一种确定光刻工艺的光源光照强度分布的方法技术

本发明专利技术涉及一种确定光刻工艺的光源光照强度分布的方法，属于集成电路制造技术领域，包含以下步骤：确定光源的初始形状和初始光照强度，并用矩阵Γ表示，然后将矩阵Γ转换成便于优化的矩阵θ；确定光刻过程中的成像准确度和焦深，建立目标函数；获取掩膜图形，并用像素点矩阵m表示；计算掩膜图形经过光刻系统作用之后的光照强度分布，并将其用一个规模与矩阵m一致的矩阵I表示后对该矩阵I进行归一化；模拟光刻胶效应来计算硅片上刻出的图形并用矩阵z表示；计算目标函数对所述矩阵θ的梯度(θ)；利用公式更新矩阵θ，其中s代表步长，n代表迭代的次数；重复前述四个计算步骤，直到满足收敛条件。这种对光刻工艺的光源进行优化的方法具有时间短，优化效果好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成电路制造
，涉及一种确定光刻工艺的光源光照强度分布 的方法，用于提高光刻的成像准确度、焦深等性能，尤其涉及一种利用计算机模拟技术确定 光刻工艺的光源光照强度分布的方法。
技术介绍
光刻工艺是集成电路制造中最为重要的工艺步骤之一，主要作用是将掩膜板上的 图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个 硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40 60%。因此，提高光刻的效果能 有效降低硅片制造的成本。为了提高光刻的效果，要求在光刻过程中采用的光源具有波长 小、高强度和高稳定性的特点，现有技术已经提供了多种对光刻工艺的光源进行优化的方 法，主要有(1)优化参数化光源。这种方法采用传统光源形状或者多个传统光源形状的线性 组合，对决定光源性能的若干参数进行优化，例如，选取环形光源，优化其内径和外径的参数。(2)用若干小弓形组合形成光源，在空间频域内优化弓形的组合方式。(3)用像素点矩阵表示光源的光照强度分布，将确定光源光照强度分布的问题通 过数学推导的方式归结为一个非负最小二乘问题，然后利用目前已有的解决非负最小二乘 问题的软件来计算。(4)同样是用像素点矩阵表示光源的光照强度分布，用遗传算法来确定光源光照 强度分布。然而，采用上述优化方法(1)和( 优化光源的自由度比基于像素化表示光源进 行优化的方法要少得多，优化效果也极为受限；而采用上述优化方法(3)和(4)进行光源优 化时，优化效果尚可，但其优化效率很低，计算过程耗时很长。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的上述问题，提供一种确定光刻工艺的光源光 照强度分布的方法，该方法优化效果好且计算时间短。为了实现上述目的，本专利技术提供， 包括以下步骤(1)确定光源的初始光照强度分布，并用矩阵Γ表示；所述矩阵Γ的元素对应于 所述光源中的像素点，所述矩阵Γ各个元素的元素值对应于该像素点的光照强度；(2)归一化所述矩阵Γ，得到矩阵Y 获取光刻系统所能够承受的最大光照强度 rmax，并将所述矩阵Γ中每一个元素值都除以rmax，得到矩阵γ ；(3)采用公式θ = arccos(2y-l)将所述矩阵Y转换为矩阵θ ；(4)获取掩膜图形，并用像素点矩阵m表示，所述矩阵m的元素对应于所述掩膜图形中的像素点，各个所述元素的元素值对应于所述像素点的透光特性；(5)确定光刻过程中掩膜图形的成像准确度和焦深，分别计算出硅片上刻出的图 形的像素点在位于焦平面上和偏离焦平面两种情况下与理想图形的像素点之间误差的平 方和，将两个所述平方和分别乘以给定的权重系数，并相加作为目标函数，所述权重系数取 范围为0-1 ；(6)计算所述掩膜图形经过光刻系统作用之后所成像的光照强度分布，所述光照 强度分布采用Abbe成像模型计算得到；将所述光照强度分布用一个规模与所述矩阵m—致 的矩阵I表示后对该矩阵I进行归一化；(7)模拟光刻胶效应来计算所述硅片上刻出的图形并将该硅片上刻出的图形用矩 阵Z表示，所述矩阵Z的元素对应于所述刻出图形中的像素点，矩阵Z各个元素的元素值为 对应的像素点是否曝光，所述矩阵Z采用Sigmoid函数计算得到；；(8)利用所述矩阵z、I、m、θ计算所述目标函数对所述矩阵θ的梯度VF ( θ )；(9)利用公式θ(+1) = 0^-^(0)^更新所述矩阵θ，其中s代表步长，η代表迭 代的次数；(10)重复步骤(6)至(9)，直到满足收敛条件，获得矩阵Y，并以矩阵Y中各个元 素的元素值制作对应的光照强度分布的优化光源。