厚胶接近式光刻中掩模优化研究（英）

随着光刻胶厚度的不断增大,制作的光刻图形畸变愈发严重,这极大的影响了微结构器件的性能与应用。针对高深宽比柱状微结构在光刻胶厚度方向上畸变的特点,提出了双面曝光和亮衬线、灰阶掩模相结合的办法,利用遗传算法对失真影响最大的区域进行搜索,光刻胶内部各层的衍射光场分布作为评价函数,对光刻过程引起的畸变进行优化。仿真结果显示,优化后光刻胶各层面型质量得到极大的改善,特征尺寸和边墙角等参数与理论值吻合得更好。优化算法具有很好的灵活性,因此在用于更厚光刻胶、更复杂掩模图形的优化上,具有重要的指导意义。     

灰阶编码掩模制作微光学元件

提出一种基于改变灰阶编码掩模的单元形状和位置的掩模设计新方法,并根据成像过程中的非线性因素,用这种方法对掩模图形进行了预畸变校正,根据部分相干光成像理论和抗蚀剂曝光显影模型,模拟计算了这种灰阶编码掩模产生的空间光强分布和光刻胶上的浮雕结构,采用电子束曝光系统制作了这种掩模,并在光刻胶上获得具有连续面形的微透镜的阵列。     

厚胶光刻非线性畸变的校正

利用厚胶光刻技术制作大深度微结构元件是一种有效的途径,但厚胶光刻过程中的非线性畸变对光刻面形质量的严重影响限制了该技术的应用,基于此,提出了一种对掩模透射率函数进行校正的方法。分析空间像形成及其在光刻胶内传递、曝光、显影等过程中非线性因素的影响,利用模拟退火算法对掩模透射率函数进行校正,以提高光刻面形质量,并以凹面柱透镜为例,给出了校正前后的显影轮廓模拟结果,其校正后浮雕面形的体积偏差仅为2.63%。该方法在有效改善面形质量的同时,并没有引起掩模的设计、制作难度及费用增加,这对于设计、制作高质量的微结构元件有重要意义。     

连续型平面衍射聚光透镜掩模的制作

针对目前二元光学元件掩模制作工艺过程的诸多不足，对连续型平面衍射聚光透镜掩模的激光直写制作工艺进行了研究。基于基尔霍夫标量衍射理论，采用光线追迹法设计了连续型平面衍射聚光透镜掩模。采用激光直写技术，利用CLWS 300M／C极坐标激光直写设备、S1830光刻胶和MICROPOSIT 351显影液，进行了刻写实验。实验表明，激光能量、预烘烤温度、显影液浓度以及预曝光对掩模微结构的制作均有影响。最后制作了掩模。与二元光学元件掩模的制作工艺相比，该技术具有工艺简单、制作周期短且易于操作的优点。     

优化掩模分布改善数字光刻图形轮廓

基于数字微反镜(DMD)的无掩模数字光刻系统可用于IC掩模制作或育接作为微结构的加工工具,有着广泛的应用前景.但理沦和实验均发现基于DMD数宁光刻系统加工连续表面微结构元件时,往往难以获得预期的图形轮廓,加工出的图形表面具有规则的振荡起伏.在深入探讨DMD灰度图形传递的基础上,分析了空间像畸变产生的物理机制,并提出用模拟退火算法来优化掩模图形,在5%的相对曝光量偏差范围内模拟表明优化有效地消除了表面起伏,最后利用优化的掩模实验加工出表面轮廓比较良好的轴锥镜阵列.该方法能有效改善面形质量,而且不存在掩模制作等问题,这对于制作高质量的微结构元件有重要意义.     

基于光刻胶三维形貌的光刻多参数联合优化方法

多参数联合优化是光刻分辨率增强技术的发展方向。提出了一种以光刻胶三维形貌差异为评价目标的光刻多参数联合优化方法。以多个深度位置的光刻胶图形误差为目标函数,对光源、掩模、投影物镜波前、离焦量和曝光剂量进行联合优化,提高了光刻胶图形三维形貌的质量。为获得较高的优化效率,采用自适应差分进化算法实现光源和掩模的优化,并针对其他参数的特点,采用不同优化方法进行优化。对密集线、含有交叉门的复杂掩模图形和静态随机存储器中的典型图形进行了仿真验证,可用焦深的最大值分别达到237nm、115nm和144.8nm,曝光宽容度的最大值分别达到18.5%、12.4%和16.4%。与基于空间像的光源掩模投影物镜联合优化技术相比,所提方法明显扩大了工艺窗口。     

扫描干涉场曝光中光栅掩模槽形轮廓的预测

根据扫描干涉场曝光的特点,针对光刻胶层内曝光量的驻波效应,建立了动态曝光模型。基于快速推进法建立了显影模型,得到了光栅掩模槽形的演变规律。为减弱驻波效应的影响,提出了一种抗反射层最优厚度的设计方法。仿真结果表明,建立的曝光和显影模型能有效预测光栅掩模的槽形轮廓,同时可优化抗反射膜的厚度。     

