濕環(huán)境下電子束直接納米刻蝕或印刷的方法
【專利摘要】一種濕環(huán)境下電子束納米刻蝕、印刷的方法屬于電子曝光領(lǐng)域。該方法首先在需要刻蝕、印刷的基片表面，附著一層溶液、濕氣氛或者濕環(huán)境固化層，然后放置于電子束曝光裝置中進(jìn)行電子束曝光，即可在基片上刻蝕、印刷出所需的納米微加工圖案。該方法中所用的濕環(huán)境溶液多為去離子水、含金屬離子溶液、絡(luò)合物或者其它對(duì)環(huán)境友好型溶液。此方法在電子束曝光后即可得到納米尺度微加工成品，無需傳統(tǒng)電子束刻蝕、印刷過程中所需的光阻等化學(xué)成分以及顯影、定影、漂洗、刻蝕、鍍金等繁雜加工過程，且電子束曝光速率快，電子束光刻、印刷線寬均勻，線寬尺寸與電子束尺寸相同，因此能夠極大地提高生產(chǎn)效率，降低納米尺度微加工生產(chǎn)成本。
【專利說明】濕環(huán)境下電子束直接納米刻蝕或印刷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)計(jì)一種新的納米尺度微結(jié)構(gòu)電子束刻蝕或印刷方法，該方法屬于電子曝光領(lǐng)域，具體是采用一種濕環(huán)境電子束曝光的方法，可用于制作各種形狀的納米尺度圖案。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展以及應(yīng)用市場(chǎng)需求的不斷提升，納米尺度材料的精加工日趨成為微加工產(chǎn)業(yè)的核心基礎(chǔ)。由于光的波長(zhǎng)限制，傳統(tǒng)的光刻加工技術(shù)已經(jīng)不能滿足人類日益對(duì)納米尺度精細(xì)加工的需求。而光刻技術(shù)的精度主要受到光子在波長(zhǎng)尺度上散射的影響，因此使用的波長(zhǎng)越短，光刻的精度越高。根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論，電子是一種波長(zhǎng)極端的波，因此電子束曝光的精度可以達(dá)到納米量級(jí)。電子束曝光作為一種新的納米尺度電路集成以及納米器件加工技術(shù)，已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并且實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；纳a(chǎn)。例如德國(guó)公司生產(chǎn)的EBL Raithl50、日本電子的JBX5500ZA等電子束光刻、印刷設(shè)備也取得了商業(yè)化生產(chǎn)。到目前為止電子束刻蝕或印刷的基本操作步驟如下:首先將特定的電子束抗蝕劑的溶液旋涂于要刻蝕的基片襯底之上，然后將抗蝕劑烘干，形成一層固態(tài)的抗蝕劑光阻薄膜；此時(shí)再將其放置于電子束曝光系統(tǒng)之下，進(jìn)行曝光，刻畫出器件所需的圖案；將器件取出，放置于對(duì)應(yīng)的顯影劑下進(jìn)行顯影，從而祛除需要進(jìn)一步進(jìn)行印刷或者刻蝕的基片襯底上的光阻；將基片轉(zhuǎn)移至刻蝕機(jī)或者蒸發(fā)鍍膜機(jī)之上，對(duì)暴漏基片襯底部分進(jìn)行等離子刻蝕或者鍍膜處理；然后將基片放置于特定的清洗液中，除去基片表面的剩余光阻。從以上操作步驟可以看出，電子束刻蝕所需的工藝非常復(fù)雜，并且所需的設(shè)備價(jià)格非常昂貴。另外，由于電子束光刻中用到了大量的光阻、顯影液、清洗劑等有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境污染極其嚴(yán)重，而且生產(chǎn)效率低下。