光刻仿真中二维掩模近场严格耦合波分析

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1、一354—2008全国频率控制技术年会论文集光刻仿真中二维掩模近场严格耦合波分析刘佳(声表公司设计部)摘要现代光刻中为了提高系统的分辨力，采用了各种分辨力增强技术，这些技术必然带来数值孔径的提高、光刻关键尺寸的减小、掩模厚度的增加等效果。此时，不能再应用标量衍射理论分析入射光经过掩模时的近场，而必须采用严格的电磁场仿真方法。应用严格耦合波方法，分别计算了7IE偏振和TM偏振时二元掩模和衰减式相移掩模的衍射效率随掩模周期和入射角的变化；偏振度随掩模周期的变化。关键词光刻二元掩模交替式相移掩模严格耦合波分析衍射效率近场分布Analysiso

2、fNearfieldforPhotomaskBasedonRigorousCoupled-WaveMethodUUJia(BejingChangfengSurfaceAcousticWaveCompany)AbstractInordertoimprovetheresolutionofphotolithographicsystem，manyresolutionenhancetechnologywereused．Sothehypernumericalaperturesmallcurrentdimensionandthickmaskweren

3、eeded．Andthen，normalscalardiffractiontheoryWagnotexactanymore，rigorouselectromagneticmethodwagusedtosimulatethenearfieldsfordifferentmaskmodel．Rigorouscoupled-waveanalysiswagusedinthispaper．TEpolarizationandTMpolarizationincidentli出diffractionefficiencieschange而tllincide

4、ntangleandmaskpitchwerebothCalculated1引言随着数值孔径的提高、光刻关键尺寸的减小、掩模厚度的增加，标量衍射理论不再精确。基于偏振性的矢量衍射效应对光刻图形的影响越来越大。为了研究当今投影光学光刻的性能，进行基于偏振性的矢量电磁场分析研究已经变得十分迫切了。目前在光刻仿真中主要应用的矢量电磁场方法有：时域有限差分法【11、有限元法[21、波导方法[31和严格耦合波分析[41。目前，光的标量衍射理论较为成熟，但它只适用于表面结构特征尺寸远大于波长的光学元件。当表面结构尺寸与波长相当时，标量衍射理论的假设

5、条件已经不能满足，这时就需要采用严格的电磁矢量衍射理论来分析其衍射场。本文采用矢量理论—一严格的耦合波理论分析了周期结构的二元掩模和相移掩模在人平面波分别为TE偏振和TM偏振两种偏振模式下的衍射效率和近场分布。2严格耦合波理论求解掩模衍射场的矢量理论一般方法就是求解在入射区域，掩模区域以及透射区域内满足电磁场边界条件的麦克斯韦基本方程组的解，而严格的耦合波方法正给出了光栅衍射电磁场边值问题的麦克斯韦方程组的精确解，它主要包括三个步骤：(1)由麦克斯韦基本方程组求得入射区域及透射区域电磁场的表达式；(2)掩模区域内介电常数及电磁场的傅立叶

6、级数展开，并由麦克斯韦方程推导出耦合微分方程组；(3)在不同区域边界面上运用电磁场边界条件，通过一定的数学方法求得各级衍射波的振幅及衍射效率四。分析的对象是周期结构的二元掩模，如图1所示。2008全国频率控制技术年会论文集一355一土下圈1二元掩模示意图3严格耦合波仿真结果及分析3．1二元掩模TE偏振仿真结果及分析根据严格耦合波理论，针对普通的周期分布的二元掩模进行仿真。如图2所示。铬的折射率n=0．84_1．65i，入射光波长入=193nm，铬的厚度d=80nm。占空比dr=0．5。先考虑入射光是TE偏振的，图2和图3分别是零级和正负

7、一级衍射效率随归一化掩模周期的变化和衍射效率随人射角的变化。从图2可以看出，零级和一级衍射效率随着P的变化而变化，不同于标量衍射理论的常数。在P大于三倍波长的时候变化缓慢。一级衍射效率在P大于一倍波长的时候才有值。从图3可以看出，零级衍射效率是关于零度入射角对称的，与扩展傅立叶得到的结果一致。而正负一级衍射光自身却不是关于零度对称的。而扩展傅立叶衍射理论得到的结果是关于零度对称的。与扩展傅立叶衍射理论得到的结果不同，说明标量理论的不准确性。正一级衍射光和负一级衍射光关于零度对称。_--’efnO＼≮＼．√一f，．／．“圈2TE偏振时衍射

8、效宰随掩模周期的改变曲线图时竹一耐ⅢO、．．，一、，-、，Il＼

9、／^p喇睁—＼f／＼≮夕。f》Z夕。心＼月oo瑚．∞-‘o棚o∞柏∞1∞O／dog图3TE偏振时衍射效率随入射角的改变曲线图3．2二元掩模T