专利名称：减小激光直写光刻点或线宽的薄膜结构及其制备方法
技术领域：
本发明属于光信息存储、微电子光刻以及母盘光刻应用领域，具体 涉及到一种减小激光直写光刻点或线宽的薄膜结构及其制备方法。
背景技术：
激光直写光刻点和线宽受传统光学衍射极限的限制和材料本身热扩
散的影响。光斑的衍射极限D4.22A/NA，为减小光刻点和线宽的尺寸， 通常采用减小波长、增大数值孔径。波长的减小和数值孔径的增大是以 焦深和视场范围的縮小为代价的，使高分辨率的优点不能充分利用。同 时通过减小激光波长和增大物镜数值孔径来减小光斑直径也是十分有限 的。与此同时，相配套的光源也为技术的应用增加了难度，从而在实际 应用中受到限制。激光作用于相变材料后，能量呈高斯分布的聚焦光斑 中心部分的温度场使相变材料熔化从而形成光刻点。Avrutsky等提出激 光退火高热导率的材料可以实现烧蚀点为光斑大小的1/8 (参见Ivan Avrutsky， Daniel G. Georgiev， Dmitry Frankstein, and Gregory Auner: Appl. Phys. Lett. 84， 2391 (2004))。现阶段光刻技术领域通常采用 准分子激光器作为光源，但是其成本高，工艺复杂，产业化方向遇到很 大困难。在母盘及光刻技术中，减小烧蚀点和刻蚀宽度具有至关重要的 意义。采用红光作为刻蚀光源得到远小于光学衍射极限的刻蚀点和线宽 更具有重大意义。
发明内容
本发明要解决的问题在于有效的减小激光直写光刻点和线宽的尺寸， 提供一种减小激光直写光刻点或线宽的薄膜结构及其制备方法。
本发明的技术解决方案如下
一种减小激光直写光刻点或线宽的薄膜结构，该薄膜结构包括无机
相变薄膜层和缓冲层，所述的无机相变薄膜层由AglnSbTe或GeSbTe或 SbTe构成，所述的缓冲层由热导率高的金属或半导体材料构成。
所述的的无机相变薄膜层的厚度为10 500mn和所述的缓冲层的厚 度为10 500nm。
上述减小激光直写光刻点或线宽薄膜结构的制备方法，包括下列步 骤
① 将玻璃衬底放入无水酒精中，用超声波发生器清洗两至三遍，每
次10分钟；
② 将清洗好的玻璃衬底放进高真空磁控溅射设备的溅射腔内，抽真
空，当溅射腔内的本底真空度降到6.0*10—4Pa时，通氩气，氩气压维持 在O. 6 1.0Pa;
③ 采用直流磁控溅射法在所述的玻璃衬底上制备所述的缓冲层；
④ 采用直流磁控溅射法在所述的缓冲层上制备无机相变薄膜层。 本发明的原理是激光聚焦作用于相变材料后，只有激光中心加热
区域才能达到相变材料的熔点。相变材料InAgSbTe作为光刻层，缓冲层 作为导热层。热导率高的缓冲层使激光的温度场重新分布，只有相变熔 点的区域才能形成刻蚀点，才能形成小于衍射极限的光刻点和线宽。这 种新的膜层结构对减小光刻点和线宽的尺寸具有明显的作用。 本发明的技术效果
与在先技术比较，本发明不依靠光斑的减小，而是依靠导热层的热 扩散效应。热导率高的材料可以使激光的能量迅速扩散。采用高热导率 的材料作为缓冲层能有效减小相变材料的刻蚀点。
图1是含有缓冲层的薄膜结构示意图。 图2是无缓冲层的薄膜结构示意图。 图3是激光直刻装置示意图。
具体实施例方式
先请参阅图1，由图可见，本发明减小激光直写光刻点或线宽的薄膜
结构，包括无机相变薄膜层1和缓冲层2，所述的无机相变薄膜层1由AglnSbTe 或GeSbTe或SbTe构成，所述的缓冲层2由热导率高的金属或半导体材料构 成。
所述的减小激光直写光刻点或线宽的薄膜结构的制备方法，其特征在于 包括下列步骤
① 将玻璃衬底3放入无水酒精中，用超声波发生器清洗两至三次，每次
IO分钟；
② 将清洗好的玻璃衬底晾干后放进高真空磁控溅射设备的溅射腔内，抽
真空，当溅射腔内的本底真空度降到6.0*10—4Pa时，通氩气，氩气压维持在 0.6 1.0Pa;
③ 采用直流磁控溅射法在所述的玻璃衬底3上制备所述的缓冲层2;
