一种基于Abbe矢量成像模型的光源-掩模交替优化方法技术

本发明专利技术提供一种基于Abbe(阿贝)矢量成像模型的光源-掩模交替优化方法，本方法设置光源图形像素值和掩模中开口部分以及阻光部分的透射率，设置变量矩阵ΩS和ΩM，将目标函数D构造为目标图形与当前光源和掩模对应的光刻胶中成像之间的欧拉距离的平方；利用变量矩阵ΩS和ΩM以及目标函数D引导光源和掩模图形的交替优化过程。较之传统的光源单独优化或掩模单独优化以及光源-掩模同步优化，本发明专利技术所涉及的方法能够更为有效的提高光刻系统的分辨率。同时采用本发明专利技术优化后的光源和掩模不但适用于小NA的情况，也适用于NA＞0.6的情况。另外本发明专利技术利用优化目标函数的梯度信息，结合最陡速降法对光源图形和掩模图形进行优化，优化效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于Abbe (阿贝)矢量成像模型的光源-掩模交替优化方法，属于光刻分辨率增强

技术介绍
当前的大规模集成电路普遍采用光刻系统进行制造。光刻系统主要包括照明系统(包括光源和聚光镜)、掩模、投影系统及晶片四部分。光源发出的光线经过聚光镜聚焦后入射至掩模，掩模的开口部分透光；经过掩模后，光线经由投影系统入射至涂有光刻胶的晶片上，这样掩模图形就复制在晶片上。目前主流的光刻系统是193nm的ArF深度紫外光刻系统，随着光刻技术节点进入45nm-22nm,电路的关键尺寸已经远远小于光源的波长。因此光的干涉和衍射现象更加显 著，导致光刻成像产生扭曲和模糊。为此光刻系统必须采用分辨率增强技术，用以提高成像质量。光源-掩模协同优化(source mask optimization,简称SM0)是一种重要的光刻分辨率增强技术。SMO利用光源及掩模之间的相互作用，通过改变光源明暗图形、掩模图形以及在掩模上添加细小的辅助图形的方法，达到提高光刻成像分辨率的目的。较之传统的分辨率增强技术(如光学邻近效应校正(optical proximity correction,简称0PC)等)，SMO在掩模优化过程中引入光源变量，增大了优化自由度，从而能够更为有效的提高光刻系统的分辨率。光源-掩模交替优化(sequential source mask optimization,简称SESM0)方法是实现SMO的重要方法之一。SESMO方法遵循光源单独优化-掩模单独优化-光源单独优化……的顺序，交替的对光源和掩模进行独立优化。其特点是在每一次优化迭代中，保持掩模像素值不变更新光源像素值，或保持光源像素值不变更新掩模像素值。另一方面，为了进一步提高光刻系统成像分辨率，目前业界普遍采用浸没式光刻系统。浸没式光刻系统为在投影物镜最后一个透镜的下表面与晶片之间添加了折射率大于I的液体，从而达到扩大数值孔径(numerical aperture,简称NA),提高成像分辨率的目的。由于浸没式光刻系统具有高NA (NA > I)的特性，而当NA >0.6时，电磁场的矢量成像特性对光刻成像的影响已经不能被忽视，因此对于浸没式光刻系统其标量成像模型已经不再适用。为了获取精确的浸没式光刻系统的成像特性，必须采用基于矢量成像模型的SMO技术，对浸没式光刻系统中的光源和掩模进行优化。相关文献(IEEETransaction on Image Processing, 2011, 20 :2856 2864)针对部分相干成像系统，提出了一种较为高效的基于梯度的SESMO优化方法。但是以上方法基于光刻系统的标量成像模型，因此不适用于高NA的光刻系统。同时，由于光源面上不同位置光线的入射角度不同，其对投影系统的作用存在差异，但是现有技术没有考虑投影系统对光源面上不同点光源入射光线的响应差异。因此采用现有方法获取空间像与实际存在较大的偏差，进而影响SESMO方法的优化效果
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于Abbe矢量成像模型的SESMO方法。该方法采用基于矢量模型的SESMO技术对光源明暗图形和掩模图形进行优化，其可同时适用于具有高NA的浸没式光刻系统以及具有低NA的干式光刻系统。实现本专利技术的技术方案如下一种基于Abbe矢量成像模型的SESMO方法，具体步骤为步骤101、将光源初始化为大小为NsXNs的光源图形J，将掩模图形M初始化为大小为NXN的目标图形Z，其中Ns和N为整数；步骤102、设置初始光源图形J上发光区域的像素值为1，不发光区域的像素值为O ;设定 NsXNs 的变量矩阵 Ω5 :当 J(xs, ys) = I 时，= ;当 J(xs, ys) = O 时,Hs(^ys) = ^淇中J(xs，ys)表示光源图形上各像素点(xs，ys)的像素值；设置初始掩模 图形M上开口部分的透射率为1，阻光区域的透射率为O ;设定NXN的变量矩阵ΩΜ:当M(x，y) = I 时，= ;当 M(x, y) = O 时，= ;其中 M(x, y)表示掩模图形上各像素点(X，y)的透射率；令二值掩模图形Mb的初始值为M ；步骤103、将目标函数D构造为目标图形之与当前光源图形和掩模图形对应的光刻胶中成像之间的欧拉距离的平方，即ο = 