含有非線性光學材料層的光刻用掩膜的製作方法

2023-04-29 08:47:46 1

專利名稱：含有非線性光學材料層的光刻用掩膜的製作方法
技術領域：
本發明屬於光刻技術領域，是一種含有非線性光學材料層的光刻用掩膜。
背景技術：
集成電路(IC)集成度的不斷提高使高密度、高速度和超高頻器件不斷出現，促進了以計算機、網絡技術、多媒體傳播等為代表的信息技術的發展。能夠把集成電路的集成度越做越高，完全得益於微細加工技術，特別是光學光刻技術的不斷進步。然而傳統的光學光刻即將達到它的極限，由瑞利解析度公式R～λ/NA可知，解析度(R)的提高可以通過增大光刻物鏡的數值孔徑(NA)和縮短曝光波長(λ)來實現。目前先進的光刻物鏡的數值孔徑已提高到0.8以上，曝光波長從4 36nm，365nm縮短到248nm，193nm、157nm甚至126nm。然而，波長的減小和數值孔徑的增大是以焦深和視場範圍的縮小為代價的，使高解析度的優點不能充分利用；與此同時，相配套的光源、刻蝕劑、工藝和透鏡材料等諸多問題也為技術的實用化增加了難度。採用超分辨掩膜技術可以在不增加NA和減小波長的情況下得到小於衍射極限尺寸的光斑，從而獲得更細的光刻線寬。在塗於矽片上的光刻膠上面用蒸鍍法鍍了一層銦(In)，能量呈高斯分布的聚焦光斑中心部分的溫度高而使銦熔化，熔化區域要小於光斑區域，中心熔化區的透過率高而周圍未熔化區的透過率低，銦膜起到了遮掩光斑內周圍部分光的作用，使有效光斑減小，而獲得了更小的刻蝕線寬(見H P SHIEH et c.Optical disk mastering usingoptical superresolution effect.Jpn.J.Appl.Phys.2001，401671-1675.)。也有人採用銻(Sb)和銻合金作光刻掩膜材料。然而，上述技術中掩膜減小有效光斑主要靠掩膜材料的熱效應，要獲得良好的遮掩部分光的效果，光束能量要求嚴格呈高斯分布，光照功率和時間也要精確控制，輻照中高溫也會對光刻膠和基片產生損害，從而在實際應用中受到限制。

發明內容
本發明要解決的問題在於有效地改善上述現有技術的困難，提供一種含有非線性光學材料層的光刻用掩膜，以進一步減小刻蝕線寬。該種掩膜有效減小光斑主要是靠非線性光學材料的光學非線性引起的聚焦效應。
本發明的技術解決方案是一種含有非線性光學材料層的光刻用掩膜，包括保護層、非線性光學材料層和保護層，其特點是所述的保護層均由氮化矽或硫化鋅和二氧化矽的混合材料構成；所述的非線性光學材料層由鉍構成。
所述的保護層的成分為氮化矽∶二氧化矽＝1∶1，或硫化鋅∶二氧化矽＝1∶1。所述的保護層的較佳厚度為20nm。所述的非線性光學材料層厚度為10～30nm的鉍膜。
本發明的技術效果與在先技術相比，本發明不再依賴掩膜材料的熱效應來縮小光斑，而是依靠其光學非線性引起的聚焦效應，鉍具有較大的光學非線性，非線性折射率n1為1.24×10-1cm2/kW。採用該種掩膜，具有聚焦效率高，對入射光響應時間快，對光刻膠和基片的熱損傷小等優點。使用證明，它可以達到減小刻蝕線寬的目的。


