CN112823314A - 无光致抗蚀剂光刻、光加工工具及使用vuv或深uv灯的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造工具具有至少一个平坦灯光子源或平坦灯的阵列，所述至少一个平坦灯光子源用于从表面非热烧蚀聚合物材料。不需要光致抗蚀剂，并且通过在灯和要加工的表面之间***光刻有机掩模来确定期望的光烧蚀图案。本发明的方法对有机聚合物进行图案化，并且可以使用在基板上的有机聚合物层中建立的图案来对基板进行图案化，并且还可以通过用来自微等离子体阵列的光子破坏沉积前驱体中的键来在图案中沉积材料。另一种方法将有机聚合物材料转变为具有亲水表面。本发明的工具可以具有与典型的平装书相当的宽度和深度以及与咖啡杯相当的高度。

Description

无光致抗蚀剂光刻、光加工工具及使用VUV或深UV灯的方法
政府利益的声明
本发明在由美国空军科学研究局授予的资助号为FA9550-14-1-0002和FA9550-18-1-0380下受政府支持完成的。政府享有本发明的某些权利。
优先权主张和相关申请的引用
本申请根据35U.S.C.§119以及所有适用法规和条约的规定主张于2018年8月14日提交的在先美国临时申请编号62/718,421以及于2018年10月17日提交的美国临时申请编号62/746,797的优先权。
技术领域
本发明的领域包含对薄膜和体材料的光刻和光加工，包含材料的图案化、蚀刻和沉积。本发明的应用包含光学、半导体电子和生物医学的器件和部件以及集成的光学、电子和生物医学的***的设计和制造。
背景技术
在每个步骤(光刻、蚀刻，沉积、“灰化”等)通常需要分开的工具的意义下，当前用于电子和光子器件的半导体制造工艺是连续的。例如，准分子激光器(ArF、KrF)步进器(步进重复投射对准器)是当前用于光刻工艺的常用工具，而用于蚀刻由光刻图案化的材料的典型工具是等离子体***。
在通常需要许多光刻、蚀刻和膜沉积步骤的半导体电子器件的复杂制造顺序期间，电子器件在多个工具之间的运输不仅减慢了制造工艺，而且极大地提高了制造成本。缺陷率还受不同工具之间重复转移的影响。随着电子器件从一个加工工具转移到下一个加工工具的次数增加，损坏晶片上器件的可能性增加。
几乎所有现有的光刻方法都需要使用光致抗蚀剂用于限定材料表面上的图案，该材料表面要通过几种微米级或纳米级的制造工艺(诸如蚀刻、薄膜沉积、电镀和灰化)中的任何一种进行加工。电子和光子器件的制造在总体加工顺序期间通常需要多个光刻步骤，并且这些步骤中的每一步都需要：1)将光致抗蚀剂膜均匀地施加到表面；2)根据预先确定的图案使光致抗蚀剂曝光于深紫外(UV)或真空紫外(VUV)辐射(“光”)中，以及3)在完成对表面的期望的表面加工(沉积，蚀刻等)后，在继续进行到下一步加工步骤之前，移除光致抗蚀剂。移除光致抗蚀剂的后者要求通常是通过用溶剂的湿化学法来实现的。因此，必须以批准的方式处置或回收大体积的溶剂。简而言之，在光子、电子或生物医学器件的制造中的任何步骤对光致抗蚀剂的需求给制造商、消费者和公众施加财务和环境负担。因此，从总体加工顺序消除一个或多个光致抗蚀剂是可期望的。
近期的发展提供了在172nm(以及光谱的VUV[100-200nm]和UV[200-400nm]区域中的其他波长)处发射的薄的平坦灯，这些灯现在是市售的且生成高于150mW/cm2的强度。此外，这些灯供应超过20％的“壁式插座”效率。这些灯的几个特性已经在《来自由微腔等离子体的交错阵列驱动的平坦高效灯在真空紫外中在172nm处的平均功率为25W(25W ofAverage Power at 172nm in the Vacuum Ultraviolet from Flat,Efficient LampsDriven by Interlaced Arrays of Microcavity Plasmas)》,S.-J.Park et al.,APLPhotonics,第2卷,041302(2017)。尽管发射172nm的灯已有存在数十年，但以前的灯是柱形的，仅产生低强度(通常小于50mW/cm2)。另外，这些微等离子体阵列驱动的灯的平坦形状因数允许将它们“平铺”安装在一个共同框架中，例如，这允许在平坦表面上容易产生分别大于1kW/m2均匀的时间平均的强度以及高达和超过1kW/cm2的瞬时(峰值)强度。另一方面，柱形灯或灯泡通常需要位于灯后面的VUV或UV光学件。这种光学件通常是反射式的，并且用作以下双重目的：1)捕获柱形灯的后部出射的光，以及2)将尽可能多的灯输出指引到平坦表面以用于均匀地照明该表面的目的。不幸地，特别是VUV反射光学件是价格昂贵的，由于在反射器中形成色彩中心(光吸收缺陷)而迅速退化，并且需要对准。如果期望表面区域的覆盖范围大于单个灯可访问的覆盖范围，则需要重叠来自相邻的平行灯的辐射以便在整个表面之上产生均匀的强度。应当提到的是，短语“深UV”在这里用来指辐射波长在约200nm和250nm之间的光谱区域。如前所述，通常将整个UV区域视为覆盖200-400nm区域，并且VUV光谱区域从100nm扩展到200nm。这里将提到几种在波长大于250nm处发射的平坦灯，但是它们都会生成UV辐射。
在2006年，Asakura等人[1]用也照明基板的172nm的辐射来腐蚀PMMA膜。移除该膜需要腔室中的1000Pa(约0.8托)的室内空气压力以发生该过程。因此，室中存在约0.2托的氧气(O2)，众所周知，172nm光子有能力将O2转变为臭氧(O3)。因此，如Asakura在该文章中确认的，臭氧是造成作者的结果的原因(将膜腐蚀归因于“活性氧”)。这严重地限制了该过程的适用性，并且不允许在单个工具中发生多个步骤或在真空下进行连续加工。
参考文献
[1]S.Asakura,A.Hozumi,T.Yamaguchi,and A.Fuwa,Thin Solid Films500,237(2006).
[2]C.
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[6]Y.Maezono,Y.Iwasa,M.Wasamoto1,I.Yamamoto,M.Katto,and A.iYokotani,Japan.J.Appl.Phys.47,7266(2008).
[7]K.Hamamoto,Y.Tanaka,T.Watanabe,N.Sakaya,M.Hosoya,T.Shoki,H.Hada,N.Hishinuma,H.Sugahara,and H.Kinoshita,J.Vac.Sci.Technol.B 23,247(2005).
[8]M.Yamaguchi,T.Wallow,Y.Yamada,R.-H.Kim,J.Kye,H.J.Levinson,“使用172nm VUV泛曝光的双重成像的光致抗蚀剂图案定格的研究(A Study of PhotoresistPattern Freezing for Double Imaging using 172nm VUV Flood Exposure)”,Proc.25th Int.Conf.Photopolymer Sci.Technol.(ICPST-25,2008).
