自供电近场光刻系统１００包括三个主要部件，即：包括放射性材料（例如，放射性同位素１１２）的薄膜或发射极衬底１１０、承载能量可改性层１２２（例如，光致抗蚀剂）的目标衬底１２０、以及位于发射极衬底和目标衬底之间且在发射极衬底上制造并被限定在发射极衬底中的模板（例如１３０）。模板由能够阻挡通过放射性衰变从发射极衬底的放射性同位素发射的粒子组成。模板包括被图案化成允许通过放射性衰变从发射极衬底１１０的放射性同位素发射的粒子选择性地通过的通孔１３２，并且模板优选地向上倚着（或非常接近于）目标衬底１２０设置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于制造半导体电路或纳米级机电系统的方法并且提供对标准光刻 或电子束光刻的更加经济的备选方案。
技术介绍
半导体和纳米级机电系统通常使用诸如标准光刻或电子束光刻的工艺来产生，每 个工艺在资本设备和相关设施上要求相当大的投资。薄膜处理是现代集成电路工业的基础。所有集成电路由薄膜材料的连续沉积和去 除构成。沉积技术包括旋涂、化学气相沉积和大气或低压、蒸发、溅射、反应离子沉积。薄膜 去除方法包括湿化学蚀刻、等离子体反应和/或物理蚀刻。IC工业此外广泛地依赖于光学 光刻而较不广泛地依赖于电子光刻来限定光致抗蚀剂中的图案。在这些方法的很多中，内 在地需要高能带电和中性粒子的使用。在反应离子溅射中，气体被离子化以产生等离子体， 其离子种类与表面起反应以去除原子。在蒸发中，材料通过直接电阻加热或通过电子束轰 击被加热。在溅射中，加速的离子轰击表面以去除材料。在光刻中，高能电子撞击在光致抗 蚀剂上以破坏或加强分别在正性和负性抗蚀剂中的键合。这些键合被连续暴露给分别去除 正性和负性光致抗蚀剂的曝光或非曝光区域的化学制品。电子束光刻(EBL)是目前用于产生具有20-50nm最小特征尺寸的图案的现有技 术。然而，EBL系统实现(数百万美元)和维护起来(>$100，000/年)昂贵。此外，因为它们 使用0. 1-lOnA/cm2电子束的光栅扫描来曝光图案，它们需要很长的曝光时间来沉积使EBL 光致抗蚀剂显影所需的100-1000 μ C/cm2剂量(参见例如，P. Rai-Choudhury, “ Handbook ofMicrolithography, Micromachining, and Microfabrication “ Volume 1 Microlithography，SPIE Press Monograph Vol. PM39)。这导致用于使小至 Imm2 的面积曝 光的 $10，000的高成本/运转。相反地，在半导体工业中使用的先进光学光刻技术能够导致具有最小特征尺寸 40-60nm的大面积的更加经济的曝光。然而，光学光刻也需要高资本成本，且曝光工具和专 门掩模的成本(数百万美元)使光学光刻不适合于R&D和小批量生产。因此，电子束和光 学光刻不能提供更加经济的光刻解决方案来实现真正更加经济的微米或纳米级系统。用于光刻的现有技术方法使用电子束或图像投影来曝光光致抗蚀剂层，光致抗 蚀剂层通过从远处的源射在光致抗蚀剂上的电子束或投影光的曝光而被改性。电子束和 图像投影仪是光致抗蚀剂改性能量的“远场”源，所以需要创建和维护起来昂贵的真空塔 (columns of vacuum)0这产生其它方法，包括在美国申请号20060264016中Hyde等人的“有源掩模”方法，其假定“较大的分辨率可使用接触方法来获得，其中掩模放置成与衬底接触”。Hyde的 光刻掩模包括具有有源区和至少一个无源区的图案化能量发射层，有源区响应于电输入以 选定的水平发射能通量(例如，光)，而无源区不响应于电输入而发射光。Hyde的光刻方法 包括产生能量(例如，光)通量并使通量敏感材料(flux sensitive material)(例如，光 致抗蚀剂或脂质双分子层)暴露至能量通量以使通量敏感材料被改性。Hyde的图案化能量 发射层可以包括以静态或动态可变的图案被激活或通电的发光二极管或电极的阵列。Hyde 的图案化能量发射层因此对于从有源掩模发射的“通量”需要单独的电源或能量源来激活 有源掩模的发光二极管(或其它能量发射源)。然而，Hyde对于如何产生并使用有源掩模的描述有些不够详细，所以如果需要实 用的工作“接触式”光刻系统(例如，对于半导体制造)，这些领域的技术人员将被迫从事大 量开发工作。