本發(fā)明涉及光刻技術(shù)，尤其涉及一種基于粒子群優(yōu)化算法的晶圓曝光路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

光刻技術(shù)是極大規(guī)模集成電路中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一，而光刻機(jī)是光刻技術(shù)的核心裝備。評(píng)價(jià)光刻機(jī)有三大性能指標(biāo)：分辨率、套刻精度和產(chǎn)率，其中，光刻機(jī)的產(chǎn)率受到晶圓曝光時(shí)間的制約。在步進(jìn)掃描式光刻機(jī)的曝光過程中，曝光系統(tǒng)每次曝光的面積是有限的，因此在曝光時(shí)需要將晶圓劃分為多個(gè)曝光單元進(jìn)行曝光。

步進(jìn)掃描式光刻機(jī)中單晶圓曝光流程包括上下片、調(diào)平調(diào)焦、對(duì)準(zhǔn)和曝光這幾個(gè)階段。光刻機(jī)的性能參數(shù)決定了上下片、調(diào)平調(diào)焦和對(duì)準(zhǔn)時(shí)間均為常數(shù)，而曝光時(shí)間則由工件臺(tái)的步進(jìn)準(zhǔn)備時(shí)間和掃描曝光時(shí)間決定，合理的規(guī)劃晶圓曝光場(chǎng)的曝光次序能夠減少曝光流程總時(shí)間，從而提高產(chǎn)率。

現(xiàn)階段，光刻機(jī)主要采用“s”型曝光路徑進(jìn)行晶圓曝光。近年來，多種算法被用于晶圓曝光路徑規(guī)劃，例如：模擬退火算法、蟻群算法、遍歷優(yōu)化算法等等。何樂等人提出了一種基于模擬退火算法的晶圓曝光路徑規(guī)劃方法(在先技術(shù)[1]：何樂,姚名.一種晶圓曝光路徑優(yōu)化方法:cn101004556a[p].2007)，通過模擬退火算法以一定概率接受比現(xiàn)有路線更差的路線，從而有利于跳出局部最優(yōu)解。但該方法所得優(yōu)化的結(jié)果質(zhì)量取決于初始解以及冷卻進(jìn)度表的選取，需要一定的光刻先驗(yàn)知識(shí)。姚名等人提出了一種基于遍歷優(yōu)化算法的晶圓曝光路徑規(guī)劃方法(在先技術(shù)[2]：姚名,何樂,陳敏等.凸點(diǎn)光刻機(jī)的曝光方法:cn101086627a[p].2007)，該方法通過開環(huán)式列規(guī)約法處理，將只適用于閉環(huán)旅行商問題的遍歷優(yōu)化算法運(yùn)用到晶圓曝光路徑規(guī)劃中。但該方法未考慮晶圓在上片之后步進(jìn)到調(diào)平調(diào)焦標(biāo)記和對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記處所需時(shí)間消耗，而且遍歷優(yōu)化算法時(shí)間復(fù)雜度高，在曝光場(chǎng)較多時(shí)，優(yōu)化耗時(shí)長(zhǎng)。羅鳴等人提出了一種基于蟻群算法的自調(diào)整式曝光路徑規(guī)劃方法(在先技術(shù)[3]：張俊,羅鳴.自調(diào)整式曝光路徑規(guī)劃方法:cn101526752b[p].2011)，該方法通過蟻群算法對(duì)某一曝光場(chǎng)分布下的曝光路徑進(jìn)行規(guī)劃并保存，當(dāng)相同曝光場(chǎng)分布的晶圓再次曝光時(shí)，通過直接讀取之前的路徑規(guī)劃結(jié)果可免去重復(fù)規(guī)劃路徑的時(shí)間消耗。但蟻群算法容易陷入局部最優(yōu)解，使搜索停滯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種基于粒子群優(yōu)化算法的晶圓曝光路徑規(guī)劃方法，通過將晶圓曝光場(chǎng)進(jìn)行編號(hào)，以晶圓曝光場(chǎng)的曝光次序?yàn)榱Ｗ樱云毓饴窂娇傞L(zhǎng)度為目標(biāo)函數(shù)，利用引入交叉算子和變異算子的粒子群優(yōu)化算法，通過更新粒子的速度和位置信息來對(duì)曝光路徑總長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明能有效縮短晶圓曝光流程總時(shí)間，從而提高光刻機(jī)產(chǎn)率，具有原理簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)、收斂性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于粒子群優(yōu)化算法的晶圓曝光路徑規(guī)劃方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

