《一种基于基本模块的掩模辅助图形优化方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种基于基本模块的掩模辅助图形优化方法.pdf（20页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102981355 A(43)申请公布日 2013.03.20CN102981355A*CN102981355A*(21)申请号 201210540770.6(22)申请日 2012.12.13G03F 1/36(2012.01)(71)申请人北京理工大学地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人马旭 李艳秋 宋之洋(74)专利代理机构北京理工大学专利中心 11120代理人李爱英 杨志兵(54) 发明名称一种基于基本模块的掩模辅助图形优化方法(57) 摘要本发明提供一种基于基本模块的掩模辅助图形优化方法，在给定目标图形和掩模主体图形的前提下，本方法。
2、将掩模辅助图形构造为若干单边尺寸大于阈值的基本模块与表示基本模块位置的系数矩阵的卷积，将整体掩模图形构造为掩模主体图形与辅助图形的叠加；将优化目标函数F构造为目标图形与当前整体掩模图形对应的光刻胶中成像之间的欧拉距离的平方。之后本方法基于Abbe矢量成像模型，采用共轭梯度法对掩模辅助图形进行优化，并在优化结束后对辅助图形中的“无法制造的边缘凸起”进行修正。本方法可以在提高光刻系统成像质量和图形保真度的同时，有效提高优化后掩模的可制造性。(51)Int.Cl.权利要求书3页 说明书12页 附图4页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 3 页 说明书 12 页 附图 。
3、4 页1/3页21.一种基于基本模块的掩模辅助图形优化方法，其特征在于，具体步骤为：步骤101、将目标图形初始化为NN的矩阵将掩模主体图形初始化为NN的矩阵MM，并初始化阈值S、D、H和L，并令循环次数k0；步骤102、将对应于掩模辅助图形的NN的连续系数矩阵0初始化为：m,n1,2,.N，其中seedD+S/2。步骤103、计算NN的掩模辅助图形M，即：其中表示基本模块，其像素值为0或1，其图形可以为任意单边尺寸大于阈值M的多边形，符号表示卷积运算；步骤104、将掩模图形构造为掩模主体图形与掩模辅助图形的叠加，将目标函数F构造为目标图形与当前掩模图形对应的光刻胶中成像之间的欧拉距离的平方，即。
4、其中为目标图形的像素值，Z(m,n)表示利用Abbe矢量成像模型计算当前掩模图形对应的光刻胶中成像的像素值；步骤105、计算目标函数F相对于0的梯度矩阵并将NN的优化方向矩阵P0初始化为：步骤106、更新连续系数矩阵为：k+1k+sPk，其中s为预先设定的优化步长；将与掩模主体图形距离小于阈值seed的矩阵元素置零，即：m , n1,2,.N，其中seedD+S/2；步骤107、将k+1的像素值限制在0，1区间内，即：m,n1,2,.N；步骤108、令其中表示对矩阵取模并求平方；步骤109、更新优化方向矩阵为：步骤110、计算二元系数矩阵其中将NN的二元掩模图形构造为掩模主体图形与掩模辅助图形。
5、的叠加，即：计算当前二元掩模图形对应的目标函数值F；当F小于预定阈值或者更新次数k达到预定上限值时，进入步骤111，否则，令k加一，并返回步骤106；步骤111、计算当前二元掩模图形中所有凹顶点的位置，其中凹顶点定义为掩模图形内部形成270角的顶点；步骤112、遍历二元掩模图形中的所有凹顶点，并修正遍历所遇到的第一个“无法制造权 利 要 求 书CN 102981355 A2/3页3的边缘凸起”；具体为：若凹顶点对应的边缘凸起为“无法制造的边缘凸起”时，则对此边缘凸起进行两种修正，即填充和削平，分别得到两个修正后的二元掩模图形：Mb和Mb；利用Abbe矢量成像模型分别计算对应Mb和Mb的目标函数。
6、值F和F；若FF则将当前二元掩模图形更新为Mb，否则将当前二元掩模图形更新为Mb；其中所述无法制造的边缘凸起为：设边缘凸起的高度为wH，边缘凸起的两边臂长分别为wL1和wL1，H和L为阈值；当某边缘凸起满足“wHH”且“wL1或wL2L”，则称此凸起为“无法制造的边缘凸起”；步骤113、判断在步骤112中是否存在对“无法制造的边缘凸起”进行了修正，若是则返回步骤111，否则进入步骤114；步骤114、终止算法，并将当前的二元系数矩阵所对应的掩模辅助图形确定为经过优化后的掩模辅助图形，将当前的二元掩模图形确定为经过优化后的掩模图形。2.根据权利要求1所述，一种基于基本模块的掩模辅助图形优化方法，。
