WO2003027769A2 - Method for producing a two-dimensional photomask - Google Patents

Method for producing a two-dimensional photomask Download PDF

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WO2003027769A2
WO2003027769A2 PCT/EP2002/010610 EP0210610W WO03027769A2 WO 2003027769 A2 WO2003027769 A2 WO 2003027769A2 EP 0210610 W EP0210610 W EP 0210610W WO 03027769 A2 WO03027769 A2 WO 03027769A2
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photomask
mask elements
operator
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WO2003027769A3 (en
Inventor
Jörn HOPF
Original Assignee
Hopf Joern
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Publication date
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/50Mask blanks not covered by G03F1/20 - G03F1/34; Preparation thereof

Definitions

  • the present invention relates to a method for generating a two-dimensional photomask, in particular a method for generating a photomask which is set up to generate an exposure image corresponding to a predetermined gray-scale image on a target.
  • the invention also relates to a two-dimensional photomask produced using such a method.
  • the generally known photolithographic structuring of semiconductor surfaces is based on the exposure of a light-sensitive lacquer (resist) on the semiconductor surface with a specific exposure image, a subsequent structuring of the lacquer layer in accordance with the exposed and unexposed partial areas of the exposure image, so that parts of the semiconductor surface are exposed, and finally processing the exposed parts of the semiconductor surface z.
  • a light-sensitive lacquer resist
  • subsequent structuring of the lacquer layer in accordance with the exposed and unexposed partial areas of the exposure image, so that parts of the semiconductor surface are exposed
  • processing the exposed parts of the semiconductor surface z B. by wet chemical etching, by sputter etching, by doping or the like. After detaching the structured lacquer layer, the correspondingly structured semiconductor surface is given.
  • the generation of the exposure image 20, illustrated schematically in FIG. 1, takes place using a photomask 10.
  • a photomask 10 This is formed, for example, by a thin glass or quartz pane 11 with an opaque masking layer 12, which has openings or translucent areas 13 in accordance with the desired exposure image the photomask is translucent.
  • the translucent areas 13 are produced using a structuring method in the production of the photomask.
  • photomasks are used whose translucent areas reflect the two-dimensional design of the chip surface to be processed, e.g. B. with conductor tracks or doping areas for an electronic circuit.
  • non-electronic components are also formed on chip surfaces, which include, for example, sensors, mechanical actuators, fluidic elements, motors, and optical components (see, for example, BB Wagner in "End. Surg.”, Vol. 3, 1995, pp. 204 to 209).
  • These components have three-dimensional structures, such as. B. curvatures, pits, steps, webs, spherical surfaces or the like ..
  • Three-dimensional structures can be produced lithographically analogously to the above-mentioned method, the exposure images generated on the resist with the photomask specifically having gray values or shades of gray. As a result of the processing the chip surface is removed to different extents depending on the locally given gray values.
  • Exposure images with relative exposures in the interval [0, 1] are generated using interference phenomena as well as reflection and scattering conditions when exposing the chip surface through the photomask.
  • the transparent elements include, for example, geometric elements (pixels) in the masking layer of the photomask. Light is diffracted at each pixel, and there is also interference with the light that passes through neighboring pixels.
  • the exposure image on a target e.g. chip surface that is to be processed
  • an exact image of the three-dimensional design of the chip surface to be processed cannot be represented with a photomask.
  • the photomask is generated in such a way that the exposure image on the target approximates as well as possible an ideal gray value image, the gray value of which corresponds to the height profile of the desired three-dimensional structure.
  • the generation of a photo mask for three-dimensional structuring represents an optimization task.
  • process-related and physical conditions must be taken into account (so-called constraints), which are generally referred to below as process conditions.
  • a translucent pixel has a certain minimum size or minimum edge length, which corresponds, for example, to ⁇ times the grid dimension.
  • the laws of wave optics and the reflection and scattering conditions in the chip-resist composite are to be taken into account as physical conditions.
  • the reflections and scatterings in the composite of the substrate 31 and the lacquer layer 32 are illustrated schematically in FIG. 2.
  • the primary exposure 21 is expanded in the lacquer layer 32 by scattering, so that an exposure profile 22 results.
  • an exposure profile 22 results.
  • backscatter which influences the profile 22
  • an emission 23 of Auger electrons or X-ray quanta take place.
  • the scattering effects occurring in a specific system depend in particular on the characteristics of the primary exposure 21, the type of radiation, the materials and the geometry of the composite of substrate and lacquer layer.
  • the radiation dose effective in one spatial point of the lacquer layer 32 can be calculated using the laws of wave optics.
  • FIG. 10 shows an example of a linearly optimized photomask 10 '(left partial image, the light dots correspond to the translucent areas) for producing a quarter-sphere-shaped surface and the structure produced with this photomask (right partial image). There is only a rough approximation to the desired spherical shape with a high surface roughness.
  • a non-linear optimization method is also generally known which takes account of the non-linearities in the exposure.
  • the photomask is composed of a plurality of cells 14 ', each of which represents predetermined permissible element shapes 15'.
  • Each cell has a side length corresponding to, for example, 18 times the value of the production-related grid dimension a.
  • the element shapes meet the given process conditions.
  • the non-linear method has the disadvantage of a limited spatial resolution.
  • the element shapes allow only a limited range of shapes.
  • the granularization introduced to reduce complexity results in poor surface approximation and a large surface roughness of the processed structure. For example, smooth curvatures, such as. B. round structures can not be produced satisfactorily. Instead of a desired ramp shape, a staircase structure results.
  • Another disadvantage of conventional methods for producing photomasks for three-dimensional structuring is that only one mask can be calculated at a time. A simultaneous optimization of several masks, e.g. B. for a multi-step lithography is excluded.
  • evolutionary algorithms or: evolution strategies
  • search methods in which all possible solutions are checked sequentially or according to a randomly based selection principle
  • the evolutionary algorithm considers non-random parts of the solution space.
  • the search for an optimal solution is carried out by applying so-called evolutionary operators to a solution already found and by checking whether the application of the operator has improved the solution. Details of the evolutionary algorithms known per se are described, for example, by T. Back et al. in "Evolutionary Computation 1", Volume 1, 1993, pages 1-23.
  • the use of evolutionary algorithms to solve practical optimization tasks has so far often been difficult in practice and therefore limited because there are no generally applicable rules for the construction of the genetic operators.
  • the object of the invention is to provide an improved method for the generation of photomasks with which the disadvantages of conventional techniques are overcome.
  • the method is said to be particularly suitable for delivering photomasks for gray-tone lithography with high effectiveness and practical computing time, with which three-dimensional structures can be produced with great accuracy in the context of industrial applications, in particular in microtechnology.
  • the object of the invention is also to provide photomasks for gray-tone lithography, with which exposure images can be generated on substrates with an improved adaptation to the desired gray-scale image.
  • the basic idea of the invention is, in particular, to provide a method for generating a two-dimensional photomask with translucent areas, which each consist of individual or a multiplicity of mask elements and are arranged in such a way that an exposure image is generated on the target when the target is exposed through the photomask , which is adapted to a predetermined gray-scale image, the number, geometry and positions of the mask elements being determined using an evolutionary selection procedure.
  • the evolutionary selection procedure is characterized by the successive and / or parallel generation of changed Partitions from mask elements until the exposure image is adequately matched to the gray-scale image.
  • the evolutionary selection procedure implements an optimization principle used for the first time for the generation of photomasks, which advantageously represents a non-deterministic search for the optimal distribution of mask elements.
  • the photomask advantageously results from an effective search in a solution space which, in its combinatorial variety, was not accessible to the conventional methods.
  • a modified distribution of mask elements will be generated in succession until a predetermined termination criterion is met.
  • Each generation of a modified distribution is called a mutation step.
  • a new mutation step is preferably carried out on the current distribution obtained in the previous mutation step.
  • the associated exposure image which would result if the target was exposed through a photomask with the current distribution, and an approximation quality, which is characteristic of the adaptation of the exposure image to the gray-scale image, are determined.
  • the termination criterion is met when the approximation quality has reached a predetermined limit value or does not improve significantly over a predetermined number of mutation steps.
  • the evolutionary selection procedure advantageously makes it possible to check at each mutation step whether the current distribution of mask elements fulfills predetermined process conditions. As a result, the method according to the invention automatically leads to a photomask which fulfills the process-related and physical conditions for its manufacture.
  • the termination criterion is preferably checked by comparing the current approximation quality with a so-called progress interval.
  • the progress interval is a range of admissible values of the approximation quality, which is selected depending on the current phase of the selection procedure.
  • the approximation quality In an initialization phase and an ambition phase in which predetermined statistical operators are carried out, the approximation quality must be improved or at least remain the same with each mutation step.
  • the approximation quality for each mutation step In an optimization phase, the approximation quality for each mutation step must be better than a predetermined reference value of an optimization curve. Carrying out the selection process in different phases, which are explained in detail below, has the particular advantage of high process effectiveness.
  • the approximation quality is preferably the average deviation between the current exposure image and the gray scale image and / or a surface roughness parameter that is characteristic of the surface roughness that would result when using a photomask with the current exposure image.
  • These parameters have the advantage of being compatible with the practical idea of the optimization process.
  • the method according to the invention has a wide range of uses. It can be used for various lithographic processes, in particular 1-step, multi-step or multi-wave lithography, without restriction to certain structures, taking into account the specific process conditions.
  • the mask generated according to the invention can be used for structuring, in particular, semiconductor (in particular silicon) or plastic surfaces in accordance with a procedure of photo, UV, electron beam or X-ray lithography.
  • Generation of a two-dimensional photomask is primarily the provision of a binary distribution of translucent mask elements and opaque areas, e.g. B. understood in the form of a listing, matrix, functional representation or the like, which would result in the desired exposure image as a mask or mask pattern when a target is exposed.
  • the generation of a photomask is also understood to mean a structuring process for the material production of the photomask, in which the said distribution is, for example, embossed or applied in a layer on a support or in a self-supporting layer. Structuring methods for mask production are known per se and are therefore not explained in detail here.
  • the invention also relates to a photomask for gray-tone lithography which, in accordance with the desired exposure image, has mask elements which form translucent regions.
  • the edge course and / or the arrangement of the translucent areas is formed such that steps are formed on the edges of translucent areas and / or between edges of different translucent areas there are rich vertical distances that are smaller than a minimum edge length of the mask elements.
  • two adjacent mask elements can touch each other in such a way that they only have one common corner point.
  • the photomask according to the invention has the advantage of a variability in the arrangement of the mask elements which is considerably expanded compared to conventional photomasks. The granularization of the exposure images is reduced.
  • the mask elements are arranged in accordance with a grid with predetermined grid dimensions which are equal to predetermined minimum lengths which correspond to the lateral resolution of the structuring method used to produce the photomask.
  • the mask elements are preferably produced using a structuring method using the generation method according to the invention.
  • the mask elements form a statistically irregular edge profile of the translucent elements.
  • the photomask according to the invention is formed by a carrier, in particular a thin glass or quartz pane, on which the opaque masking layer is arranged, or by the opaque masking layer itself.
  • the invention has the following further advantages.
  • a so-called "free-floating" of the mask elements is realized.
  • Even complex surface structures such as microstructured Fresnel lenses can be used with a photomask according to the invention with the smallest edge length of the mask elements of approx. 0.7 ⁇ m with a surface approximation of less than 2% deviation and a surface roughness of less than 2% at the respective measuring points.
  • With a structure height of z. B. 16 ⁇ m this corresponds to an approximation accuracy of less than 320 nm, which is usually below the light wavelength used.
  • the method according to the invention is known using lithography methods, for. B. compatible with chip production, which are suitable for mass production, are well mastered by years of use and work inexpensively.
  • the invention enables the most cost-effective production of three-dimensional chip surfaces, which can also be easily adapted to the specific user requirements in terms of quality, costs and the required calculation time by the number of masks (layers) used.
  • no change in the production process is required for the production of SD microstructured chip surfaces, since the 3D microstructuring is determined solely by the element arrangement of the photomask (s). There are therefore no changeover costs.
  • the method is suitable for the simultaneous, coordinated optimization of several layers to approximate a surface. Even if it is important to achieve the desired quality with as few as possible To achieve masks (goal: 1-step lithography), it is still possible to optimize any number of layers in parallel, with the application of which a correspondingly higher surface quality can be achieved. The desired number of masks is theoretically unlimited. The process conditions are simplified when several masks are generated.
  • the implementation of the method according to the invention requires only relatively little storage space.
  • the storage space required for the data for the generation of the mask only plays a role insofar as it must be within the scope of what can be read in by the machines.
  • the method according to the invention is characterized in particular by the fact that the respectively determined distribution of mask elements for producing a photomask is converted into their properties and, when the photomask is used, into the physical properties of the solid surfaces that are to be structured.
  • the parallel irradiation is controlled in a device for exposing a target (e.g. wafer) in such a way that the irradiation waves produce the desired dose distribution (e.g. gray tone distribution) on the target.
  • a target e.g. wafer
  • the irradiation waves produce the desired dose distribution (e.g. gray tone distribution) on the target.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of parts of a device for target exposure
  • FIG. 2 shows an illustration of the scattering processes occurring on the composite of substrate and resist
  • FIGS. 3 to 7 flow diagrams to illustrate details of the method according to the invention.
  • FIGS 10, 11 illustrations of conventional optimization methods (prior art).
