TWI641026B - 用於使用空乏光束形成次微米特徵之反應物的光子活化 - Google Patents

用於使用空乏光束形成次微米特徵之反應物的光子活化 Download PDF

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TWI641026B
TWI641026B TW103126935A TW103126935A TWI641026B TW I641026 B TWI641026 B TW I641026B TW 103126935 A TW103126935 A TW 103126935A TW 103126935 A TW103126935 A TW 103126935A TW I641026 B TWI641026 B TW I641026B
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Abstract

微細特徵的形成方法和設備在小於STED空乏雷射光束的直徑或橫截面的區域中提供光子誘發的沉積、蝕刻及基於熱或光子的處理。至少兩個STED空乏光束被導引到基板上的反應位置，其中形成面積小於光束之激發部分的光束重疊區域。被引導到反應區域的反應物被兩個光束之激發部分的組合能量激發，但未在該等光束之兩個激發部分的重疊區域外部被激發。使反應物只在該重疊區域中出現。該重疊區域可以小於20nm寬，並且寬度小於1nm，以能夠以小的面積形成基板特徵或在基板中進行改變。

Description

用於使用空乏光束形成次微米特徵之反應物的光子活化
本揭示係關於次微米大小的材料特徵之形成，該次微米大小的材料特徵例如次微米大小的溝槽或接線、次微米大小的柱或孔、及類似者，其中該次微米大小的特徵被直接使用沉積材料原位形成或被原位形成在先前形成的薄膜中，而不需要其中光阻劑被曝光和顯影以及產生的圖案被轉入下材料層的傳統光微影處理。特別的是提供了能量束，該能量束具有足以在奈米尺寸的區域中活化蝕刻或沉積反應物的能量，而且被引入該奈米尺寸的區域的沉積或蝕刻反應物被活化而在該區域中形成沉積材料或蝕刻劑物種。可以使光束逐行掃描穿過工件，例如藉由將工件相對於光束移動，以實現接線的寫入或溝槽的蝕刻，並因此可以形成奈米大小尺寸的沉積和蝕刻特徵。
在積體電路上不斷追求越來越小的特徵正接近傳統光微影技術的極限。在這些技術中，光阻劑被塗佈在基板上，而且遮罩圖案被通過遮罩的電磁輻射投影到阻劑上而使阻劑 變成曝露於對應遮罩特徵的圖案。然後阻劑被「顯影」並在溶劑中沖洗，以去除一部分的阻劑並在基板的表面上或在位於基板上的膜層(例如硬遮罩層)上留下具有產生的投影遮罩圖案的光阻劑。蝕刻光阻劑下面的材料，通常是在以非等向性電漿為基礎的下膜選擇性蝕刻化學品中進行，以將光阻劑的圖案轉入下層。之後，將光阻劑藉由灰化或其它移除技術去除，並且將基板進行濕式清洗，以準備用於下一個製程。然而，特徵尺寸已經縮小到小於使用這些傳統的微影技術所能成像(解析)的，而且為了延長傳統微影技術形成這些特徵的使用期，已採用了消減技術，例如雙重和三重圖案化。在這些製程中，為了實現在40奈米等級或更小等級上的更小特徵尺寸，硬遮罩可以被圖案化並用於蝕刻下圖案層，然後去除該硬遮罩及使用另外的硬遮罩取代該硬遮罩，而且塗佈阻劑、通過遮罩曝光、蝕刻硬遮罩、然後蝕刻圖案化層的製程可以被重複一次或更多次，以在圖案化最終的材料層之前圖案化該圖案化層，其中形成了次40nm的特徵。然而，儘管有這些進步，但目前的微影技術將還是不足以滿足未來的半導體技術中需要的縮小尺寸。
現代的光微影術依賴的是犧牲「光」曝露阻劑的概念，其中曝光的阻劑區域在行為上與未曝光的阻劑區域不同。因為這些技術依賴電磁輻射，故繞射限制了可以被成像或解析的最小特徵尺寸。此外，即使特徵尺寸可以被成像，但進入光阻劑的能量也可能在其中被散射，從而導致橫跨阻劑的深度有不規則的阻劑曝光。結果，被曝光的特徵尺寸實 際上將比最小可解析的圖像更大，而且將有不均勻的側壁或其它的不規則。
目前，大量的製造商正利用深紫外線(DUV)光子(例如波長193nm的光子)來曝光光阻劑材料。製造商也正使用液體沉浸技術及諸如前述多重圖案化的技術來在基板上形成小尺寸的圖案化特徵。
近來，雷射光束微影術已再次被研究作為在光阻劑中曝光非常小的特徵並藉由形成小截面、高功率雷射光束來打破基於傳統遮罩的光微影技術之解析限制的機制。Fischer和Wegoner在雷射與光子學評論(Laser and Photonics Reviews,7,No.1,22-44(2013))中討論了利用受激輻射空乏(STED)光束來三維(即以柱狀的方式)曝光阻劑的想法，並因此將特徵直接雷射寫入通過阻劑的整個深度。為了縮小阻劑被曝露於足夠能量從而被聚合的有效橫截面，使用兩個雷射光束(「正常」光束和空乏光束)來形成STED光束。激發光束激發光阻劑中的聚合物而使光阻劑聚合，而空乏光束在光阻劑聚合之前降低光阻劑中的能量，從而保持光阻劑免於聚合，其中空乏光束和激發光束的能量重疊。當正常光束的激發曲線之空間最大值與空乏光束的空乏曲線之局部零值對應時出現改良的解析度，即空乏光束設以在空間上圍繞該激發光束，並從產生的光阻劑曝光區域剔除高斯光束的裙部區域之聚合效應。結果，激發光束中聚合反應未被空乏光束抵銷的部分橫跨寬度具有急變的、接近矩形的能量曲線，並在曲線的邊緣迅速降低到低於阻劑之聚合能量的能量水平，使得 光束中形成清晰界定的高能量區域，而非傳統的高斯分佈光束。然而，即使使用了這種直接雷射光束曝光系統，但仍難以實現小於20至30nm的可重複且清晰界定的特徵，這有部分是由於光束之清晰界定區域的尺寸限制，並且有部分是由於曝光的光阻劑中的聚合從光束進入光阻劑的位置內在遷移進入相鄰的位置。
在本文的實施例中，兩個不同的光子源被導引到(但只有部分重疊)待處理基板上的特徵位置，該光子源例如雷射、軟x射線及類似者，其中每種光子可以具有相似的或不同的光子能階。光束重疊的程度界定特徵位置的大小，兩個不同光束的光子被接收於基板上的該特徵位置。同時，前驅物材料存在於該特徵位置，使得兩個光束的光子可以被前驅物的分子或原子吸收，從而提高前驅物的反應性並使反應只在兩個光束的有限重疊區域中發生。在鄰近該兩個光束的重疊區域處，單一光束的能量並不足以引發前驅物的活化。
在一個態樣中，為了能夠產生其中重疊的光束能量足以使反應發生的高清晰度區域，將兩個雷射光束(其中至少一者係由激發光束和空乏光束形成)導引到基板上的反應位置，使得該等光束的中心在該反應位置偏移，但該等光束的輪廓重疊，使得在所需的區域中該等光束重疊，從而形成其中兩個光束的光子能量足以使反應物具有所需反應的區域，但在直接圍繞該反應位置的區域中，兩個光束的組合光子能量不足以使反應物反應，因此可以形成局部的反應區 域。當兩個光束皆為具有激發源和空乏源的雷射光束時，每個光束的光束直徑可以遠小於100nm、低至20nm的等級，在該光束直徑間兩個光束的最終組合能量足以引發反應物的反應。結果，當光束具有圓形的橫截面時，可以可靠地形成雙凸的卵形圖案，該雙凸的卵形圖案具有在小於20nm等級的寬度，具體上是單一位數到十分之一奈米的大小，以控制反應空間的大小，在該反應空間中可以發生加成或消減的反應製程。
在一個態樣中，該前驅物為引入足夠的能量下將反應形成可用於在基板上產生膜層的材料的前驅物，或用於通過移除該膜層材料的反應移除該膜層(即蝕刻)的前驅物。然而，在兩個光束的重疊區域外部，僅一個光束的高能量中央區域中的光子被前驅物接收，因此未引入足夠的能量來使反應發生。
作為實例，習知矽烷、三氯矽烷、三矽烷等的活化是為了反應而沉積矽。然而，兩種氣體需要引入能量來驅使反應發生，該能量例如藉由燈泡或電漿提供。在這些系統中，每當燈泡或電漿的能量足以驅使反應發生時則反應發生，該反應發生於大面積的基板上，時常是基板的整個表面。藉由使用具有兩種不同光子能量的重疊光束，如本文所述，只有光束重疊處將存在足夠的能量用於發生反應，因此矽將只被沉積在重疊區域中。
在進一步的實施例中，兩個不同的雷射設以作為STED雷射，使得光束輪廓周邊的區域是能量空乏的，進而縮 短高於所需臨界光子能量的光束之直徑，從而甚至進一步縮短兩個光束的重疊大小，該重疊係處於基於兩個光子的反應可以發生的能量範圍中。
10‧‧‧激發光束/輪廓
12‧‧‧峰值能量
14‧‧‧半寬完全最大能量水平
20‧‧‧空乏光束
22‧‧‧空乏中央區域
24‧‧‧強度峰
30‧‧‧STED光束
32‧‧‧中心區域
34‧‧‧裙部區域
40‧‧‧STED空乏光束
40a‧‧‧寬度
50‧‧‧STED空乏光束
50a‧‧‧寬度
52‧‧‧重疊區域
60‧‧‧區域
62‧‧‧有限區域
64‧‧‧基板
66‧‧‧尺寸
68‧‧‧裙部區域
70‧‧‧裙部區域
72‧‧‧區域
74‧‧‧位置
102A‧‧‧第一激發光束源
102B‧‧‧第二空乏光束源
202A‧‧‧第一視窗
202B‧‧‧第二視窗
204‧‧‧鏡
205A‧‧‧解析孔
205B‧‧‧解析孔
206A‧‧‧解析板
206B‧‧‧解析板
209‧‧‧半銀鏡
220‧‧‧快門
222‧‧‧出口視窗
224A‧‧‧激發光束
224B‧‧‧空乏光束
228‧‧‧組合的光束
232‧‧‧部分
