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　　2、格区域中心点坐标XS，YS表示该栅格区域所对应的点光源坐标；计算各点光源对应像面上掩膜空间像IS，S；并根据阿贝ABBE方法，对各点光源的掩模空间像IS，S进行叠加，获取部分相干光源对应像面位置掩膜空间像I。本发明能够将光源面栅格化成多个点光源，针对于各点光源其计算的掩膜空间像的精确度高，该方法可适应不同面形的光源。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书8页附图4页CN102323732A1/1页21一种基于ABBE矢量成像模型获取掩膜空间像的方法，其特征在于，具体步骤为步骤101、将掩膜图形M栅格化为NN个子区域；步骤102、根据部分相干光源的形状

　　3、将光源面栅格化成多个点光源，用每一栅格区域中心点坐标XS，YS表示该栅格区域所对应的点光源坐标；步骤103、针对单个点光源，利用其坐标XS，YS获取该点光源照明时对应晶片位置上的空间像IS，S；步骤104、判断是否已经计算出所有点光源对应晶片位置上的空间像，若是，则进入步骤105，否则返回步骤103；步骤105、根据阿贝ABBE方法，对各点光源对应的空间像IS，S进行叠加，获取部分相干光源照明时，晶片位置上的空间像I。2根据权利要求1所述获取掩膜空气中成像的方法，其特征在于，当所述的部分相干光源为圆形时，所述根据部分相干光源的形状将光源面栅格化为以光源面上中心点为圆心，用事先设定的半径不同的K

　　4、个同心圆将圆形光源面区划分为K1个区域，对所述K1个区域从中心圆区开始由内向外进行1K1编号，将编号为2K的每个区域划分为多个扇形栅格区域。3根据权利要求2所述获取掩膜空气中成像的方法，其特征在于，所述编号为2K的每个区域所划分的扇形栅格区域的个数相同。4根据权利要求1所述获取掩膜空气中成像的方法，其特征在于，所述步骤103的具体过程为设定全局坐标系为以光轴的方向为Z轴，并依据左手坐标系原则以Z轴建立全局坐标系X，Y，Z；步骤201、根据点光源坐标XS，YS，计算点光源发出的光波经过掩膜上NN个子区域的近场分布E；其中，E为NN的矢量矩阵，其每个元素均为一31的矢量，表示全局坐标系中掩膜的衍射

　　5、近场分布的3个分量；步骤202、根据近场分布E获取光波在投影系统入瞳后方的电场分布其中，为NN的矢量矩阵，其每个元素均为一31的矢量，表示全局坐标系中入瞳后方的电场分布的3个分量；步骤203、设光波在投影系统中传播方向近似与光轴平行，进一步根据入瞳后方的电场分布获取光波在投影系统出瞳前方的电场分布其中，出瞳前方的电场分布为NN的矢量矩阵，其每个元素均为一31的矢量，表示全局坐标系中出瞳前方的电场分布的3个分量；步骤204、根据投影系统出瞳前方的电场分布获取投影系统出瞳后方的电场分布步骤205、利用沃尔夫WOLF光学成像理论，根据出瞳后方的电场分布获取晶片位置上的电场分布EWAFER，并根据EW

　　6、AFER获取点光源对应晶片位置上的空间像IS，S。权利要求书CN102323722ACN102323732A1/8页3基于ABBE矢量成像模型获取掩膜空间像的方法技术领域0001本发明涉及一种基于ABBE阿贝矢量成像模型获取掩膜空间像的方法，属于光刻分辨率增强技术领域。背景技术0002当前的大规模集成电路普遍采用光刻系统进行制造。光刻系统主要分为照明系统包括光源和聚光镜、掩膜、投影系统及晶片等四部分。光源发出的光线经过聚光镜聚焦后入射至掩膜，掩膜的开口部分透光；经过掩膜后，光线经由投影系统入射至涂有光刻胶的晶片上，这样就将掩膜图形复制在晶片上。0003目前主流的光刻系统是193NM的ARF深度

　　7、紫外光刻系统，随着光刻技术节点进入45NM22NM，电路的关键尺寸已经远远小于光源的波长，因此光的干涉和衍射现象更加显著，导致光刻成像产生扭曲和模糊。为此光刻系统必须采用分辨率增强技术，用以提高成像质量。相移掩膜PHASESHIFTINGMASKPSM和光学邻近效应校正OPTICALPROXIMITYCORRECTIONOPC为重要的光刻分辨率增强技术。PSM采用透光介质和阻光介质制成，透光部分对光线而言相当于开口。PSM通过预先改变掩膜透光部分即开口的拓扑结构和蚀刻深度，调制掩膜出射面的电场强度的幅度和相位，以达到提高成像分辨率的目的。OPC通过改变掩膜图形以及在掩膜上添加细小的辅助图形的方

