一种制作曲面浮雕轮廓器件的掩模版图案优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种制作曲面浮雕轮廓器件的掩模版图案优化设计方法，根据曝光光强分布与光刻胶不同成分的吸收系数、光敏系数等参数的关系，建立光刻胶的光敏混合物(PAC)浓度分布对曝光光强的响应模型；根据光刻胶完全曝光的显影速率、光刻胶未曝光的显影速率、光敏物质相对浓度的阈值、显影选择常数等参数建立光刻胶显影模型；通过分层计算光刻胶各点PAC浓度分布和显影速率分布，再结合采用微小单元格去除法，建立起从曝光量到实际显影图形轮廓的仿真流程；根据掩模移动曝光原理建立二元掩模开口函数与曝光量的关系；再通过迭代优化算法，优化设计得到曲面浮雕轮廓器件制作所需的掩模版图案。掩模版图案。掩模版图案。

【技术实现步骤摘要】
一种制作曲面浮雕轮廓器件的掩模版图案优化设计方法


[0001]本专利技术涉及在集成电路、平板显示、微机电系统、微光学等领域的曲面浮雕轮廓器件制造
，尤其涉及一种制作曲面浮雕轮廓器件的掩模版图案优化设计方法。

技术介绍

[0002]掩模版是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版，由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩模图形结构，再通过分步重复或步进扫描曝光等方式将图形信息转移到产品基片上。掩模版是芯片制造过程中的图形“底片”，用于转移高精密电路设计，承载了图形设计和工艺技术等知识产权信息。掩模版用于芯片的批量生产，是下游生产流程衔接的关键部分，是芯片精度和质量的决定因素之一。
[0003]待加工的掩模版由玻璃/石英基片、铬层和光刻胶层构成。其图形结构可通过制版工艺加工获得，常用加工设备为直写式光刻设备，如激光直写光刻机、电子束光刻机等。掩模版应用十分广泛，在涉及光刻工艺的领域都需要使用掩模版，如IC(Integrated Circuit，集成电路)、FPD(Flat Panel Display，平板显示器)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)等。
[0004]常规的掩模版主要通过曝光、显影、刻蚀等工艺后得到所需各种线条、沟槽、台阶、孔等结构，描述这些结构的参数主要有线宽、侧壁角、深度等，这些图形都是二元结构图形。但是如果想要制作连续变化的浮雕轮廓，比如棱镜、闪耀光栅、菲涅尔透镜、微透镜阵列等微光学元件，使用常规掩模就很难实现。针对这类特殊的连续变化浮雕轮廓，可以采用掩模移动曝光技术来进行制作。该方法的原理是根据目标结构来设计编码光刻掩模，通过编码掩模来调制照明面的曝光剂量分布，然后在曝光过程中同时使掩模或者基片进行移动，实现各灰度单元对曝光剂量的连续调制，从而得到比较光滑的连续变化浮雕轮廓。该方法使用常规二元掩模就可以实现曝光剂量的连续调制，简化了工艺过程，通过改变掩模形状能够得到任意的曝光分布，所以比较适合制作曲面浮雕轮廓的微光学器件和微机电器件。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题为：提出一种掩模版图形的优化设计方法，使其适应于掩模移动曝光设备，通过后续曝光、显影和刻蚀等工艺在基板上得到曲面浮雕轮廓器件。
[0006]本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为：一种制作曲面浮雕轮廓器件的掩模版图案优化设计方法，包含以下步骤：
[0007]步骤(1)、根据曝光光强分布与光敏材料的吸收系数、不参与光化学反应的光刻胶吸收系数、光刻胶的光敏系数的关系，建立光刻胶的光敏混合物(PAC)浓度分布对曝光光强的响应模型；
[0008]步骤(2)、根据曝光模型、初始条件和边界条件，分层计算曝光过程中光刻胶内部各点的光敏混合物(PAC)的光化学反应后的光敏混合物(PAC)浓度分布；
[0009]步骤(3)、根据光刻胶完全曝光的显影速率、光刻胶未曝光的显影速率、光敏物质
相对浓度的阈值、显影选择常数参数建立光刻胶显影模型，并建立光敏混合物(PAC)浓度分布与显影速率的关系；
[0010]步骤(4)、采用微小单元格去除法进行计算机模拟，将显影速率转化为光刻胶显影后的实际图形轮廓；
[0011]步骤(5)、根据掩模移动曝光原理建立二元掩模开口函数与曝光光强的关系，并根据步骤(1)
‑
步骤(4)的光刻胶曝光模型、显影模型以及显影轮廓计算机模拟方法，建立起从掩模开口函数到显影轮廓的整体仿真流程；