[9]J.G.Eden,Photochemical Vapor Deposition(《光化学气相沉积》)(Wiley&Sons,1992).
发明内容
优选实施例制造工具具有至少一个平坦灯光子源或平坦灯的阵列，其用于从表面非热烧蚀聚合物材料。不需要光致抗蚀剂，并且通过在(多个)灯和要加工的表面之间***光刻掩模来确定期望的光烧蚀图案。可以采用接触掩模或投射***，并且光学部件(诸如菲涅耳透镜、光栅和相位掩模)可以直接制造成聚合物膜、薄板或体材料。通过采用一个或多个掩膜并对聚合物表面进行多次曝光，将具有纳米级特征且适用于电子、光子或生物医学应用的复杂和多层网络光加工成多种聚合物中的任何一种。通过上涂覆在聚合物中形成的图案，并且随后通过湿化学法或干法蚀刻移除下卧的聚合物，可以将制造成聚合物膜或薄层的图案复制到金属、陶瓷或其他材料中。亲水性聚合物表面是由这些工艺制造的，允许将在眼镜，护目镜和相机镜头表面上产生防雾(非散射)表面。水印和其他信息可以被“编码”到聚合物膜中，并且只能通过使用诸如丙酮或酒精的液体进行加工来“读取”。在不需要光致抗蚀剂的情况下，可以在同一加工室内完成对半导体或其他材料的多个加工(包括光刻、膜蚀刻或沉积)。
附图说明
图1是具有平坦灯、UV/UV光子源或作为光子源的平坦灯的阵列的优选实施例制造工具的示意图(横截面，未按比例)，该平坦灯、UV/UV光子源或阵列穿过光掩模来辐射晶片或其他基板；
图2提供了在本发明的实验过程中与通过在灯的表面处产生100mW/cm2的强度的172nm(Xe2)灯来移除PMMA膜(Si上)相关的数据；
图3A至图3E是在本发明的实验过程中通过用172nm平坦灯穿过光掩模辐射丙烯酸膜而在该膜中形成的图案的SEM图像；
图4包含在本发明的实验过程中通过用172nm平坦灯穿过光掩模辐射丙烯酸膜而在该膜中形成的图案的附加SEM图像；
图5是通过优选实施例的二次曝光工艺已经在PMMA中制造的3D周期性纳米级网络的伪色彩图像(以灰度渲染)；
图6是通过优选实施例的两步曝光工艺已经制造的另一纳米级网络的伪色彩图像(以灰度渲染)；
图7是根据优选实施例工艺的“蜘蛛网”结构的伪色彩图像(以灰度图渲染)，该“蜘蛛网”结构使用两个不同的掩模并对PMMA表面的顺序曝光来制造。
图8A和图8B分别是用于本发明的制造工具的优选的方形灯光子源的顶透视图和底透视图；
图9A和图9B是在本发明的制造工具中安装的平坦灯光子源的优选实施例的局部视图，包含用于向平坦灯光子源提供电力的细节；
图10A至图10C是用于本发明的制造工具的垂直堆叠的平坦灯光子源的优选实施例的图，包含用于向平坦灯光子源提供电力的细节；
图11A至图14H是用于本发明的制造工具的呈圆顶形式的平坦灯光子源的优选实施方式的示意图；
图15A至图18M是用于本发明的制造工具的径向灯光子源的优选实施例的图；
图19A-图19D是图示了根据本发明的优选方法的卷对卷制造的图；
图20是双室优选实施例制造工具的示意图(横截面)，其中一个室中的微等离子体灯在第二室中驱动诸如光刻、薄膜蚀刻或沉积的工艺；
图21是用于本发明的制造工具的用于将两个平坦灯光子源的辐射朝向基板指引的光学布置的图；
图22是用于本发明的制造工具的用于将多个平坦灯光子源的辐射朝向基板指引的光学布置的图；
图23A和23B是本发明的优选的紧凑制造工具的分解图和透视图，该工具非常适合实验室和小型工业应用；
图24是优选实施例制造工具的示意图(横截面)，其中光掩模和晶片(基板)靠近***的下表面，以用于在曝光期间晶片任干燥的N2流动(“喷淋”)；
图25和图26图示使用优选实施例制造工具对聚合物微球进行光处理以用172nm照明收缩微球的效果。这种“微球变稀疏”过程是完全出乎意料的，因为尽管事实是172nm的辐射从一个方向撞击到阵列上，该辐射也均匀地光烧蚀这些球。也就是说，微球在辐射后仍保持球形；
图27是用于VUV或UV光刻***的优选实施例制造工具的分解透视图，其中采用聚合物微球阵列以制造光学部件和***。
图28A和图28B示出在存在来自杯子中的热水的水蒸气(“雾”)的情况下查看图像的光学***的两张照片。在图28A中，成像束路径中的倾斜的聚合物板已经用172nm的灯辐射处理达30秒，从而使面对水蒸气的聚合物板表面具有亲水性。在图28B中，未对板进行VUV辐射处理，并且由于板上的水滴凝结而使图像完全模糊。
具体实施方式
本发明的制造工具和制造方法将光刻和材料光烧蚀(移除)结合在单个室(工具)中。在进行多个光刻和材料移除或沉积步骤的加工工具之间不需要转移。优选的制造工具利用高效的平坦真空紫外(VUV)/紫外(UV)灯以在同一室(工具)中进行两个或更多个制造工艺，这期望显著降低制造电子器件的成本。
优选的制造工具和方法还提供不需要在分开的工具中或通过湿化学加工对光致抗蚀剂进行化学加工的光刻工艺。优选的工具和方法降低光刻的成本，并且较广泛的用户团体(主要是大学和小型公司)可访问亚200nm分辨率的光刻。与由微处理器、DRAM和其他电子“芯片”的大型商业半导体制造商当前使用的商业工艺和光刻***相比，对亚200nm的光刻的更广泛的可访问度是显著降低工具的成本的结果。
优选的制造工具和方法在光刻期间使用平坦灯作为光子源。平坦灯光子源可以紧邻加工室或在加工室内。目前在激光或XUV光刻的情况下这是不可能的。此外，平坦灯光子源的成本比商业制造工艺中最常采用的现有激光光子源的成本至少低一个数量级。当平坦灯光子源集成到加工室中或紧邻该室(仅由VUV/UV透射窗口分开)时，灯提供的功能仅取决于灯的(多个)波长及引入室的气体和蒸汽的组合。例如，将四氯化碳(CCl4)蒸气引入到室中将导致灯辐射以使分子光解离，以便产生氯(Cl)原子，该原子将蚀刻半导体晶片(基板)的曝光的部分。将其他前驱体引入到室中会创建不同的工艺。例如，用发射波长低于约220nm的灯对三甲基铝(TMA)蒸气的照明导致铝原子到晶片的曝光的部分上的沉积。重要地，优选的制造工具和方法通过使得能够在同一室内使用同一工具进行蚀刻和沉积，来改变用于制造微电子器件和纳米电子器件的常规光刻工艺。
优选的制造工具和方法在光刻期间使用平坦微等离子体驱动的灯作为光子源，并且灯配置***供应单个正方形或其他几何形状的微等离子体灯的不同布置，以便在半导体晶片或任何平坦表面上的提供大面积的均匀照明。包含“圆顶”配置的这些布置可以与卷对卷工艺结合使用，该卷对卷工艺为了将低成本基板(诸如丙烯酸膜)曝光在纸背衬上而开发。本发明还提供了具有以两个或三个不同波长中的一者发射的灯的***。布置灯以便具有交替的波长，从而允许通过两个或三个波长中的每一者均匀地照明表面，以用于选择性地控制工具中的光化学的目的。作为一个示例，蚀刻和沉积可以在同一工具中同时发生(或可以在时间上交替)。
