一種光刻投影物鏡偏振仿真分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種偏振仿真分析方法，特別設(shè)及光刻投影物鏡中偏振仿真分析，屬 于光刻偏振技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)投影曝光技術(shù)自1978年誕生W來(lái)，先后經(jīng)歷了g線、i線、248皿、193皿等幾 個(gè)技術(shù)發(fā)展階段。從出現(xiàn)至今的短短幾十年的時(shí)間里，受到社會(huì)信息化進(jìn)程的強(qiáng)烈牽引，與 光學(xué)投影曝光技術(shù)相關(guān)的集成電路先后經(jīng)歷了小規(guī)模、超大規(guī)模直至極大規(guī)模等幾個(gè)發(fā)展 階段，極大規(guī)模集成電路已經(jīng)成為高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的基石，從衛(wèi)星、火箭等航空航天領(lǐng)域， 到雷達(dá)、激光制導(dǎo)導(dǎo)彈國(guó)防領(lǐng)域，W及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域都離不開(kāi)極大規(guī)模集成電 路，它不僅是主要的信息處理器件，同時(shí)也發(fā)展成為信息存儲(chǔ)的重要載體之一。把越來(lái)越多 的晶體管電路元件集成在娃片上，一直是國(guó)際微電子工業(yè)界不懈追求的目標(biāo)。因此，減小集 成電路最小線寬尺寸是提高存儲(chǔ)能力的重要手段。在加工制造集成電路的設(shè)備很多，光刻 機(jī)是目前技術(shù)最成熟的設(shè)備。光刻機(jī)的核屯、部件是投影曝光光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)最重要的組 成部分是照明系統(tǒng)和投影物鏡系統(tǒng)。照明系統(tǒng)主要功能是為掩模面提供均勻照明、控制曝 光劑量和實(shí)現(xiàn)照明模式。隨著半導(dǎo)體工業(yè)和納米技術(shù)的發(fā)展，對(duì)新一代具有納米級(jí)超精密 圖形分辨力的光刻技術(shù)的需求顯得更加迫切。實(shí)踐證明，在發(fā)展短波長(zhǎng)和高數(shù)值孔徑的同 時(shí)，采用諸如離軸照明、移相掩模、光學(xué)鄰近效應(yīng)校正、光瞳濾波等分辨力增強(qiáng)技術(shù)，將上述 幾種技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，對(duì)于延伸現(xiàn)有光學(xué)光刻技術(shù)分辨力將起到重要的作用。
[0003] 然而隨著數(shù)值孔徑的增大和曝光波長(zhǎng)的縮短，基于偏振性的矢量衍射效應(yīng)對(duì)光刻 圖形質(zhì)量的影響越來(lái)越大。當(dāng)光刻的最小特征尺寸接近和低于曝光波長(zhǎng)時(shí)，將導(dǎo)致P和S 兩種偏振光通過(guò)掩模的透過(guò)率不同，另外兩種偏振光在光刻膠層面的透過(guò)率和反射率不 同，導(dǎo)致曝光劑量不均勻，且該種由P和S偏振光導(dǎo)致的曝光劑量不均勻可W達(dá)到20 %。 施加到光致抗蝕劑層的圖像的分辨率隨著投影物鏡數(shù)值孔徑（NA)的增大而提高，光線在 光學(xué)系統(tǒng)中入射角度也隨著增大，單純的幾何光線追跡計(jì)算像差的方法就難W滿足精度要 求，須考慮系統(tǒng)的偏振引起的偏振像差。所W，當(dāng)線寬尺寸在65nm及W下節(jié)點(diǎn)時(shí)，光的偏振 性對(duì)光刻分辨率影響顯著，要使用偏振器件使入射光束轉(zhuǎn)化成特定偏振光參與成像。照明 偏振的作用是產(chǎn)生與曝光圖形特征相適應(yīng)的偏振模式，使空間成像對(duì)比度最大化。