①獲取晶圓表面曝光場(chǎng)、調(diào)平調(diào)焦標(biāo)記與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的分布數(shù)據(jù)；設(shè)置曝光場(chǎng)總數(shù)為m，并對(duì)各曝光場(chǎng)按照一定次序用1～m進(jìn)行編號(hào)，計(jì)算各曝光場(chǎng)中心坐標(biāo)；

②規(guī)劃調(diào)平調(diào)焦及對(duì)準(zhǔn)路徑：依次遍歷調(diào)平調(diào)焦標(biāo)后再依次遍歷對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，其中以最后經(jīng)過的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記為曝光起始點(diǎn)位置a(x,y)；

③設(shè)置晶圓曝光路線初始參數(shù)：以晶圓曝光場(chǎng)的曝光次序?yàn)榱Ｗ?，初始化粒子群?guī)模n、加速系數(shù)c1和c2；隨機(jī)生成n個(gè)初始路徑，即各粒子的初始排序

其中i(1≤i≤n)為粒子編號(hào)，j(1≤j≤m)為該粒子第j個(gè)曝光場(chǎng)編號(hào)，d為迭代次數(shù)，坐標(biāo)定義為第個(gè)曝光場(chǎng)中心坐標(biāo)；定義最大迭代次數(shù)dmax，定義初始迭代次數(shù)d＝1，定義慣性權(quán)重：

其中ωmax為慣性權(quán)重最大值，ωmin為慣性權(quán)重最小值；

④根據(jù)初始路徑計(jì)算初始函數(shù)適應(yīng)值，即各路徑長(zhǎng)度：

其中為隨機(jī)生成的第i個(gè)粒子中第j個(gè)曝光場(chǎng)中心的x坐標(biāo)，為隨機(jī)生成的第i個(gè)粒子中第j+1個(gè)曝光場(chǎng)中心的x坐標(biāo)，為隨機(jī)生成的第i個(gè)粒子中第j個(gè)曝光場(chǎng)中心的y坐標(biāo)，為隨機(jī)生成的第i個(gè)粒子中第j+1個(gè)曝光場(chǎng)中心的y坐標(biāo)，a(x)為曝光起始點(diǎn)a的x坐標(biāo)，a(y)為曝光起始點(diǎn)a的y坐標(biāo)；設(shè)置初始函數(shù)適應(yīng)值為粒子的初始個(gè)體最優(yōu)值設(shè)置各粒子的初始排序?yàn)閭€(gè)體最優(yōu)排序以中的最短路徑作為初始全局最優(yōu)值gbest⁽¹⁾，定義初始全局最優(yōu)值對(duì)應(yīng)的排序?yàn)間lbest⁽¹⁾；

⑤對(duì)粒子進(jìn)行更新操作；

⑥計(jì)算第d次更新后粒子的函數(shù)適應(yīng)值：

其中為第d次更新后第i個(gè)粒子中第j個(gè)曝光場(chǎng)中心的x坐標(biāo)，為第d次更新后第i個(gè)粒子中第j+1個(gè)曝光場(chǎng)中心的x坐標(biāo)，為第d次更新后第i個(gè)粒子中第j個(gè)曝光場(chǎng)中心的y坐標(biāo)，為第d次更新后第i個(gè)粒子中第j+1個(gè)曝光場(chǎng)中心的y坐標(biāo)；

