CN108227406A - 光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法 - Google Patents

光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于产生自由形式光刻机照明光源的光刻照明系统微反射镜阵列配置方法。该方法通过解卷积和量化处理得到产生目标自由形式光源所需的微反射镜阵列配置，提高了光刻照明系统获得自由形式照明光源的速度。

Description

光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法
技术领域
本发明涉及光刻机，特别涉及一种光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法。
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系统、掩模台、工件台、投影系统等分系统。其中照明系统的作用是产生光刻所需模式的照明光源。相较于传统的简单离轴照明技术，自由形式照明技术可以产生具有更高光强分布自由度的自由形式光源，是进一步提高光刻工艺窗口、缩小工艺节点的必要技术。目前实现自由形式照明光源的方法主要有两种，分别基于衍射光学元件(DOE，DiffractionOptical Element)和微反射镜阵列(MMA，Micro Mirror Array)。其中基于衍射光学元件的自由形式照明系统存在光强损失和背景光强非零等缺点。此外该类型照明系统需要针对不同的自由形式照明光源，单独设计制造一块衍射光学元件，这增加了该类型照明系统的使用成本和光源切换时间。基于微反射镜阵列的自由形式照明系统几乎没有光强损失和背景光强，可以根据需要随时调整微反射镜阵列的倾角以改变照明光瞳面的光斑位置，从而快速精确地产生所需的自由形式照明光源，因此可以用于光刻机匹配、热点修正等对光源形状种类与光源切换速度具有较高要求的应用问题。
基于微反射镜阵列产生自由形式照明光源的数据流图如图1所示。首先通过光斑形状测量装置得到微反射镜在照明光瞳面的光斑形状，通过光源优化方法得到光刻所需的目标自由形式光源；然后利用微镜光斑形状、微镜数量和目标光源等信息，通过微反射镜阵列配置方法得到产生目标自由形式光源所需的微反射镜阵列配置(即反射镜光斑中心在光瞳面的位置分布)，并通过光斑位置测量装置得到光斑位置与微镜倾角的关系；最后利用微镜光斑位置和光斑位置与微镜倾角的关系，通过微镜驱动控制系统控制微反射镜阵列中微镜片的倾角分布以得到所需的照明光源。为了保证光斑准确的移动到微镜配置方法给出的光瞳位置，微镜驱动控制系统通过光斑位置测量装置得到的实时光斑位置信息对微镜的倾角进行反馈控制。从以上流程可知，微反射镜阵列配置方法是照明系统产生自由形式照明光源的重要中间步骤，其速度和精度直接影响照明系统产生目标自由形式光源的速度和精度。
传统的微反射镜阵列配置方法通过迭代随机翻转微反射镜阵列中的微镜片获得产生目标自由形式光源所需的微反射镜阵列配置(参见在先技术[1]Zimmermann,et.al.,Generation of arbitrary freeform source shapes using advancedillumination systems in high-NA immersion scanners,Proc.SPIE 7640(05),2010)。该方法的流程如图2所示，首先随机翻转微反射镜阵列中的镜片得到MMA自由形式光源，然后对比每个可动镜片对应的照明光瞳区域的MMA光源与目标光源光强，如果满足判据(例如MMA光源光强小于等于目标光源光强)则锁死该镜片，如果不满足判据则标记该镜片为可动镜片，重复上述流程直到MMA的可动镜片数量为零或者迭代次数大于最大阈值，输出此时的MMA光源和MMA镜片分布。该方法为迭代随机优化过程，增加了产生自由形式照明光源所需的时间，增加了集成电路制造的生产周期和时间成本。
发明内容
针对传统的微反射镜阵列配置方法通过迭代随机翻转微反射镜阵列镜片获得所需的目标自由形式光源，迭代优化速度较慢，增加了产生自由形式照明光源所需的时间，增加了集成电路制造的生产周期和时间成本的问题，本发明提供了一种光刻机照明系统的的微反射镜阵列配置方法，通过解卷积和量化处理得到产生目标自由形式光源所需的微反射镜阵列配置，提高了光刻照明系统获得自由形式照明光源的速度。
本发明的技术解决方案如下：
一种光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法，其特点征在于包含以下步骤；
步骤A，通过解卷积方法计算解卷积光源公式如下
其中为浮点矩阵，deconv为解卷积方法，tr为解卷积阈值,SRCtarget为照明系统使用者提供的目标光源的光强分布，PSF为照明系统微镜片光斑检测装置测量得到的照明系统微镜片光斑光强分布；其中解卷积方法具体是基于Lucy-Richardson方法的解卷积方法、基于Wiener滤波的解卷积方法、基于小波变换的解卷积方法和基于正则滤波的解卷积方法。
步骤B，通过量化处理计算微反射镜阵列(MMA)的镜片分布公式如下：
其中，为反射光斑在光瞳面(x,y)位置的微反射镜片数量，round为取整计算符，Im为镜片光斑的中心光强，其中，Nmirror为微反射镜片总数量。
步骤C，根据计算MMA光源SRCMMA，公式如下：
SRCMMA＝conv(SRCmirror,PSF)，
其中conv为卷积算符，Im为镜片光斑的中心光强，(xmirror,ymirror)为镜片光斑中心的光瞳坐标；