238‧‧‧組合共線輸出
299‧‧‧腔室
300‧‧‧腔室
302‧‧‧基座
304‧‧‧蓋部
310‧‧‧平臺
320‧‧‧基板
322‧‧‧氧化矽層
323‧‧‧氧化矽層
324‧‧‧特徵
326‧‧‧寬度
328‧‧‧小凹部
330‧‧‧接入口
340‧‧‧能量源
342‧‧‧第一發射器
344‧‧‧第二發射器
346‧‧‧發射控制模組
348‧‧‧電子計時盒
350‧‧‧第一腔室視窗
352‧‧‧第二腔室視窗
358‧‧‧凹部
358a‧‧‧側壁
358d‧‧‧基部
360‧‧‧反應物進入口
362‧‧‧口
364‧‧‧口
366‧‧‧背景氣體口
368‧‧‧排氣口
370‧‧‧反應區域
372‧‧‧相鄰區域
374‧‧‧光束重疊區域
380‧‧‧中心
400‧‧‧第一卵形區域
402‧‧‧第一卵形沉積區域
404‧‧‧第二部分
406‧‧‧第二卵形區域
410‧‧‧第三卵形區域
420‧‧‧線
1000‧‧‧重疊區域
1500‧‧‧空乏光束
1500a-n‧‧‧子束
1502‧‧‧空乏光束
1502a-n‧‧‧子束
1504‧‧‧傅立葉光柵系統
1510‧‧‧微鏡陣列
1510a-n‧‧‧微鏡
1520‧‧‧控制器
1530‧‧‧部分
1532‧‧‧卵形重疊區域
1534‧‧‧卵形重疊區域
1536‧‧‧卵形重疊區域
1540‧‧‧箭頭
1542‧‧‧位置
1544‧‧‧位置
1544a‧‧‧位置
1544n‧‧‧位置
1546‧‧‧位置
1546a‧‧‧層
1560‧‧‧光束組合器
1600‧‧‧片光束投影儀
1602‧‧‧空乏光束
1604‧‧‧第一平-凸透鏡
1606‧‧‧第一平-凹透鏡
1608‧‧‧擴展的片
1610‧‧‧片光束
1612‧‧‧第二平凹透鏡
1614‧‧‧第二平-凸透鏡
1620‧‧‧微鏡陣列
1620a-n‧‧‧微鏡
1630‧‧‧控制器
1632‧‧‧通訊線
1640‧‧‧重疊區域
1640a-h‧‧‧不連續重疊區域
1650‧‧‧特徵
1650a‧‧‧特徵
1650b‧‧‧特徵
15000‧‧‧光學系統
15001‧‧‧光學系統
15002‧‧‧光學系統
15501‧‧‧第一光學子系統
15502‧‧‧第二光學子系統
15503‧‧‧光學子系統
15504‧‧‧光學子系統
15521‧‧‧第一入射輻射光束
15523‧‧‧第一入射光束或脈衝
15524‧‧‧第一空乏光束
15541‧‧‧第一空乏光束
15543‧‧‧第二入射光束
15544‧‧‧第二空乏光束
15561‧‧‧第一繞射光學元件
15563‧‧‧第一繞射光學元件
15564‧‧‧第三繞射光學元件
15581‧‧‧第二繞射光學元件
15583‧‧‧第二繞射光學元件
15584‧‧‧第四繞射光學元件
15601‧‧‧第一子束陣列
15603‧‧‧第一子束陣列
15621‧‧‧第一空乏子束陣列
15623‧‧‧第二子束陣列
15641‧‧‧第一分束器
15661‧‧‧第一空乏子束陣列
15681‧‧‧第一準直元件
15683‧‧‧第一準直元件
15693‧‧‧第二準直元件
15701‧‧‧第一準直空乏子束陣列
15703‧‧‧第一準直子束陣列
15713‧‧‧第二準直子束陣列
15714‧‧‧子束陣列
15721‧‧‧聚焦元件
15723‧‧‧第一偏振器
15741‧‧‧聚焦的空乏子束陣列
15743‧‧‧第二偏振器
15761‧‧‧第二分束器
15763‧‧‧第一偏振子束陣列
15764‧‧‧第一偏振空乏子束陣列
15783‧‧‧第二偏振子束陣列
15784‧‧‧第二偏振空乏子束陣列
15803‧‧‧第一偏振光束組合器
15804‧‧‧偏振光束組合器
15813‧‧‧光學活性表面
15823‧‧‧組合子束陣列
15824‧‧‧空乏子束陣列
15841‧‧‧第一可定址的微鏡陣列
15842‧‧‧第二可定址的微鏡陣列
15861‧‧‧第二準直元件
15871‧‧‧空乏子束的圖案化陣列
15881‧‧‧第三準直元件
15900‧‧‧部分
15901‧‧‧第一空乏子束陣列
15902‧‧‧第二空乏子束陣列
15904‧‧‧重疊子束
15921‧‧‧分束器
15922‧‧‧波長選擇反射鏡
15941‧‧‧重疊的空乏子束陣列
15942‧‧‧共線組合的空乏子束陣列
15961‧‧‧第一成像元件
15962‧‧‧成像光學元件
15981‧‧‧第二成像元件
15982‧‧‧成像光學元件
15991‧‧‧重疊的空乏子束之圖像陣列
15992‧‧‧重疊空乏子束陣列
為詳細瞭解上述本發明的特徵，可參照實施例及附圖而對以上簡單概述的本發明作更特定的描述。然而應注意，附圖說明的只是本發明的典型實施例，因而不應將附圖說明視為是對本發明範圍作限制，因本發明可認可其他同樣有效的實施例。
第1A圖和第1B圖圖示電磁光束的特徵，並且第1C圖圖示重疊第1A圖和第1B圖的兩個光束的結果。
第2A圖和第2B圖為可用於與第1A圖和第1B圖的光束組合的空乏光束之表示圖。
第3A圖和第3B圖以圖形圖示將第1A圖和第1B圖的光束與第2A圖和第2B圖的空乏光束組合的效果。
第4A圖和第4B圖圖示重疊第3A圖和第3B圖的兩個光束。
第5圖圖示用於將第1A圖和第1B圖的光束與第2A圖和第2B圖的空乏光束組合的光束組合器之架構。
第6圖為可用於光子沉積的腔室之示意圖，該光子沉積使用部分重疊的空乏光束結合沉積前驅物。
第7圖展示在基板的相鄰區域中的連續光子沉積之效果。
第8圖展示使用連續的光子沉積以在基板上形成一 條線。
第9圖為可用於光子沉積或蝕刻的腔室之示意圖，該光子沉積或蝕刻使用部分重疊的空乏光束結合沉積或蝕刻前驅物。
第10圖為兩個重疊的平行空乏光束之表示圖。
第11圖為膜層中部分蝕刻的特徵之示意圖，該部分蝕刻使用第10圖的重疊光束結合蝕刻前驅物。
第12圖為膜層中兩個部分蝕刻的特徵之示意圖，該部分蝕刻使用第10圖的重疊光束結合蝕刻前驅物。
第13圖為膜層中完全蝕刻和部分蝕刻的特徵之示意圖，該蝕刻使用第10圖的重疊光束結合蝕刻前驅物。
第14圖為施加於蝕刻和沉積製程的幾何形狀限制之示意圖，其中兩個空乏光束在基板會聚。
第15A圖至第15D圖為用於同時提供複數個重疊子束到基板的各種設備之示意圖。
第15E圖為使用第15A圖至第15D圖其中一個設備進行處理的基板之示意圖。
第16圖為可用於控制子束方向的微鏡陣列之部分前視圖，該子束方向係到達或偏離基板上的位置或基板上的重疊位置。
第17圖為第15A圖至第16圖的微鏡陣列之部分放大剖視圖。
第18A圖至第18F圖展示在基板上寫出不同尺寸的多個特徵的一個方法之結果。
第19圖為用於同時提供複數個平行配置和重疊的子束到基板的分束和控制設備之示意圖。
第20圖為用於工件、採用片光束源的光子處理系統之示意圖。
第21圖為第20圖的光子處理系統之微鏡陣列的放大圖。
第22圖為第21圖的微鏡陣列之剖視圖。
第23圖為腔室中進行光子處理的工件之平面圖。
第24圖為第23圖的晶圓和腔室之平面圖，其中工件正進行進一步的光子處理。
第25圖為前驅物之電子能量圖。
本文中描述的是光子沉積或蝕刻系統的幾種架構，藉由該系統由兩個或更多個具有不同波長的光束提供的光子組合被接收於反應物存在的小目標區域中，其中沒有光子能量足以致使所希望的反應發生，而是兩個光子或光子群在時間上和實體上的存在與反應物一起致使所希望的反應發生。
首先參照第1A圖至第1C圖，圖示出雷射光束的標準光束輪廓10及兩個這種光束的重疊作用。在第1A圖和第1B圖圖示的輪廓10中，光束具有峰值能量12，峰值能量12隨著高斯分佈逐漸往兩側降低。光束的半寬完全最大能量水平14為第1A圖中圖示的輪廓。在第1C圖中，將藉由重疊兩個具有相同能量分佈的高斯光束所組合的效果圖示於虛線的輪廓中。
現在參照第2A圖和第2B圖，將空乏光束20與作為激發光束10的標準光束10組合使用，以形成第3A圖的STED光束30。如第2A圖所示，與激發光束10相比，空乏光束20被紅移了並具有空乏中央區域22，空乏中央區域22具有強度峰24，強度峰24圍繞空乏中央區域22，也就是說，空乏光束20具有藉由使空乏光束通過頂點相位遮罩所形成的圓環狀強度分佈。紅移的光束能量使先前激發物種的激發能量降低，其中空乏光束20與激發光束10重疊。當第1圖和第2圖的光束在同一直線上被組合時，如第3圖所圖示，就形成了空乏激發光束30，空乏激發光束30具有比第1A圖的光束寬度實質更小的高強度中心區域32及光束能量明顯遞減的光束裙部區域34，裙部區域34緊鄰中心區域32。基本上，橫跨寬度的光束能量分佈接近矩形的形狀。此外，空乏光束20的功率越大，則所產生的空乏激發光束30輪廓越尖銳或更接近矩形，也就是說，當雷射在沒有重疊第二光束30之下具有300nm的解析度時，則可以藉由強加500Mw/cm2等級的空乏光束功率來實現20nm(即在焦點位置的光點直徑)的解析度。對於10至100奈秒的脈衝，使用1E7W/cm2等級的空乏光束。
在操作中，空乏光束20的尖峰強度與激發光束的周邊重疊，而且在該區域中，空乏光束的紅移能量使存在於該區域中由高斯光束之裙部中的較低能量激發的反應物去激發，從而產生具有足以使反應物的原子和分子只在圓環區域的周邊內、光束的中心區域中保持激發的能量的光束。
