TWI619671B - 使用柔性膜遮罩進行奈米製造之方法及設備 - Google Patents

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Abstract

一種用於非習知基板上之奈米製造的設備包括：一圖案化柔性膜，其機械耦接至膜支撐結構；一基板支撐結構，其接收用於處理之基板；以及一致動器，其調整該柔性膜與該基板之間的距離。習知及非習知基板上之奈米製造可藉由如下方式達成：使用轉移探針或非黏附片板將一預成形之圖案化柔性膜轉移至該基板上，接著經由該圖案化柔性膜照射該基板，以便將該柔性膜上之該圖案轉移至該基板中或轉移出該基板。該等設備及方法允許金剛石光子晶體、光纖積體光子器件以及金剛石中之氮空位(NV)中心之製造。

Description

使用柔性膜遮罩進行奈米製造之方法及設備 【相關專利申請案之交互參照】
本申請案根據35 U.S.C.§ 119(e)主張於2014年6月26日申請且標題為「使用保形接觸遮罩之奈米尺度離子植入及精確蝕刻(Nanoscale Ion Implantation and Precision Etching Using Conformal Contact Masks)」的美國申請案第62/017,631號之優先權，該申請案以全文引用之方式併入本文中。
【政府支援】
本發明係在政府支援下、根據國防威脅降低局(Defense Threat Reduction Agency)授予的第HDTRA1-11-1-0022號合約、來自美國空軍科學研究辦公室(Air Force Office of Scientific Research)之青年科學家和工程師總統獎(Presidential Early Career Award in Science & Engineering,PECASE)以及來自NASA之小型企業創新研發計畫(Small Business Technology Transfer,STTR)而進行。政府享有本發明中之某些權利。
以奈米尺度界定圖案之能力在化學、生物學、醫學、電子學、光學、材料科學以及其他領域得到應用。在自上而下之製造處理中，通常首先藉由各種製造方法在抗蝕膜中產生圖案，該等方法尤其包括電子束微影術(EBL)、超紫外線微影術(EUV)、奈米壓模微影術以及嵌段共聚物微影術。隨後可使用乾式蝕刻或剝離將圖案轉移至基板中或基板上。
在此等微影術技術中，通常第一步驟為直接在目標基板之將要圖案化的表面上旋塗抗蝕膜。為使旋塗正常工作，表面應至少在毫米尺 度上為平坦的。然而，在例如量子光子學或光纖積體光子學的多種新興領域中，難以產生均勻平坦的目標基板(例如，金剛石膜或光纖刻面)，進而對使用以旋塗為基礎之製造方法於此等材料上製造高解析度圖案帶來挑戰。
因此，可對製作量子光子器件提出挑戰性，該等量子光子器件常常於200nm厚之金剛石膜上加以製造。一般而言，產生超過100μm尺度的均勻平坦金剛石膜是困難的。另外，歸因於樣本處置之困難，不便於利用如抗蝕劑塗佈、顯影以及酸蝕之濕式處理來處理小金剛石膜。另外，高品質光子器件於此類小金剛石膜上之實現通常涉及奈米精度，該奈米精度不容易由直接的電子束顯影術達成。
近年來已開發出若干方法以試圖克服旋塗之缺點且在非習知基板上製造器件。例如，聚焦離子束(FIB)技術可用於奈米製造，但FIB技術可較慢且可導致非所欲之表面非晶化(amorphitization)、材料再沈積以及鎵植入。若干轉移方法涉及將具有金屬奈米圖案之犧牲層移動至非習知基板上，但此等轉移方法缺乏可控制的佈局準確度。利用紫外線(UV)可固化抗蝕劑的奈米壓模微影術可應用於微米或奈米圖案於光纖刻面上之製造；用於電子束微影術(EBL)之蒸發負抗蝕劑可用於原子力顯微鏡(AFM)懸臂及光纖上的圖案化，但其具有的解析度有限，例如約50nm。
本技術之示範性實施例包括在目標基板上製造奈米尺度圖案及器件之設備及方法，該等目標基板包括可例如歸因於目標基板之不均勻表面而不適於經由旋塗進行抗蝕劑沈積之目標基板。
在一個實例中，一種奈米製造設備包括具有一第一表面及一第二表面之一柔性膜、一膜支撐結構、一基板支撐結構以及一致動器。該柔性膜可具有約100nm至約1μm之一厚度且經圖案化來選擇性地透射其第一表面上的入射輻射，以便將該柔性膜上之圖案轉移至目標基板中。額外層可塗佈於該柔性膜上以達成較小特徵尺寸，及/或增加該柔性膜對該入射輻射之抵抗力。該柔性膜之第二表面亦可粗化以加快該柔性膜之移除。該膜支撐結構係機械耦接至該柔性膜以促進該柔性膜之處置，包括在製造程序期間將該柔性膜固持於適當位置中且移動該柔性膜。該膜支撐結構可 包含一空腔，該空腔可含有使該柔性膜浮動之一液體材料。該基板支撐結構係相對該柔性膜之第二表面安置以接收用於處理之一基板。該致動器可操作地耦接至該膜支撐結構及該基板支撐結構中之至少一者以調整該兩個支撐結構之間的一距離，以便例如將該膜置放於該基板上或將該柔性膜固持於該基板上方。該距離可經由機械力、電磁力或純磁力改變。
所揭示技術之另一實例為一種奈米製造方法。該方法可自提供一目標基板開始，該目標基板可為非習知的，在此意義上該目標基板之表面係不均勻的(例如，粗糙及/或彎曲的)。隨後於該目標基板上安置可具有約100nm至約1μm厚度之一預成形柔性膜。該膜之柔韌性允許該膜與該目標基板之可能不均勻表面之間的保形接觸。將該柔性膜圖案化來選擇性地透射入射輻射以用作一遮罩。一旦該目標基板及該遮罩處於適當位置中，一輻射源即經由該柔性膜選擇性地照射該目標基板之表面。適合的輻射源包括但不限於紫外光源及粒子輻射源，該等粒子輻射源包括蒸氣源、電漿源、離子束源以及電子束源。
可使用至少兩種方法將該預成形柔性膜安置於該目標基板上。第一方法涉及一鎢探針，該鎢探針於探針之尖端上具有諸如聚二甲基矽氧烷之一黏著材料。使該探針緩慢地下降至該柔性膜上，從而引起該黏著材料暫時使該柔性膜黏結至該探針尖端。隨後快速提起該探針來移動該柔性膜。隨後使該探針與該柔性膜一起下降至該目標基板上，且相對於該目標基板旋轉以使該柔性膜釋放至該目標基板上。在第二方法中，將由例如聚四氟乙烯製成的一非黏附片板安置於支撐該預成形柔性膜之一膜支撐結構下方。蝕刻去除該膜支撐結構引起該柔性膜落於該非黏附片板上。隨後可藉由以下方式將該柔性膜安置於該目標基板上：將該非黏附片板與該目標基板對準且向下按壓以使該柔性膜自該非黏附片板釋放至該目標基板之表面上。
該目標基板可為一金剛石膜，該金剛石膜具有小於300nm之一厚度及大於1000之一縱橫比(尺寸與厚度之比率)。一柔性膜可安置於該金剛石膜上以作為一遮罩，該柔性膜包含利用另一氧化鉻或氧化鋁層塗佈的一矽層。該柔性膜在其安置於該金剛石膜上之前可經圖案化而具有複 數個孔(例如，週期結構陣列佈置)。使用氧電漿蝕刻該金剛石膜使該柔性膜上之圖案轉移至該金剛石膜中，從而產生可用於光學通訊或其他應用的一金剛石光子晶體。
根據另一實例，該目標基板可為一光纖刻面，在該光纖刻面上可製造奈米尺度光子器件。在此實例中，在將該柔性膜安置於該光纖刻面上之後，一金屬(例如，金)之層可經由熱蒸發或電子束蒸發來選擇性地沈積於該光纖刻面上。隨後可使用一鎢尖端機械移除該柔性膜，從而使金屬結構(例如，金點陣列)留在該刻面上且實現一光纖積體光子器件。
根據又一實例，該目標基板可為具有高純度之一塊狀金剛石。一柔性膜可安置於該金剛石上，該柔性膜包含利用一氧化鋁層保形塗佈的一矽基底層。該保形層可使該基底層上之孔徑尺寸自約50nm減少至約1nm，進而在該目標基板上產生較精細圖案。N15離子隨後可經由該柔性膜照射至該金剛石上，從而在該金剛石中形成緊密間隔氮空位(NV)中心，以便產生適用於量子資訊處理中之器件。
在又一實例中，提供一種奈米製造遮罩。該遮罩可基於由矽製成的一柔性膜。該膜之厚度可為約100nm至約5μm，且縱橫比可大於1000。將一圖案寫入該柔性膜，以便該膜可用來使來自一輻射源之入射輻射選擇性地透射至相對該膜安置的一基板上。該圖案可包括一或多個孔徑，該一或多個孔徑中每一者可具有約1nm至約100nm之一寬度。
應理解，前述概念及以下更詳細論述的其他概念之所有組合(前提是此等概念不會互不一致)均被視為本文所揭示之發明主題的一部分。詳言之，本揭示內容結尾處出現的所請求標的之所有組合均被視為本文所揭示之發明主題的一部分。亦應理解，本文明確使用的、亦可在以引用方式併入的任何揭示內容中出現的術語應符合與本文所揭示之特定概念最為一致的含義。
