基于Mg-Cu-Y金屬玻璃薄膜的相變光刻及其光刻機(jī)理研究.pdf

1、相變光刻（PCL）被認(rèn)為是最有潛力的下一代主流光刻技術(shù)之一，目前用于PCL的光致抗蝕劑多為硫系化合物相變材料，其較低的刻蝕選擇比制約了 PCL的發(fā)展。金屬玻璃材料由于優(yōu)異的物理特性，在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)上得到了廣泛的關(guān)注。本文提出了“金屬光刻膠”的概念，并基于Mg-Cu-Y金屬玻璃薄膜在原理上實(shí)現(xiàn)了金屬光刻膠的相變光刻過(guò)程；
　　通過(guò)直流磁控濺射方法在石英玻璃基底上制備了表面平整且具備臺(tái)階的Mg-Cu-Y薄膜，在此基礎(chǔ)上研究了 M

2、g-Cu-Y薄膜的濺射速率、薄膜臺(tái)階的質(zhì)量；重點(diǎn)探討了濺射過(guò)程中氬氣壓對(duì)薄膜成分的影響，認(rèn)為在0.5Pa氬氣壓時(shí)得到的Mg-Cu-Y薄膜成分最接近理想化學(xué)計(jì)量比；采用相變溫度測(cè)試系統(tǒng)對(duì)Mg-Cu-Y薄膜的晶化溫度進(jìn)行了測(cè)試分析，表明Mg-Cu-Y薄膜有著比Ge-Sb-Te（GST）薄膜更高的晶化溫度；對(duì)Mg-Cu-Y金屬玻璃薄膜的表征進(jìn)行了探究，其X射線衍射曲線（XRD）、薄膜粗糙度、光譜及掃描電子顯微鏡（SEM）測(cè)試結(jié)果表明由磁控濺射

3、方法制備而成的Mg-Cu-Y沉積態(tài)薄膜為良好的非晶態(tài)薄膜。
　　設(shè)計(jì)并搭建了相變光刻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；研究了脈沖延遲技術(shù)產(chǎn)生納秒級(jí)分辨率數(shù)字電信號(hào)的方法，并基于該方法對(duì)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)、制備；通過(guò) Labview、單片機(jī)使光刻系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，研究了系統(tǒng)各功能的具體實(shí)施方法；對(duì)相變光刻系統(tǒng)的性能及穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明系統(tǒng)工作性能良好且通過(guò)計(jì)算機(jī)的控制能在薄膜上光刻出預(yù)期的晶化圖案；探討了光刻圖案的尺寸與激光功率、

4、脈寬、樣品的移動(dòng)速率、離焦量等因素之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上提出了一種對(duì)相變材料快速聚焦的方法和一種在相變材料表面快速得到進(jìn)行大尺寸光刻圖案的方法。
　　采用有限元方法對(duì)Mg-Cu-Y金屬玻璃薄膜的光刻過(guò)程進(jìn)行建模仿真，研究了Mg-Cu-Y/SiO2、GST/SiO2單層膜結(jié)構(gòu)和ZnS-SiO2/Mg-Cu-Y/SiO2、ZnS-SiO2/ GST/SiO2雙層膜結(jié)構(gòu)在受到激光曝光時(shí)薄膜的瞬態(tài)溫度分布；對(duì)兩種基材料在曝光時(shí)薄膜內(nèi)的熱傳

5、遞行為進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為 Mg-Cu-Y薄膜內(nèi)部的“柱狀”晶化區(qū)域比GST內(nèi)部的“碗狀”晶化區(qū)域更易被精確地控制，且通過(guò)增加激光功率、減小脈寬能有效地減小該“柱狀”區(qū)域的尺寸以獲得更小的光刻分辨率；在雙層膜結(jié)構(gòu)中Mg-Cu-Y薄膜作為熱傳遞層時(shí)能使 ZnS-SiO2層獲得大于 Mg-Cu-Y薄膜熔點(diǎn)的溫度。研究了Mg-Cu-Y/SiO2、 ZnS-SiO2/Mg-Cu-Y/SiO2結(jié)構(gòu)在激光曝光時(shí)的熱應(yīng)變分布，結(jié)果表明在單層膜情況下Mg-

6、Cu-Y薄膜自身的熱應(yīng)變值和比熱、熱導(dǎo)率成反比，和泊松比、熱膨脹系數(shù)成正比，且數(shù)值相對(duì)較小，在同等曝光條件下約為雙層膜結(jié)構(gòu)中ZnS-SiO2層熱應(yīng)變數(shù)值的三分之一。
　　對(duì)Mg-Cu-Y金屬玻璃薄膜的濕法刻蝕性能進(jìn)行了研究，認(rèn)為硝酸乙醇溶液比硝酸水溶液更適合作為 Mg-Cu-Y薄膜的刻蝕液，且在0.5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硝酸乙醇溶液中得到了約三倍的刻蝕選擇比，其中晶態(tài)Mg-Cu-Y薄膜刻蝕速率為1.131nm/s,非晶態(tài)薄膜刻蝕速率為3.