紫外光刻仿真及掩模優(yōu)化設計研究.pdf

1、近年來，微機電系統(tǒng) (MEMS，Micro Electro Mechanical System) 研究及其應用的快速發(fā)展，推動著微細加工技術的不斷改進和提高。UV-LIGA技術作為LIGA技術的一種派生技術，由于其光刻工藝中采用傳統(tǒng)的紫外光源，與使用X射線的LIGA技術相比，盡管其制成的微結構質(zhì)量和高寬比不及，但具有工藝簡單，成本低廉的優(yōu)勢，因此受到廣泛的關注和研究。 由于光刻技術在UV-LIGA技術中的關鍵的基礎地位，對于光刻

2、的理論模擬研究一直都是熱點。隨著結構復雜，大高寬比結構的MEMS器件越來越多的需求，采用計算機模擬對光刻工藝仿真，對于降低研制成本，縮短研制周期，提高微機電產(chǎn)品質(zhì)量，具有重要的意義。 UV-LIGA工藝主要采用接近式光刻，曝光時掩模和光刻膠間有一定的間隙以保護昂貴的掩模。在光刻過程中，由于間隙的存在，使得衍射效應明顯，造成在光刻圖形轉移的過程中產(chǎn)生形狀誤差，這種形狀誤差隨著掩模極限尺寸和光刻深度的不同而不同。 本文就接近

3、式光刻曝光工藝中因衍射效應產(chǎn)生的圖形失真的機理開展了研究。結合光刻機的照明機理，根據(jù)光在空氣和吸收介質(zhì)中的標量衍射理論和角譜理論，本文提出了一種光刻傳播光場分布角譜計算方法。角譜衍射計算中，選擇快速傅立葉變換(FFT) 技術進行仿真計算，通過適當選擇FFT計算中的相關參數(shù)范圍，確定較佳的FFT參數(shù)，在頻域中建立了較為真實的描述接近式曝光過程的光刻數(shù)學模型。該仿真方法的特點是能夠快速準確地對光刻膠表面及其內(nèi)部的光場分布進行仿真計算，為光刻

4、的仿真計算的工程實用提供了一種可行的方法。 利用上述仿真模型，對不同線寬、不同形狀特征的掩模在光刻膠表面和內(nèi)部的衍射光場分布做了接近式光刻仿真，對衍射造成的二維圖形和深度方向的誤差分布和特點做了深入的分析研究。仿真及實驗圖形驗證表明，該快速角譜仿真模型模擬得到的誤差現(xiàn)象與實驗結論較吻合，包括：在光刻膠表面，圖形輪廓出現(xiàn)線寬變窄，拐角圓化等現(xiàn)象。而對于光刻膠深度方向，微結構出現(xiàn)了圓柱化，側壁陡度變小，底部收縮等現(xiàn)象。實驗對比在一定

5、程度上證明了本模型的有效性。 在光刻誤差分析的基礎上，本文基于可制造性設計(DFM,Design for Manufacture)對接近式光刻的圖形進行優(yōu)化仿真研究。借鑒投影式光刻掩模優(yōu)化策略，本文對接近式光刻的優(yōu)化方法是：基于掩模預補償?shù)乃枷?，在引起衍射的掩模特征處，通過調(diào)整其分布，實現(xiàn)光刻膠表面的衍射光場調(diào)制。本文根據(jù)分段分類思想，運用遺傳算法(GA，Genetic Algorithm )，對光刻掩模進行有限區(qū)域的搜索，尋找

6、曝光圖形最接近于理想圖形的預補償掩模。對得到的最優(yōu)預補償掩模仿真表明，優(yōu)化后圖形轉移的質(zhì)量大大提高，為接近式紫外光刻的掩模設計提供了新的思路。對于 SU-8 厚膠的深度光刻中的深度方向誤差，運用同樣的掩模重新分布的遺傳算法搜索策略，針對光刻膠內(nèi)特定深度截面的輪廓形狀進行優(yōu)化研究。對接近式深度光刻中的掩模進行了補償優(yōu)化搜索及其仿真表明，預補償掩模在一定程度上降低了深度光刻中光刻膠內(nèi)特定深度截面的圖形誤差。 本文系統(tǒng)進行了UV-LI