之，其中之为目标图形各像素点的像素值，Z(x, y)表示利用Abbe矢量成像模型计算当前光源图形和掩模图形对应的光刻胶中成像各像素点的像素值；步骤104、计算目标函数D对于变量矩阵Qs的梯度矩阵VjD(Qs)，将光源图形上各像素点的像素值之和Jsim近似为给定常数，得到梯度矩阵ViXfts)的近似值VjD(Qs)闲用最陡速降法更新变量矩阵Qs，更新QsXV0(Qs)，其中SllsS预先设定的光源优化步长，获取对应当前Qs的光源图形j，j<x，凡)=|[i+cosns(X，；g]；步骤105、计算当前光源图形J和二值掩模图形Mb对应的目标函数值D的值；当该值小于预定阈值或者更新变量矩阵Ω s的次数达到预定上限值Ks时，进入步骤106，否则返回步骤104 ；步骤106、计算目标函数D对于变量矩阵ΩΜ的梯度矩阵VjD(Dm);利用最陡速降法更新变量矩阵ΩΜ，更新ΩM为ΩM- MχVZ)(ΩM)，其中 M为预先设定的掩模优化步长，获取对应当前ΩΜ的掩模图形M，M(x，;；) = i[l + cosQM(x，_y)];更新对应当前M的二值掩模图形Mb，Mb(x，少，一般情况下tffl = 0.5;步骤107、计算当前光源图形J和二值掩模图形Mb对应的目标函数D的值；；当该值小于预定阈值或者更新变量矩阵Ω M的次数达到预定上限值Km时，进入步骤108，否则返回步骤106 ；步骤108、计算当前光源图形J和二值掩模图形Mb对应的目标函数D的值；当该值小于预定阈值或者交替更新变量矩阵Qs和ΩM的次数达到预定上限值KS_M时，进入步骤109，否则返回步骤104 ；步骤109，终止优化，并将当前光源图形J和二值掩模图形Mb确定为经过优化后的光源图形和掩模图形。本专利技术所述步骤103中利用Abbe矢量成像模型计算当前光源和掩模对应的光刻胶中成像的具体步骤为步骤201、将掩模图形M栅格化为NXN个子区域；步骤202、将光源图形J栅格化为NsXNs个子区域；步骤203、针对单个点光源(xs，ys)，获取该点光源照明时对应晶片位置上的空间像 I (xs, ys)； 步骤204、判断是否已经计算出所有点光源对应晶片位置上的空间像，若是，则进入步骤205，否则返回步骤203 ；步骤205、根据阿贝Abbe方法，对各点光源对应晶片位置上的空间像I (xs，ys)进行叠加，获取部分相干光源照明时，晶片位置上的空间像I ;步骤206、基于光刻胶近似模型，根据空间像I计算光源图形和掩模图形对应的光刻胶中的成像。本专利技术所述步骤203中针对单个点光源(xs，ys)，获取该点光源照明时对应晶片位置上的空间像I (xs，ys)的具体过程为设定光轴的方向为z轴,并依据左手坐标系原则建立全局坐标系；步骤301、根据点光源坐标(xs，ys)，计算点光源发出的光波在掩模上NXN个子区域的近场分布E ;其中，E为NXN的矢量矩阵，其每个元素均为一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Abbe矢量成像模型的光源-掩模交替优化方法，其特征在于，具体步骤为 步骤101、将光源初始化为大小为NsXNs的光源图形J，将掩模图形M初始化为大小为NXN的目标图形2，其中Ns和N为整数； 步骤102、设置初始光源图形J上发光区域的像素值为1，不发光区域的像素值为0 ;设定 NsXNs 的变量矩阵 Qs :当 J(xs, ys) = I 时，ils(xs,_ys) ；当 J(xs, ys) = 0 时，ils(xs,ys) = ^7T淇中J(XS，ys)表示光源图形上各像素点(xs，ys)的像素值；设置初始掩模图形M上开口部分的透射率为1，阻光区域的透射率为0 ;设定NXN的变量矩阵Qm:当M(x，y) = I时，％10，少)=|冗M(x, y) = 0时少)=|疋；其中M(x,y)表示掩模图形上各像素点(x，y)的透射率；令二值掩模图形Mb的初始值为M ； 步骤103、将目标函数D构造为目标图形与当前光源图形和掩模图形对应的光刻胶中成像之间的欧拉距离的平方，即D=石石(之z(x，>0)2，其中之(^)为目标图形各像素点的像素值，Z(x, y)表示利用Abbe矢量成像模型计算当前光源图形和掩模图形对应的光刻胶中成像各像素点的像素值； 步骤104、计算目标函数D对于变量矩阵Qs的梯度矩阵VD(Qs)，将光源图形上各像素点的像素值之和Jsud近似为给定常数，得到梯度矩阵的近似值▽乃(Qs);利用最陡速降法更新变量矩阵Qs，更新\为仏-％><'^(%)，其中&8为预先设定的光源优化步长，获取对应当前Qs的光源图形J，J(Us) = |[l + cosils(uJ]； 步骤105、计算当前光源图形J和二值掩模图形Mb对应的目标函数D的值；当该值小于预定阈值或者更新变量矩阵Qs的次数达到预定上限值Ks时，进入步骤106，否则返回步骤·104 ；步骤106、计算目标函数D对于变量矩阵Q M的梯度矩阵VD(Qm);利用最陡速降法更新变量矩阵QM，更新Qm为xVD(￡1m)，其中％ 为预先设定的掩模优化步长，获取对应当前Q M的掩模图形M，M(x,y) = ^[l + cosnM(x,>0];更新对应当前M的二值掩模图形 [X 当 M(U)之/^为预定参数； 步骤107、计算当前光源图形J和二值掩模图形Mb对应的目标函数D的值；当该值小于预定阈值或者更新变量矩阵的次数达到预定上限值Km时，进入步骤108，否则返回步骤·106 ； 步骤108、计算当前光源图形J和二值掩模图形Mb对应的目标函数D的值；当该值小于预定阈值或者更新交替变量矩阵Qs和QM的次数达到预定上限值KS_M时，进入步骤109，否则...

【专利技术属性】
技术研发人员：马旭，李艳秋，韩春营，董立松，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：