[发明专利]纳米级电子光刻

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2004年1月12日提交的序列号为60/536115的美国临时申请的优先权，这里将其全部引入作为参考。

关于联邦资助研究或开发的声明

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光盘提交资料的参考引入

不适用

受版权保护资料的公告

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技术领域

本发明主要涉及纳米级的制造方法，尤其涉及在衬底的电可配置层上使用电场掩模制造纳米级图案的方法。

背景技术

在过去三十年里，光刻技术以大约每两到三年为一代的速度向前发展并持续减小前沿半导体器件的最小特征尺寸，每出现新的一代就使最小特征尺寸大约减小为70％。然而，由于特征尺寸已经降低到纳米级，因此现有的光刻技术面临非常重大的挑战。从大量有利点中已经探索出新的光刻技术解决方案，包括曝光工具、掩模、抗蚀剂和所有相关的工艺步骤。例如，已经利用压印光刻技术(imprintinglithography)制造高速并具有扩大到生产水平的能力的纳米级器件和电路。

然而，业界还不能解决由于模和聚合物抗蚀剂在压印光刻过程中的相互作用而引起的产量和缺陷问题。而且使用顺序(非并行)光束定向或笔式(pen-based)光刻技术不能扩大到大规模制造。

因此，需要一种提供可靠性和实用性同时保持高速和可按比例缩放(scalability)的新的纳米级的制造方法。本发明满足这些和其它需要同时克服了现有工艺的缺陷。

发明内容

说明一种新的纳米级制造方法(技术)，其包括用于通过使用电掩模在电可配置抗蚀剂上制造纳米级图案的纳米级电子光刻(NEL)工艺。NEL方法使高速和可按比例缩放的自顶向下的工程技术的优点与高分辨率的自底向上的自组装工艺相结合从而创造了用于一般应用的实用、可靠以及耐用的纳米制造技术。

本发明可以充分利用这样的概念：对于特定的衬底表面，可以将电可配置抗蚀剂设计成具有化学或物理的亲合力。特别地，当使抗蚀剂与适当的衬底表面接触时，可以使在热力学上有利的设置最优化以产生密集封装的抗蚀剂层，例如分子单层。存在各种可以利用的电可配置抗蚀剂。

例如，可以利用的抗蚀剂可以是自组装分子层、聚合物、单体、低聚物以及无机材料，其特性随足够电场的施加而改变。在一个实施例中，抗蚀剂层可以包括具有端基的自组装分子层/衬底组合，其例如包括但不限于硫醇/金(Au)、硅烷/硅化物(即，SiO2)、碳酰基/钛(Ti)和胺/铂(Pt)。作为自组装单层(SAM)产生的膜特别适合于电子束光刻(EBL)和基于被称为AFM/STM技术的原子力显微镜(AFM)或扫描隧道显微镜(STM)的技术，其可以获得1纳米(1nm)的分辨率。然而，由于它们的低速和顺序的性质，这些工序并不是合适的大批量生产的解决方案。

此外，可以利用具有电可配置特性的聚合物、单体、低聚物等形成用于NEL的抗蚀剂层。在NEL工艺过程中，通过从掩模的图案施加的电场，可以使单体和低聚物交联或者可以使聚合物中的链接断开。在电配置区域，在后曝光显影工艺中将改变抗蚀剂层在溶剂中的溶解性，并因此可以将图案转移到抗蚀剂上。通过电化学技术可以使单体和低聚物交联，例如包括但不限于吡咯。当施加电场时，也可以改变聚合物中的掺杂剂浓度，掺杂剂浓度的变化也可以引起聚合物在溶剂中的溶解性的变化。

抗蚀剂也可以包括许多无机材料。可以在NEL工艺期间由掩模上的图案产生的电场引起的相位变化来产生图案。相位变化可以是非晶态-结晶态-相位变化、电偶极子力矩变化、磁动量变化、液晶相位变化、相位分离以及化学成分变化。

应该理解的是抗蚀剂材料的特性响应于充分的电场曝光(electricfield exposure)，例如足以改变抗蚀剂层中的分子连接(molecularlink)、键、相位或其任意组合的曝光。因此NEL发明的优选实施例可以利用用于抗蚀剂的材料，它选自主要由其特性随着充分暴露在电场下而改变的自组装分子、聚合物、单体、低聚物和无机材料所组成的抗蚀剂材料组。