（精密仪器及机械专业论文）紫外深度光刻的计算机模拟及误差修正.pdf

中国科学技术人学硕十论文陈有梅 0 摘要 摘要 深度光刻是l i g a 工艺的核心技术之一，是获得高精度大高宽比微结构的 关键工艺。随着l i g a 技术在微电子机械系统加工工艺中的广泛应用，尤其是 在生物科学技术领域的广泛应用，深度光刻技术也越来越成为研究应用的热点。 然而对于深度光刻的研究，系统的理论模拟分析并不多。本文对接近式深度光 刻进行了深入模拟研究。论文的主要工作可以分为以下几个部分： 1 深度光刻模拟模型 本文建立了一个可以用于计算机模拟的接近式光刻模型，与传统的模拟模 型相比较，该模型有四点不同：( 1 ) 照明不是作为平面波近似来处理，而是采 用了相干和非相干结合的方式模拟光源发出的光；( 2 ) 在该模型中，光刻胶被 分成很多层，在计算每一层的曝光剂量时，该层光刻胶上面的所有光刻胶被计 入到光刻模型中。这样就可以计算整个光刻胶内的光强分布；( 3 ) 该模型中不 仅考虑了光刻胶厚度方向光强的指数衰减并且考虑了光束在光刻胶中的衍射传 播：( 4 ) 相比于传统的部分相干理论模拟具有速度快的优点。 2 紫外深度光刻模拟 模拟分析了由于紫外光的衍射效应、曝光剂量、光源波长以及蝇眼透镜分 布造成的光刻结果影响。由于衍射效应的影响对深度光刻特定层面的矫正将成 为必要；为了得到侧壁比较陡直的微结构，实验前根据模拟曲线选择恰当的曝 光计量将是关键；同时在光刻厚度较大时应选择吸收系数较小的紫外光源；光 刻机光源系统中的蝇眼透镜分布也是影响光刻深度以及侧壁陡直度的重要因 素。 中国科学技术大学硕士论文陈有梅0 摘要 3 深度光刻特定层面校正 对深度紫外光刻中出于衍射效应造成的光刻胶层面的光刻图形畸变进行了 深入的研究，并建立了基于模型区域的校正理论，该校正系统采用了分类分区 域的思想将掩模图形按其畸变的特点进行了分类，在校正过程中对不同的类别 分别建立校正区域，在每一校正区域内进行校正优化处理和校正评价，这种基 于模型的分类分区域评价思想，使得校正过程中评价函数的有效和实时，该校 正方法不仅降低了校正的复杂性，同时提高了校正的效率。 中国科学技术大学硕士论文陈有梅 0a b s t r a c t a b s t r a c t d e e p l i t h o g r a p h y o f t h i c k f i l m p h o t or e s i s t i s t h e p r i m a r ys t e p o f l i g a p r o c e s s ， w h i c hi su s e dt of a b r i c a t em i c r o s t r u c t u r e sw i t hh i l g ha s p e c tr a t i oa n dh i 曲a c c u r a c y s i n c el i g ap r o c e s si sw i d e l yu s e di nm e m st e c h n o l o g y ，d e e pl i t h o g r a p h yi s i n v e s t i g a t e di nr e c e n ty e a r s b u tt h et h e o r e t i c a ls i m u l a t i o no fd e e pl i t h o g r a p h yi s r a r e l yr e p o r t e d p r o x i m i t yd e e pl i t h o g r a p h y i s i n v e s t i g a t e di n t h i s t h e s i s t h e i r m o v a t i o n so f t h i st h e s i sa l ed e s c r i b e da st h ef o l l o w ： 1 t h ed e e pl i t h o g r a p h ym o d e l a d e e pl i t h o g r a p h ym o d e li s c o n s t r u c t e di nt h i sp a p e r c o m p a r e dw i t ht h e n o r m a lp a r t i a lc o h e r e n c em o d e l ，t h en e wm o d e lh a sf o u rd i f f e r e n c e s ( 1 ) n l e i l l u m i n a t i o ni sn o ts i m u l a t e da sp l a n ew a v e i ti ss i m u l a t e d 船t h ep r o p a g a t i o no f c o m b i n a t i o no fi n c o h e r e n c ea n dc o h e r e n c eu g h tf r o mt h el i g h ts o b i p _ ：e ( 2 ) t h et h i c k