  • the invention is described below without limitation with reference to the generation of a single photomask for a single exposure of a target (eg wafer) in 1-step lithography.
  • a target eg wafer
  • An implementation for the multi-step technology or the parallel generation of several photomasks intended for the production of a structure is possible in an analogous manner.
  • the method according to the invention contains the solution to a combinatorial optimization problem.
  • the question to be answered is how to arrange rectangular, translucent mask elements (holes) on a photomask as translucent areas of different shapes and / or different sizes, so that after exposure on a target A desired gray tone distribution is achieved through the surface of this photomask.
  • the fact that different shades of gray are generated at all results from the diffraction of the preferably parallel light waves, which are sent perpendicularly and homogeneously onto the photomask, at the edges between the hole and the non-hole of the mask, and the scattering processes that occur.
  • the light intensity generated on the target depends on the mask element size, it decreases in the vicinity of the image of the mask element with increasing distance from the center of the image.
  • the surface of a substrate material e.g. B. the surface of a silicon chip should be provided with a certain three-dimensional structure.
  • h (x, y) For each point (location coordinates x, y) of the surface spanned in a plane there is a height coordinate h (x, y) which corresponds to the height of the desired structure above the plane.
  • the height of the structure extends z. B. over 16 microns.
  • h (x) is a linear and h (y) is a constant function.
  • the resist on the chip surface must be exposed accordingly with a gray tone exposure image, the dose or gray value distribution or gray value function of which corresponds exactly to the (standardized) distribution of the height coordinates. Since the gray value distribution cannot be implemented exactly in the height coordinates, but also the peculiarities of the user system (in particular the specifically implemented process parameters and the photoresist used) affect the achieved height coordinate distribution, a correction function must also be taken into account.
  • the correction function specifies how to correct the theoretical dose-height relationship at a coordinate, if necessary is to achieve the desired structure height.
  • the gray value function possibly with the correction function, form a surface function f (x, y), which represents a starting point of the method.
  • the surface function is specified, for example, analytically or as a table of values.
  • the set M ' is a combinatorial arrangement of mask elements at specific positions, which each form the translucent areas with a specific shape and size.
  • Both the quantities of mask elements determined as intermediate states during the method and the sought quantity M ' can be represented as a binary function with the values 0 or 1 on the individual pixels (primary elements, smallest units), the primary elements with the value 1 being the translucent mask elements include.
  • the photomask is determined by the mask sizes in the x and y direction (X [mm], Y [mm]), the minimum edge length of the mask elements (a [ ⁇ m]), the measuring point distance used (g [ ⁇ m]), and the amount the process conditions (C), and the amount M of the mask elements e is determined.
  • a dependency on variants F such as. B. the inclusion of a frame, the use of a point symmetry or the generation of overhangs, and a subdivision of the mask area into S x and S y sectors in the x or y direction can be provided.
  • the mask elements are arranged according to a grid.
  • the smallest grating unit or positioning unit is 0.1 ⁇ m, for example.
  • the maximum number of possible mask elements i max results accordingly from the mask size and the minimum edge length. For the optimization of a mm 2 mask area only around 220 MB are required to show the state of the photomask. If the minimum edge length is reduced, the memory requirement can increase to over 500 MB.
  • Process conditions must be observed when manufacturing the photomask.
  • the process conditions are in particular:
  • each edge of a translucent area which may consist of several mask elements, is greater than or equal to the minimum length of a mask element.
  • Parallel edges of a translucent area must have a vertical distance that is greater than or equal to the minimum edge length of a mask element.
  • Parallel edges of different translucent areas must have a vertical distance that is greater than a predetermined minimum distance (the minimum distance is, for example, 0.6 ⁇ m).
  • Translucent areas may touch at a point if this is a corner point.
  • the edge of the mask surface is to be regarded as the edge of a translucent area.
  • All edges of translucent areas may only be placed on a grid with a grid dimension s.
  • Each translucent area may put an edge strip of any length and width according to the grid dimension s on each of its edges.
  • the process conditions to be checked in the course of the process depend on the operator currently being used. As a rule, it is no longer necessary to check all process conditions by selecting a particular operator.
  • the check is preferably carried out hierarchically, with a group of so-called inherent process conditions being checked first, then a group of so-called advanced process conditions and finally a group of so-called M conditions.
  • the first group is formed solely by the process condition 7 mentioned above.
  • the checking of this process condition practically does not have to be carried out, since it is inherent in the Process flow is ensured by defining the coordinates of the mask elements.
  • the second group is formed by the process conditions 1. (minimum edge length) 2. (distance of parallel edges of an element) and 5. (edge of the mask surface). These process conditions are tested before the actual check. Process conditions 1. and 2. are ensured by the operators CREATE, RESIZE and SPLIT (see below). The margin must be checked when using the CREATE, MOVE and RESIZE operators.
  • M process conditions are the other process conditions 3rd (distance of parallel edges of different areas), 4th (point contact), 6th (overlay) and 8th (edge strips). These process conditions are checked on the basis of the mask pattern M, which is achieved by the currently used operator.
  • the fourth process condition represents an essential feature of photomasks according to the invention.
  • Mask elements can touch at common corner points. This significantly increases the variability of gray tone generation.
  • the shape of individual mask elements can, for example, be square or triangular.
  • the quantity sought is determined using an evolutionary selection method, which is illustrated schematically in FIG. 3, and preferably an initialization phase 100, an ambition phase 200, an optimization phase 300 and a storage and / or display phase 400 around- summarizes. It is underlined that the evolutionary selection process according to the invention can only be implemented with the optimization phase 300 without phases 100 and 200. However, the successive execution of all three phases 100 to 300 is preferred in view of an effective process flow.
  • the phases 100 to 300 are illustrated with further details in FIGS. 4 to 6.
  • the storage and / or display phase 400 includes storage and / or display of the mask elements determined according to the invention prior to the actual production of the binary structured photomask.
  • one or more operators are used, which are selected from the group of operators CREATE, ERASE, RESIZE, MOVE, SPLIT and UNDO explained below. Which operators are selected depends on the one hand on the optimization phase and on the other hand on statistical selection principles.
  • an operator is an arithmetic operation or rule.
  • An operator transfers a distribution of mask elements (mask pattern) at time t into a new mask pattern at time t + 1, both mask patterns having to meet the applicable process conditions.
  • the transfer is also known as a mutation.
  • the CREATE operator creates a rectangular mask element with its coordinate vertices.
  • the unit of measurement is, according to the minimum placement grid s z. B. 0.1 ⁇ m.
  • the selection of the coordinates of a mask element to be generated can, if necessary, with inherent consideration the process conditions, using a random number generator.
  • the operator ERASE removes a mask element e at time t, the process conditions also having to be checked after using this operator.
  • the RESIZE operator is used to enlarge or reduce a translucent area consisting of several mask elements.
  • the RESIZE operator has the option of shifting one or more of the edges of the translucent area in positive or negative direction by an integral multiple of the minimum edge length of a mask element.
  • the MOVE operator comprises two substeps, which can be described accordingly with the CREATE operator and the ERASE operator.
  • Another mutation which does not mean a structural change in the current mask element distribution, but which enables this in the further course of the evolutionary selection, is the division of translucent areas with the SPLIT operator.
  • a translucent area is not changed in size or location. There is only a division into at least two sub-areas.
  • the SPLIT operator advantageously opens up new degrees of freedom in the further optimization of the photomask.
  • the UNDO operator cancels previously performed operations. This is particularly provided if a mask pattern obtained after an operation violates a process condition or the approximation quality achieved by the previous operation lies outside the progress interval (see optimization phase).
  • the UNDO operator corresponds to the application of the inverse operation after the previous operation.
  • an output distribution of elements on the photomask is generated non-deterministically, which is optimized in the subsequent phases.
  • the CREATE operator creates a rectangular primary element with predetermined coordinate vertices.
  • the CREATE operator thus writes the value 1 for a specific position in the representation of the current mask element distribution.
  • the UNDO operator CREATE is undone and a primary element is destroyed accordingly. H. a value of 1 is converted to a value of 0.
  • the initialization phase 100 initially comprises a step 101 in which a start distribution of primary elements is applied.
  • the start distribution includes, for example, a homogeneous distribution of translucent mask or primary elements (e.g. on 50% of the mask area). At least one primary element is provided as a start distribution.
  • the start distribution can also be selected as a function of predetermined information about the presumably optimal mask element distribution, for example if the desired 3-dimensional structure contains certain previously known partial structures (e.g. spherical surfaces).
  • step 102 another primary element with statistically selected coordinates is applied with the CREATE operator.
  • the process conditions consisttraints
  • the conformity of the current distribution of mask elements with the process conditions is checked using the coordinates of the mask elements or by simulating the current mask state.
  • the use of an independent mapping for checking the process conditions is preferred, since the mapping advantageously provides direct information about the current mask layout.
  • step 103 it is checked whether and if so to what extent the approximation (adaptation of the approximation function g to the surface function f) has improved or not. If an improvement has been obtained, step 101 is carried out again with a further primary element. Otherwise, the primary element just created is deleted again in step 104. Each deletion 104 represents a failed attempt. The number of successive failed attempts is counted in step 105. It is used to calculate the probability that the approximation will improve when a further element is added.
  • the initialization phase 100 is ended after step 106 depending on the test of an abort criterion.
  • the termination criterion includes, for example, the question of how much the approximation with the last new elements has improved and / or how many failed attempts have occurred in succession. If the adaptation of the approximation function g to the surface If function f has improved less than a predetermined limit value during a predetermined number of newly generated elements, phase 100 is ended. Likewise, if a certain number of failed attempts is exceeded, the initialization phase provides no further improvement in the current distribution of mask elements.
  • the ambition phase 200 the result of the initialization phase 100 is improved through the use of further operators.
  • the ambition phase 200 is also referred to as the hill climbing phase or one-way optimization phase because of the choice of the steepest optimization increase.
  • the ERASE, MOVE and RESIZE operators are used.
  • the ambition phase schematically illustrated in FIG. 5 is carried out with a strategy analogous to that of the initialization phase 100, so that a picture similar to that in FIG. 4 results. The only difference is that there are more operators available to change the current mask element distribution, the operator to be used being selected based on a probability assessment.
  • a mask element is selected to which the operator is to be applied in the next step.
  • the mask element is selected at random.
  • one of the operators mentioned is selected and applied to the mask element.
  • the selection of the Opera ⁇ tors is again randomly or preferably a function of the probability that a particular operator provides an improvement of the approximation or not. This probability is determined from the previous failed attempts with the respective operator within a predetermined previous time range.
  • Steps 203 to 206 take place analogously to steps 103 to 106 according to FIG. 4.
  • the advantage of the ambition phase 200 is the rapid improvement of the approximation.
  • the mask element distribution resulting from the ambition phase 200 forms the basis for the subsequent optimization phase 300.
  • test 206 of the termination criterion the adaptation of the function g to the target function f is evaluated.
  • the evaluation is based on at least one of the following quality criteria.
  • a first criterion is given by the average deviation in the approximation between the two functions.
  • the approximation At at time t is calculated from the sum of the differences in the amounts from functions f and g across all measuring points.
  • a second criterion which can be used optionally, is given by the surface roughness R. This is defined as the arithmetic mean between the maximum difference in amount between f and g and the minimum difference in amount between f and g for a selected target structure height.
  • the check of the termination criterion comprises the test as to whether the currently determined approximation quality has reached or exceeded a predetermined value in accordance with the quality criteria mentioned.
  • the optimization phase is based on the use of the same operators as in the ambition phase. In contrast to step 203 (see FIG. 4), however, only operations which lead to an equally good or improved approximation are permitted. This condition generally only enables a local optimum to be found in the context of the ambition phase, but not a local optimum that meets the requirements (closer to the global optimum) or even the global optimum even among the mask element distributions available.
  • a test is carried out in step 303 as to whether the approximation achieved lies within a predetermined progress interval or not.
  • the progress interval of the optimization phase 300 is determined empirically and its reference variable is placed around the approximation quality achieved so far, the interval limits being greater, equal or smaller than the approximation quality achieved so far.
  • the progress interval is continuously checked and possibly adjusted depending on the approximation quality achieved so far, so that the optimization phase implements a strategy which is based on the known "simulated annealing" method (see v. Laarhoven et al. In “Mathematics and its Applications “Dordrecht, Klüver 1987).
  • the optimization curve or cooling function of the progress interval can also be determined from preliminary tests. Examples of cooling functions of the optimization phase 300 are illustrated in FIG. 8 (see below).
  • the system jumps back to the next step 301.Otherwise, the operator is canceled at step 304, the current failed attempt is counted (step 305) and the termination criterion is checked (step 306).
  • the termination criterion is met when the approximation quality has reached a predetermined limit value or has remained unchanged over a predetermined number of mutation steps.
  • the in Figs. 3 to 5 steps are carried out successively for a mask element or primary element.
  • a multiple execution of the UNDO operator can also be provided, so that successively several steps are undone.
  • the mask area can be partitioned into several sectors.
  • a sector comprises an area which, for example, corresponds to a predetermined partial structure of the desired 3-dimensional structuring of the target surface.
  • the subdivision of the mask area into sectors has several advantages. First, the storage space required for the individual optimization processes is reduced. In addition, the effectiveness of operator selection in the course of the process is improved.
  • FIG. 7 schematically illustrates a section of a photomask according to the invention with three translucent areas 13, 14, 19.
  • a process-related grid is drawn in as a background, with which the lateral resolving power of the application of mask elements is defined.
