專(zhuān)利名稱(chēng)：一種確定光刻工藝的光源光照強(qiáng)度分布的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種確定光刻工藝的光源光照強(qiáng)度分布 的方法，用于提高光刻的成像準(zhǔn)確度、焦深等性能，尤其涉及一種利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)確定 光刻工藝的光源光照強(qiáng)度分布的方法。
背景技術(shù)：
光刻工藝是集成電路制造中最為重要的工藝步驟之一，主要作用是將掩膜板上的 圖形復(fù)制到硅片上，為下一步進(jìn)行刻蝕或者離子注入工序做好準(zhǔn)備。光刻的成本約為整個(gè) 硅片制造工藝的1/3，耗費(fèi)時(shí)間約占整個(gè)硅片工藝的40 60%。因此，提高光刻的效果能 有效降低硅片制造的成本。為了提高光刻的效果，要求在光刻過(guò)程中采用的光源具有波長(zhǎng) 小、高強(qiáng)度和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)提供了多種對(duì)光刻工藝的光源進(jìn)行優(yōu)化的方 法，主要有(1)優(yōu)化參數(shù)化光源。這種方法采用傳統(tǒng)光源形狀或者多個(gè)傳統(tǒng)光源形狀的線(xiàn)性 組合，對(duì)決定光源性能的若干參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，例如，選取環(huán)形光源，優(yōu)化其內(nèi)徑和外徑的參數(shù)。(2)用若干小弓形組合形成光源，在空間頻域內(nèi)優(yōu)化弓形的組合方式。(3)用像素點(diǎn)矩陣表示光源的光照強(qiáng)度分布，將確定光源光照強(qiáng)度分布的問(wèn)題通 過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方式歸結(jié)為一個(gè)非負(fù)最小二乘問(wèn)題，然后利用目前已有的解決非負(fù)最小二乘 問(wèn)題的軟件來(lái)計(jì)算。(4)同樣是用像素點(diǎn)矩陣表示光源的光照強(qiáng)度分布，用遺傳算法來(lái)確定光源光照 強(qiáng)度分布。然而，采用上述優(yōu)化方法(1)和( 優(yōu)化光源的自由度比基于像素化表示光源進(jìn) 行優(yōu)化的方法要少得多，優(yōu)化效果也極為受限；而采用上述優(yōu)化方法(3)和(4)進(jìn)行光源優(yōu) 化時(shí)，優(yōu)化效果尚可，但其優(yōu)化效率很低，計(jì)算過(guò)程耗時(shí)很長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，提供一種確定光刻工藝的光源光 照強(qiáng)度分布的方法，該方法優(yōu)化效果好且計(jì)算時(shí)間短。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種確定光刻工藝的光源光照強(qiáng)度分布的方法， 包括以下步驟(1)確定光源的初始光照強(qiáng)度分布，并用矩陣Γ表示；所述矩陣Γ的元素對(duì)應(yīng)于 所述光源中的像素點(diǎn)，所述矩陣Γ各個(gè)元素的元素值對(duì)應(yīng)于該像素點(diǎn)的光照強(qiáng)度；(2)歸一化所述矩陣Γ，得到矩陣Y 獲取光刻系統(tǒng)所能夠承受的最大光照強(qiáng)度 rmax，并將所述矩陣Γ中每一個(gè)元素值都除以rmax，得到矩陣γ ；(3)采用公式θ = arccos(2y-l)將所述矩陣Y轉(zhuǎn)換為矩陣θ ；(4)獲取掩膜圖形，并用像素點(diǎn)矩陣m表示，所述矩陣m的元素對(duì)應(yīng)于所述掩膜圖形中的像素點(diǎn)，各個(gè)所述元素的元素值對(duì)應(yīng)于所述像素點(diǎn)的透光特性；(5)確定光刻過(guò)程中掩膜圖形的成像準(zhǔn)確度和焦深，分別計(jì)算出硅片上刻出的圖 形的像素點(diǎn)在位于焦平面上和偏離焦平面兩種情況下與理想圖形的像素點(diǎn)之間誤差的平 方和，將兩個(gè)所述平方和分別乘以給定的權(quán)重系數(shù)，并相加作為目標(biāo)函數(shù)，所述權(quán)重系數(shù)取 