CN100376917C - 空间控制辐射光束强度的可编程光学部件 - Google Patents

空间控制辐射光束强度的可编程光学部件 Download PDF

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Abstract

一种空间控制辐射光束(b)强度的可编程光学部件(10)，该部件包括分配在可编程元件(4，6，8)中的可编程层，特征在于每个可编程元件包括通过驱动场在不弯曲状态(8)和弯曲状态(8’)之间可切换的可弯曲纳米元件(8)。在弯曲状态纳米元件吸收辐射。可编程元件可以是可切换衍射光栅或可编程掩模。

Description

空间控制辐射光束强度的可编程光学部件
技术领域
本发明涉及一种空间控制辐射光束强度的可编程光学部件，该部件包括分配在可编程元件中的可编程层。本发明还涉及一种包括该部件的光学扫描器件和一种其中使用该部件的光刻方法。
背景技术
空间控制理解为意味着控制入射到元件上的辐射光束的离散部分的强度以及控制来自光束的辐射的传播方向。
可编程光学部件的一个例子是可切换衍射部件，即可以设置为开状态和关状态的衍射元件，借此在关状态时，衍射层即可编程层形成平的平行层。可编程光学部件的另一个例子是可编程掩模，例如光刻掩模。
已知的衍射部件是光学衍射光栅，其作为独立的元件或与其他光学部件结合，广泛地用于光学领域中。衍射光栅将入射光束分离为不偏转的零级子光束，一对偏转的第一级子光束以及多对以更高的衍射级偏转的子光束。存在两种主要类型的衍射光栅：振幅光栅和相位光栅。振幅光栅包括光栅条纹，其吸收入射辐射并与透射或反射入射辐射的中间条纹交替。相位光栅引起入射到光栅条纹的光束部分和入射到中间条纹的光束部分之间的相位或光路长度不同，这是因为光栅条纹具有不同于中间条纹的另一折射率或位于另一级处。
考虑到新的应用，例如在小型化柔性光学器件中或在光学记录技术中，对于衍射光栅的需求稳定地增长，所述光栅容易可切换并优选具有基本上小于常规光栅的光栅周期。
光刻技术是在基底的层中印刷设计图案，以使所述层成形有器件特征的技术。该技术用于制造通常包括许多上述成形层的器件，这些层一起提供器件的所需功能性。器件可以是集成电路(IC)，液晶显示(LCD)板，印刷电路板(PCB)等。常规光刻技术使用光掩模，其包括相应于将被成形在基底层中的特征图案的图案，该掩模图案通过光刻投影设备成像在基底层上方的抗蚀剂层中。
光掩模的制造是消耗时间和麻烦的过程，这使得这种掩模很昂贵。如果光掩模的多次重新设计是必要的或在必须制造用户特定的器件即相对小数量的相同器件的情况下，利用光掩模的光刻制造方法是成本高的方法。从而存在对于其图案可以容易改变的掩模的需要。
发明内容
本发明的一个目的是提供可编程光学部件，其可以用作可编程光栅或用于在可编程的意义上为柔性的光刻掩模中。该部件的特征在于每个可编程元件包括可弯曲纳米元件，所有的这些元件具有它们的基本上沿一个方向排列的对称轴，该方向通过驱动场在不弯曲状态和弯曲状态之间可切换。
根据本发明的一个方面，提供一种空间控制辐射光束强度的可编程光学部件，该部件包括可编程元件，每个可编程元件包括通过驱动场在不弯曲状态和弯曲状态之间可切换的可弯曲纳米元件，特征在于在不弯曲状态和弯曲状态)之间的可弯曲纳米元件的吸收差别取决于辐射光束的偏振。
驱动场可以是电场或磁场，这取决于弯曲元件的性质。基本上沿一个方向排列理解为意味着原则上可编程元件中所有纳米元件的对称轴具有相同的定向或方向，所述一个方向，但是该一个方向的小偏离是可能的，只要不影响可编程元件的光学特性。在线性衍射光栅的情况下，所述一个方向平行于或垂直于光栅条纹的方向。
纳米元件是纳米管和纳米线的概括术语，也称为晶须以及小棱柱。纳米元件是非常小的体，其具有或多或少的中空(纳米管)或填充了的(纳米线)圆柱或棱柱形状，其具有最小的尺寸，例如在纳米范围中的直径。这些体具有对称轴，其定向确定电和光学特性，如它们嵌入在其中的材料的吸收特性。当下文涉及它们的定向时，其涉及它们的圆柱轴或棱柱轴的定向。
纳米元件已经在许多论文中对于多种材料进行了描述，这些材料例如磷化铟(InP)，氧化锌(ZnO)，硒化锌(ZnS)，砷化镓(GaAs)，磷化镓(GaP)，碳化硅(SiC)，硅(Si)，氮化硼(BN)，二氯化镍(NiCl2)，二硫化钼(MoS2)，二硫化钨(WS2)和碳(C)。
特别对于碳纳米管进行了很好地研究。它们是单层或多层由基本上石墨(sp2-)成形碳构成的圆柱碳结构。金属和半导体纳米管的存在已经用实验方法证实。此外，最近已经发现单壁的碳纳米管(SWCNT)显示光学各向异性，该纳米管具有例如4埃的厚度、在AIPO4-5单晶体的沟道中排列。对于波长在1.5μm直到200nmm的范围中以及偏振方向垂直于管轴的辐射，碳纳米管几乎透明。对于波长在600nm直到200nm的范围中以及偏振方向平行于管轴的辐射，它们显示出很强的吸收(Li，Z.M.等人，Phys.Rev.Lett.87(2001)，1277401-1-127401-4)。
