CN106773546B - 极紫外光刻三维接触孔掩模衍射谱快速仿真方法 - Google Patents

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Abstract

一种极紫外光刻三维接触孔掩模衍射谱快速仿真方法。该三维接触孔掩模从下至上依次由基底(1)、多层膜(2)、吸收层(3)三个主要部分构成。所述的接触孔掩模其吸收层(3)中的图形为矩形开孔图形。该方法首先将三维接触孔掩模按照分离变量法分解成过接触孔矩形图形中心且平行于矩形长宽两方向的对应纵截面上的二维掩模，然后采取严格电磁场仿真的波导法对两二维掩模进行衍射谱仿真，最后将仿真得到的两二维掩模衍射谱相乘得到三维接触孔掩模衍射谱。本发明可快速准确的仿真极紫外光刻三维接触孔掩模的衍射谱。

Description

极紫外光刻三维接触孔掩模衍射谱快速仿真方法
技术领域
本发明涉及极紫外光刻三维掩模，特别是一种基于分离变量降维方法的极紫外光刻三维接触孔掩模衍射谱的快速仿真方法。
背景技术
光刻是集成电路制造的核心技术。极紫外光刻(EUVL)被认为是极有前景的下一代光刻技术。光刻仿真是推进极紫外光刻技术研究及发展的重要工具。掩模衍射谱仿真是光刻仿真的重要组成部分。通过掩模衍射谱仿真可得到照明光经过掩模反、衍射后的光场分布，并以此研究掩模衍射对成像的影响，解决与掩模相关的成像问题。由于EUVL采用三维反射式厚掩模，且其曝光波长(13.5nm)与图像特征尺寸相近，对EUVL掩模衍射谱的精确仿真通常采用严格电磁场仿真方法。
严格电磁场仿真方法通过求解特定边界条件下的电磁场麦克斯韦方程组得到掩模衍射电磁场分布(衍射谱)，常见方法有时域有限差分法(FDTD)，严格耦合波分析法(RCWA)、波导法(WG)等。严格电磁场仿真方法计算结果较为精确，然而对大面积三维掩模仿真，其计算量大，计算速度慢，难以满足实际仿真需求。因此，研究人员提出多种快速仿真方法，其中一类如边界层法、单平面近似法、掩模结构分解法(参见在先技术1，曹宇婷,王向朝,步扬."极紫外光刻接触孔掩模的快速仿真计算",光学学报,2012,32(7):0705001)等快速仿真方法通常采取一定的近似、等效模型，模型参数需由严格仿真标定，可用于一定参数范围内的掩模衍射谱快速仿真，但其仿真精度在不同参数变化下会有所降低甚至失准，当仿真参数如掩模厚度、材料变化时，通常需要重复标定(参见在先技术1)。另一类域分解方法对仿真图形区域分解、降维后再进行严格电磁场仿真以提高速度，此类方法无需重复标定模型参数，但仍需结合等效薄层反射的近似结果，其仿真结果与全域无分解三维严格仿真相比存在一定偏移误差(参见在先技术2，Peter Evanschitzky and Andreas Erdmann,“Fast near field simulation of optical and EUV masks using the waveguidemethod”,Proc.of SPIE Vol.6533,65330Y(2007))，尤其在多点光源照明计算成像时其精度有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种极紫外光刻三维接触孔掩模衍射谱快速仿真方法，在保证仿真精度的同时提高仿真速度。
本发明的技术解决方案如下：
一种极紫外光刻三维接触孔掩模衍射谱快速仿真方法，该极紫外光刻三维接触孔掩模从下至上依次包括基底、多层膜和吸收层，该方法包括如下步骤：
(1)选择吸收层具有矩形开孔图形的极紫外光刻三维接触孔掩模，以该吸收层图形所在面为xy面，沿z轴依次堆叠分布基底、多层膜和吸收层；采用分离变量降维法将待仿真极紫外光刻三维接触孔掩模分解成位于两相互垂直平面上的二维掩模，即过该矩形开孔中心点的xz截面的二维掩模和yz截面的二维掩模；
(2)给定待仿真极紫外光刻三维接触孔掩模照明光入射角和方位角θ，则对应两二维掩模的入射光角度由如下投影计算给出：
其中，为xz截面二维掩模的入射角，为yz截面二维掩模的入射角，两二维掩模的方位角皆为0°；
(3)采用严格电磁场仿真的波导法仿真xz截面的二维掩模，得到其衍射谱(x±i)，采用相同方法仿真yz截面的二维掩模，得到其衍射谱(y±j)，其中i＝1,2,3,…,m,j＝1,2,3,…,n,m、n为两方向二维衍射谱最高级次，取值高于周期与波长比值的2倍；
(4)将仿真得到的两二维掩模衍射谱(x±i),(y±j)相乘得到三维接触孔掩模衍射谱,如下述公式所示：
其中kron*为克罗尼克(kronecker)矩阵乘符号。
所述的分离变量降维法具体指对于具有对称性的矩形开孔图形的掩模将其分解为过矩形中心且平行于矩形长、宽边的截面上的二维掩模图形。
与在先技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明由于分解后的二维仿真采取严格电磁场仿真，不存在需要重复标定的近似模型或参数，适用于不同的照明、掩模材料、掩模尺寸等仿真参数，更符合实际仿真需求。
2.本发明在更符合实际情况的多点光源采样严格计算下具有更优的掩模仿真精度及仿真速度，有利于掩模仿真的实际应用。
附图说明
图1为本发明极紫外光刻三维接触孔掩模结构示意图
图2为本发明的原理示意图，其中(a)为极紫外光刻三维接触孔掩模俯视图；(b),(c)分别为yz截面和xz截面二维掩模示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此实施例限制本发明的保护范围。
参阅图1，选取周期p为44nm，图形开孔宽度w为22nm的极紫外光刻三维接触孔掩模，掩模总厚度为378nm，其中包含掩模图形的吸收层1为70nm，由40对钼硅双层材料组成的多层膜2为278nm，二氧化硅基底3为20nm。
其他仿真参数为：投影物镜数值孔径NA＝0.33,采取相干因子为0.9的圆形光源，其圆心相对掩模的照明主入射角为6°，方位角θ为0°，照明光为波长λ＝13.5nm的45°线偏振光。
具体步骤如下：
1.如图2所示，采用分离变量降维法将待仿真极紫外光刻三维接触孔掩模(a)分解成位于两相互垂直平面上的二维掩模，即过该矩形开孔中心点的yz截面的二维掩模(b)和xz截面的二维掩模(c)；
2.根据投影公式：
算出对应两二维掩模(b)、(c)的入射角二者方位角皆为0°。采用严格电磁场仿真方法中的波导法(本实施例中采用光刻仿真软件Dr.Litho中的Waveguide波导法)分别对二维掩模(b)、(c)进行衍射谱仿真,得到两二维掩模的衍射谱(x±i),(y±j)，其中i＝1,2,3,…,m,j＝1,2,3,…,n,m、n为两方向二维衍射谱最高级次，根据公式p/λ*2取值为7。
3.将仿真得到的两二维掩模衍射谱(x±i),(y±j)相乘从而得到三维接触孔掩模(a)的衍射谱,如下述公式所示：
其中kron*为Kronecker矩阵乘(库罗尼克内积)符号。
在本实施中，在相同仿真硬件及仿真参数下，与Dr.LiTHO波导法全域无分解严格电磁场仿真相比，采用本方法仿真的掩模衍射谱各级次相对误差的均值为2.96％，仿真速度提高64.8倍。本方法衍射谱各级次仿真误差的均值仅为域分解法(在先技术2)的44.24％，而仿真速度为域分解法的2.38倍。