熟練技藝人士將理解，圖式主要用於例示性目的且並不意欲限制本文所述之發明主題之範疇。圖式未必按比例繪製；在一些情況下，本文所揭示之發明主題之各種態樣可在圖式中誇示或放大展示，以便促進 對不同特徵之理解。在圖式中，相同元件字符大體上指代相同特徵(例如，功能上類似及/或結構上類似的元件)。
圖1A至圖1D展示用於製作適於圖案化習知及非習知基板之柔性膜遮罩的製程。
圖2展示奈米製造設備之示意圖，該奈米製造設備具有固持柔性膜之膜支撐結構及固持目標基板之基板支撐結構。
圖3A至圖3G展示可用於類似於圖2中所示者的奈米製造設備的柔性膜之實例。
圖4展示類似於圖2中所示者的奈米製造設備之示意圖，其中柔性膜經彎曲來配合目標基板之可能的非習知表面。
圖5展示類似於圖2中所示者的奈米製造設備之示意圖，所不同的是膜支撐結構包含使柔性膜浮動的液體。
圖6展示類似於圖5中所示者的奈米製造設備之示意圖，其中柔性膜經彎曲來配合目標基板之可能的非習知表面。
圖7A至圖7F展示使用柔性膜、探針尖端以及蝕刻的奈米製造之方法。
圖8A至圖8C展示可用於類似於圖7A至圖7F中所示者的奈米製造程序的膜轉移方法。
圖9A至圖9D展示可用於類似於圖7A至圖7F中所示者的奈米製造程序的另一膜轉移方法。
圖10為毫米尺度膜之照片，該膜係使用圖9A至圖9D中所示之膜轉移方法來轉移至石英件上。
圖11展示使用圖7A至圖7F中所示之方法製造的金剛石光子晶體之掃描電子顯微鏡(SEM)影像。
圖12為展示用於類似於圖11中所示者的金剛石光子晶體之共振峰的量測透射光譜之繪圖。
圖13A至圖13C展示使用圖7A至圖7F中所示之方法製造的金剛石光子器件。
圖14A至圖14C展示包括乾式剝離步驟的示範性奈米製造 方法。
圖15A展示具有柔性膜之光纖的影像，該柔性膜係使用圖14A至圖14C中所示之方法來安置於光纖刻面上。
圖15B展示使用圖14A至圖14C中所示之方法產生的金點陣列之影像。
圖16A至圖16C展示使用圖14A至圖14C中所示之方法製造的金剛石光子器件。
圖17A至圖17C展示包括離子植入步驟的示範性奈米製造方法。
圖18A至圖18B展示可用於類似於圖17A至圖17C中所示者的方法的柔性膜之影像。
圖19A至圖19B展示使用類似於圖17A至圖17C中所示者的方法植入金剛石中的氮空位(NV)中心之螢光影像。
圖19C至圖19E展示對使用類似於圖17A至圖17C中所示者的方法植入的NV中心之間距的分析。
本文揭示可用來圖案化習知及非習知基板之設備及方法，該等基板包括具有不規則形狀、不均勻表面以及小面積之基板。預成形柔性膜係用作將柔性膜上之圖案轉移至基板的遮罩。膜可於平坦表面上形成且隨後轉移至基板。膜之柔韌性允許膜與基板之間的保形接觸，進而允許圖案至基板的高保真度轉移，即使基板為粗糙、不平坦或彎曲的。
柔性膜遮罩
圖1A至圖1D展示製作適於圖案化習知及非習知基板之柔性膜的製程100。在製程100中，首先製備絕緣體上矽(SOI)基板101，如圖1A中所示。基板101包括第一矽層110、氧化矽(SiO2)層120、第二矽層130以及抗蝕劑層140。如此項技術中容易理解的，抗蝕劑層140可經由例如旋塗技術來塗佈於第二矽層130上。
圖1B展示圖案化步驟，其中將圖案(例如，一或多個孔徑、狹縫、孔陣列等等)寫入抗蝕劑層140中。圖案化可由例如光微影術、電子 束微影術(EBL)或奈米壓模微影術達成。對於光微影術製程而言，遮罩(例如，具有鉻層之玻璃)可用來過濾紫外(UV)輻射且於抗蝕劑層140上達成選擇性蝕刻。EBL可利用電子束之波粒二象性且使用高能電子束產生奈米範圍內之圖案。作為一實例，對於100keV電子而言，相應波長約0.012nm。亦稱為接觸印刷法的奈米壓模微影術可類似於光微影術，所不同的是光罩(例如，具有鉻層之玻璃)係與抗蝕劑層直接接觸，以便使解析度可與UV輻射之波長情況相當。
如圖1C中所示，具有已圖案化抗蝕劑層140之SOI基板隨後可經歷蝕刻步驟，以便使抗蝕劑層140上之圖案轉移至第二矽層130中。蝕刻步驟可為例如反應離子蝕刻(RIE)，其中可使用化學反應性電漿來選擇性地移除材料。該等電漿可在氣體中由電磁場(例如，射頻波)產生。不同氣體可用來移除不同材料。例如，矽可由自O2及SF6之組合或HBr、Cl2以及O2之組合產生的電漿蝕刻。為移除二氧化矽，可使用CF4/O2或CF4/CHF3/Ar之氣體混合物。
圖1D展示大體上移除抗蝕劑層140及氧化矽層120以便製備圖案化第二矽層130供進一步使用的步驟。抗蝕劑層140可由溶劑移除，該等溶劑諸如丙酮、三氯乙烯(TCE)、基於酚之剝除劑(例如，Indus-Ri-Chem J-100)、甲基乙基酮(MEK)、CH3COC2H5、甲基異丁基酮(MIBK)、CH3COC4H9或此項技術中已知的任何其他溶劑。可使用氫氟酸(HF)經由例如化學基蝕(undercutting)來蝕刻去除第二矽層130下方的氧化矽層120，該氫氟酸係與氧化矽反應而不與矽反應。在此步驟之後，下文中稱為柔性膜的圖案化第二矽層130隨後可轉移至目標基板且在後一製造製程中用作遮罩。
使用柔性膜遮罩的奈米製造設備
圖2展示根據一個示範性實施例之製造設備200。製造設備200包括圖案化柔性膜210，該柔性膜具有第一表面212及第二表面214。柔性膜210可具有約100nm至約5μm之厚度，該厚度取決於特定應用；例如，該膜可較厚以耐受較強烈輻射或較長暴露時間。第一表面212面向由輻射源201遞送的入射輻射1，以便將柔性膜210上之圖案轉移至基板2。圖案可產生於基板2之表面上(例如，蝕刻)或基板2之整體中(例如，離子 植入)或兩者均可(例如，沈積與擴散)。膜支撐結構220在製造期間將柔性膜210固持於適當位置中。柔性膜210及支撐結構220可經由一或多個錨固點222、黏著材料(圖中未示)或此項技術中已知的任何其他適合的耦接機構來耦接。支撐結構230固持面向柔性膜210之第二表面214的基板2。一或多個致動器240(例如，電致動器、壓電致動器、液壓流體致動器或氣動壓力致動器)可操作地耦接至膜支撐結構220、基板支撐結構230或膜支撐結構220及基板支撐結構230兩者，以相對於基板支撐結構230來定位膜支撐結構220。
柔性膜210可由矽製成且可使用類似於圖1A至圖1D中所示者的方法形成於另一基板(未圖示)上。柔性膜上之圖案可包含將入射輻射透射至基板2的至少一個孔徑，且孔徑可具有約1nm至約100nm之寬度。
可使用製造設備200或使用單獨設備或系統(未圖示)來形成柔性膜210。一旦已形成柔性膜210，則該柔性膜可附接至膜支撐結構220。例如，圖案化柔性膜210可自產生其的平坦基板表面轉移至製造設備200。柔性膜210亦可自中間表面轉移至製造設備200，該柔性膜210在其得以製造之後安置於該中間表面上。圖案化柔性膜210亦可在製造設備200中直接產生於主基板(未圖示)上，隨後緊固至膜支撐結構220。隨後移除主基板，以便插入用於處理之目標基板2。例如，主基板可為圖1A至圖1D中所示之SOI基板101。柔性膜210可由例如一或多個錨固點來緊固至膜支撐結構。隨後，可藉由化學蝕刻(例如，使用HF酸)移除氧化矽層，且可機械地移除剩餘部分，從而留下耦接至膜支撐結構220的圖案化矽層。
柔性膜210之尺寸可取決於目標基板而處於寬範圍內。柔性膜210可具有約1”、2”、3”、4”、5”、6”、8”、12”或18”之直徑，以便大體與標準晶圓尺寸相同。柔性膜亦可大於目標基板2，以便覆蓋基板之整個區域。在其他情境下，例如，當僅在目標基板2之一部分上執行製造時，柔性膜210則可小於目標基板2。
在另一實例中，柔性膜210之直徑可較小，例如處於毫米或微米範圍內，以便配合諸如光纖刻面、半導體雷射之部分或金剛石膜之非習知的目標基板。柔性膜210亦可具有各種形狀，該等形狀包括圓形、正 方形、矩形或可配合目標基板之形狀的任何其他形狀。或者柔性膜210可大於目標基板2，因此可覆蓋表面中將要處理之特定部分，在此種狀況下，柔性膜之形狀可更為可撓。柔性膜210之縱橫比可大於10,000，該縱橫比係定義為長度或直徑與厚度之比率。