現在參照第4A圖和第4B圖，圖示使用兩個這樣的STED空乏光束40、50來形成重疊區域60，重疊區域60包含一部分的第一STED光束40和第二STED光束50。在第4B圖中圖示出重疊空乏光束40、50的效應，與如第1C圖所圖示重疊兩個高斯分佈的光束相比有清晰的對比。特別的是，裙部區域是其中被激發光束的裙部區域中的能量激發的反應物被紅移空乏光束去激發的區域，使得整體的能量尖峰出現在區域60，因此有明顯的重疊區域，其中界定出從高能量到幾乎沒有光束激發物種的下降。在第4B圖中，與兩個光束的裙部區域68、70相比，高度界定出存在於重疊區域60中的高能量激發能力(如虛線輪廓中所圖示)。如第4A圖所圖示，光束40、50都被聚焦在基板64(僅圖示出一部分)的有限區域62上，並且每個皆具有第3圖的STED光束30之光束能量分佈。在第4A圖的實施例中，光束40的空乏裙部區域68和光束50的空乏裙部區域70相交於基板64的區域72，使得兩個光束40、50的非空乏高能量中央區域32(第3圖)之卵形重疊區域60形成。光束能量被配置為使得在卵形重疊區域內，來自一個光束(例如光束40)的光子不足以致使緊接位於基板64上方及卵形重疊區域60內的反應物達到反應狀態，使得當第二光束50供應光子時，當該光子被由於與第一光子相互作用的結果而處於激發態的分子吸收時即足以驅動反應物的沉積或蝕刻反應。選擇反應物，使得當在空間和時間上對齊時，兩個光束的高能量區域32的組合能量足以使所希望的沉積或蝕刻反應發生，但其中兩個光束40、50重疊， 而兩個高能量區域32並未重疊，例如在位置74，光束50的高能量區域與光束40的裙部區域68重疊，所組合的能量並不足以致使反應物反應出沉積物或蝕刻材料。因此，因為這兩個光束(光子)能量在空間上只存在於卵形重疊區域60中，故反應只發生在卵形重疊區域中，因此可以沉積或蝕刻出非常小的特徵。
還如第4A圖中圖示的，雖然完全重疊兩個STED光束40和50的完整輪廓可能是明顯的，但其中將存在足以反應的能量的實際重疊是非常小的，如尺寸66所示。例如，光束50遍及裙部70邊緣的全寬(3個標準差)是在40nm的等級上，卵形區域的寬度66可能在小於10nm、甚至小於5nm的等級上。結果，非常小的光點尺寸可被形成，其中直接光子寫入膜層一個分子的厚度(由於接收兩個光束40、50的兩個不同能量光子而從分子或原子的反應所產生)或藉由卵形區域中的個別蝕刻劑反應分子進行蝕刻是可能的。所沉積的膜厚度或下層膜的蝕刻深度是每個前驅物在光子波長的吸收截面、在兩個光束開啟並重疊的持續期間到達重疊位置的光子數量、以及在相同期間沉積或蝕刻反應物在重疊位點的可用率之函數。因此，使用非常低濃度的反應前驅物之極短脈衝可以產生在一個原子厚的等級上的非常薄特徵。較長的重疊時間和較高的前驅物濃度將產生更厚的特徵。當在原子層沉積或蝕刻製程中使用重疊的STED光束來活化反應的(最終的)前驅物時，可以形成單原子厚的特徵。因此，可以使用兩個空乏光束(例如兩個STED空乏光束)的系統來取代 傳統的光微影膜形成、遮罩曝光、顯影及剝離步驟，以藉由在單位數奈米尺度上加成的或消減的原子和分子尺度光子反應來形成特徵，從而大量減少步驟數目及基板的處理，以形成這樣的特徵。
為了確保第一和第二光束的光子在時間上重疊，在沉積期間可以將兩個光束40、50皆保持在恆定開啟的狀態。此外，而且更佳的是，可以將第一光束20保持在恆定開啟的狀態，以將反應物的分子和原子連續激發到激發的、但尚未在高能量區域32之跨度內的反應狀態，並且可以將第二光束50脈衝化，使得在卵形重疊區域60中，由光束50提供並在與由光束40提供的光子相同或不同的能量下的第二光子被反應物吸收，從而在卵形區域60內產生沉積或蝕刻反應。
此外，可以構思的是，第一和第二光束40、50皆可以被脈衝化。因為由第一光束的光子所提供的激發態是暫時的，故與第一光束40的脈衝相比，第二光束50的脈衝時機將決定反應是否發生。
現在參照第5圖，示意性圖示出形成空乏光束的配置。在這個實例中，示意性地說明兩個雷射光束(激發和空乏光束)的組合。如第5圖所圖示，光束組合腔室被耦接到第一激發光束源102A和第二空乏光束源102B，使得兩個光束的組合共線輸出238可以產生。具體來說，腔室299包括與源自激發光束源102A的光束224A之投射對準的第一視窗202A及與源自空乏光束源102B的空乏光束224B對準的第二視窗202B。在這個態樣中，光束224A通過視窗202A進入腔 室並被鏡204反射90度，然後通過解析板206A中的解析孔205A，並再次被半銀鏡(分光器)209反射90度到達平行於進入腔室299的進入路徑的路徑並與空乏光束224B共同延伸。
空乏光束224B通過第二視窗202B進入腔室299，然後在通過半銀鏡209之前通過解析板206B中的解析孔205B，在半銀鏡209空乏光束224B變成與激發光束224A共同延伸並軸向對齊。然後組合的光束228通過第二半銀鏡，其中光束的一部分232被送到能量分析站，而主光束則通過消隱快門220並經由出口視窗222射出而形成光束50。藉由致動快門220，源自腔室299的光束50可以被週期性地消隱在腔室299中，使得第二光束50可以只被週期性地定位來重疊在意圖使反應發生的目標位置表面上。
現在參照第6圖，圖示出用以在工件表面上進行基於光子的反應的製程腔室之示意圖，以展現沉積或蝕刻製程的基本特徵。在此圖中，工件是基板，例如可用於製造積體電路元件的半導體基板。
如第6圖所圖示，腔室300中包括平臺310，在平臺310上可以放置基板320以進行處理。此外，腔室300包括接入口330，例如閘門或流量閥，藉由接入口330基板320可以被載入腔室300並從腔室300被移出，例如藉由具有端效器的機器人，該端接器設以將基板320放到平臺310上並從平臺310移出基板320，如半導體元件製造技術領域中眾所周知的。此外，在本實施例中，平臺310設以在X方向(平 行於第6圖的頁面平面)、Y方向(進出第6圖的頁面平面)、以及Z方向(相對於腔室300的基座302向上和向下)上移動。平臺310還可設以圍繞其中心旋轉。
腔室300進一步包括第一腔室視窗350和第二腔室視窗352，在本實施例中第一腔室視窗350和第二腔室視窗352位於腔室300的蓋部304上。該等視窗設以能夠密封腔室蓋部304，但也可透射由本文先前相對於第4圖所描述的光束40、50所提供的光能量。此外，設置有複數個反應物進入口360，在本案例中為口362和364、背景氣體口366、以及排氣口368。
光束40和50是由能量源340產生的，每個能量源340可以具有第一發射器342和第二發射器344。第一發射器342可以是激發光束源，而第二發射器344可以是空乏光束源。能量源340可以包括本文他處描述的光學元件，用於組合激發和空乏光束而形成STED光束40和50。每一個能量源340可以包括發射控制模組346，發射控制模組346控制從發射器344和342釋放的能量脈衝。電子計時盒348可被耦接到每個發射控制模組346，用以同步兩個STED光束40和50的脈衝化或發射。以這種方式，可以實施脈衝和工作週期時間的精確控制，以執行本文所述的方法。
在本實施例中，光束40通過視窗350進入腔室300，而光束50通過視窗352進入腔室300。在本實施例中，光束40、50是固定的，即電磁能量的路徑是固定的，使得光束設以以第4圖的方式在反應區域370相交。反應區域370具有 第4圖圖示的卵形橫截面，並在腔室300內、在x、y及z方向上被三維固定。
為了進行製程以在腔室的反應區域370中引發反應，通過閥330將基板320裝載到平臺310上，並將閥330關閉。對腔室300的排氣或抽吸將腔室壓力降低到低於環境的壓力，例如在毫托的範圍中，並使背景氣體(例如惰性氣體氬氣)通過背景氣體口366流入腔室，直到在氬的進入流動和通過排氣口368的排氣流動之基礎上達到了穩定的壓力。一旦達到了穩定的壓力，則使反應氣體流過反應氣體口362、364，以在基板320的表面上方(特別是在反應區域370中)個別地或以混合物提供一種或更多種活性氣體。或者，在一些反應中，只需要通過僅一個口364、362供應一種反應物。通過視窗350供應光束40到腔室300，並且通過視窗352供應第二光束50以在反應區域370相交。結果，在卵形反應區域370中光束40、50的組合光子能量足以使反應物發生反應，並在卵形反應區域370中引發局部沉積或蝕刻反應任一者。
為了使反應發生於基板320上的不同位置，可以在x和y方向上移動平臺310(上面固持基板320)，藉以移動卵形反應區域370在基板320上的相對位置。此外，當光束相交於如第6圖所示的沉積區域時，也可以在z方向上移動基板320，以確保卵形重疊區域370的大小不會在材料被沉積於該區域並且從所沉積材料的頂部到光束源的距離縮短時發生變化。
