专利名称：基于Abbe矢量成像模型获取掩模三维矢量空间像的方法
技术领域：
本发明涉及一种基于Abbe (阿贝)矢量成像模型获取掩模三维矢量空间像的方法，属于光刻分辨率增强技术领域。
背景技术：
当前的大规模集成电路普遍采用光刻系统进行制造。光刻系统主要分为照明系统(包括光源和聚光镜)、掩模、投影系统及晶片等四部分。光源发出的光线经过聚光镜聚焦后入射至掩模，掩模的开口部分透光；经过掩模后，光线经由投影系统入射至涂有光刻胶的晶片上，这样就将掩模图形复制在晶片上。随着光刻技术进入45nm及以下节点，电路的关键尺寸已经远远小于曝光光源的波长。此时光的干涉和衍射现象更加显著，导致光刻成像产生扭曲和模糊。因此光刻系统必须采用分辨率增强技术，用以提高成像质量。目前业界普遍采用浸没式光刻系统。浸没式光刻系统为在投影物镜最后一个透镜的下表面与光刻胶之间添加了折射率大于1的透光介质，从而起到扩大数值孔径 (numerical aperture，ΝΑ)，提高成像分辨率的目的。由于浸没式光刻系统具有高NA(NA > 1)的特性，而当NA >0.6时，电磁场的矢量成像特性对光刻成像的影响已经不能忽视。因此对于浸没式光刻系统，光刻成像的标量成像模型已经不再适用。但是即使在浸没式光刻成像领域，当前大多数商业光刻仿真软件的矢量成像模型中仍包含标量模型中的部分近似。这主要包括掩模上入射电场的二维近似和投影系统入瞳处掩模衍射频谱的近轴近似，这两种近似在小NA光刻系统中已经被证明是足够准确的，但是在浸没式光刻成像下，这些近似会给模拟光刻矢量成像带来较大的误差。同时，由于光刻空间像的绝对强度会随着光刻系统曝光量的不同而不同，空间像的相对强度更凸显掩模图形的成像特征，因此比较空间像的相对强度对于分析光刻结果具有更大的参考价值。为了更加准确的描述浸没式光刻系统的成像特性，研究浸没式光刻系统中的分辨率增强技术，必须建立准确获取光刻系统空间像的矢量成像模型，因此有必要在建立的成像模型中去除前面提到的两种近似。相关文献(Proc.of SPIE 2010. 7640 :76402Y1_76402Y9.)针对部分相干成像系统，提出了一种计算光刻空间像的方法。但是以上方法在表示掩模上的入射电场和投影系统处掩模的衍射频谱时均采用了二维近似的形式，利用该方法得到的是空间像的绝对强度，并且该方法也没有给出矢量成像模型下光刻系统空间像与掩模图形之间的矩阵形式的解析表达式，因此不适用于高NA的光刻系统中分辨率增强技术优化方法的研究。
发明内容
本发明提供一种基于Abbe矢量成像模型获取掩模三维矢量空间像的方法，该方法在计算空间像的过程中，考虑了掩模上的三维入射电场以及投影系统入瞳处掩模衍射频谱的三维分布，使得计算出的空间像具有更高的准确性。实现本发明的技术方案如下一种基于Abbe矢量成像模型获取掩模三维矢量空间像的方法，具体步骤为设定全局坐标系为以光轴的方向为ζ轴，并依据左手坐标系原则以ζ轴建立全局坐标系(X，y，ζ)；步骤101、将掩模图形栅格化为NXN个子区域；步骤102、根据部分相干光源的形状将光源面栅格化成多个栅格区域，每一栅格区域作为一点光源，用每一栅格区域中心点坐标(Xs，ys)表示该栅格区域所对应的点光源坐标；步骤103、获取表示光刻系统光程差的标量像差矩阵W( α ‘ , β ‘)、表示光刻系统偏振像差的偏振像差矩阵J( α ‘，β ‘)和光刻系统离焦量δ引起的光线相位变化量 I (α ‘ , β ‘)，其中(α ‘，β ‘，Y ‘)是晶片上全局坐标系进行傅立叶变换后的坐标系；步骤104、针对单个点光源，利用其坐标(xs，ys)、投影系统物方数值孔径NAm、掩模的透过率函数、标量像差矩阵W( α ‘，β ‘)、偏振像差矩阵J(a'，β ‘)及入射光相位
