[發明專利]極紫外光刻光源掩模優化方法

在審

• 申請號: 202011279713.8
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112394615A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 張子南;李思坤;王向朝;成維;胡少博;劉珍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G03F1/76
• 分類號: G03F1/76;G03F1/80;G03F7/20
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種極紫外光刻光源掩模優化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1，光源和掩模圖形的編碼和解碼：

(1)光源的編碼和解碼

光源采用二維矩陣S表征，矩陣大小為N_S×N_S，N_S為奇數，矩陣的每個元素代表一個光源點，元素的值為實數，代表光源點的強度，取值范圍為[0,1]；光源點在矩陣中的位置表示為S(m,n)，在頻域坐標中表示為S(f_s,g_s)，其中1≤m≤N_S，1≤n≤N_S，-1≤f_s≤1，-1≤g_s≤1；

光源的內向干因子和外相干因子表示為σ_in和σ_out，選取頻域坐標系中第一象限內且處于內外相干因子之間的共N_Sc個光源點進行編碼，強度值記錄為在矩陣中的位置記錄為將J和P_S作為光源的編碼；

在進行光刻成像計算時，將J和P_S解碼：先將光源矩陣S重置為全0矩陣，然后依次對于光源編碼中的第i個光源點，1≤i≤N_Sc，從P_S中讀取其位置索引(m_i,n_i)，從J中讀取其強度值J_i，選取S中位置為S(m_i,n_i)，S(N_S+1-m_i,n_i)，S(m_i,N_S+1-n_i)，S(N_S+1-m_i,N_S+1-n_i)的四個元素，將其元素值設定為J_i，最終得到解碼后的完整光源矩陣S；

(2)掩模的編碼和解碼

掩模采用二維矩陣M表征，矩陣大小為N_M×N_M，N_M為奇數，矩陣的每個元素代表掩模圖形的一個像素，元素的值為0或1，元素為0代表該像素為背景區域，元素為1代表該像素為圖形區域，掩模像素在矩陣中的位置表示為M(p,q)，其中1≤p≤N_M，1≤q≤N_M；

將矩陣的第(N_M+1)/2行和第(N_M+1)/2列作為基準，當掩模圖形的形狀不對稱時，選擇所有矩陣元素作為待編碼像素；當掩模圖形的形狀上下左右均對稱時，選擇第一象限的元素作為待編碼像素；當掩模圖形的形狀上下對稱時，選擇第一、二象限的元素作為待編碼像素；當掩模圖形的形狀左右對稱時，選擇第一、四象限的元素作為待編碼像素；

將待編碼像素的個數記為N_Mc，元素值記錄為在矩陣中的位置記錄為將T和P_M作為掩模圖形的編碼；

在進行光刻成像計算時，將T和P_M解碼為完整的掩模矩陣M：先將掩模矩陣M重置為全0矩陣，然后依次對于掩模編碼中的第j個像素，1≤j≤N_Mc，從P_M中讀取其位置索引(p_j,q_j)，從T讀取其強度值T_j，根據原始掩模圖形的對稱性選取M中位置為M(p_j,q_j)的元素及其相應的對稱元素，若T_j大于閾值T_mr則將其元素值設定為1，反之將其元素值設定為0，最終得到解碼后的完整掩模矩陣M；

步驟2，光源矩陣、掩模矩陣和光刻膠參數的初始化：

根據光源參數初始化光源矩陣J_init，掩模圖形初始化掩模矩陣M_init，將M_init作為目標圖形矩陣M_target，初始化光刻膠閾值t_r，光刻膠靈敏度α，光刻膠顯影閾值t_rd，初始化空間像歸一化強度I_norm；

步驟3，掩模離焦量優化：

將掩模離焦量設置為待優化參數，取值為[Δz_min,Δz_max]范圍內的實數，通過厚掩模模型和矢量成像模型計算不同掩模離焦量下的光刻膠像，將光刻膠圖形與目標圖形的邊緣放置誤差(EPE)作為評價函數，采用二分搜索法優化得到最佳掩模離焦量Δz_best；