7、其特征在于，所述步骤104和111中利用Abbe矢量成像模型计算当前掩模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NN个子区域；步骤202、根据部分相干光源的形状将光源面栅格化成多个点光源，用每一栅格区域中心点坐标(xs,ys)表示该栅格区域所对应的点光源坐标；步骤203、针对单个点光源，利用其坐标(xs,ys)获取该点光源照明时对应晶片位置上的空气中成像I(s,s)；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气中成像，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，对各点光源对应的空气中成像I(s,s)进行叠加，获取部分。
8、相干光源照明时，晶片位置上的空气中成像I；步骤206、基于光刻胶近似模型，根据空气中成像I计算掩模图形对应的光刻胶中的成像。3.根据权利要求2所述，一种基于基本模块的掩模辅助图形优化方法，其特征在于，所述步骤203中针对单个点光源利用其坐标(xs,ys)获取该点光源照明时对应晶片位置上的空气中成像I(s,s)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以z轴建立全局坐标系(x,y,z)；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图形上NN个子区域的近场分布E；其中，E为NN的矢量矩阵，其每个元素均为一31的矢量，表示全局坐标系中掩模的衍射近场分布的3个分量。
9、；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其中，为NN的矢量矩阵，其每个元素均为一31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，进一步根据入瞳后方的电场分布获取投影系统出瞳前方的电场分布其中，出瞳前方的电场分布为NN的矢量矩阵，其每个元素均为一31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；权 利 要 求 书CN 102981355 A3/3页4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获取晶片上的电场。
10、分布并根据获取点光源对应晶片位置上空气中成像I(s,s)。权 利 要 求 书CN 102981355 A1/12页5一种基于基本模块的掩模辅助图形优化方法技术领域0001 本发明涉及一种基于基本模块的掩模辅助图形的优化方法，属于光刻分辨率增强技术领域。背景技术0002 当前的大规模集成电路普遍采用光刻系统进行制造。光刻系统主要分为：照明系统（包括光源和聚光镜）、掩模、投影系统及晶片四部分，其中掩模图形由掩模主体图形（main feature，简称MF）和掩模辅助图形（sub-resolution assistfeature，简称SRAF）两部分组成。光源发出的光线经过聚光镜聚焦后入射至掩模，掩。
11、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。0003 目前主流的光刻系统是193nm的ArF深度紫外光刻系统，随着光刻进入45nm及45nm以下技术节点，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，用以提高成像质量和图形保真度。基于像素的光学邻近效应校正（pixel-based optical proximitiy correction，简称PBOPC）是一种重要的光刻分辨率增强技术。PBOPC首先对掩模进行栅格化，然后对每一个像素的透光率进行优化，从而达到提高光刻系统成像质量和图形保真度的。
12、目的。但由于PBOPC对任意的掩模像素进行翻转，因此大幅度提升了掩模的复杂度，从而降低了掩模的可制造性、提高了大规模集成电路的生产成本，甚至还可能产生某些物理不可制造的掩模图形。为了提高和保证掩模的可制造性，业界普遍采用掩模制造约束条件来限制掩模图形的几何特征。对于掩模辅助图形而言，三项重要的约束条件为：（1）掩模辅助图形的最小尺寸wS必须大于等于阈值S，即wSS；（2）掩模主体图形与辅助图形之间的最小间距wD必须大于等于阈值D，即wDD；（3）掩模图形中不允许存在任何无法制造的边缘凸起。如图3所示，设边缘凸起的高度为wH，边缘凸起的两边臂长分别为wL1和wL1，H和L为阈值。当某边缘凸起满足。
