一种应用于光刻的光瞳相位优化方法技术

本发明专利技术提供一种应用于光刻的光瞳相位优化方法，将光瞳相位分布作为优化变量，扩大了优化自由度，因此，本发明专利技术能够进一步降低光刻成像误差，提高光刻成像质量；同时，本发明专利技术将目标函数构造为各视场点成像保真度函数的平均值，而各视场点成像保真度函数与各视场对应的图形像差有关，从而在优化过程中综合考虑了光刻物镜的全视场像差信息，因此，本发明专利技术优化得到的光瞳相位分布，不只适用于特定视场点的光刻成像，而且适用于全视场光刻成像；由此可见，本发明专利技术有助于提高实际工况中的三维掩模和含有像差的大视场光刻物镜的全视场光刻成像保真度，提高光刻工艺稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于光刻的光瞳相位优化方法
本专利技术属于集成电路设计、制造装备、工艺、显微成像和望远成像等分辨率增强
，尤其涉及一种应用于光刻的光瞳相位优化方法。
技术介绍
光刻是超大规模集成电路制造领域的关键技术。目前工业界的光刻系统通常工作在波长为193nm深紫外波段，随着集成电路的特征尺寸缩短至14nm及以下，掩模版图上的最小线条宽度已经远远小于光源波长。因此，三维掩模带来的复杂衍射效应将导致光刻成像的失真、偏移或分辨率下降，此时光刻系统必须采用分辨率增强技术，以提高光刻成像质量。然而，常见的光刻分辨率增强技术，如光源优化技术(CN104133348B，2016.04.27)、光学邻近效应校正(CN102269926B，2012.08.15)和光源—掩模联合优化技术(CN102692814B，2013.09.11)，在优化光源和掩模的过程中均会导致三维掩模衍射频谱的变化。因此，上述方法均难以补偿三维掩模带来的复杂衍射效应。此外，光刻系统中存在着多种误差(包含但不限于光学设计误差、物镜加工误差、系统装调误差以及曝光过程中透镜受热变形产生的面型误差)引起的像差。对于大视场的浸没式投影光刻系统，光刻物镜不同视场点对应的像差有所差异。由于像差是影响光波成像的关键因素，这种差异将会导致硅片上各区域成像不均匀，降低光刻工艺稳定性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种应用于光刻的光瞳相位优化方法，能够提高全视场光刻成像保真度，提高光刻工艺稳定性。一种应用于光刻的光瞳相位优化方法，包括以下步骤：S1：获取光源图形和掩模图形对应的三维掩模衍射频谱，并初始化光瞳相位分布；S2：构造目标函数D其中，为目标图形中坐标为(x,y)的像素点的像素值，Z(x,y,W,Wabe,m)表示光刻胶中成像坐标为(x,y)的像素点的像素值，Fm为光刻物镜第m个视场点对应的成像保真度函数，Wabe,m为光刻物镜第m个视场点对应的像差，k为光刻物镜视场点的个数，其中，光刻胶中成像各像素点的像素值利用矢量成像模型通过步骤S1中的三维掩模衍射频谱、光瞳相位分布W和光刻物镜像差Wabe,m计算得到；S3：将光瞳相位分布W进行泽尼克多项式展开，得到其中，Γi是第i项泽尼克多项式，ci为第i项泽尼克多项式对应的泽尼克系数，i＝1,2,…,37；S4：采用共轭梯度法不断更新泽尼克系数ci，然后计算当前泽尼克系数ci对应的光瞳相位分布W和目标函数D，直到目标函数D的值小于预定阈值或更新泽尼克系数ci的次数达到预定上限值，则将当前的光瞳相位分布W确定为经过优化后的光瞳相位分布。有益效果：本专利技术提供一种应用于光刻的光瞳相位优化方法，将光瞳相位分布作为优化变量，扩大了优化自由度，因此，本专利技术能够进一步降低光刻成像误差，提高光刻成像质量；同时，本专利技术将目标函数构造为各视场点成像保真度函数的平均值，而各视场点成像保真度函数与各视场对应的图形像差有关，从而在优化过程中综合考虑了光刻物镜的全视场像差信息，因此，本专利技术优化得到的光瞳相位分布，不只适用于特定视场点的光刻成像，而且适用于全视场光刻成像；由此可见，本专利技术有助于提高实际工况中的三维掩模和含有像差的大视场光刻物镜的全视场光刻成像保真度，提高光刻工艺稳定性。