本制造工具和方法的分辨率受到平坦灯可用波长的限制。因此，由本制造工具和方法当前供应的分辨率比不上目前可用的最高空间分辨率。例如，诸如英特尔和AMD的制造商例行地建造具有特征尺寸小于20nm的电子产品。然而，当前可用的波长允许工艺整合，从而允许工艺成本显著降低。另外，许多光刻不需要可用的最高空间分辨率。例如，在用于平坦TV的电子件的制造中，在大面积之上图案化的能力很重要，并且不需要最高的分辨率(尽管目前的工艺超过了这类应用中当前可用的分辨率)。亚200nm的分辨率是现在可以使用廉价的灯阵列可取得的有价值的工艺节点，并且本发明提供了将光刻、沉积和蚀刻相结合的方法。
在本发明的制造工具和方法中，用于光子源的合适的平坦灯包含在背景技术中讨论的并且在《来自由微腔等离子体的交错阵列驱动的平坦高效灯在真空紫外中在172nm处的平均功率为25W(25W of Average Power at 172nm in the Vacuum Ultraviolet fromFlat,Efficient Lamps Driven by Interlaced Arrays of Microcavity Plasmas)》,S.-J.Park et al.,APL Photonics,第2卷,041302(2017)中描述的新型172nm发光灯。该VUV辐射的波长对应于7.2eV的光子能量，本发明人已经认识到该光子能量能够破坏大多数化学键，包含在半导体制造工艺中要实施材料移除所需的那些化学键。最近，还已经证明了在126nm，147nm，222nm，240-260nm和308nm处发射的平坦灯，但是这些灯当前可用的输出功率和效率目前低于在172nm处可用的输出功率和效率。使用172nm灯的实验已经确认光刻方法和工具，能够将任何期望的图案直接形成到聚合物——诸如，丙烯酸聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、CR 39(烯丙基碳酸二乙二醇酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，聚苯乙烯和其他材料——的薄膜或薄板(或甚至体材料)中。该工艺的分辨率已经被证明优于150nm，并且适用于卷对卷加工，据我们所知，该卷对卷加工是先前在亚200nm的空间分辨率的情况下已经是不可能的。
优选的制造工具和方法也可以用于将光学和生物医学部件(诸如，光栅、菲涅耳透镜、相位掩模、波导、其他光学部件和微流控通道阵列)以及其他生物医学和微流控部件和器件直接制造成聚合物。这样的部件可以直接且廉价地生产为丙烯酸(和其他聚合物)膜、板或薄片、或甚至体材料。这样的部件可以成为用于在各种表面上实现极其紧凑的光学光谱仪、成像***和甚至装饰性物品或“水印”的基础。对于后者，水印和其他信息可以被编码到聚合物膜和片(诸如，那些在其中密封了不同形式的产品和个人身份证明的聚合物膜和片)中，并且仅通过用诸如丙酮或酒精的液体处理聚合物来“读取”。该信息通过诸如显微镜的光学技术是不可见的。
众所周知，PMMA是用于电子束(e-beam)光刻的光致抗蚀剂。电子束光刻是允许10nm的分辨率的无掩模技术。由于电子束会栅格化表面并必须单独地“曝光”每个特征的事实，因此它是慢技术。因此，这里描述的172nm光刻技术可以与电子束光刻结合使用，以努力加快光刻工艺。因此，在第一制造步骤期间，可以使用172nm和电子束光刻工艺来集中在>200nm的特征上。然后将样品加载到电子束光刻工具中，并且在第二步骤中使用电子束仅产生小的特征。这样的混合技术将允许(至少一个数量级地)减少在单个PMMA膜中制造大的特征和小的特征所需的成本和时间。
通过用期望的材料在聚合物表面中上涂覆图案，并且随后用溶剂(湿化学法)或通过干法蚀刻来移除下卧的聚合物，还可以在金属、陶瓷或其他材料中制造这样的部件和器件。
用VUV辐射对聚合物的辐射使聚合物表面具有亲水性，这继而允许实现多种防雾表面。例如，现在可以用VUV辐射处理汽车挡风玻璃、护目镜、眼镜和相机镜头的表面，以便在面对雾、雨或海洋环境中的浪花(spray)时继续保持透明。
现在关于用于证明本发明的附图和实验来讨论本发明的优选实施例。附图可以包含示意性表示，鉴于本领域的常识和随后的描述，本领域技术人员将理解这些示意性表示。为了强调，在附图中可能放大特征，并且特征可能未按比例绘制。
图1是本发明的优选实施例制造工具10的横截面图，示出了室14中的平坦薄灯或灯阵列12，其在光谱的VUV或UV区域(标称地100-400nm)内发射，并穿过掩模16辐射半导体晶片18的表面或已经涂覆有聚合物的薄膜的其他表面。掩模16可以与基板18直接接触或位于基板18附近。替代地，可以使用不在晶片表面附近的掩模将期望的图案投射到晶片18的表面上。图1中掩模16的位置由掩模的特性、灯或灯阵列12的波长以及晶片表面上的期望的分辨率来确定。取决于要进行的工艺，气体或蒸汽或其混合物可以以由阀和质量流控制器(未图示)电子地控制的气体压力和流速通过进气口20流过室。如果期望的工艺是光刻，则可以用真空***22(通常包含涡轮分子泵)将室14抽空至通常小于10-6托的基准压力。然而，通常有利的是允许惰性(缓冲)气体缓慢地流过室，以用于冷却(多个)灯的前表面。对于光刻工艺，缓冲气体在灯的波长处不应明显地吸收。因此，对于172nm的灯的波长(由Xe2分子发射)而言，干燥的氮气、He、Ne和Ar是合适的气体，但氮气是优选的因为其成本低。在较短的灯的波长(诸如，分别来自Ar2和Kr2的126nm或147nm)处，氦气是优先的选择，不仅因为氦气的高热导率和低至VUV区域的下限的透射，而且因为氦气可以低温地再循环和“净化(scrubbed)”以便使成本最小化。
为了根据优选方法用VUV/UV灯来进行光刻工艺，首先用丙烯酸聚合物PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或其他有机聚合物的薄膜来旋涂晶片或其他基板18。已经示出各种各样的有机聚合物材料以良好地作用于此处描述的应用，包含聚碳酸酯、ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、CR 39(烯丙基碳酸二乙二醇酯)，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和聚苯乙烯。大多数早期实验都使用厚度为15-200nm的PMMA膜实行，但如果灯的强度高于几十mW/cm2，则范围可能更宽。用灯产生的VUV光子对这样的聚合物膜(或薄板或甚至体材料)直接辐射以依赖于灯强度的比率(即光子到达率)对膜非热烧蚀。例如，通过用强度为100mW/cm2的172nm灯辐射25nm厚的PMMA膜来获得图2的测量值。由伊甸园照明(Eden Park Illumination)制造的灯是正方形的(4”x4”或10cm x 10cm)，并且具有3.8mm的厚度。灯可以安装在光刻室内或位于外部，其中窗口被集成在室中以便允许VUV辐射进入。
