專利名稱：一種基于Abbe矢量成像模型的光源-掩模混合優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于Abbe (阿貝)矢量成像模型的光源-掩?；旌蟽?yōu)化方法，屬于光刻分辨率增強(qiáng)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(jìn)行制造。光刻系統(tǒng)主要包括照明系統(tǒng)(包括光源和聚光鏡)、掩模、投影系統(tǒng)及晶片四部分。光源發(fā)出的光線經(jīng)過聚光鏡聚焦后入射至掩模，掩模的開ロ部分透光；經(jīng)過掩模后，光線經(jīng)由投影系統(tǒng)入射至涂有光刻膠的晶片上，這樣掩模圖形就復(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(diǎn)進(jìn) 入45nm-22nm,電路的關(guān)鍵尺寸已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光源的波長(zhǎng)。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(qiáng)技術(shù)，用以提高成像質(zhì)量。光源-掩模協(xié)同優(yōu)化(source mask optimization,簡(jiǎn)稱SM0)是ー種重要的光刻分辨率增強(qiáng)技木。SMO利用光源及掩模之間的相互作用，通過改變光源明暗圖形、掩模圖形以及在掩模上添加細(xì)小的輔助圖形的方法，達(dá)到提高光刻成像分辨率的目的。較之傳統(tǒng)的分辨率增強(qiáng)技術(shù)(如光學(xué)鄰近效應(yīng)校正(optical proximity correction,簡(jiǎn)稱OPC)等)，SMO在掩模優(yōu)化過程中引入光源變量，増大了優(yōu)化自由度，從而能夠更為有效的提高光刻系統(tǒng)的分辨率。光源-掩?；旌蟽?yōu)化(hybrid source mask optimization,簡(jiǎn)稱HSM0)方法是實(shí)現(xiàn)SMO的重要方法之一。HSMO方法包含三個(gè)步驟首先進(jìn)行光源單獨(dú)優(yōu)化(source optimization,簡(jiǎn)稱 SO),然后采用光源-掩模同步優(yōu)化(simultaneous sourcemask optimization,簡(jiǎn)稱SISM0)方法對(duì)光源和掩模圖形進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化,最后進(jìn)行掩模單獨(dú)優(yōu)化(mask optimization,簡(jiǎn)稱MO)。其特點(diǎn)是綜合利用了 SO、SISMO和MO等方法各自的優(yōu)點(diǎn)，從而能夠更為有效的提高光刻系統(tǒng)的成像分辨率。另ー方面，為了進(jìn)一步提高光刻系統(tǒng)成像分辨率，目前業(yè)界普遍采用浸沒式光刻系統(tǒng)。浸沒式光刻系統(tǒng)為在投影物鏡最后一個(gè)透鏡的下表面與晶片之間添加了折射率大于I的液體，從而達(dá)到擴(kuò)大數(shù)值孔徑(numerical aperture,簡(jiǎn)稱NA),提高成像分辨率的目的。由于浸沒式光刻系統(tǒng)具有高NA (NA > I)的特性，而當(dāng)NA >0.6吋，電磁場(chǎng)的矢量成像特性對(duì)光刻成像的影響已經(jīng)不能被忽視，因此對(duì)于浸沒式光刻系統(tǒng)其標(biāo)量成像模型已經(jīng)不再適用。為了獲取精確的浸沒式光刻系統(tǒng)的成像特性，必須采用基于矢量成像模型的SMO技術(shù)，對(duì)浸沒式光刻系統(tǒng)中的光源和掩模進(jìn)行優(yōu)化。相天又獻(xiàn)(IEEE International Conference of Electron Devices andSolid-State Circuits EDSSC，2010，I 4)針對(duì)部分相干成像系統(tǒng)，提出了ー種較為高效的基于梯度的SISMO優(yōu)化方法。但是以上方法僅利用SISMO方法對(duì)光源和掩模圖形進(jìn)行優(yōu)化，沒有綜合利用其他方法(如SO和MO方法等)的優(yōu)點(diǎn)，因此與本發(fā)明所涉及的HSMO方法相比其優(yōu)化效果較差。另外，上述SISMO方法基于光刻系統(tǒng)的標(biāo)量成像模型，因此不適用于高NA的光刻系統(tǒng)。同時(shí)，由于光源面上不同位置光線的入射角度不同，其對(duì)投影系統(tǒng)的作用存在差異，但是現(xiàn)有技術(shù)沒有考慮投影系統(tǒng)對(duì)光源面上不同點(diǎn)光源入射光線的響應(yīng)差異。