因此到目前為止，電子束曝光技術(shù)仍然沒有得到廣泛的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，所有的這些問題急需工業(yè)界提出一種成本低更低，環(huán)境污染更下，加工效率更高的電子束曝光技術(shù)來解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于以上問題，本發(fā)明提出一種在濕環(huán)境下，利用電子束曝光，對(duì)材料表面進(jìn)行刻蝕或者印刷納米圖案的方法。該方法在傳統(tǒng)電子束曝光系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對(duì)被曝光基片表面附著一層濕環(huán)境層，此濕環(huán)境層包括純液體層、蒸汽層、含結(jié)晶水或吸附水的固體層，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)包括氧化物、硫化物、氮化物、硅及硅化物、氟化物無機(jī)半導(dǎo)體，絕緣體，還包括鹵化物離子晶體、有機(jī)物各種基片材質(zhì)表面直接進(jìn)行電子束曝光下的納米尺度圖案刻蝕以及印刷。
[0004]濕環(huán)境下電子束直接納米刻蝕或印刷的方法，其特征在于依次包括如下步驟:
[0005](I)制作濕環(huán)境覆膜
[0006]通過在基片表面，懸滴去離子水、含無機(jī)離子的水溶液或有機(jī)絡(luò)合物溶液，從而在基片表面形成厚度為Inm-1cm的液態(tài)覆膜層。另外可在基片表面密封水蒸汽層或含結(jié)晶水、吸附水的固體層，此層厚度需首先換算成水的含量，并保證換算后水層平均厚度在Inm-1 cm 之間。
[0007](2)電子束曝光
[0008]對(duì)于允許濕環(huán)境操作的電子束曝光設(shè)備可直接對(duì)基片進(jìn)行電子束曝光；
[0009]對(duì)于不允許濕環(huán)境操作的電子束曝光設(shè)備，需首先密封濕環(huán)境覆膜層，然后將基片放置于電子束下進(jìn)行曝光，從而刻蝕或印刷出所需的納米尺度微加工圖案。
[0010]⑶清洗基片
[0011 ] 對(duì)曝光后的基片進(jìn)行清洗，然后將基片烘干。
[0012]進(jìn)一步，對(duì)于半導(dǎo)體材料利用去離子水作為濕環(huán)境進(jìn)行刻蝕或者采用弱酸、堿、有機(jī)或無機(jī)鹽類濕環(huán)境刻蝕劑進(jìn)行刻蝕。
[0013]進(jìn)一步，對(duì)于印刷器件選用含有金屬離子、無機(jī)物鹽的水溶液或者金屬有機(jī)絡(luò)合物作為濕環(huán)境。
[0014]進(jìn)一步，電子束刻蝕或印刷納米圖案是通過移動(dòng)電子束來實(shí)現(xiàn)圖案的繪制根據(jù)或者通過移動(dòng)樣品臺(tái)來實(shí)現(xiàn)圖案的繪制。
[0015]在電子束曝光源與需刻蝕、印刷的基片之間存在濕環(huán)境層。濕環(huán)境為純液體、濕環(huán)境氣氛或濕環(huán)境固化層。
[0016]對(duì)于大部分半導(dǎo)體材料，例如V02，CeO2, ZnO, T12，均可以利用去離子水作為濕環(huán)境進(jìn)行刻蝕。
[0017]對(duì)于傳統(tǒng)半導(dǎo)體,例Si, Ge,包括金屬、絕緣體材質(zhì)器件,則可以米用弱酸、堿、有機(jī)或無機(jī)鹽類濕環(huán)境刻蝕劑進(jìn)行刻蝕。
[0018]對(duì)于絕大對(duì)數(shù)印刷器件，可以選用各種含有金屬離子、無機(jī)物鹽的水溶液，金屬有機(jī)絡(luò)合物作為濕環(huán)境，來進(jìn)行基片表面納米尺度金屬、金屬氧化物、無機(jī)化合物圖案沉積印刷。
[0019]對(duì)于其它材質(zhì)的納米印刷圖案，例如C基，氧化物基，可以通過改變濕環(huán)境的成分來實(shí)現(xiàn)，例如利用大分子有機(jī)溶液，受電子束轟擊，便可形成C基納米圖案。