聚合物光烧蚀数据
图2的数据的重要性在于，可以在不需要光致抗蚀剂的情况下对PMMA膜进行图案化。而且，不需要在材料移除过程中辅助的气体(诸如出于产生臭氧的目的的O2)，并且可以在宽的室压力范围内进行光刻。因此，灯12(与聚合物膜组合)起到在膜中同时产生期望的图案的作用，而且还起到物理地移除丙烯酸膜的不期望的部分(区域)。该工艺被称为光烧蚀且是有意义的，因为实验显示了该工艺导致极少加热基板。这对于光刻是一个巨大的优势，因为无需为了使用溶剂加工晶片或使用等离子体工具蚀刻该晶片而从加工室中移除半导体晶片。而是，PMMA膜曝光于入射辐射的部分被172nm光子光烧蚀。就是说，7.2eV的光子能量(对于172nm的灯的波长)足够大，使得光破坏PMMA膜中的化学键，从而导致分子碎片释放到处理室14中。另一种说法是，VUV(非热地)“蒸发”PMMA薄膜被光掩模曝光于灯下的部分。先前用灯光学源无法观察到这种类型的工艺。已经用ArF(氟化氩，193nm)准分子激光辐射聚合物观察到，并且例如这种193nm激光在称为LASIK的眼外科手术中的成功已经归因于这种脉冲激光的高峰值强度与光子能量(在193nm处为6.43eV)协同作用。但是，在这里报告的工艺中，例如172nm灯的峰值强度(小于1kW/cm2)比准分子激光器的峰值强度(MW/cm2的数量级)低多于三个数量级。因此，用灯以172nm(或其他波长)处可用的峰值VUV强度对聚合物膜的光烧蚀是出乎意料的。
因此，这里公开的工艺也与常规方法大不相同，其中光致抗蚀剂的化学结构由入射的紫外辐射而改变，但是光致抗蚀剂材料并未被光学源(激光或紫外灯)移除。附加过程(已辐射的或未辐射的光致抗蚀剂的湿法蚀刻或干法蚀刻)通常有必要限定期望的图案。换句话说，对172nm辐射和适当的(多个)聚合物膜的组合允许要直接和立即产生期望的光刻图案。不需要或不期望分开的显影和膜移除工艺。160-200nm波长区间内的其他灯的波长也将被证实是有效的。短于160nm的波长也可能是有效的但尚未进行探究，因为吹扫气体氮气开始很大程度上在该波长区域内吸收。
图2的数据示出了在该膜曝光于灯辐射的时间内，聚合物膜的烧蚀速率初始是线性的。但是，对于超过约15s的曝光时间(对于100mW/cm2的灯强度)而言，烧蚀速率示出了饱和的迹象。可以利用光烧蚀工艺的这种非线性行为来通过聚合物膜表面的多次曝光实现复杂的纳米级结构。
除了光烧蚀以外，对某些聚合物的非烧蚀(但暴露)的区域进行光化学改变(光改性)，使得可以通过用IPA、丙酮或其他溶剂冲洗而轻松移除光改性的层。尽管大多数聚合物不需要此步骤，但是可以可选地用来增加光烧蚀结构的深度。
通过多步曝光的代表性图案、复杂结构
图3A至图3E和图4A至图4B示出了穿过在类似于图1中所示的室中的光掩模辐射膜而在PMMA膜中产生的各种图案。对于这些测试，将25nm厚的PMMA膜旋涂到硅(Si)基板上，然后放入到真空室中，该真空室具有直接安装在室外部的灯。室中的基准压力小于10-7托，但是该光刻工艺即使在室中有1个大气压的气体(诸如，N2)的情况下也能起良好作用。这是一个巨大的制造优势，因为不需要将加工室抽空至低的基准压力，而是可以使用氮气或稀有气体彻底冲洗室内初始的室内空气。MgF2窗口允许172nm光子进入室并在由掩模限定的区域中辐射膜。在辐射该膜20秒后，将膜(通过非热光烧蚀)移除。用电子显微镜(SEM)对得到的图案的检查示出了该光刻工艺的分辨率优于150nm，但是期望附加测试以提供下限。
还必须强调的是，上述光刻工艺与由Asakura等人[1]在2006年报道的以及在背景技术中讨论的光刻工艺完全不同。本方法不需要臭氧来移除。确实，使用臭氧或其他化学物以移除表面材料可能会适得其反，因为它可以良好地移除基板表面上预先确定的(期望的)区域外部的材料。对于迄今为止进行的实验，仅使用粗泵将含有灯和涂有PMMA的Si基板的室抽空至低于0.5托的压力，然后用干燥的N2回填。在曝光PMMA膜之前，至少要重复此过程3次。我们得出结论：图3和图4的结果是由于以非热方式通过172nm光子烧蚀仅曝光于灯下的PMMA膜表面的部分。应该重申的是，在将烧蚀层建立的图案用于进一步加工之后，这种干法光刻工艺允许掩模和基板保留在处理室中。确实，人们可能立即继续进行下一个工艺而不会在室中“破坏真空”。
图5是通过将聚合物膜双重曝光于灯源而在PMMA膜中形成的纳米级结构的形貌的图，该图以灰度但原来以伪色彩呈现。具体地，图5的3D结构是通过聚合物表面的两次连续曝光并散布(interspersed)有溶剂冲洗来制造的。步骤如下。首先通过具有5μm特征的周期性光栅形式的掩模，将PMMA膜曝光于172nm灯(强度为100mW/cm2)下25秒钟。然后将表面在异丙醇(IPA)中冲洗4秒钟，并在去离子(DI)水中冲洗4秒钟。然后将光掩模旋转90度，之后重复相同的曝光和冲洗工艺。结果是深度为320nm和640nm且侧壁陡峭的5μm平方的阵列特征。该表面图案随后可以复制到金属或陶瓷材料中，例如，通过用期望厚度的期望材料上覆盖图5的聚合物图案(或任何其他图案)，然后通过湿化学发或干法蚀刻在“背面”上移除聚合物。就是说，聚合物图案化工艺可以用来形成用于进一步加工的模制件或模板。必须强调的是，表面图案可以很容易在聚合物、金属、陶瓷和难以通过其他技术制造的其他材料中产生。
图6是可以通过用VUV灯穿过一个或多个掩模进行直接聚合物烧蚀来将微米级和纳米级特征的网络制造到聚合物表面中的另一示例。该特定网络是通过与图5的相同工艺来制造的，该过程需要旋转单个掩模。
图7是“蜘蛛网”结构的灰度图像(原本是伪色彩)，该“蜘蛛网”结构也是通过聚合物表面的两次连续曝光来制造。然而，在这种实例下，采用了两个不同的掩模，并且步骤如下。首先用强度为100mW/cm2的灯穿过掩模将表面曝光25秒钟。然后用具有不同图案的第二掩模更换该第一掩模，并且以相同的灯强度再次将表面曝光25秒。之后，将表面在IPA中冲洗4秒钟，并且在去离子水中冲洗4秒钟。得到的是通过第二次曝光使特征平滑化的结构。这样的过程适用于制造正弦和可变节距(“啁啾”)光栅，以及用于高功率飞秒激光的光栅(在将聚合物图案转变到金属中之后)。
还可以采用多种掩模工艺，以由金属、陶瓷或其他材料制造的部件和器件，该其他材料的表面图案与已加工的聚合物表面的图案倒置(即“镜像”)。就是说，人们首先将期望的图案的倒置制造到聚合物表面中。因此，在将陶瓷、金属或其他材料沉积到聚合物表面上并随后移除聚合物本身之后，然后通过移除聚合物而暴露的金属或陶瓷表面将是由VUV辐射压印到聚合物表面中的金属或陶瓷表面的镜像。
光子平坦灯“圆顶”和其他灯组的几何形状