极紫外光刻离轴照明技术研究

离轴照明技术(OAI)是极紫外光刻技术中提高光刻分辨率的关键技术之一。为了实现考虑掩模阴影效应情况下离轴照明的优化选择,构造了一种新型实现OAI曝光的成像模型。将照射到掩模上的非相干光等效为一系列具有连续入射方向的等强度平行光,基于阿贝成像原理分别对掩模进行成像,最终在像面进行强度叠加实现OAI方式下空间成像的计算;并通过向投影系统函数添加离焦像差项实现不同离焦面上空间成像计算。该模型极大地简化了OAI条件下对掩模阴影效应的计算,提高了成像质量计算效率。结合光刻胶特性及投影曝光系统焦深设计要求,以显影后光刻胶轮廓的侧壁倾角为判据,获得了采用数值孔径为0.32的投影系统实现16 nm线宽黑白线条曝光的最优OAI参数。     

全息光栅制作中光栅掩模形状随曝光量及干涉场条纹对比度的变化规律

为了在光栅制作中对光栅掩模占宽比及槽深加以控制,结合光刻胶在显影过程中的非线性特性,建立了光栅掩模槽形演化的数学模型,由此分析和模拟曝光量、条纹对比度对光栅槽形的影响。结果表明:在显影条件确定时,光栅掩模占宽比随光刻胶曝光量的增大而减小,条纹对比度减小,则不仅使光栅占宽比减小,同时也是使光栅槽深减小的主要原因,这样做的前提是预先通过实验和计算确定出一个曝光量上限Ec。该方法能够反映光栅掩模形状的演化规律,为全息光栅参数预测和工艺控制提供依据。     

多台阶器件结构深层表面光刻工艺优化

针对多台阶器件结构深层表面光刻工艺中存在的问题,对不同台阶高度分别测量了台阶表面及台阶底部沉积的光刻胶厚度,并对台阶高度与光刻胶厚度的关系进行数值描述与分析.基于Beer定律对薄光刻胶光吸收系数的描述,分析了通过实验得到的不同曝光时间下光刻胶的光强透过率曲线,解释了随着曝光时间的增加光刻胶光强透过率发生变化的原因,同时认为光刻胶光吸收系数与光刻胶厚度密切相关.在此基础上,确定了台阶底部堆积光刻胶完全曝光所需时间.优化平面光刻工艺,在不同台阶高度的深台阶表面及底部同时制作出窄线条的高质量图形.     

基于角谱理论的厚层光刻胶衍射光场研究

为快速、准确地获得厚层光刻胶内部衍射光场的分布，利用角谱理论的思想，考虑入射光通过掩模后在光刻胶面的反射、透射和光刻胶曝光过程中其折射率及吸收系数在深度方向上的变化，建立了衍射光场在厚层光刻胶中传输的理论模型。为减小计算量，对快速傅里叶算法进行了改进。该方法数值计算速度快，计算结果准确，并适用于光在折射率渐变的其它介质中的传播。最后，对厚层光刻胶中光场分布进行了数值模拟；计算模拟表明，对于厚层光刻胶，其表面的反射、透射和折射率及吸收系数在深度方向变化对衍射光场分布有明显的影响。     

低陡度光刻胶光栅槽形研究

为控制全息光刻胶光栅槽形,从研究显影时间、显影液温度等对光刻胶特性曲线的影响出发,采用计算机模拟和实验方法,制作出底部占宽比30%左右,陡度65°左右的低陡度光刻胶光栅掩模.研究发现：启动曝光量随显影时间的延长而减小,光刻胶特性曲线线性部分的斜率随着显影时间的增加而增加;显影液温度高的光刻胶启动曝光量大,其特性曲线线性部分的斜率也较大.这决定了制作低陡度光刻胶光栅掩模需要使用非1∶1的干涉曝光,以及必须采用较低温度的显影液进行显影处理.最终选用1∶7的干涉曝光和15℃的显影液.     

基于移动掩模曝光的聚酰亚胺连续微结构刻蚀工艺研究

为实现在聚酰亚胺薄膜上制备连续面形的微透镜结构,开发了一种薄膜光刻刻蚀的工艺方法.首先利用移动掩模曝光得到连续面形的光刻胶微浮雕结构,再通过反应离子刻蚀技术将微结构高保真度、低粗糙度地转移到PI薄膜上.为解决刻蚀过程中最关键的等比刻蚀问题,分别研究了刻蚀气体组分的优选、气体组分配比和气体流量的优化等对等比刻蚀的影响.实验结果表明:在一定的刻蚀条件(如射频功率、腔室压强和自偏压)下,O2+SF6的混合工作气体中,O2为一定值,随着SF6占的比例增加至13.04%,总流量为46sccm的优化值时,实现了刻蚀速率和刻蚀比分别为136nm/min和1∶1.02,刻蚀误差仅为2.3%的较好各向异性刻蚀.通过实验室搭建的焦距测试系统,证明了该方法在PI薄膜上制备的微透镜阵列与石英上具有相同的光学特性.     