  • the grid dimension s is 0.1 ⁇ m, for example.
  • the mask elements have a minimum side length of, for example 6 • s. However, they can also have longer edge lengths.
  • the translucent area 13 is formed by a single mask element with the minimum edge length (6 • s).
  • the translucent area 14, on the other hand, comprises three mask elements, of which the mask element has a greater edge length at the bottom right. The vertical distance between the adjacent areas corresponds to the minimum edge length of a mask element management.
  • the translucent area 19 has point contact with the translucent area 14.
  • a special feature of photomasks produced according to the invention is that the arrangement of the translucent areas and their borders have such an irregular arrangement that no periodicity is discernible over the mask surface.
  • a photomask according to the invention is characterized exclusively by a periodicity which corresponds to the grid (pitch s) due to the manufacture. For example, steps can occur in the element border that are smaller than the minimum edge length and, for example, correspond exactly to the minimum grid dimension s (see step 15 on the translucent area 14 in FIG. 7). Corresponding steps also occur between adjacent areas as vertical distances 18 between adjacent edges, as is illustrated by the offset of the edges 16 and 17.
  • FIGs. 8 and 9 are illustrated by way of example of photomasks produced in accordance with the invention and associated 3-dimensional structures with measurement results.
  • the upper two partial images of FIG. 8 show a partial mask and partial surface of the spherical surface. Because of the symmetry of the spherical surface, it is sufficient to calculate only a quarter of the mask data.
  • the deviations from the ideal surface function and the approximation curve of the method according to the invention are illustrated in the lower partial images in FIG. 8.
  • a total of 3735 mask elements were placed on an area of 100 ⁇ m '100 ⁇ m with a minimum edge length of the mask elements of 0.7 ⁇ m.
  • the method according to the invention the search for the optimal distribution of mask elements with an approximation deviation of 0.465%.
  • the partial images of FIG. 8 (bottom right) show that an approximation deviation of around 1% was achieved within the first approximately 2.5 million mutations.
  • the left curve shows the improvement in the deviation in the range of 0.5% to 3.5% for the first 12.5 10 6 mutations.
  • the right curve shows the further course in the range from 0.46% to 0.53% to 7.5 '10 7 mutations.
  • the final value was only achieved after around 70 million mutations.
  • the lower left partial image of FIG. 8 shows a high approximation in the area of the spherical surface, deviations only occur at the edge and at the top of the surface (dark dotted).
  • FIGS. 8 and 10 impressively show the superiority of the method according to the invention in the optimization of photomasks.
  • the surface roughness has improved considerably compared to the spherical surface formed with the conventional method.
  • FIG. 9 shows two further examples of 3-dimensional structures that can be generated with a photomask generated according to the invention.
  • a pyramid composed of four parts is shown.
  • the right part of FIG. 9 shows the detail of a Fresnel lens which is formed by superimposing a large number of hemispheres or hemispherical shells.
  • Masks for lithography produced according to the invention have applications in micromechanics, microtechnology, microsystem technology, microstructure technology, including photovoltaics (solar cells, replacement of previous chemical or mechanical processes, optimization of structure for reflection), "cellular” Biotechnology, and integration of sensors and actuators in semiconductor chips.

Abstract

The invention relates to a method for producing a two-dimensional photomask. Said photomask comprises a plurality of transparent zones with one or more mask elements each that are disposed in such a manner that, when a target is exposed through the photomask, an exposure image is produced on the target, said image being adapted to a defined halftone image. The number, geometry and/or positions of the mask elements are determined by means of an evolutionary selection procedure that comprises a multitude of mutation steps. Starting from an initial distribution of mask elements a distribution of mask elements is successively produced, until a termination criterion is fulfilled, by using an operator that is selected from a group of statistical operators. For every actual distribution, the respective exposure image is determined that would result from the exposure of the target through a photomask with the actual distribution. The termination criterion is fulfilled when an approximative quality that is characteristic for the adaptation of the exposure image to the halftone image, reaches a threshold value or does not improve over a number of mutation steps.

Description

Verfahren zur Generation einer zweidimensionalen Photomaske Process for the generation of a two-dimensional photomask
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Generation einer zweidimensionalen Photomaske, insbesondere ein Verfahren zur Generation einer Photomaske, die zur Erzeugung eines Belichtungsbildes entsprechend einem vorbestimmten Grauwertbild auf einem Target eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft auch eine unter Verwendung eines derartigen Verfahren hergestellte zweidimensionale Photomaske.The present invention relates to a method for generating a two-dimensional photomask, in particular a method for generating a photomask which is set up to generate an exposure image corresponding to a predetermined gray-scale image on a target. The invention also relates to a two-dimensional photomask produced using such a method.
Die allgemein bekannte photolithographische Strukturierung von Halbleiteroberflächen basiert auf der Belichtung eines lichtempfindlichen Lackes (Resist) auf der Halbleiteroberfläche mit einem bestimmten Belichtungsbild, einer nachfolgenden Strukturierung der Lackschicht entsprechend den belichteten und unbe- lichteten Teilbereichen des Belichtungsbildes, so dass Teile der Halbleiteroberfläche frei liegen, und schließlich einer Bearbeitung der frei liegenden Teile der Halbleiteroberfläche z. B. durch nasschemisches Ätzen, durch Sputterätzen, durch eine Dotierung oder dgl.. Nach Ablösen der strukturierten Lackschicht ist die entsprechend strukturierte Halbleiteroberfläche gegeben.The generally known photolithographic structuring of semiconductor surfaces is based on the exposure of a light-sensitive lacquer (resist) on the semiconductor surface with a specific exposure image, a subsequent structuring of the lacquer layer in accordance with the exposed and unexposed partial areas of the exposure image, so that parts of the semiconductor surface are exposed, and finally processing the exposed parts of the semiconductor surface z. B. by wet chemical etching, by sputter etching, by doping or the like. After detaching the structured lacquer layer, the correspondingly structured semiconductor surface is given.
Die in Fig. 1 schematisch illustrierte Erzeugung des Belichtungsbildes 20 erfolgt unter Verwendung einer Photomaske 10. Diese wird beispielsweise durch eine dünne Glas- oder Quarzscheibe 11 mit einer lichtundurchlässigen Maskierungsschicht 12 gebildet, die entsprechend dem gewünschten Belichtungsbild Durchbrechungen oder lichtdurchlässige Bereiche 13 aufweist, an denen die Photomaske lichtdurchlässig ist. Die lichtdurchlässigen Bereiche 13 werden mit einem Strukturierungsverfahren bei der Herstellung der Photomaske erzeugt. In der konventionellen Chipproduktion werden Photomasken verwendet, deren lichtdurchlässige Bereiche ein Abbild der zweidimensionalen Gestaltung der jeweils zu bearbeitenden Chipoberfläche, z. B. mit Leiterbahnen oder Dotierungsbereichen für einen elektronischen Schaltkreis darstellen. Bei der photolithographischen Bearbeitung von Halbleiteroberfläche sind verschiedene Lithographieverfahren bekannt, die je nach der Zahl der verwendeten Photomasken (oder "Layer") und der Zahl der verwendeten Belichtungswellenlängen als 1-Schritt- (One- step-) , Mehrschritt- (Multistep-) oder Mehrwellen- (Multi- wave-) -Lithographie bezeichnet werden. Die Mehrwellen- Multiwave-) Lithographie ist allerdings bisher nur ein theoretisches Modell und existiert angeblich in der Praxis noch nicht, da die Waverstepper immer auf eine bestimmte Wellenlänge optimiert sind. In Zukunft wäre dies aber duchaus denkbar, sowie man die Vorteile erkannt hat und es technologisch umsetzen kann. Wenn die Bestrahlung der Oberfläche mit Elektronenstrahlen oder Röntgenstrahlen erfolgt, wird das Verfahren entsprechend als Elektronenstrahl- oder Röntgenlithographie bezeichnet.The generation of the exposure image 20, illustrated schematically in FIG. 1, takes place using a photomask 10. This is formed, for example, by a thin glass or quartz pane 11 with an opaque masking layer 12, which has openings or translucent areas 13 in accordance with the desired exposure image the photomask is translucent. The translucent areas 13 are produced using a structuring method in the production of the photomask. In conventional chip production, photomasks are used whose translucent areas reflect the two-dimensional design of the chip surface to be processed, e.g. B. with conductor tracks or doping areas for an electronic circuit. In the case of photolithographic processing of semiconductor surfaces, various lithography methods are known which, depending on the number of photomasks (or "layers") and the number of exposure wavelengths used, are known as 1-step (one-step), multi-step (multistep) or Multi-wave (multi-wave) lithography. However, multi-wave multiwave lithography has so far only been a theoretical model and is said to not yet exist in practice, since the wave steppers are always optimized for a certain wavelength. In the future, however, this would be conceivable as soon as you have recognized the advantages and can implement it technologically. If the surface is irradiated with electron beams or X-rays, the method is accordingly referred to as electron beam or X-ray lithography.
In der Mikrosystemtechnik und der sog. Nanotechnologie werden auch nicht-elektronische Komponenten auf Chipoberflächen gebildet, die bspw. Sensoren, mechanische Aktuatoren, Fluidik- elemente, Motoren, und optische Bauelemente umfassen (siehe z. B. B. Wagner in "End. Surg.", Bd. 3, 1995, S. 204 bis 209). Diese Komponenten besitzen dreidimensionale Strukturen, wie z. B. Wölbungen, Gruben, Stufen, Stege, Kugelflächen o. dgl .. Dreidimensionale Strukturen lassen sich analog zum oben genannten Verfahren lithographisch herstellen, wobei die mit der Photomaske auf dem Resist erzeugten Belichtungsbilder gezielt Grauwerte oder Grautöne aufweisen. Im Ergebnis der Bearbeitung wird die Chipoberfläche je nach den örtlich gegebenen Grauwerten unterschiedlich stark abgetragen.In microsystem technology and so-called nanotechnology, non-electronic components are also formed on chip surfaces, which include, for example, sensors, mechanical actuators, fluidic elements, motors, and optical components (see, for example, BB Wagner in "End. Surg.", Vol. 3, 1995, pp. 204 to 209). These components have three-dimensional structures, such as. B. curvatures, pits, steps, webs, spherical surfaces or the like .. Three-dimensional structures can be produced lithographically analogously to the above-mentioned method, the exposure images generated on the resist with the photomask specifically having gray values or shades of gray. As a result of the processing the chip surface is removed to different extents depending on the locally given gray values.
Belichtungsbilder mit relativen Belichtungen im Intervall [0, 1] werden unter Ausnutzung von Interferenzerscheinungen sowie von Reflexions- und Streuverhältnissen bei der Belichtung der Chipoberfläche durch die Photomaske erzeugt. Die lichtdurchlässigen Elemente umfassen beispielweise geometrische Elemente (Pixel) in der Maskierungsschicht der Photomaske. An jedem Pixel wird Licht gebeugt, außerdem kommt es zur Interferenz mit dem Licht, das an benachbarten Pixeln durchtritt. Das mit einer gegebenen Photomaske hergestellte Belichtungsbild auf einem Target (z. B. Chipoberfläche, die bearbeitet werden soll) , ist wellenoptisch in guter Näherung berechenbar.Exposure images with relative exposures in the interval [0, 1] are generated using interference phenomena as well as reflection and scattering conditions when exposing the chip surface through the photomask. The transparent elements include, for example, geometric elements (pixels) in the masking layer of the photomask. Light is diffracted at each pixel, and there is also interference with the light that passes through neighboring pixels. The exposure image on a target (e.g. chip surface that is to be processed), produced with a given photomask, can be calculated optically in good approximation.
Im Unterschied zur zweidimensionalen Chipstrukturierung kann mit einer Photomaske nicht ein genaues Abbild der dreidimensionalen Gestaltung der zu bearbeitenden Chipoberfläche dargestellt werden. Die Photomaske wird so generiert, dass das Belichtungsbild auf dem Target möglichst gut an ein ideales Grauwertbild angenähert ist, dessen Grauwerte dem Höhenverlauf der gewünschten dreidimensionalen Struktur entspricht.In contrast to the two-dimensional chip structuring, an exact image of the three-dimensional design of the chip surface to be processed cannot be represented with a photomask. The photomask is generated in such a way that the exposure image on the target approximates as well as possible an ideal gray value image, the gray value of which corresponds to the height profile of the desired three-dimensional structure.
Die Generation einer Photomaske für die dreidimensionale Strukturierung stellt eine Optimierungsaufgabe dar. Bei dieser Optimierung sind prozessbezogene und physikalische Bedingungen zu berücksichtigen (sog. Constraints) , die im folgenden allgemein als Prozessbedingungen bezeichnet werden. Zu den prozess- bezogenen Bedingungen zählt beispielweise, dass die lichtdurchlässigen Elemente eine bestimmte Mindestgröße und Kanten besitzen müssen, die einem prozessbedingten Gitter oder Raster entsprechen. So können die Maschinen zur Herstellung von Pho- tomasken lichtdurchlässige Pixel nur mit einem bestimmten Rastermaß s (z. B. s = 0.1 μm) erzeugen, das das laterale Auflösungsvermögen des Strukturierungsverfahrens zur Herstellung der Photomaske festlegt. Ein lichtdurchlässiges Pixel besitzt eine bestimmte Mindestgröße oder minimale Kantenlänge, die beispielsweise dem β-fachen Rastermaß entspricht. Als physikalische Bedingungen sind insbesondere der Verlauf des idealen Grauwertbildes, die Gesetzmäßigkeiten der Wellenoptik und die Reflexions- und Streuverhältnisse im Chip-Resist-Verbund zu berücksichtigen.The generation of a photo mask for three-dimensional structuring represents an optimization task. In this optimization, process-related and physical conditions must be taken into account (so-called constraints), which are generally referred to below as process conditions. The process-related conditions include, for example, that the translucent elements must have a certain minimum size and edges that correspond to a process-related grid or grid. So the machines for the production of Only generate tomasks of translucent pixels with a certain grid dimension s (e.g. s = 0.1 μm), which determines the lateral resolution of the structuring process for the production of the photomask. A translucent pixel has a certain minimum size or minimum edge length, which corresponds, for example, to β times the grid dimension. In particular, the course of the ideal grayscale image, the laws of wave optics and the reflection and scattering conditions in the chip-resist composite are to be taken into account as physical conditions.