[0020]電子束刻蝕或印刷納米圖案是通過移動(dòng)電子束來實(shí)現(xiàn)圖案的繪制，電子束不限定電壓以及電流密度。
[0021]電子束刻蝕或印刷納米圖案可通過移動(dòng)樣品臺(tái)來實(shí)現(xiàn)圖案的繪制，電子束不限定電壓以及電流密度。
[0022]電子束刻蝕其基片上刻蝕的圖案線寬與電子束尺寸等同。
[0023]電子束刻蝕時(shí)無需傳統(tǒng)所需的光阻、抗蝕劑層，從而實(shí)現(xiàn)電子束對(duì)基片的直接刻蝕。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1.環(huán)境友好
[0026]本發(fā)明將去離子水、環(huán)境友好型有機(jī)溶液或者含有金屬離子的溶液，滴在基體的表面作為刻蝕劑或印刷液，進(jìn)行電子束刻蝕或印刷，整個(gè)操作過程，溶液系統(tǒng)沒有污染性，無強(qiáng)毒性，環(huán)境可降解。
[0027]傳統(tǒng)的電子束刻蝕或印刷技術(shù)，首先需要將電子束抗蝕劑旋涂在基片表面烘干，而傳統(tǒng)的抗蝕劑包括有PMMA，ZEP-520, ma-N2400等，這些抗蝕劑統(tǒng)統(tǒng)是對(duì)環(huán)境不易降解的有機(jī)物。另外電子束曝光后顯影或者最終抗蝕劑去膠處理時(shí)，均需要用到顯影溶液，例如:MIBK, IPA, xylene, MIF726等，它們都有較強(qiáng)的毒性，環(huán)境不易降解的特點(diǎn)，因此會(huì)對(duì)環(huán)境以及人體造成極大的危害。
[0028]2.價(jià)格低廉
[0029]本發(fā)明的濕環(huán)境電子束刻蝕或印刷過程中，基片可以選用半導(dǎo)體器件或者其它各種無機(jī)材料進(jìn)行刻蝕，不同的刻蝕基 材圖案，僅僅需要改變刻蝕或印刷液即可。無需像傳統(tǒng)電子束刻蝕或印刷方法那樣，首先在半導(dǎo)體或者需要刻蝕基材的表面旋涂抗蝕劑層，因此，本發(fā)明的技術(shù)方法能夠極大地減少加工成本。
[0030]3.工藝操作步驟簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、成本低
[0031]本發(fā)明的濕環(huán)境電子束刻蝕或印刷法，在電子束曝光后，即可取下基材清洗基材表面便可得到成品。
[0032]傳統(tǒng)的電子束刻蝕或印刷技術(shù)，在電子束曝光后，需要用大量的顯影液清洗基片，從而除去所需納米圖案外，多余的抗蝕劑部分。然后再將處理好的基片放置于刻蝕儀或者蒸發(fā)鍍膜儀中，進(jìn)行刻蝕或印刷。此操作步驟后，還需要對(duì)基片表面剩余的抗蝕劑等部分進(jìn)行去膠處理，并且反復(fù)清洗基材表面，方可獲得所需的納米尺度微加工器件，步驟十分繁瑣。
[0033]對(duì)比可以看出，本方法極大地減少了電子束曝光后，傳統(tǒng)納米器件制備所需的繁雜過程，縮減了電子束刻蝕或印刷過程中各種顯影清洗液的利用，并且完全無需使用各種昂貴的刻蝕、蒸鍍?cè)O(shè)備的參與。從而能大量的縮減生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0034]4.電子束曝光速率快
[0035]本發(fā)明的濕環(huán)境電子束刻蝕或印刷法，刻蝕1nm厚的基材樣品，所需時(shí)間小于ls，印刷1nm的圖案于基材上，所需的時(shí)間也在Is之內(nèi)。
[0036]5.可使用傳統(tǒng)電子束曝光系統(tǒng)曝光
[0037]在操作過程中，所用的電子束密度為0.1e^.k_2.S-1——2000(.k_2.s_1,電壓可根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行調(diào)制，范圍leV-lMeV。此條件與傳統(tǒng)的電子束曝所需電子束電壓束流要求基本一致，因此此方法可利用目前傳統(tǒng)的電子束曝光系統(tǒng)進(jìn)行電子束曝光。