对于除了由碳构成的以外的纳米管(或纳米线)，相似的特性已经发现。因此纳米管最方便地结合下述特征。它们吸收波长的宽范围中的辐射，这取决于纳米管相对于所述辐射的偏振方向的定向，并且纳米管的定向可以被机械地和/或通过电场或磁场引导和/或稳定。
线性条纹的构形包括所有其具有对准的对称轴即沿相同方向的对称轴的纳米元件，其中该条纹与透明的中间条纹交替，从而对于其偏振方向垂直于对准方向的线性偏振光作为振幅光栅。
以相似的方式，包括二维图案区域的光学部件从而可以对于其偏振方向垂直于对准方向的线性偏振辐射用作掩模，其中与透明区域交替的该图案区域设有对准的纳米元件(纳米元件区域)。
本发明使用了纳米元件可以用化学方法改变的事实。例如，可以通过硫醇化(thiolisation)反应改变碳纳米管，如作者为Z.Liu等人、在Langmuir Vol.16，No.8(2000)p.3569-3573中的论文“Organizing Single-Walled Carbon nanotubes on Gold Using aWet Chemical Self-Assembling Technique”中所述。由此得到自装配结构，其中所有的碳纳米管垂直于表面定向。本发明使用下述理解，即这些纳米管或由其他材料构成的纳米管或纳米元件可以沿驱动场的场力线弯曲，所述驱动场例如通过在可编程部件中建立的电极产生的电场。在弯曲态中，纳米元件不再平行于入射辐射的传播方向，因此它们吸收具有适当的偏振方向的辐射。如果驱动场关掉，则纳米元件恢复到它们的初始定向，即垂直于表面，因此相同辐射可以无阻碍的通过。以这种方式，可编程部件的部分，即可编程元件可以在透明和吸收态之间切换，反之亦然。
注意到DE-A 10059685公开了一种器件，其包括设有反射或检测表面和可弯曲元件(优选碳纳米管)的基底。这些纳米管通过直接附着连接到第一电极。如果将电压提供给第二电极，该电压不同于第一电极上和可弯曲元件中的电压，则这些元件将向第二电极弯曲它们的尖端。这些元件然后形成敷层，其局部覆盖表面以便表面局部变得较少反射或较少透射以及部分光束被阻碍。如果第二电压从第二电极中去除，则这些光束部分再次被反射或透射。
在已知器件中弯曲纳米管所需的电压相对大，这是因为这些管应该完全程度不同地弯曲，即从垂直于表面的定向至基本上平行于表面的定向，以便完全局部覆盖表面。如果纳米管仅满足高的机械要求，则弯曲较大角度是可能的。
根据本发明的可编程部件与DE-A 10059685的器件的不同之处在于至少三个特征和/或理解。
如果定向基本上垂直于基底表面，则纳米元件至少较大程度上是透明的。因此，在本发明的可编程部件中，可弯曲纳米元件横跨完全的局部表面部分设置，该部分应当在透明态和吸收态之间切换。在已知的器件中，可弯曲元件在透明态时仅设置在电极上方以及在所述表面部分之外。如果仅弯曲基本角度，它们将覆盖表面部分。
在本发明的可编程器件中，即使表面部分中的纳米元件仅弯曲小的角度，使用所述表面部分也吸收具有适当偏振方向的辐射的事实。在DE-A 10059685中，纳米管的偏振相关特性没有提及。
在本发明的可编程器件中，纳米元件不形成部分电极，但设置在两个电极之间的电场或磁场中。控制纳米元件特性的物理原理是它们对于上述场的对准，以便得到在能量方面最有利的定向。
以这种方式，纳米元件需要弯曲到它们相对于入射辐射的方向部分非定向(disoriented)的程度。从而完全弯曲以覆盖可编程元件的整个表面是不必要的。通常，弯曲角度在5°至80°的范围中，优选在15°至60°的范围中，最优选在30°至45°的范围中。弯曲角度限定在由辐射的传播方向和偏振方向确定的平面中。优选地，传播方向垂直于基底。
由于弯曲角度相对小，因此必须将较小严格的机械要求设置到纳米元件上，这提供基本的实际优点。纳米元件可以比在已知器件中短，并且这些元件的粘附问题更小。后者首先是由于减小的弯曲角度，其次是由于弯曲纳米元件所需场的强度减小。较小的力将施加在这些元件上，特别是在这些元件和表面的界面处，该界面是机械较弱部分。
与DE-A 10059685的器件相比，本发明的可编程部件提供两个优点。第一个优点是因为纳米元件横跨可编程元件的整个表面区域设置，因此不需要为它们预备空间，从而允许高度的小型化。在DE-A10059685的器件中，纳米元件应当设置在通过或阻碍辐射的区域之外，由纳米元件所占的区域不能用于其他目的。第二个优点为驱动场的场强度相当小。
关于其构造，本发明的可编程光学部件进一步的特征在于它包括基底，第一和第二电极部分的电极构形，该构形限定可编程元件区域，以及在电极构形上方的纳米元件嵌入介质。
这是可编程部件的最简单实施例，其适用于大多数应用。
优选可编程部件进一步的特征在于电绝缘层设置在电极构形和纳米元件嵌入介质之间。
绝缘层防止电短路以及随后的电流，其可能影响准确的控制切换。优选绝缘层是介电层。
