CN115542679B - 调制板透过率分布生成方法、调制板及光刻机照明系统 - Google Patents
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Abstract
调制板透过率分布生成方法，调制板及光刻机照明系统，其中，方法包括步骤：S100：根据预设标准尺寸的平顶高斯照明光场构建沿扫描方向的一维光场分布轮廓I0；S200：将目标平顶高斯照明光场转换成沿扫描方向的一维光场分布轮廓Iin，并判断光场分布轮廓Iin是否符合预设标准尺寸的分布轮廓，若不符合，执行步骤S300，若符合，执行步骤S500；S300：根据光场分布轮廓I0和光场分布轮廓Iin计算调制板的初始透过率分布T0；S400：基于能量损失率对初始透过率分布T0进行优化分析，获得符合要求的透过率分布；S500：将符合要求的透过率分布扩展为二维透过率分布，形成具有二维透过率分布的调制板。调制板能够实现对光刻机照明光场轮廓尺寸精密校正、且达到能量损失最小。
Description
技术领域
本发明涉及光刻机技术领域，具体涉及一种用于调制光场分布强度的调制板透过率分布生成方法、用于调制光场分布强度的调制板及光刻机照明系统。
背景技术
光刻机是集成电路制造行业的核心设备，随着芯片集成度的提高和集成电路特征尺寸的逐渐缩小，半导体行业对光刻机的性能要求也越来越高。为减小扫描给硅片上各点带来的剂量分布不均匀的情况，步进扫描式光刻机照明光场扫描方向的强度分布从矩形分布过渡到梯形。
当光刻机的特征尺寸已经延伸至28nm以及以下节点时，梯形光场也不能满足光刻机系统的需求，因此产生了平顶高斯照明光场。平顶高斯照明光场是28nm及以下节点浸没光刻机中的一项重要技术，其光场在非扫描方向为均匀分布形式，在扫描方向为高斯分布形式。照明光场沿扫描方向的高斯分布尺寸应受到光刻机需求的限制，但因平顶高斯照明光场的产生原理、制造工艺和装调等方面的限制，平顶高斯照明光场扫描方向的尺寸可能会存在不满足照明光场需求的情况，因此需要对平顶高斯照明光场的光场轮廓尺寸进行精密校正。
但对照明光场轮廓尺寸的精密校正会导致照明光场能量损失，进一步地光场能量损失会降低光刻机产率，进而影响整条产线的生产效率。因此对变透过率板的透过率分布进行优化以降低能量损失率是一项重要的工作，这对提高光刻机产率具有重要意义。
发明内容
本发明旨在解决光刻机照明系统所产生的照明光场的光场轮廓尺寸精密校正并控制能量损失率达到最小的问题。本申请提供一种用于调制光场分布强度的调制板透过率分布生成方法、用于调制光场分布强度的调制板及光刻机照明系统，通过求解调制板透过率的合理分布形式，对调制板的透过率分布进行优化，以实现对光刻机照明光场轮廓尺寸精密校正、达到能量损失最小的目的，具有适用性强、优化收敛速度快、稳定性强等特点，对提高光场能量利用率和提高光刻机产率具有重要意义。
本发明技术方案如下：
本发明提供一种用于调制光场分布强度的调制板透过率分布生成方法，包括步骤：
S100：根据预设标准尺寸的平顶高斯照明光场构建沿扫描方向的一维光场分布轮廓I0；
S200：将目标平顶高斯照明光场转换成沿扫描方向的一维光场分布轮廓Iin，并判断光场分布轮廓Iin是否符合预设标准尺寸的分布轮廓，若不符合，执行步骤S300，若符合，执行步骤S500；
S300：根据光场分布轮廓I0和光场分布轮廓Iin计算调制板的初始透过率分布T0；
S400：基于能量损失率对所述初始透过率分布T0进行优化分析，获得符合要求的透过率分布；
S500：将符合要求的透过率分布扩展为二维透过率分布，形成具有二维透过率分布的调制板。
进一步优选的，所述步骤S400具体包括步骤：
S401：对当前透过率分布叠加随机扰动，生成新的透过率分布Tnew；
S402：判断透过率分布Tnew对目标平顶高斯照明光场作用下的尺寸参数是否符合预设标准尺寸，若不符合，执行步骤S401，若符合，执行步骤S403；
