CN103207528A - 用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法及光刻曝光系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法，包括：指定多个掩模版和投影物镜的光瞳，获得多种照明光源图像，建立该多种照明光源主成分和空间像之间的关系；在该指定中选择一组掩模版和光瞳，对其名义光源进行主成分分析，获得各个主成分的名义权重，结合该多种照明光源主成分和空间像之间的关系利用查表算法和线性回归算法计算出该各个主成分的目标权重，从而获得光源参数设置变化量和光源内部可动元件调整量。本发明同时公开一种用于补偿光刻成像质量的光刻曝光系统。

Description

用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法及光刻曝光系统

技术领域

本发明涉及集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法及光刻曝光系统。

背景技术

光刻设备是一种应用于集成电路制造的装备，该装备的用途包括但不限于：集成电路制造光刻装置、液晶面板光刻装置、光掩模刻印装置、MEMS(微电子机械系统)/MOMS(微光机系统)光刻装置、先进封装光刻装置、印刷电路板光刻装置及印刷电路板加工装置等。

由于生产工艺的限制，使用环境的变化等因素，会导致光刻机的实际曝光效果与目标值有所差异。因此，光刻机可以通过调节照明光源内部可动元件，来改变照明光源，进行成像质量的补偿，从而提升的曝光性能。

光刻仿真在光刻机研发过程中有着非常重要的作用，除了在早期工艺开发阶段起到预研的作用外，还在实际生产方面的有着广泛的应用，例如光源优化。现有技术中，通过将光刻仿真结果得到的目标值与实际曝光结果进行对比，利用回归方法可以进行实现有效的照明光源优化，并提升曝光性能。

发明内容

本发明提供一种新的光刻仿真方法，在保证运算精度的同时，可以极大限度的提高运算速度，通过调整照明光源内部可动元件，可以快速、有效地调整照明光源，从而实现提升曝光效果性能的目的。

本发明公开一种用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法，包括：指定多个掩模版和投影物镜的光瞳，获得多种照明光源图像，建立该多种照明光源主成分和空间像之间的关系；在该指定中选择一组掩模版和光瞳，对其名义光源进行主成分分析，获得各个主成分的名义权重，结合该多种照明光源主成分和空间像之间的关系利用查表算法和线性回归算法计算出该各个主成分的目标权重，从而获得光源参数设置变化量和光源内部可动元件调整量。

更进一步地，该建立该多种照明光源主成分和空间像之间的关系的具体步骤包括：S2.1选取该多种照明光源中的典型照明光源进行主成分分析，得到该典型照明光源主成分和主成分权重；S2.2根据Abbe模型对该典型照明光源每个主成分进行空间像仿真计算，获得该典型照明光源主成分空间像，建立起该多种照明光源主成分和空间像之间的关系。

更进一步地，该多种照明光源主成分和空间像之间的关系表达式为：，其中                                                 I是光源的空间像，I _i  是光源主成分空间像，PC _i 是主成分权重。

更进一步地，该结合该多种照明光源主成分和空间像之间的关系利用查表算法和线性回归算法计算出该各个主成分的目标权重的具体步骤包括：S3.1采集该一组掩模版和光瞳对应的光刻机上得到的实际CD值并计算出和目标CD之差ΔCD；S3.2根据对其名义光源进行主成分分析后得到的该各个主成分的名义权重，从该多种照明光源主成分和空间像之间的关系中利用查表算法找到对应的光源主成分空间像，计算出理论CD值；S3.3根据ΔCD和该理论CD值，利用线性回归方法计算出各个主成分的目标权重。

更进一步地，该获得光源参数设置的变化量的方法为计算目标权重和名义权重之差ΔPC _i ，再利用转换矩阵U _mp 计算出光源参数设置的变化量ΔE _i 为：

。   

更进一步地，该获得光源内部可动元件调整量的方法为通过转换公式vpq将该光源参数设置的变化量ΔE _i 转换为该光源内部可动元件调整量 ΔD _i ：

。

本发明同时公开一种补偿光刻成像质量的光刻曝光系统，包括：一照明单元，用于提供曝光光束；一掩模台，用于支撑一掩模；一工件台，用于支撑一基底并提供六自由度运动；一投影物镜，用于将掩模上图形投射至基底；该照明单元包括该可动元件，用于调整照明光源，该可动元件的调整采用如上文任一项所述的光瞳修正方法。