13、“wHH”且“wL1或wL2L”，则称此凸起为“无法制造的边缘凸起”。0004 为了满足以上约束条件，现有的PBOPC技术主要采用罚函数法或掩模制造规则检测（mask manufacture rule check，简称MRC）法对掩模图形的几何特征加以限制。但是罚函数法无法保证优化后掩模图形严格符合以上约束条件。而经过MRC法处理的掩模图形往往是掩模优化问题的次优解，而非最优解。发明内容0005 本发明的目的是提供一种基于基本模块的掩模辅助图形优化（block-basedsub-resolution assist feature optimization，简称BBSRAFO）方法，在掩模主体图。
14、形已经给定的情况下，为掩模图形添加符合掩模制造约束条件的掩模辅助图形。该方法将掩模辅助图形构造为若干单边尺寸大于等于阈值S的基本模块的叠加，即掩模辅助图形可表示为基本模块与表示基本模块位置的系数矩阵的卷积。之后BBSRAFO方法基于Abbe矢量成像模型，采用共轭梯度法对掩模辅助图形进行优化。该方法不会在与掩模主说 明 书CN 102981355 A2/12页6体图形距离小于阈值D的区域内添加掩模辅助图形，并将与掩模主体图形距离小于阈值D的区域设为阻光区域。0006 实现本发明的技术方案如下：0007 一种基于基本模块的掩模辅助图形优化方法，具体步骤为：0008 步骤101、将目标图形初始化为N。
15、N的矩阵将掩模主体图形初始化为NN的矩阵MM，并初始化阈值S、D、H和L，并令循环次数k0；0009 步骤102、将对应于掩模辅助图形的NN的连续系数矩阵0初始化为：0010 m,n1,2,.N，其中seedD+S/2。0011 步骤103、计算NN的掩模辅助图形M，即：其中表示基本模块，其像素值为0或1，其图形可以为任意单边尺寸大于阈值M的多边形，符号表示卷积运算；0012 步骤104、将掩模图形构造为掩模主体图形与掩模辅助图形的叠加，将目标函数F构造为目标图形与当前掩模图形对应的光刻胶中成像之间的欧拉距离的平方，即其中为目标图形的像素值，Z(m,n)表示利用Abbe矢量成像模型计算当前掩模。
16、图形对应的光刻胶中成像的像素值；0013 步骤105、计算目标函数F相对于0的梯度矩阵并将NN的优化方向矩阵P0初始化为：0014 步骤106、更新连续系数矩阵为：k+1k+sPk，其中s为预先设定的优化步长；将与掩模主体图形距离小于阈值seed的矩阵元素置零，即：0015 m,n1,2,.N，其中seedD+S/2；0016 步骤107、将k+1的像素值限制在0,1区间内，即：0017 m,n1,2,.N；0018 步骤108、令其中表示对矩阵取模并求平方；0019 步骤109、更新优化方向矩阵为：0020 步骤110、计算二元系数矩阵其中将NN的二元掩模图形构造为掩模主体图形与掩模辅助图形。
17、的叠加，即：0021 计算当前二元掩模图形对应的目标函数值F；当F小于预定阈值或者更新次数k达到预定上限值时，进入步骤111，否则，令k加一，并返回步骤106；说 明 书CN 102981355 A3/12页70022 步骤111、计算当前二元掩模图形中所有凹顶点的位置，其中凹顶点定义为掩模图形内部形成270角的顶点；0023 步骤112、遍历二元掩模图形中的所有凹顶点，并修正遍历所遇到的第一个“无法制造的边缘凸起”；具体为：若凹顶点对应的边缘凸起为“无法制造的边缘凸起”时，则对此边缘凸起进行两种修正，即填充和削平，分别得到两个修正后的二元掩模图形：Mb和Mb；利用Abbe矢量成像模型分别计算。
18、对应Mb和Mb的目标函数值F和F。若FF则将当前二元掩模图形更新为Mb，否则将当前二元掩模图形更新为Mb；其中所述无法制造的边缘凸起为：设边缘凸起的高度为wH，边缘凸起的两边臂长分别为wL1和wL1，H和L为阈值；当某边缘凸起满足“wHH”且“wL1或wL2L”，则称此凸起为“无法制造的边缘凸起”；0024 步骤113、判断在步骤112中是否存在对“无法制造的边缘凸起”进行了修正，若是则返回步骤111，否则进入步骤114；0025 步骤114、终止算法，并将当前的二元系数矩阵所对应的掩模辅助图形确定为经过优化后的掩模辅助图形，将当前的二元掩模图形确定为经过优化后的掩模图形。0026 本发明所述。
