圓孔陣列微影製程之光學繞射效應研究

Abstract

近接式微影為一種將光罩影像圖案轉移至基材的製程，應用於半導體製程、微機電及微元件之製作，但若使用不慎，非曝光區亦會產生曝光效果，造成影像變形。本研究由光學繞射理論著手，探討近接式微影製程因光罩與光阻之間隙變化造成的光學繞射效應而產生的圖案變形效果。文中以Huygens-Fresnel繞射理論為基礎，推導証明光強度隨著光罩與光阻之間隙增加而減少，而且即使間隙很小時，在非曝光區也會產生光強度，造成影像的模糊；隨著間隙的增加，非曝光區與曝光區的光強度越接近，造成曝光影像的變形，此現象在使用影像陣列光罩進行近接微影曝光時，由於繞射光的干涉效果更顯得明顯。研究中亦規劃實驗以驗証該理論，繞射實驗顯示，在ψ80μm之圓孔陣列曝光過程中，光強度分布在間隙為240μm時開始有圓孔相連接的現象，而間隙到達360μm時會產生部分的干涉條紋，超過此間隙則開始產生六角形的影像，此乃是光波之繞射使光強度由圓孔邊緣向外擴大，之後與相鄰圓孔之光波產生干涉而形成六角形影像，此實驗結果與推導之結果相當一致。本研究之主要貢獻在於利用基礎光學理論所推導出的繞射理論可以說明近接微影曝光製程影像變形的成因，並透過實驗驗證其正確性。

近接式微影為一種將光罩影像圖案轉移至基材的製程，應用於半導體製程、微機電及微元件之製作，但若使用不慎，非曝光區亦會產生曝光效果，造成影像變形。本研究由光學繞射理論著手，探討近接式微影製程因光罩與光阻之間隙變化造成的光學繞射效應而產生的圖案變形效果。文中以Huygens-Fresnel繞射理論為基礎，推導証明光強度隨著光罩與光阻之間隙增加而減少，而且即使間隙很小時，在非曝光區也會產生光強度，造成影像的模糊；隨著間隙的增加，非曝光區與曝光區的光強度越接近，造成曝光影像的變形，此現象在使用影像陣列光罩進行近接微影曝光時，由於繞射光的干涉效果更顯得明顯。研究中亦規劃實驗以驗証該理論，繞射實驗顯示，在ψ80μm之圓孔陣列曝光過程中，光強度分布在間隙為240μm時開始有圓孔相連接的現象，而間隙到達360μm時會產生部分的干涉條紋，超過此間隙則開始產生六角形的影像，此乃是光波之繞射使光強度由圓孔邊緣向外擴大，之後與相鄰圓孔之光波產生干涉而形成六角形影像，此實驗結果與推導之結果相當一致。本研究之主要貢獻在於利用基礎光學理論所推導出的繞射理論可以說明近接微影曝光製程影像變形的成因，並透過實驗驗證其正確性。