S403：根据能量损失率判断新的透过率分布Tnew是否符合接收条件，若否，执行步骤S401，若是，执行步骤S404；
S404：将新的透过率分布Tnew更新为当前透过率分布，并根据更新后的当前透过率分布返回执行步骤S401；
S405：循环执行步骤S401-S404，直至满足循环结束条件。
进一步优选的，所述步骤S403具体包括步骤：
S4031：计算新的透过率分布Tnew参数下的新的能量损失率Elost_new；
S4032：计算新的能量损失率Elost_new与前一能量损失率的差值；
S4033：判断所述差值是否小于零，若是，执行步骤S4034，若否，执行步骤S4035；
S4034：接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new；
S4035：计算接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new的概率，并根据计算的概率接收新的透过率分布Rnew和新的能量损失率Elost_new。
进一步优选的，所述根据计算的概率接收新的透过率分布Rnew和新的能量损失率Elost_new，具体为，比较所述概率与随机数的大小，若所述概率小于所述随机数，则接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new。
进一步优选的，在步骤S4031和步骤S4032之间，还包括步骤：设置最大透过率阈值和最小透过率阈值，通过最大透过率阈值和最小透过率阈值对不符合物理规律的新的透过率分布Tnew进行调整。
进一步优选的，所述循环结束条件包括循环次数和目标冷却温度，其中，所述循环次数为内循环结束条件，所述目标冷却温度为外循环结束条件。
本发明还提供一种用于调制光场分布强度的调制板，该调制板的透过率分布采用上述的生成方法生成。
本发明还提供一种光刻机照明系统，所述光刻机照明系统所产生的照明光场在非扫描方向上均匀分布，在扫描方向上为平顶高斯分布，所述光刻机照明系统包括用于对所述照明光场的光场轮廓进行精密校正的调制板，所述调制板的透过率分布采用上述的生成方法生成。
进一步优选的，还包括傅里叶变换透镜组和扫描狭缝，所述调制板位于所述傅里叶变换透镜组和扫描狭缝之间。
进一步优选的，还包括中继镜组和掩模板，所述调制板位于所述中继镜组和掩模板之间。
依据上述实施例的调制板透过率分布生成方法、调制板及光刻机照明系统，由于基于能量损失率对调制板的透过率分布进行优化，优化后的调制板能够实现对光刻机照明光场轮廓尺寸精密校正、且达到能量损失最小，具有适用性强、优化收敛速度快、稳定性强等特点，对提高光场能量利用率和提高光刻机产率具有重要意义。
附图说明
图1为透过率分布生成方法流程图；
图2为透过率分布优化流程图；
图3为根据能量损失率判断接收透过率分布流程图；
图4为未调整前的透过率分布示意图；
图5为图4根据最大透过率阈值和最小透过率阈值调整后的分布示意图；
图6为利用模拟退火进行透过率分布生成流程图；
图7为光刻机照明系统光路分布图；
图8为透过率分布尺寸定义示意图；
图9为图7的能量损失率收敛示意图；
图10为另一种光刻机照明系统光路分布图；
图11为图10的能量损失率收敛示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
本实施例提供一种用于调制光场分布强度的调制板透过率分布生成方法，通过该技术方案生成合理的透过率分布，进而使调制板能够实现对光刻机照明光场轮廓尺寸精密校正、且达到能量损失最小，具体的技术方案包括以下步骤，其流程图如图1所示。
S100：根据预设标准尺寸的平顶高斯照明光场构建沿扫描方向的一维光场分布轮廓I0。
S200：将目标平顶高斯照明光场转换成沿扫描方向的一维光场分布轮廓Iin，并判断光场分布轮廓Iin是否符合预设标准尺寸的分布轮廓，若不符合，执行步骤S300，若符合，执行步骤S500。