[0038]總結(jié)，本發(fā)明改變了電子束納米尺度微加工的傳統(tǒng)方法，能夠減少納米尺度電子束微加工過程中的污染源，降低微加工的生產(chǎn)成本，提高電子束納米微加工的生產(chǎn)效率，從而能促進(jìn)電子束曝光技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及納米尺度微加工產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1薄膜以及基材密封裝置示意圖
[0040]圖2電子束曝光后在VO2薄膜上刻蝕的圖案，TEM照片
[0041]圖3本制備方法工藝流程圖以及方法原理示意圖
[0042]圖4電子束曝光后在VO2薄膜上印刷的圖案，TEM照片
[0043]圖5不同材料溶解速率
[0044]圖6不同電子束束流密度與溶解時(shí)間
[0045]圖7電子束輻照，在濕環(huán)境中束斑擴(kuò)展角Θ以及擴(kuò)展尺寸d示意圖
[0046]圖8不同電子束電子能量與束斑擴(kuò)展角[0047]圖9不同濕環(huán)境厚度與束斑擴(kuò)展尺寸【具體實(shí)施方式】
[0048]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的具體步驟如下:
[0049]第一步、清洗基片
[0050]在進(jìn)行微加工前，基片表面均需要去污處理，此處與傳統(tǒng)微加工操作方法相同，主要是通過表面清洗液來對(duì)基片的表面做去污處理。
[0051]第二步、懸液
[0052]在清洗后的基片表面，附著上一層濕環(huán)境層，此濕環(huán)境層根據(jù)微加工的基片材質(zhì)以及基片表面需要微加工的圖案材質(zhì)來決定濕環(huán)境的成分。例如在VO2之上附上去離子水層，電子束轟擊水會(huì)導(dǎo)致VO2的納米尺度刻蝕，另外，此濕環(huán)境層還可以替換成酸堿性溶液以及中性離子溶液、以及蒸氣氣氛、含結(jié)晶水或吸附水的固體；若希望在表面印刷金屬層或金屬氧化物圖案，則可以選用含有金屬離子的有機(jī)溶液、水溶液、含結(jié)晶水的固體；若表面刻蝕印刷有機(jī)物，碳層，則可以將濕環(huán)境替換成有機(jī)物溶液、蒸汽、含水有機(jī)絡(luò)合物。
[0053]第三步、密封
[0054]對(duì)于傳統(tǒng)電子束曝光設(shè)備，其內(nèi)部設(shè)計(jì)均為真空(氣壓小于Iatm)，因此對(duì)于濕環(huán)境的基片，需要做真空密封處理，從而保持電子束曝光設(shè)備內(nèi)部真空。對(duì)于無需真空特定保護(hù)的電子束曝光設(shè)備，此密封步驟可以忽略。
[0055]第四步、電子束曝光
[0056]將附著好濕環(huán)境層的基片，放入電子束下，進(jìn)行納米束曝光，刻蝕或印刷所需的納米尺度微加工圖案。
[0057]第五步、清洗基片表面
[0058]將加工好的基片用清洗液進(jìn)行清洗，即可得到帶有納米尺度刻蝕或印刷圖案的基片。
[0059]下面是針對(duì)本發(fā)明而實(shí)施一些例作，是以本發(fā)明技術(shù)方案為前提而給出的一些舉例詳細(xì)實(shí)施方案和具體操作過程說明，但本發(fā)明保護(hù)的范圍包括而不僅限于下屬的實(shí)施操作案例。
[0060]實(shí)施案例I
[0061]在一層厚度為20nm的Si3N4 (選取Si3N4薄膜在下述所有實(shí)例中無特殊目的，僅僅是為了后續(xù)過程中密封方便而設(shè)計(jì)的)薄膜上，用磁控濺射鍍一層厚度為20nm的VO2薄膜。
[0062]對(duì)VO2薄膜進(jìn)行親水性處理，處理樣品所用的氣體為氬氣氧氣混合氣體，氣體比例為4:1 (氣體壓強(qiáng)對(duì)后續(xù)處理無影響)，處理時(shí)間為30s。