f i l mi sd i v i d e di n t om a n yl a y e r si ns i m u l a t i o n w h e nc o m p u t et h el i g h ti n t e n s i t y b e f o r eo n el a y e r , t h el a y e r su pt h i so n ea r ei n v o l v e di nt h em o d e la sa l la b s o r p t i o n o b j e c t ( 3 ) t h es i m u l a t i o nm o d e ln o to n l yi n c l u d e st h ea b s o r p t i o no fr e s i s tb u ta l s o i n c l u d e st h ed i f f r a c t i o np r o p a g a t i o no f l i g h t ( 4 ) t h es i m u l a t i o no f t h i sm o d e li sf a s t e r t h a nt h en o r m a lp a r t i a lc o h e r e n c em o d e l 2 s i m u l a t i o no fu v d e e pl i t h o g r a p h y t h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h ep r e c i s i o no fd e e pu vl i t h o g r a p h y ，s u c ha sd i f f r a c t i o n e f f e c t ，e x p o s u r ed o s e ，w a v e l e n g t ha n dt h e d i s t r i b u t i o no ff l y se y e sl e n s ，a r e s i m u l a t e da n dt h em e t h o d so fe r l o rc o r r e c t i o na r ei n v e s t i g a t e d i ti sn e c e s s a r yt o c o m p e n s a t ef o rp a t t e r nt r a n s f e rn o n - i d e a l i t i e sa tc e r t a i nl a y e ri no r d e rt os a t i s f yt h e r e q u i r e m e n to fp e r f o r m a n c ea n dp r e c i s i o no fm i c r o s t r u c t u r e s i no r d e rt og e tt h e s t e e pg r a d i e n to fs i d e w a l li t i sp i v o t a lt oc h o o s et h ea p p r o p r i a t e e x p o s u r ed o s a g e a c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i o nr e s u l t sb e f o r et h ee x p e r i m e n t a n dt h ef l y se y e sl e n so f t h el i t h o g r a p h ym a c h i n ei sa ni m p o r t a n tf a c t o ra f f e c t i n gt h ep r e c i s i o na n dt h e s i d e w a l lg r a d i e n t 中国科学技术大学硕士论文陈有梅 0a b s t r a c t 3 e r r o rc o r r e c t i o no fc e r t a i nl a y e ro fu vd e e pl i t h o g r a p h y i nt h i sp a p e rt h ea l g o r i t h mb a s e do nm o d e la r e ac o r r e c f i o nw a su s e dt oc o r r e c t t h ep a t t e r nt r a n s f c re 仃i ) ro fc e r t a i nd e e pl a y e ri nc o n t a c tl i t h o g r a p h y n l i sc o r r e c t i o n s y s t e ma d o p t st h ei d e ao ff e a t u r ec l 髂s m c a t i o na n de v a l u a t i o na r e af o u n d a t i o nt