    与现有技术相比较，本发明具有如下技术优点：一、使用主成分分析和查表法，预选计算并存储空间像计算结果，将积分运算转化为求和运算，极大的缩短运算时间。二、通过预先对大量特征图形做空间像同步仿真计算结果的存储，可以同时计算上百个不同特征图形的空间像。三、通过线形回归方法，将实际曝光结果和目标结果做对比，通过查表法逆向反算来调整照明光源主成分权重，并且通过转换矩阵来调整实际光源。四、使用尽量少的照明光源可动元件来最大限度的补偿光刻成像质量。本发明所提供的用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法及光刻曝光系统，能在在保证运算精度的同时，大幅提高运算速度，同时利用本方法所制作的计算机软件具有算法简洁，计算机内存占用小的优点。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1为本发明所示出的光刻曝光系统的结构示意图；

图2为根据本发明的一个实施例照明光源主成分分析结果的示意图；

图3为本发明所示出的算法建模实现流程图；

图4为本发明所示出的照明光源调整实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法及光刻曝光系统。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

本发明引入照明光源主成分分析法，通过主成分权重进行空间成像仿真计算，从而可以预先计算并存储所有主成分计算结果；利用线性回归的方法，通过实际曝光结果和目标结果之间差异计算光源主成分权重，并且通过转换矩阵建立起主成分和实际光源可动元件之间关系，通过主成分来调整可动元件，从而达到提升曝光性能的目的。

本发明所公开的用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法的具体实施方法分成两部分，分别为算法建模和照明光源调整。算法建模部分主要建立仿真结果数据库以及查表算法；照明光源调整部分主要利用查表法，和线性回归算法，将实际曝光结果与目标结果之间差异，ΔCD值，计算出照明光源主成分权重，并通过转换矩阵，将主成分权重转化为光源内部可动元件调整量。

由于空间成像结果预先存入数据库中，实际应用中只需根据光源性质查表得到空间像，而无须作积分运算，可以的极大限度的提高空间像计算速度，并且结合主成分分析方法，并且可以快速，有效地调整照明光源。

如图1中所示，图1为本发明所示出的光刻曝光系统的结构示意图。根据本发明的光刻曝光系统由照明光源1、掩模版5、投影物镜2、硅片台6构成的，其中照明光源1由两个可动元件101构成，分别用于调整环形照明光源的外环半径ｒ _out 和内环半径ｒ _in 。

本发明采用主成分分析方法，对特定照明光源进行主成分拆解。如图2所示，图2为根据本发明的一个实施例照明光源主成分分析结果的示意图。等号左侧为环形照明光源，等号右侧为主成分分析所识别出来的部分特征（主成分），与权重PC _i 。

利用Abbe成像原理(即阿贝成像原理，将部分相干照明光源（具有一定面积）转化成无数多个离散的完全相干光源（点光源）的和；其目的是将成像过程中的积分运算转化成求和运算，从而更加方便的实现)，建立光刻成像的物理模型；根据照明光源的各个主成分，曝光波长和数值孔径，典型掩模版等，计算带光源主成分空间成像，存入数据库，计算最终空间成像，得到查表算法。

图3为本发明所示出的算法建模实现流程图。如图3中所示，该算法建模流程包括：

S11：指定特定掩模版和光瞳（投影物镜），定义掩模版和光瞳（投影物镜）。S21：生产典型的照明光源图像，选取明显光学意义的典型照明光源进行主成分分析，得到典型照明光源主成分和主成分权重。S13：根据Abbe模型对典型照明光源每个主成分进行空间像仿真计算，获得典型照明光源主成分空间像，并将结果存入数据库。S14：将光源主成分和计算出的空间像存入数据库，建立起光源主成分和空间像之间的关系，光源的空间像 I 等于主成分光源空间像 I _i  乘以主成分权重 PC _i  之和

。

根据ΔCD和理论CD值（Critical Dimension关键尺寸值），利用线性回归方法计算出每一个主成分的新的权重PC _i ’，利用主成分权重之差 ΔPC _i  ，利用转换矩阵U _mp 计算出照明光源参数设置的变动Δｒ _out

，Δｒ _in 。通过转换公式将照明光源参数设置变动Δｒ _out  ，Δｒ _in 转换为动元件调整量 ΔD _i 。根据以上方法，最终可以实现成像质量的补偿，提升曝光性能。