范圍為0-1 ；(6)計(jì)算所述掩膜圖形經(jīng)過(guò)光刻系統(tǒng)作用之后所成像的光照強(qiáng)度分布，所述光照 強(qiáng)度分布采用Abbe成像模型計(jì)算得到；將所述光照強(qiáng)度分布用一個(gè)規(guī)模與所述矩陣m—致 的矩陣I表示后對(duì)該矩陣I進(jìn)行歸一化；(7)模擬光刻膠效應(yīng)來(lái)計(jì)算所述硅片上刻出的圖形并將該硅片上刻出的圖形用矩 陣Z表示，所述矩陣Z的元素對(duì)應(yīng)于所述刻出圖形中的像素點(diǎn)，矩陣Z各個(gè)元素的元素值為 對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)是否曝光，所述矩陣Z采用Sigmoid函數(shù)計(jì)算得到；；(8)利用所述矩陣z、I、m、θ計(jì)算所述目標(biāo)函數(shù)對(duì)所述矩陣θ的梯度VF ( θ )；(9)利用公式θ("+1) = 0^-^(0)^更新所述矩陣θ，其中s代表步長(zhǎng)，η代表迭 代的次數(shù)；(10)重復(fù)步驟(6)至(9)，直到滿(mǎn)足收斂條件，獲得矩陣Y，并以矩陣Y中各個(gè)元 素的元素值制作對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度分布的優(yōu)化光源。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的對(duì)光刻工藝的光源進(jìn) 行優(yōu)化的方法通過(guò)采用迭代的方法逐步確定光刻工藝的光源光照強(qiáng)度分布，直到滿(mǎn)足收斂 條件時(shí)結(jié)束優(yōu)化過(guò)程，相比于前述的優(yōu)化方法(1)和O)，本發(fā)明的優(yōu)化方法的優(yōu)化效果要 好的多；相比于前述的優(yōu)化方法C3)和G)，本發(fā)明的優(yōu)化方法的計(jì)算時(shí)間大幅縮短，并且 優(yōu)化效果也要更好一些。


圖1為本發(fā)明的確定光刻工藝光源的光照強(qiáng)度分布的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1為本發(fā)明的對(duì)光刻工藝的光源進(jìn)行優(yōu)化的方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā) 明的確定光刻工藝光源的光照強(qiáng)度分布的方法包含以下步驟(1)確定光源的初始光照強(qiáng)度分布，并用矩陣Γ表示；根據(jù)目前的集成電路制造中光刻工藝采用的傳統(tǒng)光源，例如圓形、環(huán)形的光源，確 定一個(gè)光源的初始光照強(qiáng)度分布，并用一個(gè)矩陣Γ來(lái)表示所述光源，矩陣Γ中的每個(gè)元素 分別對(duì)應(yīng)光源中相應(yīng)位置的一個(gè)像素點(diǎn)，矩陣Γ中的元素的元素值對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的光照強(qiáng) 度；在本實(shí)施例中，矩陣Γ中表示光源中點(diǎn)亮的像素點(diǎn)的元素(即所述光源中光照強(qiáng)度的 值大于0的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的矩陣Γ中的元素)，限制在以矩陣Γ的中心為圓心、以σ為半徑 的圓內(nèi)，O為光刻系統(tǒng)的部分相干因子；(2)歸一化矩陣Γ，得到矩陣Υ ；歸一化矩陣Γ的方法為獲取光刻系統(tǒng)(主要指透鏡組)所能夠承受的最大光照 強(qiáng)度值rmax，將所述矩陣r中每一個(gè)元素值都除以rmax，得到一個(gè)新的矩陣Y來(lái)表示