因此采用現(xiàn)有方法獲取空間像與實(shí)際存在較大的偏差，進(jìn)而影響光源和掩模圖形的優(yōu)化效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于Abbe矢量成像模型的HSMO方法。該方法采用基于矢量模型的HSMO技術(shù)對(duì)光源明暗圖形和掩模圖形進(jìn)行優(yōu)化，其可同時(shí)適用于具有高NA的浸沒式光刻系統(tǒng)以及具有低NA的干式光刻系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于Abbe矢量成像模型的HSMO方法，具體步驟為步驟101、將光源初始化為大小為NsXNs的光源圖形J，將掩模圖形M初始化為大小為NXN的目標(biāo)圖形Z，其中Ns和N為整數(shù)；步驟102、設(shè)置初始光源圖形J上發(fā)光區(qū)域的像素值為1，不發(fā)光區(qū)域的像素值為O ;設(shè)定 NsXNs 的變量矩陣 Qs :當(dāng) J(xs, ys) = I 時(shí)，Ω8( ) = ·^7Γ ;當(dāng) J(xs, ys) = O 時(shí)，
Ω8(^,Λ) = |^淇中J(xs，ys)表示光源圖形上各像素點(diǎn)(xs，ys)的像素值；設(shè)置初始掩模圖形M上開ロ部分的透射率為1，阻光區(qū)域的透射率為O ;設(shè)定NXN的變量矩陣ΩΜ:當(dāng)M(x，y) = I時(shí)，ΩΜ0，ア) = ^·7Γ ;當(dāng)M(x, y) = O時(shí)，Ω^Ο，少)=子ττ ;其中M(x, y)表示掩模圖形上
各像素點(diǎn)(X，y)的透射率；令初始ニ值掩模圖形Mb = M ；步驟103、構(gòu)造優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)D ;設(shè)成像誤差E為目標(biāo)圖形與當(dāng)前光源圖形和掩模圖形對(duì)應(yīng)的光刻膠中成像之間的歐拉距離的平方，即五=乙ムけ卜ン)—Z(x，ア))，其中之為目標(biāo)圖形各像素點(diǎn)的像素值，Z(x, y)表示利用Abbe矢量成像模型計(jì)算當(dāng)前光源圖形和掩模圖形對(duì)應(yīng)的光亥IJ膠中成像各像素點(diǎn)的像素值；構(gòu)造光源罰函數(shù)為&=—(ん>0}，其中
權(quán)利要求
1. 一種基于Abbe矢量成像模型的光源-掩模混合優(yōu)化方法，其特征在干，具體步驟為 步驟101、將光源初始化為大小為NsXNs的光源圖形J，將掩模圖形M初始化為大小為NXN的目標(biāo)圖形之，其中Ns和N為整數(shù)； 步驟102、設(shè)置初始光源圖形J上發(fā)光區(qū)域的像素值為1，不發(fā)光區(qū)域的像素值為O ;設(shè)定 NsXNs 的變量矩陣 Qs :當(dāng) J(XS，ys) = I 時(shí)，= ;當(dāng) J(xs，ys) = O 時(shí)，Qs(ん兄)=ト淇中J(xs，ys)表示光源圖形上各像素點(diǎn)(xs，ys)的像素值；設(shè)置初始掩模圖形M上開ロ部分的透射率為1，阻光區(qū)域的透射率為O ;設(shè)定NXN的變量矩陣ΩΜ:當(dāng)M(x，y) = I時(shí)，Ωμ(χ，ァ)=|疋；當(dāng)M(x, y) = O時(shí)，Ωμ(χ，>0 = ;;γ ;其中M(x, y)表示掩模圖形上各像素點(diǎn)(X，y)的透射率；令初始ニ值掩模圖形Mb = M ； 步驟103、構(gòu)造優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)D ; 設(shè)成像誤差E為目標(biāo)圖形與當(dāng)前光源圖形和掩模圖形對(duì)應(yīng)的光刻膠中成像之間的歐拉距離的平方，即五，其中Mx.バ為目標(biāo)圖形各像素點(diǎn)的像素值，Z(x, y)表示利用Abbe矢量成像模型計(jì)算當(dāng)前光源圖形和掩模圖形對(duì)應(yīng)的光亥IJ膠中成像各像素點(diǎn)的像素值；構(gòu)造光源罰函數(shù)為足=—ム，其中sigmoid(x)，其中a表征sigmoid函數(shù)的傾斜程度，も=O ;將目標(biāo)函數(shù)D構(gòu)造為E和Rs的加權(quán)和，即
