專利名稱：基于Abbe矢量成像模型獲取非理想光刻系統空間像的方法
技術領域：
本發明涉及一種基于Abbe (阿貝)矢量成像模型獲取非理想光刻系統空間像的方法，屬于光刻分辨率增強技術領域。
背景技術：
當前的大規模集成電路普遍采用光刻系統進行制造。光刻系統主要分為照明系統(包括光源和聚光鏡)、掩膜、投影系統及晶片等四部分。光源發出的光線經過聚光鏡聚焦后入射至掩膜，掩膜的開口部分透光；經過掩膜后，光線經由投影系統入射至涂有光刻膠的晶片上，這樣就將掩膜圖形復制在晶片上。隨著光刻技術進入45nm及以下節點，電路的關鍵尺寸已經遠遠小于曝光光源的波長。此時光的干涉和衍射現象更加顯著，導致光刻成像產生扭曲和模糊。因此光刻系統必須采用分辨率增強技術，用以提高成像質量。為了進一步提高光刻系統成像分辨率，目前業界普遍采用浸沒式光刻系統。浸沒式光刻系統為在投影物鏡最后一個透鏡的下表面與光刻膠之間添加了折射率大于1的透光介質，從而起到擴大數值孔徑(numerical aperture，ΝΑ)，提高成像分辨率的目的。由于浸沒式光刻系統具有高NA (NA > 1)的特性，而當NA > 0. 6時，電磁場的矢量成像特性對光刻成像的影響已經不能忽視。因此對于浸沒式光刻系統，光刻成像的標量成像模型已經不再適用。在實際光刻系統中，存在多種工藝變化因素。一方面，由于加工、裝調等因素造成投影系統會對入射光的相位產生一定的影響，進而影響光刻系統的成像質量，使得光刻系統為非理想的光刻系統，該影響主要體現在光刻系統的標量像差和偏振像差兩個方面。另一方面，由于控制等因素的影響，光刻系統中晶片的實際位置會發生變化，進而導致實際的像面位置(晶片位置)偏離光刻系統理想像面的位置，這種像面偏離的現象體現為光刻系統的像面離焦。在實際像面位置上獲取的空間像質量與理想像面處獲得空間像質量相比有較大的差異。因此，利用理想光刻系統空間像模型已不能準確得出的實際光刻系統的空間像。為了較為精確的描述浸沒式光刻系統的成像特性，研究浸沒式光刻系統中的分辨率增強技術，必須建立準確獲取光刻系統空間像的矢量成像模型，且在該矢量成像模型中必須考慮光刻系統的標量像差和偏振像差的影響，并具備分析光刻系統像面離焦的功能。相關文獻(Proc.of SPIE 2009. 7274 :727431-1-727431-11)針對部分相干成像系統，提出了一種計算光刻空間像的方法。但是該方法中并沒有考慮光刻系統的偏振像差和離焦參數，采用該方法中的成像模型獲取的浸沒式光刻系統的空間像是不精確的。相關文獻(Proc.of SPIE 2010. 7640 :76402Y1_76402Y9.)針對部分相干成像系統，提出了一種計算光刻空間像的方法。但是以上方法并沒有給出矢量成像模型下光刻系統空間像與掩膜圖形之間的矩陣形式的解析表達式，因此不適用于高NA的光刻系統中分辨率增強技術優化方法的研究。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于Abbe矢量成像模型獲取非理想光刻系統空間像的方法；該方法獲取的空間像不僅適用于低NA的光刻系統，而且適用于高NA的光刻系統，同時利用該方法獲取的空間像具有更高的準確性。實現本發明的技術方案如下一種基于Abbe矢量成像模型的獲取非理想光刻系統空間像的方法，具體步驟為步驟101、將掩膜圖形M柵格化為NXN個子區域；步驟102、根據部分相干光源的形狀將光源面柵格化成多個點光源，用每一柵格區域中心點坐標(Xs，ys)表示該柵格區域所對應的點光源坐標；步驟103、根據光刻系統的離焦量δ，獲取由所述離焦量δ引起的光刻系統中傳播光線的相位變化量Ua ‘，β ‘)；步驟104、獲取表示光刻系統光程差的標量像差矩陣W(a ‘ , β ‘)和表示光刻系統偏振像差的偏振像差矩陣J( α ‘ , β ‘)，其中(α' , β ‘ ,Y')是晶片上全局坐標系進行傅立葉變換后的坐標系；步驟105、針對單個點光源，利用其坐標(xs，ys)、入射光相位的變化量ξ (α ‘， β ‘)、標量像差矩陣，β ‘)及偏振像差矩陣J(a'，β ‘)，獲取該點光源照明時，非理想光刻系統中晶片位置上的空間像I(as，β3)；步驟106、判斷是否已經計算出所有單個點光源照明時，非理想光刻系統中晶片位置上的空間像，若是，則進入步驟107，否則返回步驟105 ；步驟107、根據Abbe方法，對各點光源對應的空間像I (a s，β s)進行疊加，獲取部分相干照明時，晶片位置上的空間像I。