4光源，即所述矩陣Y的元素的元素值的范圍限制在閉區(qū)間W，l]內(nèi)；(3)采用公式⑴將所述矩陣Y轉(zhuǎn)換為矩陣θ ；由于所述步驟( 得到的表示光源的矩陣Y是有界的，因而造成了進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算 的困難；根據(jù)公式(1)，將所述矩陣Y轉(zhuǎn)換為一個(gè)無(wú)界的矩陣θ，以使優(yōu)化過(guò)程得以順利進(jìn) 行；θ = arccos(2 y-1)(1)(4)獲取掩膜圖形，并用像素點(diǎn)矩陣m表示；獲取掩膜圖形的流程為需要流片的客戶(hù)將版圖交給芯片代工廠(chǎng)；然后代工廠(chǎng)將 所述版圖處理成光刻系統(tǒng)需要的掩膜圖形，從代工廠(chǎng)處便可以獲取掩膜圖形；根據(jù)掩膜圖 形的種類(lèi)，將掩膜圖形用像素點(diǎn)矩陣m進(jìn)行表示，所述矩陣m的元素對(duì)應(yīng)于所述掩膜圖形中 的像素點(diǎn)，各個(gè)所述元素的元素值對(duì)應(yīng)于所述像素點(diǎn)的透光特性；用Mm和Nm分別表示矩陣 m的行數(shù)和列數(shù)；確定Mm和Nm，即矩陣m的規(guī)模，首先需確定一個(gè)像素點(diǎn)的尺寸(像素點(diǎn)為 正方形，邊長(zhǎng)一般取掩膜圖形最小特征尺寸的1/k，k可取3-10之間的整數(shù))，然后將掩膜 圖形的寬除以像素點(diǎn)邊長(zhǎng)得到Mm，將掩膜圖形的長(zhǎng)除以像素點(diǎn)邊長(zhǎng)得到Nm;掩模圖形可以 選擇二進(jìn)制掩膜，二進(jìn)制掩膜的透光點(diǎn)在矩陣m中用1表示，二進(jìn)制掩膜的不透光點(diǎn)在所述 矩陣m中用0表示；所述掩模圖形也可以選擇全相位偏移掩膜，全相位偏移掩膜的不透光點(diǎn) 在所述矩陣m中用0表示，所述全相位偏移掩膜的無(wú)相位偏移的透光點(diǎn)在所述矩陣m中用 1表示，所述全相位偏移掩膜的相位偏移180°的透光點(diǎn)在所述矩陣m中用-1表示。(5)確定光刻過(guò)程中掩膜圖形的成像準(zhǔn)確度和焦深，分別計(jì)算出硅片上刻出的圖 形的像素點(diǎn)在位于焦平面上和偏離焦平面兩種情況下與理想圖形(一般將掩膜圖形作為 理想圖形)的像素點(diǎn)之間誤差的平方和，將兩種情況下計(jì)算出的兩個(gè)平方和分別乘以給定 的權(quán)重系數(shù)，并相加作為目標(biāo)函數(shù)；本實(shí)施例計(jì)算硅片上刻出的圖形的方法，采用步驟(6)和(7)中的計(jì)算過(guò)程；所述權(quán)重系數(shù)一般取在開(kāi)區(qū)間(0，1)內(nèi)，兩種權(quán)重系數(shù)取值可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行 權(quán)衡，若想改善所述焦深，則偏離焦平面的情況下得到的平方和的系數(shù)取得大于在焦平面 上的情況下得到的平方和的系數(shù)；若想改善所述成像準(zhǔn)度，則采取相反的做法。(6)計(jì)算所述掩膜圖形經(jīng)過(guò)光刻系統(tǒng)作用之后所成像的光照強(qiáng)度分布，所述光照 強(qiáng)度分布采用Abbe成像模型計(jì)算得到；將所述光照強(qiáng)度分布用一個(gè)規(guī)模與矩陣m—致的矩 陣I表示，并對(duì)該矩陣I進(jìn)行歸一化；本實(shí)施例中所述掩膜圖形經(jīng)過(guò)光刻系統(tǒng)作用之后所成像的光照強(qiáng)度分布采用 Abbe成像模型計(jì)算，并用一個(gè)規(guī)模和m —致的矩陣I表示，然后將所述矩陣I進(jìn)行歸一化， 歸一化后的Abbe成像模型由公式(2給出
權(quán)利要求
1.一種確定光刻工藝的光源光照強(qiáng)度分布的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)確定光源的初始光照強(qiáng)度分布，并用矩陣Γ表示；所述矩陣Γ的元素對(duì)應(yīng)于所述 光源中的像素點(diǎn)，所述矩陣Γ各個(gè)元素的元素值對(duì)應(yīng)于該像素點(diǎn)的光照強(qiáng)度；(2)歸一化所述矩陣Γ，得到矩陣Y獲取光刻系統(tǒng)所能夠承受的最大光照強(qiáng)度 rmax，并將所述矩陣r中每一個(gè)元素值都除以rmax，得到矩陣Y ；(3)采用公式θ=arccoM2Y-l)，將所述矩陣Y轉(zhuǎn)換為矩陣θ ；(4)獲取掩膜圖形，并用像素點(diǎn)矩陣m表示，所述矩陣m的元素對(duì)應(yīng)于所述掩膜圖形中 的像素點(diǎn)，各個(gè)所述元素的元素值對(duì)應(yīng)于所述像素點(diǎn)的透光特性；(5)確定光刻過(guò)程中掩膜圖形的成像準(zhǔn)確度和焦深，分別計(jì)算出硅片上刻出的圖形的 像素點(diǎn)在位于焦平面上和偏離焦平面兩種情況下與理想圖形的像素點(diǎn)之間誤差的平方和， 