在製造設備200中，柔性膜210可為可拋棄或可再用的。在一個實例中，在每一製造週期之後，可將新的可拋棄式柔性膜轉移至膜支撐結構220中。在另一實例中，柔性膜210可抵抗入射輻射且該柔性膜之多次使用係可行的。在此狀況下，在每一製造週期之後，可移除所製造的基板且可提供新基板以用於處理，進而實現快速及成本有效的製造。在此情境下，可根據需要清潔且置換膜。例如，有機污染物薄層可累積於膜之表面上且稍後在製造製程中引起黏著問題。短暫的侵蝕性氧電漿處理可用來移除有機污染物並清潔膜。
柔性膜210可包含兩層：基底層211及塗層213，如圖3A中所示。基底層211可由矽製成且利用諸如EBL、EUV、奈米壓模微影術或嵌段共聚物微影術之技術來圖案化。將塗層213保形地沈積於基底層211上以減小膜上圖案之特徵大小。在一個實例中，Si基底層211上之圖案可包含複數個狹縫，且Al2O3之塗層213可經由原子層沈積(ALD)製程來保形地沈積於基底層及該等狹縫之內表面上。使用此方法，基底層211中之50nm狹縫可小到1.2nm，進而允許離子植入(例如，如圖18A至圖18B中所示，其在以下更詳細地描述)中的高精度圖案化。在此實例中達成的狹縫之深度與寬度比率可等於或大於300。此外，對特徵尺寸而言，此雙層技術可為完全可控制的。對於不同應用而言，可沈積不同厚度的塗層213以達成不同特徵尺寸，精度為大約1nm。
柔性膜210之第二表面214可在形成期間或在形成之後加以粗化，如圖3B中所示。在操作中，粗化表面可減小垂直於膜表面之方向上的黏著力，進而防止膜黏著至基板支撐結構230上的基板2。例如，當柔性膜210被設計成可再用時，此舉可促進所製造的基板自柔性膜210之移除及插入用於製造之新目標基板。粗化表面亦可增加平行於膜210與基板2之間的膜表面之摩擦力，以便防止膜210在製造期間側向滑動。第二表面 214之表面粗糙度可為約10nm至約500nm，該粗糙度係以偏離中線之輪廓高度偏差之均方根(RMS)平均值來界定。此可由以下方法中之一或多者引入：諸如浮石洗滌之機械磨光、使用酸選擇性腐蝕表面的化學蝕刻，或反應性離子蝕刻(RIE)。
圖3C展示的是，柔性膜210可進一步包含第二表面214上之一或多個間隔部215，以將膜支撐於目標基板2之表面上。產生間隔部215的一個方式為，在用於製作柔性膜210之SOI基板101上製造波紋狀氧化矽層120。圖3D展示SOI基板101，其中氧化矽層120在其與第二矽層130接觸的表面上具有複數個突出部122。突出部122可在製備SOI基板時由例如選擇性沈積產生。在圖1A至圖1D中所例示之方法中使用此SOI基板101，所得柔性膜210(圖案化矽層130)可因而具有複數個間隔部215，該等間隔部為突出部122之「反色調圖案(reverse tone)」。在此方法中，間隔部215可包含與柔性膜210相同的材料。產生間隔部215的另一方式涉及在製作柔性膜之後(例如，在圖1D中所示之步驟後)的沈積步驟。以此方式，間隔部可包含與柔性膜自身不同的材料。例如，間隔部215可由化學氣相沈積(CVD)產生且可包含尤其包括矽、碳纖維、氧化矽、鎢、氮化矽、氮氧化矽或氮化鈦的材料。間隔部215之高度可為約10nm至約5μm，其取決於膜之厚度及特定製造製程。間隔部215之數目可由膜210之尺寸、目標基板表面之條件及/或所要對準精度來決定。
在操作中，間隔部215之一個可能用途為在蝕刻期間製造具有較寬筆直側壁之孔，如圖3E及圖3F中所示。在柔性膜210與目標基板2之間由間隔部215分離的適合距離可幫助製造孔3，該等孔具有大體上垂直於基板表面之內壁(圖3E)。相比較而言，圖3F展示其中柔性膜210與基板2直接接觸之組態。對於某些慢異向性蝕刻技術而言，所得孔之內壁可具有倒金字塔形。為達成類似益處，間隔部215亦可經由沈積來安置於目標基板2之表面上。
間隔部215之另一可能用途為使柔性膜210與目標基板2快速並準確對準，如圖3G中所示。柔性膜210可具有複數個間隔部215(「凸榫(tenon)」)，且目標基板2可具有複數個孔215a(「榫眼(mortise)」)，該等 孔可接收間隔部215以便將柔性膜210固定在所要定位上。間隔部215與孔215a之間的對映沒有必要為一對一。在操作中，兩個或三個孔可足以固定柔性膜210。在製造目標基板2之後，該等孔可再次用來使所製造的器件與其他器件對準，該等其他器件可包括配合孔3的一或多個突出部。因為可將所製造的器件快速且準確地整合於系統之其餘部分，所以此快速對準可在目標基板為光子器件(例如，半導體雷射)之一部分時為尤其有利的。
製造設備200中之致動器240調整目標基板2與柔性膜210之間的距離。在製造製程期間，致動器240使目標基板2與柔性膜210接合在一起，例如，以使得柔性膜210觸碰基板2或擱置於基板2上或以使得柔性膜210懸置於基板2之上。在製造之後，致動器240可使目標基板與柔性膜分離，以便插入用於製造之新膜或置換可拋棄式膜。致動器240在製造期間亦可使膜與基板分開，例如以便執行品質檢查。
致動器240可朝向基板支撐結構230移動膜支撐結構220，或反之亦然。亦可能同時移動膜支撐結構220及基板支撐結構230兩者。
致動器240可經由以下力中之一或多種力來定位膜支撐結構220或基板支撐結構230：機械力、電磁力、磁力或此項技術中已知的任何其他力。在一個實例中，致動器240可包含可機械耦接至支撐結構的平移台。該平移台可允許在一維、二維或三維上的移動。對於一維平台而言，該移動可沿大致上垂直於柔性膜210之表面的方向，以便調整柔性膜與目標基板2之間的距離。對於二維平台而言，另一維度可大致上平行於柔性膜之表面，以便允許柔性膜210與目標基板2之間的側向對準。可利用類似於調節螺釘、測微頭或電動致動器之精度線性致動器來控制此平台位置。
在另一實例中，致動器240可包含線圈，且膜支撐結構220或基板支撐結構230可包含回應於磁場的一塊磁性材料(例如，鐵、鋼、鎳、鈷或釓)。可經由線圈提供電流以產生移動支撐結構中之一或兩者的電磁力。在又一實例中，線圈可由永久磁鐵置換，從而可藉由例如調整永久磁鐵與支撐結構之間的距離來移動支撐結構。
膜支撐結構220亦可確定或影響柔性膜之形狀。在一個示範性實施例中，膜支撐結構220可經由側向拉伸力將柔性膜固持成大體平坦 之狀態(例如，膜支撐結構220可使柔性膜210拉緊)。在另一示範性實施例中，柔性膜210可處於彎曲狀態，如圖4中所示。柔性膜210之彎曲形狀可由重力(例如，柔性膜210可自膜支撐結構220下垂)或由膜支撐結構220施加於柔性膜210上的壓縮力達成。在操作中，當使基板2及柔性膜210接合在一起以彼此接觸時，歸因於柔性膜之柔韌性，其符合基板表面之形狀且進而保形地覆蓋用於製造之基板。
圖5展示製造設備，其中膜支撐結構220包含含有液體250之空腔。在一個實例中，液體可為使柔性膜210浮動的水、乙醇或異丙醇。在另一實例中，液體250可用作濕式蝕刻製程之一部分；在此實例中，液體可為氫氧化鉀(KOH)、鄰苯二酚乙二胺(EDP)、氫氧化四甲銨(TMAH)或此項技術中已知的任何其他蝕刻化學品。
液體250亦可與致動器240一起使用或替代致動器240，以相對於基板2移動柔性膜210。根據一個實例，液體250可使柔性膜210向下浮動至用於製造之目標基板且在製造之後使膜向上浮動。根據另一實例，液體250可使基板支撐結構230或基板2浮動以調整其相對於柔性膜210之位置。浮動可藉由例如改變液位來調整。液體250之密度亦可藉由例如添加鹽來微調，以便匹配柔性膜210、基板支撐結構240或基板自身之密度來提供足夠的浮力。液體250之致動功能可單獨使用或與諸如機械、電磁或磁性致動之其他機構組合使用。
圖6展示奈米製造設備，其中柔性膜210係經由液體250之流體力彎曲。彎曲形狀可匹配具有彎曲表面之基板。柔性膜210之曲率可由致動器(未圖示)產生並調整。致動器可調整液位，以便改變柔性膜210之形狀。例如，使液位下降至錨固點222下方可產生指向目標基板2之向內曲率。類似地，使液位上升至錨固點上方可導致指向遠離目標基板2之向外曲率。
柔性膜210之表面曲率亦可藉由微調液體250之內聚力與黏著力之間的相對強度來改變。例如，當液體250之內聚力強於液體250對容器壁之黏著力時，液體表面可向下凹以便減少與壁之表面的接觸。歸因於膜之柔韌性，凹狀液體表面可使柔性膜210展佈成大體上相同形狀。在 另一實例中，當液體250對壁之黏著力強於液體250之內聚力時，液體更加被吸引至壁，從而產生柔性膜210之向上凹面及相應地產生向上曲率。
