含有非线性光学材料层的光刻用掩膜 技术领域：
本发明属于光刻技术领域，是一种含有非线性光学材料层的光刻用掩膜。
背景技术：
集成电路(IC)集成度的不断提高使高密度、高速度和超高频器件不断出现，促进了以计算机、网络技术、多媒体传播等为代表的信息技术的发展。能够把集成电路的集成度越做越高，完全得益于微细加工技术，特别是光学光刻技术的不断进步。然而传统的光学光刻即将达到它的极限，由瑞利分辨率公式：R～λ/NA可知，分辨率(R)的提高可以通过增大光刻物镜的数值孔径(NA)和缩短曝光波长(λ)来实现。目前先进的光刻物镜的数值孔径已提高到0.8以上，曝光波长从4 36nm，365nm缩短到248nm，193nm、157nm甚至126nm。然而，波长的减小和数值孔径的增大是以焦深和视场范围的缩小为代价的，使高分辨率的优点不能充分利用；与此同时，相配套的光源、刻蚀剂、工艺和透镜材料等诸多问题也为技术的实用化增加了难度。采用超分辨掩膜技术可以在不增加NA和减小波长的情况下得到小于衍射极限尺寸的光斑，从而获得更细地光刻线宽。在涂于硅片上的光刻胶上面用蒸镀法镀了一层铟(In)，能量呈高斯分布的聚焦光斑中心部分的温度高而使铟熔化，熔化区域要小于光斑区域，中心熔化区的透过率高而周围未熔化区的透过率低，铟膜起到了遮掩光斑内周围部分光的作用，使有效光斑减小，而获得了更小的刻蚀线宽(见H P SHIEH et c.Optical disk mastering usingoptical superresolution effect.Jpn.J.Appl.Phys.2001，40：1671-1675.)。也有人采用锑(Sb)和锑合金作光刻掩膜材料。然而，上述技术中掩膜减小有效光斑主要靠掩膜材料的热效应，要获得良好的遮掩部分光的效果，光束能量要求严格呈高斯分布，光照功率和时间也要精确控制，辐照中高温也会对光刻胶和基片产生损害，从而在实际应用中受到限制。发明内容：
本发明要解决的问题在于有效地改善上述现有技术的困难，提供一种含有非线性光学材料层的光刻用掩膜，以进一步减小刻蚀线宽。该种掩膜有效减小光斑主要是靠非线性光学材料的光学非线性引起的聚焦效应。
本发明的技术解决方案是：
一种含有非线性光学材料层的光刻用掩膜，包括保护层、非线性光学材料层和保护层，其特点是所述的保护层均由氮化硅或硫化锌和二氧化硅的混合材料构成；所述的非线性光学材料层由铋构成。
所述的保护层的成分为氮化硅∶二氧化硅＝1∶1，或硫化锌∶二氧化硅＝1∶1。所述的保护层的较佳厚度为20nm。所述的非线性光学材料层厚度为10～30nm的铋膜。
本发明的技术效果：与在先技术相比，本发明不再依赖掩膜材料的热效应来缩小光斑，而是依靠其光学非线性引起的聚焦效应，铋具有较大的光学非线性，非线性折射率n1为1.24×10-1cm2/kW。采用该种掩膜，具有聚焦效率高，对入射光响应时间快，对光刻胶和基片的热损伤小等优点。使用证明，它可以达到减小刻蚀线宽的目的。
附图说明：
图1本发明中含有非线性光学材料层的光刻用掩膜结构示意图。
图2本发明中光刻样品结构示意图。
图3本发明中刻蚀光栅所采用的装置图。
图4在普通无掩膜光刻样品上产生的光栅的原子力显微镜图。
图5在具有本发明掩膜(非线材料层2厚度为10nm)的光刻样品上产生的光栅的原子力显微镜图。
图6在具有本发明掩膜(非线材料层2厚度为30nm)的光刻样品上产生的光栅的原子力显微镜图。
具体实施方式：
本发明的掩膜结构如图1所示，包括保护层1、非线性光学材料层2和保护层3。保护层1和保护层3用于防止非线性光学材料层2受到破坏或氧化，非线性光学材料层2用于聚焦缩小光斑。
本发明掩膜中的保护层1和保护层3均由厚度20nm的氮化硅或硫化锌∶二氧化硅(比例1∶1)构成；非线性光学材料层2由厚度为10-30nm的铋(Bi)构成，根据实施的具体情况取值。保护层1、非线性光学材料层2和保护层3联合构成掩膜4参见图2。
图2是本发明的光刻样品的结构图，样品由基片6，光刻胶5，掩膜4构成。
下面结合实施例对本发明及其作用作进一步说明。
清洗三组K9玻璃基片，使基片清洁透明，基片6的厚度为1.2mm。第一组采用磁控溅射方法(溅射气压1.0×10-4Pa)，在基片上依次镀：保护层1、非线性光学材料层2和保护层3作为掩膜，其中保护层1和保护层3的厚度均为20nm，非线性光学材料层2的厚度为10nm。第二组同样采用磁控溅射方法(溅射气压1.0×10-4Pa)在基片上依次镀：保护层1、非线性光学材料层2和保护层3作为掩膜，其中保护层1和保护层3的厚度均为20nm，非线性光学材料层2的厚度为30nm。第三组不镀掩膜。采用旋涂法分别在基片无掩膜和镀有掩膜的样品(光刻胶层5涂在最上面，中间是掩膜4，最下面是基片6)上涂MICROPOSIT系列1818正性光刻胶。光刻胶层5的厚度约为50nm。涂胶前光刻胶要经过稀释，以保证涂层的均匀性，通过调整光刻胶粘度和离心机的转速(本实施例中为4000转/分)控制光刻胶的厚度。涂完光刻胶后，在90摄氏度下烘干半小时。
请见图3，图3为本发明中刻蚀光栅所采用的装置图。He-Cd激光器7发出波长为441nm的光波通过分光镜9分成两束光波，每束光通过反射镜10、11的反射后再经物镜12、13会聚，然后通过针孔滤波器14、15滤波后，经过准直透镜16、17转变成平面波。两束平面波以2θ夹角在基片上形成干涉场，把涂好光刻胶的样品18放在干涉场中，曝光光束从基片入射，这样掩膜层才对光刻胶有作用。本实验中，取θ＝26°，则光栅周期约为2000线/mm，曝光能量密度为36mW/cm2，，曝光时间为10s，用快门8来控制曝光时间。
曝光后显影，显影时间为6～8s。由于本实施例中使用的是正性光刻胶，显影剂洗去的是反应的部分，与AFM观察到的凹槽部分相对应。显影后在115摄氏度坚膜半个小时，以使光栅坚硬不易破坏。
用原子力显微镜(AFM)观察刻蚀光栅。图4为不加掩膜的AFM光栅图，图中黑的部分表示凹槽，白的部分表示凸起部分，刻蚀凹槽的平均宽度约为250nm，图5和图6分别为非线性材料层厚度分别为10nm和30nm作为掩膜的AFM光栅图，刻蚀凹槽的平均宽度均约为150nm或略小与150nm。由此可见，本发明掩膜减小刻蚀线宽效果明显。
综上所述，采用本发明的掩膜，具有聚焦效率高，对入射光响应时间快，对光刻胶和基片的热损伤小等优点。实验证明它可以达到明显减小刻蚀线宽的目的。