一种光刻投影物镜偏振仿真分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种偏振仿真分析方法，特别设及光刻投影物镜中偏振仿真分析，属 于光刻偏振技术领域。
【背景技术】
[0002] 光学投影曝光技术自1978年诞生W来，先后经历了g线、i线、248皿、193皿等几 个技术发展阶段。从出现至今的短短几十年的时间里，受到社会信息化进程的强烈牵引，与 光学投影曝光技术相关的集成电路先后经历了小规模、超大规模直至极大规模等几个发展 阶段，极大规模集成电路已经成为高技术领域发展的基石，从卫星、火箭等航空航天领域， 到雷达、激光制导导弹国防领域，W及人们日常生活的各个领域都离不开极大规模集成电 路，它不仅是主要的信息处理器件，同时也发展成为信息存储的重要载体之一。把越来越多 的晶体管电路元件集成在娃片上，一直是国际微电子工业界不懈追求的目标。因此，减小集 成电路最小线宽尺寸是提高存储能力的重要手段。在加工制造集成电路的设备很多，光刻 机是目前技术最成熟的设备。光刻机的核屯、部件是投影曝光光学系统，该系统最重要的组 成部分是照明系统和投影物镜系统。照明系统主要功能是为掩模面提供均匀照明、控制曝 光剂量和实现照明模式。随着半导体工业和纳米技术的发展，对新一代具有纳米级超精密 图形分辨力的光刻技术的需求显得更加迫切。实践证明，在发展短波长和高数值孔径的同 时，采用诸如离轴照明、移相掩模、光学邻近效应校正、光瞳滤波等分辨力增强技术，将上述 几种技术有机地结合起来，对于延伸现有光学光刻技术分辨力将起到重要的作用。
[0003] 然而随着数值孔径的增大和曝光波长的缩短，基于偏振性的矢量衍射效应对光刻 图形质量的影响越来越大。当光刻的最小特征尺寸接近和低于曝光波长时，将导致P和S 两种偏振光通过掩模的透过率不同，另外两种偏振光在光刻胶层面的透过率和反射率不 同，导致曝光剂量不均匀，且该种由P和S偏振光导致的曝光剂量不均匀可W达到20 %。 施加到光致抗蚀剂层的图像的分辨率随着投影物镜数值孔径（NA)的增大而提高，光线在 光学系统中入射角度也随着增大，单纯的几何光线追迹计算像差的方法就难W满足精度要 求，须考虑系统的偏振引起的偏振像差。所W，当线宽尺寸在65nm及W下节点时，光的偏振 性对光刻分辨率影响显著，要使用偏振器件使入射光束转化成特定偏振光参与成像。照明 偏振的作用是产生与曝光图形特征相适应的偏振模式，使空间成像对比度最大化。光刻投 影物镜材料的双折射特性、膜层、镜头表面不同入射角本身影响着输入光束的偏振特性，因 此，在光学镜头设计、膜系设计、材料选择确定后，需要仿真镜头本身对偏振性能的影响，通 过仿真确认设计是否满足偏振性能指标要求，本发明即提供一种光刻投影物镜偏振仿真分 析方法，解决高NA偏振技术中光刻投影物镜镜头加工锻膜前偏振性能是否满足指标要求。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题为；提供一种光刻投影物镜偏振仿真分析方法，解决高NA 光刻技术中输入偏振光束经光刻投影物镜作用后光束偏振度是否满足光刻曝光系统指标 要求。
[0005] 本发明采用的技术方案为；一种光刻投影物镜偏振仿真分析方法，该偏振仿真分 析方法包括设置仿真条件、光线追迹、数据处理、结果判断四个步骤，其中，
[0006]设计仿真条件步骤包括输入偏振模式选择、输入光束偏振度、偏振态描述方式选 择、膜系加载、材料特性加载、视场点选择；