本發明所述步驟105的具體過程為設定全局坐標系為以光軸的方向為ζ軸，并依據左手坐標系原則以ζ軸建立全局坐標系(X，1，ζ) O步驟201、根據點光源坐標(xs，ys)，計算點光源發出的光波經過掩膜上NXN個子區域的近場分布E ；其中，E為NXN的矢量矩陣，其每個元素均為一 3X1的矢量，表示全局坐標系中掩膜的衍射近場分布的3個分量；步驟202、根據近場分布E獲取光波在投影系統入瞳后方的電場分布E廣(α,廣);其中，E廣(α,廣)為NXN的矢量矩陣，其每個元素均為一 3X 1的矢量，表示全局坐標系中入瞳后方的電場分布的3個分量；步驟203、設光波在投影系統中傳播方向近似與光軸平行，進一步根據入瞳后方的電場分布Ε^(α,Α)、標量像差矩陣W( a ‘ , β ‘)以及偏振像差矩陣J(a ‘ , β ‘)，獲取光波在投影系統出瞳前方的電場分布ΕΓ"(α’,廣)；其中，出瞳前方的電場分布ITW,廣)為 NXN的矢量矩陣，其每個元素均為一 3X 1的矢量，表示全局坐標系中出瞳前方的電場分布的3個分量；步驟204、根據投影系統出瞳前方的電場分布！廣㈣’,廣),獲取投影系統出瞳后方的電場分布Ε〖ΚΑ);
步驟205、利用沃爾夫Wolf光學成像理論，根據出瞳后方的電場分布E廣(《’,廣)以及入射光相位的變化量ξ，獲取晶片位置上的電場分布Ewafe，并根據廠^獲取點光源對應的晶片位置上的空間像I (a s，3S)。有益效果本發明將部分相干光源面柵格化成多個點光源，針對各點光源分別計算其對應于晶片位置上的空間像，最后將所有點光源對應的空間像進行疊加，獲取非理想光刻系統的空間像；利用該方法計算的空間像精度較高，并可適用于不同形狀的光源。其次，本發明在計算空間像的過程中，考慮了標量像差、偏振像差以及光刻系統像面離焦的影響，因此本發明方法可以準確地獲取非理想光刻系統實際像面位置的空間像， 且滿足45nm及以下節點的光刻仿真要求。再次，本發明建立了矢量成像模型下非理想光刻系統空間像的矩陣形式的解析表達式，有利于光刻成像模型的程序化處理以及高NA光刻系統中分辨率增強技術優化方法的研究。
圖1為本發明計算非理想光刻系統空間像方法的流程圖。圖2為點光源發出光波經掩膜、投影系統后在晶片位置上成像的示意圖。圖3為晶片位置偏離理想像面的示意圖。圖4為本發明實施例中對圓形部分相干光源面進行柵格化的示意圖。圖5為特定光刻系統的標量像差和偏振像差(Jones光瞳表示)的波面示意圖。圖6為利用本發明中方法在非理想光刻系統中獲得的二元掩膜空間像示意圖。圖7為利用本發明中方法在非理想光刻系統中獲得的6%衰減相移掩膜空間像示意圖。圖8為二元掩膜以及利用本發明中方法在不同晶片位置獲取的空間像示意圖。圖9為6%衰減相移掩膜以及利用本發明中方法在不同晶片位置獲取的空間像示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖進一步對本發明進行詳細說明。變量預定義如圖2所示，設定光軸的方向為ζ軸，并依據左手坐標系原則以ζ軸建立全局坐標系(x，y，z)。設部分相干光源面上任一點光源的全局坐標為(xs，ys，zs)，由該點光源發出并入射至掩膜的平面波的方向余弦為(as，Y s)，則全局坐標與方向余弦之間的關系為
權利要求