因此，需要在大面积(I-IOOcm2)上的快速和低成本的纳米光刻(20-50nm最小特 征尺寸)以实现低成本纳米级系统的不昂贵的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的结构和方法通过提供实用的工作“接触式”光刻系统克服了上面提到的 困难，该实用的工作“接触式”光刻系统能够在大面积(例如，I-IOOcm2或更大)上进行快 速和低成本的纳米光刻(例如，20-50nm最小特征尺寸)，从而实现低成本纳米级系统。根据本专利技术，新的低成本“接触式”光刻系统利用由放射性同位素薄膜自发发射的 高能粒子(例如，电子)来曝光带电(energized)粒子敏感光致抗蚀剂表面。所谓“光致抗 蚀剂”，本申请人指目前在常规电子束光刻系统中使用的类型的可改性层。来自这个膜的放 射性同位素的粒子(例如，电子)发射使用如在常规电子束光刻中使用的图案化纳米模板 被掩蔽，且放射性同位素模板叠层用于曝光大量晶圆，而不引起任何额外的成本。该装置和 方法实现在大面积(I-IOOcm2)上的快速和低成本(< $10，000)的纳米光刻(20-50nm最 小特征尺寸)以实现低成本纳米级系统。如上所述，用于光刻的现有技术方法使用电子束或图像投影来曝光光致抗蚀剂 层，所述光致抗蚀剂层通过暴露至从远处的源射在光致抗蚀剂上的电子束或投影光而被改 性；且这些被认为是光致抗蚀剂改性能量的“远场”源。现有技术光刻系统因而需要创建和 维护昂贵的真空塔。本专利技术的方法类似于将底片放置在彩扩纸(photo-printing paper)上以在常规 影印制造中产生“接触印刷”或“校样”，且在本专利技术中，光致抗蚀剂改性能量的源放置在图 案化模板或掩模上，图案化模板或掩模又放置在“近场”中的光致抗蚀剂上或很接近光致抗 蚀齐U。该能量的源还是自供电的，需要来自外部电源的零功率。有利地，光致抗蚀剂改性能 量的源是包括放射性材料的发射极薄膜或衬底，该放射性材料产生稳定的带电粒子流(例 如，β粒子或带电的电子)，其穿过纳米图案化模板中的预先界定的孔径或通孔并接着进 入目标衬底上的可改性(例如，光致抗蚀剂)层，使模板所限定的曝光图案中的光致抗蚀剂 被改性。该光刻方法不需要使用真空室，因为这些步骤可在环境大气中执行。本专利技术的方法和结构包括发射极衬底和图案化模板，其可以可选地被层压或紧固 在一起以再次用于连续的目标衬底(例如，也涂有光致抗蚀剂)上，以产生具有选定的曝光6图案以用于经济的自动工艺中的很多被曝光或改性的目标衬底。本专利技术的光刻系统包括三个主要部件，S卩，包括放射性材料(例如，放射性同位 素)的发射极薄膜或衬底、承载能量可改性层(例如，光致抗蚀剂)的目标衬底、以及介于 或位于发射极衬底和目标衬底之间的模板。图案限定模板由能够阻挡通过放射性衰变从发 射极衬底的放射性同位素发射的粒子组成。模板图案由开口或通孔限定，所述开口或通孔 被设置成允许使通过放射性衰变从发射极衬底的放射性同位素发射的粒子选择性地透过， 并且模板向上倚着(up against)(或非常接近于)目标衬底放置。本专利技术的光刻方法使用放射性同位素发射的粒子来曝光可以在制造半导体电路 或微米和纳米级机电器件中使用的目标衬底。模板位于发射极衬底和待曝光的目标衬底之 间，使得从发射极衬底的放射性同位素发射的粒子将撞击在模板上，并且对于未被模板中 的开口或通孔覆盖的那些目标衬底区域来说，粒子撞击在目标衬底上。模板和目标衬底可 以彼此相对固定，使得通本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于对将在制造半导体电路或纳米级机电器件中使用的衬底的表面进行改性的光刻系统，包括：包括放射性同位素的第一发射极衬底；第二目标衬底；模板，所述模板位于所述第一衬底和第二衬底之间，包括能够阻挡通过放射性衰变从所述第一衬底的所述放射性同位素发射的粒子的材料；其中，所述模板包括一个或多个通孔，所述一个或多个通孔限定选择的曝光图案以允许通过放射性衰变从所述第一衬底的所述放射性同位素发射的粒子选择性地透过；并且其中，所述模板邻近于所述第二衬底。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A拉尔，
申请(专利权)人：康奈尔研究基金会有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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