Die Reflektionen und Streuungen im Verbund aus dem Substrat 31 und der Lackschicht 32 sind schematisch in Fig. 2 illustriert. Die primäre Belichtung 21 wird in der Lackschicht 32 durch Streuung aufgeweitet, so dass sich ein Belichtungsprofil 22 ergibt. Es erfolgt, insbesondere bei der Verwendung von Elektronen- oder Röntgenstrahlen, ein Eintritt in das Substrat 31, aus dem gegebenenfalls eine Rückstreuung, die das Profil 22 beeinflusst, und eine Emission 23 von Auger-Elektronen oder Röntgenquanten erfolgen. Die in einem konkreten System auftretenden Streueffekte hängen insbesondere von der Charakteristik der primären Belichtung 21, der Strahlungsart, den Materialien und der Geometrie des Verbundes aus Substrat und Lackschicht ab. Die in einem Raumpunkt der Lackschicht 32 wirksame Strahlungsdosis ist mit den Gesetzmäßigkeiten der Wellenoptik berechenbar.The reflections and scatterings in the composite of the substrate 31 and the lacquer layer 32 are illustrated schematically in FIG. 2. The primary exposure 21 is expanded in the lacquer layer 32 by scattering, so that an exposure profile 22 results. Particularly when using electron or X-rays, there is an entry into the substrate 31, from which backscatter, which influences the profile 22, and an emission 23 of Auger electrons or X-ray quanta take place. The scattering effects occurring in a specific system depend in particular on the characteristics of the primary exposure 21, the type of radiation, the materials and the geometry of the composite of substrate and lacquer layer. The radiation dose effective in one spatial point of the lacquer layer 32 can be calculated using the laws of wave optics.
Aus der Praxis ist allgemein bekannt, Aufgaben, die einer analytischen Lösung nicht zugänglich sind, durch eine lineare Optimierung zu lösen. Eine lineare Maskenoptimierung würde jedoch zahlreiche Variablen und damit einen hohen Rechenaufwand erfordern. Es wären daher nur Maskenflächen optimierbar, die für praktische Anforderungen zu klein sind. Außerdem wäre die lineare Optimierung an sich für die vorliegende Optimierungsaufgabe schlecht geeignet, da bei der Maskenabbildung nichtlineare Erscheinungen auftreten. Figur 10 zeigt beispielhaft eine linear optimierte Photomaske 10' (linkes Teilbild, die hellen Punkte entsprechen den lichtdurchlässigen Bereichen) zur Erzeugung einer Viertelkugel-förmigen Oberfläche und die mit dieser Photomaske erzeugte Struktur (rechtes Teilbild) . Es ergibt sich eine nur grobe Annäherung an die gewünschte Kugelform mit einer hohen Oberflächenrauhigkeit.It is generally known in practice to solve tasks that are not accessible to an analytical solution by linear optimization. A linear mask optimization would, however, require numerous variables and thus a high computing effort. It would therefore only be possible to optimize mask areas that are too small for practical requirements. Besides that would be linear optimization itself is poorly suited for the optimization task at hand, since non-linear phenomena occur during mask imaging. FIG. 10 shows an example of a linearly optimized photomask 10 '(left partial image, the light dots correspond to the translucent areas) for producing a quarter-sphere-shaped surface and the structure produced with this photomask (right partial image). There is only a rough approximation to the desired spherical shape with a high surface roughness.
Es ist ferner ein nicht-lineares Optimierungsverfahren allgemein bekannt, das die Nichtlinearitäten bei der Belichtung berücksichtigt. Die Photomaske wird aus einer Vielzahl von Zellen 14' zusammengesetzt, die jeweils vorbestimmte zulässige Elementformen 15' repräsentieren. Jede Zelle besitzt eine Seitenlänge entsprechend dem beispielsweise 18-fachen Wert des produktionsbedingten Rastermaßes a. Allgemein erfüllen die Elementformen die gegebenen Prozessbedingungen. Einige Elementformen 15' der bei diesem Verfahren verwendeten Zellen sind beispielhaft in Figur 11 illustriert.A non-linear optimization method is also generally known which takes account of the non-linearities in the exposure. The photomask is composed of a plurality of cells 14 ', each of which represents predetermined permissible element shapes 15'. Each cell has a side length corresponding to, for example, 18 times the value of the production-related grid dimension a. In general, the element shapes meet the given process conditions. Some element shapes 15 'of the cells used in this method are illustrated by way of example in FIG. 11.
Das nicht-lineare Verfahren besitzt den Nachteil einer beschränkten Ortsauflösung. Die Elementformen ermöglichen einen nur beschränkten Formenschatz. Die zur Komplexitätsreduzierung eingeführte Granularisierung ergibt eine schlechte Oberflä- chenapproximation und eine große Oberflächenrauhigkeit der prozessierten Struktur. Beispielsweise sind glatte Krümmungen, wie z. B. runde Strukturen nicht befriedigend herstellbar. Statt einer gewünschten Rampenform ergibt sich eine Treppenstruktur.The non-linear method has the disadvantage of a limited spatial resolution. The element shapes allow only a limited range of shapes. The granularization introduced to reduce complexity results in poor surface approximation and a large surface roughness of the processed structure. For example, smooth curvatures, such as. B. round structures can not be produced satisfactorily. Instead of a desired ramp shape, a staircase structure results.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Verfahren zur Erzeugung von Photomasken für die dreidimensionale Strukturierung be- steht darin, dass immer nur eine Maske berechenbar ist. Eine gleichzeitige Optimierung mehrerer Masken, z. B. für eine Mehrschritt-Lithographie ist ausgeschlossen.Another disadvantage of conventional methods for producing photomasks for three-dimensional structuring is is that only one mask can be calculated at a time. A simultaneous optimization of several masks, e.g. B. for a multi-step lithography is excluded.
Es besteht ein Interesse an Photomasken, deren Belichtungsbilder möglichst gut an die gewünschten Grauwertbilder angepasst sind, um die dreidimensionalen Strukturen mit einer hohen Genauigkeit (insbesondere hohe Oberflächenapproximation, geringe Oberflächenrauhigkeit) und Reproduzierbarkeit herstellen zu können.There is an interest in photomasks whose exposure images are adapted as well as possible to the desired gray value images in order to be able to produce the three-dimensional structures with high accuracy (in particular high surface approximation, low surface roughness) and reproducibility.
Es ist bekannt, bei der Lösung von Optimierungsproblemen evolutionäre Algorithmen (oder: Evolutionsstrategien) anzuwenden. Im Unterschied zu berechnenden Methoden, bei denen das Optimum als Extremum einer Merkmalsfunktion analytisch ermittelt wird, und zu Suchmethoden, bei denen alle möglichen Lösungen aufeinanderfolgend oder nach einem zufallsbasierten Auswahlprinzip geprüft werden, werden beim evolutionären Algorithmus nicht zufällige Stellen des Lösungsraumes betrachtet. Die Suche nach einer optimalen Lösung erfolgt durch Anwendung sogenannter evolutionärer Operatoren auf eine bereits gefundene Lösung und auf der Prüfung, ob die Anwendung des Operators eine Verbesserung der Lösung erbracht hat. Einzelheiten der an sich bekannten evolutionären Algorithmen werden beispielsweise von T. Back et al . in "Evolutionary Computation 1", Band 1, 1993, Seiten 1-23 beschrieben. Die Anwendung von evolutionären Algorithmen zur Lösung praktischer Optimierungsaufgaben ist bisher in der Praxis oft schwierig und daher beschränkt, da es keine allgemeingültigen Regeln für die Konstruktion der genetischen Operatoren gibt.It is known to use evolutionary algorithms (or: evolution strategies) to solve optimization problems. In contrast to calculation methods, in which the optimum as the extremum of a feature function is determined analytically, and search methods, in which all possible solutions are checked sequentially or according to a randomly based selection principle, the evolutionary algorithm considers non-random parts of the solution space. The search for an optimal solution is carried out by applying so-called evolutionary operators to a solution already found and by checking whether the application of the operator has improved the solution. Details of the evolutionary algorithms known per se are described, for example, by T. Back et al. in "Evolutionary Computation 1", Volume 1, 1993, pages 1-23. The use of evolutionary algorithms to solve practical optimization tasks has so far often been difficult in practice and therefore limited because there are no generally applicable rules for the construction of the genetic operators.
Evolutionäre Algorithmen werden bisher für die Optimierung von Produktionsvorgängen, wie z. B. bei der Planung von Material- flüssen oder der Steuerung von komplexen Maschinen oder von Transportvorgängen verwendet.Evolutionary algorithms have so far been used to optimize production processes such as B. when planning material rivers or the control of complex machines or transport processes.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Generation von Photomasken anzugeben, mit dem die Nachteile herkömmlicher Techniken überwunden werden. Das Verfahren soll insbesondere geeignet sein, mit hoher Effektivität und praktikabler Rechenzeit Photomasken für die Grautonlithographie zu liefern, mit denen im Rahmen industrieller Anwendungen, insbesondere in der Mikrotechnologie dreidimensionale Strukturen mit großer Genauigkeit herstellbar sind. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, Photomasken für die Grautonlithographie bereitzustellen, mit denen Belichtungsbilder auf Substraten mit einer verbesserten Anpassung an das gewünschte Grauwertbild erzeugt werden können.The object of the invention is to provide an improved method for the generation of photomasks with which the disadvantages of conventional techniques are overcome. The method is said to be particularly suitable for delivering photomasks for gray-tone lithography with high effectiveness and practical computing time, with which three-dimensional structures can be produced with great accuracy in the context of industrial applications, in particular in microtechnology. The object of the invention is also to provide photomasks for gray-tone lithography, with which exposure images can be generated on substrates with an improved adaptation to the desired gray-scale image.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Generation von Photomasken und Photomasken mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 1 oder 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These objects are achieved by a method for the generation of photomasks and photomasks with the features according to patent claims 1 or 8. Advantageous embodiments and applications of the invention result from the dependent claims.
Die Grundidee der Erfindung ist es insbesondere, ein Verfahren zur Generation einer zweidimensionalen Photomaske mit lichtdurchlässigen Bereichen bereitzustellen, die jeweils aus einzelnen oder einer Vielzahl von Maskenelementen bestehen und so angeordnet werden, dass bei Belichtung eines Targets durch die Photomaske auf dem Target ein Belichtungsbild erzeugt wird, das an ein vorbestimmtes Grauwertbild angepasst ist, wobei die Anzahl, Geometrie und Positionen der Maskenelemente mit einer evolutionären Auswahlprozedur ermittelt werden. Die evolutionäre Auswahlprozedur zeichnet sich durch die schrittweise aufeinanderfolgende und/oder parallele Erzeugung veränderter Ver- teilungen von Maskenelementen aus, bis eine ausreichende Anpassung des Belichtungsbildes an das Grauwertbild erreicht ist. Mit der evolutionären Auswahlprozedur wird ein zur Generation von Photomasken erstmalig verwendetes Optimierungsprinzip realisiert, das vorteilhafterweise eine nichtdeterministische Suche nach der optimalen Verteilung von Maskenelementen darstellt. Vorteilhafterweise ergibt sich die Photomaske aus einer effektiven Suche in einem Lösungsraum, der in seiner kombinatorischen Vielfalt den herkömmlichen Verfahren nicht zugänglich war.The basic idea of the invention is, in particular, to provide a method for generating a two-dimensional photomask with translucent areas, which each consist of individual or a multiplicity of mask elements and are arranged in such a way that an exposure image is generated on the target when the target is exposed through the photomask , which is adapted to a predetermined gray-scale image, the number, geometry and positions of the mask elements being determined using an evolutionary selection procedure. The evolutionary selection procedure is characterized by the successive and / or parallel generation of changed Partitions from mask elements until the exposure image is adequately matched to the gray-scale image. The evolutionary selection procedure implements an optimization principle used for the first time for the generation of photomasks, which advantageously represents a non-deterministic search for the optimal distribution of mask elements. The photomask advantageously results from an effective search in a solution space which, in its combinatorial variety, was not accessible to the conventional methods.
