[發(fā)明專利]厚膠紫外光斜入射背面光刻工藝的光強分布模擬方法

無效

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• 申請日: 2010-03-08
• 公開（公告）號: CN101776849A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 周再發(fā);黃慶安;李偉華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發(fā)明提供了一種用于厚膠(SU-8膠)紫外光斜入射背面光刻工藝的光強分布模擬方法，屬于厚膠光刻工藝過程計算機模擬領域。

背景技術

SU-8膠紫外光光刻技術是微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的一種重要微細加工技術。它克服了普通光刻膠光刻深寬比不足的問題，同時也克服了LIGA(德語Lithographie、Galvanoformung、Abformung的縮寫)技術中X射線光源極為昂貴的問題，十分適合于制造超厚、高深寬比的微結構。在傳統(tǒng)的SU-8膠紫外光垂直入射光刻工藝中，掩模版和SU-8膠垂直對準入射紫外光，只能制造二維的垂直SU-8膠微結構，不能制造各種傾斜或者彎曲的三維SU-8膠微結構。SU-8膠紫外光斜入射光刻工藝可以擺脫這種限制，通過傾斜掩模版和SU-8膠平臺，可以制造各種傾斜的SU-8膠微結構。

由于SU-8膠粘度較高，在涂覆過程中，SU-8膠的厚度會不均勻。此外，由于邊珠效應等原因，襯底邊緣的SU-8膠會比襯底中央的SU-8膠厚。因此，在SU-8膠紫外光斜入射光刻過程中，掩模版與SU-8膠之間無法避免地會出現(xiàn)空氣間隙。由于SU-8膠光刻過程所采用的紫外光波長(波長365nm)較長，空氣間隙產生的衍射效應十分明顯，對光刻精度影響很大，這樣會導致難于加工高深寬比的SU-8膠微結構。為了解決這個問題，國內外學者已經利用水和丙三醇等填充在掩模版與SU-8膠之間的空氣間隙中，充當折射率補償介質，以減小空氣間隙造成的衍射效應。此外，有學者提出了采用SU-8膠紫外光斜入射背面光刻工藝來制造高深寬比的SU-8膠微結構。這種方法直接將掩模版作為襯底，將SU-8膠直接涂覆在掩模版上，光刻過程中，斜入射紫外光直接透過掩模版背面曝光SU-8膠。該方法使用的工藝設備簡單，加工成本低，避免了由于SU-8膠表面不平整產生的衍射效應的影響，同時也避免了襯底反射對SU-8膠微結構的影響，可以有效地加工高深寬比的SU-8膠微結構。

SU-8膠光刻過程中，SU-8膠中的光強分布對顯影后的最終形貌有著決定性的影響。目前，光刻工藝中常用的光強分布模擬方法主要有以下兩種：基于電磁矢量理論的時域有限差分法、有限元法、邊界元法等和基于光學標量衍射理論的菲涅耳-基爾霍夫衍射積分方法。前者在理論上可以對光刻膠內部的光強分布進行精確模擬，但是需要對光刻膠進行細致的網格劃分，隨著網格數(shù)量的增加，其模擬時間將大為增加，影響了該方法的使用效率，因此基于電磁波理論的矢量方法只適用于模擬薄膠內部的光強分布。后者是基于標量衍射理論的傳統(tǒng)光強分布模擬方法，該方法運算速度快，常用于模擬傳統(tǒng)的垂直入射光刻工藝的光強分布，但其精度不高，無法考慮光傳播過程中不同介質界面的光折射和反射等物理現(xiàn)象，且適用范圍受到菲涅耳近似處理的限制。因此，獨立使用上面兩種方法己無法滿足SU-8膠(一種厚膠，實際應用中SU-8膠厚度為幾個微米以上)紫外光斜入射背面光刻工藝的光強分布模擬的需要。也就是說，目前還沒有適用于SU-8膠紫外光斜入射背面光刻工藝的光強分布模擬方法。

發(fā)明內容

技術問題：本發(fā)明的目的是提供一種用于SU-8膠紫外光斜入射背面光刻工藝的光強分布模擬方法，解決目前傳統(tǒng)的基于標量衍射理論的光強分布模擬方法無法模擬SU-8膠紫外光斜入射背面光刻工藝的光強分布的問題。采用該光強模擬方法，可以快速、精確地模擬SU-8膠紫外光斜入射背面光刻工藝過程中SU-8膠內部的光強分布。這對于實現(xiàn)SU-8膠紫外光斜入射背面光刻工藝過程模擬具有實用意義。

技術方案：本發(fā)明利用紫外光斜入射的旁軸近似技術，以背面斜入射紫外光的傳播方向為軸向，將SU-8膠中的計算網格到掩模孔上任意點的距離近似為該計算網格到掩模版(襯底)的軸向距離。同時，由于空氣(相對折射率＝1.01)與掩模版(一般采用玻璃材料，相對折射率＝1.47)的折射率不同，掩模版與SU-8膠(相對折射率＝1.67)的折射率也不同，因此，背面斜入射紫外光在空氣/掩模版、掩模版/SU-8膠界面上會發(fā)生反射和折射。我們利用紫外光斜入射的旁軸近似技術來處理基于光學標量衍射理論的菲涅耳-基爾霍夫衍射積分方程，平移了菲涅耳積分上下限。同時，在背面斜入射紫外光的光強計算模型中，綜合考慮空氣/掩模版、掩模版/SU-8膠界面的反射與折射，以及背面斜入射紫外光在SU-8膠內的衰減等因素。

a、基于光學標量衍射理論的菲涅耳-基爾霍夫衍射積分方程，利用紫外光斜入射的旁軸近似技術來處理這個積分方程，推出了適合SU-8膠紫外光斜入射背面光刻工藝的光強計算模型；