基于Abbe矢量成像模型的光源-掩模-偏振态联合优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Abbe矢量成像模型的光源-掩模-偏振态交替优化方法，本方法设置光源图形像素值、掩模中开口部分以及阻光部分的透射率和偏振态电矢量方向角，设置变量矩阵ΩS、ΩM和Φ，将目标函数D构造为目标图形与当前光源、掩模和偏振态电矢量方向角对应的光刻胶中成像之间的欧拉距离的平方；利用目标函数D对于变量矩阵ΩS、ΩM和Φ的梯度信息引导光源图形、掩模图形和偏振态电矢量方向角的交替优化过程。本发明专利技术能够更为有效的提高光刻系统的成像质量，同时本发明专利技术不但适用于小NA的情况，也适用于NA＞0.6的情况。

【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-偏振态优化方法，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-偏振态联合优化(source mask polarization optimization,简称SMP0)是一种重要的光刻分辨率增强技术。SMPO利用光源、掩模及偏振态之间的相互作用，通过改变光源强度、光源电矢量方向角和掩模拓扑结构，达到提高光刻成像质量的目的。较之传统的分辨率增强技术，如光源-掩模联合优化(source mask optimization,简称SM0)等，SMPO在SMO中引入偏振态变量，增大了优化自由度，从而能够更为有效的提高光刻系统的成像质量。光源-掩模-偏振态交替优化(sequential source mask polarizationoptimization,简称SESMP0)方法和光源-掩模-偏振态同步优化(simul taneous sourcemask polarization optimization,简称SISMP0)方法是两种实现SMPO的重要方法。SESMPO方法遵循:光源掩模同时优化-偏振态单独优化-光源掩模同时优化......的顺序，交替的对光源、掩模和偏振态进行优化。其特点是在每一次优化迭代中，保持光源和掩模像素值不变更新偏振态方向角，或保持偏振态方向角不变更新光源和掩模像素值。而SISMPO方法在优化过程中同时对光源、掩模和偏振态参数进行优化。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。为了满足浸没式光刻系统的仿真精度要求，必须在SMPO技术中采用矢量成像模型。相关文献(J.Micro/Nanolith.MEMS M0EMS，2011，10 (3):033003)针对部分相干成像系统，提出了一种SMPO优化方法。但是以上方法具有以下三方面不足:第一、此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。第二、上述方法基于非解析的离散优化过程，在迭代过程中不断调整光源强度、偏振态分布和掩模拓扑结构参数来寻求较优的参数组合，因此很难获得全局最优解。第三、上述方法在每一次优化迭代中需调用Prolith专业仿真软件,计算当前的成像质量评价函数,从而降低了优化算法的运算效率。现有方法的上述缺陷影响了 SMPO的优化效果和运算效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于Abbe(阿贝)矢量成像模型的光源-掩模-偏振态联合优化方法，该方法米用基于矢量模型的SESMPO技术对光源强度、偏振态分布和掩模拓扑结构进行优化，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:—种基于Abbe (阿贝)矢量成像模型的光源_掩模_偏振态联合优化方法，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,将初始偏振态分布表示为大小为Ns X Ns的电矢量方向角矩阵O，令①(xs，ys)表示光源图形上各像素点(xs，ys)的偏振态对应的电矢量方向角，其中Ns和N为整数；步骤102、设置光源图形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 Ns XNs 的变量矩阵 Q s:当 J (xs, ys) = I 时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Abbe矢量成像模型的光源?掩模?偏振态交替优化方法，其特征在于，具体步骤为：步骤101、将光源初始化为大小为NS×NS的光源图形J，将掩模图形M初始化为大小为N×N的目标图形将初始偏振态分布表示为大小为NS×NS的电矢量方向角矩阵Φ，令Φ(xs，ys)表示光源图形上各像素点(xs，ys)的偏振态对应的电矢量方向角，其中NS和N为整数；步骤102、设置光源图形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NS×NS的变量矩阵ΩS：当J(xs，ys)＝1时，当J(xs，ys)＝0时，其中J(xs，ys)表示光源图形上各像素点(xs，ys)的像素值；设置掩模图形M上开口部分的透射率为1，阻光区域的透射率为0；设定N×N的变量矩阵ΩM：当M(x,y)＝1时，当M(x，y)＝0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；设置Φ各像素点的像素值为对应点光源初始偏振态的电矢量方向角度值；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，即其中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、掩模图形和电矢量方向角矩阵对应的光刻胶中成像各像素点的像素值；步骤104、分别计算目标函数D对于变量矩阵ΩS的梯度矩阵和对于变量矩阵ΩM的梯度矩阵将光源图形上各像素点的像素值之和Jsum近似为给定常数，得到梯度矩阵的近似值分别利用最陡速降法更新变量矩阵ΩS和ΩM，将ΩS更新为将ΩM更新为 其中和为预先设定的光源和掩模优化步长，获取对应当前ΩS的光源图形J，获取对应当前ΩM的掩模图形M，更新对应当前M的二值掩模图形Mb，步骤105、计算当前光源图形J、二值掩模图形Mb和电矢量方向角矩阵Φ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ΩS和ΩM的次数达到预定上限值KSMO时，进入步骤106，否则返回步骤104；步骤106、利用正向优化算法更新电矢量方向角矩阵Φ；步骤107、计算当前光源图形J、二值掩模图形Mb和电矢量方向角矩阵Φ对应的目标函数D的值；当该值小于预定阈值或者当执行步骤106的次数达到预定上限值KPO时，进入步骤108，否则返回步骤104；步骤108、将当前光源图形J中所有小于某阈值ts的像素值置零，同时将上、下、左、右四个方向像素值均为零的孤立像素点的像素值置零；步骤109、对当前偏振态电矢量方向角矩阵Φ进行后处理；步骤110、终止优化，并将当前光源图形J、二值掩模图形Mb和电矢量方向角矩阵Φ确定为经过优化后的光源图形、掩模图形和偏振态分布对应的电矢量方向角矩阵。