Bei der evolutionären Auswahlprozedur werden insbesondere ausgehend von einer Startverteilung von Maskenelementen mit einem Operator, der aus einer Gruppe von vorbestimmten statistischen Operatoren ausgewählt ist, aufeinanderfolgend jeweils eine abgewandelte Verteilung von Maskenelementen erzeugt werden, bis ein vorbestimmtes Abbruchkriterium erfüllt ist. Jede Erzeugung einer abgewandelten Verteilung wird als Mutationsschritt bezeichnet. Vorzugsweise wird ein neuer Mutationsschritt jeweils an der beim vorhergehenden Mutationsschritt erhaltenen aktuellen Verteilung ausgeführt. Alternativ ist es auch möglich, mehrere Mutationsschritte aufeinander folgend durchzuführen und die dabei erzielten Verteilungen zwischenzuspeichern, wobei das nach mehreren Schritten erhaltene Ergebnis als aktuelle Verteilung betrachtet wird. Für jede aktuelle Verteilung werden das zugehörige Belichtungsbild, das sich bei Belichtung des Targets durch eine Photomaske mit der aktuellen Verteilung ergeben würde, und eine Approximationsgüte ermittelt, die für die Anpassung des Belichtungsbildes an das Grauwertbild charakteristisch ist. Das Abbruchkriterium ist erfüllt, wenn die Approximationsgüte einen vorbestimmten Grenzwert erreicht hat oder über eine vorbestimmte Anzahl von Mutationsschritten sich nicht wesentlich verbessert. Vorteilhafterweise ermöglicht die evolutionäre Auswahlprozedur, dass bei jedem Mutationsschritt geprüft werden kann, ob die aktuelle Verteilung von Maskenelementen vorbestimmte Prozessbedingungen erfüllt. Dadurch führt das erfindungsgemäße Verfahren automatisch zu einer Photomaske, die prozessbezogene und physikalische Bedingungen ihrer Herstellung erfüllt.In the evolutionary selection procedure, in particular starting from a start distribution of mask elements with an operator selected from a group of predetermined statistical operators, a modified distribution of mask elements will be generated in succession until a predetermined termination criterion is met. Each generation of a modified distribution is called a mutation step. A new mutation step is preferably carried out on the current distribution obtained in the previous mutation step. Alternatively, it is also possible to carry out several mutation steps in succession and to temporarily store the distributions obtained, the result obtained after several steps being regarded as the current distribution. For each current distribution, the associated exposure image, which would result if the target was exposed through a photomask with the current distribution, and an approximation quality, which is characteristic of the adaptation of the exposure image to the gray-scale image, are determined. The termination criterion is met when the approximation quality has reached a predetermined limit value or does not improve significantly over a predetermined number of mutation steps. The evolutionary selection procedure advantageously makes it possible to check at each mutation step whether the current distribution of mask elements fulfills predetermined process conditions. As a result, the method according to the invention automatically leads to a photomask which fulfills the process-related and physical conditions for its manufacture.
Die Prüfung des Abbruchkriteriums erfolgt vorzugsweise durch Vergleich der aktuellen Approximationsgüte mit einem sogenannten Fortschrittsintervall. Das Fortschrittsintervall ist ein Bereich zulässiger Werte der Approximationsgüte, der je nach der aktuellen Phase der Auswahlprozedur gewählt wird. In einer Initialisierungs-Phase und einer Ambitions-Phase, in denen vorbestimmte statistische Operatoren ausgeführt werden, muss die Approximationsgüte bei jedem Mutationsschritt verbessert werden oder wenigstens gleich bleiben. In einer Optimierungs- Phase muss die Approximationsgüte bei jedem Mutationsschritt besser als ein vorbestimmter Referenzwert einer Optimierungskurve ist. Die Durchführung des Auswahlverfahrens in verschiedenen Phasen, die im einzelnen unten erläutert werden, besitzt den besonderen Vorteil einer hohen Verfahrenseffektivität.The termination criterion is preferably checked by comparing the current approximation quality with a so-called progress interval. The progress interval is a range of admissible values of the approximation quality, which is selected depending on the current phase of the selection procedure. In an initialization phase and an ambition phase in which predetermined statistical operators are carried out, the approximation quality must be improved or at least remain the same with each mutation step. In an optimization phase, the approximation quality for each mutation step must be better than a predetermined reference value of an optimization curve. Carrying out the selection process in different phases, which are explained in detail below, has the particular advantage of high process effectiveness.
Als Approximationsgüte werden vorzugsweise die durchschnittliche Abweichung zwischen dem aktuellen Belichtungsbild und dem Grauwertbild und/oder ein Oberflächenrauhigkeitsparameter ermittelt, der für die Oberflächenrauhigkeit charakteristisch ist, die sich bei Verwendung einer Photomaske mit dem aktuellen Belichtungsbild ergeben würde. Diese Parameter besitzen den Vorteil, mit der praktischen Vorstellung des Optimierungsverlaufs kompatibel zu sein. Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt eine breite Anwendbarkeit. Es kann ohne Einschränkung auf bestimmte Strukturen unter Berücksichtigung der konkreten Prozessbedingungen für verschiedene lithographische Verfahren, insbesondere die 1- Schritt-, Mehrschritt- oder Mehrwellen-Lithographie angewendet werden. Die erfindungsgemäß generierte Maske kann zur Strukturierung insbesondere von Halbleiter- (insbesondere Silizium-) oder Kunststoffoberflächen entsprechend einer Prozedur der Photo-, UV-, Elektronenstrahl- oder Röntgenstrahllithographie verwendet werden.The approximation quality is preferably the average deviation between the current exposure image and the gray scale image and / or a surface roughness parameter that is characteristic of the surface roughness that would result when using a photomask with the current exposure image. These parameters have the advantage of being compatible with the practical idea of the optimization process. The method according to the invention has a wide range of uses. It can be used for various lithographic processes, in particular 1-step, multi-step or multi-wave lithography, without restriction to certain structures, taking into account the specific process conditions. The mask generated according to the invention can be used for structuring, in particular, semiconductor (in particular silicon) or plastic surfaces in accordance with a procedure of photo, UV, electron beam or X-ray lithography.
Unter Generation einer zweidimensionalen Photomaske wird hier in erster Linie die Bereitstellung einer binären Verteilung von lichtdurchlässigen Maskenelementen und lichtundurchlässigen Bereichen, z. B. in Form einer Auflistung, Matrix, Funktionsdarstellung o. dgl. verstanden, die als Maske oder Maskenmuster bei Belichtung eines Targets das gewünschte Belichtungsbild ergeben würde. Im weiteren Sinne wird unter der Generation einer Photomaske allerdings auch ein Strukturierungs- verfahren zur materiellen Herstellung der Photomaske verstanden, bei dem die genannte Verteilung bspw. in eine Schicht auf einem Träger oder in eine freitragende Schicht aufgeprägt oder aufgebracht wird. Strukturierungsverfahren zur Maskenherstellung sind an sich bekannt und werden daher hier im einzelnen nicht erläutert.Generation of a two-dimensional photomask is primarily the provision of a binary distribution of translucent mask elements and opaque areas, e.g. B. understood in the form of a listing, matrix, functional representation or the like, which would result in the desired exposure image as a mask or mask pattern when a target is exposed. In the broader sense, however, the generation of a photomask is also understood to mean a structuring process for the material production of the photomask, in which the said distribution is, for example, embossed or applied in a layer on a support or in a self-supporting layer. Structuring methods for mask production are known per se and are therefore not explained in detail here.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Photomaske für die Grautonlithographie, die entsprechend dem gewünschten Belichtungsbild Maskenelemente aufweist, die lichtdurchlässige Bereiche bilden. Der Kantenverlauf und/oder die Anordnung der lichtdurchlässigen Bereiche ist so gebildet, dass an den Kanten von lichtdurchlässigen Bereichen Stufen gebildet sind und/oder zwischen Kanten verschiedener lichtdurchlässiger Be- reiche senkrechte Abstände gegeben sind, die kleiner als eine minimale Kantenlänge der Maskenelemente sind. Gemäß einem wichtigen Merkmal können sich bei einer erfindungsgemäßen Photomaske jeweils zwei benachbarte Maskenelemente auch so berühren, dass sie lediglich einen gemeinsamen Eckpunkt besitzen. Die erfindungsgemäße Photomaske besitzt den Vorteil einer im Vergleich zu herkömmlichen Photomasken erheblich erweiterten Variabilität der Anordnung der Maskenelemente. Die Granulari- sierung der Belichtungsbilder ist vermindert.The invention also relates to a photomask for gray-tone lithography which, in accordance with the desired exposure image, has mask elements which form translucent regions. The edge course and / or the arrangement of the translucent areas is formed such that steps are formed on the edges of translucent areas and / or between edges of different translucent areas there are rich vertical distances that are smaller than a minimum edge length of the mask elements. According to an important feature, in a photomask according to the invention two adjacent mask elements can touch each other in such a way that they only have one common corner point. The photomask according to the invention has the advantage of a variability in the arrangement of the mask elements which is considerably expanded compared to conventional photomasks. The granularization of the exposure images is reduced.
Die Maskenelemente sind entsprechend einem Gitter mit vorbestimmten Gitterdimensionen angeordnet, die gleich vorbestimmten minimalen Längen sind, die dem lateralen Auflösungsvermögen des zur Herstellung der Photomaske verwendeten Strukturierungsverfahrens entsprechen. Die Maskenelemente werden vorzugsweise mit einem Strukturierungsverfahren unter Verwendung des erfindungsgemäßen Generationsverfahrens erzeugt. Die Maskenelemente bilden einen statistisch unregelmäßigen Kantenverlauf der lichtdurchlässigen Elemente. Die erfindungsgemäße Photomaske wird durch einen Träger, insbesondere eine dünne Glas- oder Quarzscheibe, auf dem die lichtundurchlässige Maskierungsschicht angeordnet ist, oder durch die lichtundurchlässige Maskierungsschicht selbst gebildet.The mask elements are arranged in accordance with a grid with predetermined grid dimensions which are equal to predetermined minimum lengths which correspond to the lateral resolution of the structuring method used to produce the photomask. The mask elements are preferably produced using a structuring method using the generation method according to the invention. The mask elements form a statistically irregular edge profile of the translucent elements. The photomask according to the invention is formed by a carrier, in particular a thin glass or quartz pane, on which the opaque masking layer is arranged, or by the opaque masking layer itself.
Die Erfindung besitzt die folgenden weiteren Vorteile. Es wird ein sogenanntes "free-floating" der Maskenelemente realisiert. Dies bedeutet, dass Maskenelemente frei von einem festen Platzierungsraster auf der Maske angeordnet werden können. Dies ist eine Voraussetzung, damit rechteckige, runde und auch unregelmäßige Oberflächengeometrien gleichermaßen gut approximiert werden können. Selbst komplexe Oberflächenstrukturen wie mikrostrukturierte Fresnel-Linsen können mit einer erfindungsgemäßen Photomaske bei einer kleinsten Kantenlänge der Masken- elemente von rd. 0.7 μm mit einer Oberflächenapproximation von unter 2 % Abweichung und einer Oberflächenrauhigkeit von unter 2 % an den jeweiligen Messstellen hergestellt werden. Bei einer Strukturhöhe von z. B. 16 μm entspricht dies einer Approximationsgenauigkeit von weniger als 320 nm, was in der Regel unterhalb der verwendeten Lichtwellenlänge liegt.The invention has the following further advantages. A so-called "free-floating" of the mask elements is realized. This means that mask elements can be arranged on the mask without a fixed placement grid. This is a prerequisite so that rectangular, round and irregular surface geometries can be approximated equally well. Even complex surface structures such as microstructured Fresnel lenses can be used with a photomask according to the invention with the smallest edge length of the mask elements of approx. 0.7 μm with a surface approximation of less than 2% deviation and a surface roughness of less than 2% at the respective measuring points. With a structure height of z. B. 16 μm, this corresponds to an approximation accuracy of less than 320 nm, which is usually below the light wavelength used.
Speziell das Problem der Photomaskenoptimierung unter konsequenter Berücksichtigung der produktionsbedingten und physikalischen Randbedingungen (Constraints) wird gelöst. Dies ist von Vorteil, wenn herkömmliche, in der Masken- und Chipfertigung eingesetzte Verfahren ohne Umstellung entsprechend für die Erzeugung dreidimensionaler Chipoberflächen genutzt werden sollen.In particular, the problem of photo mask optimization with consistent consideration of the production-related and physical boundary conditions (constraints) is solved. This is advantageous if conventional methods used in mask and chip production are to be used accordingly for the production of three-dimensional chip surfaces without conversion.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit an sich bekannten Lithographieverfahren, z. B. zur Chipproduktion kompatibel, die massenproduktionstauglich sind, durch jahrelangen Einsatz gut beherrscht werden und kostengünstig arbeiten. Die Erfindung ermöglicht die kostengünstigste Fertigung dreidimensionaler Chipoberflächen, die zudem durch die Anzahl der eingesetzten Masken (Layer) in der Qualität, in den Kosten und in der erforderlichen Berechnungszeit einfach an die konkreten Nutzeranforderungen angepasst werden können. Zur Produktion von SD- mikrostrukturierten Chipoberflächen ist prinzipiell keine Änderung am Produktionsprozess erforderlich, da die 3D- Mikrostrukturierung allein durch die Elementanordnung der Photomaske (n) bestimmt wird. Es fallen somit auch keine Umrüstkosten an.The method according to the invention is known using lithography methods, for. B. compatible with chip production, which are suitable for mass production, are well mastered by years of use and work inexpensively. The invention enables the most cost-effective production of three-dimensional chip surfaces, which can also be easily adapted to the specific user requirements in terms of quality, costs and the required calculation time by the number of masks (layers) used. In principle, no change in the production process is required for the production of SD microstructured chip surfaces, since the 3D microstructuring is determined solely by the element arrangement of the photomask (s). There are therefore no changeover costs.
