專利名稱：基于Abbe矢量成像模型獲取掩模三維矢量空間像的方法
技術領域：
本發明涉及一種基于Abbe (阿貝)矢量成像模型獲取掩模三維矢量空間像的方法，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)、掩模、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模，掩模的開口部分透光；經過掩模后，光線經由投影系統入射至涂有光刻膠的晶片上，這樣就將掩模圖形復制在晶片上。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。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。但是即使在浸沒式光刻成像領域，當前大多數商業光刻仿真軟件的矢量成像模型中仍包含標量模型中的部分近似。這主要包括掩模上入射電場的二維近似和投影系統入瞳處掩模衍射頻譜的近軸近似，這兩種近似在小NA光刻系統中已經被證明是足夠準確的，但是在浸沒式光刻成像下，這些近似會給模擬光刻矢量成像帶來較大的誤差。同時，由于光刻空間像的絕對強度會隨著光刻系統曝光量的不同而不同，空間像的相對強度更凸顯掩模圖形的成像特征，因此比較空間像的相對強度對于分析光刻結果具有更大的參考價值。為了更加準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，因此有必要在建立的成像模型中去除前面提到的兩種近似。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。但是以上方法在表示掩模上的入射電場和投影系統處掩模的衍射頻譜時均采用了二維近似的形式，利用該方法得到的是空間像的絕對強度，并且該方法也沒有給出矢量成像模型下光刻系統空間像與掩模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
本發明提供一種基于Abbe矢量成像模型獲取掩模三維矢量空間像的方法，該方法在計算空間像的過程中，考慮了掩模上的三維入射電場以及投影系統入瞳處掩模衍射頻譜的三維分布，使得計算出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矢量成像模型獲取掩模三維矢量空間像的方法，具體步驟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，y，ζ)；步驟101、將掩模圖形柵格化為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柵格區域，每一柵格區域作為一點光源，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、獲取表示光刻系統光程差的標量像差矩陣W( α ‘ , β ‘)、表示光刻系統偏振像差的偏振像差矩陣J( α ‘，β ‘)和光刻系統離焦量δ引起的光線相位變化量 I (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104、針對單個點光源，利用其坐標(xs，ys)、投影系統物方數值孔徑NAm、掩模的透過率函數、標量像差矩陣W( α ‘，β ‘)、偏振像差矩陣J(a'，β ‘)及入射光相位
的變化量ξ (α ‘，β ‘)，獲取該點光源照明時，光刻系統中晶片位置上的空間像I(as， ；步驟105、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106，否則返回步驟104 ；步驟106、根據阿貝Abbe方法，對各點光源對應的空間像I(as，i3s)進行疊加，從而獲取部分相干照明時晶片位置上的空間像Itotal ；步驟107、針對整體的部分相干光源，獲取當掩模上沒有任何圖形時，光刻系統中晶片位置上的空間像I。le ，利用I。i_對步驟106中的晶片位置上的空間像Ittrtal進行歸一化處理，得到相對光強分布IMlatire。本發明所述步驟104的具體過程為步驟201、根據點光源坐標(xs，ys)和投影系統物方數值孔徑NAm，計算點光源發出的光波在掩模上的三維入射電場Eineident ；步驟202、根據步驟201中獲取的三維入射電場Eineident，禾Ij用掩模的振幅透過率函數，計算出經過掩模上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 3X 1的矢量，表示全局坐標系中掩模子區域的衍射近場分布的3個分量；步驟203、根據近場分布E獲取投影系統入瞳前方的電場分布E廣(《,々)，其中灼為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前方
的電場分布的3個分量；步驟204、根據入瞳前方的電場分布E廣(α,々)和入瞳處的電場變換矩陣，獲取光波在投影系統入瞳后方的電場分布E〖nt(a,々)，其中，E〖nt(a,々)為NXN的矢量矩陣，其每個元素均為一 2X1的矢量，表示全局坐標系中入瞳后方的電場分布的χ和y方向的分量，其軸向即ζ方向分量等于0;步驟205、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Ert(^A)、標量像差矩陣W( α ‘，β ,)以及偏振像差矩陣J(a'，β ‘)，獲取