1.一種基于Abbe矢量成像模型的獲取非理想光刻系統空間像的方法，其特征在于，具體步驟為步驟101、將掩膜圖形M柵格化為NXN個子區域；步驟102、根據部分相干光源的形狀將光源面柵格化成多個點光源，用每一柵格區域中心點坐標(xs，ys)表示該柵格區域所對應的點光源坐標；步驟103、根據光刻系統的離焦量δ，獲取由所述離焦量δ引起的光刻系統中傳播光線的相位變化量Ua ‘，β ‘)；步驟104、獲取表示光刻系統光程差的標量像差矩陣W( α ‘ , β ‘)和表示光刻系統偏振像差的偏振像差矩陣J( α ‘ , β ‘)，其中(α' , β ‘ ,Y')是晶片上全局坐標系進行傅立葉變換后的坐標系；步驟105、針對單個點光源，利用其坐標(xs，ys)、入射光相位的變化量ξ (α ‘，β')、 標量像差矩陣，β ‘)及偏振像差矩陣J(a'，β ‘)，獲取該點光源照明時，非理想光刻系統中晶片位置上的空間像I (a s，β3)；步驟106、判斷是否已經計算出所有單個點光源照明時，非理想光刻系統中晶片位置上的空間像，若是，則進入步驟107，否則返回步驟105 ；步驟107、根據Abbe方法，對各點光源對應的空間像I (a s，β s)進行疊加，獲取部分相干照明時，晶片位置上的空間像I。
2.根據權利要求1所述基于Abbe矢量成像模型的獲取非理想光刻系統空間像的方法， 其特征在于，所述步驟105的具體過程為設定全局坐標系為以光軸的方向為ζ軸，并依據左手坐標系原則以ζ軸建立全局坐標系(χ，y，ζ)；步驟201、根據點光源坐標(xs，ys)，計算點光源發出的光波經過掩膜上NXN個子區域的近場分布E ；其中，E為NXN的矢量矩陣，其每個元素均為一 3X1的矢量，表示全局坐標系中掩膜的衍射近場分布的3個分量；步驟202、根據近場分布E獲取光波在投影系統入瞳后方的電場分布E廣(α,廣)；其中， E廣(α,廣)為NXN的矢量矩陣，其每個元素均為一 3X1的矢量，表示全局坐標系中入瞳后方的電場分布的3個分量；步驟203、設光波在投影系統中傳播方向近似與光軸平行，進一步根據入瞳后方的電場分布1廣祕,々)、標量像差矩陣1((1' , β ‘)以及偏振像差矩陣J(a ‘ , β ‘)，獲取光波在投影系統出瞳前方的電場分布Ε〖Κ廣)淇中，出瞳前方的電場分布ITt 廣)為NXN 的矢量矩陣，其每個元素均為一 3X1的矢量，表示全局坐標系中出瞳前方的電場分布的3 個分量；步驟204、根據投影系統出瞳前方的電場分布！廣㈣’,廣),獲取投影系統出瞳后方的電場分布Ε〖ΚΑ);步驟205、利用沃爾夫Wolf光學成像理論，根據出瞳后方的電場分布Ε〖Κ廣)以及入射光相位的變化量ξ，獲取晶片位置上的電場分布Ewafe，并根據EwafCT獲取點光源對應的晶片位置上的空間像I (a s，β3)0
3.根據權利要求1所述獲取非理想光刻系統空間像的方法，其特征在于，當所述的部分相干光源為圓形時，所述根據部分相干光源的形狀將光源面柵格化為以光源面上中心點為圓心，用事先設定的半徑不同的k個同心圓將圓形光源面區劃分為k+Ι個區域，對所述 k+Ι個區域從中心圓區開始由內向外進行1 k+Ι編號，將編號為2 k的每個區域劃分為多個扇形柵格區域。
4.根據權利要求3所述獲取掩膜空間像的方法，其特征在于，所述編號為2 k的每個區域所劃分的扇形柵格區域的個數相同。
全文摘要
本發明公開了一種基于Abbe矢量成像模型獲取非理想光刻系統空間像的方法，具體步驟為將掩模圖形M柵格化為N×N個子區域；并根據部分相干光源的形狀將光源面柵格化成多個點光源，用每一柵格區域的中心點坐標(xs，ys)表示該柵格區域所對應的點光源坐標；計算各點光源照明時非理想光刻系統中晶片位置上的空間像I(αs，βs)；并根據阿貝Abbe方法，對各點光源對應的空間像I(αs，βs)進行疊加，獲取部分相干光源照明時非理想光刻系統中晶片位置上的空間像I。本發明能夠將光源面柵格化成多個點光源，并具備分析光刻投影系統標量像差、偏振像差和光刻系統離焦參數等功能。因此該方法獲取的空間像精確度高，該方法可有效的應用于分辨率增強技術優化方法的研究。
文檔編號G03F7/20GK102323721SQ20111026825
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者李艷秋, 董立松, 馬旭 申請人:北京理工大學