专利名称：用于制造应用于xuv波长范围的具有横向图案的多层结构的方法以及根据该方法制造的 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造具有横向图案的多层结构的方法，尤其是应用于电磁辐射波长处于O. Inm到IOOnm之间波长范围内的光学器件的光栅的制造方法，该方法包括以下步骤(i)设置多层结构，以及(ii)在该多层结构中布置横向图案。
背景技术：
O. Inm到10 μ m之间的波长范围包括硬X射线范围(波长在O. Inm到IOnm之间)和所谓的XUV范围(波长在IOnm到IOOnm之间)，该XUV范围包括在文献中被称为EUV辐射的13. 5nm波长附近的范围以及电磁波谱的软X射线范围的辐射。这种光栅例如应用于纳米光刻技术领域内的半导体电路的生产中。这种光栅的一个特别的例子是所谓的纳米布拉格菲涅耳(BF)结构，该结构形成反射光学元件(布拉格结构)与衍射光学元件(菲涅耳结构)的组合。这种光栅的另一个例子是层状多层振幅光栅(LMAG)结构，该结构在用于XUV波长范围光谱分析的单色仪中应用。已知的是，根据诸如电子束(EB)光刻和深紫外线(DUV)光刻等本身已知的方法制造BF结构和LMAG结构。这些已知的方法在尺寸为纳米尺度(nanometre scale)的纳米结构的大阵列连续生产中具有严重的缺陷。EB光刻相对昂贵且耗时，作为在曝光于电子束期间所谓的邻近效应(proximityeffects)和参数漂移的结果，会产生重复性较差的后果。DUV光刻法遇到的本质问题在于待制造结构的分辨率等级低于50nm。而且，DUV光刻法只在很大规模的量产中才符合成本效益。上述两种方法都具有这样的缺陷，其中周期性横向图案中薄层的宽度最小达到几百纳米，而周期(period)则达到至少I μ m。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于以快速、可重复且符合成本效益的方式制造特征尺寸小于50nm的多层结构的方法。本发明的特殊目的是提出用于制造纳米BF结构或纳米LMAG结构的这样一种方法。利用本文开头所述类型的方法实现这些目的，并获得其它优点，其中根据本发明，通过纳米压印光刻(NIL)方法来执行布置横向图案的步骤(ii)。该纳米压印光刻(NIL)方法例如至少包括以下步骤(a)设置具有与待布置的横向三维图案对应的模具图案的模具(stamp)，(b)将可固化抗蚀剂材料层涂敷到多层结构上，(C)在根据步骤(b)涂敷的该抗蚀剂材料层中，使用模具布置模具图案，并且固化该材料，以及(d)按照模具图案，从多层结构中去除未被或至少实质上未被抗蚀剂材料覆盖的材料，同时在多层结构中形成横向三维图案。在一实施例中，在步骤(b)之前或在步骤(C)之后，金属层被沉积到平面的或设置有横向图案的多层结构上，并且后续用作蚀刻掩模。根据本发明的待设置的模具例如由Si或SiO2 (石英)制造而成，其中按照本身已知的方法(例如，通过电子束光刻(EBL)或激光干涉光刻)来布置模具图案。在步骤(d)中从多层结构中去除材料并在多层结构中形成横向三维图案之后，使用溶剂去除抗蚀剂材料层，并且可以对设置有三维图案的多层结构进行后续的工艺步骤。例如，按照反应离子蚀刻(RIE)方法、通过感应耦合等离子体(ICP)方式或者根据博世(Bosch-type)蚀刻方法来执行步骤(d)中的材料去除。 依据待制造的多层结构的规格，根据该方法的实施例，在步骤(d)中待要在多层结构中形成的横向三维图案具有从多层结构的表面开始平行的、呈楔形扩大的或呈楔形缩小的形式。根据步骤(b)的待涂敷的抗蚀剂材料优选的是在固化状态下粘度相对低的UV可固化塑料，例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。 依据待制造的多层结构的规格，在根据本发明的方法的实施例中，布置横向图案的步骤(i i )之后是在三维图案上涂敷盖层的步骤(i i i )。本发明还涉及一种根据上文描述的方法制造的具有周期性横向图案的多层结构，其中周期小于I μ m。本发明还涉及一种根据上文描述的方法制造的BF结构，其中该多层结构包括由来自第一群组的第一材料构成的多个层以及由来自第二群组的第二材料构成的多个层形成的层叠结构，该第一群组包括碳(C)和硅(Si)，该第二群组包括来自过渡元素群组的材料，该过渡元素来自元素周期系的第四周期、第五周期以及第六周期。在一实施例中，第二材料构成的多个层是选自包括钴(Co)、镍(Ni)、钥(Mo)、钨(W)、铼(Re)以及铱(Ir)的过渡元素群组。