用于以光学方式将结构传输到记录介质中的方法

摘要

在本发明的框架内开发一种用于以光学方式将结构传输到记录介质中的方法，所述记录介质通过来自光子源的光子的照射能够局部地从第一未描画状态转变为第二描画状态。在此，记录介质的两种状态在记录介质的不同物理和/或化学特性中显现。根据本发明，选择至少一个具有少于每秒104个光子的光子流的光子源用于光子照射。已认识到，有利的是，利用这样少量的光子流能够传输特别精细的结构到记录介质中，而无需通过掩膜部分地遮挡照射。以该方式能够利用给定的光子波长（能量）来传输结构，所述结构明显小于由衍射极限预先确定的、所发出光子撞击的位置的概率分布的宽度。

权利要求

1.一种用于以光学方式将结构传输到记录介质中的方法，所述记录介质通过来自光子源的光子的照射能够局部地从第一未写状态转变为第二已写状态，其中所述记录介质的两种状态在所述记录介质的不同物理和/或化学特性中显现，其特征在于，选择至少一个具有少于每秒104个光子的光子流的光子源用于光子的照射。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光子源在工作周期中运行，在所述工作周期中所述光子源发射在1至100之间的数量个光子。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述光子源与所述记录介质的工作间隔是1μm或者更少。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光子源和所述记录介质相对彼此移动。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，选择如下记录介质，所述记录介质在超过预先确定的阈值量个光子时才局部地从未写状态转变到已写状态。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，对于光子平版印刷选择光致抗蚀剂作为记录介质。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，选择由多个可单独操控的光子源构成的装置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在光栅中设置光子源，所述光栅具有100nm或者更小的光栅宽度。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光栅具有50nm或者更小的光栅宽度。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，运行每个光子源i的频率和/或持续时间xi确定为方程组的解，在所述方程组中，在所述记录介质上和/或所述记录介质中的每个位置k照射的光子量Dk表达为贡献dik(xi)的总和，其使每个光子源i承担该光子量Dk。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述方程组中，贡献dik(xi)表达为xi与从所述光子源i发射的单独光子到达所述记录介质上和/或所述记录介质中的位置k的概率pik的乘积。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，由光子源构成的装置处于相对于所述记录介质的n个不同位置，并且Dk表达为贡献dikp(xip)的总和，该总和使在位置p=1…n的每个光子源i承担该光子量Dk。

说明书

用于以光学方式将结构传输到记录介质中的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于以光学方式将结构传输到记录介质中的方法。

背景技术

[0002] 微米和纳米结构大多通过光学平版印刷生产。在此，待结构化的衬底首先用记录介质覆盖。通过局部利用光线通过掩膜照射记录介质，将待完成的结构传输到所述记录介质中。由此，记录介质从未写状态转变成已写状态，所述记录介质在记录介质的已改变物理和/或化学特性中显现。接着，记录介质要么仅在已写位置、要么仅在未写位置选择性地去除，之后能够在暴露的位置加工、例如蚀刻衬底。

[0003] 根据衍射将待写的结构的最小尺寸确定为光波长的数量级。为了减小这些结构，即，改进位置分辨率，因此所应用的光波长必须一直进一步变小。在每次结构改变时，重新耗时且昂贵地生产新的掩膜的必要性限制了光学平版印刷的实际使用、特别是对于新结构的原型生产。

发明内容

[0004] 因此本发明的任务是，提供一种用于以光学方式将结构传输到记录介质中的方法，所述方法提供改进的位置分辨率并且同时在没有生产掩膜的情况下也可以做到。

[0005] 根据本发明，这些任务通过下文所述的方法解决。其他有利的设计方案也由下文给出。

[0006] 在本发明的框架内，开发一种用于以光学方式将结构传输到记录介质中的方法，所述记录介质通过来自光子源的光子的照射而能够局部地从第一未写状态转变到第二已写状态。在此，记录介质的两种状态在记录介质的不同物理和/或化学特性中显现。