S300：根据光场分布轮廓I0和光场分布轮廓Iin计算调制板的初始透过率分布T0。
S400：基于能量损失率对所述初始透过率分布T0进行优化分析，获得符合要求的透过率分布。
S500：将符合要求的透过率分布扩展为二维透过率分布，形成具有二维透过率分布的调制板。
下面对上述各步骤进行详细说明。
在步骤S100中，根据预设标准尺寸的平顶高斯照明光场构建沿扫描方向的一维光场分布轮廓I0。其中，该预设标准尺寸是根据照明系统需求而定义的平顶高斯照明光场标准尺寸需求，进而，该预设标准尺寸的平顶高斯照明光场是根据照明系统需求而构建的符合预设标准尺寸的平顶高斯照明光场。
进一步，对该一维光场分布轮廓I0的各点从1-N进行标号，该一维光场分布轮廓中的每个点的光场强度记为I0(i)，i为1-N之间的正整数。
在步骤S200中，将目标平顶高斯照明光场转换成沿扫描方向的一维光场分布轮廓Iin，其中，目标平顶高斯光场为实际照明系统所产生的平顶高斯光场，或者为仿真照明系统所产生的平顶高斯光场。
该一维光场分布轮廓Iin中的点数与一维光场分布轮廓I0的点数相同，相应的，该一维光场分布轮廓Iin中各点的光场强度记为Iin(i)，i为1-N之间的正整数。
进一步，在步骤S200中，判断光场分布轮廓Iin是否符合预设标准尺寸的分布轮廓，具体是，计算一维光场分布轮廓Iin中的各项尺寸参数，判断该尺寸参数是否符合步骤S100中的预设标准尺寸中所定义的光场轮廓参数值以及其值的公差范围，若符合需求，则说明实际照明系统中的调制板的透过率分布符合要求，不需要进行优化，若不符合要求，则需要对该调制板的透过率分布进行优化分析，以获得符合要求的透过率分布。
在步骤S300中，根据光场分布轮廓I0和光场分布轮廓Iin计算调制板的初始透过率分布T0；具体的，通过符合平顶高斯照明光场标准尺寸需求的沿扫描方向的一维光场分布结果I0与实际或仿真照明系统所产生的照明光场转换为沿扫描方向的一维分布Iin可计算出调制板上各点的初始透过率分布结果T0(i)，进一步地可算出调制板的初始透过率分布结果T0以及初始的能量损失率Elost0，T0(i)和Elost0的计算公式如下：
T0(i)＝I0(i)/Iin(i)；
在步骤S400中，基于能量损失率对所述初始透过率分布T0进行优化分析，获得符合要求的透过率分布；该步骤具体包括如下步骤，其流程图如图2所示：
S401：对当前透过率分布叠加随机扰动，生成新的透过率分布Tnew。
S402：判断透过率分布Tnew对目标平顶高斯照明光场作用下的尺寸参数是否符合预设标准尺寸，若不符合，执行步骤S401，若符合，执行步骤S403。
S403：根据能量损失率判断新的透过率分布Tnew是否符合接收条件，若否，执行步骤S401，若是，执行步骤S404。
S404：将新的透过率分布Tnew更新为当前透过率分布，并根据更新后的当前透过率分布返回执行步骤S401。
S405：循环执行步骤S401-S404，直至满足循环结束条件。
上述的循环结束条件包括循环次数和目标冷却温度，其中，循环次数为内循环结束条件，目标冷却温度为外循环结束条件。
下面对步骤S403的过程进行具体描述，如图3所示，包括如下步骤：
S4031：计算新的透过率分布Tnew参数下的新的能量损失率Elost_new。
S4032：计算新的能量损失率Elost_new与前一能量损失率的差值。
S4033：判断差值是否小于零，若是，执行步骤S4034，若否执行步骤S4035。
S4034：接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new。
S4035：计算接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new的概率，并根据计算的概率接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new。
