基于协方差矩阵自适应进化策略算法的光源掩模优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于协方差矩阵自适应进化策略算法的光源掩模优化方法，采用像素表征光源及掩模图形，以光刻胶图形与目标图形之间的图形误差作为评价函数，预先设置一定数量的位置待定的光源点，采用CMA‑ES算法优化这些预设光源点的位置分布与掩模图形。本发明专利技术利用了最优光源的分布稀疏性，通过预先设置光源点数量，减少了光源优化阶段的优化变量维数。同时，在最优解搜索过程中自适应地调整搜索空间及搜索步长，提高了优化效率及寻优能力，有效提高了成像质量。

【技术实现步骤摘要】
基于协方差矩阵自适应进化策略算法的光源掩模优化方法
本专利技术属于光刻分辨率增强
，尤其涉及一种基于协方差矩阵自适应进化策略(CovarianceMatrixAdaptationEvolutionStrategy,CMA-ES)算法的光源掩模优化(SourceMaskOptimization,SMO)方法。
技术介绍
光刻是极大规模集成电路制造的关键技术之一，光刻分辨率决定了集成电路图形的特征尺寸。随着集成电路图形特征尺寸不断缩小，掩模衍射效应逐渐变得不可忽略，导致光刻成像质量下降，因此业内提出了一系列的光刻分辨率增强技术。光源掩模优化技术是28nm及以下技术节点集成电路制造中的主要分辨率增强技术之一。相比于光学邻近效应修正(OPC)技术，光源掩模优化技术具有更大的优化自由度，通过联合优化照明光源与掩模图形，增大了光刻工艺窗口，提高了光刻成像质量。基于梯度的光源掩模优化方法(在先技术1，Y.Peng,J.Zhang,Y.Wang,andZ.Yu,“Gradient-basedsourceandmaskoptimizationinopticallithography”,IEEE.Trans.Image.Process20(10),2856–2864(2011).)，通过计算评价函数的梯度值引导光源和掩模的优化。由于梯度计算过程涉及到光刻成像模块的频繁调用，当光刻成像模型与评价函数表达式的复杂度提高时，梯度计算耗时明显增加，降低了光源掩模优化效率。基于遗传算法的光源掩模优化方法(在先技术2，T.Fühner,A.Erdmann,andS.Seifert,“Directoptimizationapproachforlithographicprocessconditions”,JournalofMicro/Nanolithography,MEMS,andMOEMS,6(3)，031006(2007))，不需要掌握光刻的先验知识，可选择任意成像模型和优化目标。在基于像素表示的光源掩模优化方法中优化变量数目较多，但是基于遗传算法的光源掩模优化方法，优化过程只对染色体的片段操作，导致收敛速度很慢；而且在寻优过程中没有调整搜索空间及搜索步长，并没有挖掘出最佳的变量优化方向，导致光源掩模优化效率较低。基于压缩感知的光源掩模优化方法(在先技术3，马旭，一种采样压缩感知技术的光源掩模优化方法，CN108614390B)，当光源和掩模图形比较稀疏时，优化效果较好，但是当光源图形和掩模图形难以表示成稀疏信号时，此方法的应用受到限制。另外，光刻成像属于部分相干成像。根据阿贝成像原理，像方光强为各个光源点相干成像结果的非相干叠加。在现有的光源掩模优化方法中，将光源表示成若干均匀分布的像素点，通过优化光源中所有像素点的光强值，调制掩模入射端光线的入射方向和强度，从而提高成像质量。虽然将所有像素点作为优化变量提高了光源优化的自由度，能够有效提高光刻成像性能，但是像素点数过多会影响光源优化效率。尤其是在集成电路的集成度不断提升的趋势下，掩模图形包含的信息量和数据量越来越大，光源像素点数过多会进一步增加光源掩模优化过程中需要处理的数据量。而经过光源掩模优化得到的最佳光源通常具有稀疏性，只有少数光源像素点的强度取非零值，说明只是少数方向的入射光线有利于提高成像质量。因此将全部光源像素点的强度作为优化变量，并没有考虑最佳照明模式的光源点分布的稀疏性特征。综上所述，现有的光源掩模优化方法存在梯度计算代价大、光源与掩模图形稀疏性要求高、未利用光源分布的稀疏性特征致使优化变量数目过多等不足，导致难以获得最佳光源及掩模图形，光源掩模优化效率还有较大的可提升空间。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于协方差矩阵自适应进化策略算法的光源掩模优化方法。采用像素表征光源图形及掩模图形。光源图形中每个像素代表一个光源点，掩模图形中每个像素代表该位置的透过率，以光刻胶图形与目标图形之间的图形误差作为评价函数，预先设置一定数量的位置待定的光源点，采用CMA-ES算法优化这些预设光源点的位置与掩模图形。本方法利用了最优光源的分布稀疏性，通过预先设置光源点数量，减少了光源优化阶段的优化变量维数。同时，本方法在最优解搜索过程中自适应地调整搜索空间及搜索步长，提高了优化效率及寻优能力，有效提高了成像质量。本专利技术的技术解决方案如下：基于协方差矩阵自适应进化策略算法的光源掩模优化方法，具体步骤为：(1)初始化①初始化光源图形将光源初始化为NS×NS的光源图形S，NS为奇数。光源像素点的位置索引为(m,n)，1≤m≤NS,1≤n≤NS,m∈Z,n∈Z。光源像素点的频域坐标表示为表示光源发出光线的归一化空间频率，与光线传播方向对应。可取的离散值为可取的离散值为采样间隔(m,n)与一一对应，对应关系为为了保证光刻系统的远心性，将光源图形S设置成关于频域坐标系的两条坐标轴对称。在第一象限中预先设置Npre个强度为1、位置待定的光源点。根据表征这些预设光源点位置的极坐标将这组光源点编码为变量维数DS＝2Npre。第k个光源点的位置用极坐标(ρk,θk)表示，k为光源点编号，1≤k≤Npre，k∈Z，ρk∈[σin,σout]，σin和σout分别表示光源的内相干因子和外相干因子，第k个光源点的极坐标(ρk,θk)与直角坐标的关系为预设光源点数Npre可取值为ratio取值范围为0.1～0.9。距离第k个光源点最近的光源像素点的索引为：根据第一象限的光源点分布，依次关于两条坐标轴对光源图形进行对称赋值，得到完整的理想光源点分布SIdeal：为了避免重复计算坐标轴上的光源点数目，需要将坐标轴上的光源点数目除以2：引入光源点的点扩展函数PSF(Δm,Δn)，计算出光源图形S：式中为卷积运算符。用光源图形S中的最大像素值对光源图形S作归一化，得到归一化的光源图形对归一化光源图形按列逐点扫描，得到大小为的光源图形向量SV。光源图形向量SV的元素值等于归一化光源图形的对应像素值。②初始化掩模图形将掩模图形初始化为NM×NM的掩模图形M，NM为奇数。掩模图形M的位置索引为(p,q)，1≤p≤NM,1≤q≤NM,p∈Z,q∈Z。根据掩模图形的形状是否对称选择不同的掩模图形编码方式。常用的掩模图形包括非对称掩模图形和关于坐标轴对称的掩模图形两种。非对称掩模图形用掩模图形M按列逐点扫描得到的全部像素值进行编码：变量维数第j个编码像素的透过率用tj表示，j为掩模像素点编号，1≤j≤DM，j∈Z，tj∈[0,1]。掩模图形采用与光源编码类似的方式对对称掩模图形进行编码：选择掩模图形M的行号范围为1到NHM、列号范围为1到NHM的子块，按列逐点扫描得到的像素值对对称掩模图形进行编码：其中，NHM＝(1+NM)/2，变量维数将掩模图形编码xM整理成大小为NHM×NHM的子块Mq，用子块Mq填充大小为NM×NM、元素取值全为0的掩模图形M中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于协方差矩阵自适应进化策略算法的光源掩模优化方法。其特征在于，该方法包括如下步骤：/n步骤1.光源图形和掩模图形的编码与解码/n步骤1.1光源图形的编码与解码/n光源图形S的大小为N