　　8、法，达到提高光刻成像分辨率的目的。0004为了进一步提高光刻系统成像分辨率，目前业界普遍采用浸没式光刻系统。浸没式光刻系统为在投影物镜最后一个透镜的下表面与光刻胶之间添加了折射率大于1的透光介质，从而达到扩大数值孔径NUMERICALAPERTURENA，提高成像分辨率的目的。由于浸没式光刻系统具有高NANA1特性，而当NA06时，电磁场的矢量成像特性对晶片位置上的空间像的影响已经不能忽视，因此对于浸没式光刻系统其标量成像模型已经不再适用。为了获取精确的浸没式光刻系统的成像特性，必须采用矢量成像模型对浸没式光刻系统中的掩膜进行优化。0005在本申请人同日提出的一种基于ABBE矢量成像模型的相移

　　11、技术优化方法的研究。发明内容0008本发明的目的是提供一种基于ABBE矢量成像模型获取掩膜空间像的方法。该方法对光刻系统的部分相干光源面进行栅格化，针对每一栅格区域中心点光源坐标获取空间像，并基于ABBE方法，对各点光源对应的空间像IS，S进行叠加，根据本方法获取空间像具有更高的准确性。0009实现本发明的技术方案如下0010一种基于ABBE矢量成像模型获取掩膜空间像的方法，具体步骤为0011步骤101、将掩膜图形M栅格化为NN个子区域；0012步骤102、根据部分相干光源的形状将光源面栅格化成多个点光源，用每一栅格区域中心点坐标XS，YS表示该栅格区域所对应的点光源坐标；0013步骤103、

　　12、针对单个点光源，利用其坐标XS，YS获取该点光源照明时对应晶片位置上的空间像IS，S；0014步骤104、判断是否已经计算出所有点光源对应晶片位置上的空间像，若是，则进入步骤105，否则返回步骤103；0015步骤105、根据阿贝ABBE方法，对各点光源对应的空间像IS，S进行叠加，获取部分相干光源照明时，晶片位置上的空间像I。0016本发明所述步骤103的具体过程为0017设定全局坐标系为以光轴的方向为Z轴，并依据左手坐标系原则以Z轴建立全局坐标系X，Y，Z。0018步骤201、根据点光源坐标XS，YS，计算点光源发出的光波经过掩膜上NN个子区域的近场分布E；其中，E为NN的矢量矩阵，其每个

　　13、元素均为一31的矢量，表示全局坐标系中掩膜的衍射近场分布的3个分量；0019步骤202、根据近场分布E获取光波在投影系统入瞳后方的电场分布其中，为NN的矢量矩阵，其每个元素均为一31的矢量，表示全局坐标系中入瞳后方的电场分布的3个分量；0020步骤203、设光波在投影系统中传播方向近似与光轴平行，进一步根据入瞳后方的电场分布获取光波在投影系统出瞳前方的电场分布其中，出瞳前方的电场分布为NN的矢量矩阵，其每个元素均为一31的矢量，表示全局坐标系中出瞳前方的电场分布的3个分量；0021步骤204、根据投影系统出瞳前方的电场分布获取投影系统出瞳后方的电场分布0022步骤205、利用沃尔夫WOLF光学

　　15、位置上成像的示意图。0027图2为本发明计算空间像方法的流程图。0028图3为本发明实施例中对圆形部分相干光源面进行栅格化的示意图。0029图4为光刻投影系统对于不同的点光源发出光线的冲击响应函数对比示意图。0030图5为采用不同的光源栅格化密度后得到的空间像对比示意图。具体实施方式0031下面结合附图进一步对本发明进行详细说明。0032变量预定义0033如图1所示，设定光轴的方向为Z轴，并依据左手坐标系原则以Z轴建立全局坐标系X，Y，Z。设部分相干光源面上任一点光源的全局坐标为XS，YS，ZS，由该点光源发出并入射至掩膜的平面波的方向余弦为S，S，S，则全局坐标与方向余弦之间的关系为0034

