CN103926803B - 光刻机照明光源的描述方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻机照明光源的描述方法。该方法通过一组相互重叠的圆形子照明光源的坐标和光强等参数描述光刻机照明光源。本发明减少了描述光刻机照明光源所需的变量数量，提高了获得最优光刻机照明光源的速度。

Description

光刻机照明光源的描述方法

技术领域

本发明涉及光刻机，特别涉及一种光刻机照明光源的描述方法。

背景技术

光刻机是集成电路装备中技术难度最高、价格最昂贵的关键设备。光刻机系统包括照明光源、掩模、投影系统、晶圆等分系统。采用优化后的照明光源可以增大光刻工艺窗口，使更小特征尺寸图形的光刻成为可能。现代集成电路制造过程通常包含如下步骤，首先根据目标光刻图形使用优化软件对光刻机照明光源进行优化，然后在真实的光刻机上对最优照明光源进行微调和验证，最后在真实的光刻机上使用微调和验证之后的最优照明光源进行大批量光刻和制造。光刻机照明光源优化的速度和质量影响光刻图形和集成电路的质量以及集成电路制造的生产周期，进而影响光刻和集成电路制造过程的时间成本。

光刻机照明光源优化的流程如图1所示，首先使用光刻机照明光源的描述方法将初始光源编码为初始照明光源描述参数x₀；然后使用光刻机照明光源描述方法将初始照明光源描述参数x₀或优化迭代过程中产生的新的照明光源描述参数x解码为照明光源；根据成像方程模拟该照明光源下掩模图形的光刻成像，得到优化目标函数（如光刻成像与目标设计之间的差别）；如果满足停止判据（例如光刻成像与目标设计之间的差别小于设定的阈值或者迭代次数超过设定的最大代数），则停止迭代优化，则此时的照明光源描述参数x_old为最优照明光源描述参数x_opt，根据光刻机照明光源描述方法解码x_opt得到最优照明光源并输出；如果无法满足停止判据，则更新x_old得到新照明光源描述参数x_new，进入下一轮迭代优化直到停止判据被满足为止。从以上流程可知，光刻机照明光源描述方法的选择会影响光刻照明优化中的成像模拟、目标函数计算、优化参数迭代更新等子过程，从而影响光刻机照明光源优化的速度和质量。

随着集成电路集成度的提高，光刻机开始采用光瞳填充比例很小的自由形式的照明光源（图2）以保证得到足够大的光刻工艺窗口。传统的自由形式照明光源的描述方法（参见在先技术[1]T.V.Ivanova,L.V.Zueva,“Studyofmethodsfordiscretizingasourcewhenmodellingaphotolithographicimage”,J.Opt.Technol.79(5),2012）包括基于直角坐标取样栅格的照明光源描述方法和基于极坐标取样栅格的照明光源描述方法（图3）。采用这两种描述方法描述这种小光瞳填充比例的自由形式的光刻机照明光源所需的参数数量非常多，降低了使用这两种描述方法的光刻机照明光源优化方法的优化速度，增加了集成电路制造的生产周期和时间成本。

发明内容

针对基于直角坐标取样栅格的照明光源描述方法和基于极坐标取样栅格的照明光源描述方法描述小光瞳填充比例的自由形式的光刻机照明光源需要的参数数量非常多，降低了使用这两种描述方法的光刻机照明光源优化方法的优化速度，，增加了集成电路制造的生产周期和时间成本的问题，本发明提供一种光刻机照明光源的描述方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种光刻机照明光源描述方法，特点在于该方法通过一组相互重叠的圆形子照明光源的坐标和光强分布等参数来描述光刻机照明光源，包含以下步骤：

步骤A，输入照明光源描述矢量

[r_σ1,r₁,θ₁,g₁,…,r_σi,r_i,θ_i,g_i,…,r_σN,r_N,θ_N,g_N]，

其中圆形子照明光源的圆心坐标为[r_i,θ_i]，半径为r_σi，光强为g_i，数量为N；

步骤B，建立直角坐标网格，网格步长Δd＜min(r_σi)；

步骤C，根据照明光源描述矢量得到直角坐标网格上的光刻机照明光源分布 $I(x,y)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i(x,y),$ 其中

$g_i(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}{g}_i& \mathrm{if}{(x-r_i\cos {\mathrm{\θ}}_i)}^2+{(y-r_i\sin {\mathrm{\θ}}_i)}^2\≤r_{\mathrm{\σi}}^2\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.;$

步骤D，后处理包含以下子步骤：

步骤D1，增加背景光强：I_withbg(x,y)=I(x,y)+I_bg，其中背景光强I_bg等于光刻机照明光源制造商制造的光刻机照明光源的平均背景光强；

步骤D2，平滑处理： $I_{\mathrm{final}}(x,y)=I_{\mathrm{with\; bg}}(x,y)\⊗\mathrm{kernel},$ 其中为卷积运算，核函数kernel可以是高斯函数或光刻机照明光源系统的点扩散函数。

与现有技术相比，本发明描述小光瞳填充比例的自由形式的光刻机照明光源所需的变量数量更少，降低了光刻机照明光源优化变量的数量，提高了获得最优光刻机照明光源的速度，减少了集成电路制造的生产周期和时间成本。