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于Abbe矢量成像模型的光源-掩?；旌蟽?yōu)化方法，其特征在于，所述步驟103中利用Abbe矢量成像模型計(jì)算當(dāng)前光源圖形和掩膜圖形對(duì)應(yīng)的光刻膠中成像的具體步驟為 步驟201、將掩模圖形M柵格化為NXN個(gè)子區(qū)域； 步驟202、將光源圖形J柵格化為NsXNs個(gè)子區(qū)域； 步驟203、針對(duì)單個(gè)點(diǎn)光源(xs，ys)，獲取該點(diǎn)光源照明時(shí)對(duì)應(yīng)晶片位置上的空間像I (xs，ys)； 步驟204、判斷是否已經(jīng)計(jì)算出所有點(diǎn)光源對(duì)應(yīng)晶片位置上的空間像，若是，則進(jìn)入步驟205，否則返回步驟203 ； 步驟205、根據(jù)阿貝Abbe方法，對(duì)各點(diǎn)光源對(duì)應(yīng)晶片位置的的空間像I (xs，ys)進(jìn)行疊カロ，獲取部分相干光源照明吋，晶片位置上的空間像I ; 步驟206、基于光刻膠近似模型，根據(jù)空間像I計(jì)算光源圖形和掩模圖形對(duì)應(yīng)的光刻膠中的成像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2基于Abbe矢量成像模型的光源-掩?；旌蟽?yōu)化方法，其特征在干，所述步驟203中針對(duì)單個(gè)點(diǎn)光源(xs，ys)獲取該點(diǎn)光源照明時(shí)對(duì)應(yīng)晶片位置上的空間像I (xs, ys)的具體過程為 設(shè)定光軸的方向?yàn)閆軸,并依據(jù)左手坐標(biāo)系原則建立全局坐標(biāo)系；(α，β，Y )是掩模上全局坐標(biāo)系(X，Y, z)進(jìn)行傅里葉變換后的坐標(biāo)系，(α '，β '，)是晶片上全局坐標(biāo)系(xw，yw，zw)進(jìn)行傅里葉變換后的坐標(biāo)系； 步驟301、針對(duì)單個(gè)點(diǎn)光源(xs，ys)，計(jì)算點(diǎn)光源發(fā)出的光波在掩模上NXN個(gè)子區(qū)域的近場(chǎng)分布E ;其中，E為NXN的矢量矩陣,其姆個(gè)兀素均為ー 3X1的矢量,表不全局坐標(biāo)系中掩模的衍射近場(chǎng)分布的3個(gè)分量； 步驟302、根據(jù)近場(chǎng)分布E獲取光波在投影系統(tǒng)入瞳后方的電場(chǎng)分布Eebnt(a,灼,其中，Ef( ,灼為NXN的矢量矩陣，其每個(gè)元素均為ー 3X1的矢量，表示全局坐標(biāo)系中入瞳后方的電場(chǎng)分布的3個(gè)分量； 步驟303、設(shè)光波在投影系統(tǒng)中傳播方向近似與光軸平行，進(jìn)ー步根據(jù)入瞳后方的電場(chǎng)分布Eebnt(a，灼獲取投影系統(tǒng)出瞳前方的電場(chǎng)分布淇中，出瞳前方的電場(chǎng)分布ΕΓ"(α’，；0’)為NXN的矢量矩陣，其每個(gè)元素均為ー 3X1的矢量，表示全局坐標(biāo)系中出瞳前方的電場(chǎng)分布的3個(gè)分量； 步驟304、根據(jù)投影系統(tǒng)出瞳前方的電場(chǎng)分布，獲取投影系統(tǒng)出瞳后方的電場(chǎng)分布EebxW)； 步驟305、利用沃爾夫Wolf光學(xué)成像理論，根據(jù)出瞳后方的電場(chǎng)分布;E〖xt(a’，,)獲取晶片上的電場(chǎng)分布Ewaf'并根據(jù)Ewafw獲取點(diǎn)光源對(duì)應(yīng)晶片位置上空間像I (xs，ys)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于Abbe(阿貝)矢量成像模型的光源-掩?；旌蟽?yōu)化方法，本方法設(shè)置光源圖形像素值和掩模中開口部分以及阻光部分的透射率，設(shè)置變量矩陣ΩS和ΩM，將目標(biāo)函數(shù)D構(gòu)造為目標(biāo)圖形與當(dāng)前光源和掩模對(duì)應(yīng)的光刻膠中成像之間的歐拉距離的平方；利用變量矩陣ΩS和ΩM以及目標(biāo)函數(shù)D引導(dǎo)光源和掩模圖形的混合優(yōu)化過程。較之傳統(tǒng)的光源單獨(dú)優(yōu)化、掩模單獨(dú)優(yōu)化、光源-掩模同步優(yōu)化以及光源-掩模交替優(yōu)化等方法，本發(fā)明所涉及的方法能夠更為有效的提高光刻系統(tǒng)的分辨率。同時(shí)采用本發(fā)明優(yōu)化后的光源和掩模不但適用于小NA的情況，也適用于NA＞0.6的情況。另外本發(fā)明利用優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的梯度信息，結(jié)合最陡速降法對(duì)光源圖形和掩模圖形進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化效率高。
文檔編號(hào)G03F1/36GK102692814SQ20121019975
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者李艷秋, 董立松, 韓春營(yíng), 馬旭 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)