光学光刻工艺中的光强分布模拟

摘要

如今，基于MEMS技术的产品逐渐应用于现代生活的各个领域。在MEMS制造工艺中，由于其器件结构的特殊性，通常选取SU-8胶作为形成高深宽比结构的主流工艺。以往，为了模拟曝光后SU-8胶内部的光强分布，进而预测SU-8胶显影后的最终形貌。一般采取的方法是传统几何光学，即标量衍射理论。这一方法在精度要求不高的前提下，能够给出较为准确的结果。但随着MEMS的飞速发展，其器件尺寸不断减小，结构复杂程度不断提高，利用传统几何光学对SU-8胶进行建模仿真的结果与实验结果将会产生明显的偏差。这时，亟需建立一个更为精确的电磁场求解模型，亦即矢量衍射理论。
　　本文所研究的曝光模型，选取基于严格电磁场理论的波导法作为其建模的理论依据。在建模过程中充分考量空气间隙、入射角度以及衬底反射等工艺参数对光强分布的影响。并通过数学抽象以及具体的编程工作，建立了适合于计算垂直/倾斜光刻的二维/三维光强分布模型，该模型可较为真实地描述光刻胶内部的光强分布。在此基础上，再结合已有的其他模块从而形成一套能精确、快速模拟光刻全过程的计算机模拟软件，该软件可以对光刻胶内部的光强分布以及光刻胶显影形貌进行模拟。
　　结合具体的SU-8胶、接近式光刻工艺，本文给出了相应的光强分布模拟结果以及光刻胶显影后的最终形貌。同时探究了各个工艺参数对光学光刻工艺的影响，包括空气间隙、衬底反射、曝光角度等。就垂直入射和倾斜入射这两种不同情况，分别进行了SU-8胶相关光刻实验，并将此实验结果和模拟结果进行对比、分析。从而验证了本模型的正确性。
　　目前针对光刻工艺中的光强分布模拟，国内的研究主要集中在标量衍射理论，而对矢量衍射理论的研究还少有涉及。因此，本课题工作具有一定的参考价值。最后，总结整个论文，并就将来进一步的工作方向提出一些具有展望性的意见。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 本课题的工作及意义

1．3 论文内容安排

第二章 光刻模拟技术

2．1 光学系统模拟

2．1．1 接触式／接近式光刻系统

2．1．2 投影式光刻系统

2．2 衍射模拟

2．2．1 标量衍射理论

2．2．2 矢量衍射理论

2．3 光刻胶模拟

2．3．1 光刻胶及其性能评价指标

2．3．2 光化学反应机理

2．4 本章小结

第三章 光刻全过程框架

3．1 曝光

3．2 后烘

3．3 显影

3．4 本章小结

第四章 基于波导法的光强分布模型

4．1 二维WG数学模型

4．1．1 垂直入射

4．1．2 倾斜入射

4．1．3 提取光强分布

4．2 三维WG数学模型

4．2．1 三维特征值公式

4．2．2 边界条件

4．2．3 入射场振幅

4．3 算法流程介绍

4．4 本章小结

第五章 模拟结果与实验分析

5．1 垂直光刻模型结果

5．1．1 光强分布模拟

5．1．2 三维显影形貌分析

5．2 倾斜入射模型结果

5．2．1 光强分布模拟

5．2．2 三维显影形貌分析

5．3 算法性能

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

作者简介