激光诱导的跨尺度光刻方法

摘要

一种基于激光诱导跨尺度光刻方法，当准直的激光束聚焦到光刻材料时，通过调节激光能量及刻写速度从而改变相变热阈值效应及热扩散，得到从纳米尺度到微米尺度可变的多尺度结构，并且该结构一次形成。本发明简单实用，不需要复杂的操作，特别适用于制作具有不同线宽(从纳米尺度到微米尺度)的掩膜版。可替代半导体工业中的掩膜套刻曝光工艺，从而避免了多次套刻引起的图形误差。

权利要求

1.一种基于激光诱导跨尺度的光刻方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)在基片(1)上用磁控溅射的方法镀上一层AgInSbTe相变薄膜(2)，该相变薄膜(2)具有相变热阈值效应及热扩散特征，得到镀膜样品；

2)利用激光直写系统对所述的镀膜样品进行辐照，通过调节激光功率密度和刻写速度，改变到达所述的相变薄膜(2)上的聚焦光斑(3)的能量，从而调控相变热阈值区域(4)得到纳米尺度结构；调控热扩散区域(5)得到微米尺度结构，实现跨尺度光刻，得到光刻样品；

3)对所述的光刻样品置于硫化铵水溶液、四甲基氢氧化铵溶液或氢氧化钾溶液中进行湿法显影，以获得从微米到纳米尺度连续变化的跨尺度微纳结构。

2.根据权利要求1所述的基于激光诱导的跨尺度光刻方法，其特征在于所述的相变薄膜(2)的厚度在50nm到500nm之间。

3.根据权利要求1所述的基于激光诱导的跨尺度光刻方法，其特征在于所述的基片(1)为石英玻璃或硅片。

4.根据权利要求1所述的基于激光诱导跨尺度光刻方法，其特征在于所述的激光直写系统的激光束(6)输出的激光波长为300-800nm，透镜(7)的数值孔径为0.05～0.95，所述的激光功率密度的调节范围为1×108～1×1010W/m2，所述的刻写速度的调节范围为1～10m/s。

说明书

激光诱导的跨尺度光刻方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种跨尺度光刻方法，特别是一种基于激光诱导相变热阈值及热扩散效应的跨越微米级到纳米尺度的光刻方法。

背景技术

[0002] 随着信息技术的高速发展，要求芯片的尺寸越来越小，功耗不断降低，处理信息的速度越来越快。这就对芯片的制造工艺提出了更高的要求，即最小特征尺寸越小越好。在芯片制造过程中，由于芯片上的结构具有不同的线宽，其跨度从微米级到纳米尺度。因此，传统的芯片掩膜版包含光学掩膜版和电子束掩膜版，即线宽在微米级的电路结构采用低成本的激光直写技术制作而特征线宽在纳米尺度的电路结构则采用电子束直写技术来制作，从而降低制作成本。通常完整的集成电路芯片需要采用数十块掩膜版。这就大大增加了掩膜版的制作成本。更重要的是，在掩膜曝光过程中，要求硅片表面上存在的图案与掩膜版上的图形准确对准，一般而言，器件结构允许的套准误差为器件特征尺寸的三分之一左右，当图形形成要多次用到掩膜版时，任何套准误差都会影响硅片表面上不同图形间总的布局宽容度。而大的套准容差会减小电路密度，限制了器件的特征尺寸，从而降低了集成电路芯片的性能。为了提高套刻校准的精度，需要采用自动套刻对准技术，这会导致曝光系统的成本大大提高。因此，急需发展一种新的光刻工艺即跨尺度光刻，也就是在硅片上直接制备从微米级到纳米尺度的电路结构而无需频繁更换掩膜版，只需一块掩膜版即可，并取消套刻校准的步骤，从而大大简化芯片制作工艺并显著降低芯片的制造成本。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种激光诱导的跨尺度光刻方法。在进行跨尺度光刻时，聚焦激光束辐射相变薄膜，相变薄膜吸收激光能量并被加热到相变温度。一方面，通过改变激光能量和刻写速度，利用相变材料的热阈值效应得到低于衍射极限光斑的纳米尺度光刻线宽。另一方面，相变材料具有较高的热扩散能力，热扩散效应能将光刻线宽增加到聚焦光斑尺寸以上，从而得到微米尺度的光刻线宽。结合相变热阈值及热扩散效应，能够得到从微米到纳米尺度连续变化的变线宽结构。

