CN110989295A - 一种激光热模光刻图像反转胶及其光刻方法 - Google Patents

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魏劲松
王阳
王正伟
陈国东
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Abstract

本发明公开了一种激光热模光刻图像反转胶及其光刻方法。其特征在于所述技术基于激光热模光刻技术，采用激光直写光刻机在GexTe1‑x硫系相变薄膜材料上直写曝光，利用曝光区在碱性显影液中腐蚀速率高于非曝光区的特性，呈现正性光刻胶性质；利用曝光区在酸性显影液中腐蚀速率低于非曝光区的特性，呈现负性光刻胶性质。该新型图像反转胶适合于物理沉积，薄膜均匀性可控，在玻璃、硅和镀铬表面附着力好，通过选择不同PH值的显影液，实现正负胶的反转。本发明实施案例基于激光热模光刻技术实现了一种无机图像反转胶，可以简化工艺节约材料，具有大的工艺宽容度，可应用于光学器件加工，掩膜制作等领域。

Description

一种激光热模光刻图像反转胶及其光刻方法
技术领域
本发明属于微纳加工领域，更具体地，涉及一种激光热模光刻图像反转胶及其光刻方法。
背景技术
光刻广泛应用于超大规模集成电路、微光学器件和微机电等加工领域，目前主流的光刻技术包括高能束流(电子束、离子束)光刻、无掩膜激光直写光刻和光学投影式光刻。光刻胶在各种光刻技术中不可或缺，根据曝光后材料发生光化学反应和光致热物理反应这两种机制分为有机光刻胶和无机光刻胶两大类，在现有的光刻技术中，有机光刻胶占据市场主导地位。但传统的有机光刻胶只对特定波长的光敏感，为满足集成工艺制程的要求和摩尔定律的延续，光刻机曝光波长由紫外谱G线(436nm)、I线(365nm)发展至248nm、193nm、极紫外光(EUV)，每一种曝光波长均需要大量投入进行特定光刻胶及配套工艺的研发。
激光热模光刻技术主要采用光致热物理反应模式，通过薄膜吸收光子进一步转化为晶格振动，导致热模光刻胶温度升高，当温度达到其晶化阈值时，光刻胶材料发生相变，从而实现曝光，是获得亚波长微纳结构的有效技术。激光热模相变光刻技术多采用无机硫系相变材料作为光刻胶，该系列材料的光热响应波段一般从近红外到极紫外波段，满足宽波段光刻要求。热模光刻胶因为没有交联剂和光酸剂等中间物质，不需要前烘和后烘等步骤，光刻方法简化。目前热模光刻胶材料的研究多集中于GeSbTe、AgInSbTe、GeSbSnO等三元或四元材料，组分较为复杂，制靶困难，溅射镀膜时易出现组分偏析造成工艺不稳定；并且上述材料仅呈现单一特性胶，不具备正负胶反转特性，功能稍显单一。因此，新型热模光刻胶材料的研究对于激光热模光刻技术的发展显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种组分简单的二元无机光刻胶，并且通过调整工艺参数，可实现图像反转，即一种光刻胶既可以作为正性胶，也可以作为负性胶使用，具有工艺窗口较大、简化工艺节约材料等优点。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于激光热模相变光刻的图像反转胶，其特点在于：所述图像反转胶为锗碲硫系相变材料，其通式为GexTe1-x，其中0≤x≤0.5。
以及一种实现激光热模光刻图像反转胶的光刻方法，其特点在于：
a)在基底上采用磁控溅射技术制备一层GexTe1-x硫系相变材料薄膜；
b)采用波长为405nm的准直激光束对GexTe1-x硫系相变材料薄膜进行激光直写曝光；
c)采用碱性显影液对激光曝光作用后的薄膜进行选择性湿法刻蚀，曝光区(晶化区)被去除，非曝光区(非晶化区)保留，从而在薄膜表面获得凹坑型微纳结构，该GexTe1-x硫系相变材料薄膜呈现正性胶特征；
或者，采用酸性显影液对激光曝光作用后的薄膜进行选择性湿法刻蚀，曝光区(晶化区)保留，非曝光区(非晶化区)被去除，从而在薄膜表面获得凸起型微纳结构，该GexTe1-x硫系相变材料薄膜呈现负性胶特征。
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
所采用的锗碲硫系相变薄膜材料作为激光热模光刻胶，组分简单，在物理溅射沉积过程中薄膜成分不易偏析，有利于提高光刻方法的稳定性；
在特定的工艺条件下其光刻胶性质可以发生反转，在碱性显影液中呈现正胶性质，在酸性显影液中呈现负胶性质，有利于简化工艺节约材料，增大工艺窗口。
附图说明
图1是分别对应于本发明实施例的正胶/负胶光刻方法流程图；
图2(a)是对应于本发明实施例GexTe1-x硫系相变薄膜经激光曝光后的晶化网格光显图形；
图2(b)时对应于本发明实施例GexTe1-x硫系相变薄膜经激光曝光后的晶化网格AFM图形；
图2(c)是对应于本发明实施例的正胶网格图形；
图2(d)是对应于本发明实施例的负胶网格图形。
具体实施方式
下面结合实施例及其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。
参考图1和图2，实施例1：一种激光热模光刻图像反转胶的光刻方法，包括步骤：
a)在石英基底上采用磁控溅射技术镀制一层厚度为200nm的非晶态GeTe(50:50)硫系相变薄膜；
b)采用波长为405nm的准直激光束对GeTe硫系相变薄膜进行激光直写曝光，曝光区因激光热致相变转化为晶态，未曝光部分保持沉积态(非晶态)，因为晶态薄膜反射率高于非晶态，在GeTe表面形成晶化网格图形，如图2(a)光学显微镜照片所示；并且硫系相变薄膜晶化后导致体积收缩，如图2(b)AFM图所示；
c)采用25％的四甲基氢氧化铵碱性显影液对激光曝光作用后的薄膜进行选择性湿法刻蚀，显影温度为25℃，显影时间为15min，曝光区(晶化区)被去除，非曝光区(非晶化区)保留，后采用去离子水清洗，高压氮气吹干从而在薄膜表面获得凹坑型微纳结构，GeTe呈现正性胶特征，如图2(c)所示。
参考图1和图2，实施例2：一种激光热模光刻图像反转胶的光刻方法，包括步骤：
a)在石英基底上采用磁控溅射技术镀制一层厚度为200nm的非晶态GeTe(50:50)硫系相变薄膜；
b)采用波长为405nm的准直激光束对GeTe硫系相变薄膜进行激光直写曝光，曝光区因激光热致相变转化为晶态，未曝光部分保持沉积态(非晶态)，因为晶态薄膜反射率高于非晶态，在GeTe表面形成晶化网格图形，如图2(a)光学显微镜照片所示；并且硫系相变薄膜晶化后导致体积收缩，如图2(b)AFM图所示；
c)采用15％的硝酸溶液对激光曝光作用后的薄膜进行选择性湿法刻蚀，显影温度为25℃，显影时间为10min，曝光区(晶化区)保留，非曝光区(非晶化区)被去除，后采用去离子水清洗，高压氮气吹干从而在薄膜表面获得凸起型微纳结构，GeTe呈现负性胶特征。

