基于变量分离理论的光刻成像快速计算方法研究

发布时间：2020-07-10 19:16

【摘要】：随着集成电路和半导体技术的发展,光刻图形的关键尺寸达到所采用照明光源波长以下。因此光刻成像系统会产生光学临近效应,从而导致硅片上所成的曝光图形与所采用的掩模板图形相比有一定畸变。光学临近校正正是为了克服这种效应而提出的一种分辨率增强技术。光学临近效应校正技术的过程主要包括两部分：光刻系统成像模型以及逆向优化模型。逆向优化是一个反复迭代的过程,每次迭代都需要调用光刻成像模型,这就要求光刻成像模型的计算必须是快速高效的。随着光刻工艺节点的不断降低,集成电路的特征尺寸对光刻工艺参数的变化非常敏感。当成像系统数值孔径较小时,离焦、曝光剂量、波像差等工艺参数对成像质量影响较大,可以利用标量成像理论对这些参数进行仿真分析；而当成像系统的数值孔径较大时,需要利用矢量成像模型进行仿真计算,为了保证光刻成像的计算精度,此时应考虑更多的工艺参数,如厚掩模的入射角参数和光刻胶中的径向位置参数等。传统的一些基于Hopkins或Abbe成像原理的快速计算简化模型都是在最佳工艺参数下进行的,如果工艺参数改变,这些简化模型都需要重复非常耗时的特征值分解和卷积计算。鉴于此,本学位论文从光刻成像的物理本质出发,提出将数学物理方法中的变量分离法应用到光刻成像计算中来,作为处理光刻工艺参数变化的最基础理论。通过变量分离法,可以对光刻成像的计算公式进行改编,使公式的一部分只包含一个变量,而其余部分与此变量无关。从第一性原理出发,严格推导出一种可以处理连续变化工艺参数的光刻成像快速计算新方法。针对不同光刻工艺参数下的光刻成像,本论文在标量成像和矢量成像层面分别做了研究。具体内容包括：提出卷积变量分离的新概念,在不牺牲计算精度的情况下,可以高效计算工艺参数改变后的标量成像分布。该方法首先利用低通滤波函数对光源互强度进行滤波,然后采用奇异值分解方法对滤波后的光源互强度进行特征值分解,最后根据变量分离法把光瞳函数表示为一系列级数和的形式。利用分解后的光源互强度和光瞳函数推导出光刻成像计算的一种极为简练的级数和表达形式。其中,加权系数只与工艺参数有关,基函数涉及卷积计算,因而非常耗时。由于基函数与工艺参数无关,可以事先计算并存储起来。当工艺参数改变时,只需把加权系数与事先计算好的基函数相乘并求和,即可得到预期的成像结果。提出了一种基于变量分离法的厚掩模透过函数表征方法,该厚掩模表征方法可以快速处理多个入射角参数情况下厚掩模近场分布。该方法利用泰勒展开式推导出厚掩模透过函数的级数表征形式,从而建立入射角与掩模透过函数之间的某种显式解析表达式,进而发展相应的快速算法。在多个入射角参数下厚掩模透过函数模型的基础上提出光刻矢量成像快速计算模型,实现部分相干光源多入射角条件下成像的快速计算。在矢量成像计算模型的基础上,为满足光刻胶多层介质中三维成像仿真计算速度的需求,提出一种光刻胶多层薄膜介质三维成像快速计算新模型。通过对偏振光在光刻胶中的传播进行深入的研究,推导出严格的光刻胶成像模型,并在该严格模型的基础上,提出了一种基于变量分离法的光刻胶成像的级数表征方法,从而实现光刻胶不同深度位置处成像的快速计算。为了验证所提出的标量及矢量成像快速计算理论与方法的有效性,在工艺参数连续取值变化设置下利用商业软件进行对比分析。大量仿真分析结果表明,本论文提出的光刻成像计算精度达到10-3数量级,且在成像计算速度方面比传统的计算方法具有明显的优势。因此,本论文所提出的理论与方法可以为光学临近校正技术的应用作出指导,为进一步提高光学光刻分辨力提供新方法。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN305.7

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