纳米元件的弯曲基于偶极子相互作用或基于磁相互作用，这取决于纳米元件的类型。这完全不同于在DE-A 10059685的器件中使用的静电弯曲。对于静电弯曲，可弯曲元件应当电连接到和优选直接连接到电极。这会引起电短路以及可弯曲元件被烧掉的风险，特别是如果这些元件由有机材料构成，或如果例如使用碳纳米管时。
介电层可以包括任何无机或有机介电材料，如氧化铝，氧化硅，氮化硅或所谓的高K材料。
可编程光学部件优选进一步的特征在于第一和第二电极部分形成一对叉指电极。
这允许高效率地产生电场。由于电极是叉指式的，因此沟道形成在它们之间。沟道的宽度可以小，同时沟道可以非常长。从而，对于提供弯曲所需的电场强度(V/μm)，相对低的电压是足够的。
如果使用叉指电极，纳米元件弯曲的方向在所有位置处是不相同的；存在弯曲角度+γ和弯曲角度-γ。
然而，对于吸收程度，这不具有结论。
优选可编程部件进一步的特征在于电极构形嵌入在平面化层中，以及纳米元件嵌入层设置在平面化层上。
电极构形可以与基底形成一个整体并且利用平面化层覆盖，以便对于纳米元件提供更平的表面。纳米元件嵌入介质可以是空气，但是优选可编程部件的特征在于纳米元件嵌入介质是绝缘流体。
对于该应用的适当流体是液体、蒸气和气体。优选流体在一定程度上是粘性的，以便它可以提供反力。这允许纳米元件的更准确和机械上更稳定的弯曲。这种流体的另一优点在于它防止纳米元件对于彼此的任何粘附。本领域技术人员可以根据可编程部件的具体应用改变流体材料和粘度。
通常，在去除电场或磁场之后，可弯曲纳米元件将返回到它们初始的不弯曲位置。该返回可能受到纳米元件的刚度和它们的粘附接触，即纳米元件与基底的接触的影响。
纳米元件返回到它们初始的不弯曲状态可以通过在时限期间颠倒电场或磁场的方向来强制，所述时限小于场应当存在以将纳米元件设置为弯曲态的周期。如果可编程元件的特征在于第二电极构形设置在纳米元件嵌入介质的远离面向基底的介质侧的一侧，则没有场颠倒的强制返回变为可能。
如权利要求8-13中限定的纳米元件的不同类型可以用于可编程部件。纳米元件可以是碳纳米管，金属或半导体纳米线，金属或半导体纳米管，或填充有任何(铁)磁材料的磁纳米线或纳米管。纳米元件具有在1nm至50nm的范围中的直径。纳米元件的直径优选小于150nm，更优选小于50nm，进一步优选在0.3nm和10nm之间。纳米元件的长度优选在5nm至10μm的范围中，更优选在10至500nm的范围中，进一步优选在50至300nm的范围中。
应当注意纳米线的互相屏蔽应尽可能的抑制。互相屏蔽是在给定表面区域中的纳米线之一吸引局部电场的主要部分，以至于对于该表面中的其他纳米线只剩余较小的电场的效应，即其他纳米线与场屏蔽的效应。在该方面，半导体纳米线优选是金属纳米线，因为它们显示出较小的相互屏蔽。
纳米元件，特别是碳纳米管可以用化学方法功能化，以便提高它们与基底表面的连接或粘附。以这种方式，碳纳米管可以连接到金表面，如Langmuir中Liu等人的上述引用论文中所述。对于氧化物表面(SiO2，Al2O3或玻璃)适当的官能度(functionlity)是例如具有R烷基，优选异丙基或丁基或苯基的SiCl3或Si(OR)3。对于金表面适当的官能度是硫醇或硫醇醚(Z-SH，Z-S-S-Z，Z-CH2-S-CH2-Z，Z是碳纳米管)。对于铂表面的适当官能度是碱，如-OH或-NH2。对于银或SiO2表面适当的官能度是酸，如-COOH。对于非氧化硅表面适当的官能度是1-乙烯基(-CH＝CH2)。对于云母表面适当的官能度是磷化物基或alkyldiphonic acid(PO3 2-)。
纳米线和纳米管也可以通过使它们在样板上生长来制造。样板允许以容易且充分可控的方式限定纳米元件的图案，如Schonenberger等人的J.Phys.Gem.B，Vol 101(1997)，5497-5505中所述。样板设有孔，其直径优选在3nm至200nm的范围中，更优选在5nm至15nm的范围中。具有均匀直径的孔可以利用常规技术制造。孔之间的距离可以是孔直径的大约一至十倍。孔可以基本上垂直于表面，并且通过提供适当的条件或通过例如E光束或压印的局部表面预处理横向地排序。纳米线可以通过已知方法如电化学生长和VLS(蒸气-液体-固体)方法生长。对于III-V材料，II-VI材料和金属，纳米线的电化学生长是可能的。对于例如III-V材料以及对于碳纳米管，VLS方法是适当的，并且通常在400℃至800℃的范围中的温度下进行，如从Moralesand Lieber在Science，Vol 279(1998)，208-211中发表的论文中已知。在生长后，样板至少通过例如湿刻或干刻部分去除。
同样可以使用可替换的生长方法。此外，纳米线可以通过根据所需图案刻蚀半导体基底来制造。半导体基底特别是硅基底的阳极刻蚀法可以用于制造大数目的半导体纳米线的阵列。
可编程光学部件进一步的特征在于每个纳米元件设置在绝缘区域中。