o m o d i f yt h em a s kc o n t o u r t h u s ，i tm a k e st h el i t h o g r a p h yc o n t o u ra sc l o s ea sp o s s i b l e t ot h ed e s i r e dc o n t o u ra tc e r t a i nd e e pl a y e r 1 1 1 i sa l g o r i t h mn o to n l yr e d u c e st h e c o m p l e x i t yb u ta l s oe n h a n c e st h ee f f i c i e n c yo f c o r r e c t i o n t h ea l g o r i t h mi sp r o c e s s e d b a s e do nm o d e l a e ac o r r e c t i o n t h ei n p u ti st h em a s kd a t aa n dt h eo u t p u tw i l lb et h e m o d i f i e dm a s kd a t a ，w h i c hm a k e st h el i t h o g r a p h ys i m u l a t i o nc o n t o u ra sc l o s ea s p o s s i b l et ot h ed e s i r e do n e 中国科学技术大学学位论文相关声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究 工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的 同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权， 即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名：歪筵指撞 伊7 年占月4 日 中国科学技术大学硕士论文陈有梅第1 章序言 1 1 微电子机械系统 第1 章序言 上个世纪人类最伟大的进步之一是微电子技术的发展。伴随着微电子技术 的发展，一项全新的技术m e m s ( m i c r oe l e c t r o m e e h a n i c a ls y s c e m ，即微电子 机械系统) 悄然诞生，并开始获得迅猛的发展。微电子机械也常称为微型机电系 统( m i c r o e l e c t r o m e c h a n i c a l s y s t e m ，m e m s ) 、微机器( m i c r o m a c h i n e ) 、微系统 ( m i c r o s y s t e m ) ，是指用微机械加工技术制作的微传感器、微能源、微致动器( 亦 称微执行器) 等微机械基本部分以及高性能的电子集成线路组成的微机电器件 与装置。它是在集成电路的基础上发展起来的，并开始成为继微电子技术之后 又一项推动社会进步的革命性技术。 1 1 ，1m e m s 起源 m e m s 一词来源于1 9 8 9 年美国国家自然科学基金会( n s f ) 主办的微机械加工 技术讨论会的总结报告“m i c r o e l e c t r o nt e c h n o l o g ya p p l i e dt oe l e c t r i c a l m e c h a n i c a ls y s t e m ”，本次会议中，微机械加工技术( m i c r o m a c h i n gt e c h n o l o g y ) 被n s f 和美国国防部先进技术署( d a r p a ) 确定为美国急需发展的新技术。从 此，作为m i c r o - - e l e c t r o - - m c c h a n i c m - - s y s t e m 缩写词的m e m s 被广为流传。 实际上微电子机械系统的概念在上个世纪六十年代就已经提出。1 9 5 9 年， 诺贝尔获奖者r f e y n m a n 在他的著名报告“t h e r ei sp l e n t yo f r o o m a tt h eb o t t o m ” 中，首次提到了微电子机械系统的设想“1 。次年，r f e y m a n n 在加州理工大学的 一次演讲中定义了微机械的概念0 1 。1 9 6 2 年，第一个硅压力传感器问世，其后 又丌发出5 0 5 0 0pm 的齿轮、齿轮泵、气动涡轮及连接件等微结构。1 9 8 2 年， k e p e t e r s o n 发表一篇题为“s i l i c o na sam e c h a n i c a lm a t e r i a l ”的综述性文章”1 ， 对硅微机械加工技术的发展起到了奠基的作用。但是受技术和社会需求的影响， 微电子机械系统在上世纪8 0 年代以前一直没有得到长足的发展。 