FDA00004314132900000114.jpg,FDA0000431413290000011.jpg,FDA0000431413290000012.jpg,FDA0000431413290000013.jpg,FDA0000431413290000014.jpg,FDA0000431413290000015.jpg,FDA0000431413290000016.jpg,FDA0000431413290000017.jpg,FDA0000431413290000018.jpg,FDA0000431413290000019.jpg,FDA00004314132900000110.jpg,FDA00004314132900000111.jpg,FDA00004314132900000112.jpg,FDA00004314132900000113.jpg,FDA0000431413290000021.jpg,FDA0000431413290000022.jpg,FDA0000431413290000023.jpg,FDA0000431413290000024.jpg,FDA0000431413290000025.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种基于Abbe矢量成像模型的光源-掩模-偏振态交替优化方法，其特征在于，具体步骤为: 步骤101、将光源初始化为大小SNsXNs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，将初始偏振态分布表示为大小为NsXNs的电矢量方向角矩阵O，令O(xs, ys)表示光源图形上各像素点(xs，ys)的偏振态对应的电矢量方向角，其中Ns和N为整数； 步骤102、设置光源图形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，fls(.r,—r,} = n:当 J (xs, ys) = 0 时，iy.0...其中J(XS，ys)表示光源图形上各像素点(Xs，ys)的像素值；设置掩模图形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:1M(x，y) =I 时，:..:当 M(x, y) = 0 时，S\,(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 ;设置O各像素点的像素值为对应点光源初始偏振态的电矢量方向角度值； 步骤103、将目标函数D构造为目标图形Z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，其中七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、掩模图形和电矢量方向角矩阵对应的光刻胶中成像各像素点的像素值； 步骤104、分别计算目标函数D对于变量矩阵Qs的梯度矩阵VAfV)和对于变量矩阵Qm的梯度1-将光源图形上各像素点的像素值之和Jsuffl近似为给定常数，得到梯度矩阵VA+￡IS)的近似值分别利用最陡速降法更新变量矩阵\和QM，将\更新为+++++ \ 、焉> ?将Q M更新为X郷h I其中'%和\为预先设定的光源和掩模优化步长，获取对应当前Qs的光源图形J,i t+#Qs《v.— ,;)!-获取对应当前Qm的掩模图形M, M(.r,.r).....-r tr.jlj:更新对应当前M的二值掩模图形Mb， Ir.r)>/.Mh|.r, il < , — *'； 步骤105、计算当前光源图形J、二值掩模图形Mb和电矢量方向角矩阵O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^^和Qm的次数达到预定上限值Kssro时，进入步骤106，否则返回步骤104 ； 步骤106、利用正向优化算法更新电矢量方向角矩阵O ; 步骤107、计算当前光源图形J、二值掩模图形Mb和电矢量方向角矩阵O对应的目标函数D的值；当该值小于预定阈值或者当执行步骤106的次数达到预定上限值Kra时，进入步骤108，否则返回步骤104 ； 步骤108、将当前光源图形J中所有小于某阈值ts的像素值置零，同时将上、下、左、右四个方向像素值均为零的孤立像素点的像素值置零； 步骤109、对当前偏振态电矢量方向角矩阵O进行后处理； 步骤110、终止优化，并将当前光源图形J、二值掩模图形Mb和电矢量方向角矩阵O确定为经过优化后的光源图形、掩模图形和偏振态分布对应的电矢量方向角矩阵。2.根据权利要求1所述基于Abbe矢量成像模型的光源_掩模_偏振态交替优化方法，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、掩模和偏振态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、将偏振态方向角矩阵O栅格化为NsXNs个子区域； 步骤204、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205、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206，否则返回步骤204 ； 步骤206、根据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207、基于光刻胶近似模型，根据空间像I计算光源图形、掩模图形和电矢量方向角矩阵对应的光刻胶中的成像。3.根据权利要求2所述的基于Abbe矢量成像模型的光源_掩模_偏振态交替优化方法，其特征在于，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...

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