在本实施例中，在电极构形和纳米元件之间不需要绝缘层。绝缘区域可以通过利用VLS方法以及在纳米元件的生长期间改变室中的气体组分来制造。其中在处理期间改变处理参数的生长处理被称为分段生长。
可编程部件的特征在于它是透射部件。
在本实施例中，基底和电极构形应当是透明的。适用于电极的透明导电材料是非常薄的金属层并且特别是氧化物导体，如铟锡氧化物(ITO)，氧化钌，铅钌氧化物(Pb2Ru2O7)，锶镧钴氧化物，氧化铼，和如从EP-A 689294中已知的其他材料。可替换地，可以使用透明的导电有机材料，如聚-(3，4-亚乙二氧基)噻吩(PEDOT)或聚苯胺(PAN)。
可替换地，可编程光学部件的特征在于它是反射部件。这种部件可以与透射部件相同，但具有反射基底或设置在基底和电极构形之间的反射层。
取决于可编程元件的形状和图案构形，可编程部件可以用于不同的应用。对于第一应用，部件形成可切换衍射光栅，其中可编程元件是细长的并构成光栅条纹，其与没有纳米元件的中间条纹交替。
通过将可编程元件切换为开和关，光栅功能可以设置为开和关。这种可切换光栅可以用于设备中，该设备如用于读取和/或写入光学记录载体的设备，其中两个光束沿相同的路径传播，但该路径包括仅对于光束之一的光栅。
可编程光栅可以是线性光栅，其中所有的可编程元件沿相同方向延伸。
可替换地，可编程光栅可以是二维光栅，其具有沿第一方向延伸的第一可编程元件以及沿不同于第一方向的第二方向延伸的第二可编程元件，该第一可编程元件设置在第一表面区域中，第二可编程元件设置在与第一表面区域交替的第二表面区域中。
根据本发明的可编程部件的另一类型是可切换的菲涅耳透镜，其中可编程元件具有环形形状并构成菲涅耳透镜带，其与没有纳米元件的中间环形带交替。
对于另一应用，部件形成具有可变掩模图案的掩模，其中可编程元件构成以二维结构设置的象素。
通过单独将可编程元件切换为开和关，可以产生任意的掩模图案。当在通过光刻制造IC或其他器件的过程中利用这种可编程掩模时，该处理变得灵活并且非常适用于制造少量的器件或定制的器件。
本发明还涉及一种器件，用于扫描具有第一信息密度的第一类型光学信息载体以及具有第二信息密度的第二类型光学信息载体，该器件包括辐射源单元，其提供用于同第一类型信息载体配合的具有第一波长的第一辐射光束，和用于同第二类型记录载体配合的具有第二波长的第二辐射光束，和物镜系统(objective system)，其将第一和第二光束聚焦到第一和第二类型信息载体的信息层中的第一和第二扫描点。该器件的特征在于它包括如上所述的至少一个衍射光栅。
该衍射光栅可以是光束结合衍射光栅并且可以设置在下述光路部分的至少之一中：
-在辐射源单元和物镜系统之间，
-在物镜系统和用于从信息层接收辐射的辐射敏感检测系统之间。
衍射光栅也可以是三点衍射光栅，其设置在辐射源单元和物镜系统之间。
本发明还涉及一种光刻方法，用于在基底的至少一层上制造器件特征，该方法包括通过投影设备将掩模图案转移到基底中。该方法的特征在于使用如上所述的可编程掩模。
投影设备理解为意味着包括投影系统的设备，用于将设置在投影系统一侧上的掩模图案成像在设置在该系统另一侧的基底上，同样包括邻近印刷设备，其中掩模和基底彼此接近设置。
附图说明
本发明的这些和其他方面将通过参考下述以及附图所示的实施例的非限制性例子进行说明，并且从中显而易见。
在附图中：
图1示出了根据本发明的可编程部件的第一实施例的一部分的透视图；
图2示出了部件的可编程元件的截面，其中可弯曲纳米元件在它们的非弯曲位置；
图3示出了具有可弯曲纳米元件在它们的弯曲位置的该元件；
图4a-4e示出了可编程部件的第二实施例的截面以及一些制造步骤；
图5示出了具有根据本发明的可编程掩模的光刻投影设备的图；
图6示出了用于扫描光学记录载体的器件的图，在该器件中可以使用一个或多个根据本发明的衍射光栅，以及
图7示出了根据本发明的菲涅耳透镜。
这些附图没有按照比例绘制并且是纯示意性的。不同附图中相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
在图1中部分示出的部件包括基底2，例如透明基底如玻璃或透明塑料基底。基底的上侧分别设有第一和第二电极4和6，以及设有设置在电极之间的可弯曲纳米元件8。电极4和6可以是叉指式的，即第一电极的部分设置在第二电极的部分之间。这种电极结构非常适用于制造衍射光栅，借此具有可弯曲纳米元件的条纹形成光栅条纹，而电极部分形成中间条纹。图1所示的电极4和6分别具有四个指状物和三个指状物。然而，指状物的数量可以自由选择，并且实际上对于衍射光栅指状物的数量可以更多。电极是透明的并且可以由例如氧化铟锡(ITO)制造。
如图2的截面图中所示，电极构形4，6可以被介电层10例如SiO2层覆盖。该层可以通过溶胶凝胶技术进行涂敷，借此tetraethoxyorthosylicate溶液被涂敷以及随后固化。介电层10具有双功能。首先，它为纳米元件提供平的平面，这简化了后来将可弯曲纳米元件8放置在位置中。第二，它在电极4，6和纳米元件之间形成绝缘层。以这种方式，纳米元件的直的或弯曲的位置通过电场或磁场确定，并且不与电极直接接触。介电层10可以通过化学汽相沉积或任何其他沉积方法来提供。在上述沉积方法不导致平的层表面的情况下，可以提供附加的平的层。