光刻投 影物鏡材料的雙折射特性、膜層、鏡頭表面不同入射角本身影響著輸入光束的偏振特性，因 此，在光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)、膜系設(shè)計(jì)、材料選擇確定后，需要仿真鏡頭本身對(duì)偏振性能的影響，通 過(guò)仿真確認(rèn)設(shè)計(jì)是否滿足偏振性能指標(biāo)要求，本發(fā)明即提供一種光刻投影物鏡偏振仿真分 析方法，解決高NA偏振技術(shù)中光刻投影物鏡鏡頭加工鍛膜前偏振性能是否滿足指標(biāo)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題為；提供一種光刻投影物鏡偏振仿真分析方法，解決高NA 光刻技術(shù)中輸入偏振光束經(jīng)光刻投影物鏡作用后光束偏振度是否滿足光刻曝光系統(tǒng)指標(biāo) 要求。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為；一種光刻投影物鏡偏振仿真分析方法，該偏振仿真分 析方法包括設(shè)置仿真條件、光線追跡、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果判斷四個(gè)步驟，其中，
[0006]設(shè)計(jì)仿真條件步驟包括輸入偏振模式選擇、輸入光束偏振度、偏振態(tài)描述方式選 擇、膜系加載、材料特性加載、視場(chǎng)點(diǎn)選擇；
[0007] 光線追跡步驟包括開(kāi)啟偏振模式和設(shè)置追跡光線數(shù)量；
[0008] 數(shù)據(jù)處理包括偏振類型數(shù)據(jù)化、偏振方向數(shù)據(jù)化、X和Y方向強(qiáng)度大小計(jì)算、偏振 度大小計(jì)算；
[0009]結(jié)果判斷步驟包括判斷輸出結(jié)果是否滿足光刻曝光光學(xué)系統(tǒng)偏振指標(biāo)要求，如不 滿足曝光光學(xué)系統(tǒng)偏振指標(biāo)要求，需要修改仿真條件，獲取不同仿真條件下的數(shù)據(jù)處理結(jié) 果。該光刻投影物鏡偏振仿真分析方法是基于菲涅耳反射和透射理論、C0DEV軟件，編寫宏 語(yǔ)言的基礎(chǔ)上完成仿真分析。
[0010] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 1、實(shí)時(shí)性，設(shè)置仿真條件、光線追跡、數(shù)據(jù)處理和分析=個(gè)步驟均在計(jì)算機(jī)中完 成，時(shí)間取決于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，通常在幾秒內(nèi)獲得最終數(shù)據(jù)。
[0012] 2、直觀性，通過(guò)仿真分析，可W獲得不同視場(chǎng)點(diǎn)經(jīng)過(guò)光刻投影物鏡光學(xué)作用后偏 振性能的變化，并通過(guò)二維圖形的形式輸出。
[0013]3、修改仿真條件方便，針對(duì)不同的仿真條件，可W快速輸出不同的數(shù)據(jù)結(jié)果，方便 進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比和分析。
[0014] 4、成本低，通過(guò)該偏振仿真分析方法可W獲取大量關(guān)于光刻投影物鏡偏振性能方 面的數(shù)據(jù)，有利于在加工前通過(guò)改進(jìn)光學(xué)設(shè)計(jì)和膜系設(shè)計(jì)提高偏振性能，大大降低了成本。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為偏振仿真分析流程圖；
[0016] 圖2為光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)和表面局部坐標(biāo)圖；
[0017] 標(biāo)號(hào)說(shuō)明；1-入射光線、2-折射光線、3-法線。
【具體實(shí)施方式】
[001引為了更好地說(shuō)明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一步說(shuō)明。
