[发明专利]带辅助线条的双层衰减相移接触孔掩模衍射场的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带辅助线条的双层衰减相移接触孔掩模衍射场的计算方法，属于光刻分辨率增强技术领域。

背景技术

半导体产业的飞速发展，主要得益于微电子技术的微细加工技术的进步，而光刻技术是芯片制备中最关键的制造技术之一。由于光学光刻技术的不断创新，它一再突破人们预期的光学曝光极限，使之成为当前曝光的主流技术。

光刻系统主要分为：照明系统(光源)、掩模、投影系统及晶片四部分。光入射到掩模上发生衍射，衍射光进入投影系统后在晶圆上干涉成像，再经过显影和蚀刻处理后，就将图形转移到晶圆上。

掩模上的结构比较复杂，按照在各方向上的周期性，掩模可以分成一维、二维图形。一维图形仅在一个方向上具有周期性，比较简单，常见的线条/空间(Line/Space)结构就是一维图形。二维图形在两个方向上都具有周期性，是一些较复杂的几何图形，与实际器件结构更为接近。接触孔(Contact Hole)、L图形、拼接图形及H图形都是二维结构。另外，按照图形密度又可以分为密集图形、半密集图形和孤立图形三类。

为了改善半密集、孤立结构的焦深，我们需要添加一些辅助线条。辅助线条(衬线)主要是利用在掩模上添加亚分辨辅助线条(Sub-Resolution Assist Feature，SRAF)改变其空间像的光场分布，使孤立结构的空间像能和密集结构的空间像具有相同的宽度，以达到校正邻近效应的目的。

这些亚分辨辅助线条包括各种衬线和散射条。衬线和散射条的宽度及其与主特征图形的距离较为重要，需要根据具体情况进行优化，以期通过散射条影响位相频谱的变化实现对空间像的轮廓调节。这些散射条或衬线通过改善图形频谱中各种频率成分的能量和位相分布，有效地调整空间像的光强分布，而不会在抗蚀剂上形成图形，能起到改善线宽偏差，强化边角轮廓和增加曝光焦深的作用。

为了更好地理解上述过程发生的物理机理，需要建立模型，并模拟仿真光在其中的传播。且光刻仿真已经成为发展、优化光刻工艺的重要工具。模拟仿真掩模衍射主要有两种方法：基尔霍夫方法(Kirchhoff approach)及严格的电磁场方法(Rigorous electromagnetic field)。Kirchhoff方法将掩模当成无限薄的，透过电场的幅值、相位直接由掩模布局(mask layout)决定。在二元掩模(binary masks，BIM)中，透光区域的光强为1，相位为0，不透光区域光强为0。在6％衰减相移掩模(attenuated phase shift masks，Att.PSM)中，部分透光区透过率为6％且产生180°的相移，无吸收层区域透过率为1相移为0。Kirchhoff方法的主要特点是掩模不同区域的强度、相位变化很陡直。

当掩模特征尺寸远大于波长，且厚度远小于波长时候，光的偏振特性不明显，此时Kirchhoff近似是十分精确的。由于掩模的辅助线条比波长更小，掩模厚度也达到波长量级，再加上采用大数值孔径(Numerical Aperture，NA)的浸没式光刻，光的偏振效应十分明显，必须采用严格的电磁场模型来模拟带辅助线条的掩模的衍射。

严格的电磁场模型完全考虑了掩模的3D(Three Dimensional)效应及材料的影响。采用的数值方法主要包括：时域有限差分法(finite-difference time domain method，FDTD)、严格耦合波法(rigorous coupled wave analysis，RCWA)、波导法(the waveguide method，WG)及有限元法(finite element methods，FEM)。FDTD中，将麦克斯韦(Maxwell)方程在空间、时间上进行离散化，这些离散化的方程对时间进行积分就得到了掩模衍射场，解的精度取决于离散化时步长的大小。RCWA及WG是将掩模电磁场、介电常数进行Fourier级数展开得到特征值方程，再通过求解特征值方程得到问题的解，解的精度取决于Fourier展开时的阶数。FEM比较复杂，理解起来也很困难，并不十分流行。通过这些严格的电磁场模型，要么得到掩模近场的幅值、相位，要么直接得到远场衍射光的幅值、相位。严格电磁场模型表明，掩模透过区域与不透过区域透过电场幅值、相位变化不再那么陡直。