使用根据本发明的BF结构，能够获得这样的光学元件它可以应用于处于O. Inm到IOOnm之间波长范围的辐射的波长选择、聚焦以及准直，效率是采用现有技术中不具有横向图案的多层结构所无法达到的。本发明还涉及根据上文描述的方法制造的LMAG结构，其中该多层结构包括由来自第一群组的第一材料构成的多个层以及由来自第二群组的第二材料构成的多个层形成的层叠结构，该第一群组包括硼(B)、一碳化四硼(B4C)、碳(C)、硅(Si)以及钪(Sc)，该第二群组包括来自过渡元素群组的材料，该过渡元素来自元素周期系的第四周期、第五周期以及第六周期。在根据本发明的LMAG结构的实施例中，该多层结构选自包括由如下材料的多个层形成的层叠结构的群组钨和硅(W/Si)、钨和一碳化四硼(W/B4C)、钥和一碳化四硼(Mo/B4C )、镧和一碳化四硼(La/B4C )、铬和碳(Cr/C )、铁和钪(Fe/Sc )、铬和钪(Cr/Sc )、镍和碳(Ni/C)以及镍钒和碳(NiV/C)。在多层结构包括由镧和一碳化四硼(La/B4C)构成的多个层形成的层叠结构的实施例中，由镧和一碳化四硼构成的多个层被由硼化镧(LaB)构成的多个层分开，这些层用作扩散阻挡层。使用根据本发明的LMAG结构，能够获得这样的光学元件它可以应用于处于O. Inm到IOOnm之间波长范围的辐射的波长选择、聚焦以及准直，效率是采用现有技术中不具有横向图案的多层结构所无法达到的。
在下文，参考附图，将基于示例性实施例阐明本发明。在附图中，图I示出将根据本发明的LMAG结构I应用为单色仪的示意图。
具体实施例方式LMAG结构I由基板2 (例如，由SiO2构成)形成，在该基板2上具有以层周期d彼
此层叠的多个薄层3、4构成的多层结构，其中根据上文描述的方法，将周期性横向结构布置为具有横向周期D和线宽rD。波长λ。的XUV辐射的光束(由箭头5表示)以与LMAG结构I的表面呈fo的角度入射到LMAG结构I的表面上。该入射光束被LMAG结构I衍射射出(exiting)零阶光束Itl、一阶光束Ip L1、二阶光束12、L2以及更高阶光束(未示出)。已经发现，使用根据本发明的LMAG结构1，能够提供色散明显低于(分辨率较高)其他相同种类但无横向结构的平面多层结构的色散的单色仪，其中与平面多层结构的反射率相比，LMAG结构的反射率只有轻微程度的降低。例子I在由Si构成的基板2上，将根据图I的LMAG结构I构建为120个由La组成的层3(层厚度3. 13nm，粗糙度O. 38nm)和由B4C组成的层4 (层厚度5. 05nm，粗糙度O. 50nm)形成的周期性层叠结构，其中横向周期D=500nm，以及线宽系数Γ=0· 20。已发现，波长λ。=6· 7nm的XUV辐射的光束(其以,的角度入射到LMAG结构I的表面上)以零阶进行反射，色散达到利用其他相同种类但无横向结构的平面多层结构实现的色散的O. 24，而与该平面多层结构相比，反射率只降低了 11%。例子2在由Si构成的基板2上，将根据图I的LMAG结构I构建为150个由Cr组成的层3(层厚度2. 125nm，粗糙度O. 312nm)和由C组成的层4(层厚度4. 048nm，粗糙度O. 338nm)形成的周期性层叠结构，其中横向周期D=300nm,以及线宽系数Γ =0. 33。已发现,波长λ。=4· 5nm的XUV辐射的光束(其以f 的角度入射到LMAG结构I的表面上)以零阶进行反射，色散达到利用其他相同种类但无横向结构的平面多层结构实现的色散的O. 34，而与该平面多层结构相比，反射率只降低了 5%。例子3在由Si构成的基板2上，将根据图I的LMAG结构I构建为400个由W组成的层3(层厚度O. 715nm，粗糙度O. 248nm)和由Si组成的层4 (层厚度I. 185nm，粗糙度O. 384nm)形成的周期性层叠结构，其中横向周期D=400nm，以及线宽系数Γ=0.25。将由SiO2构成的厚度为2nm的盖层涂敷到该结构上(图I未示出)。已发现，波长Aci=Z. 4nm的XUV辐射的光束(其以Φ0的角度入射到LMAG结构I的表面上)以零阶进行反射，色散达到利用其他相同种类但无横向结构的平面多层结构实现的色散的O. 25，而与该平面多层结构相比，反射率只降低了 15%。
权利要求