【技术特征摘要】
1.一种基于协方差矩阵自适应进化策略算法的光源掩模优化方法。其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1.光源图形和掩模图形的编码与解码
步骤1.1光源图形的编码与解码
光源图形S的大小为NS×NS，NS为奇数，光源图形S像素点的位置索引为(m,n)，1≤m≤NS,1≤n≤NS,m∈Z,n∈Z，光源图形S像素点的频域坐标表示为的离散值为的离散值为(m,n)与一一对应，对应关系为
将光源图形S设置成关于频域坐标系的两条坐标轴对称，在第一象限中预先设置Npre个强度为1、位置待定的光源点，预设光源点数为ratio取值范围为0.1～0.9，根据表征这些预设光源点位置的极坐标将这组光源点编码为变量维数DS＝2Npre，第k个光源点的位置用极坐标(ρk,θk)表示，k为光源点编号，1≤k≤Npre，k∈Z，ρk∈[σin,σout]，σin和σout分别表示光源的内相干因子和外相干因子，将xS作为光源图形的编码；
根据光源图形的编码xS，解码得到强度归一化的光源图形步骤如下：
①第k个光源点的极坐标(ρk,θk)与频域坐标的关系为：



②距离第k个光源点最近的光源像素点的索引为：



③根据第一象限的光源点分布，依次关于两条坐标轴对光源图形进行对称赋值，得到完整的理想光源点分布SIdeal：



④为了避免重复计算坐标轴上的光源点数目，将坐标轴上的光源点数目除以2：



⑤引入光源点的点扩展函数PSF(Δm,Δn)，计算出光源图形S：

式中为卷积运算符
⑥用光源图形S中的最大像素值对光源图形S作归一化，得到归一化的光源图形



步骤1.2掩模图形的编码与解码
掩模图形M的大小为NM×NM，NM为奇数，掩模图形M的位置索引为(p,q)，1≤p≤NM,1≤q≤NM,p∈Z,q∈Z；
当掩模图形的形状不对称时，用掩模图形M按列逐点扫描得到的全部像素的透过率值对掩模图形M进行编码：



变量维数第j个编码像素的透过率用tj表示，j为掩模像素点编号，1≤j≤DM，j∈Z，tj∈[0,1]且
当掩模图形的形状对称时，选择掩模图形M的行号范围为1到NHM、列号范围为1到NHM的子块Mq，用子块Mq按列逐点扫描得到的像素的透光率值对掩模图形进行编码：



其中，NHM＝(1+NM)/2，变量维数第j个编码像素的透过率用tj表示，j为掩模像素点编号，1≤j≤DM，j∈Z，tj∈[0,1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国栋，李思坤，王向朝，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31