其中，概率的计算公式如下：
p(ΔE)＝exp(-ΔE/t)；
根据计算的概率接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new，具体为，比较概率与随机数的大小，若概率小于随机数，则接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new。
进一步，在步骤S4031和步骤S4032之间，还包括步骤：设置最大透过率阈值和最小透过率阈值，通过最大透过率阈值和最小透过率阈值对不符合物理规律的新的透过率分布Tnew进行调整。未调整前的透过率分布如图4所示，调整后的透过率分布如图5所示，对透过率分布进行调整后，优化算法执行时间为0.79s，相比其他商业光学仿真软件，其计算时间大大缩短，可实现快速优化的效果。
下面以模拟退火算法为例对本例提供的调制板透过率分布生成方法的实现过程进行说明，在其他实施例中，还可以采用其他算法执行本例提供的调制板透过率分布生成的基本方案，本实施例对采用何种算法实现该基本方案不作具体限定。
如图6所示，具体过程如下：
a)设置模拟退火算法的各项基本参数，包括循环次数k0，初始温度t0，最终冷却温度tmin，温度下降速率α等；
b)设置能量损失率Elost0为优化算法的评价函数；
c)将调制板的初始透过率分布结果T0以及初始的能量损失率Elost0作为模拟退火的初始解；
d)在调制板各点的透过率T0(i)上叠加随机扰动，生成新的调制板的透过率分布结果Tnew；
e)设置透过率的高低阈值，通过经验对不符合物理规律的透过率进行调整，提高优化函数的时间效率；
f)计算此调制板参数下的能量损失率Elost_new；
j)判断经过此调制板后的照明光场扫描方向各项尺寸是否符合照明系统需求，如不满足，则执行步骤h)；若满足，则执行步骤i)；
h)舍弃此次变透过率板透过率分布的变化，返回执行步骤d)；
i)判断此时评价函数能量损失率Elost_new和上次有效优化结果的评价函数能量损失率Elost0的差值ΔE，若ΔE小于零，则接受此次优化的变透过率板透过率分布结果Tnew和能量损失率Elost_new作为下一次退火的初始点；若ΔE大于零，则计算此次优化结果的接受概率：
p(ΔE)＝exp(-ΔE/t)
比较p与随机数rand的大小，若p≤rand，则接受此次优化的变透过率板透过率分布结果Tnew和能量损失率Elost_new为下一次退火的初始点，若p＞rand，则保持原来的解为下一次退火的初始点；rand为[0，1]区间内的随机数；
j)对当前温度下的优化次数判断k＝k0是否成立，若不成立，更新k＝k+1，返回执行步骤d)～i)；若成立，则执行步骤k)；
k)判断t小于tmin是否成立，若不成立，对温度进行更新，使t＝α×t，并更新k＝0，返回执行步骤d)～j)；若成立，则执行步骤k)；
l)将调制板的透过率分布结果T更新为优化算法中的调制板参数Tnew，将能量损失率Elost更新为优化算法中的能量损失率Elost_new，结束优化算法。
通过本实施例提供的调制板透过率分布生成方法，通过能量损失率优化生成合理的透过率分布，进而使调制板能够实现对光刻机照明光场轮廓尺寸精密校正、且达到能量损失最小。
实施例二：
基于实施例一，本实施例提供一种用于调制光场分布强度的调制板，该调制板的透过率分布采用实施例一提供的生成方法生成，通过能量损失率优化生成合理的透过率分布，进而使调制板能够实现对光刻机照明光场轮廓尺寸精密校正、且达到能量损失最小。
实施例三：
基于实施例一，本实施例提供一种光刻机照明系统，光刻机照明系统所产生的照明光场在非扫描方向上均匀分布，在扫描方向上为平顶高斯分布，光刻机照明系统包括用于对照明光场的光场轮廓进行精密校正的调制板，该调制板的透过率分布采用实施例一的生成方法生成。