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果本专利技术提供的对光刻工艺的光源进 行优化的方法通过采用迭代的方法逐步确定光刻工艺的光源光照强度分布，直到满足收敛 条件时结束优化过程，相比于前述的优化方法(1)和O)，本专利技术的优化方法的优化效果要 好的多；相比于前述的优化方法C3)和G)，本专利技术的优化方法的计算时间大幅缩短，并且 优化效果也要更好一些。附图说明图1为本专利技术的确定光刻工艺光源的光照强度分布的方法的流程图。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。图1为本专利技术的对光刻工艺的光源进行优化的方法的流程图。如图1所示，本发 明的确定光刻工艺光源的光照强度分布的方法包含以下步骤(1)确定光源的初始光照强度分布，并用矩阵Γ表示；根据目前的集成电路制造中光刻工艺采用的传统光源，例如圆形、环形的光源，确 定一个光源的初始光照强度分布，并用一个矩阵Γ来表示所述光源，矩阵Γ中的每个元素 分别对应光源中相应位置的一个像素点，矩阵Γ中的元素的元素值对应像素点的光照强 度；在本实施例中，矩阵Γ中表示光源中点亮的像素点的元素(即所述光源中光照强度的 值大于0的像素点对应的矩阵Γ中的元素)，限制在以矩阵Γ的中心为圆心、以σ为半径 的圆内，O为光刻系统的部分相干因子；(2)归一化矩阵Γ，得到矩阵Υ ；归一化矩阵Γ的方法为获取光刻系统(主要指透镜组)所能够承受的最大光照 强度值rmax，将所述矩阵r中每一个元素值都除以rmax，得到一个新的矩阵Y来表示4光源，即所述矩阵Y的元素的元素值的范围限制在闭区间W，l]内；(3)采用公式⑴将所述矩阵Y转换为矩阵θ ；由于所述步骤( 得到的表示光源的矩阵Y是有界的，因而造成了进行优化计算 的困难；根据公式(1)，将所述矩阵Y转换为一个无界的矩阵θ，以使优化过程得以顺利进 行；θ = arccos(2 y-1)(1)(4)获取掩膜图形，并用像素点矩阵m表示；获取掩膜图形的流程为需要流片的客户将版图交给芯片代工厂；然后代工厂将 所述版图处理成光刻系统需要的掩膜图形，从代工厂处便可以获取掩膜图形；根据掩膜图 形的种类，将掩膜图形用像素点矩阵m进行表示，所述矩阵m的元素对应于所述掩膜图形中 的像素点，各个所述元素的元素值对应于所述像素点的透光特性；用Mm和Nm分别表示矩阵 m的行数和列数；确定Mm和Nm，即矩阵m的规模，首先需确定一个像素点的尺寸(像素点为 正方形，边长一般取掩膜图形最小特征尺寸的1/k，k可取3-10之间的整数)，然后将掩膜 图形的宽除以像素点边长得到Mm，将掩膜图形的长除以像素点边长得到Nm;掩模图形可以 选择二进制掩膜，二进制掩膜的透光点在矩阵m中用1表示，二进制掩膜的不透光点在所述 矩阵m中用0表示；所述掩模图形也可以选择全相位偏移掩膜，全相位偏移掩膜的不透光点 在所述矩阵m中用0表示，所述全相位偏移掩膜的无相位偏移的透光点在所述矩阵m中用 1表示，所述全相位偏移掩膜的相位偏移180°的透光点在所述矩阵m中用-1表示。