[發明專利]極紫外光刻無缺陷掩模衍射譜快速嚴格仿真方法

有效

• 申請號: 201310534000.5
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103617309A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 劉曉雷;李思坤;王向朝;步揚
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G03F7/20
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

1.一種極紫外光刻無缺陷掩模衍射譜快速嚴格仿真方法，該極紫外光刻無缺陷掩模的構成沿入射光方向依次包括掩模吸收層（1）、多層膜（2）和基底（3），所述的掩模吸收層（1）為周期性條狀結構，其特征在于：該方法對所述的吸收層采用等效薄掩模模型（4）建模，對所述的多層膜采用等效膜層法模型（5）建模，該方法包括如下步驟：

（1）仿真掩模吸收層的衍射譜：

所述的掩模吸收層（1）的等效薄掩模模型（4）的近似復透射系數為：

t′(x)=t(x)+Aeiφδ(x-w2)+Aeiφδ(x+w2),]]>

其中，t(x)=ta-p2w<x<p2wtb-1<x<-p2wandp2w<x<1,]]>坐標原點位于孤立空的中間位置，p為掩模上的孤立空的尺寸，w為掩模上的圖形周期尺寸，t_a為p范圍內的等效透射系數，t_b為p_abs范圍內的等效透射系數，p_abs為圖形周期內吸收層的寬度，即p_abs＝w-p，Ae^iφ為等效薄掩模模型（4）的邊界脈沖修正，A為修正脈沖的振幅，φ為修正脈沖的相位；

對復透射系數進行傅里葉變換得到的等效薄掩模模型（4）的衍射譜為：

Fthin(m)=(ta-tb)pwsinc(mpw)+tbsinc(m)+2Aexp(iφ)cos(πmpw),]]>

其中，m為衍射級次，取值范圍為-w/λ和w/λ之間任意所需的整數區間，λ為極紫外光刻機光源的波長；

入射光（6）為傾斜單位平面波，傾角表示為與z軸的夾角和投影于x-o-y平面與x軸的夾角θ，掩模吸收層（1）的衍射譜為：

Fthick(αm,βm;αin,βin)=e-i2πλdabs21-αin2-βin2Fthin(αm-αin,βm-βin)e-i2πλdabs21-αm2-βm2,]]>

其中，為光從掩模吸收層（1）上表面到達等效薄掩模模型（4）的等效面位置的附加相位，為光從等效薄掩模模型（4）的等效面位置到達掩模吸收層（1）下表面的附加相位，α_m為m級次衍射光的方向余弦，并且α_m＝mλ，λ為極紫外光刻機光源的波長，d_abs為掩模吸收層（1）的厚度；

通過商用光刻仿真軟件Dr.LiTHO進行嚴格仿真得到掩模吸收層（1）的衍射譜數值分布，將F_thick(α_m,β_m;α_in,β_in)與衍射譜數值分布中的任意相應的三個級次衍射譜匹配得到三元一次方程組，解方程組即可得到復透射系數表達式中的參數t_a、t_b和Ae^iφ的值，并且該參數值僅在改變吸收層的材料和厚度時需要重新求解；

（2）仿真多層膜反射后的衍射譜：

通過等效膜層法得到等效膜層法模型（5）的復反射系數為為入射到等效膜層法模型（5）上的各衍射級次的衍射角，且步驟如下：

多層膜（2）共有K層，第K層與基底（3）相鄰，第1層與真空相鄰，

①把第K-1層到第1層視為一個整體F₁，則基底（3）、第K層和F₁構成了一個單層膜，此單層膜的復反射系數為：

r~k(θk)=r(k-1)k(θk-1)+rk(k+1)(θk)sk(θk)1+r(k-1)k(θk-1)rk(k+1)(θk)sk(θk),]]>

其中，r_(k-1)k(θ_k-1)為光以θ_k-1角由復折射率為的第K-1層膜介質入射到復折射率為的第K層膜介質的復反射系數，r_k(k+1)(θ_k)為光以θ_k角由第K層膜介質入射到復折射率為的基底（3）介質的復反射系數，θ_k-1為光入射角，θ_k為以θ_k-1角由第K-1層膜介質入射到第K層膜介質中的折射角，其滿足n_k-1sin(θ_k-1)＝n_ksin(θ_k)，n_k-1、n_k分別為的實部，s_k(θ_k)為光在第K層膜中往返一次的相位變化，且sk(θk)=exp(-j2πλ·2n~kdkcosθk),]]>d_k為第K層膜的厚度；