步骤D，计算目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA之间的差异，具体是计算目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA光强差值RMS或者是计算目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的光刻工艺窗口差异。
其中目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA光强差值，公式如下：
其中(xi,yi)是目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的离散光源点的光瞳面坐标，N是离散光源点的总数量。
其中目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的光刻工艺窗口差异，公式如下：
其中PWtarget和PWMMA分别为用光刻仿真软件计算得到的目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的光刻工艺窗口。
步骤E，判断目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA是否满足停止判据，如果不满足停止判据则修改上述步骤中的可调参数并回到步骤A重新计算MMA镜片分布和MMA光源，如果满足停止判据则输出此时的MMA镜片分布和MMA光源。
其中，可调参数是指解卷积方法deconv或解卷积方法阈值tr。
其中，停止判据具体是目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的光强差值小于照明系统使用者提供的目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA可接受的最大光强值，目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的光刻工艺窗口差异小于照明系统使用者提供的目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA可接受的最大工艺窗口差异，或者修改可调参数并回到步骤A重新计算的次数大于照明系统使用者提供的可接受的最大迭代次数。
与现有技术相比，本发明通过解卷积和量化处理直接得到产生目标自由形式光源所需的微反射镜阵列配置，无需进行迭代随机优化，提高了获得目标自由形式照明光源的速度，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是微反射镜阵列产生自由形式照明光源的数据流图
图2是传统微反射镜阵列配置方法的流程图
图3是本发明的微反射镜阵列配置方法的流程图
图4是本发明的微反射镜阵列配置方法中微反射镜光斑示意图
图5是本发明的微反射镜阵列配置方法中目标光源的光强分布图。
图6是本发明的微反射镜阵列配置方法中目标光源所搭配使用的光刻掩模图。
图7是本发明的微反射镜阵列配置方法中微反射镜阵列光源的光强分布图。
图8是本发明的微反射镜阵列配置方法中微反射镜阵列光源与目标光源的光强差分布图。
图9是本发明的微反射镜阵列配置方法中目标光源与微反射镜阵列光源的工艺窗口对比图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图3-9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。
如图3所示，本发明所述的自由形式光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法由以下步骤组成：
步骤A，通过解卷积得到解卷积光源其中本实施例所使用的微反射镜光斑为sigma＝0.05的圆形高斯光斑，如图4所示,采用基于Wiener滤波的解卷积方法，解卷积方法的阈值tr为0.001(tr＝NSR，表示噪声与信号的功率比)，目标光源SRCtarget的光强分布如图5所示，与目标光源SRCtarget搭配使用的光刻掩模图形如图6所示；
步骤B，通过量化处理得到微反射镜阵列镜片分布其中微反射镜片总数量Nmirror为4000，取整算符使用下取整算符；
步骤C，根据得到MMA光源SRCMMA，其中得到的MMA光源SRCMMA的光强分布如图7所示；
步骤D，计算目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA之间的差异，分别得到目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的光强差异(SRCtarget-SRCMMA)如图8所示，以及目标光源SRCtarget的光刻工艺窗口PWtarget(如图9Source blur曲线所示)与MMA光源SRCMMA的光刻工艺窗口PWMMA(如图9Source mma曲线所示)；
步骤E，判断目标光源与MMA光源之间的差异是否满足停止判据，由图8可知目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的光强差异小于±0.1，由图9可知目标光源的光刻工艺窗口PWtarget与MMA光源的光刻工艺窗口PWMMA相比基本没有差别，满足照明系统使用者的光刻要求，满足停止判据。
本发明所述的基于解卷积方法的微反射镜阵列配置方法，没有迭代过程，其运算速度更快，仅需0.047秒即可获得上述结果。而基于迭代随机翻转的传统微反射镜阵列配置方法获得与本发明所述方法近似的结果需要51.42秒。本发明所述方法的速度约为传统随机翻转方法的1463倍,从而减少了自由形式光源产生与集成电路制造的生产周期和时间成本。