Claims (6)

1.一种激光热模光刻图像反转胶，其特点在于：所述硫系相变图像反转胶为二元Te基化合物GexTe1-x，其中0≤x≤0.5。
2.一种激光热模光刻图像反转胶的光刻方法，其特征在于包括以下步骤：
a)在衬底表面采用物理沉积技术镀制一层非晶态GexTe1-x硫系相变薄膜；
b)采用波长为405nm的准直激光束在GexTe1-x硫系相变薄膜表面进行图形化曝光，通过调节激光功率使曝光区发生相变，由非晶态转变为晶态；
c)采用碱性显影液对激光曝光作用后的样品进行选择性湿法刻蚀，曝光区(晶化区)被腐蚀去除，非曝光区(非晶化区)保留，从而在薄膜表面获得凹坑型微纳结构；
或者，采用酸性显影液对激光曝光作用后的样品进行选择性湿法刻蚀，曝光区(晶化区)保留，非曝光区(非晶化区)被腐蚀去除，从而在薄膜表面获得凸起型微纳结构。
3.根据权利要求2所述的基于图像反转胶的光刻方法，其特点在于：所述步骤a)中物理气相沉积包括射频磁控溅射、直流磁控溅射和激光脉冲沉积。
4.根据权利要求2所述的基于图像反转胶的光刻方法，其特点在于：所述步骤a)中非晶态GexTe1-x硫系相变薄膜厚度为50-500nm。
5.根据权利要求2所述的基于图像反转胶的光刻方法，其特点在于，所述步骤c)中，所述的显影液为四甲基氢氧化铵水溶液，浓度为5％-25％，腐蚀温度15-30℃，腐蚀时间15min。
6.根据权利要求2所述的基于图像反转胶的光刻方法，其特征在于，所述步骤c)中，所述的显影液为硝酸水溶液为1％-20％，腐蚀温度15-30℃，腐蚀时间10min。
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