[0007] 根据本发明，选择至少一个具有少于每秒104个光子的光子流的光子源用于光子的照射。

[0008] 已认识到，有利的是，利用如此少量的光子流能够将特别精细的结构传输到记录介质中，而无需通过掩膜部分地遮挡照射。而是对于如此少量的光子流提供其他的可能性，以便于确定写入记录介质中的结构：例如能够选择由多数和/或大量的光子源构成的装置。只要这些光子源不是可单独操控的(被动平版印刷)，那么所写入的结构由光子源的位置确定；只要这些光子源是可单独操控的(主动平版印刷)，那么所写入的结构额外地还通过操控模式来确定。光子源和/或由光子源构成的装置能够额外地还相对于记录介质移动，尤其是被扫描。

[0009] 已认识到，根据迄今为止的现有技术，应用掩膜带来多个缺点。这些缺点总体上导致：在实践中能得到的位置分辨率在平版印刷时通常明显差于例如为光波长一半的衍射极限。

[0010] -掩膜通常由横向上结构化的不透光层、例如铬层组成，其预先确定待写入的结构并且在其一侧施加在透光的衬底上。该衬底必须至少约1-2mm厚，以便于保证足够的机械稳定性。不透光层必须明显厚于光线的光学穿透深度，原因在于光线必须完全被遮挡。如果允许少部分光线通过，那么记录介质在原本并非待写的位置随着时间转换，原因在于记录介质随着时间累积与光子的相互作用。相对于光波长以及由此相对于结构大小明显更大的掩膜厚度现在确定光源和记录介质之间的最小间隔。该间隔越大，在应用光子作为所写入结构的涂抹物时，能量和照射方向的清晰度受限的分布的效果越强。

[0011] -在不透光层的结构边缘出现另外的衍射效果，所述衍射效果同样导致所写入结构的涂抹。

[0012] -掩膜只能够以受限的精确度生产，在所写入结构的尺寸精确的情况下，这导致进一步的不可靠性。

[0013] -具有宏观尺寸、例如典型的半导体晶圆(具有数英寸的直径)的尺寸的掩膜通常利用延伸的光源、例如灯具来照射。光源的强度分布在这种尺寸上是不均匀的，因此结构在记录介质的不同区域内以不同的强度写入。

[0014] 通过现在根据本发明能够弃用掩膜，去除这些故障源，并且能得到的分辨率接近衍射极限。也省却了非常浪费且昂贵的掩膜制造和结构化，所述掩膜根据迄今为止的现有技术按照原始模型实现新结构时构成瓶颈。

[0015] 为了将记录介质的分子和/或化学式单位从未写状态转变成已写状态，至少一个光子作为能量供给是必需的。提供的光子越少，发生改变的分子和/或化学式单位越少。因此，有利的是，光子源在工作周期中运行，在所述工作周期中光子源发射在1-100之间的数量个光子。如果每个工作周期恰恰发射一个光子，那么在记录介质处施行最小可能的变化。

[0016] 根据光子源的辐射特征，该变化精确施行的地方是概率分布的。该概率分布在大量光子的极限情况下转化到光子源的宏观射束轮廓。光子源和记录介质之间的间隔越大，概率分布在空间上的扩展越大。因此有利地使光子源与记录介质的工作间隔是1μm或者更少。最小可能的工作间隔主要由表面粗糙度和以此为条件的、在光子源和记录介质之间的机械碰撞的风险预先确定。

[0017] 在本发明的一种尤其有利的设计方案中，光子源和记录介质相对彼此移动。该移动能沿着如下线条进行，所述线条作为结构传输到记录介质中。然而该移动也能例如以光栅状(gerastert)进行，其中光子源只在光栅的如下点激活，在这些点处记录材料应该根据待传输的结构而改变。

[0018] 在此,每个光栅点，发出的光子在记录介质上撞击的位置再次概率分布。尽管如此，仍然能够传输如下结构，所述结构明显小于该分布的宽度。此外，有利地选择记录介质，所述记录介质在超过预先确定的阈值量个光子时才局部地从未写状态转变到已写状态。通过合适地选取光栅宽度和照射到每个光栅点的光子量，于是能够产生照射到记录介质上的总体光子量的如下空间分布，所述空间分布只沿着待传输的结构位于阈值量之上。记录介质的其余区域也获得光子这一点对于只区分“未写”和“已写”两种状态的实际应用不再有意义。

