紫外光刻仿真及掩模優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、近年來，微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS，Micro Electro Mechanical System) 研究及其應(yīng)用的快速發(fā)展，推動著微細(xì)加工技術(shù)的不斷改進(jìn)和提高。UV-LIGA技術(shù)作為LIGA技術(shù)的一種派生技術(shù)，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(shù)相比，盡管其制成的微結(jié)構(gòu)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(guān)注和研究。 由于光刻技術(shù)在UV-LIGA技術(shù)中的關(guān)鍵的基礎(chǔ)地位，對于光刻

2、的理論模擬研究一直都是熱點(diǎn)。隨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大高寬比結(jié)構(gòu)的MEMS器件越來越多的需求，采用計(jì)算機(jī)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(jī)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(hù)昂貴的掩模。在光刻過程中，由于間隙的存在，使得衍射效應(yīng)明顯，造成在光刻圖形轉(zhuǎn)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(yīng)產(chǎn)生的圖形失真的機(jī)理開展了研究。結(jié)合光刻機(jī)的照明機(jī)理，根據(jù)光在空氣和吸收介質(zhì)中的標(biāo)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(jì)算方法。角譜衍射計(jì)算中，選擇快速傅立葉變換(FFT) 技術(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算，通過適當(dāng)選擇FFT計(jì)算中的相關(guān)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(shí)的描述接近式曝光過程的光刻數(shù)學(xué)模型。該仿真方法的特點(diǎn)是能夠快速準(zhǔn)確地對光刻膠表面及其內(nèi)部的光場分布進(jìn)行仿真計(jì)算，為光刻

4、的仿真計(jì)算的工程實(shí)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(diǎn)做了深入的分析研究。仿真及實(shí)驗(yàn)圖形驗(yàn)證表明，該快速角譜仿真模型模擬得到的誤差現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)構(gòu)出現(xiàn)了圓柱化，側(cè)壁陡度變小，底部收縮等現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)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(chǔ)上，本文基于可制造性設(shè)計(jì)(DFM,Design for Manufacture)對接近式光刻的圖形進(jìn)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(yù)補(bǔ)償?shù)乃枷?，在引起衍射的掩模特征處，通過調(diào)整其分布，實(shí)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(yùn)用遺傳算法(GA，Genetic Algorithm )，對光刻掩模進(jìn)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(yù)補(bǔ)償掩模。對得到的最優(yōu)預(yù)補(bǔ)償掩模仿真表明，優(yōu)化后圖形轉(zhuǎn)移的質(zhì)量大大提高，為接近式紫外光刻的掩模設(shè)計(jì)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(yùn)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(jìn)行優(yōu)化研究。對接近式深度光刻中的掩模進(jìn)行了補(bǔ)償優(yōu)化搜索及其仿真表明，預(yù)補(bǔ)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(jìn)行了UV-LI