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一種極紫外光刻光源掩模聯合優化方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510354242.5

申請日:

2015.06.24

公開號:

CN104914684A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G03F 7/20申請日:20150624|||公開
IPC分類號: G03F7/20 主分類號: G03F7/20
申請人: 北京理工大學
發明人: 馬旭; 陳譞博; 汪杰; 李艷秋
地址: 100081北京市海淀區中關村南大街5號
優先權:
專利代理機構: 北京理工大學專利中心11120 代理人: 劉芳; 仇蕾安
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510354242.5

授權公告號:

104914684B||||||

法律狀態公告日:

2017.06.23|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種極紫外光刻光源-掩模優化方法,本方法分別應用參數化和像素化光源,并將掩模主體圖形和輔助圖形分別構造為若干單邊尺寸大于或等于預定閾值的基本模塊的疊加,將優化目標函數構造為成像保真度函數與光源及掩模罰函數之和;之后本方法基于標量成像模型,采用共軛梯度法和改進的共軛梯度法對極紫外光刻光源及掩模圖形進行混合優化,且在每次迭代中確保掩模主體圖形和輔助圖形之間的最小間距大于或等于預定閾值,并在優化結束后修正掩模圖形,去除無法制造的邊緣凸起并補償掩模陰影效應。本方法可同時補償極紫外光刻系統中的光學鄰近效應、雜散光效應、光刻膠效應和掩模陰影效應,并且有效提高優化后掩模的可制造性。

權利要求書

權利要求書
1.  一種EUV光刻光源-掩模聯合優化方法,其特征在于,具體步驟為:
步驟101、針對參數化光源,將目標函數D構造為D=F+γdRd,其中F為成像保真度函數,Rd為掩模罰函數,γd為罰函數的權重因子;
針對像素化光源,將目標函數D構造為D=F+γdRd+γSRS,其中γS為光源懲罰項權重因子,光源懲罰項sig(·)表示S形函數;
步驟102、當光源為參數化光源時,根據初始光源圖形計算初始化Ωσ,并基于初始化的Ωσ計算目標函數D相對于Ωσ的導數矩陣將Ωσ的優化方向初始化為Ps0=-▿D|Ωσ;]]>
Ωσ=-1bσ·ln(σmax-σminσ-σmin-1)]]>
其中,bσ是預設的斜率,σmin和σmax為光源參數σ的所能取到的最小、最大值;
當光源為像素化光源時,根據初始光源圖形J計算初始化Ωs,并基于初始化的Ωs計算目標函數D相對于Ωs的梯度矩陣并將Ωs的優化方向初始化為Ps0=-▿D|Ωs;]]>
J=f(Ωs)=1+cosΩs2,]]>
基于初始掩摸主體圖形和初始掩摸輔助圖形計算目標函數D相對于主體圖形系數矩陣的梯度矩陣以及目標函數D相對于輔助圖形系數矩陣的梯度矩陣并將主體圖形系數矩陣的優化方向矩陣初始化為:將輔助圖形系數矩陣的優化方向矩陣初始化為PS0=-▿D|ΘS0;]]>
步驟103、當光源為參數化的光源時,固定掩模圖形,基于當前Ωσ和采用共軛梯度法,對Ωσ進行1次更新;
當光源為像素化的光源時,固定掩模圖形,基于當前Ωs和采用共軛梯 度法,對Ωs進行1次更新,且在更新后將光瞳外光源點強度值置零;
步驟104、計算當前光源圖形,并計算當前光源圖形及二元掩模圖形Mb所對應的成像保真度函數F,當F小于預定閾值εF,進入步驟111,當更新光源參數Ωσ或Ωs的次數達到預定上限值時,進入步驟105,否則返回步驟103;
步驟105、基于初始化的主體圖形系數矩陣和優化方向矩陣采用共軛梯度法對主體圖形系數矩陣ΘM的像素值進行1次更新,并在更新后將ΘM的所有像素值限定在[0,1]范圍內,其中大于1的像素值設定為1,小于0的像素值設定為0,介于[0,1]范圍內的像素值保持不變;
步驟106、計算主體圖形二元系數矩陣ΘMb=Γ{ΘM-0.5};將N×N的掩模主體圖形構造為計算掩模主體圖形Mb,main中的多邊形個數,如果當前計算出的多邊形個數和上次循環相比沒有變化,則進入步驟108,否則進入步驟107;
步驟107、將主體圖形系數矩陣ΘM的值恢復為本次循環進入步驟105之前的值,基于初始化的主體圖形系數矩陣和優化方向矩陣并采用改進的共軛梯度法和循環方式對對應于掩模主體圖形邊緣的系數矩陣ΘM的像素值進行迭代更新,直至當前主體圖形的邊緣不再變化為止;且每次迭代中將矩陣ΘM的所有像素值限定在[0,1]范圍內,其中大于1的像素值設定為1,小于0的像素值設定為0,介于[0,1]范圍內的像素值保持不變;并計算主體圖形二元系數矩陣ΘMb=Γ{ΘM-0.5};
步驟108、基于初始化的輔助圖形系數矩陣優化方向矩陣采用共軛梯度法對輔助圖形系數矩陣ΘS的像素值進行1次更新,并在更新后將所有像素值限定在[0,1]范圍內,其中大于1的像素值設定為1,小于0的像素值設定為0,介于[0,1]范圍內的像素值保持不變;之后,為了確保主體圖形與輔助圖形之間的 最小距離大于等于閾值εD,將ΘS修正為:

計算輔助圖形二元系數矩陣ΘSb=Γ{ΘS-0.5};
步驟109、當光源為參數化的光源時,基于當前的Ωσ和采用共軛梯度法,對Ωσ進行1次更新;
當光源為像素化的光源時,基于當前的Ωs和采用共軛梯度法,對Ωs進行1次更新,且要在更新后將光瞳外光源點強度值置零;
步驟110、計算當前光源圖形以及二元掩模圖形Mb,并計算當前光源圖形和二元掩模圖形Mb所對應的成像保真度函數F;當F小于預定閾值εF或者循環步驟105至步驟109對光源參數及掩模參數進行迭代更新的次數達到預定上限值時,進入步驟111,否則返回步驟105;
步驟111、終止優化,并將當前光源圖形和二元掩模圖形Mb確定為經過優化后的光源圖形和掩模圖形,并修正該掩模圖形中的無法制造的邊緣凸起;
步驟112、對步驟111所得到的掩模圖形進行掩模陰影效應補償,得到最終的掩模優化結果。

2.  根據權利要求1所述EUV光刻光源-掩模聯合優化方法,其特征在于,
所述成像保真度函數F定義為:目標圖形與當前掩模對應的光刻膠中成像各像素之差平方的加權和間的歐拉距離的平方和。

3.  根據權利要求2所述EUV光刻光源-掩模聯合優化方法,其特征在于,
所述當前掩模圖形對應的光刻膠中成像的計算步驟為:
步驟201、將掩模圖形M柵格化為N×N個子區域;
步驟202、根據部分相干光源的形狀將光源面柵格化成多個點光源,用每一 柵格區域中心點坐標(xs,ys)表示該柵格區域所對應的點光源坐標;
步驟203、針對單個點光源,利用其坐標(xs,ys)獲取該點光源照明時對應晶片位置上的空間像其中為對應于點光源(xs,ys)的光刻系統點擴散函數,為對應于點光源(xs,ys)的掩模衍射矩陣,符號⊙表示矩陣或向量的對應元素相乘運算,表示N×N的復數空間;
步驟204、判斷是否已經計算出所有點光源對應晶片位置上的空間像,若是,則進入步驟205,否則返回步驟203;
步驟205、根據阿貝方法,對各點光源對應的空間像I(xs,ys)進行疊加,獲取部分相干光源照明時,晶片位置上的空間像:

其中Jsum=ΣxsΣysJ(xs,ys)]]>為歸一化因子;
步驟206、考慮到EUV光刻系統里所具有的雜散光對空間像所造成的影響,將步驟205中所獲得的空間像I0修正為其中TIS為總體散射因子,PSFf為一個N×N的矩陣,表示雜散光點擴散函數,PSFf可表示為:
PSFf(r→)=K|r→|nf+1,for|r→|>rmin,]]>
其中為晶片上的位置坐標,nf為光譜指數,rmin表示低頻相位誤差和高頻相位誤差之間的界限范圍;
步驟207、基于EUV光刻膠近似模型,將掩模圖形對應的光刻膠中成像計算為:Z(r‾)=Γ{PSFr⊗If-tr},]]>其中為PSFr的方差,tr為光刻膠閾值。