⑦計(jì)算第d次更新后每個(gè)粒子的個(gè)體最優(yōu)排序：

else

式中為第d次更新后第i個(gè)粒子的個(gè)體最優(yōu)值，為第d次更新后第i個(gè)粒子的個(gè)體最優(yōu)排序。

⑧計(jì)算第d次更新后群體的全局最優(yōu)排序：

else

gbest^(d+1)＝gbest^(d),

glbest(^d+1)＝glbest(^d),

式中g(shù)best^(d)為第d-1次更新后的全局最優(yōu)值，gbest^(d+1)為第d次更新后的全局最優(yōu)值，glbest^(d)為第d-1次更新后的全局最優(yōu)排序，glbest(^d+1)為第d次更新后的全局最優(yōu)排序。

⑨如果d大于dmax，則進(jìn)入步驟⑩；否則，則更新迭代次數(shù)

d＝d+1,

并更新慣性權(quán)重

返回步驟⑤；

⑩終止優(yōu)化，gbest(^d+1)為全局極值，輸出glbest(^d+1)所表示的信息為最優(yōu)規(guī)劃路徑。

所述的步驟⑤更新操作包含以下步驟：

步驟5.1生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)r1(0<r1<1)，若c1≥r1，則對(duì)粒子與進(jìn)行交叉操作；若c1＜r1，則保持粒子不變；其中為第d-1次更新后的第i個(gè)粒子，為第d-1次更新后第i個(gè)粒子的個(gè)體最優(yōu)排序；所述的交叉操作的定義為：從或glbest^(d)中隨機(jī)選取一塊交叉區(qū)域插入到粒子的尾部，并刪除粒子中在交叉區(qū)域中出現(xiàn)過的編號(hào)。

步驟5.2生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)r2(0<r2<1)，若c2≥r2，則對(duì)粒子與glbest^(d)進(jìn)行交叉操作；若c2＜r2，則保持粒子不變；其中g(shù)lbest^(d)為第d-1次更新后全局最優(yōu)排序；所述的變異操作的定義為：隨機(jī)交換中第j1個(gè)數(shù)與第j2個(gè)數(shù)，其中0≤j1、j2≤m且j1≠j2。

步驟5.3生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)r3(0<r3<1)，若ω≥r3，則對(duì)粒子進(jìn)行變異操作；若ω＜r3，則保持粒子不變。

本發(fā)明與在先技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.與在先技術(shù)[1]相比，本發(fā)明所述的方法原理簡(jiǎn)單，所需設(shè)置的參數(shù)少，易于實(shí)現(xiàn)；

2.與在先技術(shù)[2]相比，本發(fā)明所述的方法考慮了晶圓在上片之后步進(jìn)到調(diào)平調(diào)焦標(biāo)記和對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記處所需時(shí)間消耗，而且時(shí)間復(fù)雜度更低；

3.與在先技術(shù)[3]相比，本發(fā)明以一定概率接受比原路徑更差的路徑，更容易跳出局部最優(yōu)解，從而得到全局最優(yōu)路徑規(guī)劃。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于粒子群優(yōu)化算法的晶圓曝光路徑規(guī)劃流程圖。

圖2為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例中晶圓初始曝光路徑示意圖；

圖3為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例中優(yōu)化后的晶圓曝光路徑示意圖；

圖4為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例中晶圓初始曝光路徑示意圖；

圖5為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例中優(yōu)化后的晶圓曝光路徑示意圖；

圖中：○表示調(diào)平調(diào)焦標(biāo)記，×表示對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，虛線表示調(diào)平調(diào)焦及對(duì)準(zhǔn)路徑

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以實(shí)施例限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

先請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明基于粒子群優(yōu)化算法的晶圓曝光路徑規(guī)劃流程圖。

在本發(fā)明的實(shí)施例1中，圖2為晶圓初始曝光路徑示意圖：

獲取晶圓表面曝光場(chǎng)、調(diào)平調(diào)焦標(biāo)記與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的分布數(shù)據(jù)，計(jì)算各曝光場(chǎng)中心坐標(biāo)：假設(shè)晶圓包含三個(gè)調(diào)平調(diào)焦標(biāo)記和兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，假設(shè)晶圓直徑為200mm，將其劃分為46個(gè)22mm*32mm的曝光場(chǎng)，即曝光場(chǎng)總數(shù)m＝46，對(duì)曝光場(chǎng)按照從左到右、從上到下的順序用1～46號(hào)進(jìn)行編號(hào)。以晶圓中心為原點(diǎn)，可以方便的計(jì)算出各曝光場(chǎng)中心坐標(biāo)。