附图说明图1为本专利技术提供的一种应用于光刻的光瞳相位优化方法的流程图；图2为本专利技术提供的针对实际光刻工况中三维掩模复杂衍射和全视场不均匀像差的光瞳相位分布优化方法流程图；图3为本专利技术提供的光源图形、掩模图形、初始光瞳相位分布及其对应的光刻胶中成像的示意图；图4为本专利技术提供的光源图形、掩模图形、不考虑像差的情况下优化的光瞳相位分布及其对应的光刻胶中成像的示意图；图5为本专利技术提供的光源图形、掩模图形、只考虑一个视场像差的情况下优化的光瞳相位分布以及考虑全视场像差的情况下优化的光瞳相位分布示意图；图6为本专利技术提供的采用不同方法优化得到的光瞳相位分布在各个视场点处的光刻成像图形误差对比示意图；图7为本专利技术提供的目标图形的示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本专利技术的原理：在相关技术(CN102692814B，2013.09.11)—基于阿贝矢量成像模型的混合型光源—掩模优化算法的基础上，本专利技术进一步的优化光瞳相位分布以补偿三维掩模复杂衍射效应。同时，在优化过程中充分考虑了光刻物镜的全视场像差对光刻成像的影响，使得优化得到的光瞳相位分布适用于全视场光刻成像，有效地提高了光刻成像保真度。如图1所示，一种应用于光刻的光瞳相位优化方法，具体过程为：步骤一、初始化光瞳相位分布；步骤二、基于麦克斯韦方程组严格计算当前光源图形和掩模图形对应的三维掩模衍射频谱：根据光刻成像理论，光源图形上的一点对应这一列照射在掩模的平面波。利用光源图形分布可以确定每一列平面波的强度和相位，利用掩模图形分布和掩模材料可以确定掩模附近三维区域的折射率分布。已知入射波的波函数以及折射率分布，基于麦克斯韦电磁理论，可以利用成熟的时域有限差分(Finite-DifferenceTime-Domain,FDTD)和严格耦合波分析(RigorousCoupledWaveAnalysis,RCWA)算法严格计算三维掩模的衍射频谱。可选的，光源图形和掩模图形可以经过光源-掩模协同优化后，再计算对应的三维掩模衍射频谱。具体的：(1)、经过光源-掩模协同优化后的光源图形J将和掩模图形M，光源图形可表示成维度为NS×NS的矩阵，掩模图形M初始化为大小为N×N的目标图形其中NS和N为整数。初始化光瞳相位分布W，W的初始值是一个维度为NP×NP的接近于零的矩阵，其中NP为整数。(2)、计算上述光源图形和掩模图形对应的三维掩模衍射频谱，其中三维掩模的结构参数为：厚度为55nm、折射率为1.48+1.76i的铬层和厚度为18nm、折射率为1.97+1.2i的氧化铬层。可使用商业光刻仿真软件，如PROLITH中的FDTD算法或者RCWA算法严格计算出三维掩模衍射频谱。步骤三、构造目标函数D：设F为成像保真度函数，定义为目标图形与当前三维衍射频谱、光瞳相位分布和光刻物镜像差对应的光刻胶中成像之间的欧拉距离的平方，其中，目标图像为待光刻成为的集成电路板图样；考虑光刻物镜第m个视场点对应的像差Wabe,m,则其中为目标图形中坐标为(x,y)像素点的像素值，Z(x,y,W,Wabe,m)表示利用矢量成像模型计算当前三维掩模衍射频谱、光瞳相位分布和光刻物镜像差所对应的光刻胶中成像坐标为(x,y)的像素点的像素值。将目标函数D构造为光刻物镜各视场点成像保真度函数的平均值，即k为光刻物镜视场点的个数。如图2所示，本实施例建立了针对实际光刻工况中三维掩模复杂衍射和全视场不均匀像差的光瞳相位分布优化方法，其中，目标函数D的具体推导过程如下：参考现有技术(CN102692814B，2013.09.11)，在无像差的情况下，利用阿贝矢量成像模型计算当前光源和掩模所对应的空间像为：其中，||表示对矩阵中的每个元素取模，最后的计算结果I是一个大小为N×N的标量矩阵(若一个矩阵中的所有元素均为标量，则称其为标量矩阵)，表示当前光源和掩模对应的空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于光刻的光瞳相位优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取光源图形和掩模图形对应的三维掩模衍射频谱，并初始化光瞳相位分布；S2：构造目标函数D

【技术特征摘要】
1.一种应用于光刻的光瞳相位优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取光源图形和掩模图形对应的三维掩模衍射频谱，并初始化光瞳相位分布；S2：构造目标函数D其中，为目标图形中坐标为(x,y)的像素点的像素值，Z(x,y,W,Wabe,m)表示光刻胶中成像坐标为(x,y)的像素点的像素值，Fm为光刻物镜第m个视场点对应的成像保真度函数，Wabe,m为光刻物镜第m个视场点对应的像差，k为光刻物镜视场点的个数，其中，光刻胶中成像各像素点的像素值利用矢量成像模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳秋，李铁，闫旭，刘阳，孙义钰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11