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随着信息技术的飞速发展,微型化与集成化是器件发展的两大趋势,MEMS(微机电系统)是其中一个热点领域,采用SU-8胶的UV光刻技术是制造MEMS的重要微细加工技术。传统的光刻胶已无法满足高深宽比要求的器件微结构。SU-8光刻胶克服了普通光刻胶光刻深宽比不足的问题,同时克服了LIGA技术中X 射线光源极为昂贵的问题,直接采用SU-8光刻胶来制备深宽比高的微结构与微零件是微加工领域的一项重要技术。
SU-8胶高深宽比结构制造的过程中需要对尺寸等特征进行严格的控制。现在的制造方法通常是通过大量的重复性实验来得到对于某特定器件尺寸和结构的最佳工艺条件,这种方法的主要缺点在于实验成本较大,得到最佳试验条件困难,不同掩模图形或工艺条件差异较大等,同时,试验方式难于对光刻过程机理的准确理解。对包括光刻在内的工艺过程模拟则很好地弥补了试验的不足,同时也方便了设计者对于设计的审查与改进,从而成为制造者与设计者之间的桥梁。
本文中对现有的光刻建模方法以及模型进行了总结,同时也对已有的SU-8胶UV光刻二维模拟程序进行了仔细研究,在其基础上添加了非常重要的新模块——影像成型。影像成型是光刻时最为重要的步骤之一,厚胶中光强的分布对于最后光刻胶的形貌有极大的影响。该模块使得整个模型的精度有了较大的提高。模块以薄胶的成型为基础,添加了衍射与折射效应。并从厚胶本身的特点考虑,将光吸收系数的变化与光致酸的生成耦合起来,对原有的曝光模块中的DillABC模型进行了修正。
模型数值求解方法的选取对于最后的结果有着重要影响。本文从计算速度以及计算精度两方面综合考虑,对于曝光模型提出了自己的算法;对原有的后烘算法进行了改进,将酸的扩散以及酸的催化反应耦合考虑,并用更加精确的数值方法对酸的扩散进行求解,以满足整个程序计算的需求。同时考虑到现实使用中整个系统的运算速度,在不影响最后结果精度的情况下将溶胀模型舍去。
在C++编程时,对每个模块分立编程,并对每段程序的输入输出接口进行严格设置。用MATLAB对于每个模块中关键变量的浓度分布进行画图分析,以保证每个模型的正确性。结合现有资料以及实验数据求解不同型号SU-8胶的模型参数,对于整个系统反复调试,保证整个系统顺利运行。文中给出了整个系统的编程思想和每个模块的流程图。
由于影像成型对于最后光刻胶形貌影响的重要性,所以本文对此模块中光强分布的结果单独进行了分析。讨论了每种光学效应对于光强分布结果的影响;同时也将每个工艺参数对于光强分布结果的影响进行了对比讨论,验证了影像成型模型的正确性,为曝光时工艺参数的选取提供了一定的参考。同时也将整个轮廓模拟软件的最终结果与实验SEM照片结果对比,对线宽的大小分析比较,并分析两者的误差,从而验证了软件系统的正确性及实用性。
最后对整个论文进行了总结,并对未来工作的发展提出了一些新的想法。