[发明专利]厚胶紫外光斜入射背面光刻工艺的光强分布模拟方法无效

专利信息
申请号: 201010120161.6 申请日: 2010-03-08
公开(公告)号: CN101776849A 公开(公告)日: 2010-07-14
发明(设计)人: 周再发;黄庆安;李伟华 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: G03F7/20 分类号: G03F7/20;G06F17/50
代理公司: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 代理人: 柏尚春
地址: 210009江苏省*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 紫外光 入射 背面 光刻 工艺 分布 模拟 方法
【说明书】:

技术领域

发明提供了一种用于厚胶(SU-8胶)紫外光斜入射背面光刻工艺的光强分布模拟方法,属于厚胶光刻工艺过程计算机模拟领域。

背景技术

SU-8胶紫外光光刻技术是微电子机械系统(MEMS)的一种重要微细加工技术。它克服了普通光刻胶光刻深宽比不足的问题,同时也克服了LIGA(德语Lithographie、Galvanoformung、Abformung的缩写)技术中X射线光源极为昂贵的问题,十分适合于制造超厚、高深宽比的微结构。在传统的SU-8胶紫外光垂直入射光刻工艺中,掩模版和SU-8胶垂直对准入射紫外光,只能制造二维的垂直SU-8胶微结构,不能制造各种倾斜或者弯曲的三维SU-8胶微结构。SU-8胶紫外光斜入射光刻工艺可以摆脱这种限制,通过倾斜掩模版和SU-8胶平台,可以制造各种倾斜的SU-8胶微结构。

由于SU-8胶粘度较高,在涂覆过程中,SU-8胶的厚度会不均匀。此外,由于边珠效应等原因,衬底边缘的SU-8胶会比衬底中央的SU-8胶厚。因此,在SU-8胶紫外光斜入射光刻过程中,掩模版与SU-8胶之间无法避免地会出现空气间隙。由于SU-8胶光刻过程所采用的紫外光波长(波长365nm)较长,空气间隙产生的衍射效应十分明显,对光刻精度影响很大,这样会导致难于加工高深宽比的SU-8胶微结构。为了解决这个问题,国内外学者已经利用水和丙三醇等填充在掩模版与SU-8胶之间的空气间隙中,充当折射率补偿介质,以减小空气间隙造成的衍射效应。此外,有学者提出了采用SU-8胶紫外光斜入射背面光刻工艺来制造高深宽比的SU-8胶微结构。这种方法直接将掩模版作为衬底,将SU-8胶直接涂覆在掩模版上,光刻过程中,斜入射紫外光直接透过掩模版背面曝光SU-8胶。该方法使用的工艺设备简单,加工成本低,避免了由于SU-8胶表面不平整产生的衍射效应的影响,同时也避免了衬底反射对SU-8胶微结构的影响,可以有效地加工高深宽比的SU-8胶微结构。

SU-8胶光刻过程中,SU-8胶中的光强分布对显影后的最终形貌有着决定性的影响。目前,光刻工艺中常用的光强分布模拟方法主要有以下两种:基于电磁矢量理论的时域有限差分法、有限元法、边界元法等和基于光学标量衍射理论的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分方法。前者在理论上可以对光刻胶内部的光强分布进行精确模拟,但是需要对光刻胶进行细致的网格划分,随着网格数量的增加,其模拟时间将大为增加,影响了该方法的使用效率,因此基于电磁波理论的矢量方法只适用于模拟薄胶内部的光强分布。后者是基于标量衍射理论的传统光强分布模拟方法,该方法运算速度快,常用于模拟传统的垂直入射光刻工艺的光强分布,但其精度不高,无法考虑光传播过程中不同介质界面的光折射和反射等物理现象,且适用范围受到菲涅耳近似处理的限制。因此,独立使用上面两种方法己无法满足SU-8胶(一种厚胶,实际应用中SU-8胶厚度为几个微米以上)紫外光斜入射背面光刻工艺的光强分布模拟的需要。也就是说,目前还没有适用于SU-8胶紫外光斜入射背面光刻工艺的光强分布模拟方法。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提供一种用于SU-8胶紫外光斜入射背面光刻工艺的光强分布模拟方法,解决目前传统的基于标量衍射理论的光强分布模拟方法无法模拟SU-8胶紫外光斜入射背面光刻工艺的光强分布的问题。采用该光强模拟方法,可以快速、精确地模拟SU-8胶紫外光斜入射背面光刻工艺过程中SU-8胶内部的光强分布。这对于实现SU-8胶紫外光斜入射背面光刻工艺过程模拟具有实用意义。

技术方案:本发明利用紫外光斜入射的旁轴近似技术,以背面斜入射紫外光的传播方向为轴向,将SU-8胶中的计算网格到掩模孔上任意点的距离近似为该计算网格到掩模版(衬底)的轴向距离。同时,由于空气(相对折射率=1.01)与掩模版(一般采用玻璃材料,相对折射率=1.47)的折射率不同,掩模版与SU-8胶(相对折射率=1.67)的折射率也不同,因此,背面斜入射紫外光在空气/掩模版、掩模版/SU-8胶界面上会发生反射和折射。我们利用紫外光斜入射的旁轴近似技术来处理基于光学标量衍射理论的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分方程,平移了菲涅耳积分上下限。同时,在背面斜入射紫外光的光强计算模型中,综合考虑空气/掩模版、掩模版/SU-8胶界面的反射与折射,以及背面斜入射紫外光在SU-8胶内的衰减等因素。

a、基于光学标量衍射理论的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分方程,利用紫外光斜入射的旁轴近似技术来处理这个积分方程,推出了适合SU-8胶紫外光斜入射背面光刻工艺的光强计算模型;

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