參照第7圖，其中圖示使用第6圖的腔室300橫跨基板320的表面光子寫入寬度W等級在5至10微米的一條線。如第7圖所圖示，第一卵形區域400被形成在基板上，並且通過第6圖的反應氣體口362、364中的一個提供沉積反應物(例如矽烷)，從而在整個卵形區域的跨度間形成約一個或更多個原子厚的薄矽層，以形成第一卵形沉積區域402。然後將該基板逐步移動不到卵形的一半長度D，並重複沉積製程，以形成第二卵形區域406，留下該第一卵形區域的第一區域402具有約一個或更多個原子厚的沉積Si層，而第一卵形區域400的第二部分404具有的厚度約為兩倍所形成的第一沉積厚度，第一和第二卵形區域400、406在第二部分404重疊。將基板320再次沿同一方向移動相同的距離，並形成與第一和第二卵形區域402、406部分重疊的第三卵形區域410，從而在一部分的第一卵形區域402中提供了三倍厚度層，並在一部分的第二卵形區域406中提供了兩倍厚度層。以這種方式重複移動基板，可以將線420直接光子沉積在基板320上，並具有三個或更多個矽原子層等級的厚度。為了增加線420的厚度，可以將上面固持基板320的平臺310降低線420厚度的等級，並在線420的長度上重複進行光子沉積製程一次或更多次，或是增加光束重疊時段的持續時間。結果，可以在基板的表面上將具有卵形反應區域370之寬度的線420形成到所需的厚度。
參照第8圖，其中圖示所產生的線。如在第8圖可以看到的，線的側壁包括數個「扇形」或弧形區域，使得線 在垂直於其長度的方向上向外延伸或凸出。這些扇形與線寬度和線深度相比的相對尺寸是可以藉由在線的沉積過程中調整形成的每個卵形區域的重疊來調整的。例如，假使第7圖的第二卵形區域406是藉由將卵形的中心沿著線的長度移動1/5卵形的長度D所形成的，則每個卵形區域長度將會產生10個扇形。假使形成第二卵形區域，使得第二卵形區域的中心與第一卵形區域402的端部重疊，則在每個卵形區域的長度D的線中扇形的數量是兩個。同樣地，在後面的情形中，除了在起端和末端(第一個和最後一個卵形)之外，線的深度將是兩個或更多個沉積層的厚度，而在第一種情形中，線的深度將是10個或更多個沉積層的厚度，其中每個層可以薄至一個原子。因此，為了使用卵形投射來進行反應以形成較平滑的側壁，卵形的長度調整必須是較小的，並且所產生的線將會較厚，但寫入時間將較長。然而，由於可能需要的線厚度可能比10個或更多個原子的厚度明顯更厚，故其中需要覆寫多條線的整體產量將不會受到影響。
此外，如本文中將進一步描述的，在線420的寫入過程中，光束40、50中可以只有一者或兩者皆被脈衝化，即被間歇地導引到線的寫入區域。例如，一個光束40可以保持開啟，並沿著基板在線420的路徑上移動，並且可以在第一光束40已到達與先前沉積的卵形區域適當的重疊位置的時候間歇地提供第二光束50。可以藉由使光束50離開被寫入的線420而消隱到基板未被另一個光束佔據的另一個區域、或完全離開晶圓、甚至藉由在光束源的快門來脈衝化光束50。或者， 可以將兩個光束皆脈衝化，使得當支座310橫向或在z方向上移動基板320時，光束40、50都「離開」，直到到達下一個用於沉積卵形區域的寫入位置，然後在寫入位置脈衝化光束40、50。再次地，離開包括在腔室內將光束消隱到基板上的非重疊位置或使用在光束源的快門。
現在參照第9圖和第10圖，其中圖示出另外的實施例，其中第6圖的設備被修改用於蝕刻或「光子」移除製程。在本實施例中，兩個光束40、50是重疊的，使得這兩個光束的中心線平行並彼此偏離，使得重疊區域1000(第10圖)形成，光束40、50的重疊區域1000在重疊區域中共線延伸，以形成第4圖所圖示的兩個光束40、50之卵形重疊區域。相對於第6圖的實施例，在本實施例中，重疊區域在腔室的高度延伸，因此蝕刻劑反應物的反應將沿著重疊區域的長度發生。
現在參照第11圖至第13圖，其中圖示使用重疊光束40、50的蝕刻反應之效應。在這種情況下，光束40以寬度40a在基板上延伸，並且光束50以寬度50a在基板上延伸，從而具有作為卵形柱從基板320延伸的重疊區域52及具有第4圖圖示的橫截面。如第11圖所圖示，基板320的局部視圖包括形成在基板320上的氧化矽層322，特徵324(第13圖)需要穿過氧化矽層322來形成。將被蝕刻出的特徵324具有在小於20nm寬的等級上(例如5nm寬)的寬度326。為了蝕刻出此特徵，藉由排氣口368將第9圖的腔室300抽空到毫托的範圍，並通過氣口366引入氬氣或另一種惰性背景氣 體，直到達到穩定的壓力。然後將對氧化矽有選擇性的蝕刻劑通過口362引入，使得氣態反應物覆蓋在基板320上。然後啟動光束40和50，以蝕刻層322。
在第一蝕刻步驟之後，氧化矽層322中形成有小凹部328，小凹部328在重疊區域52中延伸到等於在兩個光束皆開啟的時段期間可以使用被重疊光束的能量活化的蝕刻劑數量蝕刻的SiO2分子數量的深度。可以使用諸如CF4的反應物來蝕刻下方的氧化矽。因為CF4將接收足夠的能量而僅在光束重疊區域52被活化，故使用來自CF4的活化F蝕刻氧化矽也將只在(或非常靠近)卵形區域中發生，其中重疊的卵形與氧化矽層322接觸，因此凹部358將具有與重疊區域52相同的尺寸和輪廓。
參照第11圖，在第11圖的蝕刻製程已被重複數次之後，凹部358被加深了，而且凹部358具有大體上垂直於氧化矽層322之曝露表面326延伸的側壁358a及基部358d。然後，隨著處理繼續進行，凹部358最終延伸穿過氧化矽層而形成特徵324。為了形成寬度為第7圖的長尺寸D的圓形凹部，可以圍繞蝕刻特徵的中心旋轉基板或光束。或者，為了提供更圓的特徵，可以以在奈米尺寸等級的小圓形、梯形、五邊形等圖案移動基板，以使蝕刻特徵變圓。
較佳的是，在本文的蝕刻實施例中，將兩個光束中之至少一者脈衝化，使得例如光束40被保持在基板320「上」，並且第二光束50被脈衝化開啟和關閉。第二光束50的脈衝使蝕刻的副產物在下一個脈衝形成更多的活化蝕刻物 種以進一步蝕刻氧化矽或其它待蝕刻的層之前清理蝕刻特徵。此外，第一光束40可以藉由使基板支座310在x方向和y方向上移動而光柵掃描基板，而且基板320上的這多個位置可以被蝕刻。例如，可以鄰接初始位置蝕刻出第二特徵，該初始位置例如第11圖中以虛線圖示的凹部328所在的位置。相鄰的特徵可以藉由在兩個不同的位置之間來回移動光束40、並在光束40位於製程位置時脈衝化第二光束50來形成。
在第9圖中將光束40和50圖示為相鄰的、重疊的、平行的關係，所以可以完成特徵324的定向蝕刻，並且側壁大致垂直於氧化矽或其它蝕刻層的面。假使光束40、50只相交於被蝕刻的層330，如第14圖所圖示，則光束40、50會被被蝕刻的層遮蔽而無法到達凹部358d的基部，並且產生的光束重疊區域374將被膜層的相鄰區域372退縮，從而產生圓錐形輪廓的蝕刻特徵。因此，除非將要蝕刻很淺的特徵，否則應該以第9圖的平行、相鄰重疊架構提供兩個光束40、50。
在第9圖至第13圖中圖示的蝕刻實例係就蝕刻具有兩個光束的重疊區域截面的三維凹部方面來描述。為了蝕刻一條線，可以遵循如關於第6圖至第8圖所述用於寫入/沉積線的相同程序，且提醒的是使用平行的相鄰重疊光束。同樣地，為了寫入/沉積具有兩個光束的重疊輪廓的柱狀物，重疊的光束可以保持在基板上的單個點，並且基板可以在z方向上移動，以在基板上依序形成原子尺寸的沉積材料層。
第15A圖圖示用於獲得大量的個別空乏子束(而非第6圖的個別光束40、50)的系統之示意性配置。個別空乏 子束是由激發和空乏源雷射直接供應。在本實施例中，基板320被圖示出，並且基板320被固持，而且可以在至少x、y及z方向(如關於第6圖所述)上移動。在本實施例中，每個空乏源光束1500和空乏源光束1502(每個皆如本文關於第3圖至第5圖所述藉由組合激發光束和空乏光束來提供)皆被分成個別的子束1500a-n和1502a-n，第15圖只各圖示出兩個。在本實施例中，子束1500a-n和1502a-n係衍生自空乏光束，使得每個子束具有第3圖和第4B圖的光束32之輪廓，每個子束1500a-n具有相同的光子能量，並且每個子束1502a-n具有相同的光子能量。同時，個別的子束對(其中該對中之一者係來自子束1500a-n，並且該對中之一者係選自子束1502a-n)被組合，以形成如第4圖圖示的重疊卵形區域。在本實施例中，子束1500a-n的數目等於子束1502a-n的數目，使得子束的卵形重疊區域之數目為n。
為了形成子束，給出形成子束1500a-n的描述，而且使用相同的構造來形成子束1502a-n。光束1500被導引通過二維的傅立葉光柵系統1504，複數個子束元件被從傅立葉光柵系統1504發射出。可以使每個子束元件通過附加的二維傅立葉光柵，並使每個後續的光束通過另外的二維傅立葉光柵，直到在1000等級左右的大量子束形成。個別子束彼此成無窮平行。每個產生的子束1500a-n(第15A圖僅圖示1500a和1500n)在微鏡陣列1510被導引，微鏡陣列1510具有複數個微鏡1510a-n，複數個微鏡1510a-n的數目等於或大於子束1500a-n，而且經由控制器1520個別控制每個微鏡1510a-n， 以反射子束並藉以反射到一個位置以在基板320上與源自光束1502的子束1502a-n形成重疊區域，或反射到離開基板320的位置，或在基板上但不與另一個子束處於重疊的關係。
現在參照第16圖和第17圖，其中圖示微鏡陣列1510的進一步細節。如第16圖所圖示，各個鏡1510a以及以下的等等被配置成矩形陣列，並且每個鏡1510a-n被個別控制而如第17圖所圖示圍繞z方向致動，以定位鏡1510a-n，而將個別的子束1500a-n導引到特定位置來重疊子束1502a-n，或鏡1510a-n在第二位置以將個別的子束1500a-n導引離開基板。如第17圖所圖示，微鏡1510d、f及g被定位來在基板320(第15A圖)的方向上導引光束，而鏡1510e被相對於鏡1510d、f及g的位置移動，以使子束1500e的位置離開基板320。
