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一種基于遺傳算法的光刻衰減型掩模的優化方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510427190.X

申請日:

2015.07.20

公開號:

CN105069194A

公開日:

2015.11.18

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):G06F 17/50申請日:20150720|||公開
IPC分類號: G06F17/50; G06N3/12; G03F1/32(2012.01)I 主分類號: G06F17/50
申請人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
發明人: 王麗萍; 金春水; 王君; 謝耀
地址: 130033吉林省長春市東南湖大路3888號
優先權:
專利代理機構: 長春菁華專利商標代理事務所22210 代理人: 田春梅
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510427190.X

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.26|||2015.12.16|||2015.11.18

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種基于遺傳算法的光刻衰減型掩模的優化方法屬于衰減型掩模優化方法領域,該方法解決了現有技術存在的針對考慮系統所采用的照明方式下的衰減型相移掩模結構沒有具體優化方法的技術問題。本發明的優化方法基于遺傳算法,用掩模的空間像對比度、多層膜反射率等構成適應度函數,并協同考慮投影光刻系統所采用的照明方式及狀態,利用優化算法平衡不同入射方向的光在掩模圖形亮暗區域的位相差,以使在特定照明條件下,投影光刻系統空間像的對比度最高,實現最佳成像質量的衰減型掩模縱向結構參數的獲取。

權利要求書

1.一種基于遺傳算法的光刻衰減型掩模的優化方法,其特征在于,該方法
包括如下步驟:
步驟一、初始化一種群,其規模為Pop,種群中的每一個個體攜帶了掩模的
全部待優化參數信息,所述待優化參數信息包括掩模的吸收相移層材料、吸收
相移層厚度、多層膜周期厚度,初始化遺傳代數為Gen作為優化的一個邊界條
件;
步驟二、利用二進制編碼對種群進行編碼,以便后續的個體交叉、變異運
算;
步驟三、當遺傳代數i≤Gen時,對種群進行解碼,得到在仿真計算過程
中可以使用的十進制數,并利用解碼所得到的包括吸收相移層材料、吸收相移
層厚度、多層膜周期厚度在內的優化參數信息數據構造掩模;
步驟四、運用Abbe成像原理以及Kirchhoff近似模型進行特定照明條件下
的掩模成像計算,獲得種群中每一個個體所對應的掩模的空間像;
步驟五、對步驟四獲得的所有空間像進行像質評價,以其性能表征為適應
度函數Fitness,對任意個體的適應度函數Fitnessn表示為:
Fitness n = e NILS n * R n * Con n ]]>
式中,Con為空間像對比度,NILS為空間像規一化對數斜率,R為掩模的
透過率或反射率;
步驟六、獲取本代即第i代中適應度函數Fitness最大的個體作為本代最佳
個體進行歸檔存儲,同時根據適應度函數大小對本代中個體進行選擇,其選擇
結果作為父代;
步驟七、經步驟六選擇所得到的所有個體進行交叉、變異操作獲得子代,
即i+1代,判斷遺傳代數i是否超過最大遺傳代數Gen,若否,則進入下一次優
化;若是,則退出循環,結束優化,此時對應的吸收相移層材料、吸收相移層
厚度、多層膜周期厚度即為優化后的最優參數。

說明書

一種基于遺傳算法的光刻衰減型掩模的優化方法

技術領域

本發明屬于衰減型掩模優化方法領域,具體涉及一種基于遺傳算法的光刻
衰減型掩模的優化方法。

背景技術

相移掩模(Phase-ShiftingMask,PSM)是最具前景的投影光刻分辨率增強
技術之一,其可以實現面向10nm及以下技術節點的超衍射極限分辨率成像。其
中,衰減型相移掩模由于設計簡單、制造成本低等優點,目前已成為計算光刻
領域所關注的重點。

理想化的分辨率增強假設模型指出,若能在投影光刻系統中充分考慮其照
明方式對衰減型相移掩模造成的影響,則可使系統的分辨率進一步獲得提高。
然而,現有衰減型相移掩模的優化僅停留于原理的闡述,而未具體地考慮系統
所采用的照明方式下的掩模結構優化。

遺傳算法是一種模擬自然進化選擇過程的優化算法,它直接對結構對象進
行操作,而不存在函數求導和連續性限制,具有內在的隱蔽性與全局尋優能力,
主要包括群體初始化、編碼、適應度計算、交叉變異和解碼等步驟。考慮光刻
系統具體照明參數的衰減型相移掩模結構優化參數眾多,如相移層材料的選取、
厚度、多層膜周期等,而極紫外光刻系統中所需的衰減型相移掩模性能除提高
對比度外、還需要實現反射率的最大化,且該性能參數變化具有嚴重的非線性。