④ 采用直流磁控溅射法在所述的缓冲层2制备无机相变薄膜层1。
下面是几个具体实施例
将K9玻璃衬底放入无水酒精中，用超声波发生器清洗两至三遍，每次十
分钟。将清洗好的衬底放进溅射腔内，抽真空。等溅射腔的本底真空度降到
6.0"0"Pa时，通氩气。氩气压通常维持在0.6 1.0Pa。然后采用直流磁控溅
射法在所述的玻璃衬底3上制备所述的缓冲层2;采用直流磁控溅射法在所述 的缓冲层2制备无机相变薄膜层1，结构如图1所示。
作为对比，在同样的工艺条件制备无缓冲层2的无机相变薄膜层1，结构 如图2。
所述的相变无机薄膜层1为AglnSbTe或GeSbTe或SbTe，所述的缓冲层 2是热导率高的半导体材料Si或Ge，或热导率高的金属材料Al或Ag; 图3是激光直刻装置示意图。
激光5经三角棱镜6、分束棱镜7、聚焦物镜IO、聚焦到样品ll上进行 刻蚀；光线反射到CCD8上光电探测器12用以检测激光的聚焦情况。采用 扫描电子显微镜观察激光烧蚀点。
利用图3激光直刻装置对本发明的减小激光直写光刻点或线宽的薄膜结 构进行刻蚀并采用扫描电子显微镜观察激光烧蚀点。
得到如下结果
Ge作为缓冲层的样品，刻蚀点大约为300nm;
Si作为缓冲层的样品，刻蚀点大约为250nm;
Al作为缓冲层的样品，刻蚀点尺寸大约为100nm;
Ag作为缓冲层的样品，刻蚀点尺寸小于100nm;
无缓冲层的样品，结构如图2所示，刻蚀点的尺寸大约为500nm。
材料的热导率 g〉 一&》/^,&9，由上述结果可以看出，随着缓冲 层材料热导率的升高，激光直写的光刻点(或线宽)的尺寸逐渐减小。这是 因为激光作用于无机光刻材料后，由于缓冲层的热扩散作用致使材料表面的 温度场重新分布，热量从缓冲层迅速扩散出去，只有激光中心区域超过光刻 材料熔点的部分才形成光刻点。从而得到远小于光学衍射极限的光刻点或线宽。
综上所述，采用本发明的相变无机光刻层下加一层缓冲层，具有膜层结 构简单、工艺易控制和基片要求低等优点。实验证明可以非常明显减小激光 直写的刻蚀点和线宽的尺寸。
权利要求
1、一种减小激光直写光刻点或线宽的薄膜结构，特征在于该薄膜结构包括无机相变薄膜层(1)和缓冲层(2)，所述的无机相变薄膜层(1)由AgInSbTe或GeSbTe或SbTe构成，所述的缓冲层(2)由热导率高的金属或半导体材料构成。
2、 根据权利要求l所述的减小激光直写光刻点或线宽的薄膜结构，其特 征在于所述的无机相变薄膜层(1)的厚度为10 500nm，所述的缓冲层(2) 的厚度为10 500nm。
3、 权利要求1所述的减小激光直写光刻点或线宽的薄膜结构的制备方法，其特征在于包括下列步骤① 将玻璃衬底(3)放入无水酒精中，用超声波发生器清洗两至三次，每次IO分钟；② 将清洗好的玻璃衬底晾干后放进高真空磁控溅射设备的溅射腔内，抽真空，当溅射腔内的本底真空度降到6.0*104Pa时，通氩气，氩气压维持在 0.6—1.0Pa;③ 采用直流磁控溅射法在所述的玻璃衬底(3)上制备所述的缓冲层(2);④ 采用直流磁控溅射法在所述的缓冲层(2)制备无机相变薄膜层(1)。
全文摘要
一种减小激光直写光刻点或线宽的薄膜结构及其制备方法，该薄膜结构包括无机相变薄膜层和缓冲层，所述的无机相变薄膜层由AgInSbTe或GeSbTe或SbTe构成，所述的缓冲层由热导率高的金属或半导体材料构成。该薄膜结构采用直流磁控溅射法制备，本发明薄膜结构具有膜层结构简单、工艺易控制和基片要求低等优点。试验证明可以明显减小激光直写光刻点和线宽的尺寸。
文档编号B23K26/00GK101101451SQ20071004393
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月18日 优先权日2007年7月18日
发明者干福熹, 焦新兵, 魏劲松 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所