致動器亦可藉由改變膜支撐結構220來改變柔性膜210之形狀。例如，可藉由縮短錨固點222之間的距離來增加曲率。
使用可轉移膜遮罩的奈米製造
圖7A至圖7D展示根據一個示範性實施例的使用可轉移膜遮罩720之奈米製造方法。該方法自目標基板710開始，該目標基板意欲加以製造且可安置於支撐件740上，如圖7A中所示。下一步驟為將預成形柔性膜720安置於目標基板710上，如圖7B中所示。預成形柔性膜720經圖案化來選擇性地透射入射輻射，該入射輻射可使柔性膜720上之圖案轉移至目標基板710中。預成形柔性膜720之厚度可為約100nm至約5μm，其取決於製造參數。例如，膜720可較厚以耐受較強輻射或較長暴露時間。
在預成形柔性膜720及目標基板710處於適當位置之後，輻射源(未圖示)利用輻射750照射預成形柔性膜720，以便選擇性地照射目標基板之表面並產生所要圖案，如圖7C中所示。在此步驟中，預成形柔性膜720用作遮罩。輻射750可包含電磁輻射、帶電粒子輻射或中性粒子輻射以在目標基板710上產生圖案。電磁輻射可包含例如來自軟X射線雷射、高諧波產生(HHG)或自由電子雷射(FEL)之軟X射線；來自準分子雷射或基於雷射之電漿光源之極紫外線(EUV)輻射；來自固態雷射之可見光及紅外光；或熱輻射。帶電粒子輻射可包括例如：如用於電漿蝕刻或沈積之電漿、如用於離子植入之離子輻射，或如用於材料表面處理之電子束。中性粒子輻射可包含但不限於：用於金屬沈積之金屬粒子；用於乾式蝕刻之諸如氟碳化合物、氯或三氯化硼的反應氣體；用於表面處理之中性粒子束；或用於材料測試之中子束。輻射750亦可包含多於一種的以上提及之輻射類型之組合。
圖7D展示另一步驟，其中蝕刻去除支撐件740之一部分，以使得所製造的目標基板710係由一或多個支撐點742懸置。在操作中，該懸置可用來將所製造的可為光子器件之目標基板轉移且對準於另一器件或系統中。支撐件740及柔性膜720可包含相同材料(例如，矽)且可以單一 蝕刻步驟(例如，SF6電漿蝕刻)蝕刻去除，如圖7D中所示。或者，柔性膜720在製造之後可停留於目標基板710上且成為所製造器件之一部分。
目標基板710可具有難以利用可圖案化成遮罩之均勻抗蝕膜旋塗的非習知表面，進而防止使用習知技術將目標基板710圖案化。非習知表面可為粗糙的(參見圖7E)，例如，目標基板710之RMS表面粗糙度可大於100nm。基板之表面亦可為彎曲的，如圖7F中所示。例如，該表面可為球形、圓柱形、抛物線形、雙曲線形或任何其他形狀。在旋塗之狀況下，目標基板710之表面可為粗糙且彎曲的。具有非習知表面之目標基板包括但不限於金剛石、藍寶石、碳化矽、光纖刻面以及半導體裝置之一部分(例如，半導體雷射、二極體、波導、電晶體等等)。歸因於柔性膜720之柔韌性，該柔性膜在安置於目標基板710上時可保形地遵循目標基板710之表面構型，且因此允許使用膜作為遮罩的後續製造。
柔性膜720可根據圖1A至圖1D中所示之方法於另一基板(未圖示)上製造。在一個實例中，利用在溶劑中稀釋(例如，在甲氧苯中1：3稀釋)的ZEP-520A電子束抗蝕劑，以3000rpm來旋塗220nm厚的SOI基板歷時45秒，接著在180℃下在電熱板上烘焙3分鐘來達成60nm的遮罩層。在於電子束寫入器(例如，以100kV操作的JEOL JBX6300FS電子束寫入器)中之EBL暴露後，在低溫(例如，-15℃)下顯影樣本。抗蝕劑稀釋及在低溫下顯影兩者均可改良牛津感應耦合電漿(ICP)蝕刻劑(SF6及O2在-100℃之混合物)之矽圖案轉移準確度，其中將電子束抗蝕劑下方的矽層圖案化以便形成可用於方法700中之柔性膜。
將預成形柔性膜720安置於目標基板上可由至少兩種方法達成。在第一方法中，可使用轉移探針730，該轉移探針在探針尖端732上包含黏著材料734。降低轉移探針730且將其按壓至柔性膜上可使黏著材料734變形並增加黏著材料734與膜720之間的接觸面積。較大接觸面積導致較強黏著力(例如，凡德瓦爾力)，進而使得可能藉由以大於下降速度的速度提起轉移探針730來移動預成形柔性膜720。例如，提起速度可大於1μm/s。在柔性膜離開其支撐表面之後，按壓力可減少且黏著材料734傾向於鬆弛回到其先前形態。因此，黏著劑-膜接觸面積可收縮，從而減小黏著力。為 將柔性膜720安置於目標基板710上，將探針730及柔性膜720一起下降至目標基板710且旋轉以便自探針730釋放預成形柔性膜720。
黏著材料734可包含諸如聚二甲基矽氧烷(PDMS)之柔性聚合物，且探針尖端732可包含鎢、鋼、玻璃或具有足夠機械強度之其他材料。在一個實例中，首先將具有0.5μm尖端半徑之鎢探針730之尖端浸入未固化PDMS凝膠中。在自凝膠移除尖端之後，一滴PDMS(微PDMS)仍然附接在尖端之最尖點附近。PDMS微滴隨後在暖氣中吹乾且形成附接至鎢尖端的半球。PDMS半球尺寸可藉由調整尖端浸入PDMS凝膠中之角度及深度來控制。圖8A例示在空氣中附接有鎢尖端732上之微PDMS黏著劑734的矽遮罩720。圖8B展示轉移探針730之照片，該轉移探針包含鎢尖端及微PDMS黏著劑。圖8C展示附接有矽遮罩720(由虛線標記)之轉移探針730。
在第二方法中，可利用非黏附片板930轉移預成形柔性膜720，如圖9A至圖9D中所示。可將非黏附片板930安置於膜支撐結構920下方，柔性膜910被置放於膜支撐結構上(圖9A)。在一個實例中，膜支撐結構920可為基板，柔性膜910在該基板上產生或圖案化。在另一實例中，膜支撐結構920可為中間表面，柔性膜910在轉移至目標基板之前暫時安置於中間表面上。
在一個實例中，此轉移方法中的下一步驟為經由液體蝕刻化學品940蝕刻去除膜支撐結構920，如圖9B中所示。在操作中，蝕刻化學品940逐漸移除膜支撐結構，以便將柔性膜910釋放於蝕刻化學品940中。如圖9C中所示，蝕刻化學品940可具有小於柔性膜910之密度的密度，因此在蝕刻去除支撐結構920時，該柔性膜可下沈至非黏附片板930上。然而，在另一實例中，蝕刻化學品940之密度可超過柔性膜910之密度，在此狀況下柔性膜910在蝕刻化學品940中或其表面上浮動。使柔性膜910下降至非黏附片板930可藉由將蝕刻化學品940排出容器950直至柔性膜910與非黏附片板930接觸來實現。或者，非黏附片板可上升以接收柔性膜910。膜支撐結構920可包含氧化矽且非黏附片板930可包含聚四氟乙烯(PTFE)。蝕刻化學品940可因此包含氫氟酸(HF)，該氫氟酸可蝕刻氧化矽 而不蝕刻PTFE。可利用去離子水沖洗殘餘HF。
在另一實例中，膜支撐結構920可由乾式蝕刻方法蝕刻去除。例如，可利用蝕刻膜支撐結構920，而不蝕刻非黏附片板930或柔性膜910的輻射來照射膜支撐結構920。在移除膜支撐結構920時，重力使柔性膜910落於非黏附片板930之表面上。
如圖9D中所示，此轉移方法中的下一步驟為將非黏附片板930與目標基板960對準且向下按壓至目標基板960，以便將柔性膜910釋放至目標基板960上。亦可能按壓目標基板960抵靠柔性膜910，在此狀況下，所組裝的非黏附片板930及柔性膜910將面朝上，如圖9C中。
圖10展示使用PTFE片板(灰色背景)轉移至一塊石英710上的兩毫米尺度遮罩720之影像。此方法可允許較大膜(例如，具有1吋至18吋直徑)之轉移，因為柔性膜910可藉由例如微調蝕刻速度以完全受控制方式來下降至非黏附片板930上。非黏附片板930亦可製成極大的(例如，大約數平方公尺之面積)，以便固持柔性膜910。
柔性膜910與非黏附片板930之間的黏著力可弱於柔性膜910與目標基板960之間的黏著力，從而有助於將柔性膜910釋放至目標基板960上。
柔性膜910具有第一表面912及第二表面914(參見圖9A至9D)。第一表面912可與目標基板960接觸(例如，圖9D)。第二表面914可與支撐結構920接觸且可加以粗化(例如，圖3B)。在操作中，粗化表面可減小垂直於膜表面之方向上的黏著力，由此加快圖9D中所示之膜釋放。第二表面914上之表面粗糙度可由以下方法中之一或多者來引入：諸如浮石洗滌之機械磨光、使用酸選擇性腐蝕表面的化學蝕刻，或反應性離子蝕刻(RIE)。