[0063]在親水處理過的VO2樣品表面滴一滴去離子水，將去離子水在樣品表面懸涂展開，形成厚度為200nm的水膜層。
[0064]再選取另外一片厚度為20nm的Si3N4薄膜放置于水層之上，將水層以及上下兩層Si3N4薄膜用真空密封脂進(jìn)行密封處理。
[0065]將密封樣品放置于TEM(透射電子顯微鏡)樣品桿上，然后放置于TEM(電壓200keV，此時(shí)選用電子束束流密度le_.A_2.s-1)中，將電子束會(huì)聚成直徑?35nm的光斑，通過調(diào)節(jié)TEM的shift X，Y按鈕，讓光斑以每秒30nm的速度，沿著需要刻蝕的圖案進(jìn)行微移，從而在VO2基片上刻蝕出需要的圖案，如圖4所示。整個(gè)刻蝕過程中去離子水層、VO2薄膜層以及Si3N4薄膜層的電子束曝光位置關(guān)系如示意圖5所示，圖5中將上述案例中電子束曝光基片厚度增加，以表示適用于大塊厚樣品器件的制備，另外將上述液體層標(biāo)注為濕環(huán)境層，Si3N4薄膜標(biāo)注為掩膜。
[0066]納米圖案刻蝕完成后，取出樣品，揭開密封裝置，對(duì)V02薄膜清洗，放入烘箱中，真空加熱80度放置10分鐘取出即可。
[0067]實(shí)驗(yàn)案例2
[0068]選取一片厚度為20nm的Si3N4薄膜，進(jìn)行親水性處理，處理樣品時(shí)所用的氣體為氬氣氧氣混合氣體，氣體比例為4:1，處理時(shí)間為30s。
[0069]在親水處理的Si3N4薄膜上滴上一滴配比為0.lg/cm3的凡士林酒精溶液，然后將溶液懸涂在Si3N4薄膜上，形成一層厚度為200nm的溶液薄膜。
[0070]再選取另外一片厚度為20nm的Si3N4非晶薄膜放置在溶液膜層之上，用真空密封脂對(duì)樣品器件進(jìn)行密封處理，如方案一圖3所示。
[0071]將密封樣品放置于TEM(透射電子顯微鏡)樣品桿上，然后放置于TEM(電壓200keV，此時(shí)選用電子束束流密度le_.Α_2.s—1)中，打開電子束，將電子束光斑會(huì)聚為直徑約為35nm的電子束光斑，旋轉(zhuǎn)TEM按鈕shift X，Y，讓光斑以每秒30nm的速度，移動(dòng)光斑繪制所需的圖案，從而可以在下層親水處理的Si3N4薄膜上印刷出所需的圖案。如圖6所示。
[0072]納米圖案刻蝕完成后，取出樣品，揭開密封裝置，對(duì)VO2薄膜清洗，放入烘箱中，真空加熱80度放置10分鐘取出即可。
[0073]實(shí)施案例3
[0074]將上述實(shí)施案例I 中的 VO2 薄膜，用 ZnO，F(xiàn)e2O3, MnO2, CeO2, Co3O4, CuO, T12, SnO2,MgO, Al2O3, Fe3O4 材料替代。
[0075]對(duì)各個(gè)薄膜進(jìn)行親水性處理，處理樣品所用的氣體為氬氣氧氣混合氣體，氣體比例為4:1(氣體壓強(qiáng)對(duì)后續(xù)處理無影響)，處理時(shí)間為30s。
[0076]在親水處理過的各個(gè)樣品表面滴一滴去離子水，將去離子水在樣品表面懸涂展開，形成厚度為200nm的水膜層。
[0077]再選取厚度約為20nm的Si3N4薄膜放置于水層之上，將水層以及上下兩層Si3N4薄膜用真空密封脂進(jìn)行密封處理，封裝好的樣品如圖3所示。
[0078]將密封樣品放置于TEM(透射電子顯微鏡)樣品桿上，然后放置于TEM(電壓200keV，此時(shí)選用電子束束流密度le_.Α_2.s—1)中，打開電子束，將電子束光斑會(huì)聚為直徑約為35nm的電子束光斑。
[0079]記錄各個(gè)薄膜材料當(dāng)從電子開啟到將樣品薄膜電子束匯聚點(diǎn)刻蝕擊穿所需時(shí)間，如圖5所示。
[0080]實(shí)施案例4
