紫外光刻加工误差的实验研究

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1、摘要1986年德国教授肜肋咖肠首先开发的删技术(疗砌螂Ji2把、G口^，口，!加册昭、么龟加删嘲实现了深度X射线光刻、电铸成型和塑料铸模技术的完美结合，被认为是最有前途的三维微细加工技术之一，有着广阔的应用前景。然而，昂贵的同步辐射X光源和制作复杂的X光掩模，且与刀工艺不兼容，使得三删技术的推广应用并不容易，于是人们竭力寻找低成本、易实现的替代或派生技术。(肜己，G4(明f，．口．阳D胁口G4)技术作为三亿W技术的一种派生工艺，它是利用常规的紫外光源、光刻设备和掩模，以较为低廉的价格制作高深宽比的微结构。紫外光刻是∽％粥么技术的关键工艺之一，由于衍射效应的存在影

2、响紫外光刻的微结构图形的精度，同时光刻过程中各工艺环节如掩模制作、光刻胶制备、显影等也会对加工图形的形状带来误差。本文以正胶Az9260为对象对紫外光刻工艺图形的加工误差进行深入的实验研究。论文的主要工作包括：1．掩模设计与紫外光刻正交实验掩模图形选择，设计不同尺寸的方形、直线和圆等典型图形，每种图形之间具有不同的间隔。根据紫外光刻工艺过程所涉及的各可控因素和实验目标，选取合适的参数水平值，完成实验表头设计，用标准正交表组织和实施光刻正交实验。引入田口方法，利用信噪比统一测度的思想对实验的加工误差进行直观和方差分析，给出各加工工艺参数对光刻胶图形加工误差的影响及

3、其显著性程度，得出特定厚度下加工不同尺寸特定光刻胶模型的最适工艺参数组合。2．光刻胶模型轮廓边缘提取算法研究由于光刻胶模型的电镜照片常常出现图像边界区分度较低，且一般的边缘提取算法会使得图形边缘上反映误差的锯齿边、毛刺等有用信息被当作噪声过滤掉。本研究自行开发了一种结合数学形态学的改进的锄砂算法。首先，选取数学形态学对图像进行预处理，在有效去除噪声的同时，又可以保留有用的信息；然后，针对数学形态学处理会削弱边缘的情况，采用适当的图像增强算法以增加图像对比度；最后，使用自适应改进的C册砂算子提取图像边缘。实践证明，与常用的几种算法提取结果比较，这种改进的C口，z缈

4、算法能得到较好的结果。摘要3．光刻胶模型图形加工误差的表征和量化目前，光刻胶模型的加工误差的表征还没有一个全面而统一的标准。本文实验研究以方形宽度、直线线宽和圆的直径为代表的特征尺寸，直线的不直线度和方形角部圆化程度作为光刻胶模型的加工误差表征，并采用最小二乘法实现了它们的量化特征。关键词：紫外光刻；正交实验法；加工误差；信噪比；改进的C册砂算法II中国科学技术大学学位论文相关声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡

5、献均已在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名：塑簦亟年月日第l章绪论第1章绪论1．1微机电系统及微细加工微机电系统【】】【2’Ⅲz删Ekc加胁拍册此讲跏胞矾，^把^括，美国惯用词)又称为微机械C施c阳历胛矗加P，日本惯用词)和微系统C脚crD点脚P埘L欧洲惯用词)，是指用微机械加工技术制作的包括微传感器、

6、微致动器(亦称微执行器)、微能源等微机械基本部分以及高性能的电子集成线路组成的微机电器件与装置。它可根据电路信息的指令，控制执行器实现机械操作；还可利用传感器接收外部信息，将转换出来的信息经电路放大，再由执行器变为机械操作去执行命令。它是正在飞跃发展的微纳米技术的一项十分重要的成果。研究微机电系统的基础理论、设计、材料、加工、检测和应用的学科叫做微机电系统技术【3】。可以预见微机电系统会给21世纪人类社会带来另一次技术革命，它将使人类认识和改造世界的能力有重大突破，大大促进医疗、工业、农业、通讯、生物技术的发展，对国防科学、人类经济和社会生活产生巨大影响。同时它

7、作为新兴的高技术产业，将成为各国竞相争夺的巨大市场。M酣舔技术自20世纪80年代末开始受到世界各国的广泛重视，各国在开发砸^括技术时，根据本国特点各有侧重【4】，如美国侧重微电子技术，从微型芯片上取得制造工艺的突破，日本则偏重于精密加工工艺，实现微型机械的制造，而德国的特色是在上删工艺及其应用上取得进展。美国国家自然科学基金㈣把微米／纳米列为优先支持项目，美国国防部先进研究计划㈣五尉)制定的微米，纳米和微系统发展计划，对“采用与制造微电子器件相同的工艺和材料，充分发挥小型化、多元化和集成微电子技术的优势，设计和制造新型机电装置”给予了高度重视。日本先后制定了纳米

8、制造计划(1985～19