使用可轉移膜遮罩的金剛石光子晶體之製造
在一個實例中，目標基板可為金剛石膜，該金剛石膜可製造於光子晶體或其他光子器件中。金剛石光子晶體(PC)在新興領域中具有廣泛應用。例如，耦接至氮空位(NV)中心之金剛石PC空腔可用於量子記憶、量子光子處理以及感測壓力、電磁場以及溫度。金剛石材料系統亦在機械學、 非線性光學、量子資訊處理以及感測技術中具有眾多其他應用。
然而，金剛石膜上之積體PC器件之實現由於至少兩個原因仍然面臨挑戰。首先，通常難以產生超過100μm尺度的均勻平坦金剛石膜，且因此難以旋塗可圖案化成遮罩以用於膜之進一步製造的均勻抗蝕膜。其次，即使旋塗係可行的，金剛石膜與塗佈膜之間的表面黏結可為較弱的且塗佈膜可在旋塗製程期間滑出該膜。
圖7A至圖7D中所例示之方法至少部分地解決此等挑戰。再次參考圖7A，目標基板710可為金剛石膜，該金剛石膜具有小於300nm之厚度及約10μm至約500μm之側向尺寸(例如，直徑、側邊長度、對角線長度等等)，因此可定義為尺寸與厚度之比率的縱橫比可大於1000。在此等尺寸的情況下，金剛石膜傾向於具有不適於旋塗之不均勻表面。預成形柔性膜720可使用旋塗技術在具有平坦表面的另一基板上由矽製成，且藉由如上所述的電子束微影術(EBL)及低溫蝕刻來圖案化而具有複數個孔加。該複數個孔可以週期結構陣列佈置且該週期結構之週期可為例如約200nm。
產生圖案化柔性膜720後，使用包含附接至鎢尖端732之微PDMS黏著劑734的轉移探針730來將柔性膜720安置於金剛石膜710上，如關於圖8A至圖8C更詳細地展示並描述。為在金剛石膜720上蝕刻圖案，氧電漿可用作輻射750。氧電漿可經由例如利用氧氣的射頻(RF)共振來產生，如此項技術中所理解。隨後可使用鎢尖端732來機械移除矽柔性膜720。可使用等向性SF6電漿蝕刻去除所製造金剛石膜710(現為金剛石光子晶體)下方的矽之一部分，以便使金剛石膜710懸置於所蝕刻表面上。此方法可與低至數十平方微米之樣本尺寸相容。例如，可使用此方法圖案化具有15μm×25μm面積的金剛石膜。
圖11展示根據圖7A至圖7D中所例示之方法製造的具有L7空腔(具有七個缺漏孔(missing hole)之PC空腔)之金剛石光子晶體的影像。在金剛石膜上製造小於300nm厚的L7空腔。金剛石膜之直徑可為10μm至500μm(圖11中僅展示一部分)。所製造圖案界定週期小於250nm之孔陣列。圖12為用於類似於圖11中所示者的金剛石光子晶體之量測透射光 譜之繪圖。該光譜具有約623.3nm之尖銳共振峰。根據透射光譜，空腔之品質因數(Q)可由Q=λ/△λ得出，其中λ為共振峰之中心波長且△λ為共振峰之半峰全幅值(FWHM)。在圖12中，共振峰具有約623.3nm之中心波長及約0.13之FWHM，進而指示高達4700之Q因數。具有高Q因數之空腔可例如作為窄帶通濾波器來操作且可用來建立開閉光開關。如此達成的高Q因數可至少部分地有助於自柔性膜至金剛石膜上之圖案轉移的高保真度。
柔性膜720亦可多次再用於乾式蝕刻。在氧電漿蝕刻金剛石膜之狀況下，矽蝕刻速率可為可忽略的，而金剛石之典型蝕刻速率可為每小時1.8μm。根據實驗，在正常操作條件下，在1小時之氧電漿蝕刻後未觀察到柔性膜厚度之可見改變。
為促進柔性膜720之多次使用，膜支撐結構可用來固持膜(例如，如圖2及圖4至圖6中所示)，且可使所製造金剛石膜710與支撐件740一起下降以自柔性膜720釋放金剛石膜710。隨後，可將新鮮金剛石膜安置於支撐件上且朝向柔性膜720向上移動以供製造。或當移除所製造金剛石膜且將一塊新的金剛石膜710置放於支撐件740上以用於處理時，轉移探針730可用來暫時提起柔性膜720。
另外，可利用一或多種抗蝕刻材料塗佈矽柔性膜720之表面，以進一步保護該表面不受輻射750腐蝕，進而延長柔性膜720之壽命供多次使用。例如，由電子束或熱蒸發沈積的鉻可使矽遮罩更可抵抗氟化氣體之蝕刻。類似地，由原子層沈積(ALD)沈積的氧化鋁可保護膜免受氯蝕刻。
可在柔性膜720上產生不同圖案以製造達成各種功能之金剛石光子晶體。圖13A至圖13C展示使用以上提及的技術製造的金剛石光子器件之若干實例。圖13A展示光波長尺度之圓形奈米束空腔。此種類型的共振器可允許光子之晶片上操縱，且因而可建立用於光學通訊系統及量子通訊系統之區塊。例如，此等器件可與微電子器件並排整合以允許實現快速、低功率的通訊系統。圖13B展示奈米線波導，該奈米線波導可用於例如單一光子偵測或電光調變。圖13C展示圓形光子晶體空腔，該光子晶體空腔可經工程化來與用於量子資訊處理器之氮空位(NV)中心相互作用。
使用可轉移膜遮罩的剝離及反色調圖案化
圖14A至圖14C展示使用柔性膜720作為遮罩之奈米解析度剝離及反色調圖案轉移技術，該技術可幫助解決以上提及的挑戰以及與習知剝離技術相關聯的挑戰。一般而言，剝離可由溶解遮罩之溶劑達成。若遮罩難以解析，則可使用額外超聲波處理及/或加熱步驟來弱化遮罩與基板之間的黏結。
根據圖14A至圖14C中所示之方法，可自產生矽遮罩720之基板或安置該矽遮罩之中間表面將該矽遮罩轉移至目標基板710上(圖14A)，該目標基板可為光纖刻面。可使用如之前圖7中所述的轉移探針(此情況未圖示)來移動柔性膜720。下一步驟為將器件材料760選擇性地沈積於目標基板710上，如圖14B中所示。該器件材料可為金屬(例如，金)或電介質(例如，SiC或金剛石)，其取決於器件之目的而定。該沈積可由以下技術中之一或多種達成：熱噴塗、物理氣相沈積(例如，離子佈植、離子植入、濺鍍或雷射包覆)以及化學氣相沈積(例如，電漿增強CVD、低壓CVD、雷射增強CVD、活性反應性蒸發、離子束或雷射蒸發)。
圖14C展示剝離步驟，其中由鎢尖端770機械移除柔性膜720，從而使由器件材料760界定的所製造器件留在目標基板710之表面上。此步驟可為直接的且不使用液體解析或音波處理，進而減少損壞器件的改變。
在另一實例中，目標基板710可為分裂光纖刻面，在該光纖刻面上產生奈米尺度圖案。具有整合於其刻面上之奈米結構之光纖可具有各種應用且用作繞射光柵，該等應用諸如基於局部表面電漿子共振(LSPR)之感測、基於表面增強拉曼散射(SERS)之極其稀釋的化學及生物分析物的無標記偵測、光學濾波。此等光纖積體器件之小尺寸及機械可撓性可允許容易插入以其他方式不可達的小體積(例如，血流)中。
出於與金剛石膜類似的原因，通常由於難以旋塗抗蝕膜而對圖案化光纖刻面提出挑戰。另外，將光纖安裝於電子束寫入器及光微影暴露工具中亦存在困難。
圖15A展示使用帶有微PDMS黏著劑之探針轉移至光纖刻 面上的矽遮罩(在插圖中放大)之影像。在轉移之後，沈積70nm金層且使用鎢尖端移除遮罩。圖15B中展示圖案化的金點陣列。使用相同技術，亦可能在AFM懸臂、鑷子、瓶蓋、房門鑰匙、筆以及許多其他不規則基板上產生圖案。
圖16A至圖16C展示若干其他圖案，該等圖案由根據圖14A至圖14C中所示之方法的剝離、反色調來產生。圖16A展示藉由使鉻電子束蒸發在矽膜上所產生的金屬線，隨後利用鎢尖端移除矽膜。該等金屬線具有約12nm的最小寬度-適於奈米線及其應用，諸如單一光子偵測。特寫SEM影像指示小於1nm的表面粗糙度。圖16B及圖16C分別展示由SiC及金剛石製成的垂直立柱之影像。利用垂直直立奈米結構改質的表面相較於平坦表面而言可擴大表面積。將此奈米結構化表面併入感測裝置中可增加該裝置之靈敏度，因為活性表面積得以擴大而不影響其直徑。柱陣列亦可適用於光伏打電池。鋁基板上的光學活性半導體之高度規則、單晶奈米柱陣列可構造為太陽能電池模組。例如，併入嵌入於p-CdTe之多晶薄膜中之三維、單晶n-CdS奈米柱的光伏打結構可允許高吸光度及載子之有效收集。
利用可轉移矽遮罩的氮空位(NV)旋轉鏈之製造
在又一實例中，目標基板710可包含塊狀金剛石，該塊狀金剛石可容留氮空位(NV)色心-一種缺陷類型，其可經光學初始化並讀區、操縱且在室溫下儲存長達3.4毫秒。由於此等性質，金剛石中的NV中心作為量子資訊處理中之有前景記憶體而出現。NV可當取代金剛石晶格中之碳原子的氮原子與鄰近空位組合時形成。此過程可在金剛石生長期間或在氮植入及退火之後發生。
為按比例調節量子位元之數目，離子植入可為可行的技術。離子植入可以高產出量在分離奈米尺度間隔之預定位置中形成NV中心之大陣列。圖17A至圖17C展示使用可轉移膜作為遮罩以便在塊狀金剛石上製造的離子植入之方法，該方法傾向於獲得對旋塗而言不均勻以致於不能正常起作用的表面。