規(guī)劃調(diào)平調(diào)焦及對(duì)準(zhǔn)路徑：在依次遍歷三個(gè)調(diào)平調(diào)焦標(biāo)記及兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記后形成調(diào)平調(diào)焦及對(duì)準(zhǔn)路徑，其中對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記a點(diǎn)為調(diào)平調(diào)焦及對(duì)準(zhǔn)路徑的終點(diǎn)，也是曝光路徑起始點(diǎn)。

設(shè)置曝光路徑初始參數(shù)：以晶圓曝光場(chǎng)的曝光次序?yàn)榱Ｗ?，初始化粒子群?guī)模n＝500，隨機(jī)生成500個(gè)初始路徑(1～46的排序)，令加速系數(shù)c1＝0.5、c2＝0.7，設(shè)置最大迭代次數(shù)dmax＝100，定義慣性權(quán)重最大值ωmax＝0.9，慣性權(quán)重最小值ωmin＝0.4，則慣性權(quán)重為

按照如圖2所示的初始路徑進(jìn)行曝光，其初始總行程約為1575.18mm。

然后對(duì)上述路徑帶入粒子群算法中進(jìn)行尋優(yōu)，得到如圖3所示的優(yōu)化后的晶圓曝光路徑示意圖，優(yōu)化路徑總行程約為1471.26mm，較初始路徑縮短了6.60％。

在本發(fā)明的實(shí)施例2中，圖4為晶圓初始曝光路徑示意圖，參照?qǐng)D1：

獲取晶圓表面曝光場(chǎng)、調(diào)平調(diào)焦標(biāo)記與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的分布數(shù)據(jù)，計(jì)算各曝光場(chǎng)中心坐標(biāo)：假設(shè)晶圓包含三個(gè)調(diào)平調(diào)焦標(biāo)記和兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，假設(shè)晶圓直徑為300mm，將其劃分為112個(gè)22mm*32mm的曝光場(chǎng)，即曝光場(chǎng)總數(shù)m＝112，對(duì)曝光場(chǎng)按照從左到右、從上到下的順序用1～112號(hào)進(jìn)行編號(hào)。以晶圓中心為原點(diǎn)，可以方便的計(jì)算出各曝光場(chǎng)中心坐標(biāo)。

規(guī)劃調(diào)平調(diào)焦及對(duì)準(zhǔn)路徑：在依次遍歷三個(gè)調(diào)平調(diào)焦標(biāo)記及兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記后形成調(diào)平調(diào)焦及對(duì)準(zhǔn)路徑，其中對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記a點(diǎn)為調(diào)平調(diào)焦及對(duì)準(zhǔn)路徑的終點(diǎn)，也是曝光路徑起始點(diǎn)。

設(shè)置曝光路徑初始參數(shù)：以晶圓曝光場(chǎng)的曝光次序?yàn)榱Ｗ?，初始化粒子群?guī)模n＝500，隨機(jī)生成500個(gè)初始路徑(1～112的排序)，令加速系數(shù)c1＝0.5、c2＝0.7，設(shè)置最大迭代次數(shù)dmax＝200，定義慣性權(quán)重最大值ωmax＝0.9，慣性權(quán)重最小值ωmin＝0.4，則慣性權(quán)重為

按照如圖4所示的初始路徑進(jìn)行曝光，其初始總行程約為3416.31mm。

然后對(duì)上述路徑帶入粒子群算法中進(jìn)行尋優(yōu)，得到如圖5所示的優(yōu)化后的晶圓曝光路徑示意圖，優(yōu)化路徑總行程約為3231.18mm，較初始路徑縮短了5.42％。