19、步骤104和111中利用Abbe矢量成像模型计算当前掩模图形对应的光刻胶中成像的具体步骤为：0027 步骤201、将掩模图形M栅格化为NN个子区域；0028 步骤202、根据部分相干光源的形状将光源面栅格化成多个点光源，用每一栅格区域中心点坐标(xs,ys)表示该栅格区域所对应的点光源坐标；0029 步骤203、针对单个点光源，利用其坐标(xs,ys)获取该点光源照明时对应晶片位置上的空气中成像I(xs,ys)；0030 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气中成像，若是，则进入步骤205，否则返回步骤203；0031 步骤205、根据阿贝Abbe方法，对各点光源对应的空。
20、气中成像I(xs,ys)进行叠加，获取部分相干光源照明时，晶片位置上的空气中成像I；0032 步骤206、基于光刻胶近似模型，根据空气中成像I计算掩模图形对应的光刻胶中的成像。0033 本发明所述步骤203中针对单个点光源利用其坐标(xs,ys)获取该点光源照明时对应晶片位置上的空气中成像I(xs,ys)的具体过程为：0034 设定光轴的方向为z轴，并依据左手坐标系原则以z轴建立全局坐标系(x,y,z)；0035 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图形上NN个子区域的近场分布E；其中，E为NN的矢量矩阵，其每个元素均为一31的矢量，表示全局坐标系中掩模的衍射近。
21、场分布的3个分量；0036 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其中，为NN的矢量矩阵，其每个元素均为一31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；0037 步骤303、设光波在投影系统中传播方向近似与光轴平行，进一步根据入瞳后方的电场分布获取投影系统出瞳前方的电场分布其中，出瞳前方的电场分布为NN的矢量矩阵，其每个元素均为一31的矢量，表示全局坐标系中出瞳说 明 书CN 102981355 A4/12页8前方的电场分布的3个分量；0038 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0039 步骤305、利用沃尔夫Wolf光。
22、学成像理论，根据出瞳后方的电场分布获取晶片上的电场分布并根据获取点光源对应晶片位置上空气中成像I(xs,ys)。0040 有益效果0041 第一，本发明将掩模辅助图形构造为单边尺寸大于阈值的基本模块与系数矩阵的卷积，因此在优化过程中，可以自动保证掩模辅助图形中任何部分的最小尺寸均大于阈值。0042 第二，本发明不会在与掩模主体图形距离小于阈值D的区域内添加掩模辅助图形，并将与掩模主体图形距离小于阈值D的区域设为阻光区域，因此能够保证掩模主体图形与掩模辅助图形之间的最小间距大于等于阈值。0043 第三，本发明不在掩模优化完成后采用MRC方法对掩模图形的尺寸和间距进行调整，因此较之MRC方法，采用。
23、本方法优化的掩模更接近最优解。0044 第四，本发明对掩模图形中“无法制造的边缘凸起”进行修正，进一步提高了掩模的可制造性；同时本方法选择对应目标函数较小的修正方法对“无法制造的边缘凸起”进行修正，因此可以尽量保证光刻系统的成像质量和图形保真度。0045 第五，本发明利用Abbe矢量成像模型描述光刻系统的成像过程，考虑了电磁场的矢量特性，优化后的掩模不但适用于小NA的情况，也适用于NA0.6的情况。附图说明0046 图1为本发明基于基本模块的掩模辅助图形优化方法流程图。0047 图2为点光源发出光波经掩模、投影系统后在晶片位置上形成空气中成像的示意图。0048 图3边缘凸起及对“无法制造的边缘。
24、凸起”的两种修正方法的示意图。0049 图4为目标图形、给定的掩模主体图形，以及主体图形对应的光刻胶中成像的示意图。0050 图5为本实例中的初始掩模辅助图形，以及采用本发明的方法优化得到的掩模辅助图形的示意图。0051 图6为基于本发明的方法优化的整体掩模图形，及其对应的光刻胶中成像的示意图。具体实施方式0052 下面结合附图进一步对本发明进行详细说明。0053 本发明的原理：当光线通过掩模在光刻胶中成像与目标图形相同或近似时，则光刻系统中印制在晶片上的图形具有很高的分辨率。因此本发明将掩模辅助图形的优化目标函数F构造为目标图形与掩模主体图形对应的光刻胶中成像之间的欧拉距离的平方；如目标图形。
