專利名稱：用掃描電鏡制作表面納米陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用掃描電鏡制作表面納米陣列的方法，該方法屬于電子束光刻領(lǐng)域，可用于制作周期性納米孔、納米線陣列。納米量級(jí)結(jié)構(gòu)作為研究微觀量子世界的重要基礎(chǔ)之一，其制作技術(shù)是整個(gè)納米技術(shù)的核心基礎(chǔ)。納米光刻技術(shù)是納米結(jié)構(gòu)制作的常用方法，它包括波前工程、電子束光刻、離子束光刻、X射線光刻、原子光刻、干涉光刻、極紫外光刻等，它們都有望實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)的圖形制作，但各種技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的分辨率極限有所不同。50nm以上分辨率可用193nm光刻結(jié)合波前工程和干涉光刻實(shí)現(xiàn)，50nm左右的分辨率可用極紫外光刻來實(shí)現(xiàn)。而電子束光刻、離子束光刻、X射線光刻、原子光刻則可望實(shí)現(xiàn)幾個(gè)納米的分辨率。但這些技術(shù)的完善還有待于光學(xué)系統(tǒng)、抗蝕劑、精密控制等相關(guān)技術(shù)的成熟。近年來，大規(guī)模集成電路和納米器件快速發(fā)展，光學(xué)光刻的分辨率已經(jīng)滿足不了需要。由于電子束的分辨率可以達(dá)到幾個(gè)納米量級(jí)，在研制集成電路和納米器件過程中，電子束光刻是最有效的方法之一。電子束曝光技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向是采用掃描電子顯微鏡作為曝光手段，以實(shí)現(xiàn)原子級(jí)分辨率。目前這方面的研究還處于初步階段，真正實(shí)現(xiàn)能夠適用于納米加工的電子束曝光技術(shù)還有許多問題需要解決。比如，電子束光刻效率低、成本高，光刻膠顆粒粗影響分辨率等問題。本發(fā)明的目的是提供一種用掃描電鏡制作表面納米陣列的方法，該方法采用數(shù)字式掃描電子顯微鏡(簡(jiǎn)稱掃描電鏡)中產(chǎn)生行掃描時(shí)鐘信號(hào)倍頻后作為控制信號(hào)，再經(jīng)過放大加到柵極上，控制電子束的通斷，使電子束由連續(xù)掃描變?yōu)橐?guī)則的點(diǎn)、線掃描，不需用模板，可直接在涂有電子束光刻膠的硅片上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線曝光，形成周期性納米孔或納米線陣列。以解決目前納米加工技術(shù)中的點(diǎn)、線電子束光刻效率低、成本高的問題。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案利用掃描電鏡具有寬掃描和高分辨率的特點(diǎn)，在掃描電鏡的陰極自偏壓電路中串聯(lián)一個(gè)可控的負(fù)電壓發(fā)生器，其內(nèi)阻遠(yuǎn)小于自偏壓電阻。當(dāng)它不產(chǎn)生負(fù)電壓時(shí)，掃描電鏡正常工作。當(dāng)它產(chǎn)生負(fù)電壓時(shí)，此電壓足以抑制電子槍的陰極發(fā)射的電子無法穿越柵極。由于該負(fù)電壓發(fā)生器輸出的方波信號(hào)頻率與掃描電鏡本身的行掃描信號(hào)頻率成整數(shù)倍，因而，可使電子束從連續(xù)掃描調(diào)整為規(guī)則的點(diǎn)、線掃描，在涂有電子束光刻膠的樣品上制作出孔徑和間距均為納米級(jí)的周期性納米孔或納米線陣列。
本發(fā)明的積極效果本發(fā)明是在常規(guī)數(shù)字式掃描電鏡的電子槍陰極自偏壓電路中串聯(lián)一個(gè)可控的負(fù)電壓發(fā)生器，即可替代電子束光刻機(jī)并用“直寫”方式直接刻蝕。因此，本發(fā)明既降低了電子束光刻制作納米陣列的成本，又可以利用掃描電鏡具有寬掃描和高分辨率的特點(diǎn)，提高電子束光刻的效率及分辨率。

圖1是本發(fā)明的負(fù)電壓發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的負(fù)電壓發(fā)生器的總體電路3是本發(fā)明的負(fù)電壓發(fā)生器的倍頻電路4是用本發(fā)明的方法在樣品表面形成的電子束曝光圖案圖5是本發(fā)明的負(fù)電壓發(fā)生器的壓控振蕩器及升壓整流電路圖[具體實(shí)施方式
]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的負(fù)電壓發(fā)生器主要是由倍頻電路(1)、壓控振蕩器(2)、升壓變壓器(3)、整流電路(4)和傳統(tǒng)自偏壓電阻(5)組成。掃描電鏡本身的行掃描時(shí)鐘信號(hào)作為控制信號(hào)，經(jīng)倍頻電路后與壓控振蕩器的輸入端相連，再經(jīng)壓控振蕩器及升壓整流電路放大之后，與掃描電鏡的柵極自偏壓疊加，接到掃描電鏡的陰極(6)和柵極(7)之間。當(dāng)負(fù)電壓發(fā)生器不產(chǎn)生負(fù)電壓時(shí)，掃描電鏡正常工作。當(dāng)它產(chǎn)生負(fù)電壓時(shí)，此電壓足以抑制掃描電鏡的電子槍陰極發(fā)出的電子無法穿越柵極。