[0019]圖1為偏振仿真分析流程圖，該光刻投影物鏡偏振仿真分析方法主要包括設(shè)置仿 真條件、光線追跡、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果判斷四個(gè)步驟。第一步設(shè)計(jì)仿真條件包括輸入偏振模式 選擇、輸入光束偏振度、偏振態(tài)描述方式選擇、膜系加載、材料特性加載、視場(chǎng)點(diǎn)選擇。輸入 偏振模式選擇指輸入光束的偏振模式，常用輸入為線偏振模式、部分偏振模式（包括左旋 和右旋輸入）、非偏振模式。輸入光束偏振度指輸入光束的偏振度大小，值為0到1之間。偏 振態(tài)描述方式選擇指選擇偏振的描述方式，常用的有斯托克斯矢量輸入和瓊斯矢量輸入。 膜系加載指將設(shè)計(jì)好的膜系加載到每一透鏡或者反射鏡表面上。材料特性加載指加載材料 的雙折射特性參數(shù)。視場(chǎng)點(diǎn)選擇指確定輸入光瞳面上待仿真分析的視場(chǎng)點(diǎn)。第二步光線追 跡主要包括開(kāi)啟偏振模式和設(shè)置追跡光線數(shù)量。開(kāi)啟偏振模式指光線追跡時(shí)采用的是偏振 光線追跡而非普通光線追跡。設(shè)置追跡光線數(shù)量指偏振光線追跡時(shí)光線的條數(shù)設(shè)置。第= 步數(shù)據(jù)處理包括偏振類型數(shù)據(jù)化、偏振方向數(shù)據(jù)化、X和Y方向強(qiáng)度大小計(jì)算、偏振度大小 計(jì)算。偏振類型數(shù)據(jù)化指用數(shù)據(jù)來(lái)代表偏振類型，0代表線性偏振，1表示圓偏振，0到1之 間表示楠圓偏振。偏振方向數(shù)據(jù)化指輸出光線振動(dòng)方向與Y軸的夾角，單位度。X和Y方向 強(qiáng)度大小計(jì)算指按照菲涅耳反射和透射原理進(jìn)行光線追跡，最終到達(dá)像面上X和Y方向強(qiáng) 度大小。偏振度計(jì)算指計(jì)算輸出每一根光線的偏振度。第四步結(jié)果判斷包括判斷輸出結(jié)果 是否滿足光刻曝光光學(xué)系統(tǒng)偏振指標(biāo)要求，如不滿足曝光光學(xué)系統(tǒng)偏振指標(biāo)要求，需要修 改仿真條件，獲取不同仿真條件下的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。該光刻投影物鏡偏振仿真分析方法是 基于菲涅耳反射和透射理論、CODEV軟件，編寫宏語(yǔ)言的基礎(chǔ)上完成仿真分析。
[0020] 圖2為光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)和表面局部坐標(biāo)圖，光線經(jīng)過(guò)界面后，其偏振態(tài)的改變可用 瓊斯矩陣的方法計(jì)算。輸入光束為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光刻投影物鏡偏振仿真分析方法，其特征在于：該偏振仿真分析方法包括設(shè)置 仿真條件、光線追跡、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果判斷四個(gè)步驟，其中： 設(shè)置仿真條件步驟包括輸入偏振模式選擇、輸入光束偏振度、偏振態(tài)描述方式選擇、膜 系加載、材料特性加載、視場(chǎng)點(diǎn)選擇； 光線追跡步驟主要包括開(kāi)啟偏振模式和設(shè)置追跡光線數(shù)量； 數(shù)據(jù)處理步驟包括偏振類型數(shù)據(jù)化、偏振方向數(shù)據(jù)化、X和Y方向強(qiáng)度大小計(jì)算、偏振 度大小計(jì)算； 結(jié)果判斷步驟包括偏振度大小、偏振類型、偏振方向是否滿足曝光光刻系統(tǒng)偏振指標(biāo) 要求，當(dāng)不滿足光刻曝光光學(xué)系統(tǒng)偏振指標(biāo)時(shí)，需要重新進(jìn)行膜系設(shè)計(jì)和優(yōu)化、重新選擇鏡 頭材料、光刻投影物鏡鏡頭優(yōu)化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光刻投影物鏡偏振仿真分析方法，其特征在于：設(shè)計(jì)仿 