厚胶紫外光移动掩模光刻的三维光强分布模拟方法
【专利摘要】本发明利用入射紫外光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，平移菲涅耳积分上下限，推出了适合DNQ胶紫外光移动掩模光刻工艺的三维光强计算模型；综合考虑了紫外光传播过程中在空气/DNQ胶界面的反射与折射效应和DNQ胶/衬底界面的反射效应，以及DNQ胶对紫外光的吸收因素，较高精度地模拟DNQ胶紫外光移动掩模光刻工艺的三维光强分布；在光刻胶中紫外光的三维光强计算模型中，将掩模板随时间移动的位置函数嵌入光强分布函数中获得随时间变化的光强分布以及整个曝光过程中光刻胶不同位置的曝光剂量。解决了传统的基于标量衍射理论的光强分布模拟方法无法模拟DNQ胶紫外光移动掩模光刻工艺的三维光强分布的问题。
【专利说明】厚胶紫外光移动掩模光刻的三维光强分布模拟方法
【技术领域】
[0001]本发明提供了一种用于厚胶(DNQ胶)紫外光移动掩模光刻工艺的三维光强分布模拟方法，属于微电子机械系统(MEMS)加工工艺过程计算机模拟领域。
【背景技术】
[0002]DNQ胶紫外光移动掩模光刻在曝光的过程中，通过掩模的移动，控制不同区域光刻胶的曝光，从而可以更加灵活地控制最终显影后光刻胶侧壁形貌。因此，DNQ胶紫外光移动掩模光刻可以更加容易实现传统光刻难以实现的复杂的3D结构，尤其在MEMS加工等方面具有重要作用。
[0003]DNQ胶移动掩模光刻过程中，DNQ胶中随时间变化的光强分布对显影后的最终形貌有着决定性的影响。因此实现DNQ胶移动掩模光刻曝光过程中光刻胶内的三维光强分布的模拟，有助于对光刻胶最终形貌的模拟，可以使得MEMS器件设计者或工艺工程师能够在实际的制造过程前观察设计及工艺过程效果，缩短相关MEMS产品的设计周期，降低其开发成本。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，因此基于电磁波理论的矢量方法不适用于模拟厚胶内部的三维光强分布。基于标量衍射理论的传统光强分布模拟方法运算速度快，但其精度不高，无法考虑紫外光传播过程中在不同介质界面的光折射和反射等物理效应，且适用范围受到菲涅耳近似处理的限制。因此，目前还没有适用于DNQ胶紫外光移动掩模光刻工艺的三维光强分布模拟方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是，提供一种用于厚胶(DNQ胶)紫外光移动掩模光刻工艺的三维光强分布模拟方法，解决目前无法模拟DNQ胶紫外光移动掩模光刻工艺的三维光强分布的问题。采用该光强模拟方法，可以快速、精确地模拟DNQ胶紫外光移动掩模光刻工艺过程中DNQ胶内部的三维光强分布。并获得掩模板随时间移动的函数嵌入静态光强分布获得随时间变化的光强分布以及整个曝光过程中光刻胶不同位置的曝光剂量。这对于实现DNQ胶紫外光移动掩模光刻工艺过程三维模拟具有实用意义。
[0005]本发明技术方案是:一种用于厚胶紫外光移动掩模光刻的三维光强分布模拟方法，具体步骤如下:
[0006]步骤一、根据厚胶紫外光移动掩模光刻工艺条件，输入掩模孔四个边界顶点坐标、入射紫外光在空气中的波长、空气相对折射率、衬底相对折射率、DNQ胶厚度、空气间隙厚度、DNQ胶相对折射率、入射紫外光光源的辐射光强值；将需要进行光强分布模拟的DNQ胶区域细分为小正方体，小正方体组成的网格形成三维阵列，建立三维矩阵来代表这个三维阵列；
[0007]步骤二、利用紫外光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，平移菲涅耳积分上下限，得到不考虑入射紫外光反射以及DNQ胶对紫外光吸收因素的三维光强值的计算模型；
[0008]步骤三、综合考虑入射紫外光传播过程中在空气/ DNQ胶界面的反射与折射效应和DNQ胶/衬底界面的反射效应、以及DNQ胶对紫外光的吸收作用因素，得到DNQ胶内部任意一个网格处的三维光强值I的计算模型；
[0009]步骤四、重复步骤三过程，由DNQ胶内部任意一个网格处的三维光强值的计算模型得到DNQ胶中每一网格处的光强值，得到某一时刻DNQ胶内部紫外光的三维光强分布的丰吴拟结果；
[0010]步骤五、在DNQ胶紫外光的三维光强计算模型中，将掩模板随时间移动的位置函数M(t)嵌入光强分布函数中，得出整个曝光过程DNQ胶内部随时间变化的三维光强分布的模拟结果，对其按时间积分得到光刻胶一段时间的曝光剂量；
