專利名稱：一種基于邊界層模型的三維相移掩膜優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于邊界層(boundary layer, BL)模型的三維相移掩膜優(yōu)化方法，屬于光刻分辨率增強技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的大規(guī)模集成電路普遍采用光刻系統(tǒng)進行制造。光刻系統(tǒng)主要分為照明系統(tǒng)(光源)、掩膜、投射系統(tǒng)及晶片等四部分。光源發(fā)出的光線經(jīng)過聚光鏡聚焦后入射至掩膜，掩膜的開口部分透光；經(jīng)過掩膜后，光線經(jīng)由投射系統(tǒng)入射至晶片，這樣掩膜圖形就復(fù)制在晶片上。目前主流的光刻系統(tǒng)是193nm的ArF深度紫外光刻系統(tǒng)，隨著光刻技術(shù)節(jié)點進入45nm-22nm，電路的關(guān)鍵尺寸已經(jīng)遠遠小于光源的波長，因此光的干涉和衍射現(xiàn)象更加顯著，導(dǎo)致光刻成像產(chǎn)生扭曲和模糊，為此光刻系統(tǒng)必須采用分辨率增強技術(shù)以提高成像質(zhì)量。相移掩膜(phase-shifting mask PSM)是一種重要的光刻分辨率增強技術(shù)。傳統(tǒng)意義上的PSM采用透光介質(zhì)和阻光介質(zhì)制成，透光部分對光線而言相當(dāng)于開口，通過目標圖形預(yù)先改變掩膜透光部分即開口的蝕刻深度，調(diào)制掩膜出射面的電場強度的相位，以達到提高成像分辨率的目的。但是，對于45nm-22nm技術(shù)節(jié)點，掩膜的三維效應(yīng)對于掩膜優(yōu)化方法的影響較之以往更為顯著，并成為影響掩膜優(yōu)化過程的關(guān)鍵因素之一。掩膜的三維效應(yīng)是指當(dāng)掩膜關(guān)鍵尺寸進入亞波長范圍后，由掩膜三維結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的極化相關(guān)性、小孔透射誤差、邊緣衍射效應(yīng)以及電磁場耦合等效應(yīng)。同時，為了調(diào)制通過掩膜光線的電場強度的相位，PSM采用與光源波長同一量級的蝕刻溝深，從而進一步加劇了掩膜的三維效應(yīng)。公開號為US6670082B2，US6794096B2，US7111276B2 以及 US7308673B2 的美國專利公開了多種補償PSM三維效應(yīng)的方法。但是以上方法普遍存在以下三方面的不足第一，以上方法分別獨立的對PSM的拓撲結(jié)構(gòu)及相位進行優(yōu)化，因此無法達到全局最優(yōu)；第二，以上方法均未利用優(yōu)化目標函數(shù)的梯度信息引導(dǎo)PSM的優(yōu)化方向，因此優(yōu)化效率較低；第三，以上方法均利用嚴謹三維掩膜成像模型對PSM進行優(yōu)化，計算復(fù)雜度很高，從而導(dǎo)致以上PSM 設(shè)計方法也具有很高的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于邊界層模型的三維相移掩膜優(yōu)化方法，該優(yōu)化方法有效的補償掩膜的三維效應(yīng)，計算復(fù)雜度低，優(yōu)化效率高。實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于邊界層模型的三維相移掩膜優(yōu)化方法，具體步驟為步驟601、將目標圖形P作為初始掩膜圖形中總中央透射區(qū)域Γ的形狀，并設(shè)定初始掩膜上各個開口所對應(yīng)的中央透射區(qū)域的相位，使得相鄰開口對應(yīng)的中央透射區(qū)域具有 180°的相位差，對不同相位對應(yīng)的中央透射區(qū)域設(shè)置不同的透射率1或-1，阻光區(qū)域透射率為0 ；步驟602、將目標函數(shù)D構(gòu)造為目標圖形與當(dāng)前總中央透射區(qū)域?qū)?yīng)的掩膜圖形
空氣中成像之差的歐拉距離的平方，