的变化量ξ (α ‘，β ‘)，获取该点光源照明时，光刻系统中晶片位置上的空间像I(as， ；步骤105、判断是否已经计算出所有单个点光源照明时，非理想光刻系统中晶片位置上的空间像，若是，则进入步骤106，否则返回步骤104 ；步骤106、根据阿贝Abbe方法，对各点光源对应的空间像I(as，i3s)进行叠加，从而获取部分相干照明时晶片位置上的空间像Itotal ；步骤107、针对整体的部分相干光源，获取当掩模上没有任何图形时，光刻系统中晶片位置上的空间像I。le ，利用I。i_对步骤106中的晶片位置上的空间像Ittrtal进行归一化处理，得到相对光强分布IMlatire。本发明所述步骤104的具体过程为步骤201、根据点光源坐标(xs，ys)和投影系统物方数值孔径NAm，计算点光源发出的光波在掩模上的三维入射电场Eineident ；步骤202、根据步骤201中获取的三维入射电场Eineident，禾Ij用掩模的振幅透过率函数，计算出经过掩模上NXN个子区域的近场分布E，其中，E为NXN的矢量矩阵，其每个元素均为一 3X 1的矢量，表示全局坐标系中掩模子区域的衍射近场分布的3个分量；步骤203、根据近场分布E获取投影系统入瞳前方的电场分布E广(《,々)，其中灼为NXN的矢量矩阵，其每个元素均为一 3X1的矢量，表示全局坐标系中入瞳前方
的电场分布的3个分量；步骤204、根据入瞳前方的电场分布E广(α,々)和入瞳处的电场变换矩阵，获取光波在投影系统入瞳后方的电场分布E〖nt(a,々)，其中，E〖nt(a,々)为NXN的矢量矩阵，其每个元素均为一 2X1的矢量，表示全局坐标系中入瞳后方的电场分布的χ和y方向的分量，其轴向即ζ方向分量等于0;步骤205、设光波在投影系统中传播方向近似与光轴平行，进一步根据入瞳后方的电场分布Ert(^A)、标量像差矩阵W( α ‘，β ,)以及偏振像差矩阵J(a'，β ‘)，获取
其中，代=^2+代2当掩模上的入射光为X或Y偏振光时设定第二局部坐标系(ei; e」)，ei轴与光源发出光线中X偏振光的振动方向-ej轴与光源发出光线中Y偏振光的振动方向一致，则
权利要求
1.一种基于Abbe矢量成像模型获取掩模三维矢量空间像的方法，其特征在于，具体步骤为设定全局坐标系为以光轴的方向为ζ轴，并依据左手坐标系原则以ζ轴建立全局坐标系(χ， y， ζ)；步骤101、将掩膜图形栅格化为NXN个子区域；步骤102、根据部分相干光源的形状将光源面栅格化成多个栅格区域，每一栅格区域作为一点光源，用每一栅格区域中心点坐标(xs，ys)表示该栅格区域所对应的点光源坐标；步骤103、获取表示光刻系统光程差的标量像差矩阵W(a ‘ , β ‘)、表示光刻系统偏振像差的偏振像差矩阵J( α ‘ , β ‘)和光刻系统离焦量S引起的光线相位变化量 I (α ‘ , β ‘)，其中(α ‘，β ‘，Y ‘)是晶片上全局坐标系进行傅立叶变换后的坐标系；步骤104、针对单个点光源，利用其坐标(xs，ys)、投影系统物方数值孔径NAm、掩膜的透过率函数、标量像差矩阵W( α ‘，β ‘)、偏振像差矩阵J(a'，β ‘)及入射光相位的变化量ξ (α ‘，β ‘)，获取该点光源照明时，光刻系统中晶片位置上的空间像I(as，β3)； 步骤105、判断是否已经计算出所有单个点光源照明时，非理想光刻系统中晶片位置上的空间像，若是，则进入步骤106，否则返回步骤104 ；步骤106、根据阿贝Abbe方法，对各点光源对应的空间像I(as，β s)进行叠加，从而获取部分相干照明时晶片位置上的空间像It。tal ；步骤107、针对整体的部分相干光源，获取当掩模上没有任何图形时，光刻系统中晶片位置上的空间像Id吣利用I。le 对步骤106中的晶片位置上的空间像Itotal进行归一化处理，得到相对光强分布IMlatire。