在本实施例中，纳米元件8是碳纳米管，其利用Si(OR)3团被功能化，其中R是甲基。本身具有适当端基的碳纳米管的功能从上述引用的Langmuir，Vol 16(2000)，pp3569-3573的论文中已知。其中，所需长度的单壁碳纳米管利用超声处理悬浮在乙醇中。碳纳米管通过氧化具有羧酸端基。该端基通过化学反应被Si(OR)3取代。为了得到图案化沉积，基底覆盖有光致抗蚀剂材料，其根据所需图案进行显影。然后光致抗蚀剂材料和基底经历等离子处理方法，以便使基底更亲水以及使光致抗蚀剂更疏水。适当的处理方法是氧等离子处理、氟等离子处理以及氧等离子处理的顺序。由于各个碳纳米管之间的疏水性相互作用，碳纳米管束将横跨表面对准。
代替通过光致抗蚀剂，可以使用另一材料的掩模以得到所需图案。图案也可以通过从表面的部分中例如通过具有足够强度的激光束烧掉碳纳米管来得到。
由此得到的部件是透射部件，如图2所示。因为纳米管平行于辐射的传播方向对准，在该情况下垂直于表面，因此辐射光束b不受阻碍地通过该部件。这是如果没有电压提供给电极即没有电场存在的情况。如果电场接入，则纳米元件将弯曲并且变成弯曲的元件8’，如图3所示。弯曲的纳米元件现在覆盖电极4和6之间的区域的至少基本部分，并且吸收光束b的具有平行于弯曲纳米管的切线的偏振方向的组分。如果光束是线性偏振光束，其具有与弯曲的纳米管相切的偏振方向，则入射光束b的吸收为最大值。
纳米管可以通过场强在0.1至5Volt/μm的范围中的电场而弯曲。产生电场的电压可以是DC电压。然而，已经论证对于电压范围的较大值，如果电压是AC电压，优选具有在几Hz至数千Hz的范围中的频率，更优选大约50Hz，可实现最好的结果。
条纹形电极4和6基本上长于图2和3所示的长度，即它们的长度基本上大于它们之间的距离。由于这些电极是透明的，以及当部件被激活，即驱动场存在时，它们之间的纳米管区域吸收辐射，因此部件对于具有适当偏振方向的辐射作为衍射光栅。该光栅的特性在于光栅功能可以简单地通过开关电场或另一驱动场被切换为开和关。
通过利用反射基底或通过在基底和电极构形之间设置反射层，图2和3的透射光栅可以变换为反射光栅。可替换地，基底和电极都可以是反射的。
图4e示出了另一实施例的新部件的截面，该部件可以用作例如光刻中的可编程或柔性的掩模。可编程元件现在构成图象要素(象素)，每个由一对或两对相对的电极部分4，6以及它们之间的纳米元件区域构成，其一起形成图案，如将被投影到半导体基底上方的光致抗蚀剂层中的IC图案图像。图像内容通过各个象素的开或关状态来确定。在象素可以包括多于一个可编程元件的情况下，这种象素通常由一个可编程元件构成。象素构形现在是两维的。
图4a-4d示出了在图4e所示部件的制造中的阶段。电极4和6是叉指式的，并且电极的每个部分以图1所示的相似方式与其其他部分相连。本实施例中的纳米元件是纳米线，其已经电化学生长并且可以设置在衬垫22和例如由塑料构成的盖子24形成的腔中。
可弯曲纳米线26可以通过样板生长来提供，如参考图4a-4d进行解释。图4a示出了中间产品，其包括一些层并通过半导体制造技术制造。该产品包括例如由玻璃构成的基底2，电极4和6以及例如由氮化硅构成的刻蚀终止层28。层28通过铝层30覆盖。
图4b示出了在铝层30中孔通过铝的阳极化刻蚀开始形成，借此铝变换为氧化铝(Al2O3)。铝的阳极化刻蚀是常规技术。孔32通过O2放出而加深，直到到达刻蚀终止层28，如图4c所示。这导致具有例如30％孔隙度的铝层。孔密度例如为约5.1010/cm2。
图4d示出了在一些本身是已知的进一步处理步骤已经进行以及纳米线已经生长后的产品。Cu纳米线可以由CuSO4生长，Au纳米线可以由K4Au(CN)3生长，Ni纳米线可以由NiSO4/NiCl2生长，以及CdSe纳米线可以由CdCl2和H2SeO3在水中生长。在图4d所示的处理阶段中，铝矩阵至少已经部分溶解。优选地，保留铝矩阵的几个纳米厚的较低部分。以这种方式，得到纳米线与基底的提高的粘附。为了保留Al2O3衬垫，使用掩模以选择性刻蚀。这些衬垫22是多孔的，但是足够强以用作壁。
如图4e所示，盖子24可以设置在衬垫22的上方并且利用玻璃熔合连接。如果所需，盖子24可以在其一个表面，优选为面向纳米元件的表面，上设有电极层。该电极可以用于纳米线从弯曲态快速返回到非弯曲态。另一电极可以形成基底的部分。此外，包含纳米元件的腔可以充满液体。
也可以对于利用样板生长提供纳米线使用可替换方法。例如，贵金属如金或铂层可以沉积在氮化硅层28的上方。该层作为刻蚀终止层并且同时可以用作电镀基底。贵金属层可以根据所需图案构造，并且最后可以用作附加电极。在该实施例中，贵金属层仅在电极4，6之间的区域中存在，纳米元件不延伸到电极的顶部。