權(quán)利要求
1.一種基于邊界層模型的三維相移掩膜優(yōu)化方法，其特征在于，具體步驟為步驟601、將目標圖形P作為初始掩膜圖形中總中央透射區(qū)域Γ的形狀，并設(shè)定初始掩膜上各個開口所對應(yīng)的中央透射區(qū)域的相位，使得相鄰開口對應(yīng)的中央透射區(qū)域具有 180°的相位差，對不同相位對應(yīng)的中央透射區(qū)域設(shè)置不同的透射率1或-1，阻光區(qū)域透射率為0 ；步驟602、將目標函數(shù)D構(gòu)造為目標圖形與當(dāng)前總中央透射區(qū)域?qū)?yīng)的掩膜圖形空氣N M2中成像之差的歐拉距離的平方，d=!^!^^^)-7^^)),其中巧x>;)為目標圖形的像素值，I(x, y)為利用步驟601中設(shè)置的透射率所計算的空氣中成像的像素值，目標圖形的大小為MXN，I (x, y)與”x，>0中各點像素值所對應(yīng)各像素點的光強； 進一步計算目標函數(shù)D的梯度矩陣VZ)；步驟603、尋找Γ對應(yīng)的矩陣上具有以下兩個特性的KXK的子方陣G ；第一所述G未被遍歷過，第二所述G在Γ對應(yīng)的矩陣所包含的所有KXK的子方陣中具有最大的梯度統(tǒng)計值S (G)；步驟604、標記步驟603選取的子方陣G為已遍歷，并判斷G是否為可翻轉(zhuǎn)子方陣，若是，則將G記為G'，進入步驟605 ；否則，返回步驟603 ；其中可翻轉(zhuǎn)子方陣定義為子方陣 G對應(yīng)的梯度矩陣VAi中包含至少K個正元素值或者至少K個負元素值；步驟605、對步驟604中選取的可翻轉(zhuǎn)子方陣G'進行翻轉(zhuǎn)，具體翻轉(zhuǎn)方法為G'中所有元素的最大值為G' _，最小值為G' min，當(dāng)梯度矩陣VDcj中包含至少K個正元素值時，若 G' min = _l，則將G'中所有元素值均設(shè)置為-1，若G' min>-l，則將G'中所有元素值設(shè)置為G' min減1 ；當(dāng)梯度矩陣VAi中包含至少K個負元素值時，若G' _=1，則將G'中所有元素值均設(shè)置為1，若G' max<l，則將G'中所有元素值設(shè)置為G' _加1;步驟606、判斷是否保留步驟605中的可翻轉(zhuǎn)子方陣G'的翻轉(zhuǎn)結(jié)果，當(dāng)翻轉(zhuǎn)后G'的目標函數(shù)D比翻轉(zhuǎn)前小，且判定當(dāng)前掩膜圖形對應(yīng)的總中央透射區(qū)域Γ中不包含第一、二、 三、四類奇異像素點時，則保留G'的翻轉(zhuǎn)結(jié)果，否則還原G'；步驟607、判斷本次循環(huán)是否已經(jīng)遍歷Γ對應(yīng)的矩陣所包含的所有子方陣，若是，則進入步驟608，否則返回步驟603 ；步驟608、判斷在本次循環(huán)中，是否翻轉(zhuǎn)過任何子方陣，若是，則根據(jù)獲得的當(dāng)前總中央透射區(qū)域Γ計算對應(yīng)的掩膜圖形在空氣中的成像，返回步驟602，否則將獲得的當(dāng)前總中央透射區(qū)域Γ確定為經(jīng)過優(yōu)化后的總中央透射區(qū)域f ,進入步驟609 ；步驟609、根據(jù)BL模型對步驟608中得到的優(yōu)化后的f進行擴展，得到對應(yīng)的優(yōu)化掩膜圖形f ,并終止優(yōu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于邊界層模型的三維相移掩膜優(yōu)化方法，其特征在于，所述第一、二、三、四類奇異像素點的定義為設(shè)定所有元素值等于1的子方陣為“白色子方陣”，所有元素值等于-1的子方陣為“黑色子方陣”，所有元素值等于0的子方陣為“灰色子方陣”；若Γ中元素值為1的像素點不屬于任何KXK的白色子方陣，則稱其為第一類奇異像素點；若Γ中元素值為-ι的像素點不屬于任何KXK的黑色子方陣，則稱其為第二類奇異像素點；若Γ中元素值為0的像素點不屬于任何LXL灰色子方陣，則稱其為第三類奇異像素點，其中的L=L2w/p」+ l，w為邊界層寬度，ρ為掩膜像素的尺寸，L」為向下取整符號；若Γ中元素值為1且其與值為-1的元素值相鄰，或Γ中元素值為-1且其與值為1 的元素值相鄰，則稱其為第四類奇異像素點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于邊界層模型的三維相移掩膜優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟606判斷當(dāng)前掩膜圖形對應(yīng)的總中央透射區(qū)域Γ中是否包含第一、二、三、四類奇異像素點為對Γ對應(yīng)的矩陣中的G'向四周擴展K個像素的方陣所覆蓋的區(qū)域進行檢查判斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于BL模型的三維相移掩膜優(yōu)化方法，其特征在于，若初始掩膜圖形相對于中軸線A對稱，則對掩膜圖形的一半進行優(yōu)化，與其對稱的另一半掩膜圖形采用同樣的翻轉(zhuǎn)操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于邊界層模型的三維相移掩膜優(yōu)化方法，其特征在于，計算所述空氣中成像的具體步驟為步驟Al、基于BL模型計算三維掩膜TE極化波對應(yīng)的近場分布Fte和TM極化波對應(yīng)的近場分布F ；當(dāng)所述的掩膜為二值掩膜時，則掩膜圖形中開口對應(yīng)的總中央透射區(qū)域的透射率為1， 阻光部分的透射率為0，邊界層透射率分別為St和sn，邊界層寬度為w ；設(shè)像素尺寸為p，則所述邊界層寬度w包含d = w/p個像素； TE極化波對應(yīng)的近場分布Fte為式(1)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于邊界層模型的三維相移掩膜優(yōu)化方法，其特征在于，計算空氣中成像的具體步驟為步驟Bi、基于BL模型計算三維掩膜TE極化波對應(yīng)的近場分布Fte和TM極化波對應(yīng)的近場分布F ；當(dāng)所述的掩膜為二值掩膜時，則掩膜圖形中開口對應(yīng)的總中央透射區(qū)域的透射率為1， 阻光部分的透射率為0，邊界層透射率分別為St和sn，邊界層寬度為w ；設(shè)像素尺寸為p，則所述邊界層寬度w包含d = w/p個像素； TE極化波對應(yīng)的近場分布Fte為式(5)
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述基于邊界層模型的三維相移掩膜優(yōu)化方法，其特征在于，所述P值的設(shè)置原則為當(dāng)所述掩膜為二值掩膜時，Sp = W ；當(dāng)所述掩膜為PSM時，取W1的近似值W' i，或取W2的近似值W' 2，使得W1與W' 2之間具有公約數(shù)，或W2與W' i之間具有公約數(shù)，或W'工與一 2之間具有公約數(shù)；設(shè)公約數(shù)為& ,則取P=A 4使得邊界層寬度W1 和W2分別包含盡量少的整數(shù)個像素。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于BL模型的三維相移掩膜(PSM)優(yōu)化方法，將PSM的優(yōu)化目標函數(shù)D構(gòu)造為目標圖形與空氣中成像之差的歐拉距離的平方，利用優(yōu)化目標函數(shù)的梯度信息引導(dǎo)PSM優(yōu)化方向，同時優(yōu)化相移掩膜的拓撲結(jié)構(gòu)及光線通過掩膜開口后的電場強度的相位，并且在優(yōu)化的過程中都要判定目標函數(shù)是否降低，因此本發(fā)明能夠確保在三維PSM優(yōu)化過程中，成像誤差逐步遞減，進而提高成像分辨率。同時本方法優(yōu)化效率高，計算復(fù)雜度低。
文檔編號G03F1/00GK102183874SQ201110117109
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者李艷秋, 貢薩洛·阿爾塞, 馬旭 申請人:北京理工大學(xué)