25、的大小为NN，则为目标图形中各点的像素值，Z(m,n)为掩模对应的光刻胶中成像的像素值，Z(m,n)与的值均为0或1。说 明 书CN 102981355 A5/12页90054 如图1所示，本发明基于基本模块的掩模辅助图形优化方法，具体步骤为：0055 步骤101、将目标图形初始化为NN的矩阵将掩模主体图形初始化为NN的矩阵MM，并初始化阈值S、D、H和L，并令循环次数k0。0056 其中所述初始化阈值S、D、H和L是根据掩模制造时的实际工艺由生产线工程师自己制定，本发明以代数形式给出阈值，因此适用于所有实际生产线的具体阈值。0057 步骤102、将对应于掩模辅助图形的NN的连续系数矩阵0初始。
26、化为：0058 m,n1,2,.N，其中seedD+S/2。0059 其中所述0(m,n)与掩模主图形距离为：像素点0(m,n)与掩模主图形开孔部分中任何像素点MM(p,q)之间距离，即的最小值。0060 阈值seed是根据掩模制造时的实际工艺由生产线工程师自己制定，本发明以代数形式给出阈值，因此适用于所有实际生产线的具体阈值。0061 步骤103、计算NN的灰度掩模图形M，即：其中表示基本模块，其像素值为0或1，其中基本模块的图形对应于矩阵W中像素值为1的区域，其图形可以为任意单边尺寸大于阈值M的多边形，符号表示卷积运算。0062 步骤104、将掩模图形构造为掩模主体图形与掩模辅助图形的叠加。
27、，将目标函数F构造为目标图形与当前掩模图形对应的光刻胶中成像之间的欧拉距离的平方，即其中为目标图形的像素值，Z(m,n)表示利用Abbe矢量成像模型计算当前掩模图形对应的光刻胶中成像的像素值。0063 本发明利用Abbe矢量成像模型计算当前掩模主体图形对应的光刻胶中成像的具体步骤为：0064 变量预定义0065 如图2所示，设定光轴的方向为z轴，并依据左手坐标系原则以z轴建立全局坐标系(x,y,z)；设部分相干光源面上任一点光源的全局坐标为(xs,ys,zs)，由该点光源发出并入射至掩模的平面波的方向余弦为(s,s,s)，则全局坐标与方向余弦之间的关系为：0066 0067 其中，NAm为投影。
28、系统物方数值孔径。0068 设掩模上任一点的全局坐标为(x,y,z)，基于衍射原理，从掩模入射至投影系统入瞳的平面波的方向余弦为(,，)，其中(,，)是掩模（物面）上全局坐标系(x,y,z)进行傅里叶变换后的坐标系。0069 设晶片（像面）上任一点的全局坐标为(xw,yw,zw)，从投影系统出瞳入射至像面的平面波的方向余弦为(,)，其中(,)是晶片（像面）上全局坐标系(xw,yw,zw)进行傅里叶变换后的坐标系。0070 全局坐标系与局部坐标系之间的转换关系：0071 建立局部坐标系(e,e|)，e轴为光源发出光线中TE偏振光的振动方向，e|轴为光源发出光线中TM偏振光的振动方向。波矢量为由波。
29、矢量和光轴构成的平说 明 书CN 102981355 A6/12页10面称为入射面，TM偏振光的振动方向在入射面内，TE偏振光的振动方向垂直于入射面。则全局坐标系与局部坐标系的转换关系为：0072 0073 其中，Ex、Ey和Ez分别是光源发出光波电场在全局坐标系中的分量，E和E|是光源发出光波电场在局部坐标系中的分量，转换矩阵T为：0074 0075 其中，0076 获取掩模对应的光刻胶中成像的方法的具体步骤为：0077 步骤201、将掩模主体图形M栅格化为NN个子区域。0078 步骤202、根据部分相干光源的形状将光源面栅格化成多个区域，每个区域用点光源近似，用每一栅格区域中心点坐标(xs。
30、,ys)表示该栅格区域所对应的点光源坐标。0079 步骤203、针对单个点光源，利用其坐标(xs,ys)获取该点光源照明时对应晶片位置上的空气中成像I(xs,ys)。0080 下面对步骤203中利用单个光源点坐标(xs,ys)获取该点光源照明时对应晶片位置上的空气中成像的过程进行进一步详细说明：0081 步骤301、根据点光源坐标(xs,ys)，计算点光源发出光波在掩模上NN个子区域的近场分布E。0082 0083 其中，E为NN的矢量矩阵（若一个矩阵的所有元素均为矩阵或向量，则称其为矢量矩阵），该矢量矩阵中的每个元素均为一个31的矢量，表示全局坐标系中掩模的衍射近场分布的3个分量。表示两个矩阵对应元素相乘。是一NN的矢量矩阵，每个元素为点光源发出光波的电场在全局坐标系中的电场矢量；如设部分相干光源上一点光源发出光波的电场在局部坐标系中表示为0084 0085 则该电场在全局坐标系中表示为：0086 0087 掩模的衍射矩阵B是一NN的标量矩阵，标量矩阵中每个元素均为标量，根据Hopkins（霍普金斯）近似，B的每个元素可表示为：0088 说 明 书CN 102981355 A10。