②把第K-2層到第1層視為一個整體F₂，基底（3）和第K層視為整體P₂，則第K-1層、F₂和P₂構成一個單層膜，其復反射系數為：

r~k-1(θk-1)=r(k-2)(k-1)(θk-2)+r~k(θk-1)sk-1(θk-1)1+r(k-2)(k-1)(θk-2)r~k(θk-1)sk-1(θk-1),]]>

其中，r_(k-2)(k-1)(θ_k-2)為光以θ_k-2角由復折射率為的第K-2層膜介質入射到復折射率為的第K-1層膜介質的復反射系數，為光以θ_k-1角由第K-1層膜介質入射到P₂的復反射系數，θ_k-2為光入射角，θ_k-1為以θ_k-2角由第K-2層膜介質入射到第K-1層膜介質中的折射角，其滿足n_k-2sin(θ_k-2)＝n_k-1sin(θ_k-1)，n_k-2、n_k-1分別為的實部，s_k-1(θ_k-1)為光在第K-1層膜中往返一次的相位變化，且sk-1(θk-1)=exp(-j2πλ·2n~k-1dk-1cosθk-1),]]>d_k-1為第K-1層膜的厚度；

③把第i-1層到第1層視為一個整體F_k-i+1，基底（3）到第i+1層視為一個整體P_k-i+1，則第i層、F_k-i+1和P_k-i+1構成一個單層膜，其復反射系數為：

r~i(θi)=r(i-1)i(θi-1)+r~i+1(θi)si(θi)1+r(i-1)i(θi-1)r~i+1(θi)si(θi),]]>

其中，r_(i-1)i(θ_i-1)為光以θ_i-1角由復折射率為的第i-1層膜介質入射到復折射率為的第i層膜介質的復反射系數，為光以θ_i角由第i層膜介質入射到P_k-i+1的復反射系數，θ_i-1為光入射角，θ_i為以θ_i-1角由第i-1層膜介質入射到第i層膜介質中的折射角，其滿足n_i-1sin(θ_i-1)＝n_isin(θ_i)，n_i-1、n_i分別為的實部，s_i(θ_i)為光在第i層膜中往返一次的相位變化，且d_i為第i層膜的厚度，i為K-2到1的整數；

重復步驟③，直到i＝1，由此得到i＝1時單層膜的復反射系數：

r~1(θ1)=r01(θ0)+r~2(θ1)s1(θ1)1+r01(θ0)r~2(θ1)s1(θ1),]]>

其中，r₀₁(θ₀)為光以θ₀角由復折射率為的真空入射到復折射率為的第1層膜介質的復反射系數，為光以θ₁角由第1層膜介質入射到P_k的復反射系數，θ₀為光入射角，θ₁為以θ₀角由真空入射到第1層膜介質中的折射角，其滿足n₀sin(θ₀)＝n₁sin(θ₁)，n₀、n₁分別為的實部，s₁(θ₁)為光在第1層膜中往返一次的相位變化，且s1(θ1)=exp(-j2πλ·2n~1d1cosθ1),]]>d₁為第1層膜的厚度；

由此，可得等效膜層法模型（5）的復反射系數：

由此，得到等效膜層法模型（5）反射后的衍射譜：

（3）仿真掩模衍射譜：

將等效膜層法模型（5）反射后的衍射譜中每個衍射級次的光經過等效薄掩模模型（4）的衍射，得到每個衍射級次光的掩模吸收層衍射譜并將得到的所有衍射級次的衍射譜疊加，得到掩模衍射譜：

G(α_m,β_m)即所要仿真的極紫外光刻無缺陷掩模的衍射譜。