[发明专利]一种定量计算等离子体超衍射光刻工艺中线边缘粗糙度的解析方法及装置

说明书

本发明公开一种定量计算等离子体超衍射光刻工艺中线边缘粗糙度的解析方法及装置，涉及半导体制造领域。方法包括：基于等离子体超衍射光刻中光源在聚焦元件开口处的场强分布数据，确定光源的理论点扩展函数；基于点映射图形确定点映射图形的多个横向点宽值；基于理论点扩展函数和多个横向点宽值，分别确定多个横向点宽值对应的实际点扩展函数；基于衰减常数和实际点扩展函数确定线图形的实际线扩展函数；基于线边缘粗糙度改变值、线图形的曝光剂量、近场光刻胶对比度和线图形的图形对数斜率关系确定等离子体超衍射光刻的线边缘粗糙度理论解析公式，本发明中所提出的线边缘粗糙度的解析方法极大地提高了表面等离子体超衍射光刻技术的实际应用性。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种定量计算等离子体超衍射光刻工艺中线边缘粗糙度的解析方法及装置。

背景技术

表面等离子体(Surface Plasmon，SP)超衍射光刻技术是一种可突破衍射极限的纳米光学光刻技术，主要是利用蝴蝶结纳米孔径(Bowtie nano-aperture，BNA)结构，在紫外光源的曝光条件下，产生表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)模式及类球形波(Quasi-spherical Waves，QSWs)衍射场，将曝光图形传递到光刻胶(Photoresist，PR)内进而实现超分辨率成像。作为一种高分辨率、低成本的纳米光学加工新技术，SP超衍射光刻技术已验证具有约为10nm的分辨率，并因其具有良好的纳米特征尺寸可控性和可伸缩性，已成功获得从一维到三维的多种表面微纳结构加工结果。此外，基于SP超衍射光刻技术近场成像的特性，通过调节近场倏逝波引起的邻近效应，提出了一种光学邻近效应修正方法，极大地提高了曝光图形的质量。然而，随着集成电路中对纳米结构器件的尺寸及质量的要求越来越高，纳米光刻技术的节点也降低到20nm以下，在如此小的特征尺寸(Critical Dimension，CD)范围内，曝光图形的线边缘粗糙度(Line EdgeRoughness，LER)成为了SP超衍射光刻技术中亟待解决的重要问题。

LER指的是光刻胶表面曝光图形的边缘粗糙度，一般情况下，LER不会随着曝光图形特征尺寸的减小而自动缩小。在微纳结构器件的加工中，由于LER不仅可以显著降低微纳结构器件的实际性能，而且会随着特征尺寸的缩小严重的限制光刻工艺的分辨率和保真度，因此，为了提高微纳结构器件的质量及其在实际应用中的性能，需要对光刻工艺中曝光图形的LER进行测量，并制定相应的LER减小方案。

目前通常通过蒙特卡洛模拟确定曝光图形的LER，蒙特卡洛模拟作为一种广泛应用的数学随机模型方法，在对纳米光刻工艺中LER的产生机理进行探究以及近似计算时是非常有用的。主要是由于蒙特卡洛模拟方法可以实现对曝光图形任意特征尺寸的LER值进行近似计算，并能针对纳米光刻各个工艺步骤中(曝光、显影、测量、刻蚀)可能产生LER的随机机制进行严格地建模分析。

但是，由于蒙特卡洛方法在执行时需要对每个随机步骤进行大量的运行，才能提供出正确的统计学结果，导致其存在着执行时间较长的缺陷，无法应用于大面积图形曝光，更重要的是，由于蒙特卡洛模拟是基于一系列的参数设定及大量的统计数据，往往也会导致一些LER产生的物理原因被忽略，导致并未对LER的产生机理及理论计算开展深入研究，不能够得到准确、可靠地评估SP超衍射光刻LER。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定量计算等离子体超衍射光刻工艺中线边缘粗糙度的解析方法及装置，以解决现有的能够得到准确、可靠地评估表面等离子体超衍射光刻线边缘粗糙度的问题。

第一方面，本发明提供一种定量计算等离子体超衍射光刻工艺中线边缘粗糙度的解析方法，所述方法包括：

基于等离子体超衍射光刻中光源在聚焦元件开口处的场强分布数据，确定所述光源的理论点扩展函数；

基于所述等离子体超衍射光刻中光源在光刻胶表面的点映射图形，通过原子力显微镜确定所述点映射图形的多个横向点宽值；