Das Verfahren ist zur simultanen abgestimmten Optimierung mehrerer Layer zur Approximation einer Oberfläche geeignet. Auch wenn es gilt, die gewünschte Qualität mit möglichst wenigen Masken (Ziel: 1-Schritt-Lithographie) zu erreichen, so ist es dennoch möglich, beliebig viele Layer parallel zu optimieren, mit deren Applikation eine entsprechend höhere Oberflächengüte erzielt werden kann. Dabei ist die gewünschte Anzahl der Masken theoretisch unbeschränkt. Die Erfüllung der Prozessbedingungen wird bei der Generation von mehreren Masken vereinfacht.The method is suitable for the simultaneous, coordinated optimization of several layers to approximate a surface. Even if it is important to achieve the desired quality with as few as possible To achieve masks (goal: 1-step lithography), it is still possible to optimize any number of layers in parallel, with the application of which a correspondingly higher surface quality can be achieved. The desired number of masks is theoretically unlimited. The process conditions are simplified when several masks are generated.
Die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt nur relativ wenig Speicherplatz. Der Speicherplatz, der für die Daten zur Generation der Maske benötigt wird, spielt nur insofern eine Rolle, dass er im Rahmen dessen liegen muss, was von den Maschinen einzulesen ist.The implementation of the method according to the invention requires only relatively little storage space. The storage space required for the data for the generation of the mask only plays a role insofar as it must be within the scope of what can be read in by the machines.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die jeweils ermittelte Verteilung von Maskenelementen zur Herstellung einer Photomaske in deren Eigenschaften und bei Anwendung der Photomaske in die physikalischen Eigenschaften der Festkörperoberflächen umgesetzt wird, die strukturiert werden sollen. Mit einer erfindungsgemäß hergestellten Photomaske wird in einer Vorrichtung zur Belichtung eines Targets (z. B. Wafer) die parallele Bestrahlung so gesteuert, dass die Bestrahlungswellen die gewünschte Dosisverteilung (z. B. Grautonverteilung) auf dem Target erzeugen. Bei der erfindungsgemäßen kombinatorischen Optimierung der Verteilung von Maskenelementen werden technische Parameter der konkreten Aufgabenstellung, insbesondere anlagenbedingte Beschränkungen und physikalische Vorgaben berücksichtigt.The method according to the invention is characterized in particular by the fact that the respectively determined distribution of mask elements for producing a photomask is converted into their properties and, when the photomask is used, into the physical properties of the solid surfaces that are to be structured. With a photomask produced according to the invention, the parallel irradiation is controlled in a device for exposing a target (e.g. wafer) in such a way that the irradiation waves produce the desired dose distribution (e.g. gray tone distribution) on the target. In the combinatorial optimization of the distribution of mask elements according to the invention, technical parameters of the specific task, in particular system-related restrictions and physical specifications, are taken into account.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung von Teilen einer Vorrichtung zur Targetbelichtung,Further details and advantages of the invention will become apparent from the description of the accompanying drawings. Show it: FIG. 1 shows a schematic illustration of parts of a device for target exposure,
Figur 2 eine Illustration der am Verbund aus Substrat und Resist auftretenden Streuvorgänge,FIG. 2 shows an illustration of the scattering processes occurring on the composite of substrate and resist,
Figuren 3 - 7 Flussdiagramme zur Illustration von Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens,FIGS. 3 to 7 flow diagrams to illustrate details of the method according to the invention,
Figuren 8, 9 Illustrationen von Eigenschaften erfindungsgemäß hergestellter Photomasken, undFigures 8, 9 illustrations of properties of photomasks produced according to the invention, and
Figuren 10, 11 Illustrationen zu herkömmlichen Optimierungsverfahren (Stand der Technik) .Figures 10, 11 illustrations of conventional optimization methods (prior art).
Die Erfindung wird im folgenden ohne Beschränkung unter Bezug auf die Generation einer einzelnen Photomaske für eine einmalige Belichtung eines Targets (z. B. Wafer) bei der 1-Schritt- Lithographie beschrieben. Eine Implementierung für die Mehrschritt-Technologie oder die parallele Generation mehrerer, für die Herstellung einer Struktur vorgesehener Photomasken ist in analoger Weise möglich.The invention is described below without limitation with reference to the generation of a single photomask for a single exposure of a target (eg wafer) in 1-step lithography. An implementation for the multi-step technology or the parallel generation of several photomasks intended for the production of a structure is possible in an analogous manner.
1. Grundlagen und Begriffe1. Basics and terms
1.1 Beschreibung einer Photomaske1.1 Description of a photomask
Das erfindungsgemäße Verfahren enthält die Lösung eines kombinatorischen Optimierungsproblems. Die Frage ist zu beantworten, wie auf einer Photomaske rechteckige, lichtdurchlässige Maskenelemente (Löcher) als lichtdurchlässige Bereiche verschiedener Formen und/oder verschiedener Größen anzuordnen sind, so dass nach einer Belichtung auf einer Target- Oberfläche durch diese Photomaske eine gewünschte Grautonverteilung erzielt wird. Die Tatsache, dass überhaupt unterschiedliche Grautöne erzeugt werden, resultiert aus der Beugung der senkrecht und homogen auf die Photomaske gesandten vorzugsweise parallelen Lichtwellen an den Kanten zwischen Loch und Nicht-Loch der Maske, sowie den auftretenden Streuprozessen. Die auf dem Target erzeugte Lichtintensität ist von der Maskenelementgröße abhängig, sie nimmt in der Umgebung der Abbildung des Maskenelements mit zunehmender Entfernung zum Mittelpunkt der Abbildung ab.The method according to the invention contains the solution to a combinatorial optimization problem. The question to be answered is how to arrange rectangular, translucent mask elements (holes) on a photomask as translucent areas of different shapes and / or different sizes, so that after exposure on a target A desired gray tone distribution is achieved through the surface of this photomask. The fact that different shades of gray are generated at all results from the diffraction of the preferably parallel light waves, which are sent perpendicularly and homogeneously onto the photomask, at the edges between the hole and the non-hole of the mask, and the scattering processes that occur. The light intensity generated on the target depends on the mask element size, it decreases in the vicinity of the image of the mask element with increasing distance from the center of the image.
Die Oberfläche eines Substratmaterials, z. B. die Oberfläche eines Siliziumchips soll mit einer bestimmten dreidimensionalen Struktur versehen werden. Zu jedem Punkt (Ortskoordinaten x, y) der in einer Ebene aufgespannten Oberfläche existiert eine Höhenkoordinate h(x,y), die der Höhe der gewünschten Struktur über der Ebene entspricht. Die Höhenausdehnung der Struktur erstreckt sich z. B. über 16 μm. Für eine gerade Rampe beispielsweise ist h(x) eine lineare und h(y) eine konstante Funktion.The surface of a substrate material, e.g. B. the surface of a silicon chip should be provided with a certain three-dimensional structure. For each point (location coordinates x, y) of the surface spanned in a plane there is a height coordinate h (x, y) which corresponds to the height of the desired structure above the plane. The height of the structure extends z. B. over 16 microns. For example, for a straight ramp, h (x) is a linear and h (y) is a constant function.
Zur photolithographischen Strukturierung der Oberfläche muss der Resist auf der Chipoberfläche entsprechend mit einem Grauton-Belichtungsbild belichtet werden, dessen Dosis- oder Grauwertverteilung oder Grauwertfunktion gerade der (normierten) Verteilung der Höhenkoordinaten entspricht. Da die Grauwertverteilung nicht genau in die Höhenkoordinaten umsetzbar ist, sondern auch die Eigenarten des Anwendersystems (insbesondere der konkret realisierten Prozessparameter und des verwendeten Photolacks) sich auf die erzielte Höhenkoordinatenverteilung auswirken, ist zusätzlich eine Korrekturfunktion zu berücksichtigen. Die Korrekturfunktion gibt an, wie die theoretische Dosis-Höhen-Beziehung an einer Koordinate ggf. zu korrigieren ist, um die gewünschte Strukturhöhe zu erzielen. Die Grauwertfunktion, ggf. mit der Korrekturfunktion, bilden eine Oberflächenfunktion f(x,y), die einen Ausgangspunkt des Verfahrens darstellt. Die Oberflächenfunktion wird beispielsweise analytisch oder als Wertetabelle vorgegeben.For the photolithographic structuring of the surface, the resist on the chip surface must be exposed accordingly with a gray tone exposure image, the dose or gray value distribution or gray value function of which corresponds exactly to the (standardized) distribution of the height coordinates. Since the gray value distribution cannot be implemented exactly in the height coordinates, but also the peculiarities of the user system (in particular the specifically implemented process parameters and the photoresist used) affect the achieved height coordinate distribution, a correction function must also be taken into account. The correction function specifies how to correct the theoretical dose-height relationship at a coordinate, if necessary is to achieve the desired structure height. The gray value function, possibly with the correction function, form a surface function f (x, y), which represents a starting point of the method. The surface function is specified, for example, analytically or as a table of values.
Gegeben sind die gewünschte Oberflächenfunktion f (x,y) und die Menge M = {mx, m2, ..., mn}, n e N aller möglichen Maskenelemente. Gesucht ist die theoretische Menge * (M* c: M) von Maskenelementen, deren Anordnung und Geometrie den Prozessbedingungen genügen müssen und die die beste Approximation g*(x,y) = ∑m.eM* G±(x,y) an f(x,y) liefert, wobei Gi(x, y) den Grauwert repräsentiert, den das Maskenelement πii an der Stelle (x, y) erzeugt. Da die Berechnung der zu verwendenden Maskenelemente für eine optimale Approximation über die Funktion g*(x,y) wegen der zur berücksichtigenden Prozessbedingungen analytisch nicht möglich ist, wird erfindungsgemäß eine Approximation von g(x,y) = ∑m±eMι G±(x,y) an f(x,y) geliefert, wobei auch die praktisch gesuchte Menge M' M ist. Die Werte Gi(x,y) sind mit den Gesetzmäßigkeiten der Wellenoptik berechenbar.The desired surface function f (x, y) and the set M = {m x , m 2 , ..., m n }, ne N of all possible mask elements are given. We are looking for the theoretical set * (M * c: M) of mask elements, the arrangement and geometry of which must meet the process conditions and the best approximation g * (x, y) = ∑ m . eM * G ± (x, y) returns f (x, y), where Gi (x, y) represents the gray value that the mask element πii generates at the point (x, y). Since the calculation of the mask elements to be used for an optimal approximation via the function g * (x, y) is not analytically possible because of the process conditions to be taken into account, an approximation of g (x, y) = ∑ m ± eM ι G ± is made according to the invention (x, y) is delivered to f (x, y), whereby the practically searched set is M 'M. The values Gi (x, y) can be calculated using the laws of wave optics.
Die Menge M' ist eine kombinatorische Anordnung von Maskenelementen an bestimmten Positionen, die die lichtdurchlässigen Bereiche jeweils mit einer bestimmten Form und Größe bilden. Sowohl die während des Verfahrens als Zwischenzustände ermittelten Mengen von Maskenelementen als auch die gesuchte Menge M' sind als binäre Funktion mit den Werten 0 oder 1 an den einzelnen Pixeln (Primärelemente, kleinste Einheiten) darstellbar, wobei die Primärelemente mit dem Wert 1 die lichtdurchlässigen Maskenelemente umfassen. Allgemein wird die Photomaske durch die Maskengrößen in x- und y-Richtung (X [mm] , Y [mm] ) , die minimale Kantenlänge der Maskenelemente (a [μm] ) , den verwendeten Messpunkteabstand (g [μm] ) , die Menge der Prozessbedingungen (C) , und die Menge M der Maskenelemente e bestimmt. Des weiteren können eine Abhängigkeit von Varianten F, wie z. B. die Einbeziehung eines Rahmens, die Ausnutzung einer Punktsymmetrie oder die Generierung von Überhängen, und eine Unterteilung der Maskenfläche in Sx und Sy Sektoren in x- oder y-Richtung vorgesehen sein.The set M 'is a combinatorial arrangement of mask elements at specific positions, which each form the translucent areas with a specific shape and size. Both the quantities of mask elements determined as intermediate states during the method and the sought quantity M 'can be represented as a binary function with the values 0 or 1 on the individual pixels (primary elements, smallest units), the primary elements with the value 1 being the translucent mask elements include. In general, the photomask is determined by the mask sizes in the x and y direction (X [mm], Y [mm]), the minimum edge length of the mask elements (a [μm]), the measuring point distance used (g [μm]), and the amount the process conditions (C), and the amount M of the mask elements e is determined. Furthermore, a dependency on variants F, such as. B. the inclusion of a frame, the use of a point symmetry or the generation of overhangs, and a subdivision of the mask area into S x and S y sectors in the x or y direction can be provided.