[0081]根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)案例3中大量的實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果，我們從而可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)理論推導(dǎo)出其它不同半導(dǎo)體類薄膜，如氟化物，氮化物，硅化物等，薄膜的厚度均為20nm，在電壓為200keV，束流密度le_.A_2.s—1電子束下曝光，濕環(huán)境層為去離子水層，厚度為200nm，實(shí)驗(yàn)條件下，會(huì)聚電子束為35nm，如實(shí)例3進(jìn)行刻蝕，其刻蝕時(shí)間如圖5所示。
[0082]這里需要注意，我們?cè)谟?jì)算中，假定了不同的薄膜其晶體取向，平整度，表面缺陷百分比完全一致，因此在計(jì)算中，不作為計(jì)算因子。
[0083]實(shí)施案例5
[0084]在一層厚度為20nm的Si3N4薄膜上，用磁控濺射鍍一層厚度為20nm的Co3O4薄膜。
[0085]對(duì)Co3O4薄膜進(jìn)行親水性處理，處理樣品所用的氣體為氬氣氧氣混合氣體，氧氣與氬氣氣體比例為4:1，處理時(shí)間為30s。
[0086]在親水處理過的Co3O4樣品表面滴一滴濃度為0.2g/ml的鹽水溶液，將鹽水溶液在樣品表面鋪展開，形成厚度為200nm的鹽水溶液膜層。
[0087]再選取一片厚度為20nm的Si3N4薄膜放置于鹽水溶液層之上，將水層以及上下兩層Si3N4薄膜用真空密封脂進(jìn)行密封處理，封裝好的樣品如圖3所示。
[0088]將密封樣品放置于TEM(透射電子顯微鏡)樣品桿上，然后放置于TEM中，電壓為200keV，改變電子束的束流密度(0-1500e_.A_2.s-1)。在不同的位置，記錄不同束流密度下，刻蝕完20nm Co3O4薄膜所損耗的時(shí)間，如圖6所示。
[0089]可以看到，在刻蝕過程中，存在一個(gè)最佳的束流密度~^O-SOOemir2s-1。束流越大，耗能越大；束流越小，刻蝕速率越慢，需要刻蝕時(shí)間增加(以上用到電子能量為200keV)。
[0090]實(shí)施案例6
[0091]根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)案例2中大量的實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果，以及采用實(shí)驗(yàn)案例2中的實(shí)驗(yàn)條件，我們通過改變不同電子束密度，從而測(cè)量出印刷20nm厚的微結(jié)構(gòu)圖案，需要消耗的時(shí)間，此處選用的電子能量為200keV，電子束束斑為35nm，結(jié)果如圖7所示。
[0092]注:此處的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在實(shí)際應(yīng)用過程中根據(jù)需要印刷材質(zhì)的不同，要選用最佳的印刷電子束束流密度。
[0093]實(shí)施案例7
[0094] 由于電子束會(huì)在材料中發(fā)生散射，在液體中同樣如此，其示意圖如圖7所示，這里我們選用去離子束作為濕環(huán)境溶劑進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬條件改變電子束電壓，束流密度le_.A_2.s—1，液體為去離子水，液體厚度200nm，束斑尺寸35nm。從而計(jì)算出散射角Θ與不同電子束電壓的關(guān)系如圖8所示。散射角越大，其刻蝕或者印刷過程中，納米圖案寬度越寬。
[0095]注:此計(jì)算適用于其它類型濕環(huán)境(所有液態(tài)濕環(huán)境、蒸汽濕環(huán)境、固體濕環(huán)境)印刷。
[0096]實(shí)施案例8
