基于变量分离理论的光刻成像快速计算方法研究

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1、分类号学号D201177103学校代码10487密级博士学位论文基于变量分离理论的光刻成像快速计算方法研究学位申请人:周新江学科专业:机械电子工程指导教师:刘世元答辩日期:2015年5月16日ADissertationSubmittedtoAcademicDegreesEvaluationCommitteeofHuazhongUniversityofScienceandTechnologyfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringTheoryandMethodforFastSimulationofOpti

2、calImageinLithographyBasedontheMethodofSeperationofVariablesPh.DCandidate:ZhouXinjiangMajor:MechatronicEngineeringSupervisor:Prof.LiuShiyuanHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论

3、文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密□，在_____年解密后适用本授权书。不保密。（请在以上方

4、框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学博士学位论文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

5、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

6、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

7、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I华中科技大学博士学位论文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

8、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