Je nach dem lateralen Auflösungsvermögen des zur Herstellung der Photomaske verwendeten Strukturierungsverfahrens werden die Maskenelemente entsprechend einem Gitter angeordnet. Die kleinste Gittereinheit oder Positionierungseinheit beträgt beispielsweise 0.1 μm. Die minimale Kantenlänge beträgt beispielsweise a = 0.6 μm oder a = 0.7 μm. Die maximale Anzahl der möglichen Maskenelemente imax ergibt sich entsprechend aus der Maskengröße und der minimalen Kantenlänge. Für die Optimierung von einem mm2 Maskenfläche werden allein zur Darstellung des Zustands der Photomaske rund 220 MB benötigt. Bei Verringerung der minimalen Kantenlänge kann sich eine Erhöhung des Speicherbedarfs auf über 500 MB ergeben.Depending on the lateral resolving power of the structuring method used to produce the photomask, the mask elements are arranged according to a grid. The smallest grating unit or positioning unit is 0.1 μm, for example. The minimum edge length is, for example, a = 0.6 μm or a = 0.7 μm. The maximum number of possible mask elements i max results accordingly from the mask size and the minimum edge length. For the optimization of a mm 2 mask area only around 220 MB are required to show the state of the photomask. If the minimum edge length is reduced, the memory requirement can increase to over 500 MB.
1.2 Prozessbedingungen1.2 Process conditions
Bei der Herstellung der Photomaske müssen Prozessbedingungen eingehalten werden. Die Prozessbedingungen lauten insbesondere:Process conditions must be observed when manufacturing the photomask. The process conditions are in particular:
1. Die Länge jeder Kante eines lichtdurchlässigen Bereiches, der gegebenenfalls aus mehreren Maskenelementen besteht, ist größer oder gleich der Minimallänge eines Maskenelements. 2. Parallele Kanten eines lichtdurchlässigen Bereiches müssen einen senkrechten Abstand besitzen, der größer oder gleich der minimalen Kantenlänge eines Maskenelements ist.1. The length of each edge of a translucent area, which may consist of several mask elements, is greater than or equal to the minimum length of a mask element. 2. Parallel edges of a translucent area must have a vertical distance that is greater than or equal to the minimum edge length of a mask element.
3. Parallele Kanten verschiedener lichtdurchlässiger Bereiche müssen einen senkrechten Abstand besitzen, der größer als ein vorbestimmter Mindestabstand ist (der Mindestabstand beträgt beispielsweise 0.6 μm) .3. Parallel edges of different translucent areas must have a vertical distance that is greater than a predetermined minimum distance (the minimum distance is, for example, 0.6 μm).
4. Lichtdurchlässige Bereiche dürfen sich in einem Punkt berühren, wenn dieser ein Eckpunkt ist.4. Translucent areas may touch at a point if this is a corner point.
5. Der Rand der Maskenfläche ist als Kante eines lichtdurchlässigen Bereiches zu betrachten.5. The edge of the mask surface is to be regarded as the edge of a translucent area.
6. Lichtdurchlässige Bereiche dürfen sich nicht überschneiden.6. Translucent areas must not overlap.
7. Alle Kanten von lichtdurchlässigen Bereichen dürfen nur auf einem Gitter mit einem Rastermaß s platziert werden.7. All edges of translucent areas may only be placed on a grid with a grid dimension s.
8. Jeder lichtdurchlässige Bereich darf auf jeder seiner Kanten einen Randstreifen beliebiger Länge und Breite entsprechend dem Rastermaß s aufsetzen.8. Each translucent area may put an edge strip of any length and width according to the grid dimension s on each of its edges.
Die im Verfahrensverlauf jeweils zu überprüfenden Prozessbedingungen richten sich nach dem aktuell angewendeten Operator. Es ist in der Regel bereits durch die Auswahl eines bestimmten Operators nicht mehr notwendig, jeweils alle Prozessbedingungen zu überprüfen. Die Überprüfung erfolgt vorzugsweise hierarchisch, wobei zuerst eine Gruppe sogenannter inhärenter Prozessbedingungen, anschließend eine Gruppe sogenannter vorgezogener Prozessbedingungen und schließlich eine Gruppe sogenannter M-Bedingungen geprüft wird.The process conditions to be checked in the course of the process depend on the operator currently being used. As a rule, it is no longer necessary to check all process conditions by selecting a particular operator. The check is preferably carried out hierarchically, with a group of so-called inherent process conditions being checked first, then a group of so-called advanced process conditions and finally a group of so-called M conditions.
Die erste Gruppe wird allein durch die oben genannte Prozessbedingung 7. gebildet. Die Überprüfung dieser Prozessbedingung muss praktisch nicht ausgeführt werden, da sie inhärent im Verfahrensablauf durch die Definition der Koordinaten der Maskenelemente sichergestellt ist.The first group is formed solely by the process condition 7 mentioned above. The checking of this process condition practically does not have to be carried out, since it is inherent in the Process flow is ensured by defining the coordinates of the mask elements.
Die zweite Gruppe wird durch die Prozessbedingungen 1. (minimale Kantenlänge) 2. (Abstand paralleler Kanten eines Elements) und 5. (Rand der Maskenfläche) gebildet. Diese Prozessbedingungen werden bereits vor der eigentlichen Überprüfung getestet. Die Prozessbedingungen 1. und 2. werden durch die Operatoren CREATE, RESIZE und SPLIT (siehe unten) sichergestellt. Die Beachtung des Randes muss bei der Anwendung der Operatoren CREATE, MOVE und RESIZE überprüft werden.The second group is formed by the process conditions 1. (minimum edge length) 2. (distance of parallel edges of an element) and 5. (edge of the mask surface). These process conditions are tested before the actual check. Process conditions 1. and 2. are ensured by the operators CREATE, RESIZE and SPLIT (see below). The margin must be checked when using the CREATE, MOVE and RESIZE operators.
In der dritten Gruppe der sogenannten M-Prozessbedingungen befinden sich die übrigen Prozessbedingungen 3. (Abstand paralleler Kanten verschiedener Bereiche), 4. (Punktkontakt) , 6. (Überlagerung) und 8. (Randstreifen). Diese Prozessbedingungen werden anhand des Maskenmusters M überprüft, das durch den aktuell angewendeten Operator erzielt wird.In the third group of the so-called M process conditions are the other process conditions 3rd (distance of parallel edges of different areas), 4th (point contact), 6th (overlay) and 8th (edge strips). These process conditions are checked on the basis of the mask pattern M, which is achieved by the currently used operator.
Die vierte Prozessbedingung (Punktkontakt) stellt ein wesentliches Merkmal erfindungsgemäßer Photomasken dar. Maskenelemente können sich in gemeinsamen Eckpunkten berühren. Dadurch wird die Variabilität der Grautonerzeugung erheblich erweitert. Die Form einzelner Maskenelemente kann beispielsweise viereckig oder dreieckig sein.The fourth process condition (point contact) represents an essential feature of photomasks according to the invention. Mask elements can touch at common corner points. This significantly increases the variability of gray tone generation. The shape of individual mask elements can, for example, be square or triangular.
2. Evolutionäres Auswahlverfahren2. Evolutionary selection process
Die Ermittlung der gesuchten Menge ' erfolgt erfindungsgemäß mit einem evolutionären Auswahlverfahren, das schematisch in Figur 3 illustriert ist und vorzugsweise eine Initialisie- rungs-Phase 100, eine Ambitions-Phase 200, eine Optimierungsphase 300 und eine Speicher- und/oder Anzeige-Phase 400 um- fasst. Es wird unterstrichen, dass das evolutionäre Auswahlverfahren erfindungsgemäß ausschließlich mit der Optimierungsphase 300 ohne die Phasen 100 und 200 umgesetzt werden kann. Die aufeinanderfolgende Durchführung aller drei Phasen 100 bis 300 wird jedoch in Betracht eines effektiven Verfahrensablaufs bevorzugt. Die Phasen 100 bis 300 sind mit weiteren Einzelheiten in den Figuren 4 bis 6 illustriert. Die Speicher- und/oder Anzeige-Phase 400 umfasst eine Speicherung und/oder Anzeige der erfindungsgemäß ermittelten Maskenelemente vor der eigentlichen Herstellung der binär strukturierten Photomaske.According to the invention, the quantity sought is determined using an evolutionary selection method, which is illustrated schematically in FIG. 3, and preferably an initialization phase 100, an ambition phase 200, an optimization phase 300 and a storage and / or display phase 400 around- summarizes. It is underlined that the evolutionary selection process according to the invention can only be implemented with the optimization phase 300 without phases 100 and 200. However, the successive execution of all three phases 100 to 300 is preferred in view of an effective process flow. The phases 100 to 300 are illustrated with further details in FIGS. 4 to 6. The storage and / or display phase 400 includes storage and / or display of the mask elements determined according to the invention prior to the actual production of the binary structured photomask.
2.1 Operatoren2.1 operators
Beim erfindungsgemäßen evolutionären Auswahlverfahren werden einzelne oder mehrere Operatoren verwendet, die aus der im folgenden erläuterten Gruppe der Operatoren CREATE, ERASE, RESIZE, MOVE, SPLIT und UNDO ausgewählt sind. Welche Operatoren ausgewählt werden, hängt einerseits von Phase der Optimierung und andererseits von statistischen Auswahlprinzipien ab.In the evolutionary selection method according to the invention, one or more operators are used, which are selected from the group of operators CREATE, ERASE, RESIZE, MOVE, SPLIT and UNDO explained below. Which operators are selected depends on the one hand on the optimization phase and on the other hand on statistical selection principles.
Allgemein ist ein Operator eine Rechenoperation oder -Vorschrift. Mit einem Operator wird eine Verteilung von Maskenelementen (Maskenmuster) zum Zeitpunkt t in ein neues Maskenmuster zum Zeitpunkt t+1 überführt, wobei beide Maskenmuster den geltenden Prozessbedingungen genügen müssen. Die Überführung wird auch als Mutation bezeichnet.Generally, an operator is an arithmetic operation or rule. An operator transfers a distribution of mask elements (mask pattern) at time t into a new mask pattern at time t + 1, both mask patterns having to meet the applicable process conditions. The transfer is also known as a mutation.
Der Operator CREATE erzeugt ein rechteckiges Maskenelement mit seinen Koordinateneckpunkten. Die Maßeinheit beträgt dabei entsprechend dem minimalen Platzierungsraster s z. B. 0.1 μm. Die Auswahl der Koordinaten eines zu erzeugenden Maskenelements kann, gegebenenfalls unter inhärenter Berücksichtigung der Prozessbedingungen, unter Verwendung eines Zufallsgenerators erfolgen.The CREATE operator creates a rectangular mask element with its coordinate vertices. The unit of measurement is, according to the minimum placement grid s z. B. 0.1 μm. The selection of the coordinates of a mask element to be generated can, if necessary, with inherent consideration the process conditions, using a random number generator.
Der Operator ERASE entfernt zum Zeitpunkt t ein Maskenelement e, wobei auch nach Anwendung dieses Operators die Prozessbedingungen zu überprüfen sind.The operator ERASE removes a mask element e at time t, the process conditions also having to be checked after using this operator.
Der RESIZE-Operator dient der Vergrößerung oder Verkleinerung eines aus mehreren Maskenelementen bestehenden lichtdurchlässigen Bereiches. Der RESIZE-Operator hat die Möglichkeit, eine oder mehrere der Kanten des lichtdurchlässigen Bereiches in positiver oder negativer Richtung um ganzzahliges Vielfaches der minimalen Kantenlänge eines Maskenelements zu verschieben.The RESIZE operator is used to enlarge or reduce a translucent area consisting of several mask elements. The RESIZE operator has the option of shifting one or more of the edges of the translucent area in positive or negative direction by an integral multiple of the minimum edge length of a mask element.
Wenn ein Maskenelement oder ein lichtdurchlässiger Bereich aus mehreren Maskenelementen in seiner Größe unverändert bleiben und an einem anderen Ort platziert werden soll, so wird der MOVE-Operator angewendet. Der MOVE-Operator umfasst zwei Teilschritte, die entsprechend mit dem CREATE-Operator und dem ERASE-Operator beschrieben werden können.If a mask element or a translucent area consisting of several mask elements remains unchanged in size and is to be placed at a different location, the MOVE operator is used. The MOVE operator comprises two substeps, which can be described accordingly with the CREATE operator and the ERASE operator.
Eine weitere Mutation, die zwar keine strukturelle Veränderung der aktuellen Maskenelementverteilung bedeutet, diese aber im weiteren Verlauf der evolutionären Auswahl ermöglicht, ist das Aufteilen von lichtdurchlässigen Bereichen mit dem SPLIT- Operator. Ein lichtdurchlässiger Bereich wird in seiner Größe oder Lage nicht verändert. Es erfolgt lediglich eine Aufteilung in mindestens zwei Teilbereiche. Der SPLIT-Operator eröffnet vorteilhafterweise neue Freiheitsgrade bei der weiteren Optimierung der Photomaske.Another mutation, which does not mean a structural change in the current mask element distribution, but which enables this in the further course of the evolutionary selection, is the division of translucent areas with the SPLIT operator. A translucent area is not changed in size or location. There is only a division into at least two sub-areas. The SPLIT operator advantageously opens up new degrees of freedom in the further optimization of the photomask.
Mit dem UNDO-Operator werden zuvor durchgeführte Operationen rückgängig gemacht. Dies ist insbesondere dann vorgesehen, wenn ein nach einer Operation erhaltenes Maskenmuster gegen eine Prozessbedingung verstößt oder die durch die vorangegangene Operation erzielte Approximationsgüte außerhalb des Fortschrittintervalls (siehe Optimierungs-Phase) liegt. Der UNDO- Operator entspricht der Anwendung der inversen Operation nach der jeweils vorangegangenen Operation.The UNDO operator cancels previously performed operations. This is particularly provided if a mask pattern obtained after an operation violates a process condition or the approximation quality achieved by the previous operation lies outside the progress interval (see optimization phase). The UNDO operator corresponds to the application of the inverse operation after the previous operation.