[0097]在電子束電壓為200keV，束流密度為le_.A_2.s—1，電子束束斑為35nm，液體為去離子水的實(shí)驗(yàn)條件下，通過計(jì)算模擬不同溶液厚度，從而可以得出對(duì)束斑擴(kuò)展大小的影響，如圖9所示。
[0098]實(shí)施案例9
[0099]以上實(shí)例濕環(huán)境層均為純液體層，而對(duì)于蒸汽層、含結(jié)晶水或吸附水以及有機(jī)物的固體層，其刻蝕或印刷參數(shù)與其含有有機(jī)物或水量有關(guān)。即可換算成純液態(tài)水的厚度來計(jì)算。如圖10所示，其橫軸表示含水或有機(jī)物量，縱軸表示換算成含水量的液體厚度，此處假設(shè)濕環(huán)境體積固定，為8xl06nm3。
[0100]實(shí)施案例10[0101]對(duì)于電子束電壓為200kV的電子束刻蝕，由于電子束在水中的制動(dòng)能力(stopping power)為2.798MeV cm2/g,因此當(dāng)換算成200keV的電子束在水中能夠穿透的最大深度要低于1cm。對(duì)于其它液體，其穿透深度基本與水類似，因此在對(duì)于200keV的電子束，其液體厚度務(wù)必小于1cm。
[0102]濕環(huán)境電子束刻蝕、印刷方法的本質(zhì)在于液體層在電子束激發(fā)下與基片反應(yīng)，因此液體層的厚度不能低于Inm(這是一個(gè)極限的分子薄層厚度，其代表了接近兩個(gè)水分子層的厚度)。
【權(quán)利要求】
1.濕環(huán)境下電子束直接納米刻蝕或印刷的方法，其特征在于依次包括如下步驟: (1)制作濕環(huán)境覆膜 通過在基片表面，懸滴去離子水、含無機(jī)離子的水溶液或有機(jī)絡(luò)合物溶液，從而在基片表面形成厚度為Inm-1cm的液態(tài)覆膜層；或者在基片表面密封水蒸汽層，或含結(jié)晶水或吸附水的固體層，此層厚度需首先換算成水的含量，并保證換算后水層平均厚度在Inm-1cm之間； (2)電子束曝光 對(duì)于允許濕環(huán)境操作的電子束曝光設(shè)備直接對(duì)基片進(jìn)行電子束曝光； 對(duì)于不允許濕環(huán)境操作的電子束曝光設(shè)備，需首先密封濕環(huán)境覆膜層，然后將基片放置于電子束下進(jìn)行曝光，從而刻蝕或印刷出所需的納米尺度微加工圖案； (3)清洗基片 對(duì)曝光后的基片進(jìn)行清洗，然后將基片烘干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕環(huán)境下電子束直接納米刻蝕或印刷的方法，其特征在于對(duì)于半導(dǎo)體材料利用去離子水、弱酸、堿、有機(jī)絡(luò)合物或無機(jī)鹽類水溶液作為濕環(huán)境層對(duì)基片進(jìn)行電子束曝光刻蝕或印刷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕環(huán)境下電子束直接納米刻蝕或印刷的方法，其特征在于電子束曝光刻蝕、印刷的基片材質(zhì)為氧化物、硫化物、氮化物、娃及娃化物、氟化物無機(jī)半導(dǎo)體、絕緣體、鹵化物離子晶體、金屬或有機(jī)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕環(huán)境下電子束直接納米刻蝕或印刷的方法，其特征在于電子束刻蝕或印刷納米圖案是通過移動(dòng)電子束或者通過移動(dòng)樣品臺(tái)來實(shí)現(xiàn)圖案的繪制。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK104037061SQ201410251013
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月7日
【發(fā)明者】隋曼齡, 盧岳, 陳福榮 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)