图4为本发明所示出的照明光源调整实现流程图。

 S21在指定的特定掩模版和光瞳中，选择一组掩模版和光瞳，采集该掩模版的实际CD值。

S22计算出实际CD值和目标CD值之差ΔCD。

S31将名义照明光源参数Ei进行主成分分析，得到主成分名义权重PC _i 。

S32利用查表法结合多种照明光源主成分和空间像之间的关系，根据公式

计算出由主成分构成的空间像，并根据实际曝光剂量，计算出理论CD值。其中I是光源的空间像，I _i  是主成分光源空间像，PC _i 是主成分权重。

S41利用ΔCD和理论CD，利用线性回归算法算出主成分目标权重PCi’。

S42计算主成分权重之差ΔPCi，利用转换矩阵U _mp 计算出照明光源参数的变动ΔEi。转换矩阵U _mp 的表达式为：

其中ΔE _i 是照明光源的参数设置的变化量。

S43通过转换公式vpq将照明光源参数设置变动ΔE _i 转换为可动元件调整量ΔD _i ，转换公式vpq是：

根据计算出的可动元件调整量<ΔD _i >对照明光源进行调整，最终实现成像质量的补偿。

与现有技术相比较，本发明具有如下技术优点：一、使用主成分分析和查表法，预选计算并存储空间像计算结果，将积分运算转化为求和运算，极大的缩短运算时间。二、通过预先对大量特征图形做空间像同步仿真计算结果的存储，可以同时计算上百个不同特征图形的空间像。三、通过线形回归方法，将实际曝光结果和目标结果做对比，通过查表法逆向反算来调整照明光源主成分权重，并且通过转换矩阵来调整实际光源。四、使用尽量少的照明光源可动元件来最大限度的补偿光刻成像质量。本发明所提供的用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法及光刻曝光系统，能在在保证运算精度的同时，大幅提高运算速度，同时利用本方法所制作的计算机软件具有算法简洁，计算机内存占用小的优点。 

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法，其特征在于，包括：指定多个掩模版和投影物镜的光瞳，获得多种照明光源图像，建立所述多种照明光源主成分和空间像之间的关系；在所述指定中选择一组掩模版和光瞳，对其名义光源进行主成分分析，获得各个主成分的名义权重，结合所述多种照明光源主成分和空间像之间的关系，利用查表算法和线性回归算法计算出所述各个主成分的目标权重，从而获得光源参数设置变化量和光源内部可动元件调整量。

2.如权利要求1所述用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法，其特征在于，所述建立所述多种照明光源主成分和空间像之间的关系的具体步骤包括：

S2.1选取所述多种照明光源中的典型照明光源进行主成分分析，得到所述典型照明光源主成分和主成分权重；

S2.2根据Abbe模型对所述典型照明光源每个主成分进行空间像仿真计算，获得所述典型照明光源主成分空间像，建立起所述多种照明光源主成分和空间像之间的关系。

3.如权利要求2所述用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法，其特征在于，所述多种照明光源主成分和空间像之间的关系表达式为：                                               

，其中I是光源的空间像，I _i  是光源主成分空间像，PC _i 是主成分权重。

4.如权利要求1所述用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法，其特征在于，所述结合所述多种照明光源主成分和空间像之间的关系利用查表算法和线性回归算法计算出所述各个主成分的目标权重的具体步骤包括：

S3.1采集所述一组掩模版和光瞳对应的光刻机上得到的实际CD值并计算出和目标CD之差ΔCD；

S3.2根据对其名义光源进行主成分分析后得到的所述各个主成分的名义权重，从所述多种照明光源主成分和空间像之间的关系中利用查表算法找到对应的光源主成分空间像，计算出理论CD值；；

S3.3根据ΔCD和理论CD值，利用线性回归方法计算出各个主成分的目标权重。

5.如权利要求1所述用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法，其特征在于，所述获得光源参数设置的变化量的方法为计算目标权重和名义权重之差ΔPC _i ，再利用转换矩阵U _mp 计算出光源参数设置的变化量ΔE _i 为：

。

6.如权利要求1所述用于补偿光刻成像质量的光瞳修正方法，其特征在于，所述获得光源内部可动元件调整量的方法为通过转换公式vpq将所述光源参数设置的变化量ΔE _i 转换为所述光源内部可动元件调整量 ΔD _i ：

。

7.一种补偿光刻成像质量的光刻曝光系统，其特征在于，包括：

一照明单元，用于提供曝光光束；

一掩模台，用于支撑一掩模；

一工件台，用于支撑一基底并提供六自由度运动；

一投影物镜，用于将掩模上图形投射至基底；

  所述照明单元包括所述可动元件，用于调整照明光源，所述可动元件的调整采用如权利要求1至6任一项所述的光瞳修正方法。

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