【摘要】：隨著信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展和“中國制造2025”戰(zhàn)略的提出,企業(yè)對半導(dǎo)體器件的需求不斷擴(kuò)大,國家已經(jīng)將芯片列入戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè),企業(yè)界對半導(dǎo)體芯片的品質(zhì)需求也在日益增加。芯片生產(chǎn)中非常關(guān)鍵的主要制造工藝是光刻曝光。在這樣的大背景下,光刻技術(shù)得以迅速發(fā)展。激光直寫技術(shù)是一種通過改變聚焦位置從而控制激光束在光刻膠上直接進(jìn)行曝光的光刻技術(shù),也可稱其為無掩模光刻技術(shù),主要用于制作納米級的衍射光學(xué)元件以及激光投影曝光用的掩模。其靈活性高,可以光刻灰階掩模,并且避免了傳統(tǒng)掩模工藝因多次套刻帶來的隨機(jī)誤差,有效提升了加工精度。本課題主要研究激光直寫光刻系統(tǒng)中光束控制技術(shù),重點(diǎn)研究光束整形算法和基于所研究算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,提出改進(jìn)的退火-迭代傅里葉變換算法設(shè)計(jì)相位器件來獲得平頂光束。在實(shí)踐上,利用調(diào)制相位信息與空間光調(diào)制器相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)高斯入射光束和平頂光束的轉(zhuǎn)換,有效提高了直寫光束能量利用率,改善光刻線條質(zhì)量,對提高半導(dǎo)體元件的制作精度有重要的參考意義。論文的主要研究內(nèi)容如下:詳細(xì)介紹了常見光束整形算法的基本原理,分析了Gerchberg-Saxton算法、模擬退火算法以及傅里葉迭代算法等幾種基本光束整形優(yōu)化算法的原理性能。提出一種改進(jìn)的退火-迭代傅里葉變換算法,該算法可以在克服初值敏感問題的同時(shí),有效提高優(yōu)化精度;相同的優(yōu)化效果下,有效減少迭代次數(shù),減少運(yùn)算時(shí)間。理論上使用該算法調(diào)制球函數(shù)和多點(diǎn)函數(shù)的均方誤差可低至1.94%和3.98%。設(shè)計(jì)了光束整形直寫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并應(yīng)用改進(jìn)的退火-迭代傅里葉變換算法將高斯型入射光束整形為均勻的平頂光束,仿真均方誤差低至3.94%。根據(jù)所提出的算法,利用純相位液晶空間光調(diào)制器完成光束調(diào)制。分析了液晶空間光調(diào)制器的相位調(diào)制原理,相位測量的算法原理。完成了空間光調(diào)制器相位-灰度特性曲線的測定,使得空間光調(diào)制器更精確地調(diào)制相位信息。工藝方面,采用時(shí)域有限差分方法(FDTD)對建立與實(shí)際直寫裝置相同的模型,根據(jù)仿真結(jié)果確定了適宜的膠層厚度。并進(jìn)行多次曝光顯影實(shí)驗(yàn),研究優(yōu)化工藝流程中的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù),將各項(xiàng)影響直寫線條光刻質(zhì)量的因素降至最低。最后,搭建光束整形激光直寫實(shí)驗(yàn)裝置,對平頂光束調(diào)制效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。從采集到的離焦面的發(fā)散平頂光束可以看出,平頂光束整形效果與仿真結(jié)果基本一致。從光刻線條的線寬隨光強(qiáng)趨勢以及線條溝槽的形貌可知,經(jīng)過調(diào)制后得到的光刻線條對光強(qiáng)波動(dòng)不敏感,線條邊緣及底部與側(cè)壁連接處更加鋒利,溝槽底部的均勻性有明顯提升。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN305.7
【圖文】：

擴(kuò)大激光直寫光刻技術(shù)的應(yīng)用范圍，具有十術(shù)簡介是利用光束聚焦在基片表面的光刻膠層上，后，生成滿足設(shè)計(jì)要求的微雕結(jié)構(gòu)的光刻技用計(jì)算機(jī)控制聚焦光束掃描，在基片表面的構(gòu)圖形，結(jié)構(gòu)圖如圖 1-1 所示。激光直寫系。單光束掃描是指僅使用一束激光束聚焦在計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，從而寫出連續(xù)的線條。這種掃，操作簡單；缺點(diǎn)是掃描速度慢，對機(jī)械精度光束是雙光束干涉后的激光干涉點(diǎn)，通常每此雙光束掃描在光刻等間距線條時(shí)，工作效光刻技術(shù)相比，激光直寫技術(shù)可將設(shè)計(jì)圖套刻；同時(shí)可操作性強(qiáng)、靈活性強(qiáng)，避免了的材料浪費(fèi)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文1.3 光束對激光直寫質(zhì)量的影響1.3.1 高斯光束光刻激光器的出射光束光強(qiáng)分布通常為高斯型分布，圖 1-2(a)所示為高斯光光強(qiáng)分布。由于焦斑光強(qiáng)呈現(xiàn)中心強(qiáng)兩邊迅速衰減的分布狀態(tài)。所以，在上的光刻膠經(jīng)激光直接寫入光刻、顯影后，常常呈現(xiàn)梯形溝槽，刻蝕出的也就會(huì)出現(xiàn)斜坡，光刻膠內(nèi)部曝光圖形如圖 1-2(b)所示。

(a) 平頂光束 (b) 平頂光在光刻膠內(nèi)曝光圖形[2]圖 1-3 平頂光束及其在光刻膠內(nèi)曝光情況1.4 國內(nèi)外光束整形技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀激光整形實(shí)質(zhì)是按照需求將光束的強(qiáng)度和相位重新分布的過程[5]。196Frieden 提出了相位型光束整形系統(tǒng)。這是最早的可以無能量損失的將高斯光整形為均勻光束的技術(shù)[6]。到了八十年代，隨著制作工藝和加工水平的提升束整形技術(shù)得到迅速發(fā)展。經(jīng)過不斷的研究深入，光束整形理論逐步完善，束整形技術(shù)已經(jīng)有了長足的進(jìn)步。目前可以將光束整形的方法大致分為以下種。(1) 非球面透鏡組整形系統(tǒng)這種將高斯分布的激光束整形為均勻光束的方法是由 Frieden 提出的。系的基本原理圖如圖 1-4 所示，它是由平凸非球面鏡和平凹非球面鏡組成[6]。入光束通過平凹透鏡 L1 后發(fā)散，而后在平凸透鏡 L2 的出射面，可得到光強(qiáng)分均勻的光束。

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本文編號：2750933