[0011]最终DNQ胶内部随时间变化的三维光强分布函数为:
[0012]I(x, y, z, t) =I [ (x-Mx (t)), (y-My(t)), z]
[0013]对其按时间积分得到光刻胶一段时间的曝光剂量:
【权利要求】
1.一种用于厚胶紫外光移动掩模光刻的三维光强分布模拟方法，其特征在于: 具体步骤如下: 步骤一、根据厚胶紫外光移动掩模光刻工艺条件，输入掩模孔四个边界顶点坐标、入射紫外光在空气中的波长、空气相对折射率、衬底相对折射率、DNQ胶厚度、空气间隙厚度、DNQ胶相对折射率、入射紫外光光源的辐射光强值；将需要进行光强分布模拟的DNQ胶区域细分为小正方体，小正方体组成的网格形成三维阵列，建立三维矩阵来代表这个三维阵列；步骤二、利用紫外光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，平移菲涅耳积分上下限，得到不考虑入射紫外光反射以及DNQ胶对紫外光吸收因素的三维光强值的计算模型； 步骤三、综合考虑入射紫外光传播过程中在空气/DNQ胶界面的反射与折射效应和DNQ胶/衬底界面的反射效应、以及DNQ胶对紫外光的吸收作用因素，得到DNQ胶内部任意一个网格处的三维光强值I的计算模型； 步骤四、重复步骤三过程，由DNQ胶内部任意一个网格处的三维光强值的计算模型得到DNQ胶中每一网格处的光强值,得到某一时刻DNQ胶内部紫外光的三维光强分布的模拟结果; 步骤五、在DNQ胶紫外光的三维光强计算模型中，将掩模板随时间移动的位置函数M(t)嵌入光强分布函数中，得出整个曝光过程DNQ胶内部随时间变化的三维光强分布的模拟结果，对其按时间积分得到光刻胶一段时间的曝光剂量； 最终DNQ胶内部随时间变化的三维光强分布函数为:
I(x, y, z, t) = I [ (x-Mx (t)), (y-My (t)), z] 对其按时间积分得到光刻胶一段时间的曝光剂量: D(x, y, z) = J I[(x - Mx (O), (y — Mv (,))，φ
O 其中，t(s)为总曝光时间，雨=+为掩模板的位移函数，指t时刻掩模板的位置，用来描述掩模板的移动。
2.根据权利要求1所述的用于厚胶紫外光移动掩模光刻的三维光强分布模拟方法，其特征在于:所述.= 12.5.sin(/>x (,)表示掩模板沿X方向按正弦函数运动的位移函数。
3.根据权利要求1所述的用于厚胶紫外光移动掩模光刻的三维光强分布模拟方法，其特征在于:所述Λ/⑴=20_(sin(/>x + sin(/>.v) (μηι)表示在xoy平面进行圆周运动的位移函数。
4.根据权利要求1所述的用于厚胶紫外光移动掩模光刻的三维光强分布模拟方法，其特征在于: 所述步骤一的具体步骤如下: 根据厚胶紫外光移动掩模光刻工艺条件，输入掩模孔四个边界顶点坐标Al (Xl，yl，O)、A2(xl，y2，0)、A3(x2，yl，0)和A4(x2，y2，0)，掩入射紫外光在空气中的波长λ O, DNQ胶厚度D，空气间隙厚度1，空气相对折射率nl，衬底材料相对折射率n，DNQ胶相对折射率n2、入射紫外光的光源的辐射光强值Itl ;将需要进行光强分布模拟的DNQ胶区域细分为小正方体，小正方体组成的网格形成三维阵列，建立三维矩阵来代表这个三维阵列。
5.根据权利要求1或4所述的用于厚胶紫外光移动掩模光刻的三维光强分布模拟方法，其特征在于: 所述步骤二的具体步骤如下: 1)不考虑入射紫外光传播过程中在空气/DNQ胶界面的反射与折射效应和DNQ胶/衬底界面的反射效应、以及DNQ胶对紫外光的吸收作用因素，入射紫外光通过掩模板后的光强分布可以通过菲涅耳——基尔霍夫衍射积分公式进行求解:
6.根据权利要求1或4所述的用于厚胶紫外光移动掩模光刻的三维光强分布模拟方法，其特征在于: 所述步骤三的具体步骤如下: I)除折射之外，空气/光刻胶界面处同时会产生能量损失；由于光线的反射，光源的能量未能完全耦合进光刻胶中；能够耦合进光刻胶的能量为:
【文档编号】G06F17/50GK103472686SQ201310419458
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】余倩, 周再发, 张恒, 黄庆安 申请人:东南大学