其中，代=^2+代2當掩模上的入射光為X或Y偏振光時設定第二局部坐標系(ei; e」)，ei軸與光源發出光線中X偏振光的振動方向-ej軸與光源發出光線中Y偏振光的振動方向一致，則
權利要求
1.一種基于Abbe矢量成像模型獲取掩模三維矢量空間像的方法，其特征在于，具體步驟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101、將掩膜圖形柵格化為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柵格區域，每一柵格區域作為一點光源，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、獲取表示光刻系統光程差的標量像差矩陣W(a ‘ , β ‘)、表示光刻系統偏振像差的偏振像差矩陣J( α ‘ , β ‘)和光刻系統離焦量S引起的光線相位變化量 I (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104、針對單個點光源，利用其坐標(xs，ys)、投影系統物方數值孔徑NAm、掩膜的透過率函數、標量像差矩陣W( α ‘，β ‘)、偏振像差矩陣J(a'，β ‘)及入射光相位的變化量ξ (α ‘，β ‘)，獲取該點光源照明時，光刻系統中晶片位置上的空間像I(as，β3)； 步驟105、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106，否則返回步驟104 ；步驟106、根據阿貝Abbe方法，對各點光源對應的空間像I(as，β s)進行疊加，從而獲取部分相干照明時晶片位置上的空間像It。tal ；步驟107、針對整體的部分相干光源，獲取當掩模上沒有任何圖形時，光刻系統中晶片位置上的空間像Id吣利用I。le 對步驟106中的晶片位置上的空間像Itotal進行歸一化處理，得到相對光強分布IMlatire。
2.根據權利要求1所述基于Abbe矢量成像模型獲取掩模三維矢量空間像的方法，其特征在于，所述步驟104的具體過程為步驟201、根據點光源坐標(xs，ys)和投影系統物方數值孔徑NAm，計算點光源發出的光波在掩模上的三維入射電場Eineident ；步驟202、根據步驟201中獲取的三維入射電場Eineident，利用掩膜的振幅透過率函數， 計算出經過掩膜上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 3X 1的矢量，表示全局坐標系中掩膜子區域的衍射近場分布的3個分量；步驟203、根據近場分布E獲取投影系統入瞳前方的電場分布E〖nt(a,々),其中Ε〖η>,々) 為NXN的矢量矩陣，其每個元素均為一 3 X 1的矢量，表示全局坐標系中入瞳前方的電場分布的3個分量；步驟204、根據入瞳前方的電場分布E廣(α,灼和入瞳處的電場變換矩陣，獲取光波在投影系統入瞳后方的電場分布E〖nt(a,々)，其中，E廣(α,々)為NXN的矢量矩陣，其每個元素均為一 2Χ 1的矢量，表示全局坐標系中入瞳后方的電場分布的χ和y方向的分量，其軸向即 ζ方向分量等于0 ；步驟205、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Errt^,廣)；步驟206、根據投影系統出瞳前方的電場分布E廣㈣’,ガ’)和投影系統出瞳處的變換矩 陣，獲取投影系統出瞳后方的電場分布E〖xt(a’,ガ’)；步驟207、利用沃爾夫Wolf光學成像理論，根據出瞳后方的電場分布E〖Kガ’)以及入 射光相位的變化量ξ (α' , β ‘)，獲取晶片位置上的電場分布EwafCT，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)。
3.根據權利要求2所述基于Abbe矢量成像模型獲取掩模三維矢量空間像的方法，其特 征在干，所述步驟201的具體過程為當掩模上的入射光為TE或TM偏振光時設定第一局部坐標系(e±パp)，其中e±軸為光源發出光線中TE偏振光的振動方向，eP 軸為光源發出光線中TM偏振光的振動方向；則 1 「，
全文摘要
本發明提供一種基于Abbe矢量成像模型獲取掩模三維矢量空間像的方法，具體步驟為將掩模圖形M柵格化為N×N個子區域；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；進一步獲取當掩模上沒有任何圖形時，光刻系統中晶片位置上的空間像Iclear，利用Iclear對Itotal進行歸一化處理，得到相對光強分布Irelative。本發明考慮了掩模上的三維入射電場，以及投影系統入瞳處掩模衍射頻譜的三維分布，獲取空間像的相對強度，使得本發明具有更大的適用性。
文檔編號G03F1/70GK102495535SQ20111042484
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者李艷秋, 董立松, 馬旭 申請人:北京理工大學