1.用于制造具有横向图案的多层结构的方法，尤其是应用于电磁辐射波长处于O.Inm到IOOnm之间波长范围的光学器件的光栅的制造方法，所述方法包括以下步骤 (i)设置多层结构，以及 (ii)在所述多层结构中布置横向三维图案，其特征在于， 通过纳米压印光刻(NIL)方法来执行布置所述横向图案的步骤(ii)。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述纳米压印光刻(NIL)方法至少包括以下步骤 (a)设置具有与待布置的所述横向三维图案对应的模具图案的模具， (b )将可固化抗蚀剂材料层涂敷到所述多层结构上， (c)在根据步骤(b)涂敷的所述抗蚀剂材料层中，使用所述模具布置所述模具图案，并且固化该材料，以及 (d)按照所述模具图案，从所述多层结构中去除未被或至少实质上未被抗蚀剂材料覆盖的材料，同时在所述多层结构中形成所述横向三维图案。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，按照反应离子蚀刻(RIE)方法，执行根据步骤(d)的材料去除。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，通过感应耦合等离子体(ICP)的方式，执行步骤Cd)中的材料去除。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，按照博世蚀刻方法，执行步骤(d)中的材料去除。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤(d)中待要在所述多层结构中形成的所述横向三维图案具有从所述多层结构的表面开始呈楔形扩大的形式。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤(d)中待要在所述多层结构中形成的所述横向三维图案具有从所述多层结构的表面开始呈楔形缩小的形式。
8.根据权利要求2至7中任意一个所述的方法，其中，根据步骤(b)的待涂敷的所述抗蚀剂材料是在固化状态下粘度相对低的UV可固化塑料。
9.根据前述权利要求中任意一个所述的方法，其中，布置所述横向图案的步骤(ii)之后是在所述三维图案上涂敷盖层的步骤(i i i )。
10.根据权利要求I至9中任意一个所述的方法制造的具有周期性横向图案的多层结构，其特征在于，所述周期小于I μ m。
11.根据权利要求I至9中任意一个所述的方法制造的BF结构，其特征在于，所述多层结构包括由来自第一群组的第一材料构成的多个层和由来自第二群组的第二材料构成的多个层形成的层叠结构，所述第一群组包括碳(C)和硅(Si)，所述第二群组包括来自过渡元素群组的材料，所述过渡元素来自元素周期系的第四周期、第五周期以及第六周期。
12.根据权利要求11所述的BF结构，其特征在于，所述第二材料构成的多个层是选自包括钴(Co)、镍(Ni)、钥(Mo)、钨(W)、铼(Re)以及铱(Ir)的过渡元素群组。
13.根据权利要求I至9中任意一个所述的方法制造的LMAG结构，其特征在于，所述多层结构包括由来自第一群组的第一材料构成的多个层以及由来自第二群组的第二材料构成的多个层形成的层叠结构，所述第一群组包括硼(B)、一碳化四硼(B4C)、碳(C)、硅(Si)以及钪(Sc)，所述第二群组包括来自过渡元素群组的材料，所述过渡元素来自元素周期系的第四周期、第五周期以及第六周期。
14.根据权利要求13所述的LMAG结构，其特征在于，所述多层结构选自包括由如下材料的多个层形成的层叠结构的群组钨和硅(W/Si)、钨和一碳化四硼(W/B4C)、钥和一碳化四硼(Mo/B4C)、镧和一碳化四硼(La/B4C)、铬和碳(Cr/C)、铁和钪(Fe/Sc )、铬和钪(Cr/Sc )、镍和碳(Ni/C)以及镍钒和碳(NiV/C)。
15.根据权利要求14所述的LMAG结构，其中，所述多层结构包括由镧和一碳化四硼(La/B4C)构成的多个层形成的层叠结构，其特征在于，由镧和一碳化四硼构成的多个层被由硼化镧(LaB)构成的多个层分开。
全文摘要
用于制造具有横向图案的多层结构的方法以及根据该方法制造的BF结构和LMAG结构，尤其是应用于电磁辐射波长处于0.1nm到100nm之间波长范围内的光学器件的光栅的制造方法，该方法包括以下步骤(i)设置多层结构，以及(ii)在该多层结构中布置横向三维图案，其中通过纳米压印光刻(NIL)方法来执行布置横向图案的步骤(ii)。
文档编号G02B5/18GK102792222SQ201080056081
公开日2012年11月21日 申请日期2010年12月8日 优先权日2009年12月11日
发明者威尔弗雷德·热拉尔·范德维尔, 弗雷德里克·比耶柯克, 彼得罗内拉·埃梅伦迪亚纳·赫格曼, 罗伯特·范德梅尔 申请人:帕纳科有限公司