在此方法中，可在包含由矽基板790支撐的SiO2基板780 的基板上產生柔性膜720，如圖17A中所示。柔性膜720可自旋塗的未稀釋ZEP 520A電子束抗蝕劑開始，圖案可藉由電子束微影術(EBL)寫入抗蝕劑上，接著進行低溫蝕刻。49%濃縮的HF酸隨後可用來基蝕SiO2基板780之一部分，從而產生獨立式柔性膜720。
圖17B展示沈積步驟，其中可將均勻及保形塗層724沈積至柔性膜720之第一層722。保形塗層可包含氧化鋁且可經由ALD技術塗佈。在操作中，此保形塗層可減小柔性膜720上圖案之特徵尺寸。例如，柔性膜上之圖案可包含複數個用於離子植入之狹縫。該等狹縫可在第一層722上具有約50nm之寬度，但在保形塗佈之後，該寬度可減小至小於1.5nm，進而改良植入精度。
隨後，可使用覆蓋有PDMS之黏著劑微球體的薄鎢探針(圖17A至圖17C中未圖示)來自SiO2基板780拆離柔性膜720且將該柔性膜轉移至金剛石表面710上。金剛石可為來自Element Six之超純金剛石，其中氮濃度小於5ppb。在轉移柔性膜之前，可在食人魚溶液(piranha solution)H2SO4/H2O2(3：1)中清潔金剛石。
圖17C展示植入步驟，其中金剛石基板710可在6keV下經由柔性膜720來以氮(N15)進行選擇性植入。因而可在相應於柔性膜720上之狹縫或其他孔徑的位置處產生一或多個NV中心712。離子之示例性劑量可為2×1013個離子/cm2。可特製較高劑量以使NV線之尺寸變窄。在植入之後，具有所植入NV中心之金剛石基板可在800℃下於成形氣體(例如，氫氣及氮氣之混合物)中退火。可由例如鎢尖端機械移除柔性膜，以便允許在沸騰HClO4/HNO3/H2SO4(1：1：1)中之表面清潔。
圖18A至圖18B展示柔性膜720之影像，該柔性膜包含矽基底層722及保形塗層724。可沈積另一鉑層來避免再沈積。在圖18A中，利用鉑(Pt)覆蓋且由聚焦離子束(FIB)橫截的試驗膜係由掃描電子顯微鏡(SEM)技術來成像。此量測法確認線完整性且展示10nm之寬度。
對於進一步分析及更精確的孔徑輪廓表徵而言，可應用透射電子顯微學(TEM)。對於TEM量測而言，可自部分基蝕遮罩製備樣本膜。圖18B中展示由氧化鋁覆蓋的柔性膜之一個TEM影像。線寬度隨矽深度而 改變，該深度於其「腰部」中到達最窄點且朝向膜之底部及頂部邊緣加寬。以在基底層722上約50nm之寬度達成具有0.7nm至1.2nm腰寬度的最窄植入線。在膜之中部，狹縫之寬度在超過100nm厚度的範圍內低於5nm。
所得NV陣列可由共焦顯微學成像。圖19A及圖19B展示具有各種長度及寬度的螢光NV線。線中NV之數目可取決於孔徑尺寸、植入離散度、植入劑量以及氮至NV之轉化率。可採用將植入產率、電子自旋共振(ESR)以及超解析度資料與諸如g(2)及螢光強度之支援資訊組合的概率方法來估算線佔用率。
在圖19C至圖19E中，分析由4-2NV佔用的線。利用99.99%之確定性導出上述線中之NV佔用率。超解析度成像係藉由控制四個唯一可定址塊狀金剛石之NV螢光比率-NV結晶定向來判定單一NV位置及不確定性。然而，僅具有四個或更少的NV之位點在空間上可解析，每一位點具有晶格中之不同定向。圖19C中展示含有四個NV的線，且兩個鄰近NV之間的最小距離量測為8nm。在3NV線(參見圖19D)中產生介於兩個NV之間的相當距離(9nm)，而對2NV線而言，距離為33nm(參見圖19E)。
結論
雖然本文已描述且例示各種發明實施例，但一般技藝人士將容易想到用於執行本文所述之功能及/或獲得本文所述之結果及/或一或多個優點之多種其他手段及/或結構，且此等變體及/或修改中之每一者被視為在本文所述之發明實施例的範疇內。更一般而言，熟習此項技術者將容易理解，本文所述之所有參數、尺寸、材料以及組態意欲為示範性的，且實際參數、尺寸、材料及/或組態將取決於本發明教示所適用的一或多種特定應用。熟習此項技術者將認識到或僅僅使用常規實驗即能夠探悉本文中所述之特定發明實施例之許多等效物。因此要理解，前述實施例僅藉助於實例來呈現，且在隨附申請專利範圍及其等效物的範疇內，發明實施例可以不同於已明確描述且主張之方式的其他方式來實踐。本揭示內容之發明實施例涉及本文所述之每一個別特徵、系統、物品、材料、套組及/或方法。另外，若此等特徵、系統、物品、材料、套組及/或方法不相互不一致，則兩個或兩個以上此類特徵、系統、物品、材料、套組及/或方法之任何組合 係包括於本揭示內容之發明範疇內。
可以諸多方式中之任一者來實施上述實施例。例如，可使用硬體、軟體或其組合來實施設計並製作本文所揭示之耦接結構及繞射光學元件的實施例。當以軟體實施時，無論是提供於單一電腦中或分配於多個電腦之間，軟體碼均可在任何適合的處理器或處理器集合上實行。
此外，應理解，電腦可體現為許多形式中之任一者，諸如機架安裝式電腦、桌上型電腦、膝上型電腦或平板電腦。另外，可將電腦嵌入於通常不視為電腦但具有適合的處理能力之裝置中，該裝置包括個人數位助理(PDA)、智慧型電話或任何其他適合的可攜式或固定電子裝置。
另外，電腦可具有一或多個輸入及輸出裝置。此等裝置可尤其用來呈現使用者介面。可用來提供使用者介面之輸出裝置之實例包括用於輸出之視覺呈現的印表機或顯示螢幕，及用於輸出之可聽呈現的揚聲器或其他聲音產生裝置。可用於使用者介面之輸入裝置的實例包括鍵盤及指向裝置，諸如滑鼠、觸控板以及數位化輸入板。作為另一實例，電腦可經由語音識別或以其他可聽格式接收輸入資訊。
此類電腦可由一或多個網路以任何適合形式加以互連，該等網路包括區域網路或廣域網路，諸如企業網路及智慧型網路(IN)或網際網路。此類網路可基於任何適合的技術且可根據任何適合的協定來操作且可包括無線網路、有線網路或光纖網路。
本文概述的各種方法或製程(例如，設計並製作以上揭示的耦接結構及繞射光學元件的方法或製程)可編碼為可在一或多個處理器上實行的軟體，該或該等處理器使用各種作業系統或平台中之任一者。另外，此軟體可使用許多適合的程式設計語言及/或程式設計或指令碼設計工具中之任一者加以編寫，且亦可編譯為可實行的機器語言碼或在構架或虛擬機上實行的中間碼。
在此方面，各種發明概念可體現為編碼有一或多個程式的電腦可讀儲存媒體(或多個電腦可讀儲存媒體)(例如，電腦記憶體、一或多個軟碟、光碟、光學碟片、磁帶、快閃記憶體、現場可程式閘陣列或其他半導體裝置中之電路組態，或其他非暫時性媒體或有形電腦儲存媒體)，該等 程式在一或多個電腦或其他處理器上實行時執行實施以上論述之本發明之各種實施例的方法。該或該等電腦可讀媒體可為可傳送的，以使得其上所儲存之該或該等程式可載入至一或多個不同電腦或其他處理器上，來實施如上論述之本發明之各種態樣。
本文以一般意義使用術語「程式」或「軟體」來指可用來程式化電腦或其他處理器來實施如上論述之實施例之各種態樣的任何類型之電腦碼或電腦可實行指令集。另外，應理解，根據一個態樣，在實行時執行本發明之方法的一或多個電腦程式不必駐留於單一電腦或處理器上，而是可以模組化方式分配於許多不同電腦或處理器之間來實施本發明之各種態樣。
電腦可實行指令可為許多形式，諸如由一或多個電腦或其他裝置實行的程式模組。一般而言，程式模組包括執行特定任務或實施特定抽象資料類型之常式、程式、物件、組件、資料結構等等。通常，程式模組之功能性可在各種實施例中按需要加以組合或分散。
另外，可以任何適合的形式將資料結構儲存於電腦可讀媒體中。為例示之簡單性，可將資料結構展示成具有經由在資料結構中之位置而相關的欄位。此類關係同樣可藉由為在電腦可讀媒體中具有位置的欄位指派儲存器來達成，該等位置傳達欄位之間的關係。然而，任何適合的機構可用來在資料結構之欄位中之資訊之間建立關係，其包括經由使用指標、標籤或在資料元素之間建立關係的其他機構。
另外，各種發明概念可體現為一或多種方法，已提供該等方法之實例。作為該方法之一部分來執行的動作可以任何適合的方式排序。因此，可建構可以不同於所例示次序的次序來執行動作之實施例，該等實施例可包括同時執行一些動作，雖然該等動作在例示性實施例中經展示為循序動作。
本文所定義及使用的所有定義應理解為支配所定義術語之字典定義、在以引用方式併入之文獻中的定義及/或常規意義。
