专利名称：一种基于Abbe矢量成像模型的光源-掩模混合优化方法
技术领域：
本发明涉及一种基于Abbe (阿贝)矢量成像模型的光源-掩模混合优化方法，属于光刻分辨率增强技术领域。
背景技术：
当前的大規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，掩模的开ロ部分透光；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)是ー种重要的光刻分辨率增强技木。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OPC)等)，SMO在掩模优化过程中引入光源变量，増大了优化自由度，从而能够更为有效的提高光刻系统的分辨率。光源-掩模混合优化(hybrid source mask optimization,简称HSM0)方法是实现SMO的重要方法之一。HSMO方法包含三个步骤首先进行光源单独优化(source optimization,简称 SO),然后采用光源-掩模同步优化(simultaneous sourcemask optimization,简称SISM0)方法对光源和掩模图形进行协同优化,最后进行掩模单独优化(mask optimization,简称MO)。其特点是综合利用了 SO、SISMO和MO等方法各自的优点，从而能够更为有效的提高光刻系统的成像分辨率。另ー方面，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吋，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。相天又献(IEEE International Conference of Electron Devices andSolid-State Circuits EDSSC，2010，I 4)针对部分相干成像系统，提出了ー种较为高效的基于梯度的SISMO优化方法。但是以上方法仅利用SISMO方法对光源和掩模图形进行优化，没有综合利用其他方法(如SO和MO方法等)的优点，因此与本发明所涉及的HSMO方法相比其优化效果较差。另外，上述SISMO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，进而影响光源和掩模图形的优化效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Abbe矢量成像模型的HSMO方法。该方法采用基于矢量模型的HSMO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。实现本发明的技术方案如下一种基于Abbe矢量成像模型的HSMO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 Qs :当 J(xs, ys) = I 时，Ω8( ) = ·^7Γ ;当 J(xs, ys) = O 时，
Ω8(^,Λ) = |^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上开ロ部分的透射率为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，ΩΜ0，ア) = ^·7Γ ;当M(x, y) = O时，Ω^Ο，少)=子ττ ;其中M(x, y)表示掩模图形上
各像素点(X，y)的透射率；令初始ニ值掩模图形Mb = M ；步骤103、构造优化目标函数D ;设成像误差E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，即五=乙ムけ卜ン)—Z(x，ア))，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亥IJ胶中成像各像素点的像素值；构造光源罚函数为&=—(ん>0}，其中
权利要求
1. 一种基于Abbe矢量成像模型的光源-掩模混合优化方法，其特征在干，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的目标图形之，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 Qs :当 J(XS，ys) = I 时，= ;当 J(xs，ys) = O 时，Qs(ん兄)=ト淇中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上开ロ部分的透射率为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，Ωμ(χ，ァ)=|疋；当M(x, y) = O时，Ωμ(χ，>0 = ;;γ ;其中M(x, y)表示掩模图形上各像素点(X，y)的透射率；令初始ニ值掩模图形Mb = M ； 步骤103、构造优化目标函数D ; 设成像误差E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，即五，其中Mx.バ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亥IJ胶中成像各像素点的像素值；构造光源罚函数为足=—ム，其中sigmoid(x)，其中a表征sigmoid函数的倾斜程度，も=O ;将目标函数D构造为E和Rs的加权和，即
2.根据权利要求I所述基于Abbe矢量成像模型的光源-掩模混合优化方法，其特征在于，所述步骤103中利用Abbe矢量成像模型计算当前光源图形和掩膜图形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的的空间像I (xs，ys)进行叠カロ，获取部分相干光源照明吋，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。
3.根据权利要求2基于Abbe矢量成像模型的光源-掩模混合优化方法，其特征在干，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；(α，β，Y )是掩模上全局坐标系(X，Y, z)进行傅里叶变换后的坐标系，(α '，β '，)是晶片上全局坐标系(xw，yw，zw)进行傅里叶变换后的坐标系； 步骤301、针对单个点光源(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,其姆个兀素均为ー 3X1的矢量,表不全局坐标系中掩模的衍射近场分布的3个分量； 步骤302、根据近场分布E获取光波在投影系统入瞳后方的电场分布Eebnt(a,灼,其中，Ef( ,灼为NXN的矢量矩阵，其每个元素均为ー 3X1的矢量，表示全局坐标系中入瞳后方的电场分布的3个分量； 步骤303、设光波在投影系统中传播方向近似与光轴平行，进ー步根据入瞳后方的电场分布Eebnt(a，灼获取投影系统出瞳前方的电场分布淇中，出瞳前方的电场分布ΕΓ"(α’，；0’)为NXN的矢量矩阵，其每个元素均为ー 3X1的矢量，表示全局坐标系中出瞳前方的电场分布的3个分量； 步骤304、根据投影系统出瞳前方的电场分布，获取投影系统出瞳后方的电场分布EebxW)； 步骤305、利用沃尔夫Wolf光学成像理论，根据出瞳后方的电场分布;E〖xt(a’，,)获取晶片上的电场分布Ewaf'并根据Ewafw获取点光源对应晶片位置上空间像I (xs，ys)。
全文摘要
本发明提供一种基于Abbe(阿贝)矢量成像模型的光源-掩模混合优化方法，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混合优化过程。较之传统的光源单独优化、掩模单独优化、光源-掩模同步优化以及光源-掩模交替优化等方法，本发明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。
文档编号G03F1/36GK102692814SQ20121019975
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者李艳秋, 董立松, 韩春营, 马旭 申请人:北京理工大学