如先前所討論的，光束1502被此處專用的傅立葉光柵系統1504中的一個或更多個傅立葉光柵分離，並且產生的各個子束1502a-n在微鏡陣列1510的各個微鏡被導引到不連續的、與子束1500a-n的專用子束重疊的位置。當需要系統以沉積模式運作時，即當諸如矽烷的沉積前驅物氣體被引入腔室而在藉由重疊成對的子束1500和1502所形成的卵形重疊區域中形成矽沉積物時，第二微鏡陣列1510及與子束1502a-n相關的控制器1520可以被去除並使用單獨的鏡取代，而且在整個沉積製程中子束1502a-n可以保持被定向於基板320的方向。
為了在基板表面上形成特徵(例如藉由沉積)，每 對子束(例如子束1500a和1502a)設以在腔室300的x、y及z坐標中的特定坐標位置形成重疊區域，即空間中的重疊區域，當基板被正確地定位在z方向上時，該重疊區域會被投射到基板320上。
第15B圖為可用於產生具有單一奈米尺寸的重疊空乏子束圖案的光學系統15000之示意圖。該圖案可以是規則重複的圖案，或是該圖案可以是選擇性的圖案，並且個別的重疊空乏子束被切換到「開」表示具有足夠的能量來活化化學反應，或被切換到「關」表示不具有足夠的能量來活化化學反應。光學系統15000可與本文它處所述的任何設備一起使用於執行沉積或蝕刻製程。第15B圖大致圖示三個子束來表示可以具有數千、數百萬、或甚至數十億個子束的子束陣列。
使用光學系統15000處理基板320，光學系統15000包含兩個光學子系統15501和15502。每個光學子系統15501和15502產生空乏子束的陣列。第一光學子系統15501產生第一空乏子束陣列15901，並且第二光學子系統15502產生第二空乏子束陣列15902。使用分束器15921組合或重疊第一和第二空乏子束陣列15901和15902，以形成重疊的空乏子束陣列15941。重疊的空乏子束陣列15941被第一成像元件15961(可以是第一透鏡)和第二成像元件15981(可以是第二透鏡)聚焦、放大、或縮小，以形成重疊的空乏子束之圖像陣列15991，圖像陣列15991被導引到基板320。取決於由兩個光學子系統15501和15502產生的子束在分束器15921的精確 對準，子束可以部分重疊，意思是每個子束的能量場邊界(例如每個子束的1/e強度邊界)相交；子束可以完全重疊，意思是一個子束的能量場邊界完全在另一個子束的能量場邊界內部；或是子束可以被組合，意思是兩個子束的光軸重疊，並且在任何合理的量測精度內是平行的。
第一空乏子束陣列15901是藉由將選定波長和強度的第一入射輻射光束15521導引到第一繞射光學元件15561所產生的。第一空乏光束15541也被導引到第二繞射光學元件15581。第一入射輻射光束15521被第一繞射光學元件15561分成第一子束陣列15601，而第一空乏光束15541被第二繞射光學元件15581分成第一空乏子束陣列15621。子束陣列15601和15621被配置成在第一分束器15641上或內的點重疊，以形成第一空乏子束陣列15661，其中大致上陣列15601的所有子束皆被與來自陣列15621的空乏子束組合。第一空乏子束陣列15661從第一分束器15641射出，並被導引到第一準直元件15681，以產生第一準直空乏子束陣列15701。一些電磁輻射也可能在第一分束器15641傳播出光學系統15000。第一準直空乏子束陣列15701通過聚焦元件15721而形成聚焦的空乏子束陣列15741，聚焦的空乏子束陣列15741被導引通過第二分束器15761和第二準直元件15861而到達第一可定址的微鏡陣列15841，大致如上關於第15A圖、第16圖及第17圖所述。一些電磁輻射也可能在第二分束器15761傳播出光學系統15000。第一可定址的微鏡陣列15841選擇性地反射空乏子束返回通過第二準直元件15861，取決於 陣列15841的各個反射元件的方向，如藉由設以個別定址和調整每個反射元件的控制器來決定。第二準直元件15861聚焦反射的子束返回第二分束器15761。反射自第二分束器15761的子束形成空乏子束的圖案化陣列15871，反射出第一可定址微鏡陣列15841的配置。反射自第一可定址微鏡陣列15841的子束給予空乏子束的圖案化陣列15871附加的能量，使得空乏子束的圖案化陣列15871可以含有第一能量的空乏子束及第二能量的空乏子束，且該第二能量與該第一能量不同。空乏子束的圖案化陣列15871被導引通過第三準直元件15881，以形成帶有能量圖案的第一空乏子束陣列15901，該能量圖案係由可定址微鏡陣列15841所界定。
進行類似的製程，以使用第二光學子系統15502形成第二空乏子束陣列15902，第二光學子系統15502與第一光學子系統15501類似或相同。可以使用第二可定址的微鏡陣列15842來圖案化第二空乏子束陣列15902。陣列15901和15902中至少一者具有子束能量圖案，該子束能量圖案可以具有兩個不同能量值的空乏子束。假使子束陣列15901和15902皆依據能量被圖案化，則這兩個圖案可以是相同或不同的。因此，重疊空乏子束的圖像陣列15991可設以在基板320的表面具有重疊的能量場，該重疊的能量場具有一個、兩個、或四個不同的能量。應當注意的是，光學系統15000使用的分束器可能會導致系統損失一些功率，所以選擇原始入射光束和空乏光束的功率電平來補償這些損失。
取決於能量場中存在的前驅物，這種光學系統可被 用來在一個基板上的不同位置同時進行沉積和蝕刻製程。例如，重疊空乏子束的圖像陣列15991可以藉由操作可定址的微鏡陣列15841和15842來配置，以遞送複數個具有四種不同能量的重疊能量場到基板320，使得第一部分的重疊能量場具有活化沉積前驅物(以氣體混合物提供到基板)的能量，第二部分的重疊能量場具有活化蝕刻前驅物(以氣體混合物提供到基板)的能量，以及第三部分的重疊能量場具有不活化任何前驅物的能量。以這種方式，基板320上的第一複數個位置進行沉積製程，基板320上的第二複數個位置進行並行的蝕刻製程，以及基板320上的第三複數個位置不被處理。例如，假使包含矽烷和CF4的氣體混合物被提供到具有第15B圖的光學系統15000的腔室，則可以藉由在基板上的第一複數個位置使用選擇來只活化矽烷的能量來進行數以千計的單一奈米尺寸沉積製程並同時在基板上的第二複數個位置(不同於該第一複數個位置)使用選擇來只活化CF4的能量來進行數以千計的奈米尺寸蝕刻製程而處理基板，而且所有用於活化前驅物的能量係同時由四個輻射源發射通過光學系統15000。以這種方式，可以在基板上的奈米尺寸位置進行沉積製程，同時並行地而且在只距離約40nm處，在同一基板上的另一個奈米尺寸位置進行蝕刻製程。
可以使用類似的方法和設備來從半導體基板選擇性地移除材料。半導體基板可以被放置在處理腔室中，其中重疊空乏光束或子束的圖案被導引到基板。同時，諸如HCl或Cl2的選擇性移除氣體可以被提供到處理腔室中鄰近基板的 區域。選擇光束或子束輻射的波長、強度及持續時間來將該選擇性移除氣體活化到活性的狀態，使得該選擇性移除氣體的活化物種與基板上將被移除的物種反應。
第15C圖為依據另一個實施例可被用於產生具有單一奈米尺寸的重疊空乏子束圖案的光學系統15001之示意圖。光學系統15001利用輻射的性質來共線地組合或重疊電磁輻射的光束，從而減少使用第15B圖的光學系統15000可能遭遇的功率損失。使第一入射光束或脈衝15523通過第一繞射光學元件15563而形成第一子束陣列15603，使第一子束陣列15603通過第一準直元件15683而形成第一準直子束陣列15703。第一偏振器15723偏振第一準直子束陣列15703的子束，以形成第一偏振子束陣列15763。
同樣地使第二入射光束15543通過第二繞射光學元件15583，以形成第二子束陣列15623，使第二子束陣列15623通過第二準直元件15693，以形成第二準直子束陣列15713。使第二準直子束陣列15713通過第二偏振器15743，以形成第二偏振子束陣列15783。
第一偏振子束陣列15763和第二偏振子束陣列15783具有的偏振狀態係以可以被第一偏振光束組合器15803共線組合的方式相關。第一偏振子束陣列15763的偏振狀態可以與第二偏振子束陣列15783的偏振狀態正交。藉由盡可能接近地對準來自每個陣列的每個對應子束以準確地撞擊偏振光束組合器15803的光學活性表面15813上的同一點來對準第一偏振子束陣列15763和第二偏振子束陣列15783，使得 當兩個子束陣列離開第一偏振光束組合器15803時，第一偏振子束陣列15763的每個子束大致上與第二偏振子束陣列15783的對應子束同軸且平行。因此產生的組合子束陣列15823包含複數個子束，其中每一個子束可以具有類似於關聯第1B圖所描述的高斯能量分佈。或者，兩個子束陣列可以被對齊，使得一個子束陣列的每個子束與另一個子束陣列的對應子束重疊，而形成重疊的子束陣列，其中每一個重疊的子束可以具有類似於關聯第1C圖所描述的每個分佈。為了形成具有如第4圖所圖示的重疊圖案的重疊空乏子束陣列，可以使第一和第二偏振子束陣列15763和15783在第一偏振光束組合器15803稍微不對準。
