【摘要】：隨著集成電路和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,光刻圖形的關(guān)鍵尺寸達(dá)到所采用照明光源波長(zhǎng)以下。因此光刻成像系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生光學(xué)臨近效應(yīng),從而導(dǎo)致硅片上所成的曝光圖形與所采用的掩模板圖形相比有一定畸變。光學(xué)臨近校正正是為了克服這種效應(yīng)而提出的一種分辨率增強(qiáng)技術(shù)。光學(xué)臨近效應(yīng)校正技術(shù)的過(guò)程主要包括兩部分：光刻系統(tǒng)成像模型以及逆向優(yōu)化模型。逆向優(yōu)化是一個(gè)反復(fù)迭代的過(guò)程,每次迭代都需要調(diào)用光刻成像模型,這就要求光刻成像模型的計(jì)算必須是快速高效的。隨著光刻工藝節(jié)點(diǎn)的不斷降低,集成電路的特征尺寸對(duì)光刻工藝參數(shù)的變化非常敏感。當(dāng)成像系統(tǒng)數(shù)值孔徑較小時(shí),離焦、曝光劑量、波像差等工藝參數(shù)對(duì)成像質(zhì)量影響較大,可以利用標(biāo)量成像理論對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行仿真分析；而當(dāng)成像系統(tǒng)的數(shù)值孔徑較大時(shí),需要利用矢量成像模型進(jìn)行仿真計(jì)算,為了保證光刻成像的計(jì)算精度,此時(shí)應(yīng)考慮更多的工藝參數(shù),如厚掩模的入射角參數(shù)和光刻膠中的徑向位置參數(shù)等。 傳統(tǒng)的一些基于Hopkins或Abbe成像原理的快速計(jì)算簡(jiǎn)化模型都是在最佳工藝參數(shù)下進(jìn)行的,如果工藝參數(shù)改變,這些簡(jiǎn)化模型都需要重復(fù)非常耗時(shí)的特征值分解和卷積計(jì)算。鑒于此,本學(xué)位論文從光刻成像的物理本質(zhì)出發(fā),提出將數(shù)學(xué)物理方法中的變量分離法應(yīng)用到光刻成像計(jì)算中來(lái),作為處理光刻工藝參數(shù)變化的最基礎(chǔ)理論。通過(guò)變量分離法,可以對(duì)光刻成像的計(jì)算公式進(jìn)行改編,使公式的一部分只包含一個(gè)變量,而其余部分與此變量無(wú)關(guān)。從第一性原理出發(fā),嚴(yán)格推導(dǎo)出一種可以處理連續(xù)變化工藝參數(shù)的光刻成像快速計(jì)算新方法。針對(duì)不同光刻工藝參數(shù)下的光刻成像,本論文在標(biāo)量成像和矢量成像層面分別做了研究。具體內(nèi)容包括： 提出卷積變量分離的新概念,在不犧牲計(jì)算精度的情況下,可以高效計(jì)算工藝參數(shù)改變后的標(biāo)量成像分布。該方法首先利用低通濾波函數(shù)對(duì)光源互強(qiáng)度進(jìn)行濾波,然后采用奇異值分解方法對(duì)濾波后的光源互強(qiáng)度進(jìn)行特征值分解,最后根據(jù)變量分離法把光瞳函數(shù)表示為一系列級(jí)數(shù)和的形式。利用分解后的光源互強(qiáng)度和光瞳函數(shù)推導(dǎo)出光刻成像計(jì)算的一種極為簡(jiǎn)練的級(jí)數(shù)和表達(dá)形式。其中,加權(quán)系數(shù)只與工藝參數(shù)有關(guān),基函數(shù)涉及卷積計(jì)算,因而非常耗時(shí)。由于基函數(shù)與工藝參數(shù)無(wú)關(guān),可以事先計(jì)算并存儲(chǔ)起來(lái)。當(dāng)工藝參數(shù)改變時(shí),只需把加權(quán)系數(shù)與事先計(jì)算好的基函數(shù)相乘并求和,即可得到預(yù)期的成像結(jié)果。 提出了一種基于變量分離法的厚掩模透過(guò)函數(shù)表征方法,該厚掩模表征方法可以快速處理多個(gè)入射角參數(shù)情況下厚掩模近場(chǎng)分布。該方法利用泰勒展開(kāi)式推導(dǎo)出厚掩模透過(guò)函數(shù)的級(jí)數(shù)表征形式,從而建立入射角與掩模透過(guò)函數(shù)之間的某種顯式解析表達(dá)式,進(jìn)而發(fā)展相應(yīng)的快速算法。在多個(gè)入射角參數(shù)下厚掩模透過(guò)函數(shù)模型的基礎(chǔ)上提出光刻矢量成像快速計(jì)算模型,實(shí)現(xiàn)部分相干光源多入射角條件下成像的快速計(jì)算。 在矢量成像計(jì)算模型的基礎(chǔ)上,為滿足光刻膠多層介質(zhì)中三維成像仿真計(jì)算速度的需求,提出一種光刻膠多層薄膜介質(zhì)三維成像快速計(jì)算新模型。通過(guò)對(duì)偏振光在光刻膠中的傳播進(jìn)行深入的研究,推導(dǎo)出嚴(yán)格的光刻膠成像模型,并在該嚴(yán)格模型的基礎(chǔ)上,提出了一種基于變量分離法的光刻膠成像的級(jí)數(shù)表征方法,從而實(shí)現(xiàn)光刻膠不同深度位置處成像的快速計(jì)算。 為了驗(yàn)證所提出的標(biāo)量及矢量成像快速計(jì)算理論與方法的有效性,在工藝參數(shù)連續(xù)取值變化設(shè)置下利用商業(yè)軟件進(jìn)行對(duì)比分析。大量仿真分析結(jié)果表明,本論文提出的光刻成像計(jì)算精度達(dá)到10-3數(shù)量級(jí),且在成像計(jì)算速度方面比傳統(tǒng)的計(jì)算方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此,本論文所提出的理論與方法可以為光學(xué)臨近校正技術(shù)的應(yīng)用作出指導(dǎo),為進(jìn)一步提高光學(xué)光刻分辨力提供新方法。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN305.7

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本文編號(hào)：2749345