最佳實(shí)施例本發(fā)明的最佳實(shí)施例的總體電路如圖2所示。本發(fā)明的負(fù)電壓發(fā)生器的關(guān)鍵部分是倍頻電路和壓控振蕩器，下面分別進(jìn)行描述。
參照?qǐng)D3，本發(fā)明的負(fù)電壓發(fā)生器的倍頻電路由兩個(gè)集成塊CD4040、兩個(gè)開關(guān)元件SW-DIP8和一個(gè)異或門組成。其中CD4040的不同抽頭對(duì)應(yīng)于行掃描時(shí)鐘信號(hào)不同倍數(shù)的頻率，采用兩個(gè)開關(guān)SW-DIP8分別控制電子束的X、Y掃描頻率。如果兩個(gè)SW-DIP8中只有一個(gè)的某一項(xiàng)閉合，則電子束在樣品表面掃描形成的電子束曝光圖案為一維周期性納米線陣列(見圖4a)。如果兩個(gè)SW-DIP8都閉合頻率相同的那一項(xiàng)，就可同時(shí)控制掃描電鏡X、Y方向電子束掃描的通斷，使電子束曝光圖案為明暗相間的二維方格陣列(見圖4b)；若兩個(gè)SW-DIP8閉合一項(xiàng)但頻率不相同，則曝光圖案為二維矩形陣列。不論是方格還是矩形，當(dāng)樣品上的電子束光刻膠為正膠時(shí)，電子束曝光均可形成二維納米孔陣列；而當(dāng)樣品表面為負(fù)膠時(shí)，形成周期性納米柱陣列。
參照?qǐng)D5，本發(fā)明的負(fù)電壓發(fā)生器中的壓控振蕩器用脈寬調(diào)制集成電路SG3525和功率場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET N組成。當(dāng)集成塊SG3525的第10端為低電平時(shí)，SG3525有方波輸出，驅(qū)動(dòng)升壓變壓器產(chǎn)生負(fù)電壓，抑制電子束穿越柵極。當(dāng)控制信號(hào)經(jīng)過三極管9013使第10端為高電平時(shí)，SG3525無輸出信號(hào)，負(fù)電壓發(fā)生器不產(chǎn)生負(fù)電壓，此時(shí)，掃描電鏡正常工作。
權(quán)利要求
1.一種用掃描電鏡制作表面納米陣列的方法，其特性在于該方法是在數(shù)字式掃描電鏡的陰極自偏壓電路中串聯(lián)一個(gè)可控的負(fù)電壓發(fā)生器，其內(nèi)阻遠(yuǎn)小于自偏壓電阻；用掃描電鏡本身的行掃描時(shí)鐘信號(hào)作為控制信號(hào)，經(jīng)倍頻和放大加到柵極上控制電子束的通斷，使電子束由連續(xù)掃描變?yōu)橐?guī)則的點(diǎn)、線掃描，在涂有電子束光刻膠的樣品上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線曝光，形成周期性納米孔或納米線陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特性是所述的負(fù)電壓發(fā)生器由倍頻電路、壓控振蕩器、升壓變壓器、整流電路和傳統(tǒng)自偏壓電阻組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的方法，其特性是所述的負(fù)電壓發(fā)生器產(chǎn)生的負(fù)電壓接到掃描電鏡的陰極和柵極之間。
全文摘要
一種用掃描電鏡制作表面納米陣列的方法，該方法是在數(shù)字式掃描電鏡的陰極自偏壓電路中串聯(lián)一個(gè)可控的負(fù)電壓發(fā)生器，它由倍頻電路、壓控振蕩器、升壓變壓器、整流電路和傳統(tǒng)自偏壓電阻組成，其內(nèi)阻遠(yuǎn)小于自偏壓電阻；用掃描電鏡本身的行掃描時(shí)鐘信號(hào)作為控制信號(hào)，經(jīng)倍頻和放大加到柵極上，控制電子束的通斷，使電子束由連續(xù)掃描變?yōu)橐?guī)則的點(diǎn)、線掃描，不需用模板即可在涂有電子束光刻膠的樣品上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線曝光，形成周期性納米孔或納米線陣列。本發(fā)明用數(shù)字式掃描電鏡替代電子束光刻機(jī)，以“直寫”的方式直接進(jìn)行電子束刻蝕，既降低用電子束光刻制作納米陣列的成本，又提高其效率及分辨率。
文檔編號(hào)G12B21/00GK1730379SQ20051001098
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月29日
發(fā)明者張晉, 朱念麟, 陳爾綱, 普小云, 王光燦, 柏晗, 張茜, 竇菊英 申請(qǐng)人:云南大學(xué)