基于斜入射校正的极紫外光刻掩模衍射谱仿真方法与流程

本发明涉及极紫外光刻掩模，特别是一种基于斜入射校正方法的极紫外光刻掩模衍射谱的快速仿真方法。

背景技术：

极紫外光刻技术(euvl)是极具应用前景的下一代光刻技术，即将被用于7nm及以下节点的芯片大规模量产制造中。它采用波长为13.5nm的曝光光源，单次曝光的分辨率大于传统的深紫外光刻技术(duvl)。由于大多数材料对13.5nm极紫外光存在较强的吸收作用，因此极紫外光刻技术采用了反射式的掩模以及反射式的光学系统，同时照明光源存在6°大小的主入射角。这些不同于duvl的设计带来了特有的掩模3d效应，例如和掩模图形有关的最佳焦面偏移效应以及阴影效应等，从而降低光刻成像质量。随着技术节点的减小，这些3d效应会更加明显，此时通过hopkins近似将正入射条件下的掩模衍射计算结果进行简单频移来得到倾斜照明条件下的掩模衍射结果已经不够精确，因此需要考虑入射角对掩模衍射谱的影响。

严格电磁场仿真通常被认为具有最高的仿真精度，常见的严格仿真方法如时域有限差分法(fdtd)(参见在先技术1，t.pistor，y.deng，anda.neureuther，“extremeultravioletmaskdefectsimulation：low-profiledefects”，j.vac.sci.technol.b18，2926-2929(2000))，波导法(wg)(参见在先技术2，peterevanschitzkyandandreaserdmann，“fastnearfieldsimulationofopticalandeuvmasksusingthewaveguidemethod”，proc.spievol.6533，65330y(2007))等将euv掩模按照一定的分解策略划分成网格结构，通过求解maxwell方程组，得到照明光经过掩模后的电磁场分布。严格仿真虽然精度高，但需要消耗大量的计算资源和时间，无法应用于大面积掩模仿真优化研究中。为此，一系列简化的快速仿真模型被提出。针对极紫外光刻的m3d+模型(参见在先技术3，pengliu，xiaoboxie，weiliu，keithgronlund，“fast3dthickmaskmodelforfull-chipeuvlsimulations”，proc.spie8679，extremeultraviolet(euv)lithographyiv，86790w(1april2013))和基于域分解算法的edge-ddm模型(参见在先技术4，michaelc.lam，kostasadam，davidfryer，christianzuniga，haiqingwei，michaeloliver，chrish.clifford，“accurate3demfmaskmodelforfull-chipsimulation”，proc.spie8683，opticalmicrolithographyxxvi，86831d(12april2013))均通过提前计算并存储各种情况下掩模衍射近场数据，应用时通过查表得到相应结果。上述两种模型虽然精度较高，但都需要提前存储大量数据，没有研究不同入射角下掩模衍射计算结果的变化规律，应用时对于数据库中没有的条件需要重新通过严格仿真计算。研究人员提出了一种基于边界点脉冲修正和掩模结构分解的euv掩模模型(参见在先技术5，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(07)：53-57)，研究了掩模衍射谱的解析表达式，模型物理意义清晰，计算速度快，但由于模型中将边界点脉冲设置为常数，无法完全体现入射角变化对掩模衍射计算结果的影响，在掩模图形尺寸和周期变小时计算误差增大。此外，有人提出了一种基于变量分离分解法的euv接触孔掩模衍射谱计算方法(参见在先技术6，张恒，李思坤，王向朝，“基于变量分离分解法的极紫外光刻三维掩模快速仿真方法”，光学学报，2017，37(05)：43-51)，通过将二维掩模分解为x,y方向两个一维掩模，分别使用严格仿真方法计算衍射谱，并计算克氏积得到掩模的二维衍射谱，大大加快了仿真速度，但由于变量分离的原理，该技术只能计算具有对称性的矩形开孔图形的掩模，具有一定的局限性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于斜入射校正的极紫外光刻掩模衍射谱快速仿真方法，提高在任意角度入射情况下的衍射谱仿真精度。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于斜入射校正的极紫外光刻掩模衍射谱快速仿真方法，该方法包括如下步骤：