步驟4，計算厚掩模參數：

通過嚴格電磁場仿真標定出厚掩模模型中的掩模背景區域的吸收層透過率t_a，圖形區域的吸收層透過率t_b和圖形邊界位置處的點脈沖修正量δ，三者均為復數；

根據照明光源中心點的入射角θ_inc和方位角計算出入射光從吸收層上表面到吸收層中間位置的相位傳輸因子φ_a和入射光從吸收層中間位置到吸收層下表面的相位傳輸因子φ_b，φ_a為一復數，φ_b為一復數矩陣，大小為N_O×N_O，其中N_O為掩模衍射級次在x方向或y方向上的總數目；

根據等效膜層法計算出極紫外光刻掩模多層膜的反射矩陣R_ml，大小為N_O×N_O，根據步驟3得到的最佳掩模離焦量Δz_best，計算出掩模離焦矩陣Φ_d，大小為N_O×N_O；

步驟5，光源優化：

(1)根據初始化掩模矩陣M_init，通過厚掩模模型和矢量成像模型計算光刻成像系統的照明交叉系數(ICC)矩陣；

(2)構造光源優化的評價函數：根據空間像歸一化強度，光源矩陣和ICC矩陣計算出歸一化空間像I_A，然后通過Sigmoid光刻膠模型計算出光刻膠像I_R＝1/(1+exp(-α*(I_A-t_r)))，最后根據光刻膠顯影閾值t_rd計算出光刻膠圖形光刻膠圖形通過大小為N_M×N_M的0，1二值化矩陣表示，元素值與掩模矩陣的元素值具有相同含義，光源優化的評價函數F^SO表示為

(3)根據步驟1中的方法進行光源編碼，通過SLPSO算法優化得到最優光源矩陣

步驟6，掩模優化：

(1)根據最優化光源矩陣通過矢量成像模型計算光刻成像系統的交叉傳遞系數(TCC)矩陣；

(2)構造掩模優化的評價函數：根據掩模矩陣和厚掩模參數計算掩模衍射譜矩陣B，大小為N_O×N_O，然后結合TCC矩陣以及空間像歸一化強度計算出歸一化空間像I_A，然后通過Sigmoid光刻膠模型計算出光刻膠像I_R＝1/(1+exp(-α*(I_A-t_r)))，最后根據光刻膠顯影閾值t_rd計算出光刻膠圖形掩模優化的評價函數F^MO表示為

(3)根據步驟1中的方法進行掩模編碼，通過SLPSO算法優化得到最優掩模矩陣

2.根據權利要求1所述的極紫外光刻光源掩模優化方法，其特征在于，掩模優化過程中根據掩模矩陣M和厚掩模參數計算掩模衍射譜矩陣B，具體包括如下步驟：

步驟1，生成吸收層透過率矩陣：

初始化吸收層透過率矩陣T_absorber為大小N_M×N_M的全零矩陣，將掩模矩陣M中元素為0的背景區域像素的位置記為P_bg(p,q)，元素為1的圖形區域像素的位置記為P_ft(p,q)，通過差分算子檢測出圖形的邊界像素的位置記為P_edge(p,q)；在T_absorber矩陣中，將位置等于P_bg(p,q)的元素值設置為t_a，將位置等于P_ft(p,q)的元素值設置為t_b，將位置等于P_edge(p,q)的元素值設置為δ，將T_absorber進行傅里葉變換，以0級為中心，選取N_O×N_O范圍作為T_absorber的傅里葉系數矩陣B_T；

步驟2，計算吸收層第一次衍射后的衍射譜：

入射光從吸收層上表面傳播到下表面的衍射譜通過大小為N_O×N_O的矩陣B_absorber表示，計算公式為：

B_absorber＝φ_a⊙B_T⊙φ_b，

其中⊙表示矩陣對應元素相乘；

步驟3，計算多層膜反射后的衍射譜：

經過吸收層衍射后的光通過多層膜發生反射，反射后的衍射譜通過大小為N_O×N_O的矩陣B_ml表示，計算公式為：

B_ml＝B_absorber⊙R_ml；

步驟4，計算吸收層第二次衍射后的掩模衍射譜：

多層膜反射后，各個方向的光通過吸收層發生二次衍射，彼此相干疊加得到最后的掩模衍射譜B，計算公式為：

其中表示矩陣卷積。根據優化得到的掩模最佳離焦量Δz_best和提前預壓計算得到的掩模離焦矩陣Φ_d，更新掩模衍射譜：

B＝B⊙Φ_d。