1. 研究目的与意义
| 随着半导体工业的不断发展，光电子器件的特征尺寸也在不断降低，如今已经缩小到5 nm。不断降低的特征尺寸不仅有利于提高器件的单元集成度及工作效率，而且能缩小整个器件的体积。其中，光刻是实现特征尺寸不断降低的关键技术。为了持续降低器件单元的特征尺寸，研究人员已发展出不同的光刻方法，如深紫外、极紫外等掩模曝光以及电子束、离子束、扫描探针等无掩模曝光技术。同时相应发展出不同的光刻胶材料，如对深紫外、极紫外敏感的光致光刻胶以及对电子束敏感的有机光刻胶PMMA等。目前在芯片制造中采用的有机光刻胶主要基于光化学反应实现曝光，即在紫外光或激光辐照下产生光致结构变化，进而在显影剂中实现选择性腐蚀，最终得到图形结构。 由于传统的有机光刻胶对激光波长敏感，随着光刻系统的激光波长持续缩短，需要研发相应波长的光刻胶，以实现更小的光刻特征尺寸，这导致研发成本不断增加。高研发成本的有机光刻胶难以满足小批量、个性化的光电子器件制造需求。不仅如此，有机光刻胶仅对特定波长敏感，无法同时适应多种波长的光源曝光，而且还需要在黄光环境进行操作，这对光刻环境要求比较苛刻。另外，有机光刻胶包含有机溶剂，在旋涂光刻胶的过程中挥发后对环境及健康不友好。 为了解决上述问题，满足低成本、小批量光电子器件制造需求，亟需研发其它类型的光刻胶。其中，热模光刻胶主要通过激光诱导光刻胶薄膜发生热致结构转变实现曝光。其特点在于无需黄光环境、研发成本低以及适应多种光刻波长。由于热模光刻胶具有热阈值效应，其光刻特征尺寸小于光斑大小，相比于光致有机光刻胶具有天然的高分辨优势。同时，热模光刻胶大多为无机材料，其结构最小单元为原子，而光致光刻胶一般为有机聚合物材料，其最小结构单元为大分子。因此，热模光刻胶具有更低的线边缘粗糙度。更为重要的是，热致光刻胶的制备相对更加容易，一般通过磁控溅射方法即可一次成形，无需光致光刻胶的溶液配制以及旋涂和烘焙。此外，热模光刻胶对环境更友好、对健康危害更小。硫系相变薄膜由于具有明显的热阈值效应、较高的抗蚀性且能实现高分辨的微纳结构制造而成为极具发展潜力的热模光刻胶，为低成本、定制化的光电子器件制造提供了独特的选择。
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2. 研究内容和预期目标
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