基于UV-LIGA光刻技術的曝光及后烘過程仿真研究.pdf

1、近年來，隨著MEMS研究及其應用的快速發(fā)展，微細加工技術作為其中的一個重要組成部分，獲得了長足的進步。UV-LIGA技術是現(xiàn)代微細加工中的熱門技術之一，與使用X射線的LIGA技術相比，其光刻工藝中采用傳統(tǒng)紫外光源，故其有著工藝簡單，成本低廉的優(yōu)勢，可以進行大規(guī)模成批量的生產，因此受到廣泛的關注和研究。
　　 光刻技術作為UV-LIGA中的關鍵一環(huán)，對其進行理論仿真研究一直都是熱點。隨著具有復雜高深寬比結構的MEMS器件獲得越來越

2、多的需求，采用計算機模擬的方法對光刻工藝仿真，可以降低研制成本，縮短研制周期，并對于提高微機電產品質量、指導實際加工過程等方面都有著極其重要的意義。
　　 UV-LIGA工藝主要采用接近式光刻，接近式曝光和后烘過程作為接近式光刻中的兩個重要組成部分，首先應當考慮。曝光過程的研究主要集中對膠表面曝光圖形和膠體深層曝光圖形的預測兩個方面。后烘過程則主要是對曝光過程的延續(xù)，也是膠體發(fā)生實質改變的一個重要步驟。而SU-8負性化學放大膠由

3、于其優(yōu)秀的性質也獲得了微細加工領域的廣泛關注，是UV-LIGA技術中主要使用的一種膠體。
　　 本文就SU-8膠接近式光刻曝光工藝中的曝光和后烘機理展開研究，以期獲得能夠完整地反映UV-LIGA工藝中SU-8曝光后烘過程的理論模型。不論是曝光過程還是后烘過程，無法用單一的學科理論進行解釋，需要交叉學科知識的支持，這正是MEMS領域研究的特點之一。本文以國家自然科學基金(NO.60473133)“基于準LIGA技術的MEMS制造誤

4、差修正方法計算機仿真研究”為基礎而展開研究，對接近式紫外光刻工藝的曝光及后烘過程中涉及的理論進行深入研究，克服了光刻技術中交叉學科應用帶來的難點，對曝光及后烘工藝實質進行深層分析，提出了能充分反映工藝過程的理論模型。
　　 對于膠表面曝光，本文以純光學標量衍射理論為基礎，結合課題組的研究，提出用模擬退火算法結合波前分割法對光場影響最大掩模范圍進行灰階編碼掩模矯正。通過在一定范圍內對二元灰階編碼掩模的面元網(wǎng)格進行局部搜索優(yōu)化，最終

5、得到光學臨近矯正后的掩模編碼及其矯正光場。
　　 此外，在深度曝光過程仿真方面，以Dill曝光模型為代表的光化學曝光模型更能反映其主要實質。本文以Dill經典曝光模型為基礎，對該模型在時間軸和深度軸方向進行擴展，形成了更為完整的曝光仿真理論。在時間軸模型的擴展方面，分析了SU-8光刻膠的組成及其曝光交聯(lián)化學反應過程，建立了適合于SU-8膠的光交聯(lián)反應動力學模型。而在深度軸上，以復折射率擴展下的基爾霍夫衍射公式為基礎，利用光束傳播

6、法的思想分階段計算某曝光時刻下膠體內部的光場分布。本文在深度軸上建立的光學模型解決了接近式光刻中光束傳播路線上折射率跳變問題，且對標量衍射理論在微不均勻介質的應用上進行擴展。最后，通過復折射率分布作為紐帶，將兩個軸上的模型耦合起來，形成了能夠反映SU-8曝光實質的新型光化學曝光模型。
　　 在后烘仿真方面，本文從SU-8后烘反應過程中的光聚合反應入手，分析了SU-8后烘過程中的主要機理，并以Ferguson后烘反應動力學模型為基

7、礎，并加入光致酸的擴散模型，形成新的后烘反應-擴散模型。本文著重介紹了Vrentas-Duda滲透劑-高分子聚合物體系自由體積擴散理論，通過對Vrentas-Duda擴散系數(shù)公式按SU-8后烘擴散過程的需要進行簡化，結合Ferguson后烘反應動力學模型，最終形成了可以描述SU-8后烘過程中光致酸-環(huán)氧交聯(lián)鏈擴散體系的后烘反應-第二類擴散模型。
　　 實驗結果表明，本文建立的曝光后烘耦合模型可以一定程度上反映加工圖形輪廓，是完整