1)仿真掩模吸收层的衍射谱：

入射光进入吸收层后，传播至吸收层等效薄层发生衍射，各级次衍射光传播至吸收层下表面得到吸收层衍射谱。

在等效薄层处发生衍射时，衍射谱分布为：

其中，m为衍射级次。

其中，l为图形周期，w为图形宽度，x0为图形偏移量。

其中，ta为吸收层背景透过率，tb为图形区域透过率，a为修正点脉冲，这三项参数通过快速方法cl法(请参见在先技术5，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(07):53-57)得到。

其中，f(θinc,θm)，g(θinc,θm)为与等效入射角和衍射角有关的补偿函数，通过提前对特定宽度和周期的掩模进行严格仿真得到。

其中，等效入射角计算公式为：衍射角计算公式为

其中θangle为入射光(6)与z轴夹角，θazimuth为入射光(6)投影于xoy平面后与x轴的夹角，λ为入射光(6)的波长。

最终掩模吸收层的衍射谱为：

其中，dabs为吸收层厚度，为入射光从吸收层上表面到达等效薄层的相位量。

其中，bm为等效薄层处衍射后的衍射谱。

其中，为衍射光从等效薄层传播到吸收层下表面的相位量。

其中，θmz为m级次的衍射光与z轴的夹角。

2)仿真多层膜反射系数的幅值和相位：

将多层膜近似为多层膜等效平面镜，对光的作用可以表示为：

其中r(θmz)表示反射系数。

其中，θmz为m级次的衍射光与z轴的夹角。

其中，r为反射率幅度，为反射率相位，二者均和θmz有关，通过提前对严格仿真方法获得的数据进行插值得到。

最终通过多层膜反射后的衍射谱为：

bml(θmz)＝bm(θangle,θmz)×r(θmz)

其中，bm(θangle,θm)表示经过吸收层衍射后的衍射谱，θangle为入射角，θmz为m级次的衍射光与z轴的夹角。

3)仿真掩模衍射谱：

经过多层膜反射后的光再次经过吸收层衍射，得到全掩模的衍射谱：

b(θm)＝∫bm(θn,θm)bml(θn)dθn

其中，b(θm)表示最终的掩模衍射谱，θm为掩模各级次衍射光的衍射角。

其中，bml(θn)表示经过多层膜反射后的衍射谱，θn为各级次反射光与z轴的夹角。

其中，b(θn,θm)为第二次经过吸收层的衍射谱。

其中，补偿函数通过以下步骤获得：

设定掩模线空图形周期为1000nm，图形宽度为500nm，偏移量为0nm。

等效入射角θinc在-40°～40°范围内每间隔1°进行取值，采用严格仿真rcwa方法得到吸收层衍射谱br。

采用快速方法cl法得到吸收层衍射谱bc以及吸收层背景透过率ta，图形区域透过率tb和修正点脉冲a。

则补偿函数为：

其中，m为衍射级次，br_odd，br_even分别为br的奇数级次和偶数级次，bc_odd，bc_even分别为bc的奇数级次和偶数级次。

其中，f(θinc,θm)和g(θinc,θm)为补偿函数的幅值，和为补偿函数的相位。

与在先技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明对入射光线斜入射情况的各个衍射级次进行了校正，在掩模图形尺寸缩小，hopkins频移不再完全正确的条件下大大降低了各个级次衍射谱的仿真误差。