可以使用光學子系統15504以大致上類似的方式形成空乏子束陣列15824，光學子系統15504與光學子系統15503類似或相同。第一空乏光束15524和第二空乏光束15544分別被第三繞射光學元件15564和第四繞射光學元件15584分成子束。將該等子束準直和偏振，使得第二偏振光束組合器15804組合該等子束而形成空乏子束陣列15824，其中每個子束具有類似於關聯第2B圖所描述的能量分佈。為了形成具有如第4圖所圖示的重疊圖案的重疊空乏子束陣列，可以按照與第一和第二偏振子束陣列15763和15783的不對準相同的圖案來使第一和第二偏振空乏子束陣列15764和15784稍微不對準。然後，將產生的空乏子束陣列15824與稍微不對準的子束陣列15823對準，使得每個空乏子束與來自陣列15823的對應子束重疊，如關聯第3A圖所描述的。當以 這種方式組合時，在上述空乏子束和正常子束中的重疊產生了重疊的空乏子束。
可以藉由使用波長選擇反射鏡15922將子束陣列15823與空乏子束陣列15824共線組合。這樣的反射鏡反射一個波長或窄帶波長的電磁輻射，同時透射其它波長的電磁輻射。這種反射鏡是本技術領域中習知的，並且可以藉由形成具有不同折射率的交替材料層來製作。可以選擇該材料，並且可以決定層的厚度，以提供幾乎任何所需程度的波長選擇性。在第15C圖的實施例中，空乏光束15544/15524可以具有與入射光束15523/15543不同的波長。波長選擇反射鏡15922設以反射在空乏光束15544/15524波長的電磁輻射。在波長選擇反射鏡15922上對準空乏子束陣列15824與子束陣列15823產生了共線組合的空乏子束陣列15942。陣列15942最終可以被成像光學元件15962和15982(可以是成像透鏡)聚焦、放大、或縮小，以在基板320形成重疊、空乏子束的圖像。此處應當注意的是，光學系統15001也可以設置有反射入射光束15523/15543之波長同時透射空乏光束15524/15544之波長的波長選擇反射鏡15922。
第15D圖為依據另一個實施例可被用於產生具有單一奈米尺寸的重疊空乏子束圖案的光學系統15002之示意圖。光學系統15002在大多數方面類似於第15C圖的光學系統15001，不同之處在於包括關聯第15B圖描述的可定址的微鏡陣列15841/15842。偏振器15743/15744被移動到各自的偏振光束組合器15803/15804的相對側，使得各子束陣列 15783/15784將先通過偏振分束器15803/15804、被偏振器15743/15744偏振、以及反射自可定址的微鏡陣列15841/15842。
在替代的實施例中，15543和15524可以是入射光束，而15523和15544可以是空乏光束。在這樣的實施例中，兩個被分成子束陣列15713/15714的入射光束15543/15524可以被可定址的微鏡陣列15841/15842數位化(即個別子束被切換開或關)，並且產生的圖案化子束陣列利用偏振與空乏子束陣列組合。然後可以使用波長選擇反射鏡15922使所產生的數位化的空乏子束陣列15823/15824組合或共線重疊。在這樣的實施例中，波長選擇反射鏡15922可以選擇性地反射入射光束15524和空乏光束15544的兩個波長。在這樣的實施例中，入射光束15543/15524的波長較佳是不同的，並且空乏光束15523/15544的波長較佳是不同的，以便利在波長選擇反射鏡15922的組合或重疊。這樣的反射鏡是本技術領域中習知的，並且可以藉由施加兩個布拉格塗層到基板來製作，每個塗層對一個波長有選擇性。因此，第一波長被第一塗層反射，並且第二波長被第二塗層反射，兩個波長對應於入射和空乏光束15524/15544。注意到的是，由於進入波長選擇反射鏡15922的不同穿透深度，兩個光束的不同路徑長度可以藉由調整子束陣列15714和15764的對準來解決。
如以上關聯第15B圖所描述的，這樣的架構可以被用於在基板320的表面製作具有各種子束能量的重疊空乏子束陣列15992。第15E圖為基板320具有重疊空乏子束陣列 15992的部分15900之視圖，重疊空乏子束陣列15992照射基板320的表面。陣列15992包含第一複數個具有第一能量的重疊子束15902及第二複數個具有第二能量的重疊子束15904，該第二能量與該第一能量不同。該第一能量可以是活化第一前驅物的能量，以在基板320的表面上被第一複數個重疊子束15902照射的區域進行第一製程。該第二能量可以是活化第二前驅物的能量，以在基板320的表面上被第二複數個重疊子束15904照射的區域進行第二製程。
這兩個不同的能量可以藉由操作可定址的微鏡陣列15841使得來自陣列15783的選擇子束不返回通過偏振器15743來實現。在晶圓320上對應位置的結果是基板的照射區域被只來自入射光束15523的輻射照射而沒有任何來自於入射光束15543的貢獻，從而產生能量比兩個入射光束15523/15543組合更低的輻射。以這種方式，基板320上的相鄰位置可以被來自一個入射光束或來自兩個重疊的入射光束的輻射照射。
前驅物可以被以單一氣體混合物提供到基板320，使得每當氣體混合物遇到第一能量，則第一前驅物被活化，並且每當氣體混合物遇到第二能量，則第二前驅物被活化。第一和第二前驅物中每一個皆可以獨立地是沉積前驅物或蝕刻前驅物，使得第一製程可以是沉積製程或蝕刻製程，並且第二製程可以是沉積製程或蝕刻製程。以這種方式，尺寸小於10nm的子束可以被以大致垂直和準直的方式導引到基板320的表面，以進行精確的材料製程並避免關聯第14圖描述 的遮蔽現象。
在一些實施例中，第二能量可以活化第一和第二前驅物兩者。在這種實施例中，第一和第二前驅物在氣體混合物中的濃度可以決定由組合的活化第一和第二前驅物進行的製程的性質。假使第一前驅物是沉積前驅物而第二前驅物是對於由第一前驅物沉積的物種有選擇性的蝕刻前驅物，則等量的第一和第二前驅物決定由第二能量活化的製程是否為蝕刻製程或修改的沉積製程。假使蝕刻前驅物處於明顯過量，則可能導致蝕刻製程。假使蝕刻前驅物不是處於明顯過量，則可能會產生修改的沉積製程，例如選擇性沉積製程(例如其中活化的蝕刻前驅物之蝕刻速度在一些區域比其它區域更快的製程)。
在一些實施例中，可以基於以氣體混合物提供到腔室的兩種前驅物之吸收截面來選擇第15D圖的入射光束15543和15524之波長。在這樣的實施例中，具有三種不同能量的重疊空乏子束可以被導引到基板。第一能量可以具有第一波長，第二能量可以具有第二波長，以及第三能量可以具有第一和第二波長的組合。第一波長可以被第一前驅物優先吸收，並且第二波長可以被第二前驅物優先吸收。可以進一步選擇各雷射的通量以及前驅物的濃度，以在基板上的特定位置實現每種前驅物的特定活化水平，從而在小於10nm(在一些情況下為小於1nm)並相距20nm或更短的區域中同時進行高選擇性的材料處理。在這樣的實施例中，波長選擇反射鏡15922可以對超過一種波長具有選擇性。這種反射鏡可 以藉由在透光基板上形成雙波長選擇性反射層來製作，該層包含對第一波長具有選擇性的第一層及對第二波長具有選擇性的第二層，不同的波長係由沉積在基板上的層之折射率和厚度來決定。
參照第18A圖至第18F圖，其中圖示在基板320表面的部分1530上沉積兩條線和一個柱。首先參照第18A圖，其中圖示沒有線或柱的基板320表面1530。然後，如第18B圖所圖示，三個卵形重疊區域1532、1534及1536被形成在基板表面上，對應於表面1530上的位置1542、1544及1546。然後，藉由施加如先前所述的矽烷前驅物，在卵形區域的輪廓和尺寸中形成了矽沉積層。卵形重疊區域1532-1536是腔室300中三維固定的位置，而位置1542-1546是基板320的表面1530上固定的位置。
現在參照第18C圖，其中圖示在第18B圖的位置1542-1546沉積的沉積卵形特徵，但只有卵形區域1532被形成在基板320上、在位置1542的先前沉積材料上方，使得另外的材料層被形成於在位置1542的先前形成材料上方。在位置1544和1546形成沉積材料的卵形區域並不存在，此情況的發生是因為用以在位置1544和1546形成重疊區域的子束1502及或1500被微鏡陣列1510中的相關微鏡改向了。
現在參照第18D圖，將基板圖示為在位置1542具有複數個堆疊在另一者之頂部上的沉積層，該等沉積層是藉由重複關於第18C圖描述的製程所形成，並且圖示重疊區域1534被投射到基板320上鄰接先前在位置1544形成的層。此 係藉由移動基板到圖式的左側來完成，使得在腔室中具有固定座標的卵形區域出現在先前在位置1544沉積的卵形層的右側。在此時間點反應物氣體被引入或已經存在，以在鄰接且重疊位置1544的位置1544a形成沉積層。然後，如在第18E圖中可以看到的，基板320的移動和專用於卵形區域1534的子束1500a-n、1502a-n中之一者或兩者的脈衝化在基板表面1530上產生了複數個從位置1544延伸到位置1544n的卵形沉積區域，以形成一條在圖式中從右延伸到左的線。