[0007] 光线追迹步骤包括开启偏振模式和设置追迹光线数量；
[0008] 数据处理包括偏振类型数据化、偏振方向数据化、X和Y方向强度大小计算、偏振 度大小计算；
[0009]结果判断步骤包括判断输出结果是否满足光刻曝光光学系统偏振指标要求，如不 满足曝光光学系统偏振指标要求，需要修改仿真条件，获取不同仿真条件下的数据处理结 果。该光刻投影物镜偏振仿真分析方法是基于菲涅耳反射和透射理论、C0DEV软件，编写宏 语言的基础上完成仿真分析。
[0010] 本发明与现有技术相比具有W下优点：
[0011] 1、实时性，设置仿真条件、光线追迹、数据处理和分析=个步骤均在计算机中完 成，时间取决于计算机的运算速度，通常在几秒内获得最终数据。
[0012] 2、直观性，通过仿真分析，可W获得不同视场点经过光刻投影物镜光学作用后偏 振性能的变化，并通过二维图形的形式输出。
[0013]3、修改仿真条件方便，针对不同的仿真条件，可W快速输出不同的数据结果，方便 进行数据对比和分析。
[0014] 4、成本低，通过该偏振仿真分析方法可W获取大量关于光刻投影物镜偏振性能方 面的数据，有利于在加工前通过改进光学设计和膜系设计提高偏振性能，大大降低了成本。
【附图说明】
[0015] 图1为偏振仿真分析流程图；
[0016] 图2为光学系统坐标和表面局部坐标图；
[0017] 标号说明；1-入射光线、2-折射光线、3-法线。
【具体实施方式】
[001引为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明作进 一步说明。
[0019]图1为偏振仿真分析流程图，该光刻投影物镜偏振仿真分析方法主要包括设置仿 真条件、光线追迹、数据处理、结果判断四个步骤。第一步设计仿真条件包括输入偏振模式 选择、输入光束偏振度、偏振态描述方式选择、膜系加载、材料特性加载、视场点选择。输入 偏振模式选择指输入光束的偏振模式，常用输入为线偏振模式、部分偏振模式（包括左旋 和右旋输入）、非偏振模式。输入光束偏振度指输入光束的偏振度大小，值为0到1之间。偏 振态描述方式选择指选择偏振的描述方式，常用的有斯托克斯矢量输入和琼斯矢量输入。 膜系加载指将设计好的膜系加载到每一透镜或者反射镜表面上。材料特性加载指加载材料 的双折射特性参数。视场点选择指确定输入光瞳面上待仿真分析的视场点。第二步光线追 迹主要包括开启偏振模式和设置追迹光线数量。开启偏振模式指光线追迹时采用的是偏振 光线追迹而非普通光线追迹。设置追迹光线数量指偏振光线追迹时光线的条数设置。第= 步数据处理包括偏振类型数据化、偏振方向数据化、X和Y方向强度大小计算、偏振度大小 计算。偏振类型数据化指用数据来代表偏振类型，0代表线性偏振，1表示圆偏振，0到1之 间表示楠圆偏振。偏振方向数据化指输出光线振动方向与Y轴的夹角，单位度。X和Y方向 强度大小计算指按照菲涅耳反射和透射原理进行光线追迹，最终到达像面上X和Y方向强 度大小。偏振度计算指计算输出每一根光线的偏振度。第四步结果判断包括判断输出结果 是否满足光刻曝光光学系统偏振指标要求，如不满足曝光光学系统偏振指标要求，需要修 改仿真条件，获取不同仿真条件下的数据处理结果。该光刻投影物镜偏振仿真分析方法是 基于菲涅耳反射和透射理论、CODEV软件，编写宏语言的基础上完成仿真分析。
[0020] 图2为光学系统坐标和表面局部坐标图，光线经过界面后，其偏振态的改变可用 琼斯矩阵的方法计算。输入光束为