2.根据权利要求1所述基于Abbe矢量成像模型获取掩模三维矢量空间像的方法，其特征在于，所述步骤104的具体过程为步骤201、根据点光源坐标(xs，ys)和投影系统物方数值孔径NAm，计算点光源发出的光波在掩模上的三维入射电场Eineident ；步骤202、根据步骤201中获取的三维入射电场Eineident，利用掩膜的振幅透过率函数， 计算出经过掩膜上NXN个子区域的近场分布E，其中，E为NXN的矢量矩阵，其每个元素均为一 3X 1的矢量，表示全局坐标系中掩膜子区域的衍射近场分布的3个分量；步骤203、根据近场分布E获取投影系统入瞳前方的电场分布E〖nt(a,々),其中Ε〖η>,々) 为NXN的矢量矩阵，其每个元素均为一 3 X 1的矢量，表示全局坐标系中入瞳前方的电场分布的3个分量；步骤204、根据入瞳前方的电场分布E广(α,灼和入瞳处的电场变换矩阵，获取光波在投影系统入瞳后方的电场分布E〖nt(a,々)，其中，E广(α,々)为NXN的矢量矩阵，其每个元素均为一 2Χ 1的矢量，表示全局坐标系中入瞳后方的电场分布的χ和y方向的分量，其轴向即 ζ方向分量等于0 ；步骤205、设光波在投影系统中传播方向近似与光轴平行，进一步根据入瞳后方的电场分布1广祕,々)、标量像差矩阵1((1'，β ,)以及偏振像差矩阵J(a'，β ‘)，获取光波在投影系统出瞳前方的电场分布Errt^,广)；步骤206、根据投影系統出瞳前方的电场分布E广㈣’,ガ’)和投影系統出瞳处的变换矩 阵，获取投影系统出瞳后方的电场分布E〖xt(a’,ガ’)；步骤207、利用沃尔夫Wolf光学成像理论，根据出瞳后方的电场分布E〖Kガ’)以及入 射光相位的变化量ξ (α' , β ‘)，获取晶片位置上的电场分布EwafCT，并根据EwafCT获取点 光源对应的晶片位置上的空间像I (a s，β3)。
3.根据权利要求2所述基于Abbe矢量成像模型获取掩模三维矢量空间像的方法，其特 征在干，所述步骤201的具体过程为当掩模上的入射光为TE或TM偏振光时设定第一局部坐标系(e±パp)，其中e±轴为光源发出光线中TE偏振光的振动方向，eP 轴为光源发出光线中TM偏振光的振动方向；则 1 「，
全文摘要
本发明提供一种基于Abbe矢量成像模型获取掩模三维矢量空间像的方法，具体步骤为将掩模图形M栅格化为N×N个子区域；将光源面栅格化成多个点光源，用每一栅格区域的中心点坐标(xs，ys)表示该栅格区域所对应的点光源坐标；计算各点光源照明时非理想光刻系统中晶片位置上的空间像I(αs，βs)；并根据Abbe方法，对各点光源对应的空间像I(αs，βs)进行叠加，获取部分相干光源照明时非理想光刻系统中晶片位置上的空间像I；进一步获取当掩模上没有任何图形时，光刻系统中晶片位置上的空间像Iclear，利用Iclear对Itotal进行归一化处理，得到相对光强分布Irelative。本发明考虑了掩模上的三维入射电场，以及投影系统入瞳处掩模衍射频谱的三维分布，获取空间像的相对强度，使得本发明具有更大的适用性。
文档编号G03F1/70GK102495535SQ20111042484
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者李艳秋, 董立松, 马旭 申请人:北京理工大学