現在參照第18F圖，現在基板320已在Y方向上被移動，Y方向垂直於基板320被移動以形成線1534的方向，並且只有卵形區域1536被投射到表面1530上，使得卵形投射區域1536疊置於形成在位置1546的膜層，並從該膜層在Y方向上延伸。如虛線箭頭1540所表示的，可以藉由基板320在Y方向上進一步增加的移動量接著形成卵形區域1536以在先前形成的層1536a上形成又進一步部分重疊、部分延伸的卵形沉積層......，直到一條所需厚度的線被寫出而在Y方向上寫出線1536。為了在第6圖的Z方向上延長線1544和1546的高度，使用如所述的相同操作程序來覆寫線1546和1544。
為了能夠選擇性地投射子束以形成柱和線，控制器1520包括設以遵照指示圖案來改變微鏡陣列1510的每個或任何微鏡的方向的可程式化微處理器和介面軟體，以在基板320的整個表面1530上寫出柱和線。可以同時寫出多條線和多個柱，從而在線的書寫上藉由該系統產生高的產量。此外，藉由適當同步的x和y方向移動，可以寫出在平行於x或y 方向以外的方向上延伸的線。此外，為了在基板上維持一致的卵形區域投射尺寸，也可以在z方向上移動基板，其中材料層被沉積在預沉積的膜層上方。
現在參照第17圖和第19圖，其中圖示用於投射兩個空乏光束的重疊區域的第二種架構。在本實施例中，使兩個個別的空乏光束1500和1502通過傅立葉光柵系統1504，以形成多個衍生子束1500a-n和1502a-n，而且如關於第15圖所述，藉由控制器1520控制鏡的位置，這些子束被導向並選擇性地在第一方向或第二方向上被個別反射。然而，與第15圖的實施例相反的是，在本實施例中，用以在基板320上形成重疊區域的個別子束1500和1502對被以部分重疊並以幾乎共線對準遞送到晶圓，其中每個子束的軸無窮(或接近無窮)平行(光束間距沿著子束的長度保持不變)。為了提供這種對準，提供了光束組合器1560，其中子束1502a-n通過組合器1560，而子束1500a-n在組合器1560被反射到基板的方向並幾乎共線對準，而且平行於子束1502a-n，使得每對子束(例如子束1500a和1502a)具有關於本文第10圖的光束40、50所圖示和描述的對準。
在此架構中，在基板320表面上蝕刻或沉積物種是被容許的。因為光束被彼此平行並部分重疊地導引，故重疊區域從腔室300中的基板320延伸到視窗350，並且該組合器位於腔室300外部。
以如關於第18A圖至第18F圖所述相同的方式，利用選擇性反射子束到腔室300中的特定位置或選擇性反射來 自腔室300中特定位置的子束，可以使用該等子束在基板表面上沉積特徵。然而，由於每對子束的重疊區域在基板上方腔室300的高度上延伸，故可以將重疊區域的位置視為只在基板的x和y方向上固定，因為基板在Z方向(第6圖)上的移動將不會導致基板上的重疊區域之尺寸改變或完全損失。此外，本實施例對於蝕刻製程是高度理想的，因為重疊區域是柱狀的，而且將不會像第15圖的子束會發生的遮蔽被蝕刻特徵的基部。
現在參照第20圖，將描述用於光子處理工件的片光束配置。本實施例的片光束投影儀1600取代了關於第15圖至第17圖圖示和描述的先前實施例的二維傅立葉光柵1504。在本實施例中，具有高能光子激發區域(具有獨特的裙部或廢棄)的空乏光束1602被空乏(此亦如關於本文的第3A圖和第3B圖所圖示和描述的)、被導引通過第一平-凸透鏡1604和第一平-凹透鏡1606以形成擴展的片1608、以及之後再藉由通過第二平凹透鏡1612和第二平-凸透鏡1614而被導引成片光束1610。線性或線設置的複數個微鏡陣列1620位於片光束1610的線中並相對成45度角，使得片光束1610被轉置並反射90度，並因此在腔室300的方向上。除了所指出的之外腔室300具有腔室300的相同基本架構，所以將不再重複腔室300的描述。單一視窗350(具有比片光束的整個寬度更長的長度)被配置在腔室蓋304中。因此，片光束被投射進入腔室300，該片光束具有高能光子的中央激發區域和在任一側的空乏裙部或廢棄區域。
如關於本文第15圖至第17圖的傅立葉光柵1504和微鏡1510實施例所描述的，在本實施例中提供第二片光束投影儀1600及微鏡陣列1620，並且藉以投射的片光束同樣被以平行、部分重疊的狀態導引到工件320，使得在非常窄的線中兩個片光束的激發光束部分的重疊在基板上重疊。如同先前的實施例，其中可以構思的是，具有激發光束部分(具有高能光子)的片光束可以在50奈米寬或更小、並小至20奈米寬的等級上，而且其中被引入或保持在工件上方的反應物將發生反應的重疊區域可以被保持在小於20nm寬，例如5nm至小於1nm寬。
此外，在本實施例中，如還關於第15圖至第17圖中圖示的實施例描述的，片光束1600中的一個可以被單一鏡(即非微鏡陣列1620)導引到工件320。因為反應發生需要兩個光束一起存在於工件上，故只有其中一個光束需要被再導引或脈衝化，以有效地啟動和停止反應。此外，一個光束可設以作為空乏光束，而第二個作為空乏片光束。因此，藉由在基板上的線上的不連續位置由投射的片光束相對部分地重疊點光束，可以在投射片光束的線的整個長度上的不連續位置形成個別的特徵。
現在參照第21圖和第22圖，其中圖示微鏡陣列1620的配置。與前面實施例的微鏡陣列相反，微鏡陣列1620只包括單排的鏡1620a-n，並且每個鏡可個別由控制器1630定址，控制器1630藉由通訊線1632連接到每個微鏡1620a-n上的致動器。微鏡陣列1620的每個鏡的定位與第17圖的微 鏡陣列中圖示的相同，其中鏡可以被保持與入射光束成45度角、或傾斜或圍繞z軸旋轉(第21圖)，以偏轉片光束1610被各個微鏡320a-n反射遠離工件320的部分。
現在參照第23圖和第24圖，其中圖示兩個線光束310的重疊激發部分之用途。在第23圖中，工件320被放在支座310上，支座310凸出到腔室300的底部上方。兩個片光束的重疊區域1640橫跨工件呈細線延伸，並在支座310的面上方從工件向外延伸。重疊區域1640的最大長度需要是工件的寬度，並且線性重疊區域1640的長度可以藉由使用在微鏡陣列1620之相對端的微鏡來消隱部分的片光束而進行調整。然後，藉由引入(或保持先前引入的)反應物種到線性重疊區域1640，由反應物的作用所形成的特徵1650被形成在重疊區域1640上方，如第24圖所圖示，其中該工件已被圍繞其中心380旋轉90度。特徵1650可以是沉積的特徵、被蝕刻的特徵、或其它的材料特徵，如本文中先前描述的。
該工件可以在x、y、z及第23圖圖示的θ方向上移動。因此，形成特徵1650之後，可以在x方向上移動基板，同時兩個片光束1610中至少一者藉由微鏡陣列1620被消隱到非重疊的狀態，然後該兩個片光束再被導引而在重疊區域1640重疊，以使用反應物在工件上或中形成特徵。因此，藉由移動工件，並選擇性地消隱或不消隱部分的片光束，可以在工件上形成連續或不連續的線性特徵，例如第24圖中的特徵1650、1650a及1650b。
形成線性特徵之後，工件可以被旋轉，並在反應物 存在下再次使兩個片光束在工件重疊，以橫跨重疊區域形成另外的連續或不連續線性特徵，並藉由控制器1630選擇性地消隱微鏡1620a-n中的個別微鏡來提供不連續性。如第24圖所圖示，由於消隱部分的微鏡1620a-n的結果，在工件上形成了具有不連續重疊區域1640a-h的不連續線性重疊區域。在重疊區域中，微鏡陣列1620的非消隱微鏡投射每個片光束部分到工件，但在第23圖的線性配置重疊區域1640a-h的間隙中，至少一個片光束1610的一部分被微鏡陣列1620的一個或更多個微鏡消隱。可以作為重疊而被不連續形成的最小長度區段因此是在各個鏡的尺寸等級上。當用於一個片光束的一組微鏡的位置偏移了各個微鏡1620a-n的一半長度時，則該最小長度會是各個微鏡的½長度，其中兩個陣列1620中的微鏡都是相同的。
仍然參照第23圖，形成重疊子區域1640a-h的區域將有反應物的發生反應。因此，假使例如特徵1650、1650a及1650b是由前驅物的沉積所形成的線，則可以在工件320上寫出或沉積另外的線，其中存在重疊區域的區段1640a-h。例如，可以在線1650和1650a之間的重疊區域1640f中寫出一條線。或者，假使用於先前沉積的線1650、1650a及1650b的蝕刻反應物被引入作為反應物，則線1650可以被蝕刻掉，其中重疊區域1640g延伸穿過。因此，這表示藉由使用片光束來形成連續或不連續的線性重疊區域。特徵可以被沉積和蝕刻，以形成線、柱、及類似者，而且材料也可被選擇性地蝕刻以在其中形成孔和溝槽。
現在參照第25圖，其中圖示用以在兩個空乏光束(例如兩個STED空乏光束)的重疊區域中致能反應的前驅物之電子能量圖。在本發明之空乏光束系統的操作中有用的前驅物具有第25圖圖示的特性，即在接收到第一光束E1後，前驅物的原子或分子中的電子移動到中間能態，而且在兩個重疊光束的裙部區域中，前驅物的電子藉由曝露於裙部區域中的STED(空乏)光束E1D而從中間狀態向下移動。然後，當相同的原子或分子被曝露於第二空乏光束E2時，一直保持在中間狀態的激發電子移到反鍵結狀態，而且在反鍵結狀態中被曝露於第二空乏光束E2D(在光束的裙部區域)的任何電子從反鍵結狀態向下移動。一旦在反鍵結狀態中，則原子和分子高度易於分離或反應，以形成沉積物或蝕刻相鄰的材料。