可替换地，在纳米线已经提供以及铝矩阵已经去除后，贵金属或任何其他金属如镍或铜层可以去除。如果纳米线包括已经电化学沉积或利用VLS方法沉积的半导体材料，该步骤特别适合。贵金属层然后可以相对于纳米线选择性刻蚀，即具有纳米线的全部区域作为刻蚀掩模。纳米线的机械稳定性对于本实施例不是一个特殊的问题，因为当设置可弯曲元件时通常要求一定的机械稳定性。
在可替换实施例中，电极4，6移动到相对侧，贵金属层直接沉积在基底2的上方。相对侧可以是盖板24的内表面。
更优选其中使用基底转移方法的实施例，即原始基底最后被去除，铝矩阵从基底侧而不是从顶侧溶解。在纳米线生长后以及在铝矩阵溶解之前，介电材料层以及电极设置在矩阵上方。这可以通过任何薄膜处理，例如湿化学沉积，溅射和化学汽相沉积来实现。进一步的相互连接层，以及例如由玻璃或聚合物构成的保护覆盖层可以沉积。然后产品被翻转倒置，基底、刻蚀终止层(别名电镀基底)和铝矩阵被去除。玻璃基底可以通过利用光化UV辐射照射设置在玻璃基底和刻蚀终止层之间的UV可释放胶合层去除。
纳米线的图案也可以通过催化CVD生长方法来制造。
上述制造纳米线的方法也可以用于纳米管的制造。
图4e的可编程掩模在光刻投影设备中使用可以具有很大的优点。
图5示出了这种设备的示意透视图。该设备的主要模块是：照明系统42，掩模台50，投影系统60和基底(晶片)台70。照明系统42包括辐射源44，如Hg灯或准分子
激光器，用于提供例如UV辐射或准分子UV(EUV)辐射的投影光束46。投影光束经由折叠反射镜47和48以及光阑49被引导到掩模台。照明光束进一步包括使光束在其截面强度均匀的装置(未示出)和光束整形透镜和/或反射镜。该设备也可以使用其他类型的辐射，如X射线或带电粒子束。
掩模台50设有保持掩模53例如分划板的掩模保持器52。该掩模包括掩模图案，其将通过投影光束46被投影到基底上。该投影通过投影系统60进行，该投影系统可以是透镜系统，反射镜系统，包括透镜和反射镜的系统，或带电粒子成像系统。投影系统将掩模53的照明部分成像到基底74的目标部分(电路小片)76上。基底或晶片容纳在形成部分基底台70的基底保持器72中。基底涂敷有抗蚀剂层，其中形成掩模图案的图像。在步进式设备中，整个掩模图案被照明并投影到目标部分76上。为了利用掩模图案曝光所有的目标部分，基底台在相继的曝光之间步进，即通过驱动装置78沿X和Y方向移动预定距离。在步进和扫描式设备中，掩模图案的小部分(矩形或环形分段)以及目标的相应部分在任何时候被照明。为了照明整个掩模图案以及曝光整个目标部分76，掩模台和基底台相对于照明系统和投影系统同步移动(扫描)。为了允许这种扫描，掩模台应当设有驱动装置，并且用于基底台的驱动装置78应当匹配。
常规地掩模包括固定掩模，其已经被掩模制造商根据将被制造的器件的设计者的技术要求以及该器件的不同层的图案的技术要求进行了制造。掩模是成本高的部件，并且如果通过掩模制造的器件的数量减少，成本将变得相对更高。此外，在器件的试制中，通常重新设计掩模图案是必要的，这导致时间和成本的显著增加。
根据本发明，常规掩模53可以通过如上所述的可编程掩模20以及通过包括该掩模的控制器件56替代，如图5所示。控制器件可以是单独的模块，例如微型计算机，或可以形成控制模块的部分，该控制模块控制光刻设备的所有功能。以这种方式，光刻技术变得非常灵活，因为掩模图案可以根据所需掩模图案简单地通过打开或关掉其单独的象素或可编程元件随时改变。在试制过程中，如果需要修正，掩模可以容易地被修正并且不需要被替换。该掩模适用于不同类型器件的制造，并允许显著减小制造少量器件如定制器件的成本。
可编程掩模也可以用于邻近印刷设备中，其中不使用投影系统60，掩模和基底仅通过小的空气间隙分离。
在光刻中使用可编程掩模的特殊优点在于掩模对于投影辐射如深UV(DUV)辐射不敏感。
上述可切换光栅可以替换常规振幅光栅，并显示出的优点在于它的制造容易并便宜，以及在光栅条纹和中间条纹之间显示出高对比度。该光栅的性能可以在光学系统或器件中使用到最佳程度，在所述光学系统或器件中使用两个辐射光束，该光束按照相同的辐射路径，而仅光束之一经历衍射，另一光束则不经历衍射。这可以通过将新的光栅设置在公共辐射路径中，并对于一个光束打开该光栅而对于另一光束关闭来实现。
这种设备的例子是光学扫描器件，用于读取和记录具有第一信息密度的第一类型的光学信息载体，和具有第二信息密度的第二类型的光学信息载体。该器件包括辐射源单元，其提供用于同第一类型信息载体配合的具有第一波长的第一辐射光束，和用于同第二类型记录载体配合的具有第二波长的第二辐射光束，和物镜系统，其将第一和第二光束分别聚焦到第一和第二类型记录载体的信息层中。