[0019] 以该方式能够利用给定的光子波长(能量)来传输结构，所述结构明显小于由衍射极限预先确定的、所发出光子撞击的位置的概率分布的宽度。与此相反，传统的平版印刷是受衍射限制的并且需要更短的波长，以便于转化为更小的结构大小。波长越短，针对光源和光学器件的耗费就越大。刚好热光源在共同组成所述光源的光的各个光子的能量和方向上有大的模糊性。

[0020] 有利地，对于光子平版印刷选择光致抗蚀剂作为记录介质。该光致抗蚀剂能够选择性地去除处于已写状态(负抗蚀剂)的地方，或者选择性地去除未写状态(正抗蚀剂)的地方。因此,能够通过光致抗蚀剂构成的、如此结构化的掩膜在物理上或者化学上加工其上施加光致抗蚀剂的衬底，例如通过离子蚀刻或者湿化学蚀刻。通过这种方式，该结构从记录介质转移到衬底。除了光致蚀刻剂，例如相位改变介质和热激活介质也合适作为记录介质。

[0021] 在本发明的一种尤其有利的设计方案中，选择由多个可单独操控的光子源构成的装置。所述装置尤其能够设置在光栅宽度为100nm或者更小、优选地50nm或者更小的光栅中。单个光子源对于低至20nm的尺寸是可用的。光栅能够是一维的，例如沿着线条的点光栅，或者也能是二维的，例如网格状的点光栅。每个单独激活的光子源现在以由光子源发出的光子在空间上的概率分布来覆盖记录介质，其中由激活的相邻光子源引起的分布也能够重叠。记录介质在总体上至少有所需阈值个光子到达的各处从未写状态转变成已写状态。其尺寸采取点光栅的数量级的结构能够被直接敏感地描绘成如下指示：哪些光子源在光栅中激活多长和/或多频繁。对于在物理上生产的装置，能够通过改变操控来写入大量不同的结构。因此，对结构的匹配不再需要匹配硬件方式的掩膜，而是能够通过在软件方面改变操控来完成。

[0022] 在本发明的一种尤其有利的设计方案中，运行每个光子源i的频率和/或持续时间xi确定为方程组的解，在所述方程组中在记录介质上和/或记录介质中每个位置k上照射的光子量Dk表达为贡献dik(xi)的总和，其使每个光子源i承担该光子量Dk。在此，位于右侧上的Dk由待传输的结构预先确定，其中连续的记录介质离散化成各个位置k。贡献dik(xi)取决于光子源的辐射特征。原则上，实际写入的结构与预先确定的结构的偏差一直是小的，原因在于由每个光子源发射的光子到达记录介质上和/或记录介质中的哪些位置的概率分布不是必须具有与待写入的结构相似的形式。然而因为这些概率分布重叠，所以能够通过解方程组与最小化偏差一起使各个光子源的贡献最佳化。

[0023] 有利的是，贡献dik(xi)表达为xi与从光子源i发射单独光子到达记录介质上和/或记录介质中的位置k的概率pik的乘积。该方程组因此是线性的。在方程组的系数中插入各个光子源的辐射特征、其空间布置和用来将记录介质离散化为各个位置k的精细度。

[0024] 在本发明的一种尤其有利的设计方案中，使光子源构成的装置处于n个相对于记录介质不同的位置。在方程组的方程中，Dk表达为贡献dikp(xip)的总和，其使每个光子源i在位置p＝1…n承担光子量Dk。例如n个位置能够是如下点光栅的点，所述点光栅明显比位置k的光栅精细，在这些位置k处预先确定待得到的光子量Dk。方程组的解是一组xip，即对于每个光子源i是关于在哪个位置p激活所述光子源多长和/或多频繁的精确指示。根据预先确定的、待传输进记录介质中的结构，在接连地将这些光子源设置在位置p＝1…n的同时，启动各个光子源的、播放的“灯光表演”。

[0025] 通过这种方式也能传输如下结构，所述结构明显小于光子源设置在其中的光栅。使光子源构成的装置相对于记录介质移位所能够利用的精确度部分地转换为所传输结构的精确度。