下面分别提供两种实例对光刻机照明系统进行说明。
一种实例的光刻机照明系统的部分光路分布图如图7所示，包括：光源1，微透镜阵列2，散射板3，傅里叶变换透镜组4，调制板5，扫描狭缝6。其中所述光源1是所述照明系统前方光学系统的出射光线，位于所述微透镜阵列2的前焦面上；所述微透镜阵列2的后焦面位于所述傅里叶变换透镜组4的前焦面上；所述散射板3位于所述微透镜阵列2与所述傅里叶变换透镜组4第一个光学元件表的前表面之间；所述扫描狭缝6位于所述傅里叶变换透镜组4的后焦面；所述调制板5位于所述傅里叶变换透镜组4最后一个光学元件表的后表面与所述扫描狭缝6之间。
在扫描狭缝6处测得照明光场分布情况，得到Iin，所测得的照明光场Iin如图4所示，并可按照如图8所述的尺寸定义计算所测得的照明光场Iin的各项尺寸参数，便于所述优化算法的进行。Iin的各项尺寸参数依次为：97％尺寸宽度DY_97＝4.19mm、50％尺寸宽度DY_50＝13.68mm、0.3％尺寸宽度DY_003＝27.96mm、25％～75％尺寸宽度DY_25～75＝3.69mm。此时，使用所述调制板的初始透过率分布结果T0对所述照明光场进行光场轮廓尺寸的精密校正，可计算得初始能量损失率Elost0＝8.19％。
调制板的透过率经过实施例一的优化算法优化后，照明光场Iout的各项尺寸参数依次为：97％尺寸宽度DY_97＝4.19mm、50％尺寸宽度DY_50＝13.28mm、0.3％尺寸宽度DY_003＝21.22mm、25％～75％尺寸宽度DY_25～75＝3.10mm。此时，使用实施例一的算法优化后的所述调制板产生的所述能量损失率Elost＝5.76％，其收敛过程如图9所示。
另一种实例的光刻机照明系统的部分光路分布图如图10所示，包括：光源1，微透镜阵列2，散射板3，傅里叶变换透镜组4，扫描狭缝6，中继镜组7，调制板5和掩模板8。其中所述光源1是所述照明系统前方光学系统的出射光线，位于所述微透镜阵列2的前焦面上；所述微透镜阵列2的后焦面位于所述傅里叶变换透镜组4的前焦面上；所述散射板3位于所述微透镜阵列2与所述傅里叶变换透镜组4第一个光学元件表的前表面之间；所述扫描狭缝6位于所述傅里叶变换透镜组4的后焦面；所述扫描狭缝6又位于所述中继镜组7的物面；所述掩模板8位于所述中继镜组7的像面，所述调制板5位于中继镜组7最后一个光学元件表的后表面与所述掩模板8之间。
在扫描狭缝6处测得照明光场分布情况，得到Iin，所测得的照明光场Iin如图4所示，并可按照如图8所述的尺寸定义计算所测得的照明光场Iin的各项尺寸参数，便于所述优化算法的进行。Iin的各项尺寸参数依次为：97％尺寸宽度DY_97＝3.74mm、50％尺寸宽度DY_50＝13.18mm、0.3％尺寸宽度DY_003＝28.16mm、25％～75％尺寸宽度DY_25～75＝3.69mm。此时，使用所述调制板的初始透过率分布结果T0对所述照明光场进行光场轮廓尺寸的精密校正，可计算得所述初始能量损失率Elost0＝5.33％。
调制板的透过率经过实施例一的优化算法优化后，照明光场Iout的各项尺寸参数依次为：97％尺寸宽度DY_97＝3.74mm、50％尺寸宽度DY_50＝13.18mm、0.3％尺寸宽度DY_003＝21.22mm、25％～75％尺寸宽度DY_25～75＝3.34mm。此时，使用实施例一的算法优化后的所述调制板产生的所述能量损失率Elost0＝3.80％，其收敛过程如图11所示。
通过本申请提供的调制板的透过率分布生成方法生成，通过能量损失率优化生成合理的透过率分布，进而使调制板能够实现对光刻机照明光场轮廓尺寸精密校正、且达到能量损失最小。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种用于调制光场分布强度的调制板透过率分布生成方法，其特征在于，包括步骤：