發明內容

為了解決現有技術存在的針對考慮系統所采用的照明方式下的衰減型相移
掩模結構沒有具體優化方法的技術問題,本發明提供一種基于遺傳算法的光刻
衰減型掩模的優化方法,該方法充分利用了遺傳算法不存在求導以及連續性限
制條件的優點,對掩模性能(即最高成像對比度及反射率)隨其結構參數呈非
線性變化的掩模結構進行參數優化。

本發明解決技術問題所采取的技術方案如下:

一種基于遺傳算法的光刻衰減型掩模的優化方法,其包括如下步驟:

步驟一、初始化一種群,其規模為Pop,種群中的每一個個體攜帶了掩模的
全部待優化參數信息,所述待優化參數信息包括掩模的吸收相移層材料、吸收
相移層厚度、多層膜周期厚度,初始化遺傳代數為Gen作為優化的一個邊界條
件;

步驟二、利用二進制編碼對種群進行編碼,以便后續的個體交叉、變異運
算;

步驟三、當遺傳代數i≤Gen時,對種群進行解碼,得到在仿真計算過程
中可以使用的十進制數,并利用解碼所得到的包括吸收相移層材料、吸收相移
層厚度、多層膜周期厚度在內的優化參數信息數據構造掩模;

步驟四、運用Abbe成像原理以及Kirchhoff近似模型進行特定照明條件下
的掩模成像計算,獲得種群中每一個個體所對應的掩模的空間像;

步驟五、對步驟四獲得的所有空間像進行像質評價,以其性能表征為適應
度函數Fitness,對任意個體的適應度函數Fitnessn表示為:

Fitness n = e NILS n * R n * Con n ]]>

式中,Con為空間像對比度,NILS為空間像規一化對數斜率,R為掩模的
透過率或反射率;

步驟六、獲取本代即第i代中適應度函數Fitness最大的個體作為本代最佳
個體進行歸檔存儲,同時根據適應度函數大小對本代中個體進行選擇,其選擇
結果作為父代;

步驟七、經步驟六選擇所得到的所有個體進行交叉、變異操作獲得子代,
即i+1代,判斷遺傳代數i是否超過最大遺傳代數Gen,若否,則進入下一次優
化;若是,則退出循環,結束優化,此時對應的吸收相移層材料、吸收相移層
厚度、多層膜周期厚度即為優化后的最優參數。

本發明的有益效果是:該優化方法基于遺傳算法,并協同考慮投影光刻系
統所采用的照明方式及狀態,利用優化算法平衡不同入射方向的光在掩模圖形
亮暗區域的位相差,以使在特定照明條件下,投影光刻系統空間像的對比度最
高,實現最佳成像質量的衰減型掩模縱向結構參數的獲取。

附圖說明

圖1是典型的透射式衰減型掩模結構示意圖。

圖2是本發明基于遺傳算法的光刻衰減型掩模的優化方法流程圖。

圖3是用于極紫外光刻投影系統中的反射式衰減型相移掩模結構示意圖。

圖4是光刻投影系統中的二極照明示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖1所示,典型的透射式衰減型掩模結構一般包括由融石英制成的基底
10和Cr(鉻)或者Mo(鉬)等材料構成的吸收層11。吸收層11既調節透射光電場
矢量的振幅,同時又調節其位相。一般而言,對于正入射光束13經過該衰減型
掩模后,透過吸收層(暗區)的光線132除振幅相較于透過亮區的光線131出現了
衰減外,還附加有π的位相差。因此,當平行光束入射到掩模上一個周期(亮區+
暗區)發生衍射后,其0級會因為π的附加位相差而削弱,±1級則會增強。根
據阿貝成像理論,當物體的衍射光至少有兩級次透過系統光瞳后便可干涉成像,
而根據干涉理論,當兩級次的光振幅越接近,則其成像對比度越高。對于特定
方向的入射光而言,要達到理論上的最佳成像對比度,則光線131、132在明、
暗區的位相差要恰為π,同時對其振幅透過率比也有特殊要求。于是,當對于
圖1所示的兩束平行入射光13,14而言,要使理論上達到最優成像質量,則需
要同時滿足四個條件,即光束131、132的振幅透過率、位相條件,和光束141、
142的振幅透過率、位相條件。而吸收層11的自由度僅有兩個,即材料和厚度。
顯然,上述幾乎不可能有解。而對于光刻系統中可等效于無窮入射方向的離軸
照明,不可能有解,即衰減型掩模不可能對所有方向的入射光均同時滿足嚴格
的振幅透過率、位相條件。本發明僅能通過優化算法,在各個入射光方向的振
幅透過率、位相條件間尋求平衡,使得其成像質量最優化。因此,本發明基于
遺傳算法,考慮光刻物鏡采用的具體照明方式,實現對應的衰減型相移掩模結
構的最優化設計。