附图说明

[0026] 接着基于附图来解释本发明的主题，而没有由此限制本发明的主题。附图中：

[0027] 图1示出根据本发明方法的实施例。

[0028] 图2在矩阵中示出针对各个光子源的单独操控的线路图。

[0029] 图3a-3b示出光子源构成的六边形装置的电子显微镜拍摄图。

[0030] 图4a-4b示出来自图3a-3b中示出的光子源的光发射的特征。

[0031] 图5a-5d示出椎体形式的单个光子源。

[0032] 图6示出图5a-5d中示出的单个光子源集成在高频结构中。

具体实施方式

[0033] 图1示意性地示出根据本发明的方法的一个实施例。在衬底1上施加记录介质2，结构待传输进所述记录介质中。为了传输该结构，将具有多个单个光子源4的载体衬底3置于记录介质2附近。记录介质2现在只在如下源4的区域中从未写状态切换到已写状态，所述源被激活并且发射光线5。因此，不同的结构能够单单通过以不同的方式进行操控来写入。在该实施例的一种简化形式中，单个光子源4不是可单独操控的，而是它们要么全部被激活，要么全部不激活。因此，所写入的结构通过在载体衬底3的平面中源4的二维设置来预先确定。

[0034] 图2示出针对对源4的单独操控的线路图。提供了由字线W1、W2、…、Wn构成的线光栅以及由位线B1、B2、…、Bn构成的第二线光栅。两种线光栅一起得到矩形网格。采用与该矩形网格相同的周期性来设置源4，其中一个源与恰恰一个字线以及恰恰一个位线连接。如果在一个字线和一个位线之间施加电压，那么恰恰激活一个源4。在此，字线和位线必须不在相同的平面中延伸并且也必须不在带有源4的平面中延伸。这些源4例如是如下发光二极管(LED),其中由n-触点、pn-结和p-触点构成的堆叠在图示平面的法线方向上延伸，因此例如字线能够在n-触点下方或者在n-触点的平面内延伸，因此每个字线只将n-触点相互连接。这些位线能够在p-触点上方或者在p-触点的平面内延伸，因此每个位线只将p-触点相互连接。

[0035] 原则上，在字线和位线之间的这种交叉阵列中不仅仅有一条电流路径通过直接连接在该字线和该位线之间的源4。除了该直接路径外，还有通过多个另外的源4的另外寄生路径。然而，与直接连接在被操控字线和被操控位线之间的源相比，在这种寄生路径上的每个源施加有显著更小的电压。在寄生路径上的源上的电压小于激励LED照明所需的、以带隙为条件的最低电压。因此，尽管有通过另外的源的寄生路径，也仅仅激励直接连接在被操控字线和被操控位线之间的源4照明。

[0036] 图3a-3b示出源4构成的六边形装置的电子显微镜拍摄图。部分图b是部分图a的部分区域的放大拍摄图。源4是如下LED结构，在图3a-3b中以深色示出的、蓝宝石衬底上的n掺杂GaN层4a是所述LED结构的共用n区域。在n掺杂GaN层4a上是由未掺杂GaInN/GaN-多层结构4b构成的已蚀刻柱子，它们分别构成多量子阱(MQW)。MQW用作活跃介质，所述介质确定光子源的波长。在每个MQW上生长p掺杂的GaN作为p区域4c。

[0037] 通过多层结构4b和p区域4c首先作为平层施加在GaN层4a上，来制造该装置。接着，光致蚀刻剂利用电子射线平版印刷这样结构化：在源4应该保留为柱子的各处，暴露p区域4c。施加镍层并且接着通过剥离去除光致抗蚀剂，因此镍只保留在p区域4c上并且否则被去除。多层结构4b和p区域4c的没有通过镍保护的各处被蚀刻掉，向下直到GaN层4a。

[0038] 在图3a-3b中示出的阶段中，该装置还缺少p区域4c与外界的电接触。能够通过在这些柱子之间引入绝缘材料直到只有区域4c和镍层还突出的高度，制造该接触。例如氢硅倍半氧烷(HSQ)适合作为这种绝缘材料，所述绝缘材料能够离心涂镀在该装置上并且在热作用下构成绝缘的SiO2作为最终产品。当构成SiO2层时，选择性地去除镍并且在其上施加由镍金合金构成的透明、导电的接触层，该接触层连接所期望的区域4c和外界。n-触点通过SiO2在之前利用平版印刷方法定义的区域中直到n-GaN层中的氩离子束蚀刻来形成。接着利用钛/铝/镍/金层执行金属化，之后将所述层制成合金。