直到1 9 8 7 年，转子直径为6 0 1 2 0i tm 的硅静电电机，如图i - i 所示，在美 国加州伯克利分校首先研制成功“1 。这在当时引起了轰动，引起了各方的关注。 同时也标志了微电子机械系统开始步入全新的发展阶段6 1 。 中国科学技术火学硕十论文陈有梅 第1 章序言 图卜1 表面工艺制作的硅静电驱动马达 1 。1 2m e m s 的最新进展 由于m e m s 具有微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产的特 点高，进入上世纪末，m e m s 进入了加速发展的阶段。更重要的是由于m e m s 的巨 大经济效益，很多的大公司和民间资金开始进入这一领域，极大地推进了m e m s 的发展和应用。从1 9 9 7 年到2 0 0 1 年，仅美国d a r p a ( 美国国防部先进研究计划 署) 每年投入的研究经费就达7 0 0 0 万美元。目前，美国每年投入的研发经费估 计为2 7 亿美元，大约有2 5 个实验室、1 0 0 家公司投入这一领域的研发。欧盟 在这一领域中更为积极，1 3 个国家每年投入1 2 亿美元研发经费、设立了1 2 0 个实验室、3 5 0 家公司涉足这一领域。在这一领域，目前r 本有1 3 个研究组织、 3 0 家公司，年投入研发经费为2 5 亿美元；韩国有5 个实验室、1 0 家公司，年 研发经费为2 亿美元。w 图卜2m e m s 产业发展速度变化曲线 2 中国科学技术人学硕士论文陈有梅第1 章序言 目前m e m s 技术正处于加速发展的阶段。图卜2 显示了m e m s 产业的发展速 度曲线。2 0 0 2 年，全球m e m s 市场的产值已经突破3 0 0 亿美元。 微电子机械系统最初是从微传感器开始研究和应用。1 ，后来又扩展到用于 信息处理的微光机电系统( m o e m s ) 、移动通信设备啪，到生物医学领域的各 种微机器人、生物芯片等”。 1 1 3m e m s 工艺方法 姬裕豹制作主要基于两大技术：i c 技术和微杌械加工技术。箕中i c 技术 主要用于制作m e m s 中的信号处理和控制系统，与传统的i c 工艺没有太大区别； 微机械加工技术是在i c - r 艺的基础上发展起来的，主要包括体微机械加工技术、 表面微机械n - r 技术、l i g a 技术、准l i g a 技术和微机械组装技术等。 1 。2l l g a 技术 在常规的微机械制作中，主要依赖于s i 微加工技术，所获得的微机械材料 主要是s i c i l l “。这限制了其他具有优良性质的材料如金属、塑料、陶瓷等在微 机械领域的应用。1 9 8 7 年，德国卡尔斯鲁( k a r l s r u h e ) 原子核研究中心开发出 了一种全新的微机械加工技术l i g a 技术“”，从而丌辟了一条全新的可以 利用多种材料的三维微机械工艺方法“”町。 1 2 1标准u g a 工艺流程 l i g a 技术包括x 射线深度光刻、电铸成型和塑铸成型三个工艺过程。图 卜3 显示了标准l i g a 工艺的工艺流程。 1 同步辐射深度光刻 首先是利用同步辐射光进行厚胶深度光刻( 光刻胶一般是p 硼v l a ) ，从而得 到高精度( 亚微米) 、大深宽比的光刻胶微结构。微结构的高度可以从几十微 米到毫本量级，高宽比可以大子1 0 0 。 3 中国科学技术火学硕七论文陈有梅第1 章序言 2 电铸 图卜3 典型l i g a 工艺流程图 利用光刻胶下面的会属薄层做电极进行电镀。将光刻胶三维立体结构形成 的间隙用分属填充，电镀一直进行到金属将光刻胶完全覆盖住，形成一个与光 刻胶图形凹凸互补的、稳定的相反结构金属体，然后将光刻胶及附着的基底材 料清理掉。此金属结构体可以作为批量复制的模具，也可以作为最终的产品。 3 塑铸 由于同步辐射光刻非常昂贵，因此大批量生产受到限制。塑铸是为了大批 量生产电铸产品提供塑料铸模，可采用反应注射成型法、热塑铸射成型法和压 印成型法实现塑铸。在塑铸完成的塑料微型结构上，再电铸所需要的产品结构， 清除掉胶和注塑板，就可以得到有几百微米厚的三维立体金属结构器件。 4 中国科学技术大学硕士论文陈有梅第1 章序言 1 2 2 牺牲层技术 图i - 4 牺牲层技术工艺图 仅仅使用l i g a 技术的典型工艺还不能制作出可以活动的微结构。美国维 斯康新大学的h e n r yg u c k e l 教授领导的研究小组开发出了牺牲层技术 ( s a c r i f i c e dl i g a ) s l i g a 。图1 _ 4 是牺牲层技术的工艺图。在涂光刻胶之前， 在底片上有选择的先附着一层牺牲层，在电铸完成后，有选择性的把牺牲层腐 蚀去掉，这样便可以形成微结构活动的空间，所用的牺牲层经常是钛。 1 2 3l f g a 技术的优点及不足 1 l i g a 技术的优点 l i g a 技术的优点与优越性主要表现在如下四个方面： ( 1 )能够制作出高精度、大高宽比的可动微结构 应用l i g a 技术制作的微结构，可获得很大的高宽比。对于宽度仅为数微米 的图形，其高度可以接近1 0 0 0 微米，并且其宽度在整个高度上可以保持极高的 精度，侧壁平行线偏差在亚微米量级。 ( 2 ) 可用材料广泛 l i g a 技术拓宽了硅工艺的材料范围，使得很多具有优良性质的新材料在 m e m s 中获得应用。目前在l i g a 技术中可用的材料主要有：金属、塑料、高分子 材料、玻璃、陶瓷，还可以将它们组合使用。 5 中国科学技术人学硕十论文陈有梅第1 章序育 ( 3 ) 适合大规模生产 l i g a 技术使用模铸工艺，可以大规模生产产品，从而大大降低生产成本， 使得l i g a 技术走向商业生产成为可能。 ( 4 )可以制作三维复杂的微结构 这一特点比体硅工艺更有优势。因为体硅工艺采用各向异性腐蚀，硅晶体 沿晶轴各方向的融解速率不同，从而在硅晶体中生成的结构不能是任意形状。 2 。l i g a 技术的缺点 当然l i g a 技术也并非完美，它有很多的固有问题需要解决。 首先是深x 射线光刻。由于需要同步辐射光，深x 射线光刻的成本极高， 而且不容易实现。这个问题随着深紫外光刻的发展而有所解决，但是深紫外光 刻的精度与x 射线光刻相比还比较差。在精度要求不是很严格的微结构制作中， 紫外深度光刻己经获得广泛应用。 在微电铸工艺中，也有很多问题没有解决。由于微结构尺寸很小，电铸要 求非常严格，如何获得高精度的电铸微结构也是问题。 从l i g a 工艺原则上讲，还不是完全的三维工艺，一些复杂的三维微结构还 无法通过l i g a 工艺实现。另外，l i g a 工艺与集成电路工艺不兼容也大大限制了 它的发展，不过l i g a 工艺的固有优点还是硅工艺所不能达到的。这两者在m e m s 工艺中讵互相补充，融合，共同推进m e m s 技术的发展。 1 3 深度光刻 1 3 1 光刻分类 光刻是一种利用光子束或粒子柬把掩模图形转移到记录介质上的技术。它 源于集成电路技术的发展，大规模集成电路的发展主要依赖于光刻技术的进步。 目前，光刻技术已经从最初的可见光刻发展到现在的深紫外光刻，x 射线光刻。 光刻需要三个部分：光子束或粒子束( 主要指电子束) 、掩模、记录介质 ( 光刻胶) 。光子柬和电子束照射到掩模上，由掩模表面的吸收体组成的图案 产生投影，利用记录介质将投影图案记录下来。由于记录介质被光子束和电子 8 中国科学技术大学硕士论文陈有梅 第1 章序言 束照射的部分产生了化学变化。这样通过显影可以有选择的将被照射部分融解 除掉( 正性光刻胶) 或者将未被照射部分融解除掉( 负性光刻胶) 。 在光刻技术中，掩模并不是必须的，如激光直写技术、电子柬图形产生。 这种光刻技术是利用聚焦的能量束直接在记录介质上产生图形，投有办法大规 模生产，一般用于生产平行光刻所需要的掩模图形。需要掩模的光刻，可以把 图形一次转移到记录介质上。由于所有图形是同时转移的，所以也称为平行光 刻，适用于大规模生产。 平行光刻按照图形转移的方式可以分成三种： 1 接触式光刻 接触式光刻是最早获得应用的。在这种光刻方式中，掩模与记录介质是接 触在一起的，掩模在光照射下的投影直接转移到记录介质上，掩模图形与光刻 胶图形大小相等。 这种光刻方式光刻精度较高，但是由于掩模与记录介质直接接触，光刻过 程中对掩模破坏较大，尤其是1 ：1 的掩模制作比较昂贵。但是接触式光刻没有 焦深的限制，可以进行厚胶光刻，得到大高宽比的微结构，是在l i g a 技术中最 适合的光刻方式。 2 接近式光刻 由于掩模比较昂贵，为了降低对掩模的损伤，接近式光刻在掩模与记录介 质之间留有一定的间隙，一般是几微米到几十微米。光刻所得图形大小与掩模 图形大小相同。但是由于掩模与光刻胶之间有间隙，衍射的影响比较大，与接 触式光刻相比，图形稽度要差一些。在l i g a 技术中也是常用的光刻方式。 3 投影式光刻 随着大规模集成电路的发展，光学接近式光刻越来越无法满足生产的需要。 由于l ：i 的掩模非常昂贵，于是投影式光刻诞生了。投影式光刻有一个光学成 像系统，掩模图形的像经过由几十个透镜组成的光学系统后被缩小，然后记录 到光刻胶上。这样就不需要做1 ：1 的掩模，通常的投影光刻系统是5 x 、6 x 的， 即掩模图形大小被缩小5 、6 倍后再记录到光刻胶上。这样的光学系统是一个衍 7 中国科学技术大学硕士论文陈有梅第1 章序言 射受限系统，光刻精度由数值孔径( n a ) 和光波波长决定；另外，限制投影式光 刻发展的另一个重要的因素是焦深( d e p t ho f f o e u s ) 。在l i g a 技术中，由于焦 深的限制，投影式光刻获得大高宽比的微结构是比较困难的。 从以上分析可以看出，对深度光刻而言，接近式光刻和接触式光刻是比较 适合的。目前大高宽比微结构的制作主要依赖于紫外深度光刻和x 射线深度光 刻。 1 3 2 紫外深度光刻 由于同步辐射光刻需要同步辐射光，非常昂贵，并且难以实现，因此研究 一种比较便宜，能够得到大高宽比微结构的新的光刻方法就成为了研究的焦点。 s u 一8 光刻胶的研制成功，使得利用紫外深度光刻获得大高宽比微结构成为可能。 紫外深度光刻相对于同步辐射x 射线光刻，在精度上要差一些，一般在微 米量级；而且所得微机构上下的宽度也无法保证相等，一般误差在微米量级。 但是紫外光刻要便宜得多，因此在对精度要求不是很高的情况下，紫外光刻无 疑是更佳的选择。 