基于蒙特卡洛方法的电子束刻蚀模拟研究

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电子束光刻技术(EBL)是一项在半导体和纳米技术领域都起着重要作用的微细加工技术,相比于普通光学光刻技术,其具有着高分辨率、制掩模板能力强、高精度加工、容易控制等优势。但是MEMS微结构的精细化制备有着一套繁杂的流程,若采用实验的方式来生产加工,最后需要反复测试来完成微结构的制造,过程中需要投入很多的时间和资金。如果通过建立模型对其刻蚀过程进行计算机模拟仿真,来实现对光刻结果的预测,将可以有效地缩短研发时间与生产周期,节省物料成本。一方面,目前电子束光刻机配套的仿真软件价格都较昂贵,因此有必要自主研发一套工艺仿真软件,并通过与实验结果进行对比来提高软件的准确性。另一方面,目前电子束光刻仍然存在着邻近效应影响到分辨率的问题,因此可以通过仿真来研究并优化改善其邻近效应。在前人提出的一系列物理理论与模型的基础上,本文分别建立了低能与高能时电子在固体中散射的模型,其中包括确定散射截面的类型、散射过程的参数、以及坐标系的转换等。该模型可以覆盖更多的能量范围,计算也更加快速。由于电子散射的随机性,蒙特卡洛(Monte Carlo)方法作为一种概率性统计方法,采用该方法模拟了电子在光刻胶和衬底中的散射过程,并通过Matlab软件对其进行了编程模拟,做出了相应的散射图、横向与纵向沉积能量分布图,分析了其与入射电子束能量、光刻胶厚度、衬底材料等因素的关系,得到了相应的提高分辨率的结论,并与文献中的结论进行了对比,验证了模型的可靠性。进一步地,利用该模型,在Exposure软件的平台下,模拟得到了三维的显影轮廓图形,这样可以更直观查看到刻蚀形貌,从而方便后续的参数优化。最后,还对刻蚀仿真的应用进行了进一步研究,在建立的模型基础上设计刻蚀出相对复杂的三维图形结构,并与实际实验结果进行比较,给定工艺下误差可控制在6%之内。
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