(5)确定光刻过程中掩膜图形的成像准确度和焦深，分别计算出硅片上刻出的图 形的像素点在位于焦平面上和偏离焦平面两种情况下与理想图形(一般将掩膜图形作为 理想图形)的像素点之间误差的平方和，将两种情况下计算出的两个平方和分别乘以给定 的权重系数，并相加作为目标函数；本实施例计算硅片上刻出的图形的方法，采用步骤(6)和(7)中的计算过程；所述权重系数一般取在开区间(0，1)内，两种权重系数取值可根据实际需要进行 权衡，若想改善所述焦深，则偏离焦平面的情况下得到的平方和的系数取得大于在焦平面 上的情况下得到的平方和的系数；若想改善所述成像准度，则采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定光刻工艺的光源光照强度分布的方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）确定光源的初始光照强度分布，并用矩阵Γ表示；所述矩阵Γ的元素对应于所述光源中的像素点，所述矩阵Γ各个元素的元素值对应于该像素点的光照强度；（２）归一化所述矩阵Γ，得到矩阵γ：获取光刻系统所能够承受的最大光照强度Γｍａｘ，并将所述矩阵Γ中每一个元素值都除以Γｍａｘ，得到矩阵γ；（３）采用公式θ＝ａｒｃｃｏｓ（２γ－１），将所述矩阵γ转换为矩阵θ；（４）获取掩膜图形，并用像素点矩阵ｍ表示，所述矩阵ｍ的元素对应于所述掩膜图形中的像素点，各个所述元素的元素值对应于所述像素点的透光特性；（５）确定光刻过程中掩膜图形的成像准确度和焦深，分别计算出硅片上刻出的图形的像素点在位于焦平面上和偏离焦平面两种情况下与理想图形的像素点之间误差的平方和，将两个平方和分别乘以给定的权重系数后，再相加作为目标函数，所述权重系数取范围为０－１；（６）计算所述掩膜图形经过光刻系统作用之后所成像的光照强度分布，所述光照强度分布采用Ａｂｂｅ成像模型计算得到；将所述光照强度分布用一个规模与所述矩阵ｍ一致的矩阵Ｉ表示，并对该矩阵Ｉ进行归一化；（７）模拟光刻胶效应来计算所述硅片上刻出的图形，并将该硅片上刻出的图形用矩阵ｚ表示，所述矩阵ｚ的元素对应于所述刻出图形中的像素点，矩阵ｚ各个元素的元素值为对应的像素点是否曝光，所述矩阵ｚ采用ｓｉｇｍｏｉｄ函数计算得到；（８）利用所述矩阵ｚ、Ｉ、ｍ和θ计算出所述目标函数对所述矩阵θ的梯度▽Ｆ（θ）；（９）利用公式θ↑［（ｎ＋１）］＝θ↑［（ｎ）］－ｓ▽Ｆ（θ）↑［（ｎ）］更新所述矩阵θ，其中ｓ代表步长，ｎ代表迭代的次数；（１０）重复步骤（６）至（９），直到满足收敛条件，获得矩阵γ，并以矩阵γ中各个元素的元素值制作对应的光照强度分布的优化光源。...

【技术特征摘要】
1.一种确定光刻工艺的光源光照强度分布的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)确定光源的初始光照强度分布，并用矩阵Γ表示；所述矩阵Γ的元素对应于所述 光源中的像素点，所述矩阵Γ各个元素的元素值对应于该像素点的光照强度；(2)归一化所述矩阵Γ，得到矩阵Y获取光刻系统所能够承受的最大光照强度 rmax，并将所述矩阵r中每一个元素值都除以rmax，得到矩阵Y ；(3)采用公式θ=arccoM2Y-l)，将所述矩阵Y转换为矩阵θ ；(4)获取掩膜图形，并用像素点矩阵m表示，所述矩阵m的元素对应于所述掩膜图形中 的像素点，各个所述元素的元素值对应于所述像素点的透光特性；(5)确定光刻过程中掩膜图形的成像准确度和焦深，分别计算出硅片上刻出的图形的 像素点在位于焦平面上和偏离焦平面两种情况下与理想图形的像素点之间误差的平方和， 将两个平方和分别乘以给定的权重系数后，再相加作为目标函数，所述权重系数取范围为 0-1 ；(6)计算所述掩膜图形经过光刻系统作用之后所成像的光照强度分布，所述光照强度 分布采用Abbe成像模型计算得到；将所述光照强度分布用一个规模与所述矩阵m—致的矩 阵I表示，并对该矩阵I进行归一化；(7)模拟光刻胶效应来计算所述硅片上刻出的图形，并将该硅片上刻出的图形用矩阵 Z表示，所述矩阵Z的元素对应于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭瑶，张进宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11