如本文所述，部分重疊的光束可被用於沉積和蝕刻製程。傳統的沉積反應(例如其中兩種或更多種前驅物結合而產生沉積材料的那些沉積反應)將會發生在重疊區域，以在光束重疊的區域內沉積反應產物。也可以使用這裡的重疊空乏光束來活化原子層沉積(ALD)製程。在那些反應中，任何或所有用於形成沉積材料的前驅物可被活化，以在基板上僅在重疊區域中沉積。因此，多前驅物ALD製程的初始(或中間)前驅物可以藉由活化來沉積，並且隨後引入來反應的前驅物無需活化，而且沉積將只發生在初始(或中間)前驅物沉積的位點。這可以被重複，以形成所需尺寸的線、柱等。在初始前驅物需要活化之處則不需要從非反應的位點去除初始(和中間，若需要的話)前驅物，因為沒有反應在那些位 點被活化。
此相同的範例可被用於下方基板材料的原子層蝕刻。在一個態樣中，第一反應物前驅物可以被「毯覆」沉積在基板的整個表面上，並且最後的反應前驅物可以被重疊光束活化，從而只在重疊區域中產生沉積或蝕刻的特徵。可以使重疊的光束光柵掃描從第一前驅物沉積的整個毯覆材料，以在所需的位置形成特徵。
如本文中所描述的，在一個位置提供兩個不同的光子束，使得重疊區域中的能量是兩個光束的光子能量的組合，該重疊區域的尺寸可以被選擇為等於(完全重疊)或明顯小於任一光束的橫截面，並且藉由將前驅物引入該重疊區域可以使沉積或蝕刻反應只在該重疊區域中或直接鄰接該重疊區域處發生。此外，藉由採用空乏區域，其中，對光束的高斯分佈的裙部中的光子的作用被空乏光束抵銷，在一個態樣中，STED空乏光束圍繞激發光束，防止了光束的非空乏中心區域的重疊區域外部出現反應。因此，因為可以形成具有小至20奈米的非空乏直徑的光束，所以可以形成小至單奈米位數或小於1奈米的重疊區域，使得基板上非常小的特徵可以形成在其中。
再者，本文的實施例構思使用圓形光束，當部分重疊時，該圓形光束形成了卵形區域。其它的光束形狀，例如橢圓形空乏光束(當端對端重疊時將會形成更圓的重疊區域)及矩形空乏光束(當角對角重疊時將會形成矩形的重疊區域)也是本文具體構思的。此外，可以組合和重疊超過兩個光束 來形成反應區域。在這種情況下，第18圖的卵形區域可以被修改，以使用三個部分重疊的光束提供三個三葉形輪廓的區域。在這種情況下，選擇三個(而不是任兩個)光束的總能量來引發三葉形區域輪廓內的沉積或蝕刻反應。
此外，可以選擇光束能量和反應物(前驅物)，使得光束的組合能量足以使反應物為了沉積或蝕刻的目的而進行反應，但在光束的非空乏激發核心與另一光束的空乏區域重疊處的能量將不會導致沉積，從而產生高清晰度的、對應於重疊區域的尺寸和輪廓的沉積或蝕刻生成特徵。
一般來說，對於本文所述的製程，激發光束及/或空乏光束可以是連續波或脈衝光束。假使光束被脈衝化，則激發光束和空乏光束皆被激發並發射輻射持續一段足以激發製程氣體中的物種的時間，通常從約500奈秒至約1毫秒，例如約100微秒至約800微秒。此外，在脈衝化的實施例中，光束通常在脈衝之間被斷能持續一段短於衰減時間的時間，該衰減時間例如製程氣體中的激發物種之半衰期。因此，激發及/或空乏光束通常將具有約500Hz至約20MHz的脈衝頻率，例如10kHz至50kHz。脈衝的持續時間和頻率取決於被活化的氣體之組成、密度及溫度。在給定的密度和溫度下，較小的分子在方向上具有較大的離子化可能性，並且進行失活碰撞的可能性較小。較高的密度使得失活碰撞的可能性較高。較高的溫度提供潛熱能量來補充光束的活化能量，從而導致較低的激發臨界值。
在重疊的實施例中，兩個激發光束和兩個空乏光束 可以同時全被脈衝化，或者空乏光束可以在包含激發光束的脈衝的時候被脈衝化，使得每當激發光束被激發時空乏光束即被激發。在另一個實施例中，空乏光束可以是連續波，而激發光束被脈衝化。實施例中空乏光束被激發基本上較長的時間。
另外，雖然已經就加成和移除製程等方面描述了本文中的實施例，但亦具體構思了其它需要在材料中界定或形成非常微細特徵的製程。例如，可以使用適當能量的組合能量來使光阻劑曝露於較小的、遠小於單個空乏光束的20nm橫截面的特徵尺寸。同樣地，組合的光束可以被用來活化材料，使得之後流過的氣體或液體流動在寫入區域中引發反應。組合的光束可被用於細微特徵的退火，並用於形成半導體元件特徵以外的細微特徵物體，例如襯有非常薄的細髓的光柵(fine pith very thin lined gratings)及類似者。
雖然前述係針對本發明的實施例，但在不偏離本發明的基本範圍下仍可以設計出本發明的其它和進一步的實施例，而且本發明之範圍係由以下的申請專利範圍決定。

Claims (20)

  1. 一種供應反應物活化能量到一次微米區域的方法，包含以下步驟：提供一第一光子能量光束，該第一光子能量光束具有一中心非空乏區域和一周圍的空乏區域及約40nm的全寬；提供一第二光子能量光束，該第二光子能量光束具有一中心非空乏區域和一周圍的空乏區域及約40nm的全寬；以及定位該第一光子能量光束之該中心非空乏區域和該第二光子能量光束之該中心非空乏區域，以在一重疊區域中重疊，其中該重疊區域的一面積小於該第一光子能量光束之該中心非空乏區域或該第二光子能量光束之該中心非空乏區域的一面積。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：提供一工件，在該工件之一表面上具有一第一工作位置及一第二工作位置；定位該工件，使得該重疊區域在該第一工作位置上延伸；對該工件的該第一工作位置引發一能量相關的作用，以及然後相對於該第一光子能量光束及該第二光子能量光束移動該工件，使得該重疊區域在該第二工作位置上延伸。
  3. 如請求項2所述之方法，其中在移動該工件的過程中，該第一光子能量光束及該第二光子能量光束不重疊。
  4. 如請求項1所述之方法，進一步包括脈衝化該第一光子能量光束及該第二光子能量光束中之至少一者。
  5. 如請求項2所述之方法，其中，當該重疊區域在該第二工作位置上延伸時，該重疊區域與該第二工作位置部分重疊。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該第一光子能量光束和該第二光子能量光束沿著各光子能量光束之一長度之至少一部分平行且重疊。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該第一光子能量光束和該第二光子能量光束在該重疊區域相交。
  8. 一種用於在一工件上形成次微米特徵的設備，包含：一第一受激輻射空乏光束產生器；一第二受激輻射空乏光束產生器；一可移動的基板支座；以及光學元件，界定該可移動的基板支座與該第一及第二受激輻射空乏光束產生器之間的一光學路徑，其中該光學元件包含一消隱裝置。
  9. 如請求項8所述之設備，其中該消隱裝置為一可移動鏡。
  10. 如請求項8所述之設備，其中該消隱裝置為一快門。
  11. 如請求項8所述之設備，其中每一受激輻射空乏光束產生器進一步包括一分束器及一微鏡陣列。
  12. 如請求項11所述之設備，其中該分束器包含一傅立葉光柵。
  13. 如請求項12所述之設備，其中該傅立葉光柵為一二維傅立葉光柵。
  14. 如請求項12所述之設備，其中該傅立葉光柵將來自該第一受激輻射空乏光束產生器及該第二受激輻射空乏光束產生器中的至少一者的一光束分成複數個子束。
  15. 如請求項14所述之設備，其中該光學元件進一步包括一光束組合器，該光束組合器位於該第一和第二受激輻射空乏光束產生器的該等微鏡陣列之間的該光學路徑中，使得來自該第一受激輻射空乏光束產生器的子束通過該組合器，並且來自該第二受激輻射空乏光束產生器的子束在該組合器被反射。
  16. 如請求項15所述之設備，進一步包括一控制器，該控制器能夠獨立地移動該微鏡陣列的每個鏡。
  17. 一種在一基板之一次微米區域引發一反應的方法，該方法包含以下步驟：提供一第一光束，該第一光束具有一第一激發部分，該第一激發部分具有一第一能階並被一第一空乏區域圍繞；提供一第二光束，該第二光束具有一第二激發部分，該第二激發部分具有一第二能階並被一第二空乏區域圍繞；提供一第三光束，該第三光束具有一第三激發部分，該第三激發部分具有該第一能階並被一第三空乏區域圍繞；提供一第四光束，該第四光束具有一第四激發部分，該第四激發部分具有該第二能階並被一第四空乏區域圍繞；在該基板的一表面選擇性地部分重疊該第一激發部分及該第二激發部分，以形成一第一反應區域，該第一反應區域的一面積小於該第一激發部分或該第二激發部分在該基板上的投影面積；在該基板的該表面選擇性地部分重疊該第三激發部分及該第四激發部分，以形成一第二反應區域；在該反應區域提供至少一反應物物種；以及在該第一反應區域中、但非與該第一反應區域相鄰的基板區域中，進行涉及該反應物物種的一反應。
  18. 如請求項17所述之方法，進一步包括以下步驟：中斷該第一光束及該第三光束之通道，使得該第一光束及該第三光束無法到達該基板；移動該基板；以及使只有該第一光束再次到達該基板。
  19. 如請求項18所述之方法，其中在該第一光束再次到達該基板之前，該移動該基板之步驟發生。
  20. 如請求項17所述之方法，其中該反應物物種為一沉積或蝕刻反應物。
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