[0004] 为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

[0005] 一种基于激光诱导跨尺度光刻方法，其特点在于该方法包括以下步骤：

[0006] 1)在基片上用磁控溅射的方法镀上一层Te基硫化物相变薄膜，该相变薄膜具有相变热阈值效应及热扩散特征，得到镀膜样品；

[0007] 2)利用激光直写系统对所述的镀膜样品进行辐照，通过调节激光功率密度和刻写速度，改变到达所述的相变薄膜上的聚焦光斑的能量，从而调控相变热阈值区域得到纳米尺度结构；调控热扩散区域得到微米尺度结构，实现跨尺度光刻，得到光刻样品；

[0008] 3)对所述的光刻样品置于硫化铵水溶液、四甲基氢氧化铵或氢氧化钾溶液中进行湿法显影，以获得从微米到纳米尺度连续变化的跨尺度微纳结构。

[0009] 所述的相变薄膜的厚度在50nm到500nm之间。

[0010] 所述的基片为石英玻璃或硅片。

[0011] 所述的激光直写系统的激光束输出的激光波长为300-800nm，透镜的数值孔径为0.05～0.95，所述的激光功率密度的调节范围为1×108～1×1010W/m2，所述的刻写速度的调节范围为1～10m/s。。

[0012] 本发明的技术效果如下：

[0013] 本发明通过激光直写光刻系统，利用Te基硫化物相变薄膜的热阈值及热扩散效应，当准直激光束辐射Te基硫化物相变薄膜以后，Te基硫化物相变薄膜发生非晶态到晶态的相转变，再利用其刻蚀选择性，对Te基硫化物相变薄膜进行湿法显影，得到跨尺度图形结构。其优点是：

[0014] 1)光刻系统操作简便，成本低廉。

[0015] 2)利用相变热阈值及热扩散效应，实现从纳米到微米尺度的任意结构刻写。

附图说明

[0016] 图1是本发明激光诱导跨尺度光刻示意图；

[0017] 1-基片；2-相变薄膜；3-聚焦光斑；4-相变热阈值区域；5-热扩散区域；6-准直激光束；7-透镜

具体实施方式

[0018] 下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

[0019] 实施例1：

[0020] 一种基于激光诱导跨尺度光刻方法，其步骤包括：

[0021] 1)用磁控溅射法在石英玻璃1上镀上一层50nm厚的AgInSbTe薄膜2；

[0022] 2)利用激光直写系统对上述AgInSbTe薄膜2进行跨尺度光刻，所用激光波长为405nm；透镜7的数值孔径为0.8；刻写速度为2m/s.

[0023] 3)将上述AgInSbTe薄膜浸入质量分数为17wt.％的硫化铵水溶液中腐蚀30～300秒；

[0024] 镀有AgInSbTe薄膜跨尺度光刻示意图如图1所示，实例中采用AgInSbTe薄膜作为图形层，厚度为50nm，镀于石英玻璃表面。

[0025] 当聚焦激光束辐射AgInSbTe薄膜，该薄膜吸收激光能量并被加热，随后该薄膜发生非晶态到晶态的转变，当激光能量为5×108W/m2时，正好使聚焦激光光斑中心处的区域发生相变，在17wt.％的硫化铵水溶液中腐蚀30秒，得到纳米尺度的结构；

[0026] 当激光能量达到1×109W/m2时，除了使激光辐射区域的晶化区域变大，过多的热量继续向四周扩散，使晶化区域尺寸大于光斑尺寸，甚至达到微米级别。在17wt.％的硫化铵水溶液中腐蚀30秒，得到微米尺度的光刻线宽。在刻写过程中，通过实时控制激光能量，获得从纳米到微米尺度连续变化的变线宽结构，如示意图1所示。

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