[0012]步骤(6)、根据曲面浮雕轮廓器件的要求设定初始条件、终止条件，通过步骤(1)
‑
步骤(5)建立的显影轮廓整体仿真流程和迭代优化算法来设计掩模开口形状。
[0013]进一步地，所述曲面浮雕轮廓，可以为球面、柱面、二次曲面、非球面等浮雕轮廓。
[0014]进一步地，所述曲面浮雕轮廓器件，包括但不限于微光学器件、微机电器件等。
[0015]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0016](1)本专利技术采用掩模移动曝光技术，有利于实现曝光光强的连续调制，实现形貌连续变化微光学器件和微机电器件的高精度制造。
[0017](2)本专利技术建立的光刻胶曝光模型、显影模型以及掩模版迭代优化流程，可以实现任意曲面轮廓的掩模版迭代优化。
附图说明
[0018]图1为光刻胶剖面分层示意图；
[0019]图2为掩模移动曝光原理示意图；
[0020]图3为本专利技术一种制作曲面浮雕轮廓器件的掩模版图案优化设计方法流程图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。
[0022]本专利技术是基于光刻胶曝光模型、显影模型以及显影轮廓计算机模拟方法建立曝光量与显影轮廓的关系，再使用迭代优化算法优化设计得到曝光量分布，根据掩模移动曝光原理计算掩模开口形状分布。
[0023]本专利技术一种制作曲面浮雕轮廓器件的掩模版图案优化设计方法，使用本方法进行掩模优化设计包括如下步骤：
[0024]步骤(1)、建立光刻胶曝光模型，根据曝光光强分布与光刻胶不同成分的吸收系数、光敏系数等参数的关系，描述曝光过程中光刻胶内部各点的光强分布以及光敏混合物的光化学反应导致的光敏混合物(PAC)浓度分布，建立光刻胶的光敏混合物(PAC)浓度分布对曝光光强的响应模型，并为最终确定显影后的光刻胶浮雕轮廓奠定基础。
[0025]曝光过程实际上是光刻胶的吸收和散射光能发生物理化学反应的过程，从宏观上看，光的吸收可用Lambert
‑
Beer定律来描述，该定律描述了介质对光的吸收与介质的密度和光的传播路径之间的关系。从微观上看，介质对光的吸收可看成光子被介质的原子或分子所吸收，使其电子向更高能级产生了跃迁。这两种分析方法都提供了描述光在光刻胶中衰减过程的有用信息。
[0026]针对正性光刻胶，Dill利用Lambert
‑
Beer定律描述了光刻胶在曝光过程中对光的
吸收和光化学反应的动力学过程，建立了著名的光刻胶曝光模型。Dill模型的表达式为：
[0027][0028][0029]其中：I(x，z，t)—曝光t时刻光刻胶(x，z)位置的光强分布，M(x，z，t)—曝光t时刻光刻胶(x，z)位置的光敏混合物PAC浓度百分比，A—光敏材料的吸收系数，B—不参与光化学反应的光刻胶吸收系数，C—表示光刻胶的光敏系数，x—光刻胶胶层剖面横向坐标，z—光刻胶胶层剖面竖向坐标，t—光刻胶曝光时间。
[0030]该模型描述了光刻胶在曝光过程中，光敏混合物PAC的浓度与光强、时间、深度等因素的关系。在给定初始条件及边界条件的情况下，通过对该方程组求解，可以得到光刻胶曝光后内部各点的光强和光敏混合物PAC浓度分布。其中的三个参数A、B、C称为Dill参数或曝光参数。这三个参数与光刻胶的感光特性有关，可由实验确定。对于同一种光刻胶，在不同波长、不同的烘烤温度下，它们的数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制作曲面浮雕轮廓器件的掩模版图案优化设计方法，其特征在于：包含以下步骤：步骤(1)、根据曝光光强分布与光敏材料的吸收系数、不参与光化学反应的光刻胶吸收系数、光刻胶的光敏系数的关系，建立光刻胶的光敏混合物(PAC)浓度分布对曝光光强的响应模型；步骤(2)、根据曝光模型、初始条件和边界条件，分层计算曝光过程中光刻胶内部各点的光敏混合物(PAC)的光化学反应后的光敏混合物(PAC)浓度分布；步骤(3)、根据光刻胶完全曝光的显影速率、光刻胶未曝光的显影速率、光敏物质相对浓度的阈值、显影选择常数参数建立光刻胶显影模型，并建立光敏混合物(PAC)浓度分布与显影速率的关系；步骤(4)、采用微小单元格去除法进行计算机模拟，将显影速率转化为光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志祥，徐富超，贾辛，谢强，
申请(专利权)人：成都同力精密光电仪器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：