【主权项】
1. 一种光刻投影物镜偏振仿真分析方法，其特征在于：该偏振仿真分析方法包括设置 仿真条件、光线追迹、数据处理、结果判断四个步骤，其中： 设置仿真条件步骤包括输入偏振模式选择、输入光束偏振度、偏振态描述方式选择、膜 系加载、材料特性加载、视场点选择； 光线追迹步骤主要包括开启偏振模式和设置追迹光线数量； 数据处理步骤包括偏振类型数据化、偏振方向数据化、X和Y方向强度大小计算、偏振 度大小计算； 结果判断步骤包括偏振度大小、偏振类型、偏振方向是否满足曝光光刻系统偏振指标 要求，当不满足光刻曝光光学系统偏振指标时，需要重新进行膜系设计和优化、重新选择镜 头材料、光刻投影物镜镜头优化。
2. 根据权利要求1所述的一种光刻投影物镜偏振仿真分析方法，其特征在于：设计仿 真条件包括输入偏振模式选择、输入光束偏振度、偏振态描述方式选择、膜系加载、材料特 性加载、视场点选择；输入偏振模式选择指输入光束的偏振模式，常用输入为线偏振模式、 部分偏振模式、非偏振模式；部分偏振模式包括左旋和右旋输入；输入光束偏振度指输入 光束的偏振度大小，值为O到1之间；偏振态描述方式选择指选择偏振的描述方式，常用的 有斯托克斯矢量输入和琼斯矢量输入；膜系加载指将设计好的膜系加载到每一透镜或者反 射镜表面上；材料特性加载指加载材料的双折射特性参数；视场点选择指确定输入光瞳面 上待仿真分析的视场点。
3. 根据权利要求1所述的一种光刻投影物镜偏振仿真分析方法，其特征在于：光线追 迹步骤包括开启偏振模式和设置追迹光线数量；开启偏振模式指光线追迹时采用的是偏振 光线追迹而非普通光线追迹；设置追迹光线数量指偏振光线追迹时光线的条数设置。
4. 根据权利要求1所述的一种光刻投影物镜偏振仿真分析方法，其特征在于：数据处 理包括偏振类型数据化、偏振方向数据化、X和Y方向强度大小计算、偏振度大小计算；偏振 类型数据化指用数据来代表偏振类型，O代表线性偏振，1表示圆偏振，O到1之间表示椭圆 偏振；偏振方向数据化指输出光线振动方向与Y轴的夹角，单位度；X和Y方向强度大小计 算指按照菲涅耳反射和透射原理进行光线追迹，最终到达像面上X和Y方向强度大小；偏振 度计算指计算输出每一根光线的偏振度。
5. 根据权利要求1所述的一种光刻投影物镜偏振仿真分析方法，其特征在于：结果判 断包括判断输出结果是否满足光刻曝光光学系统偏振指标要求，如不满足曝光光学系统偏 振指标要求，需要修改仿真条件，获取不同仿真条件下的数据处理结果；该光刻投影物镜偏 振仿真分析方法是基于菲涅耳反射和透射理论、CODEV软件，编写宏语言的基础上完成仿真 分析。
【专利摘要】本发明提供一种光刻投影物镜偏振仿真分析方法，解决了高NA光刻技术中输入偏振光束经光刻投影物镜作用后光束偏振度是否满足光刻曝光系统指标要求。该偏振仿真分析方法主要包括设置仿真条件、光线追迹、数据处理、结果判断四个步骤。通过仿真分析获得数据，为膜系设计、材料特性选择、光刻投影物镜光学系统设计提供指导和依据。该偏振分析方法基于菲涅耳反射和透射理论、光线追迹和CODEV软件，具有实时性、直观性、操作简单、修改仿真条件方便、成本低等优点。
【IPC分类】G03F7-20
【公开号】CN104865799
【申请号】CN201510245397
【发明人】范真节, 邢廷文, 林妩媚, 廖志杰, 张海波
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月14日