1 3 3 深度光刻模拟研究现状 由于光刻技术在微电子技术中的核心地位，光刻技术一直是微电子技术中 的研究热点；对于光刻计算机模拟的研究也一直备受关注。目前提供比较成熟 计算机模拟软件的e d a 公司有a v a n t 、m e n t o rg r a p h i c s 、c a d e n c e 和s y n o p s y s 等， 这些模拟软件总体上讲，使用方法难以掌握，软件和培训都极其昂贵。实用性 也有待提高。丌放软件目兹比较著名的是加州大学伯克利分校的s p l a t ，它是 个二维透射系统的仿真程序，其理论基础是部分相干成像的h o p k i n s 理论。 上述的模拟软件都是建立在傍轴光学成像系统的基础上，用于接近式深度 光刻模拟都不太准确，主要原因是( 1 ) 在接近式深度光刻中，由于掩模与光刻 胶蚓距离比较近，很多区域并不在傍轴区：( 2 ) 光刻胶很厚，一般在数十微米 到数百微米，甚至在毫米量级，上面的模拟软件只提供光刻胶表面的光强：面 对深度光刻来讲，模拟得到整个光刻胶内部的光强更加重要。 虽然对接近式光刻的模拟研究比较多“”，但般也就是基于菲涅尔近似、 平面波照明进行模拟。这样的模拟结果精度不高，因为菲涅尔近似是一个傍轴 8 中国科学技术火学硕十论文陈有梅 第1 章序言 近似，在接近式光刻中，非傍轴区的模拟结果显然并不准确：同时用于接近式 光刻的照明也并非平面波，而是具有部分相干性的扩展光源。更重要的是，这 些研究也并没有考虑光刻胶厚度的影响，只模拟光刻胶表面的光强。 到目前为止，涉及深度光刻模拟这一问题的讨论一般都是利用菲涅尔衍射 理论进行些定性的描述“”。中科大国家同步辐射实验室对于接近式深度光刻 进行了深入研究，建立了类菲涅尔近似模拟模型，将曝光系统中的光源区分 为衍射光和非衍射光计算后叠加，本文中建立了一个区别于类菲涅尔模型的点 光源衍射光场非相干叠加的模型。 1 3 4 光刻误差修正理论研究现状 在准l i g a 技术中深度光刻，一般采用紫外光刻，相比于x 射线准直性低， 而且存在衍射效应，从而造成在光刻图形转移的过程中，得到的图形在二维的 形状上有偏差，不同光刻深度上形状也不同。由于紫外光的衍射效应使得在硅 片表面光刻胶上曝光成像图形发生畸变的光学邻近效应，邻近效应引起的图形 畸变主要表现为线宽偏移( 通常为孤立线的变宽，密集线变窄) 、角部变圆、线条 变短等特征。 光学邻近效应的解决方法一般有两种： 第一类方法是在硅片生产阶段，通过调整光刻工艺参数来消除光学邻近 效应。其中，改变光刻工艺中的光刻波长是最直接最有效的方法。但是，更新光 源的方法对光刻设备要求较高，会极大地增加产品成本，并导致原有生产力的浪 费；第二类方法是在集成电路设计阶段，通过调整和研究新的物理设计方法来 抑制光学邻近效应，这类方法是对设计阶段的改善，成本低廉、效果好，可有 效地利用现有的生产力。 目l ； f 工业界普遍采用的方法是光刻矫正技术( p e t ，r e t i l ee n h a n c e m e n t t e c h n o l o g y ) 。光刻矫正技术主要包括光学邻近矫正( o p c ) 、移相掩模版( p s m ) 和 辅助图形与伪图形。 光学邻近矫正主要是通过改变原芯片掩模版图形的形状来减小光刻图形 的偏差。o p c 通常被分为两大类也是国内外文献中普遍采用的方法：基于规则的 方法( r u l e s b a s e da p p r o a c h ) 和基于模型的方法( m o d e l - b a s e da p p r o a c h ) 州。基于规 则的方法，需要事先建立矫正规则数据库，实际处理中只需通过查找数据库便 中国科学技术大学硕十论文陈有梅 第1 章序言 可以得到矫正数据实现对掩模版圉形的矫正。这种方法在处理大规模集成电路 芯片时速度快，但是它的矫j 下精度不是很高。基于模型的方法，需要事先选择 适当的光学模型，实际处理中利用光学模型模拟光刻成像的过程，实现对掩模 版图形的矫正。这种方法矫正结果的精确度较高，需要花费的时间较长，适合 于对版图关键图形的矫正，被工业界广泛采用。 国内四川大学物理系，浙江大学超大规模集成电路研究所，中科院光电 技术研究所等单位在i c 制版的投影式光亥q 的光学邻近效应得产生机理，误差分 析，补偿方法等作了深入的研究，提出了一系列的方案脚“1 。国内外文献中对接 近式光刻和深度光刻误差修正方法研究及其计算机模拟则较少。 1 4 本文完成的主要工作 本文对接近式( 接触式) 紫外深度光刻进行了深入研究。创建了一个可以 用于接近式( 接触式) 深度光刻计算机模拟的模型：这个模型是建立在标量衍 射理论基础上。在这个模型中，照明光源、掩模与光刻胶之自j 的间隙、光刻胶 的厚度都得到了较为准确的处理和考虑。根据这个模型对紫外光刻进行了模拟 探讨了影响紫外深度光刻精度的因素同时提出了矫币方法，同时针对光刻深度 方向特定层面的误差修正建立了基于模型区域的误差矫正理论。 本文主要完成三个方面的研究工作： 1 紫外深度光刻模拟 建立基于标量衍射理论的非相干叠加模型，快速地模拟光刻胶表面及光刻 胶内部的光场分布，相比于传统的部分相干模型不仅快速而且准确。 