的孔的阵列。经过第一准直仪的束流的每一个部分被三个(或更多)金属导电孔板的布置聚焦，该孔板用作纳米级/毫米级柱形静电透镜(单透镜)的阵列。这将在位于掩模下游的材料表面(基片目标)的像平面上产生聚焦点的阵列从而通过使用如在扫描隧道显微镜方法(STM)中通常采用的压电布置来横向地移动基片，能够在表面上描绘出图案。对于这个布置，在幅度等于孔之间的规则间隔的沿着两个正交方向的平移中，该图案应该是不变的。该设备包括强烈的高亮度电子或离子源。标准高亮度源为液态金属或双等离子类型，电压大约在300eV(在真空中)。可以使用标准静电(或磁)透镜聚焦束流从而射束点正好覆盖掩模区域。如果与单透镜微阵列的焦距相比，源透镜的焦距较大，则到每一个单透镜的输入有效地是平行电子/离子的圆束，其直径等于在掩模的第一层中的孔径。然后能够使用该阵列的一个元件将每一束聚焦成依赖于孔的尺寸和显微透镜的焦距的尺寸。对于实用系统而言，掩模组件的这个焦距需要高于大约50μm并且然后能够将多个束流的每一个聚焦成低于大约10nm的直径，尤其是当孔充分小时。附图说明将参考附图通过实例描述本专利技术，其中图1是根据本专利技术的掩模的等角图；和图2是包括图1的掩模的根据本专利技术的设备的截面图。具体实施例方式参考图1和2，聚焦金属掩模的小的矩形部分包括孔板1和包括三个导电元件的聚焦装置，导电元件的形式为位于掩模之下的隔离金属板2、3和4。孔板1包括多个孔8。在孔板中的孔8的直径d通常为1μm。聚焦装置也包括多个聚焦孔9，每一个板孔8具有相应的聚焦孔9，它们共用纵向轴线。每一个聚焦孔形成单透镜结构，从而该多个聚焦孔形成单透镜阵列。每一个聚焦孔9比其相应的板孔8更大并且通常大约3μm并且与相邻孔以大约50μm的距离w分离。这种掩模可以使用例如激光加工方法制造。完整的掩模可以是面积为5mm×5mm的正方形并且具有大约10000个分离的束流。因此，能够使得仪器通过在该两个方向中的每一个的仅仅50μm而非使用单束流覆盖该区域所需的5mm的扫描横向距离将这个区域(5mm×5mm)形成图案。最简单的单透镜是三元件系统，在每一个金属导电元件2、3和4中具有相同的孔尺寸。可替代地，可以使用具有其它尺寸的掩模，如，例如，具有提供1000000个分离束流的10mm×10mm面积的掩模。每一个隔离金属板具有微米量级的厚度t并且利用也为微米量级的尺寸1分离。外面的两个导电板2、4处于地电势并且中心元件具有施加到其上的电压V1以在从样品5的所需距离f处给出焦点。可替代地，导电板4(最靠近材料样品的表面)可以具有施加到其上的第二电压V2以改变通过的粒子以及束流聚焦的加速度。三个导电板2、3和4彼此电隔离，例如通过将该系统构造成金属层(2、3和4)以及绝缘体材料(10和11)的交替层的形式，如，例如，三个金属层与两层绝缘材料相互间隔。在图1中，示出阵列的单独聚焦孔(透镜)对由用作准直仪的板孔限定的电子/离子束流7的圆束的作用，并且入射束流方向用箭头6表示。图2示出多个聚焦孔的作用，以形成相应的多个束流7。如果掩模用于离子以形成多束流磨削机器，则显然掩模的孔板将会被逐渐溅射掉。以周期间隔沉积到孔板1的前表面上的来自标准原子沉积系统的原子可以解决这个问题。可替代地，在孔板准直仪前面的束流能量可被降低从而来自前表面的溅射最小。可接受的降低的束流能量通常为大约50eV。在该布置中，透镜的导电板元件2、3和4和样品被置于不同的提高电压下从而当离子通过该系统时被加速，以及被聚焦。最终能量被选择成大约300eV从而能够有效地从样品5溅射原子。在样品上的束流扫描可以通过使用压电装置(它们被联结到样品)横向地移动样品而实现，如通常在近场显微镜方法例如STM中用来移动样品所采用地。可以使得上述装置更加普通从而能够在表面上形成小点阵列之外的不同图案的图像。以“微尺度模版”的形式制造孔板实现了这点。例如该图案可以是在第一板中的一系列的狭槽而非圆孔。如果随后的导电板聚焦元件也具有匹配图案，则图像将再现该图案，但是在聚焦方向中尺寸被显著本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掩模，适用于粒子束源，包括在其中具有多个孔的孔板，每一个孔适于接收入射到孔板上的粒子束的一部分；以及聚焦装置，它可被操作用于将所述粒子束的每一个所述部分聚焦到期望在其上进行写入的材料表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2004-11-17 0425290.41.一种掩模，适用于粒子束源，包括在其中具有多个孔的孔板，每一个孔适于接收入射到孔板上的粒子束的一部分；以及聚焦装置，它可被操作用于将所述粒子束的每一个所述部分聚焦到期望在其上进行写入的材料表面上。2.根据权利要求1的掩模，其中该聚焦装置可被操作用于将粒子束的每一个部分聚焦成大致10nm或更小的直径。3.根据权利要求1或2的掩模，其中每一个板孔在20nm和200m之间的范围内。4.根据权利要求3的掩模，其中每一个板孔大致为1μm。5.根据前面任何一项权利要求的掩模，其中该聚焦装置包括多个隔开的导电元件，它们以与孔板平行布置的方式被设置在孔板之下，所述聚焦装置具有延伸通过导电元件的多个聚焦孔，每一个聚焦孔相应于多个板孔中的一个并且与之共用纵向轴线，从而被该多个板孔的有关的一个所接收的粒子束的每一个部分进入相应的聚焦孔，通过该孔，该部分被聚焦到期望在其上进行写入的材料的所述表面上。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：德里克安东尼伊斯特汉，
申请(专利权)人：NFAB有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]