4.  根據權利要求1所述EUV光刻光源-掩模聯合優化方法,其特征在于,
所述步驟103、105、108和109中采用共軛梯度法對Ωσ以及矩陣Ωs、ΘMΘS的像素值進行1次更新的具體過程為,其中采用符號X代表Ωσ、Ωs、ΘM或ΘS,采用符號Θ代表ΘM或ΘS,采用符號P代表PS、PS或PM:
步驟401、更新系數矩陣X為:Xk+1=Xk+s×Pk,其中,s為預先設定的優化步長,為優化方向矩陣;
步驟402、若此時更新光源參數Ωσ或Ωs,則跳過此步驟到403;若此時更新光源參數ΘM或ΘS,則執行如下步驟:
將Θ的像素值限制在[0,1]區間內,即:

步驟403、計算參數β為其中表示對矩陣取模并求平方;
步驟404、更新優化方向矩陣P為:

5.  根據權利要求1所述EUV光刻光源-掩模聯合優化方法,其特征在于,
所述步驟107中采用改進的共軛梯度法和循環方式對對應于掩模主體圖形邊緣的系數矩陣ΘM的像素值進行迭代更新的具體過程為:
步驟501、更新二元系數矩陣為ΘMb=Γ{ΘM-0.5},更新掩模主體圖形為Mb,main=Γ{WM⊗ΘMb-1};]]>計算Mb,main的輪廓為:
同時,將當前的系數矩陣記為Θ′M;
步驟502、更新系數矩陣ΘM為:其中s為預先設定的優化步長,更新優化方向矩陣為:
步驟503、將ΘM的像素值限制在[0,1]區間內,即:

步驟504、根據當前的ΘM計算ΘMb=Γ{ΘM-0.5},更新并更新Mb,main的輪廓為:

若此時與步驟504更新前的相比有所變化則返回步驟502,否則進入步驟505;
步驟505、計算參數βM為
步驟506、將優化方向矩陣P更新為:

6.  根據權利要求1所述EUV光刻光源-掩模聯合優化方法,其特征在于,
所述步驟111中,修正二元掩模圖形Mb中的無法制造的邊緣凸起的具體步驟為:
步驟601、計算當前二元掩模圖形中所有凹頂點的位置,其中凹頂點定義為掩模圖形內部形成270°角的頂點;
步驟602、遍歷二元掩模圖形中的所有凹頂點,并修正遍歷所遇到的第一個無法制造的邊緣凸起;具體為:若凹頂點對應的邊緣凸起為無法制造的邊緣凸起時,則對此邊緣凸起進行兩種修正,即填充和削平,分別得到兩個修正后的二元掩模圖形:M′b和M″b;利用標量成像模型分別計算對應M′b和M″b的成像保真度函數F′和F″;若F′<F″則將當前二元掩模圖形更新為M′b,否則將當前二元掩模圖形更新為M″b;其中所述無法制造的邊緣凸起為:設邊緣凸起的高度為wH,邊緣凸起的兩邊臂長分別為wL1和wL1,εH和εL為閾值;當某邊緣凸起滿足wH≤εH且wL1或wL2≤εL,則稱此凸起為無法制造的邊緣凸起;
步驟603、判斷在步驟602中是否對無法制造的邊緣凸起進行了修正,若是則進入步驟601,否則,表明當前的二元掩模圖像中已不存在無法制造的邊緣凸起,此時進入步驟112。

7.  根據權利要求1所述EUV光刻光源-掩模聯合優化方法,其特征在于,
所述步驟112中對步驟111所得到的掩模圖形進行掩模陰影效應補償的具體步驟為:
步驟701、在EUV光刻機環形扇區曝光場內設定坐標系,其中原點處于曝光場中心位置,y軸正方向指向環形扇區曝光場的圓心,x軸與y軸垂直,且從x軸正方向旋轉90°至y軸正方向為逆時針方向;
步驟702、針對掩模上的某個圖形邊緣,計算該邊緣對應的參數αs,即:αs=αs+arcsin[(2WsinF2)x]≈αs+(2WsinF2)x,]]>其中α′s為該掩模圖形邊緣的方位角,W為環形扇區曝光場的寬度,F為環形扇區曝光場的開口角;x為該掩模圖形邊緣所處曝光場位置的x軸坐標;
步驟703、計算該掩模圖形邊緣對應的掩模陰影寬度Bs,當αs≥90°時,當αs<90°時,其中Bmax_near為距離光源較近的圖形邊緣的最大陰影寬度,Bmax_far為距離光源較遠的圖形邊緣的最大陰影寬度,ns為修正因子,參數Bmax_near、Bmax_far和ns可由數據擬合得出;
步驟704、將該掩模圖形邊緣向外擴展寬度Bs;
步驟705、判斷是否已經修正了所有掩模圖形邊緣,若是,則將當前掩模圖形作為補償了掩模陰影效應之后的掩模圖形,否則返回步驟702。

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