2 紫外深度光刻误差修正理论研究 对影响紫外深度光刻的纵向和横向精度因素，如光源波长、曝光计量、照 明系统等等进行了计算机模拟，并提出了修正方法。 3 。紫外深度光刻特定层面误差校正理论建立 针对紫外深度光刻横向精度即特定层面的误差进行了研究，并建立了特定 层面的基于模型区域的误差修正理论和模型。 1 0 中国科学技术大学硕士论文陈有梅 第1 章序言 参考文献 【l 】r f e y n m a nt h e r ei sp l e n t yo f m o r na tt h eb o t t o m i e e ej m e m s 1 9 9 2 1 ( i ) ：6 0 - 6 6 【2 】r f e y n m a n ，at a l ka ta n n u a lm e e t i n go f t h ea m e r i c a np h y s i c a ls o c i e t ya tt h ec a l i f o r n i ai n s t i t u t e o f t h et e c h n o l o g yo nd e c ，2 6 ，1 9 5 9 ，a n dw a sp u b l i s h e da sac h a p t e ri nt h er e i n h o l dp u b l i s h i n g c o r p o r a t i o nb o o k ，m i n i a t u r i z a t i o n ，h o r r a c ed g i l b e r e d 【3 】k e p e t e t s o n ，s i l i c o n 髂am e c h a n i c a lm a t e r i a l ，p r o c e e d i n g so f t h ei e e e 7 0 ( 5 ) ，1 9 8 2 ，p p 4 2 0 - 4 5 7 【4 1l s f a n ，y c t a ，c t a i ，i c - p r o c e s s e de l e c t r o s t a t i cm i c r o - m o t o r s p r o c o f1 9 8 8 e e ei n te l e c t r d e v i c e sm e e t i n g , s a n f _ r a n c i s c o c a d e c 1 9 8 8 【5 】h ocma n dt a iyc m i c r o e l e c t r o m e c h a n i c a ls y s t e m s ( m e m s ) a n df l u i df l o w s a n n u a lr e v i e w o f f l u i dm e c h a n i c s 1 9 9 8 3 0 ：5 7 9 6 1 2 【6 】牟炳乾朱长纯，刘君华，微电子机械系统的研究进膨，器件在线，2 0 0 2 【7 】h u a n g j u n g - t a n g ，c h e n g s h a o - c h a n g s t u d y o f i n j e c t i o n m o l d i n g p r e s s u r es e n s o r w i t h l o wc o s t a n ds m a l lp r o b e s e n s o r sa n da c t u a t o r sa ：p h y s i c a l v o l u m e ：1 0 1 ，i s s u e ：3 ，s e p t e m b e r , 1 9 9 5 ， p p 2 6 9 - 2 7 4 8 】w us h u y u n ，l i n q i a o , y u e n y i n ，t a i y a c h o n g m e m s f l o ws e n s o r f o r n a n o - f l u i d i ca p p l i c a t i o n s s e n s o r sa n d a c t u a t o r s a ；p h y s i c a l v o l u m e ：9 9 ，i s s u e ：l - 2 ，m a t c h 2 0 , 2 0 0 1 ，p p 1 5 2 1 5 8 【9 】p l a n a ra i r b r i d g er ft e r m i n a lm e m ss w i t c h s m a r tm a t e r i a lb u l l e t i nv o l u m e ：2 0 0 1 。