在优选实施例的制造工具中，UV/VUV辐射源是平坦灯或灯的阵列。如果需要，由微等离子体的阵列驱动的平坦灯(由S.-J.Park等人描述，APL Photonics，第2卷，041302(2017))可以“平铺”安装在框架中，以便在超过1m2的面积之上实现强烈的VUV和/或UV辐射源。图8A至图8B和图9A至图9B是提供电极和电极接触体以及电介质间隔体的平铺灯框架的一个实施例的图。
图8A和图8B示出了顶侧包含电极板52，且底侧包含底部网格54，该底部网格54用作安装多个正方形等离子体平坦灯56的框架。网格54还包含灯电极58，以给正方形微等离子体平坦灯56供电。
图8B的底视图示出了将灯58***网格框架54中在结构中自然地产生物理“接缝”。然而，VUV/UV辐射在远离网格框架54传播时的衍射当保持距要辐射的表面的适当距离时将“填充”强度分布。取决于该应用，此距离可从小于2mm到超过几cm变化。也就是说，对于各种应用，可以容忍在加工表面之上的灯强度变化是不同的。
图9A和9B图示了优选实施例的附加细节。在网格框架54的部分的相交区域中，底部接触体62在相交区域处接触四个灯56(图中省略了一个以示出其他细节)中的每个灯的第一(底部)电极64。电介质间隔体66将网格54与顶部电极接触区域68电绝缘。顶部电极接触区域与四个灯56中的每个灯的第二(顶部)电极70接触。
在图10和图11中示出了另一种灯的几何形状。壳体72包含访问门74，诸如所示的访问门74从壳体72中限定的狭槽滑出。灯56垂直安装在内部狭槽或导轨82上并与两个分开的共享总线导轨电极76接触。导轨电极76包含顶部电极导轨84和底部电极导轨86，它们具有交错的接触部分84a和86a，接触部分84a和86a经由电连接器88与每个灯的分开的第一电极和第二电极接触。为了传递比单个灯的可用强度更大的强度的目的，将灯56简单地以垂直堆叠体布置在壳体72中。为了实现此目标，单个灯的正面和背面通常不具有反射表面(除了由标准菲涅耳反射所指定的反射表面)，并且一个灯提供的辐射将简单地通过堆叠体中的其他灯并从没有底部或没有窗口的壳体72中出射，以使来自堆叠的灯56的组合的发射通过。壳体的内部优选地包含反射表面90，以重新指引朝向目标的透射。这种几何形状的优点是组合由多个平坦灯提供的透射，以增加总辐射输出。该实施例的缺点在于，取决于灯的设计，每个灯的透射系数标称为60-85％。因此，灯距阵列的出口平面越远，实际将到达要处理的表面的辐射就越少。然而，图10和图11的几何形状的制造和维护是廉价的，因为如果期望的话，各个灯可以从阵列中水平滑出并易于更换。
图12A至图13B是用于布置灯以便增加和均质化到达要照明的表面的VUV/UV辐射强度的空间分布的球形或“圆顶”几何形状的图。图12A至图12B的布置被设计成利用单个给定尺寸(诸如正方形或矩形)的平坦灯。网格框架94以与如图8B中所示的网格框架54相当的方式来构造，并且能够容纳多个平坦灯96。网格94包含用于向每个灯的一个电极供应电力的电极。每个灯具有用于接收其另一电极的电力的接触体98。圆顶结构中的灯的组合发射通过圆顶基底处的平面(发射孔99)出射。
几何形状包含在几个不同位置处的灯的重叠，但这对于在圆顶下方实现均匀的强度轮廓是无关紧要的，如由图12A和12B中的发射箭头所示(其中要照明的或要处理的表面位于圆顶下方的平面中)。图13A和图13B示出了相似的几何形状，该几何形状通过具有缺少平坦面板灯的三角形空间102而避免了单个灯的强度空间轮廓的重叠。该空间可以不被占用，或者如图12A至图12B中所示，该空间能够容纳具有反射表面的面板，以便将VUV/UV辐射朝向孔(图13A的底部)指引。
图14A至图14H示出了圆顶几何形状的几个不同的实施例，其中涉及不同数量的灯，并且根据即将到来的应用的要求来改变它们的放置。几个版本有意地重叠由两个或更多个灯发射的辐射(如图9A和图9B中所示)，而其他版本则没有重叠。灯的整体组装件可以通过使干燥的或研究等级的氮气、He或其他(不吸收VUV/UV)气体以缓慢的速度流过该组装件来冷却。缓慢的气体流速是可期望的，以最小化圆顶组装件内的湍流和折射率变化。
图15A至图18M图示了径向灯布置，其中平坦面板灯120沿着N角星(其中，N是>3的整数)图案布置，并且由锥形反射器124穿过环形发射孔122来指引到达***的轴线的灯的组合辐射。壳体126容纳灯的布置。如图16B中所示，为清楚起见省略了反射器，电介质130将向每个灯120的顶部第一电极提供能量的第一电极132与向每个灯120的底部第二电极提供能量的第二电极隔离开。
参考图17A和17B，壳体126的内部部分包含用于物理地定位平坦灯120的狭槽或导轨140。在省略壳体的电极的情况下，与那些电极电连接的灯接触体142是可见的，并且图示了壳体的反射内表面144。在这种几何形状中，灯120被安装到壳体126中，该壳体126定位灯使得它们彼此不平行，而是关于彼此形成一角度。该几何形状用于将来自每个灯的辐射指引到锥形反射器124上，该锥形反射器的轴线与垂直于发射孔的光学***轴线重合。锥形反射器124在锥体的外表面上具有高反射表面(在期望的(多个)波长处)。此外，以与关于图10A至图10C所讨论的相同的方式通过移除壳体盖可以容易地移除单个灯。在其他实施例中，径向阵列可以具有成角度的(即，具有“锯齿”结构)和反射的内壁，以便使VUV/UV辐射朝向***的轴线偏转，从而锥形反射器继而将辐射指引离开壳体，并朝向要照明的表面。再次，干燥的氮气可以流过灯的壳体，以便冷却镜子和灯。在外部闭环流动***(可能是低温的)中加工氮气是可期望的，以便移除气流中能够在灯的(多个)波长处强吸收的杂质。
卷对卷加工***
因为例如对于高于～50mW/cm2的灯强度，用172nm的灯来图案化薄丙烯酸/PMMA和其他有机膜所需的灯曝光时间很短(在几秒钟的量级内)，因而现在可以使用卷对卷***来实现光刻，诸如图19A至图19B(双面加工)或图19C至图19D(单面加工)中所示的卷对卷***。具有预先确定的厚度的有机聚合物膜160可以从图19中右边的卷160馈送。该膜通过具有期望的架构(图案、网络等)的光掩模(如图1中所示)下方。在其遍历***期间，丙烯酸膜的任何部分必须在预先确定的时间内曝光于(多个)VUV/UV辐射源164。曝光时间将取决于(多个)灯的强度和聚合物膜的成分与厚度，以及从辐射源到表面的距离。因此，膜的速度将取决于几个因素并且可以容易地计算。用延长长度的灯的阵列曝光聚合物膜是有利的，使得可以同时处理更大面积的材料。这也将允许提高膜表面的速度。最后，还应该提及的是，有机聚合物膜在加工期间可以具有纸背衬。可用的商业产品的不同聚合物膜具有纸背衬，该纸背衬在膜穿过***的运输期间将最小化或防止对膜的损坏。在将膜曝光于VUV/UV源并从而进行图案化之后，可以容易移除纸背衬。如果有机聚合物没有背衬，则也有可能从两面辐射该膜。在这种情况下，一个图案或器件可以形成在膜的一个面上，并且第二图案、器件或光学部件在聚合物薄膜的相对面上产生。
