[发明专利]双吸收层交替相移掩模衍射场的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双吸收层交替相移掩模衍射场的计算方法，属于光刻分辨率增强技术领域。

背景技术

半导体产业的飞速发展，主要得益于微电子技术的微细加工技术的进步，而光刻技术是芯片制备中最关键的制造技术之一。由于光学光刻技术的不断创新，它一再突破人们预期的光学曝光极限，使之成为当前曝光的主流技术。

光刻系统主要分为：照明系统(光源)、掩模、投影系统及晶片四部分。光入射到掩模上发生衍射，衍射光进入投影系统后在晶片上干涉成像，再经过显影和蚀刻处理后，就将掩模图形转移到晶片上。

为了更好地理解光刻中发生的一些现象，对实际操作进行理论指导，需要模拟仿真光在整个系统中的传播。目前光刻仿真已经成为发展、优化光刻工艺的重要工具。这里我们重点研究掩模衍射的影响。

模拟仿真掩模衍射主要有两种方法：基尔霍夫方法(Kirchhoff approach)及严格的电磁场方法(Rigorous electromagnetic field)。Kirchhoff方法将掩模近似成无限薄，透过电场的幅值、相位直接由掩模布局(mask layout)决定。例如在二元掩模(binary masks，BIM)中，透光区域的透过电场强度为1，不透光区域透过电场强度为0，两者所透过电场的相位皆为0。例如在交替相移掩模(alternating phase shift masks，Alt.PSM)中，透光区域的刻蚀区透过强度为1，相位为π，透光区域的非刻蚀区透过强度为1，相位为0，，不透光区域的透过强度都为0。Kirchhoff方法的主要特点是掩模不同区域的电场强度和相位变化很陡直。

当掩模特征尺寸远大于波长且厚度远小于波长时候，光的偏振特性不明显，此时Kirchhoff近似是十分精确的。随着光刻技术发展到45nm时，掩模的特征尺寸接近光源波长(ArF)，且掩模厚度也达到波长量级，光波的偏振效应十分明显。再加上采用大数值孔径(Numerical Aperture，NA)的浸没式光刻，掩模导致的偏振效应十分显著，进而影响成像质量。这时必须采用严格的电磁场模型来模拟掩模的衍射。

严格的电磁场模型完全考虑了掩模的3D(Three Dimensional)效应及材料的影响。采用的数值方法主要包括：时域有限差分法(finite-difference time domain method，FDTD)、严格耦合波法(rigorous coupled wave analysis，RCWA)、波导法(the waveguide method，WG)及有限元法(finite element methods，FEM)。FDTD中，将麦克斯韦Maxwell方程在空间和时间上进行离散化，这些离散化的方程对时间进行积分就得到了掩模衍射场，解的精度取决于离散化时步长的大小。RCWA及WG是将掩模电磁场、介电常数进行傅里叶Fourier级数展开得到特征值方程，再通过求解特征值方程得到问题的解，解的精度取决于Fourier展开时的阶数。FEM比较复杂，理解起来也很困难，并不十分流行。通过这些严格的电磁场模型，要么得到掩模近场的幅值、相位，要么直接得到远场衍射光的幅值、相位。严格电磁场模型表明，掩模透过区域、不透过区域透过电场幅值、相位变化不再那么陡直。

现有技术(J.Opt.Soc.Am.A，1995，12：1077-1086；Laser Journal，2007，28：26-27)公开了一种利用多层近似的方法模拟任意面形介质光栅的衍射特性。但该方法具有以下两方面的不足。第一，该方法只分析周期相同的多层光栅结构。第二，该方法分析的是电介质光栅衍射特性，当分析TM偏振光入射有损掩模光栅时，收敛性变差。

现有技术(J.Opt.Soc.Am.A，1996，13：779-784)公开了一种改善TM偏振收敛性的方法，但其只分析单层光栅的衍射。而在交替相移掩模中，玻璃基底中刻蚀区域的周期与掩模吸收层的周期不同，同时交替相移掩模具有两个吸收层，因此上述方法不适用于对交替相移掩模衍射场的求解。

发明内容

本发明提供一种双吸收层交替相移掩模衍射场的计算方法，该方法可以快速准确计算TM偏振光入射掩模所形成的衍射场，且能分析具有不同周期的三层掩模光栅的衍射。

实现本发明的技术方案如下：

一种双吸收层交替相移掩模衍射场的计算方法，具体步骤为：

步骤一、设定电磁场展开时的空间谐波数(the number of space harmonics)n；