真條件包括輸入偏振模式選擇、輸入光束偏振度、偏振態(tài)描述方式選擇、膜系加載、材料特 性加載、視場(chǎng)點(diǎn)選擇；輸入偏振模式選擇指輸入光束的偏振模式，常用輸入為線偏振模式、 部分偏振模式、非偏振模式；部分偏振模式包括左旋和右旋輸入；輸入光束偏振度指輸入 光束的偏振度大小，值為O到1之間；偏振態(tài)描述方式選擇指選擇偏振的描述方式，常用的 有斯托克斯矢量輸入和瓊斯矢量輸入；膜系加載指將設(shè)計(jì)好的膜系加載到每一透鏡或者反 射鏡表面上；材料特性加載指加載材料的雙折射特性參數(shù)；視場(chǎng)點(diǎn)選擇指確定輸入光瞳面 上待仿真分析的視場(chǎng)點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光刻投影物鏡偏振仿真分析方法，其特征在于：光線追 跡步驟包括開(kāi)啟偏振模式和設(shè)置追跡光線數(shù)量；開(kāi)啟偏振模式指光線追跡時(shí)采用的是偏振 光線追跡而非普通光線追跡；設(shè)置追跡光線數(shù)量指偏振光線追跡時(shí)光線的條數(shù)設(shè)置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光刻投影物鏡偏振仿真分析方法，其特征在于：數(shù)據(jù)處 理包括偏振類型數(shù)據(jù)化、偏振方向數(shù)據(jù)化、X和Y方向強(qiáng)度大小計(jì)算、偏振度大小計(jì)算；偏振 類型數(shù)據(jù)化指用數(shù)據(jù)來(lái)代表偏振類型，O代表線性偏振，1表示圓偏振，O到1之間表示橢圓 偏振；偏振方向數(shù)據(jù)化指輸出光線振動(dòng)方向與Y軸的夾角，單位度；X和Y方向強(qiáng)度大小計(jì) 算指按照菲涅耳反射和透射原理進(jìn)行光線追跡，最終到達(dá)像面上X和Y方向強(qiáng)度大??；偏振 度計(jì)算指計(jì)算輸出每一根光線的偏振度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光刻投影物鏡偏振仿真分析方法，其特征在于：結(jié)果判 斷包括判斷輸出結(jié)果是否滿足光刻曝光光學(xué)系統(tǒng)偏振指標(biāo)要求，如不滿足曝光光學(xué)系統(tǒng)偏 振指標(biāo)要求，需要修改仿真條件，獲取不同仿真條件下的數(shù)據(jù)處理結(jié)果；該光刻投影物鏡偏 振仿真分析方法是基于菲涅耳反射和透射理論、CODEV軟件，編寫宏語(yǔ)言的基礎(chǔ)上完成仿真 分析。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光刻投影物鏡偏振仿真分析方法，解決了高NA光刻技術(shù)中輸入偏振光束經(jīng)光刻投影物鏡作用后光束偏振度是否滿足光刻曝光系統(tǒng)指標(biāo)要求。該偏振仿真分析方法主要包括設(shè)置仿真條件、光線追跡、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果判斷四個(gè)步驟。通過(guò)仿真分析獲得數(shù)據(jù)，為膜系設(shè)計(jì)、材料特性選擇、光刻投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和依據(jù)。該偏振分析方法基于菲涅耳反射和透射理論、光線追跡和CODEV軟件，具有實(shí)時(shí)性、直觀性、操作簡(jiǎn)單、修改仿真條件方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G03F7-20
【公開(kāi)號(hào)】CN104865799
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510245397
【發(fā)明人】范真節(jié), 邢廷文, 林嫵媚, 廖志杰, 張海波
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月14日