如圖2所示,本發明基于遺傳算法的光刻衰減型掩模的優化方法具體實施
過程如下:

1)初始化一種群,其規模為Pop,種群中的每一個個體攜帶了掩模的全部
待優化參數信息,具體包括掩模的吸收相移層材料、吸收相移層厚度、多層膜
周期厚度,初始化遺傳代數為Gen作為優化的一個邊界條件;

2)利用二進制編碼(0-1編碼)對種群進行編碼,便于后續的個體交叉、變異
運算;

3)當遺傳代數i≤Gen時,對種群進行解碼,得到在仿真計算過程中可以
使用的十進制數,并利用解碼所得到的包括吸收相移層材料、吸收相移層厚度、
多層膜周期厚度在內的優化參數信息數據構造掩模;

4)運用Abbe成像原理以及Kirchhoff近似模型進行特定照明條件下的掩模
成像計算(見公開文獻[1]WangJun,JinChunshui,WangLipingetal..Studyonthe
Off-AxisIlluminationforExtremeUltravioletLithography[J].ActaOpticaSinica,
2012,32(12):1211003.和公開文獻[2]XuMa,GonzaloR.Arce.Computational
Lithography[M].Hoboken:Wiley&Sons,2010.),獲得種群中每一個個體所對應
的掩模的空間像;

5)對獲得的所有空間像進行像質評價,以其性能表征為適應度函數,如空
間像對比度Con、空間像規一化對數斜率NILS、掩模透過率(反射率)R等,
在此可具體地將任意個體的適應度函數Fitnessn表示為:

Fitness n = e NILS n * R n * Con n ]]>

6)獲取本代(第i代)中適應度函數Fitness最大的個體作為本代最佳個體
進行歸檔存儲,同時根據適應度函數大小對本代中個體進行選擇,其選擇結果
作為父代;

7)經步驟6)選擇所得到的所有個體進行交叉、變異操作獲得子代,即i+1
代后,判斷是否超過最大遺傳代數Gen,若否,則進入下一次優化,若是,則退
出循環,結束優化,此時對應的吸收相移層材料、吸收相移層厚度、多層膜周
期厚度即為優化后的最優參數。

如圖3所示,極紫外光刻系統中所使用的反射式衰減型相移掩模結構主要
由基底20、多層膜21以及吸收層22構成,其中多層膜21由Mo層211和Si
層212構成,但不僅限于該結構,如其它由于如增加掩模壽命等功能需求衍生
的結構未在此表示。其主要結構參數包括多層膜21的周期厚度d、吸收層22的
材料MaterialAb以及吸收層22的厚度dAb,三者共同約定掩模明暗區域反射光的
振幅反射率比以及位相差。平行入射光束23的反射光分別是231、232,平行入
射光束24的反射光分別是241、242。

利用如圖2所示的優化流程圖對上述三個參數即多層膜21的周期厚度d、吸
收層22的材料MaterialAb以及吸收層22的厚度dAb進行優化。采用如圖4所示
的二極照明方式,σout=0.7,σin=0.4,極張角為90°,二極連線與曝光密集線條
L/S垂直,投影系統像方數值孔徑為0.3,密集線條特征尺寸CD為15nm,曝光
波長為13.5nm。多層膜21周期厚度d變化區間為[6.8,7.1],吸收層22厚度dAb
變化區間為[0,100],吸收層22備選材料MaterialAb有四種,分別為Mo、SnO2、
SnO以及Cr,其光學常數如下表1所示。

材料
n
k
Mo
0.92163807
0.0063653732
SnO2
0.92909952
0.066637260
SnO
0.94045556
0.062663801
Cr
0.93257187
0.038773484

種群規模為1600,遺傳代數為50,交叉概率為0.9,變異概率為0.01,評價
函數(遺傳算法中的適應度函數)由掩模亮區的反射率R、密集線條空間像對比度
Contrast構成,其優化結果如下表2所示。

d
MaterialAb
dAb
R
Contrast
7.035nm
Cr
33.66nm
73.1%
0.80

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一種 基于 遺傳 算法 光刻 衰減 型掩模 優化 方法
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