圖1本發明中含有非線性光學材料層的光刻用掩膜結構示意圖。
圖2本發明中光刻樣品結構示意圖。
圖3本發明中刻蝕光柵所採用的裝置圖。
圖4在普通無掩膜光刻樣品上產生的光柵的原子力顯微鏡圖。
圖5在具有本發明掩膜(非線材料層2厚度為10nm)的光刻樣品上產生的光柵的原子力顯微鏡圖。
圖6在具有本發明掩膜(非線材料層2厚度為30nm)的光刻樣品上產生的光柵的原子力顯微鏡圖。
具體實施例方式本發明的掩膜結構如圖1所示，包括保護層1、非線性光學材料層2和保護層3。保護層1和保護層3用於防止非線性光學材料層2受到破壞或氧化，非線性光學材料層2用於聚焦縮小光斑。
本發明掩膜中的保護層1和保護層3均由厚度20nm的氮化矽或硫化鋅∶二氧化矽(比例1∶1)構成；非線性光學材料層2由厚度為10-30nm的鉍(Bi)構成，根據實施的具體情況取值。保護層1、非線性光學材料層2和保護層3聯合構成掩膜4參見圖2。
圖2是本發明的光刻樣品的結構圖，樣品由基片6，光刻膠5，掩膜4構成。
下面結合實施例對本發明及其作用作進一步說明。
清洗三組K9玻璃基片，使基片清潔透明，基片6的厚度為1.2mm。第一組採用磁控濺射方法(濺射氣壓1.0×10-4Pa)，在基片上依次鍍保護層1、非線性光學材料層2和保護層3作為掩膜，其中保護層1和保護層3的厚度均為20nm，非線性光學材料層2的厚度為10nm。第二組同樣採用磁控濺射方法(濺射氣壓1.0×10-4Pa)在基片上依次鍍保護層1、非線性光學材料層2和保護層3作為掩膜，其中保護層1和保護層3的厚度均為20nm，非線性光學材料層2的厚度為30nm。第三組不鍍掩膜。採用旋塗法分別在基片無掩膜和鍍有掩膜的樣品(光刻膠層5塗在最上面，中間是掩膜4，最下面是基片6)上塗MICROPOSIT系列1818正性光刻膠。光刻膠層5的厚度約為50nm。塗膠前光刻膠要經過稀釋，以保證塗層的均勻性，通過調整光刻膠粘度和離心機的轉速(本實施例中為4000轉/分)控制光刻膠的厚度。塗完光刻膠後，在90攝氏度下烘乾半小時。
請見圖3，圖3為本發明中刻蝕光柵所採用的裝置圖。He-Cd雷射器7發出波長為441nm的光波通過分光鏡9分成兩束光波，每束光通過反射鏡10、11的反射後再經物鏡12、13會聚，然後通過針孔濾波器14、15濾波後，經過準直透鏡16、17轉變成平面波。兩束平面波以2θ夾角在基片上形成幹涉場，把塗好光刻膠的樣品18放在幹涉場中，曝光光束從基片入射，這樣掩膜層才對光刻膠有作用。本實驗中，取θ＝26°，則光柵周期約為2000線/mm，曝光能量密度為36mW/cm2，，曝光時間為10s，用快門8來控制曝光時間。
曝光後顯影，顯影時間為6～8s。由於本實施例中使用的是正性光刻膠，顯影劑洗去的是反應的部分，與AFM觀察到的凹槽部分相對應。顯影后在115攝氏度堅膜半個小時，以使光柵堅硬不易破壞。
用原子力顯微鏡(AFM)觀察刻蝕光柵。圖4為不加掩膜的AFM光柵圖，圖中黑的部分表示凹槽，白的部分表示凸起部分，刻蝕凹槽的平均寬度約為250nm，圖5和圖6分別為非線性材料層厚度分別為10nm和30nm作為掩膜的AFM光柵圖，刻蝕凹槽的平均寬度均約為150nm或略小與150nm。由此可見，本發明掩膜減小刻蝕線寬效果明顯。
綜上所述，採用本發明的掩膜，具有聚焦效率高，對入射光響應時間快，對光刻膠和基片的熱損傷小等優點。實驗證明它可以達到明顯減小刻蝕線寬的目的。
權利要求
1.一種含有非線性光學材料層的光刻用掩膜，包括保護層(1)、非線性光學材料層(2)和保護層(3)其特徵在於所述的保護層(1)和保護層(3)均由氮化矽或硫化鋅和二氧化矽的混合材料構成；所述的非線性光學材料層(2)由鉍構成。
2.根據權利要求1所述的光刻用掩膜，其特徵在於所述的保護層(1)和保護層(3)的成分為氮化矽二氧化矽＝1∶1，或硫化鋅二氧化矽＝1∶1。
3.根據權利要求2所述的光刻用掩膜，其特徵在於所述的保護層(1)和保護層(3)的較佳厚度為20nm。
4.、根據權利要求3所述的光刻用掩膜，其特徵在於所述的非線性光學材料層(2)厚度為10～30nm的鉍膜。
全文摘要
一種含有非線性光學材料層的光刻用掩膜，包括保護層、非線性光學材料層和保護層，其特點是所述的保護層均由氮化矽或硫化鋅和二氧化矽的混合材料構成；所述的非線性光學材料層由鉍構成。該掩膜層減小光斑主要是靠具有三階非線性材料的的聚焦效應。採用該種掩膜材料，具有聚焦效率高，對入射光響應時間快，對光刻膠和基片的熱損傷小等優點。實驗證明它可以達到明顯減小刻蝕線寬的目的。
文檔編號G03F1/14GK1515960SQ0315050
公開日2004年7月28日 申請日期2003年8月22日 優先權日2003年8月22日
發明者張鋒, 王陽, 徐文東, 幹福熹, 張研研, 魏勁松, 高秀敏, 周飛, 張 鋒 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所