　　16、0035其中，NAM为投影系统物方数值孔径。0036设掩膜上任一点的全局坐标为X，Y，Z，基于衍射原理，从掩膜入射至投影系统入瞳的平面波的方向余弦为，其中，是掩膜物面上全局坐标系X，Y，Z进行傅里叶变换后的坐标系。0037设晶片像面上任一点的全局坐标为XW，YW，ZW，从投影系统出瞳入射至像面的平面波的方向余弦为，其中，是晶片像面上全局坐标系XW，YW，ZW进行傅里叶变换后的坐标系。0038全局坐标系与局部坐标系之间的转换关系0039建立局部坐标系E，EP，E轴为光源发出光线中TE偏振光的振动方向，EP轴为光源发出光线中TM偏振光的振动方向。波矢量为由波矢量和光轴构成的平面称为入射面，TM偏振

　　17、光的振动方向在入射面内，TE偏振光的振动方向垂直于入射面。则全局坐标系与局部坐标系的转换关系为0040说明书CN102323722ACN102323732A4/8页60041其中，EX、EY和EZ分别是光源发出光波电场在全局坐标系中的分量，E和EP是光源发出光波电场在局部坐标系中的分量，转换矩阵T为00420043其中，0044如图2所示，获取空间像的方法的具体步骤为0045步骤101、将掩膜图形M栅格化为NN个子区域。0046步骤102、根据部分相干光源的形状将光源面栅格化成多个区域，每个区域用点光源近似。每一栅格区域中心点坐标XS，YS表示该栅格区域所对应的点光源坐标。0047由于光刻系统

　　18、中所使用的部分相干光源的光源面存在多种形状，因此可以根据光源面的形状对其进行栅格化。如图3所示，例如当部分相干光源为圆形时，所述根据部分相干光源的形状将光源面进行栅格化为以光源面上中心点为圆心，用事先设定的半径不同的K个同心圆将圆形光源面划分为K个区域，对所述K个区域从中心圆区开始由内向外进行1K编号，图中301为中心圆区，302为第3个区域，303为最外侧第K个区域。将编号为2K的每个区域划分为多个扇形栅格区域。本发明优选将编号为2K的每个区域划分成相同个数的扇形栅格区域。0048步骤103、针对单个点光源，利用其坐标XS，YS获取该点光源照明时对应晶片位置上的空间像IS，S。0049步骤1

　　19、04、判断是否已经计算出所有点光源对应晶片位置上的空间像，若是，则进入步骤105，否则返回步骤103。0050步骤105、根据ABBE方法，对各点光源对应的空间像IS，S进行叠加，获取部分相干光源照明时，晶片位置上的空间像I。0051下面对步骤103针对单个点光源，利用其坐标XS，YS获取该点光源照明时对应晶片位置上空间像的过程进行进一步详细说明0052步骤201、根据点光源坐标XS，YS，计算点光源发出的光波经过掩膜上NN个子区域的近场分布E。00530054其中，E为NN的矢量矩阵若一个矩阵的所有元素均为矩阵或向量，则称其为矢量矩阵，该矢量矩阵中的每个元素均为一个31的矢量，表示全局坐标系

　　20、中掩膜的衍射近场分布的3个分量。E表示两个矩阵对应元素相乘。是一NN的矢量矩阵，每个元素为点光源发出光波的电场在全局坐标系中的电场矢量；如设部分相干光源上一点光源发出光波的电场在局部坐标系中表示为0055说明书CN102323722ACN102323732A5/8页70056则该电场在全局坐标系中表示为00570058掩膜的衍射矩阵B是一NN的标量矩阵，标量矩阵中每个元素均为标量，根据HOPKINS霍普金斯近似，B的每个元素可表示为00590060M，N1，2，N0061其中，PIXEL表示掩膜图形上各子区域的边长。0062步骤202、根据近场分布E获取光波在投影系统入瞳后方的电场分布0063

　　21、本步骤的具体过程为0064由于掩膜上的每一子区域可以看成一个二次子光源，将子区域的中心作为该子区域的坐标，根据傅立叶光学理论，可以将投影系统入瞳前方的电场分布表示为和的函数00650066其中，由于掩膜上存在NN个子区域，因此入瞳前方的电场分布为NN的矢量矩阵，该矢量矩阵中的每个元素均为一31的矢量，表示全局坐标系中入瞳前方的电场分布的3个分量。F表示傅立叶变换，R为入瞳半径，为波数，为点光源发出光波的波长，NM为物方介质折射率。0067由于投影系统的缩小倍率较大，一般为4倍，此时物方的数值孔径较小，导致入瞳前方电场分布的轴向分量可以忽略不计，因此投影系统入瞳前方和入瞳后方的电场分布相同，即0