除非明確指出相反，否則如本文在本說明書及申請專利範圍中所使用的不定冠詞「一」應理解為意味「至少一個」。
如本文在本說明書及申請專利範圍中所使用的片語「及/或」應理解為意味如此結合的元件中之「任一者或兩者」，亦即，在一些狀況下結合存在且在其他狀況下分開存在的元件。利用「及/或」列出的多個元件應以相同方式建構，亦即，如此結合的元件中之「一或多個」。除由「及/或」子句明確識別的元件之外，其他元件可視需要存在，該等元件與明確識別的彼等元件相關或不相關。因而，作為非限制性實例，對「A及/或B」之提及在與諸如「包含」之開放式語言結合使用時，在一個實施例中，可僅指代A(視需要包括除B之外的元件)；在另一實施例中，僅指代B(視需要包括除A之外的元件)；在又一實施例中，指代A及B兩者(視需要包括其他元件)；等等。
如本文在本說明書及申請專利範圍中所使用，「或」應理解為與以上定義的「及/或」具有相同意義。例如，當在列表中將項目分開時，「或」或「及/或」應解釋為包括性，亦即，包括許多元件或元件列表中之至少一者，而且包括一個以上，且視需要包括額外的未列出項目。唯有明確指出相反的術語(諸如「僅一個」或「確切一個」)或(在申請專利範圍中使用時)「由...組成」將指代包括許多元件或元件列表中之確切一個元件。一般而言，當前面有排他性術語(諸如「任一」、「中之一個」、「中之僅一個」或「中之確切一個」)時，如本文所使用的術語「或」應僅解釋為指示排他性替代物。當在申請專利範圍中使用時，「基本上由...組成」應具有其在專利法領域中所使用的常規意義。
如本文在本說明書及申請專利範圍中所使用，在提及一或多個元件之列表時，片語「至少一個」應理解為意味選自該元件列表中之元件中之任何一或多個的至少一個元件，但未必包括該元件列表內明確列出的每一元件及每個元件中之至少一者，且不排除該元件列表中之元件的任何組合。此定義亦允許除了片語「至少一個」所指代的元件列表內明確識別的元件之外，元件可視需要存在，該等元件與明確識別的彼等元件相關或不相關。因而，作為非限制性實例，「A及B中之至少一者」(或等效地，「A或B中之至少一者」，或等效地，「A及/或B中之至少一者」)可在一個實施例中指代至少一個A，視需要包括一個以上的A，但不存在B(且視需 要包括除B之外的元件)；在另一實施例中，指代至少一個B，視需要包括一個以上的B，但不存在A(且視需要包括除A之外的元件)；在又一實施例中，指代至少一個A，視需要包括一個以上的A，及至少一個B，視需要包括一個以上的B(且視需要包括其他元件)；等等。
在申請專利範圍以及以上說明書中，諸如「包含」、「包括」、「帶有」、「具有」、「含有」、「涉及」、「持有」、「由...構成」及類似片語的所有過渡片語應理解為開放式的，亦即，意味包括但不限於。僅過渡片語「由...組成」及「基本上由...組成」應分別為封閉式或半封閉式過渡片語，如專利局專利審查程序手冊第2111.03部分所陳述。

Claims (28)

  1. 一種奈米製造設備，其包含：一柔性膜(pliable membrane)，其具有一邊緣(edge)、一第一表面、一第二表面以及約100nm至約1μm之一厚度，該柔性膜經圖案化來選擇性地透射入射於該第一表面上之輻射；一膜支撐結構，其經由至少一錨固點(anchor point)機械地耦接至該柔性膜之該邊緣以固持該柔性膜；一基板支撐結構，其相對該柔性膜之該第二表面安置以接收一基板；以及一致動器，其可操作地耦接至該膜支撐結構或該基板支撐結構中之至少一者，以便相對該基板支撐結構定位該膜支撐結構，其中該膜支撐結構界定一空腔，以便固持使該柔性膜浮動之一液體。
  2. 如申請專利範圍第1項之奈米製造設備，其中該柔性膜具有等於或大於10,000之一縱橫比。
  3. 如申請專利範圍第1項之奈米製造設備，其中該柔性膜包含矽。
  4. 如申請專利範圍第1項之奈米製造設備，其中該柔性膜包含：經圖案化而具有複數個狹縫之一第一層，至少一個狹縫具有一內表面；以及一保形塗層，其沈積於該至少一個狹縫之該內表面上以減小該至少一個狹縫之一寬度。
  5. 如申請專利範圍第4項之奈米製造設備，其中該柔性膜之該第一層包含矽。
  6. 如申請專利範圍第4項之奈米製造設備，其中該保形塗層包含氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭以及二氧化矽中之至少一者。
  7. 如申請專利範圍第4項之奈米製造設備，其中該至少一個狹縫具有約1.2nm之一最小寬度。
  8. 如申請專利範圍第4項之奈米製造設備，其中該至少一個狹縫具有等於或大於100之一深寬比。
  9. 如申請專利範圍第1項之奈米製造設備，其中該柔性膜之該第二表面 具有約10nm至約500nm之一表面粗糙度，以防止該柔性膜之該第二表面黏著至該基板。
  10. 如申請專利範圍第1項之奈米製造設備，其中該液體包含水、乙醇以及異丙醇中之至少一者。
  11. 一種奈米製造設備，其包含：一柔性膜，其具有一邊緣、一第一表面、一第二表面以及約100nm至約1μm之一厚度，該柔性膜經圖案化來選擇性地透射入射於該第一表面上之輻射；一膜支撐結構，其經由至少一錨固點機械地耦接至該柔性膜之該邊緣以固持該柔性膜；一基板支撐結構，其相對該柔性膜之該第二表面安置以接收一基板；以及一致動器，其可操作地耦接至該膜支撐結構或該基板支撐結構中之至少一者，以便相對該基板支撐結構定位該膜支撐結構，其中該致動器包含一線圈，該線圈電磁地耦接至該膜支撐結構或該基板支撐結構中之至少一者，以便經由一電磁力相對該基板支撐結構定位該膜支撐結構。
  12. 一種奈米製造設備，其包含：一柔性膜，其具有一邊緣、一第一表面、一第二表面以及約100nm至約1μm之一厚度，該柔性膜經圖案化來選擇性地透射入射於該第一表面上之輻射；一膜支撐結構，其經由至少一錨固點機械地耦接至該柔性膜之該邊緣以固持該柔性膜；一基板支撐結構，其相對該柔性膜之該第二表面安置以接收一基板；以及一致動器，其可操作地耦接至該膜支撐結構或該基板支撐結構中之至少一者，以便相對該基板支撐結構定位該膜支撐結構，其中該致動器包含一磁鐵，該磁鐵與該膜支撐結構或該基板支撐結構中之至少一者磁性連通，以便經由一磁力相對該基板支撐結構定位該膜支 撐結構。
  13. 如申請專利範圍第1項之奈米製造設備，其進一步包含：至少一個間隔部，該間隔部安置於該柔性膜之該第二表面與一基板之間，以將該柔性膜支撐於該基板之一表面上。
  14. 如申請專利範圍第13項之奈米製造設備，其中該至少一個間隔部具有約10nm至約5μm之一高度。
  15. 一種奈米製造方法，其包含：A)在一基板支撐結構上提供一目標基板；B)將一預成形(pre-formed)柔性膜安置於該目標基板上，其中該預成形柔性膜具有一邊緣、一第一表面、一第二表面以及約100nm至約5μm之一厚度且經圖案化來選擇性地透射入射輻射；C)經由至少一錨固點將該預成形柔性膜之該邊緣耦接至一膜支撐結構，該膜支撐結構固持該預成形柔性膜俾使該預成形柔性膜之該第二表面係相對於該目標基板；D)使用可操作地耦接至該膜支撐結構或該基板支撐結構中之至少一者之一致動器相對該基板支撐結構定位該膜支撐結構；以及E)照射該預成形柔性膜以便選擇性地照射該目標基板之一表面，其中該膜支撐結構界定一空腔，以便固持使該柔性膜浮動之一液體。
  16. 如申請專利範圍第15項之奈米製造方法，其中B)包含：將一非黏附片板(non-stick sheet)安置於該膜支撐結構下方；蝕刻去除該膜支撐結構，以便使該預成形柔性膜下降至該非黏附片板；以及將該非黏附片板與該目標基板對準且向下按壓以使該柔性膜釋放至該目標基板上。
  17. 如申請專利範圍第16項之奈米製造方法，其中該非黏附片板包含聚四氟乙烯。
  18. 如申請專利範圍第16項之奈米製造方法，其中該膜支撐結構包含氧化矽。
  19. 如申請專利範圍第15項之奈米製造方法，其中該目標基板之該表面具 有大於100nm之一表面粗糙度。
  20. 如申請專利範圍第15項之奈米製造方法，其中該目標基板之該表面係彎曲的。
  21. 如申請專利範圍第15項之奈米製造方法，其中該目標基板包含金剛石、鈮酸鋰以及氧化矽中之至少一者。
  22. 如申請專利範圍第21項之奈米製造方法，其中該目標基板具有小於300nm之一厚度及大於1000之一縱橫比。