2、本发明基于斜入射校正，实现了任意曼哈顿图形掩模的衍射谱快速仿真。

附图说明

图1为本发明极紫外光刻掩模结构示意图

图2为本发明所采用的极紫外光刻掩模图形示意图。

图3为本发明实施例采用的极紫外光刻掩模图形在斜入射校正前后各级次的衍射谱幅度误差，(a)为斜入射校正前结果；(b)为斜入射校正后结果。

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。

本发明采用的极紫外光刻掩模的结构参见图1，包括吸收层1、多层膜2和基底3，本发明采用的掩模线空图形示意图参见图2，包括图形周期8、图形宽度9和图形偏移量10。

具体步骤如下：

1)仿真掩模吸收层的衍射谱：

设置线空图形周期8为l＝1000nm，图形宽度9为w＝500nm，偏移量10为x0＝0nm。

设置照明主入射角θangle＝6°，方位角θazimuth＝0°，照明波长λ＝13.5nm，偏振态为te偏振态。

其中，θangle为入射光6与z轴夹角，θazimuth为入射光6投影于xoy平面后与x轴的夹角，λ为入射光6的波长。

采用严格仿真rcwa方法得到吸收层衍射谱br。

采用快速方法cl法(请参见在先技术5，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(07):53-57)得到吸收层1衍射谱bc以及吸收层1的背景透过率ta，图形区域9的透过率tb和修正点脉冲a。

则补偿函数为：

其中，m为衍射级次，取值为之间的整数，l为图形周期8，λ为照明波长。

其中，等效入射角计算公式为：衍射角计算公式为

其中，br_odd，br_even分别为br的奇数级次和偶数级次，bc_odd，bc_even分别为bc的奇数级次和偶数级次。

其中，f(θinc,θm)和g(θinc,θm)为补偿函数的幅值，和为补偿函数的相位。

设置线空图形周期8为120nm，图形宽度9分别为60nm，70nm，80nm，90nm，图形偏移量10为0nm。

入射光进入吸收层1后，传播至吸收层等效薄层4发生衍射，各级次衍射光传播至吸收层下表面得到吸收层衍射谱。

发生衍射时，衍射谱分布为：

其中，l为图形周期8，w为图形宽度9，x0为图形偏移量10。

其中，m为衍射级次，取值为之间的整数。

其中，ta为吸收层1背景透过率，tb为图形区域9透过率，a为修正点脉冲，这三项参数通过上述快速方法cl法得到。

其中，f(θinc,θm)，g(θinc,θm)为与等效入射角和衍射角有关的补偿函数。

最终掩模吸收层1的衍射谱为：

其中，dabs为吸收层厚度，为70nm，为入射光从吸收层上表面到达等效薄层4的相位量。

其中，bm为等效薄层4处衍射后的衍射谱。

其中，为衍射光从等效薄层4传播到吸收层下表面的相位量。

其中，θmz为m级次的衍射光与z轴的夹角。

2)仿真多层膜反射系数的幅值和相位：

将多层膜2近似为多层膜等效平面镜5，对光的作用可以表示为：

其中，r(θmz)表示反射系数。

其中，θmz为m级次的衍射光与z轴的夹角。

其中，r为反射率幅度，为反射率相位，二者均和θmz有关，通过提前对严格仿真方法获得的数据进行插值得到。

最终通过多层膜2反射后的衍射谱为：

bml(θmz)＝bm(θangle,θmz)×r(θmz)

其中，bm(θangle,θm)表示经过吸收层1衍射后的衍射谱，θangle为入射角，θmz为m级次的衍射光与z轴的夹角。

3)仿真掩模衍射谱：

经过多层膜2反射后的光再次经过吸收层1衍射，得到全掩模的衍射谱：

b(θm)＝∫bm(θn,θm)bml(θn)dθn

其中，b(θm)表示最终的掩模衍射谱，θm为掩模各级次衍射光的衍射角。

其中，bml(θn)表示经过多层膜反射后的衍射谱，θn为各级次反射光与z轴的夹角。

其中，b(θn,θm)为第二次经过吸收层的衍射谱。

在本实施例中，对于采用的掩模图形，图形宽度9分别为60nm,70nm,80nm,90nm时，衍射谱误差的平均值分别下降了80.86％，93.81％，62.89％，85.05％；方差分别下降了50.67％，54.13％，39.78％，49.05％。采用本方法后衍射谱的仿真精度大大提升。

以上所述只是本发明的一个具体实施例，该实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的保护范围之内。