公开专利申请US 2002/0027844 A1描述了光学扫描器件的例子，所述光学扫描器件用于在操作的第一模式中扫描具有第一HD信息层的第一记录载体，以及用于在操作的第二模式中扫描具有第二LD信息层的第二类型的记录载体，该器件可以包括多个衍射光栅。HD表示高密度，高密度记录载体例如是DVD(数字通用光盘)类型的记录载体。这种记录载体通过HD光束扫描。LD表示低密度，低密度记录载体例如是CD(压密盘)类型的记录载体。这种记录载体通过LD光束扫描。HD光束具有比LD光束(如波长为780nm)更小的波长(例如650nm)，以便相同的物镜系统将HD光束聚焦到比CD光束更小的点上。
图6示出了这种类型扫描器件的实施例，这种器件也称为组合唱机。器件80的光路包括以双波长二极管激光器封装形式的辐射源82。这是组成的半导体模块，其具有分别发射不同波长86和87的辐射光束的两个元件83和84。该模块可以包括单个二极管激光器芯片，其具有设置在一个封装中的两个发射元件或两个二极管激光器芯片。尽管发射元件之间的距离尽可能的小，但是光束86和87的主要光线不重合。尽管如此，为了清楚，在图6中，HD光束86和LD光束87通过单个辐射光束表示。
由辐射源单元82发射的光束86或87入射到分束器88上，所述分束器例如为半透明反射镜，其将部分光束反射到准直透镜90上。该透镜将发散光束会聚为准直光束。该光束通过物镜系统92，其将HD光束聚焦到扫描点94以及将LD光束聚焦到扫描点96。
通过点94扫描的HD记录载体100包括具有例如0.6mm厚度的透明层101，和信息层102。通过点96扫描的LD记录载体106包括具有例如1.2mm厚度的透明层104，和信息层105。
由各信息层反射的辐射光束86或87沿该光束的光路返回，通过分束器88，然后通过准直透镜90分别会聚到辐射敏感检测系统97上的点98和99。该系统将光束变换为电检测器信号。存储在被扫描的信息层中的表示信息的信息信号和控制信号可以从检测器信号中得到，该控制信号用于沿垂直于信息层102或107的方向(焦点控制)以及沿垂直于磁道方向的方向(磁道控制)定位焦点94或96。
在图6示意性所示类型的器件中，衍射光栅可以在辐射路径中不同的位置处使用以及可以用于不同的目的。光束组合光栅可以设置成接近于辐射源单元82，以衍射光束86，87之一，以便其轴与不被衍射的另一光束的轴重合，因此两个光束在器件中严格地按照相同光路。通过利用根据本发明的光栅并且将该光栅切换为开，即在该光栅中弯曲纳米元件，以及一起利用提供应当被衍射的光束的辐射源83或84，光栅应当仅对于光束之一有效的要求可以满足。应当注意，该光束是线性偏振光束，其具有平行于弯曲纳米元件的平均方向的偏振方向。图6示出了这种示意性表示的光栅110和该光栅与源单元82的控制输入之间的线112，该线象征性地表示光栅和相关辐射源的同时开关。
光束组合光栅也可以设置在分束器88和辐射敏感检测系统97之间，以衍射由相关信息层反射的光束之一，以便该光束变得与由另一信息层反射的另一光束同轴。由这些光束在辐射敏感检测系统上形成的点98和99具有相同的位置，因此相同的检测元件可以用于两个光束。由于仅光束之一应当被衍射而另一光束不被衍射，因此根据本发明的衍射光束可以有利地用于该目的。这种光栅在图6中通过元件114示意性表示。
在图6示出的器件类型中，磁道跟踪，即在时时刻刻扫描的信息磁道上保持扫描点，可以通过三点法来实现。利用该方法的器件包括衍射光栅，其将扫描光束分为形成信息层中主要点的主光束和形成信息层中两个辅助点的两个辅助光束。主要点用于读取和/或记录信息，辅助点用于测量主要点相对于信息磁道中心线的位置。如果三点法仅用于光束之一，例如记录信息的光束，则三点光栅应当对于其他光束是看不见的。这可以通过用根据本发明的可切换光栅替换常规衍射光栅实现，该可切换光栅在所述其他光束的存在期间切换为关闭。这种三点光栅116可以设置在源单元82和分束器88之间。如果光束组合光栅110也存在，则光栅110和116可以设置在基底118的不同侧，如图6所示。
该器件也可以包括两个三点衍射光栅，每一个用于一个光束，例如在两个光束应当在它们各自的信息面中记录信息的情况。在该情况下，在器件操作期间的任何时间，三点光栅之一被切换为开而另一个关闭，同时对于光束，光栅被指定。
已经对本发明的两种应用进行了描述：用于光学记录技术的可编程光刻掩模和可切换线性衍射光栅。这并不意味着本发明限于这些应用。根据本发明的可切换线性光栅可以用于任何光学系统中，该光学系统中使用沿相同路径传播的两个光束，光束之一必须被衍射，而另一光束则不必被衍射，更一般的，用于其中使用了可切换光栅的任何光学系统中。可编程光栅也可以是二维光栅，即具有第一光栅条纹和第二光栅条纹的光栅，这些光栅条纹彼此不同之处在于它们沿不同的方向例如互相垂直的方向延伸。第一光栅条纹与它们的中间条纹一起设置在第一表面区域中，第二光栅条纹与它们的中间条纹一起设置在第二表面区域中，该第二表面区域与第一表面区域交替。第一和第二表面区域可以是正方形的，并且这些区域的边界可以平行或斜交于整个光栅的边界。