BSRF上同步辐射浓度光刻的实验研究

大结构深度和高深宽比是同步辐射深度光刻的突出优点。提出采用现有掩模，进行多次曝光、显影的方法，实验获得厚2.2mm的胶结构。系列研究掩模、光刻胶、基底、光谱和光强对深宽比的影响，实验获得深宽比104的胶结构。     

BSRF上同步辐射深度光刻的实验研究

大结构深度和高深宽比是同步辐射深度光刻的突出优点.提出采用现有掩模,进行多次曝光、显影的方法,实验获得厚2.2mm的胶结构.系列研究掩模、光刻胶、基底、光谱和光强对深宽比的影响,实验获得深宽比104的胶结构.     

弯月面涂胶均匀性改进

针对大面积衍射光学元件制作过程中对光刻胶均匀涂覆的困难,研究弯月面均匀涂胶方法。利用沟槽型弯月面涂胶机,分析影响光刻胶厚度和厚度均匀性的因素。从实验上验证了光刻胶的胶厚和涂覆扫描速率的正相关关系。分析了光刻胶的浓度、基片与涂覆器刀口间隙、供胶速率等因素对胶厚及胶厚均匀性的影响。利用非接触式的激光微位移传感器监测基片和涂覆器刀口间隙,控制此间隙的抖动小于15μm,优化系统运行的稳定性,提升了弯月面涂覆胶厚的均匀性,实现了胶厚峰谷值偏差3%和标准偏差0.5%的均匀光刻胶涂覆,能够满足脉宽压缩光栅等制作过程中对光刻胶均匀涂覆的需求。     

高数值孔径光学光刻成像中的体效应

为有效控制成像线宽,研究了高数值孔径光学光刻中的体效应并提出一种光刻胶膜层优化方法,利用成像中的摇摆效应平衡体效应对成像线宽的影响.首先根据系统数值孔径和照明相干因子确定成像光入射角分布,相对所有入射光求出光刻胶底面单位体积吸收的能量平均值.然后用最小二乘法拟合得到能量平均值随光刻胶厚度变化的解析式并求能量平均值的导数.最后通过优化光刻胶膜层,使能量平均值的导数绝对值最小.按优化结果设计光刻胶膜层,利用商业光刻软件Prolith9.0得到成像线宽随光刻胶厚度的变化.结果表明,该方法能在30～40nm的光刻胶厚度范围,有效地减小由体效应引起的成像线宽的变化.     

电铸金属光栅中金属沉积过程的在线监测

在使用电铸方法制作金属光栅时,采用传统的计时电铸方法常常不能保证金属栅条具有精确的沉积厚度。为了能够实时监测光栅栅条的沉积厚度,以实现电铸截止时刻的精确判断,建立了基于衍射效率判断金属沉积厚度的在线监测系统。采用严格耦合波理论计算了Au在光刻胶沟槽中进行沉积时,衍射效率随Au沉积厚度的变化规律,并讨论了光刻胶占宽比、电铸电流密度对衍射效率的影响;计算了电铸池、镀液对监测激光能量造成的损耗。实验得到的效率曲线与仿真结果相一致;电铸池、镀液对光能的损耗达94. 88%。实验结果表明,采用在线监测方法实时判断金属沉积厚度是合理有效的;光刻胶占宽比对在线监测影响不大;电铸电流密度对在线监测有影响,且电流密度越高越有利于截止点的判断。     

基于二次规划的光刻机光源优化方法

提出一种基于二次规划的光刻机光源优化方法。采用空间像与目标像的图形误差为目标函数,根据空间像强度与不同位置的点光源之间的线性关系,将光源优化转换成二次规划问题。将掩模图形区域分成限制区域和比较区域,对限制区域应用约束条件,对比较区域采用目标函数优化。采用一维孤立空图形和二维接触孔阵列图形对该方法进行验证,分析光刻胶阈值和离焦量对优化结果的影响。仿真表明,提出的光源优化方法获得了光源的全局最优解,提高了光刻成像质量,增大了工艺窗口。     

全息光栅光刻胶掩模槽形演化及其规律研究

为了控制全息光栅光刻胶掩模槽形,运用曝光模型和显影模型模拟了掩模的槽形形成过程和变化规律。实验对比了不同曝光量,不同显影浓度,不同空频条件下的掩模槽形,特别是占宽比(光栅齿宽度与光栅周期的比)的情况。实验结果表明,实际槽形与模拟槽形很接近。模拟和实验均发现,在大曝光量、高浓度显影、高空频的光栅条件下所得槽形占宽比较小,槽深主要由原始胶厚决定。