在单个室中进行的两个工艺
通过用常规质量流控制器和阀简单地切换气流，图1的实施例还可以用于两个或更多个工艺。例如，对于在172nm处发射的灯，可以通过前面描述的工艺进行光刻。在该光刻工艺期间，可以将室14抽空，或者可以使干燥的氮气流过室14，因为该气体在172nm处没有明显吸收。因此，该气体将不会对光刻工艺产生任何有害影响。
另一个实施例在图20中示出并且基于图1的多个特征，图1的所有特征都并入了图20中。这里讨论两者之间的显著差异。在图20的***中，UV/VUV灯或灯的阵列170位于与加工室174相邻的***自己的室172中。窗口176允许VUV/UV辐射在两个室之间通过。人们再次具有以下选项：抽空两室***的上室172，或用通常将会流动的干燥氮气泛洪(flooding)该室(而不是静态气体填充)。在图20的中心处的窗口176可以由在灯的(多个)波长处有效透射的任何材料制造。对于发射172nm的灯，该材料包含熔融石英、石英、蓝宝石、氟化镁和其他材料。图20的下室174通过窗口176接收来自(多个)灯170的辐射，并且图案由掩模178限定以便在半导体晶片(或其他基板)180的表面上进行加工，这取决于灯的波长和流过下室174的气体或气体混合物。在图20的***的情况下，可以在同一室中进行多步工艺，而无需移除基板。然而，可能有必要在工艺步骤之间改变光掩模，但这可以使用标准的负载锁定***容易实现，并且优于移动基板本身。工艺顺序的示例是从光刻开始的，以限定电子器件、互连、微流控通道等的布局。将PMMA或其他聚合物的薄层旋涂到基板上，然后将其放置到图1的室或图20的下室中。在将第一掩模安装在基板上(或紧邻基板)之后，将该室抽空，并且由灯穿过光掩模曝光聚合物膜。此工艺打开聚合物膜中的“窗口”用于进一步加工。第二工艺可以涉及同一掩模或到第二掩模的切换，之后发起第一气体混合物的流动。如果下一步是蚀刻基板的曝光的区域，则通过质量流控制器将由CCl4蒸气和诸如Ar(例如)的稀有气体组成的混合物引入到室。商业等离子体工具通常使用四氯化碳来蚀刻诸如硅的半导体晶片。然而，例如CCl4分子吸收172nm光子的结果是C-Cl化学键断裂，从而释放氯原子和碳原子两者。因此，在同一灯或灯阵列在适当的位置的情况下，光刻和蚀刻两者可以在同一室内使用半导体晶片或其他基板来执行。
对于膜沉积的工艺可以做出类似的评论。众所周知，含金属的前驱体分子(诸如三甲基铝(TMA)或三乙基镓(TEG))被172nm光子光解离。就是说，例如，TMA中的Al-CH3键被一个或多个光子的吸收破坏，最终释放Al原子。因此，实际上任何金属(Al、Ag、Au、Cu等)的膜都可以通过适当的前驱体(对于Cu而言是CuAcAc，对于Al而言是TMA或TEA等)的光解离被沉积到光掩模中的窗口中。类似地，可以通过用灯或灯阵列辐射由TMA和氨(NH3)组成的混合物来生长化合物半导体材料(诸如AlN或GaN)。已知两种分子在172nm处都有强吸收。过去，诸如AlN或GaN的膜通常是通过诸如MOCVD或MBE的热工艺来生长的，但最近在UV/VUV区域操作的高效灯的可用性为(非热地)破坏比以往可能更宽的分子阵列的键打开了大门。因此，同一灯可以用于光刻、蚀刻和沉积的工艺。因为在图1和图20的室中发生的工艺的性质主要取决于通过计算机控制的阀和质量流控制器引入到室的气体、多个气体或蒸汽的特性，所以该***能够从这三个工艺中的一个工艺快速切换到另一个工艺。一种示例性应用是包括GaN和AlN的交替层的超晶格(诸如AlN/GaN分层结构)的生长。
不同波长的两个或更多个灯
工艺顺序的工程化可以需要两个或更多个不同波长的灯。由于现在以平坦形状因数可用波长为126nm、147nm、222nm、308nm和其他波长的灯，因此用发射第一波长的特定灯来辐射由气体或蒸汽组成的混合物是可能的，该特定灯仅与混合物中的一种气体相互作用。例如，具有222nm的波长的灯(由KrCl分子辐射)具有能够将几种烷基金属而不是氨进行光解离的光子能量(参见《光化学气相沉积》，1992年)。然而，Xe2灯的172nm波长能够解离两者分子。因此，本领域技术人员将认识到能够快速沉积或蚀刻膜的气体/蒸气与灯的组合。
当需要两个不同波长的灯时，图21和图22图示了两个实施例，它们是图1或图20的任何一者的修改，并且允许将至少两个灯并入到***中。在图21中，第一灯182在由分束器184透射的第一波长处发射，并且第二灯186具有由分束器184反射的第二波长。如图21中所示，不同的波长穿过窗口188和掩模被指引到加工室中通向基板190。替代地，如图1中所示，可以将分束器和灯位于在室内。图22示出了基于图1的室内布置，其包含被布置为使得不需要分束器的两个第一灯182和两个第二灯186。如与图21一样，在图1和图20中公开了附加细节。
小规模光刻***
图23A和23B是廉价的且适合于不需要最高可用空间分辨率(特征尺寸)的教育应用和小型工业应用的小规模光刻***的图。在图23上部分的图是一个完整的小规模***，该***被设计为用于具有10cm×10cm(4”×4”)VUV/UV灯的光刻。初始测试已经使用172nm的灯实施，但取决于应用，其他波长(诸如147nm和222nm)也是可以接受的。我们相信，与图23A和23B一致的实验***被认为是最小的光刻***之一，也许是有史以来最小的光刻***。该***被尺寸化为装配在小桌子或实验室桌子上，并且可以以与典型的平装书相当的宽度和深度以及与咖啡杯相当的高度握在手上。实验***的当前尺寸为：宽度：深度：高度＝105mm x 190mmx 115mm。
图23A示出了分解组装件的细节，并且图23B也是该组装件的图，但是其中样品泛曝光(flood exposure)抽屉保持件200示出为打开。泛曝光(没有掩模)对于清洁样品表面并使它亲水是有用的。样品泛曝光抽屉保持件滑入(或安装在滚轴或轴承上)到泛曝光主体202中，该泛曝光主体202在其中限定在其中的泛加工室并包含吹扫气体装配件204，其允许诸如氮气或稀有气体的吹扫气体进入室或从室抽空。窗口206覆盖限定灯/掩模/基板室的主体208的大部分。主体208优选地由防紫外线聚合物构造，该防紫外线聚合物也可以用作该组装件的其他部件的材料。泛曝光主体202和主体208包含用于密封窗口206和与这些主体连接的或与主体接触的所有其他部件的密封件(未示出)。第一主体帽盖210为灯室提供气体装配件，而相对的第二主体帽盖212也提供气体装配件并在室内支撑平坦的UV/VUV灯214，并在两个方向上(朝向泛曝光抽屉200，以及在向上朝向掩模222的相反方向上)发射辐射。一对电极216从第二主体帽盖212延伸，并且电极被构造成都牢固地安装并与灯214的相应的第一等电极和第二灯电极电接触。电极帽盖218提供从外部电源到一对电极216的电接触。掩模保持件主体220限定用于安装掩模222的凹部，包含VUV/UV辐射穿过的孔/开口，并且将窗口224密封至主体208的顶部。后者也具有顶部和底部开口/孔。样品保持件226被弹簧加载到包含吹扫阀的掩模保持件帽盖228上。将样品面朝下放置在掩模上。样品保持件226可以施加压力以在掩模和样品之间形成良好的接触。当样品被安装并且室包含适当的气体、混合物或真空时，该***如关于示意性示出的图20的***所描述的那样操作。如果样品是体聚合物，则不需要任何层。如果样品是半导体晶片，则在曝光于灯之前应用聚合物涂覆。
