基于Mg-Cu-Y金屬玻璃薄膜的相變光刻及其光刻機理研究.pdf

1、相變光刻（PCL）被認為是最有潛力的下一代主流光刻技術之一，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，在科學研究和工業(yè)生產上得到了廣泛的關注。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現(xiàn)了金屬光刻膠的相變光刻過程；
　　通過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階的Mg-Cu-Y薄膜，在此基礎上研究了 M

2、g-Cu-Y薄膜的濺射速率、薄膜臺階的質量；重點探討了濺射過程中氬氣壓對薄膜成分的影響，認為在0.5Pa氬氣壓時得到的Mg-Cu-Y薄膜成分最接近理想化學計量比；采用相變溫度測試系統(tǒng)對Mg-Cu-Y薄膜的晶化溫度進行了測試分析，表明Mg-Cu-Y薄膜有著比Ge-Sb-Te（GST）薄膜更高的晶化溫度；對Mg-Cu-Y金屬玻璃薄膜的表征進行了探究，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）測試結果表明由磁控濺射

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。
　　設計并搭建了相變光刻實驗系統(tǒng)；研究了脈沖延遲技術產生納秒級分辨率數(shù)字電信號的方法，并基于該方法對半導體激光器的驅動電路進行了設計、制備；通過 Labview、單片機使光刻系統(tǒng)與計算機進行通信，研究了系統(tǒng)各功能的具體實施方法；對相變光刻系統(tǒng)的性能及穩(wěn)定性進行了驗證，結果表明系統(tǒng)工作性能良好且通過計算機的控制能在薄膜上光刻出預期的晶化圖案；探討了光刻圖案的尺寸與激光功率、

4、脈寬、樣品的移動速率、離焦量等因素之間的關系，在此基礎上提出了一種對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行大尺寸光刻圖案的方法。
　　采用有限元方法對Mg-Cu-Y金屬玻璃薄膜的光刻過程進行建模仿真，研究了Mg-Cu-Y/SiO2、GST/SiO2單層膜結構和ZnS-SiO2/Mg-Cu-Y/SiO2、ZnS-SiO2/ GST/SiO2雙層膜結構在受到激光曝光時薄膜的瞬態(tài)溫度分布；對兩種基材料在曝光時薄膜內的熱傳

5、遞行為進行了對比，認為 Mg-Cu-Y薄膜內部的“柱狀”晶化區(qū)域比GST內部的“碗狀”晶化區(qū)域更易被精確地控制，且通過增加激光功率、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；在雙層膜結構中Mg-Cu-Y薄膜作為熱傳遞層時能使 ZnS-SiO2層獲得大于 Mg-Cu-Y薄膜熔點的溫度。研究了Mg-Cu-Y/SiO2、 ZnS-SiO2/Mg-Cu-Y/SiO2結構在激光曝光時的熱應變分布，結果表明在單層膜情況下Mg-

6、Cu-Y薄膜自身的熱應變值和比熱、熱導率成反比，和泊松比、熱膨脹系數(shù)成正比，且數(shù)值相對較小，在同等曝光條件下約為雙層膜結構中ZnS-SiO2層熱應變數(shù)值的三分之一。
　　對Mg-Cu-Y金屬玻璃薄膜的濕法刻蝕性能進行了研究，認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％質量分數(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.