將兩個(gè)平方和分別乘以給定的權(quán)重系數(shù)后，再相加作為目標(biāo)函數(shù)，所述權(quán)重系數(shù)取范圍為 0-1 ；(6)計(jì)算所述掩膜圖形經(jīng)過(guò)光刻系統(tǒng)作用之后所成像的光照強(qiáng)度分布，所述光照強(qiáng)度 分布采用Abbe成像模型計(jì)算得到；將所述光照強(qiáng)度分布用一個(gè)規(guī)模與所述矩陣m—致的矩 陣I表示，并對(duì)該矩陣I進(jìn)行歸一化；(7)模擬光刻膠效應(yīng)來(lái)計(jì)算所述硅片上刻出的圖形，并將該硅片上刻出的圖形用矩陣 Z表示，所述矩陣Z的元素對(duì)應(yīng)于所述刻出圖形中的像素點(diǎn)，矩陣Z各個(gè)元素的元素值為對(duì) 應(yīng)的像素點(diǎn)是否曝光，所述矩陣Z采用Sigmoid函數(shù)計(jì)算得到；(8)利用所述矩陣z、I、m和θ計(jì)算出所述目標(biāo)函數(shù)對(duì)所述矩陣θ的梯度VF(θ)；(9)利用公式θ("+1)= θ(η) -sVi^e)1^更新所述矩陣θ，其中s代表步長(zhǎng)，η代表迭代的 次數(shù)；(10)重復(fù)步驟(6)至(9)，直到滿(mǎn)足收斂條件，獲得矩陣Y，并以矩陣Y中各個(gè)元素的 元素值制作對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度分布的優(yōu)化光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟中的掩膜圖形為二進(jìn)制掩 膜或全相位偏移掩膜；所述二進(jìn)制掩膜的透光點(diǎn)在所述矩陣m中用1表示，所述二進(jìn)制掩膜 的不透光點(diǎn)在所述矩陣m中用0表示；所述全相位偏移掩膜的不透光點(diǎn)在所述矩陣m中用 0表示，所述全相位偏移掩膜的無(wú)相位偏移的透光點(diǎn)在所述矩陣m中用1表示，所述全相位 偏移掩膜的相位偏移180°的透光點(diǎn)在所述矩陣m中用-1表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述收斂條件為以下條件的其中之一1)到達(dá)預(yù)定的最大迭代步數(shù)；2)所述目標(biāo)函數(shù)小于一個(gè)預(yù)定的理想值，理想值取值范圍為0-10；3)預(yù)定一個(gè)步數(shù)值X，X取10-20之間，以及一個(gè)可接受的最小目標(biāo)函數(shù)減量ε，ε取 小于或等于0.001，出現(xiàn)連續(xù)X步所述目標(biāo)函數(shù)的減少量都小于ε的情況。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種確定光刻工藝的光源光照強(qiáng)度分布的方法，屬于集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，包含以下步驟確定光源的初始形狀和初始光照強(qiáng)度，并用矩陣Γ表示，然后將矩陣Γ轉(zhuǎn)換成便于優(yōu)化的矩陣θ；確定光刻過(guò)程中的成像準(zhǔn)確度和焦深，建立目標(biāo)函數(shù)；獲取掩膜圖形，并用像素點(diǎn)矩陣m表示；計(jì)算掩膜圖形經(jīng)過(guò)光刻系統(tǒng)作用之后的光照強(qiáng)度分布，并將其用一個(gè)規(guī)模與矩陣m一致的矩陣I表示后對(duì)該矩陣I進(jìn)行歸一化；模擬光刻膠效應(yīng)來(lái)計(jì)算硅片上刻出的圖形并用矩陣z表示；計(jì)算目標(biāo)函數(shù)對(duì)所述矩陣θ的梯度(θ)；利用公式更新矩陣θ，其中s代表步長(zhǎng)，n代表迭代的次數(shù)；重復(fù)前述四個(gè)計(jì)算步驟，直到滿(mǎn)足收斂條件。這種對(duì)光刻工藝的光源進(jìn)行優(yōu)化的方法具有時(shí)間短，優(yōu)化效果好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102096336SQ20101062020
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者張進(jìn)宇, 彭瑤 申請(qǐng)人:清華大學(xué)