在图24中实现附加特征以加快新样品(基板)向***的引入和曝光。具体地，不必(例如)将基板放置到真空密封的室中(如图20或图23A和图23B中所示)。图24用与图20相同的附图标记来标记。如图24中所示，在许多应用中将光掩模/基板组合定位在靠近室的底表面而不与室的底表面真空接触是同样令人满意的。如果N2流入加工室174中，则其将通过加工室174的壁与基板或基板保持件之间的小间隙230(<几mm)离开而逃到室内空气中。这样的***能够显著地加快光刻工艺，因为没有必要将初始位于图20和图24的下室中的室内空气抽空。用干燥的N2“喷淋”光掩模178和晶片180是廉价的，不需要真空泵站，并且将氮排出到室内空气中是安全的。
聚合物微球光烧蚀
特别地，172nm光子烧蚀聚合物的能力为光子学和光电子学的有价值的多个工艺打开了大门。例如，图25是位于基板上的密堆积的聚酰亚胺球的阵列的光学显微照片。当该阵列通过172nm平坦灯辐射时，微球的直径通过光烧蚀而均匀减小。图26示出了在通过172nm灯照明之后图25的相同阵列的部分。微球不再接触，但现在形成二维阵列，这对于微球或纳米球光刻或包含光栅的光学部件很有价值。
图27是用于辐射二维(2D)微球晶体而设计的优选***的图，该***使用如上所述的图1和图20的特征，但包含专门为这些2D晶体设计的安装选项。该***包含具有多个狭槽位置242的框架240，该多个狭槽位置可以将基板保持件244放置在距UV/VUV灯246的不同距离处。灯246安装在限定孔的灯保持件248的凹部中，并且灯的第一电极和第二电极可以从上方接触。基板保持件244包含用于将具有有序的纳米球或微球阵列的基板250安装在由狭槽242供应的任何位置处的凹部。通过这种简单的设计，已经展示了VUV和UV光刻***，并且该***采用在大阵列中的聚合物微球的“变稀疏”，以便获得诸如光栅的光学部件和***。与光掩模结合，图27的***可以实现光学网络、透镜、微球的阵列以及各种各样的其他光学部件。作为一个示例，图26的微球2D光栅具有可以通过继续用172nm辐射照明阵列来改变(“调谐”)的反射光谱。就是说，172nm辐射的作用是要减小微球或纳米球的直径，同时增加球对球的距离(节距)。两者都特别影响反射率对波长的依赖度以及最大反射率的波长。因此，在172nm灯辐射的适当持续时间、灯强度和初始的球体直径的情况下，可以获得期望的反射光谱。
关于灯的波长，应另作评论。在本申请时，在147nm、172nm、222nm、240-260nm和308nm处辐射的平坦灯是可商购的。附加波长预期会在未来几年出现在市场上。尽管在本文档中经常出现例如172nm，但是很有可能在其他附近的波长(例如165-200nm)处发射的灯对于这里提到的工艺和器件将是同等有效或更有效，因为这种灯预期能够直接烧蚀聚合物层。因此，当前特别关注的是172nm、180-200nm和222nm，但是其他波长范围(诸如160-170nm和180-200nm(正在开发中))特别地并入任何专利申请中。
亲水聚合物表面
实验已经示出了在最短的时间段内对大范围的有机聚合物进行VUV辐射使表面具有亲水性。通常，这样的聚合物表面是疏水的，这是指示水在表面上“形成珠状”的术语。因此，由几种聚合物之一构造的眼镜(例如)通常将在潮湿和海洋环境中迅速起“雾”。然而，已经发现，大多数有机聚合物表面在100mW/cm2的强度下辐射15秒，将表面从疏水性转变为亲水性。一系列大量测试已经证明，在VUV辐射后，在聚合物表面上的水滴的接触角急剧下降。大的接触角指示疏水性表面，而小的接触角展示证明是亲水性的。
对于光学和流体学领域，伴随着表面的VUV辐射的聚合物表面的疏水性至亲水性转变的意义是巨大的。作为示例，图28A和图28B是包含聚合物膜或薄板的光学成像***的照片。在左侧的照片中，聚合物板被显示定向成一角度，使得来自热水的蒸汽(在照片底部的杯子中)将撞击到聚合物表面上。在图28A中，已经由172nm的灯以15mW/cm2的强度辐射聚合物板的朝外的面60秒。在这种实例下，聚合物表面是亲水的，并且到达表面的蒸汽被分散到均匀厚度的薄膜中。因此，尽管聚合物表面很长一段时间暴露于蒸汽中，但光学***性能未受到影响，并且可以观察到右上角的图像。
图28B示出了相同的成像***和测试布置，除了聚合物板没有被VUV灯辐射以外。在这种情况下，到达聚合物板的蒸汽形成了无数的微水滴(阵列)，该微水滴严重散射入射的可见光。因此，成像***现在不能检测到图像，如图28B的右下角处所示。
大量测试确认图28A和图28B的结果，因此，现在可以制作在潮湿或海洋环境中不会起“雾”的眼镜、护目镜和其他眼部穿戴件。这样的眼部穿戴件可以由适当的聚合物制造的透镜构成，或者它们可以由玻璃或其他光学材料制造，并简单地用薄聚合物膜上涂覆。此外，相机镜头还可以上涂覆有由VUV辐射处理的聚合物膜，从而使其不易起雾。在光学部件(诸如窗户和透镜)的设计中的这种简单改变预期会导致在航海环境或异常潮湿场所的光学***性能的实质性的改善。同样，汽车和卡车的挡风玻璃可以上涂覆有聚合物的薄层，该聚合物薄层当用VUV辐射来处理时将具有亲水性，因此可以防止水滴成珠。这种处理预期会大大改善在下雨的情况下驾车者的能见度。这种疏水性至亲水性的转变也预期会改善水通过通道，特别是微通道的流动。因为亲水性表面在表面处形成薄的水层，所以与此表面层接触的水流的湍流预期要比水流过疏水性表面的情况下通常所具有的湍流更小。因此，生物医学器件(诸如微流控阵列)中的聚合物微通道可以被VUV灯辐射至少30秒，并改变其流动特性。而且，VUV诱导的聚合物表面的疏水性至亲水性转变可以如前所述在卷对卷的基础上来实现。
以与上述类似的方式，例如，预期在金属和玻璃纤维上产生亲水性表面，以减少在移动的水下表面或海洋运载工具的船体上的阻力。
尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是应该理解，其他修改、替换和替代对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行这种修改、替换和替代，其应由所附权利要求确定。