S100：根据预设标准尺寸的平顶高斯照明光场构建沿扫描方向的一维光场分布轮廓I0；
S200：将目标平顶高斯照明光场转换成沿扫描方向的一维光场分布轮廓Iin，并判断光场分布轮廓Iin是否符合预设标准尺寸的分布轮廓，若不符合，执行步骤S300，若符合，执行步骤S500；
S300：根据光场分布轮廓I0和光场分布轮廓Iin计算调制板的初始透过率分布T0；
S400：基于能量损失率对所述初始透过率分布T0进行优化分析，获得符合要求的透过率分布；
S500：将符合要求的透过率分布扩展为二维透过率分布，形成具有二维透过率分布的调制板。
2.如权利要求1所述的调制板透过率分布生成方法，其特征在于，所述步骤S400具体包括步骤：
S401：对当前透过率分布叠加随机扰动，生成新的透过率分布Tnew；
S402：判断透过率分布Tnew对目标平顶高斯照明光场作用下的尺寸参数是否符合预设标准尺寸，若不符合，执行步骤S401，若符合，执行步骤S403；
S403：根据能量损失率判断新的透过率分布Tnew是否符合接收条件，若否，执行步骤S401，若是，执行步骤S404；
S404：将新的透过率分布Tnew更新为当前透过率分布，并根据更新后的当前透过率分布返回执行步骤S401；
S405：循环执行步骤S401-S404，直至满足循环结束条件。
3.如权利要求2所述的调制板透过率分布生成方法，其特征在于，所述步骤S403具体包括步骤：
S4031：计算新的透过率分布Tnew参数下的新的能量损失率Elost_new；
S4032：计算新的能量损失率Elost_new与前一能量损失率的差值；
S4033：判断所述差值是否小于零，若是，执行步骤S4034，若否执行步骤S4035；
S4034：接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new；
S4035：计算接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new的概率，并根据计算的概率接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new。
4.如权利要求3所述的调制板透过率分布生成方法，其特征在于，所述根据计算的概率接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new，具体为，比较所述概率与随机数的大小，若所述概率小于所述随机数，则接收新的透过率分布Tnew和新的能量损失率Elost_new。
5.如权利要求3所述的调制板透过率分布生成方法，其特征在于，在步骤S4031和步骤S4032之间，还包括步骤：设置最大透过率阈值和最小透过率阈值，通过最大透过率阈值和最小透过率阈值对不符合物理规律的新的透过率分布Tnew进行调整。
6.如权利要求2所述的调制板透过率分布生成方法，其特征在于，所述循环结束条件包括循环次数和目标冷却温度，其中，所述循环次数为内循环结束条件，所述目标冷却温度为外循环结束条件。
7.一种用于调制光场分布强度的调制板，其特征在于，所述调制板的透过率分布采用如权利要求1-6任一项所述的生成方法生成。
8.一种光刻机照明系统，其特征在于，所述光刻机照明系统所产生的照明光场在非扫描方向上均匀分布，在扫描方向上为平顶高斯分布，所述光刻机照明系统包括用于对所述照明光场的光场轮廓进行精密校正的调制板，所述调制板的透过率分布采用如权利要求1-6任一项所述的生成方法生成。
9.如权利要求8所述的光刻机照明系统，其特征在于，还包括傅里叶变换透镜组和扫描狭缝，所述调制板位于所述傅里叶变换透镜组和扫描狭缝之间。
10.如权利要求8所述的光刻机照明系统，其特征在于，还包括中继镜组和掩模板，所述调制板位于所述中继镜组和掩模板之间。
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