  23. 如申請專利範圍第22項之奈米製造方法，其中一抗蝕刻塗層係沈積於該預成形柔性膜上以延長該預成形柔性膜之一壽命。
  24. 如申請專利範圍第23項之奈米製造方法，其中該抗蝕刻塗層包含氧化鉻或氧化鋁中之至少一者。
  25. 如申請專利範圍第15項之奈米製造方法，其中(E)包含利用一離子束照射該預成形柔性膜，以便將至少一個離子植入該目標基板中。
  26. 如申請專利範圍第15項之奈米製造方法，其中(E)包含照射該預成形柔性膜，以便圖案化該目標基板之該表面。
  27. 一種奈米製造方法，其包含：A)在一基板支撐結構上提供一目標基板；B)將一預成形(pre-formed)柔性膜安置於該目標基板上，其中該預成形柔性膜具有一邊緣、一第一表面、一第二表面以及約100nm至約5μm之一厚度且經圖案化來選擇性地透射入射輻射；C)經由至少一錨固點將該預成形柔性膜之該邊緣耦接至一膜支撐結構，該膜支撐結構固持該預成形柔性膜俾使該預成形柔性膜之該第二表面係相對於該目標基板；D)使用可操作地耦接至該膜支撐結構或該基板支撐結構中之至少一者之一致動器相對該基板支撐結構定位該膜支撐結構；以及E)照射該預成形柔性膜以便選擇性地照射該目標基板之一表面，其中該致動器包含一線圈，該線圈電磁地耦接至該膜支撐結構或該基板支撐結構中之至少一者，且其中(D)包含經由一電磁力相對該基板支撐結構定位該膜支撐結構。
  28. 一種奈米製造方法，其包含：A)在一基板支撐結構上提供一目標基板；B)將一預成形(pre-formed)柔性膜安置於該目標基板上，其中該預成形柔性膜具有一邊緣、一第一表面、一第二表面以及約100nm至約5μm之一厚度且經圖案化來選擇性地透射入射輻射；C)經由至少一錨固點將該預成形柔性膜之該邊緣耦接至一膜支撐結構，該膜支撐結構固持該預成形柔性膜俾使該預成形柔性膜之該第二表面係相對於該目標基板；D)使用可操作地耦接至該膜支撐結構或該基板支撐結構中之至少一者之一致動器相對該基板支撐結構定位該膜支撐結構；以及E)照射該預成形柔性膜以便選擇性地照射該目標基板之一表面，其中該致動器包含一磁鐵，該磁鐵電磁地耦接至該膜支撐結構或該基板支撐結構中之至少一者，且其中(D)包含經由一磁力相對該基板支撐結構定位該膜支撐結構。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109154771B (zh) * 2016-04-25 2022-06-03 Asml荷兰有限公司 用于euv光刻术的隔膜
US9837246B1 (en) * 2016-07-22 2017-12-05 Fei Company Reinforced sample for transmission electron microscope
US10424726B2 (en) 2017-12-28 2019-09-24 Spin Memory, Inc. Process for improving photoresist pillar adhesion during MRAM fabrication
TWI682070B (zh) * 2018-02-06 2020-01-11 逢甲大學 快速形成表面電漿子結構層的方法
CN109270478B (zh) * 2018-07-16 2021-07-02 哈尔滨工程大学 一种基于纳米钻石nv色心的光纤磁场传感器
US11353659B2 (en) 2019-03-29 2022-06-07 Rochester Institute Of Technology Photonic chip features for fiber attachment
CN113526457B (zh) * 2020-04-16 2023-07-21 中国科学院物理研究所 一种纳米材料的针尖-胶膜联合转移装置和方法
US11585870B2 (en) * 2020-09-15 2023-02-21 Massachusetts Institute Of Technology Absorption-based diamond spin microscopy on a plasmonic quantum metasurface
WO2023233473A1 (ja) * 2022-05-30 2023-12-07 富士通株式会社 量子デバイス及び量子デバイスの製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6569575B1 (en) * 1997-09-19 2003-05-27 International Business Machines Corporation Optical lithography beyond conventional resolution limits
US20050241933A1 (en) * 1999-06-22 2005-11-03 President And Fellows Of Harvard College Material deposition techniques for control of solid state aperture surface properties
US20060286488A1 (en) * 2003-12-01 2006-12-21 Rogers John A Methods and devices for fabricating three-dimensional nanoscale structures
US20110268883A1 (en) * 2010-04-27 2011-11-03 Nanolnk, Inc. Force curve analysis method for planar object leveling

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5928815A (en) * 1997-11-14 1999-07-27 Martin; Joseph Proximity masking device for near-field optical lithography
JP3894550B2 (ja) * 2002-06-14 2007-03-22 キヤノン株式会社 近接場露光マスクの製造方法
JP4522166B2 (ja) * 2004-06-29 2010-08-11 キヤノン株式会社 露光方法
TW201602732A (zh) * 2014-04-15 2016-01-16 新加坡國立大學 奈米模板遮罩及形成奈米模板遮罩的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6569575B1 (en) * 1997-09-19 2003-05-27 International Business Machines Corporation Optical lithography beyond conventional resolution limits
US20050241933A1 (en) * 1999-06-22 2005-11-03 President And Fellows Of Harvard College Material deposition techniques for control of solid state aperture surface properties
US20060286488A1 (en) * 2003-12-01 2006-12-21 Rogers John A Methods and devices for fabricating three-dimensional nanoscale structures
US20110268883A1 (en) * 2010-04-27 2011-11-03 Nanolnk, Inc. Force curve analysis method for planar object leveling

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