在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征。

Claims (30)

1.一种无光致抗蚀剂的光刻方法，所述方法包括：
提供有机聚合物；以要在所述有机聚合物中创建的期望的图案提供至少一个掩模；
用微等离子体平坦灯光子源生成光子；以及
指引所述光子穿过所述掩模以非热烧蚀所述有机聚合物中的所述期望的图案或以光化学地改变所述有机聚合物的部分以供通过溶剂移除，然后移除所述部分以在所述有机聚合物中形成所述期望的图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机聚合物包括要被图案化的聚合物样品。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机聚合物包括材料基板上的层。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述有机聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、另一种丙烯酸、CR 39、ABS、PET或诸如聚碳酸酯的其他聚合物材料的薄聚合物膜。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微等离子体平坦灯光子源包括在172nm处或在160-170nm或180-200nm的波长范围内生成光子的灯。
6.根据权利要求1所述的方法，在真空或在诸如由N2或稀有气体提供的惰性气氛的情况下，在单个室中实施所述方法。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机聚合物包括材料基板上的层，所述方法还包括：
将沉积分子前驱体引入到含有所述材料基板的室中，所述材料基板上具有图案化的薄膜；以及
用来自所述微等离子体阵列平坦灯光子源的光子破坏所述前驱体中的键，从而以所述期望的图案将所述前驱体的产物沉积在所述材料基板上。
8.根据权利要求7所述的方法，在真空或在诸如N2或稀有气体的惰性气氛的情况下，在单个室中实施所述方法。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述层包括聚甲基丙烯酸甲酯、另一种丙烯酸、CR39、ABS、PET或诸如聚碳酸酯的其他有机材料。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微等离子体平坦灯光子源包括生成172nm光子的灯和具有不同波长的第二微等离子体平坦灯光子源，所述第二微等离子体平坦灯光子源主要在147nm、160-170nm、172nm、180-200nm、222nm、240-260nm和/或308nm处发射。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机聚合物包括材料基板上的层，所述方法不在真空的室中实施，而是允许连续的气体流入所述室中并且在靠近所述材料基板的表面的掩模之上流动。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机聚合物包括在材料基板上的层，所述方法还包括以如下附加的步骤蚀刻所述层和/或所述材料基板：使用所述掩模或者切换到第二掩模，并提供由诸如CCl4蒸气和如Ar的稀有气体组成的混合物之类的气体或气体混合物以蚀刻所述材料基板。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括将在所述有机聚合物中形成的图案转移到另一种材料上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述另一种材料包括金属或陶瓷，并且所述方法还包括在所述图案中已经形成所述金属或陶瓷之后移除所述有机聚合物。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机聚合物包括被移动经过所述掩模的卷对卷材料。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括改变所述至少一个掩模的取向或提供第二掩模，并且然后重复所述生成和指引以添加所述图案的复杂度。
17.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述有机聚合物加载到电子束光刻工具中，并且经由电子束光刻将较小的特征添加到所述图案。
18.一种光刻或光加工制造工具，包括：
室；
进气口和排出口；
样品保持件；
至少一个平坦灯微等离子体光子源；以及
至少一个掩模，所述至少一个掩模用于在空间上限定朝向所述保持件上的样品指引的VUV/UV灯辐射束。
19.根据权利要求18所述的工具，还包括用于抽空所述室的真空***。
20.根据权利要求18所述的工具，其中，所述室是为了流动而打开的非真空室，使得从所述加工室连续排出吹扫气体，并且所述掩模靠近所述材料的表面。
21.根据权利要求18所述的工具，其中，所述平坦灯微等离子体光子源包括多个微等离子体平坦灯。
22.根据权利要求18所述的工具，其中，所述多个微等离子体平坦灯被保持在框架中。
23.根据权利要求22所述的工具，其中，所述多个微等离子体平坦灯被保持在垂直的堆叠体中，并且所述灯没有反射面，以便允许来自其他灯的光子通过。
24.根据权利要求22所述的工具，其中，所述多个微等离子体平坦灯以圆顶配置布置，包含将VUV/UV光子朝向共同的发射孔指引的反射器。
25.根据权利要求22所述的工具，其中，所述多个微等离子体平坦灯以径向配置布置，包含将光子朝向共同的发射孔指引的反射器。
26.根据权利要求25所述的工具，其中，所述反射器以锯齿图案布置。
27.根据权利要求18所述的工具，其中，所述室包括由光学窗口分开的双室，并且所述晶片或基板保持件与所述平坦灯微等离子体光子源在所述光学窗口的相对侧上。
28.根据权利要求27所述的工具，包括用于所述双室的每个部分的分开的进气口和排出口。
29.根据权利要求18所述的工具，其中，整个工具被尺寸化为以与典型的平装书相当的宽度和深度装配在小桌子或实验室桌子上。
30.一种用于将有机聚合物转变为具有亲水表面的方法，所述方法包括：
提供有机聚合物材料或具有有机聚合物层涂层的另一种材料；以及
使所述有机聚合物材料或所述有机聚合物层经受波长为147nm、160-170nm、172nm、180-200nm、222nm、240-260nm和/或308nm的光子，以将所述有机聚合物材料或所述有机聚合物层中的部分转变为亲水表面。
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