i s s u e ：7 ，j u l y 2 0 0 1 ，p p 1 6 【1 0 l e eg w o b i n ，c h a ns h u h u i ，h u a n gg u a n g m e y ，e t c m i c r of a b r i c a t e dp l a s t i cc h i p sb yh o t e m b o s s i n gm e t h o d sa n dt h e i ra p p l i c a t i o n sf o rd n as e p a r a t i o na n dd e t e c t i o n s e n s o r sa n d a c t u a t o r sb ：c h e m i c a l v o l u m e ：7 5 ，i s s u e ：1 - 2 ，a p r n3 0 ，2 0 0 1 ，p p 1 4 2 一1 48 - i 】p r a i c h o u d h u r y ，h a n d b o o ko f m i c r o l i l h o g r a p h y ，m i c r o m a c h i n i n ga n dm i c r o f a b r i c a t i o nl - 2 s p i eo p t i c a le n g i n e e r i n gp r o c e s s ，1 9 9 7 ， 【1 2 】g t a k o v a c s ，m i c r o m a c h i n e dt r a n s d u c e r ss o u r c o b o o k ，m c g r a w h i l l ，n e wy o r k ，1 9 9 8 ， 【1 3 】e w b e c k e r , w w h r f e l d ，p h a g m a n n ，e t c m i c r o e l e c t r o n i ce n g i n e e r i n 9 4 ( 1 9 8 6 ) 3 5 5 6 【1 4 】l e h tl ，e h r f e l dw ，l i g a - t e c h n i q u ea no v e r v i e w t h e6 t hc h i n e s ei n t e r n a t i o n a ls u m m e rs c h o o l o f p h y s i c so na p p l i c a t i o no f s y n c h r o t r o nr a d i a t i o n ，j u l y ，1 9 9 2 ， 【1 5 】r r u p r e c h t ，t h a n e m a n n ，v ，p l o t t e r , e t c ，m i c r o s y s t e mt e c h n o l o g i e s 5 ( 1 9 9 8 ) 4 4 - 4 8 【1 6 1w e h r f e l d ，v h e s s e l ，h l o w e ，e t c m i c r o s y s t e mt e c h n o l o g i e s 5 ( 1 9 9 9 ) 1 0 5 - 1 1 2 【1 7 1 h e n k e w ，w e i s s m ，s 曲1 w a l m g a n d p e l k aj 1 9 9 0 s i m u l a t i o no f p r o x i m i t y p r i m i n g m i c r o e l c c t r o n e n g 1 0p p 1 2 7 - 1 5 2 中国科学技术人学硕十论文陈有梅 第1 章序言 【1 8 】a r s h a k a ，k u n d u n ，a r s h a k i q e t c 1 9 9 1 t h r e e - d i m e n s i o n a ls i m u l a t i o no f p r o x i m i t y 州n t i n g m i c r oe l e c t r o ne n g 1 44 1 - 5 8 0 9 】s v e nb t i h l i n g , f r a n kw y r o w s k i ，e r n s t b e r n h a r dk l e y , e t e 。r e s o l u t i o ne n h a n c e dp r o x i m i t y p r i n t i n gb yp h a s ea n da m p l i t u d em o d u l a t i n gm a s k s ，j m i c r o m e c h m i e r o e n g 11 ( 2 0 0 1 ) ， p p 6 0 3 - 6 11 2 0 】d uj i n g l e i ，c u tz h e n g , y u a nx i a o c h o n g , e t c i n v e s t i g a t i o no f p h a s es h i f tm a s kd i s t o r t i o ne f f e c t m c i r o e l e c t r o n i c ，e n g i n e e r i n g 6 1 6 2 ( 2 0 0 2 ) p p 2 6 5 - 2 7 0 f 2 l 】h e c t o rs c o t t , p o ! v j c t o r , k h a nm u m i t , 毗，i n v e