Claims (8)

1.一种光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法，其特征在于包含以下步骤；
步骤A，通过解卷积方法计算解卷积光源公式如下：
其中，deconv为解卷积方法，tr为解卷积阈值,SRCtarget为照明系统使用者提供的目标光源的光强分布，PSF为照明系统微镜片光斑检测装置测量得到的光刻机照明系统微镜片光斑光强分布；
步骤B，通过量化处理计算微反射镜阵列(MMA)的镜片分布公式如下：
其中，为反射光斑中心在光瞳面(x,y)位置的微反射镜片数量，round为取整算符，Im为镜片光斑的中心光强，Nmirror为微反射镜片总数量；
步骤C，根据得到MMA光源SRCMMA，公式如下：
SRCMMA＝conv(SRCmirror,PSF)
其中，conv为卷积算符，Im为镜片光斑的中心光强，(xmirror,ymirror)为镜片光斑中心的光瞳面坐标；
步骤D，计算目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA之间的差异；
步骤E，判断目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA是否满足停止判据，如果不满足停止判据则修改上述步骤中的可调参数返回步骤A重新计算MMA镜片分布和MMA光源，如果满足停止判据则输出此时的MMA镜片分布和MMA光源。
2.根据权利要求1所述的一种光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法，其特征在于所述步骤A的解卷积方法deconv具体是基于Lucy-Richardson方法的解卷积方法、基于Wiener滤波的解卷积方法或者是基于小波变换的解卷积方法和基于正则滤波的解卷积方法。
3.根据权利要求1所述的一种光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法,其特征在于步骤D计算目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA之间的差异，具体是计算目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA光强差值，公式如下：
其中(xi,yi)是目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的离散光源点的光瞳面坐标，N是离散光源点的总数量。
4.根据权利要求1所述的一种光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法,其特征在于步骤D计算目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA之间的差异，具体是计算目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的光刻工艺窗口差异，公式如下：
其中PWtarget和PWMMA分别为用光刻仿真软件计算得到的目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的光刻工艺窗口。
5.根据权利要求1所述的一种光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法，其特征在于步骤E所述的停止判据，具体是目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的光强差值小于照明系统使用者提供的目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA可接受的最大光强值。
6.根据权利要求1所述的一种光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法，其特征在于步骤E所述的停止判据，具体是目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA的光刻工艺窗口差异小于照明系统使用者提供的目标光源SRCtarget与MMA光源SRCMMA可接受的最大工艺窗口差异。
7.根据权利要求1所述的一种光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法，其特征在于步骤E所述的停止判据，具体是修改可调参数并回到步骤A重新计算的次数大于照明系统使用者提供的可接受的最大迭代次数。
8.根据权利要求1所述的一种光刻机照明系统的微反射镜阵列配置方法，其特征在于步骤E所述的可调参数是指解卷积方法deconv或解卷积方法阈值tr。
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