[0039] 该装置也允许这样设计，即这些源4可单独编址。此外，GaN层4a以字线的形式结构化，所述字线将相应行柱子相互连接。然后，每个柱子分别位于恰恰一个字线上，并且在这些字线之间去除GaN层4a，向下直到蓝宝石衬底，因此这些字线彼此绝缘。透明、导电的接触层在横向上以位线的形式结构化，它们将相应列的区域4c相互连接并且将它们与外界连接。因此，通过在一个字线和一个位线之间施加压力能恰恰激活一个源4。

[0040] 图4a示出光致发光的空间分布，在图3a-3b中示出的层系统应光波长为325nm的光学激励发射所述光致发光。光致发光在波长400nm时进行。测量光致发光合适在生产时作为针对质量控制的中间检测。没有光致发光示出，则所制造的装置是废品，并且另外的过程步骤是多余的。

[0041] 图4b针对平面的层堆叠示出电致发光在能量E上的强度分布I，图3a-3b中示出的装置由所述层堆叠制成(在施加光致抗蚀剂之前；曲线(i)，以及针对单个源4(曲线(ii))。该分布对于曲线(i)有140meV的半值宽度(FWHM)，对于曲线(ii)有100meV的半值宽度。通过源4的空间维度从平面的层变小为柱子时，每个时间单元发射的光子数量降低的程度使得在足够短的脉冲时间长度能够激励各个光子的发射。蚀刻的柱子越小，柱子中的量子限制越高并且一个单个光子源发射的光子能量的区域越窄。

[0042] 图5a-5d示出针对单个光子源4的另外实现示例，所述示例合适于用来执行根据本发明的方法。首先通过MOVPE过程在蓝宝石衬底51上施加n掺杂GaN层52。然后，离心涂镀HSQ层53，所述HSQ层在热效应下构成绝缘的SiO2作为最终产品。施加聚合聚甲基丙烯酸甲酯PMMA并且用作用于电子束平版印刷的正抗蚀剂。层中单个光子源4应该形成的地方利用电子束来照射并且接着选择性地去除。开放的SiO2借助于反应性离子蚀刻去除。因此，接着去除PMMA。SiO2不仅是绝缘材料，而且用作接下来的外延附生的掩膜。通过进一步的MOVPE过程，InN选择性地通过HSQ层中形成的开口施加在n-GaN上。InN从SiO2掩膜中作为椎体54生长。该椎体与p掺杂的GaN 55形状相似地(konformal)生长。在此，在p掺杂的GaN、未掺杂的InN和n掺杂的GaN之间构成LED的pin结(图5a)。

[0043] 施加光致抗蚀剂层56并且以平版印刷方式这样结构化，使得椎体54/55的左边和右边分别形成其中暴露SiO2层53的区域。在所述区域中通过以虚线箭头标示的氩离子蚀刻蚀刻掉SiO2层53以及n-GaN层52的靠近表面的区域(图5b)。接着，施加金属钛/铝/镍/金,所述金属在制成合金之后在这些区域中构成触点57，所述触点连接n-GaN层和外界。剩余的金属通过光致抗蚀剂层56的剥离去除。施加另一个光致抗蚀剂层58并且在横向上这样结构化，使得暴露椎体54(图5c)。

[0044] 重新施加金属-在此是镍和金，所述金属包围椎体54/55。通过重新进行剥离去除沉积在光致抗蚀剂层58上的金属。保留金属触点59，通过该触点能够操控椎体54/55。当在触点57和触点59之间施加电压时，激活光子源。

[0045] 图6示出以这种方式制造的单个光子源的电子显微镜拍摄图，所述单个光子源集成到高频结构中。部分图a到d示出了不同的放大级。触点59在此构造为金属舌状物59a、59b,所述金属舌状物覆盖仍然可见的、p-GaN涂敷的InN椎体54/55。这些舌状物中的每两个舌状物通入宏观的接触盘59c用来电连接椎体54/55和外界。触点57同时通入宏观的接触盘
57a、57b用来连接n-GaN层和外界。如果在接触盘59c和57a之间施加电压，那么将激活金属舌状物59a上的源。