[发明专利]多吸收层一维光掩模近场分布的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多吸收层一维光掩模近场分布的计算方法，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圆上干涉成像，再经过显影和蚀刻处理后，就将图形转移到晶圆上。

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。这里我们重点研究光在线条/空间(Line/Space，LS)结构掩模中的传播。

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方法将掩模当成无限薄的，透过电场的幅值、相位直接由掩模布局(mask layout)决定。在二元掩模(binary masks，BIM)中，透光区域的光强为1，相位为0，不透光区域光强为0。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强度、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、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。

现有技术(J.Opt.Soc.Am.A，1995，12：1077-1086)公开了一种利用多层近似的方法模拟TM偏振入射任意面形介质光栅的衍射特性，其只给出了如何求解光栅的衍射效率，描述了光栅的远场特性，而有时候我们更关心掩模的近场分布特性。这里我们给出一种多吸收层一维光掩模近场分布的计算方法。

发明内容

本发明提供一种多吸收层一维光掩模近场分布的计算方法，该方法可以快速计算任意平面波(任意入射角、任意方位角及任意偏振角)入射时的近场分布。

实现本发明的技术方案如下：

多吸收层一维光掩模近场分布的计算方法，包括以下步骤：

步骤1、将掩模分区构造对应的二维平面，并离散化：首先将掩模分解为六个区域，其中包含四个光栅层，每一层为交替排列的两种材料，然后构造对应的二维平面，最后将这四个二维平面进行离散化；第四层是电介质，且周期是前两层的二倍。

步骤2、求解四个光栅区的托普勒兹Toeplitz矩阵：首先对四个光栅区的介电常数、介电常数倒数进行Fourier级数展开，然后在进行求解四个光栅区的Toeplitz矩阵；