Claims (2)

1.一种极紫外光刻三维接触孔掩模衍射谱快速仿真方法，该极紫外光刻三维接触孔掩模从下至上依次包括基底、多层膜和吸收层，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)选择吸收层具有矩形开孔图形的极紫外光刻三维接触孔掩模，以该吸收层图形所在面为xy面，沿z轴从下至上依次堆叠分布基底、多层膜和吸收层；采用分离变量降维法将待仿真极紫外光刻三维接触孔掩模分解成位于两相互垂直平面上的二维掩模，即过该矩形开孔中心点的xz截面的二维掩模和yz截面的二维掩模；
(2)给定待仿真极紫外光刻三维接触孔掩模照明光的入射角和方位角θ，计算对应两二维掩模的入射光角，公式如下：
其中，为xz截面二维掩模的入射角，为yz截面二维掩模的入射角，两二维掩模的方位角皆为0°；
(3)采用严格电磁场仿真的波导法仿真xz截面的二维掩模，得到其衍射谱(x±i)，采用相同方法仿真yz截面的二维掩模，得到其衍射谱(y±j)，其中i＝1,2,3,…,m,j＝1,2,3,…,n,m、n为两方向二维衍射谱最高级次，取值高于周期与波长比值的2倍；
(4)将仿真得到的两二维掩模衍射谱(x±i),(y±j)相乘得到三维接触孔掩模衍射谱,如下述公式所示：
其中，kron*为克罗尼克(kronecker)矩阵乘符号。
2.根据权利要求1所述的极紫外光刻三维接触孔掩模衍射谱快速仿真方法，其特征在于，所述的分离变量降维法具体指对于具有对称性的矩形开孔图形的掩模将其分解为过矩形中心且平行于矩形长、宽边的截面上的二维掩模图形。
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