　　22、0680069其中，由于掩膜上存在NN个子区域，因此入瞳后方的电场分布为NN的矢量矩阵，该矩阵中的每个元素均为一31的矢量，表示全局坐标系中入瞳后方的电场分布的3个分量。0070步骤203、设光波在投影系统中传播方向近似与光轴平行，进一步根据入瞳后方的电场分布获取光波在投影系统出瞳前方的电场分布0071本步骤的具体过程为0072对于无像差的理想投影系统，入瞳后方与出瞳前方电场分布的映射过程可以表示为一个低通滤波函数和一个修正因子乘积的形式，即00730074其中，出瞳前方的电场分布为NN的矢量矩阵，该矢量矩阵中的每个元说明书CN102323722ACN102323732A6/8页8素均为一31

　　23、的矢量，表示全局坐标系中出瞳前方的电场分布的3个分量；C为常数修正因子，低通滤波函数U为NN的标量矩阵，表示投影系统的数值孔径对衍射频谱的有限接收能力，即在光瞳内部的值为1，光瞳外部的值为0，具体表示如下00750076其中，F，G为入瞳上归一化的全局坐标。0077常数修正因子C可表示为00780079其中，R和R分别为投影系统入瞳和出瞳半径，NW为光刻系统像方浸没液体的折射率，R为理想投影系统的缩小倍率，一般为4。0080由于光波在投影系统入瞳和出瞳之间的传播方向近似平行于光轴，因此对于任意的，入瞳后方与出瞳前方之间的相位差相同。由于最终要求解空间像即光强分布因此入瞳后方与出瞳前方之间的常数

　　25、8页90091M，N1，2，N0092步骤205、利用WOLF的光学成像理论，根据出瞳后方的电场分布获取晶片位置上的电场分布EWAFER如公式7，并进一步获取点光源对应晶片位置上掩模空间像IS，S。00930094其中，F1为逆傅立叶变换。把5和6式代入7式中，并忽略常数相位项，可得00950096将1式代入到8式中，可以得到点光源XS，YS照明时像面的光强分布，即00970098由于EI中元素值与掩膜坐标无关，所以上式可以写成00990100其中，表示卷积，为NN的矢量矩阵，每一个元素均为31的矢量VX，VY，VZT0101则EWAFERS，S在全局坐标系中的三个分量为01020103其中，

　　26、PX，Y，Z，其中VP为NN的标量矩阵，是由矢量矩阵V各元素的X分量所组成01040105其中表示对矩阵取模并求平方。其中HP和B均为S，S的函数，分别记为和因此上式可记为01060107上式得到的是点光源照明下掩膜对应的空间像分布，则步骤105中部分相干光源照明下掩膜空间像可以表示为说明书CN102323722ACN102323732A8/8页1001080109其中，NS是部分相干光源的采样点数。0110本发明的实施实例0111如图4所示，401为在光源面上所取的两个点光源A和B。402为光瞳上Y0位置上光刻投影系统对于不同的点光源发出光线的冲击响应函数H的X分量。403为光瞳上Y0位置上

　　27、光刻投影系统对于不同的点光源发出光线的冲击响应函数H的Y分量。404为光瞳上Y0位置上光刻投影系统对于不同的点光源发出光线的冲击响应函数H的Z分量。0112如图5所示，501为初始的二值掩膜示意图，其关键尺寸为45NM，白色代表透光区域其透射率为1，黑色代表阻光区域，其透射率为0。掩膜图形位于XY平面，且线个点光源后所得到的环形照明下二元掩膜空间像结果。503为将光源面栅格化为22个点光源后所得到的环形照明下二元掩膜空间像结果。504两种方法得到的Y0处光强分布曲线个点光源后所后得到的光强分布曲线个点光源后所得到的光强分布曲线可以发现，对于不同的点光源，光刻投影系统的冲击响应函数之间存在较大差异。此时若对不同的电光源均采用相同的冲击响应函数必然会给空间像的获取带来误差。对比图5中505和506可以发现，对光源面采用不同密度的栅格化，光强分布有较大差异。上面的结果证明了在超大NA光刻成像下采用合适的方法对部分相干光源进行栅格化并逐点计算掩膜的空间像的重要性以及本发明所具备的意义。0114虽然结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做若干变形、替换和改进，这些也视为属于本发明的保护范围。说明书CN102323722ACN102323732A1/4页11图1图2说明书附图CN102323722ACN102323732A2/4页12图3说明书附图CN102323722ACN102323732A3/4页13图4说明书附图CN102323722ACN102323732A4/4页14图5说明书附图CN102323722A