附图说明

图1是光刻机照明光源优化的流程图

图2是光瞳填充比例很小的自由形式的光刻机照明光源

图3是基于直角坐标取样栅格（左图）和基于极坐标取样栅格（右图）的光刻机照明光源描述方法

图4是本发明的光刻机照明光源描述方法的一种实现方法的示意图

图5是基于遗传算法的光刻机照明光源优化的流程图

图6是光刻机照明光源优化的掩模和目标光刻图形

图7是使用基于极坐标取样栅格的光刻机照明光源描述方法（左图）和使用本发明所述的光刻机照明光源描述方法（右图）进行优化得到的最优照明光源

图8是使用基于极坐标取样栅格的光刻机照明光源描述方法（左图）和使用本发明所述的光刻机照明光源描述方法（右图）进行优化得到的最优照明光源的光刻空间像

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

本发明所述的光刻机照明光源描述方法如图4所示。其中每个圆形子照明光源需要四个参数(r_σ,r,θ,g)描述，其中r_σ为子照明光源的半径，(r,θ)为子照明光源圆心的极坐标，g为子照明光源的光强。实施例中的光刻机照明光源由20个半径r_σ=0.05的子照明光源组成（注：照明光源的最大半径为1），因此光刻机照明光源可以用如下矢量描述，

其中子照明光源总数量N为20，优化变量总数量为60，所描述的光刻机照明光源的最大光瞳填充比例为20%。

对照组采用基于极坐标取样栅格的光刻机照明光源描述方法。如图3右图所示，所述的极坐标取样栅格由分布在一组同心圆上的采样点组成。其中相邻圆的半径差为0.04，半径为R的圆上的相邻采样点的平均间距为

其中是上取整运算（取不超过实数x的最大整数）。因此光刻机照明光源可以用如下矢量描述，

[g₁g₂...g_N]，(3)

其中g为某个采样点的照明光源光强，采样点的总数量N为479，因此优化变量总数量为479。

本实施例中的光刻机照明光源优化方法采用遗传算法进行优化，其流程如图5所示，包含如下步骤：

（1）随机生成形如公式(1)的用于优化的初始照明光源描述参数x₀；

（2）根据上述光刻机照明光源描述方法，将照明光源描述参数x₀或x_new中解码为光刻模拟成像所使用的照明光源；

（3）将照明光源输入光刻成像模块中进行模拟光刻成像，得到光刻成像与目标设计之间的差别（即图5中的目标函数）；

（4）如果光刻成像与目标设计之间的差别小于设定的阈值或者迭代次数超过设定的最大代数，则停止迭代优化并输出此时的照明光源描述参数x_old为最优照明光源描述参数x_opt，根据光刻机照明光源描述方法从x_opt得到最优照明光源并输出，否则的话继续进行步骤（5）；

（5）优化模块根据光刻成像与目标设计之间的差别对照明光源描述参数x_old进行选择、交叉和变异等操作得到新的照明光源描述参数x_new，并回到步骤（2）进行下一轮迭代。

在其它条件相同的情况下对周期为1000nm，关键尺寸为100nm的交错接触孔图形（图6）进行模拟优化，得到的最优照明光源及最优照明光源的光刻空间像分别如图7和图8所示。由图8可见使用两种光源描述方法进行优化都可以得到相近的光刻图形质量。此外模拟优化时间的数据表明，采用本发明所述的光刻机照明光源描述方法的光刻机照明光源优化方法，比采用对照组描述方法的光刻机照明光源优化方法的优化速度快7倍左右，从而减少了集成电路制造的生产周期和时间成本。

Claims (3)

1.一种光刻机照明光源的描述方法，其特征在于该方法通过一组相互重叠的圆形子照明光源的坐标和光强等参数描述光刻机照明光源，包含以下步骤，

步骤A，输入照明光源描述矢量

[r_σ1,r₁,θ₁,g₁,…,r_σi,r_i,θ_i,g_i,…,r_σN,r_N,θ_N,g_N],

其中圆形子照明光源的圆心坐标为[r_i,θ_i]，半径为r_σi，光强为g_i，数量为N；

步骤B，建立直角坐标网格，网格步长Δd＜min(r_σi)；

步骤C，根据照明光源描述矢量得到直角坐标网格上的光刻机照明光源分布 $I(x,y)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{g}_i(x,y),$ 其中

$g_i(x,y)=\{\begin{array}{cc}{g}_i& if{\left(x-r_i{\mathrm{cos\θ}}_i\right)}^2+{\left(y-r_i{\mathrm{sin\θ}}_i\right)}^2\≤r_{\mathrm{\σ}i}^2\\ 0& otherwise\end{array};$

步骤D，后处理；

其中步骤D后处理包含以下子步骤：

步骤D1_，增加背景光强I_bg：I_withbg(x,y)＝I(x,y)+I_bg；

步骤D2，平滑处理： $I_{final}(x,y)=I_{withbg}(x,y)\⊗\ker nel,$ 其中为卷积运算，kernel为卷积核函数。

2.根据权利要求1所述的光刻机照明光源的描述方法,其特征在于所述步骤D1的背景光强I_bg等于光刻机照明光源制造商制造的光刻机照明光源的平均背景光强。

3.根据权利要求1所述的光刻机照明光源的描述方法,其特征在于所述步骤D2的卷积核函数kernel是高斯函数、或光刻机照明光源系统的点扩散函数。