本发明不仅可以用于衍射光栅，而且可以用于任何衍射元件，其由条纹或其他形状的第一区域构成，该第一区域与第二区域交替，以及第一和第二区域显示不同的吸收。这种衍射元件的已知的一个例子为菲涅耳(带)透镜。图7示出了根据本发明的菲涅耳透镜120的实施例。该透镜由第一环形条纹122构成，其与第二环形条纹124交替。第一条纹包括纳米元件126，而第二条纹不包括纳米元件。纳米元件被示出处于弯曲位置，即透镜被切换为开以及第一条纹吸收具有适当偏振的辐射。由于第二条纹不吸收辐射，因此部件作为菲涅耳透镜。如果部件被切换为关，即纳米元件垂直于图纸平面定向，则第一条纹不吸收，部件为平的平行板。为了清楚，仅一些条纹在图7中示出，但是实际上条纹的数目可以大得多。这同样适用于纳米元件的数目。菲涅耳结构可以以与上述对于线性光栅相同的方式制造。

Claims (25)

1.一种空间控制辐射光束(b)强度的可编程光学部件(1)，该部件包括可编程元件，每个可编程元件包括通过驱动场在不弯曲状态(8)和弯曲状态(8’)之间可切换的可弯曲纳米元件(8)，特征在于在不弯曲状态(8)和弯曲状态(8’)之间的可弯曲纳米元件(8)的吸收差别取决于辐射光束(b)的偏振。
2.根据权利要求1的部件，特征在于它包括基底(2)，第一电极部分(4)和第二电极部分(6)的电极构形，该构形限定可编程元件区域，以及在电极构形上方的纳米元件嵌入介质。
3.根据权利要求2的部件，特征在于电绝缘层(10)设置在电极构形(4，6)和纳米元件嵌入介质之间。
4.根据权利要求2的部件，特征在于每个纳米元件(8)设置在纳米元件嵌入介质中，纳米元件嵌入介质是绝缘介质。
5.根据权利要求2的部件，特征在于纳米元件嵌入介质是绝缘流体。
6.根据权利要求2-5中任一权利要求的部件，特征在于第一电极部分(4)和第二电极部分(6)形成一对叉指电极。
7.根据权利要求2-5中任一权利要求的部件，特征在于电极构形(4，6)嵌入在电绝缘层(10)中，电绝缘层(10)也是平面化层(10)，以及纳米元件(8)嵌入介质设置在电绝缘层(10)上。
8.根据权利要求2-5中任一权利要求的部件，特征在于第二电极构形(6)设置在纳米元件(8)嵌入介质的远离面向基底(2)的介质侧的一侧。
9.根据权利要求1-5中任一权利要求的部件，特征在于纳米元件(8)具有在1nm至50nm的范围中的直径。
10.根据权利要求1-5中任一权利要求的部件，特征在于纳米元件(8)是纳米线。
11.根据权利要求1-5中任一权利要求的部件，特征在于纳米元件是纳米管。
12.根据权利要求1-5中任一权利要求的部件，特征在于纳米元件(8)包括半导体材料。
13.根据权利要求11的部件，特征在于纳米管是碳纳米管。
14.根据权利要求13的部件，特征在于纳米管是单壁纳米管。
15.根据权利要求1-5中任一权利要求的部件，特征在于它是透射部件。
16.根据权利要求1-5中任一权利要求的部件，特征在于它是反射部件。
17.根据权利要求1-5中任一权利要求的部件，形成可切换衍射光栅，其中可编程元件具有细长的形状并构成光栅条纹，其与没有纳米元件的中间条纹交替。
18.根据权利要求17的部件，形成线性光栅，其中所有的可编程元件沿相同方向延伸。
19.根据权利要求17的部件，形成二维光栅，二维光栅具有沿第一方向延伸的第一可编程元件以及沿不同于第一方向的第二方向延伸的第二可编程元件，该第一可编程元件设置在第一表面区域中，第二可编程元件设置在与第一表面区域交替的第二表面区域中。
20.根据权利要求1-5中任一权利要求的部件，形成可切换的菲涅耳透镜(120)，其中可编程元件(126)具有环形形状并构成菲涅耳透镜带(124)，其与没有纳米元件的中间环形条纹(122)交替。
21.根据权利要求1-5中任一权利要求的部件，形成具有可变掩模图案的掩模(20)，其中可编程元件构成以二维结构设置的象素。
22.一种器件(80)，用于扫描具有第一信息密度的第一类型光学信息载体(100)以及具有第二信息密度的第二类型光学信息载体(105)，该器件包括辐射源单元(82)，其提供用于同第一类型信息载体(100)配合的具有第一波长的第一辐射光束(86)，和用于同第二类型记录载体(105)配合的具有第二波长的第二辐射光束(87)，和物镜系统(92)，其将第一(86)和第二(87)光束聚焦到第一和第二类型信息载体(100，105)的信息层中的第一和第二扫描点，特征在于它包括如权利要求18所述的至少一个部件。
23.根据权利要求22的器件，特征在于该部件是光束组合衍射光栅并且该光栅设置在下述光路部分的至少之一中：
-在辐射源单元(82)和物镜系统(92)之间，
-在物镜系统(92)和用于从信息层接收辐射的辐射敏感检测系统(97)之间。
24.根据权利要求22或23的器件，特征在于该部件是三点衍射光栅并设置在辐射源单元(82)和物镜系统(92)之间。
25.一种光刻方法，用于在基底(74)的至少一层中制造器件特征，该方法包括通过投影设备(40)将掩模图案转移到基底层中，特征在于使用如权利要求21所述的掩模。
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