2.2 Initialisierungs-Phase 1002.2 Initialization phase 100
In der Initialisierungs-Phase 100 wird nicht-deterministisch eine Ausgangsverteilung von Elementen auf der Photomaske erzeugt, welche in den nachfolgenden Phasen optimiert wird. Während der Initialisierungsphase kommen lediglich die Operatoren CREATE und UNDO unter Berücksichtigung der Prozessbedingungen zum Einsatz. Der Operator CREATE erzeugt ein rechteckiges Primärelement mit vorbestimmten Koordinateneckpunkten. Mit dem Operator CREATE wird somit für eine bestimmte Position der Wert 1 in die Darstellung der aktuellen Maskenelementverteilung geschrieben. Mit dem Operator UNDO wird CREATE rückgängig gemacht und entsprechend ein Primärelement vernichtet, d. h. ein Wert 1 wird in einen Wert 0 umgewandelt.In the initialization phase 100, an output distribution of elements on the photomask is generated non-deterministically, which is optimized in the subsequent phases. During the initialization phase, only the CREATE and UNDO operators are used, taking the process conditions into account. The CREATE operator creates a rectangular primary element with predetermined coordinate vertices. The CREATE operator thus writes the value 1 for a specific position in the representation of the current mask element distribution. With the UNDO operator, CREATE is undone and a primary element is destroyed accordingly. H. a value of 1 is converted to a value of 0.
Die Initialisierungsphase 100 umfasst gemäß Figur 4 zunächst einen Schritt 101, bei dem eine Startverteilung von Primärelementen aufgebracht wird. Die Startverteilung umfasst beispielsweise eine homogene Verteilung von lichtdurchlässigen Masken- oder Primärelementen (z. B. auf 50% der Maskenfläche). Es ist mindestens ein Primärelement als Startverteilung vorgesehen. Die Startverteilung kann auch in Abhängigkeit von vorbestimmten Informationen über die voraussichtlich optimale Maskenelementverteilung gewählt werden, beispielsweise wenn die gewünschte 3-dimensionale Struktur bestimmte vorbekannte Teilstrukturen (z. B. Kugelflächen) enthält. Anschließend wird bei Schritt 102 mit dem CREATE-Operator ein weiteres Primärelement mit statistisch gewählten Koordinaten aufgebracht. Die Prozessbedingungen (Constraints) werden im Rahmen des Schrittes 102 durch Zulassung nur solcher neuer Elemente erfüllt, die den Prozessbedingungen entsprechen. Andernfalls kann auch ein gesonderter Testschritt vorgesehen sein.According to FIG. 4, the initialization phase 100 initially comprises a step 101 in which a start distribution of primary elements is applied. The start distribution includes, for example, a homogeneous distribution of translucent mask or primary elements (e.g. on 50% of the mask area). At least one primary element is provided as a start distribution. The start distribution can also be selected as a function of predetermined information about the presumably optimal mask element distribution, for example if the desired 3-dimensional structure contains certain previously known partial structures (e.g. spherical surfaces). Then will at step 102, another primary element with statistically selected coordinates is applied with the CREATE operator. The process conditions (constraints) are met in step 102 by admitting only those new elements that correspond to the process conditions. Otherwise, a separate test step can also be provided.
Die Konformität der aktuellen Verteilung von Maskenelementen mit den Prozessbedingungen wird anhand der Koordinaten der Maskenelemente oder durch eine simulierte Abbildung des aktuellen Maskenzustandes geprüft. Die Verwendung einer unabhängigen Abbildung zur Prüfung der Prozessbedingungen wird bevorzugt, da die Abbildung vorteilhafterweise eine direkte Information über das aktuelle Maskenlayout liefert.The conformity of the current distribution of mask elements with the process conditions is checked using the coordinates of the mask elements or by simulating the current mask state. The use of an independent mapping for checking the process conditions is preferred, since the mapping advantageously provides direct information about the current mask layout.
Bei Schritt 103 wird geprüft, ob und ggf. wie stark sich die Approximation (Anpassung der Approximationsfunktion g an die Oberflächenfunktion f) verbessert hat oder nicht. Falls eine Verbesserung erhalten wurde, wird Schritt 101 mit einem weiteren Primärelement erneut durchgeführt. Andernfalls wird das gerade erzeugte Primärelement bei Schritt 104 wieder gelöscht. Jedes Löschen 104 stellt einen Fehlversuch dar. Die Zahl der aufeinanderfolgend erhaltenen Fehlversuche wird bei Schritt 105 gezählt. Mit ihr berechnet sich die Wahrscheinlichkeit, dass sich bei Hinzufügung eines weiteren Elements die Approximation verbessert.In step 103 it is checked whether and if so to what extent the approximation (adaptation of the approximation function g to the surface function f) has improved or not. If an improvement has been obtained, step 101 is carried out again with a further primary element. Otherwise, the primary element just created is deleted again in step 104. Each deletion 104 represents a failed attempt. The number of successive failed attempts is counted in step 105. It is used to calculate the probability that the approximation will improve when a further element is added.
Die Initialisierungsphase 100 wird nach Schritt 106 in Abhängigkeit vom Test eines Abbruchkriteriums beendet. Das Abbruchkriterium umfasst beispielsweise die Frage, wie stark sich die Approximation mit den letzten neuen Elementen verbessert hat und/oder wie viele Fehlversuche in Folge auftraten. Wenn sich die Anpassung der Approximationsfunktion g an die Oberflächen- funktion f während einer vorbestimmten Anzahl von neu erzeugten Elementen weniger als ein vorgegebener Grenzwert verbessert hat, so wird die Phase 100 beendet. Ebenso wird die Überschreitung einer bestimmten Anzahl von Fehlversuchen so gewertet, dass die Initialisierungs-Phase keine weitere Verbesserung der aktuellen Verteilung von Maskenelementen liefert.The initialization phase 100 is ended after step 106 depending on the test of an abort criterion. The termination criterion includes, for example, the question of how much the approximation with the last new elements has improved and / or how many failed attempts have occurred in succession. If the adaptation of the approximation function g to the surface If function f has improved less than a predetermined limit value during a predetermined number of newly generated elements, phase 100 is ended. Likewise, if a certain number of failed attempts is exceeded, the initialization phase provides no further improvement in the current distribution of mask elements.
Im Ergebnis der zufallsbasierten Initialisierungs-Phase 100 wird eine Verteilung von Maskenelementen gefunden, die im Lösungsraum ein lokales Minimum darstellt.As a result of the randomized initialization phase 100, a distribution of mask elements is found that represents a local minimum in the solution space.
2.3 Ambitions-Phase 2002.3 Ambition phase 200
In der Ambitions-Phase 200 wird das Ergebnis der Initialisierungs-Phase 100 durch den Einsatz weiterer Operatoren verbessert. Die Ambitions-Phase 200 wird auch wegen der Wahl des steilsten Optimierungsanstiegs als Hillclimbing-Phase oder Einbahn-Optimierungsphase bezeichnet. Zusätzlich zu den während der Initialisierung ausgeführten Operatoren CREATE und UNDO werden die Operatoren ERASE, MOVE und RESIZE verwendet. Die in Fig. 5 schematisch illustrierte Ambitions-Phase wird mit einer analogen Strategie wie die Initialisierungs-Phase 100 durchgeführt, so dass sich ein ähnliches Bild wie in Fig. 4 ergibt. Der wesentliche Unterschied besteht lediglich darin, dass mehr Operatoren zur Veränderung der aktuellen Maskenelementverteilung zur Verfügung stehen, wobei der aktuell anzuwendende Operator nach einer Wahrscheinlichkeitsbetrachtung ausgewählt wird.In the ambition phase 200, the result of the initialization phase 100 is improved through the use of further operators. The ambition phase 200 is also referred to as the hill climbing phase or one-way optimization phase because of the choice of the steepest optimization increase. In addition to the CREATE and UNDO operators executed during initialization, the ERASE, MOVE and RESIZE operators are used. The ambition phase schematically illustrated in FIG. 5 is carried out with a strategy analogous to that of the initialization phase 100, so that a picture similar to that in FIG. 4 results. The only difference is that there are more operators available to change the current mask element distribution, the operator to be used being selected based on a probability assessment.
Zuerst erfolgt bei Schritt 201 die Auswahl eines Maskenelements, auf das im nächsten Schritt der Operator angewendet werden soll. Die Auswahl des Maskenelements erfolgt zufällig. Bei Schritt 202 wird einer der genannten Operatoren ausgewählt und auf das Maskenelement angewendet. Die Auswahl des Opera¬ tors erfolgt wiederum zufällig oder vorzugsweise in Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeit, ob ein bestimmter Operator eine Verbesserung der Approximation liefert oder nicht. Diese Wahrscheinlichkeit wird aus den bisherigen Fehlversuchen mit dem jeweiligen Operator innerhalb eines vorbestimmten vorhergehenden Zeitbereiches ermittelt. Alternativ ist es auch möglich, zur Auswahl des wirkenden Operators aufeinanderfolgend jeden Operator einmalig anzuwenden, die damit erzielte Approximationsgüte zu bestimmen und anschließend mit dem UNDO- Operator wieder rückgängig zu machen. Zum weiteren Verfahren wird dann der Operator mit der besten Approximationsgüte verwendet.First, in step 201, a mask element is selected to which the operator is to be applied in the next step. The mask element is selected at random. At step 202, one of the operators mentioned is selected and applied to the mask element. The selection of the Opera ¬ tors is again randomly or preferably a function of the probability that a particular operator provides an improvement of the approximation or not. This probability is determined from the previous failed attempts with the respective operator within a predetermined previous time range. Alternatively, it is also possible to use each operator once in succession to select the operative operator, to determine the approximation quality thus achieved and then to undo it again with the UNDO operator. The operator with the best approximation quality is then used for the further procedure.
Die Schritte 203 bis 206 erfolgen analog zu den Schritten 103 bis 106 gemäß Fig. 4. Der Vorteil der Ambitions-Phase 200 besteht in der schnellen Verbesserung der Approximation. Die im Ergebnis der Ambitions-Phase 200 vorliegende Maskenelementver- teilung bildet die Grundlage für die anschließende Optimierungs-Phase 300.Steps 203 to 206 take place analogously to steps 103 to 106 according to FIG. 4. The advantage of the ambition phase 200 is the rapid improvement of the approximation. The mask element distribution resulting from the ambition phase 200 forms the basis for the subsequent optimization phase 300.
Beim Test 206 des Abbruchkriteriums wird die Anpassung der Funktion g an die Zielfunktion f bewertet. Die Bewertung erfolgt auf der Grundlage von mindestens einem der folgenden Gütekriterien. Ein erstes Kriterium wird durch die durchschnittliche Abweichung bezüglich der Approximation zwischen beiden Funktionen gegeben. Die Approximation At zum Zeitpunkt t berechnet sich aus der Summe über die Betragsdifferenzen aus den Funktionen f und g über alle Messstellen.In test 206 of the termination criterion, the adaptation of the function g to the target function f is evaluated. The evaluation is based on at least one of the following quality criteria. A first criterion is given by the average deviation in the approximation between the two functions. The approximation At at time t is calculated from the sum of the differences in the amounts from functions f and g across all measuring points.
At = ∑ij I f (i,j) - g (i,j) I Ein zweites Kriterium, welches wahlweise mit verwendet werden kann, ist durch die Oberflächenrauhigkeit R gegeben. Diese ist als arithmetisches Mittel zwischen der maximalen Betragsdifferenz zwischen f und g und der minimalen Betragsdifferenz zwischen f und g bei einer gewählten Soll-Strukturhöhe definiert.A t = ∑ij I f (i, j) - g (i, j) I A second criterion, which can be used optionally, is given by the surface roughness R. This is defined as the arithmetic mean between the maximum difference in amount between f and g and the minimum difference in amount between f and g for a selected target structure height.
Die Überprüfung des Abbruchkriteriums umfasst den Test, ob die aktuell ermittelte Approximationsgüte einen vorbestimmten Wert entsprechend den genannten Gütekriterien erreicht oder überschritten hat.The check of the termination criterion comprises the test as to whether the currently determined approximation quality has reached or exceeded a predetermined value in accordance with the quality criteria mentioned.
2.4 Optimierungs-Phase 3002.4 Optimization phase 300
Die Optimierungs-Phase basiert auf der Anwendung der gleichen Operatoren wie in der Ambitions-Phase. Im Unterschied zu Schritt 203 (siehe Fig. 4) werden jedoch nicht nur Operationen zugelassen, die zu einer gleich guten oder verbesserten Approximation führen. Diese Bedingung ermöglicht im Allgemeinen lediglich das Auffinden eines lokalen Optimums im Rahmen der Ambitions-Phase, nicht jedoch das Auffinden eines den Anforderungen genügenden lokalen Optimums (näher am globalen Optimum) oder gar des globalen Optimums selbst unter den zur Verfügung stehenden Maskenelementverteilungen.The optimization phase is based on the use of the same operators as in the ambition phase. In contrast to step 203 (see FIG. 4), however, only operations which lead to an equally good or improved approximation are permitted. This condition generally only enables a local optimum to be found in the context of the ambition phase, but not a local optimum that meets the requirements (closer to the global optimum) or even the global optimum even among the mask element distributions available.
Nachdem analog zu den oben beschriebenen Schritten auch in der Optimierungs-Phase 300 ein Maskenelement ausgewählt (Schritt 301) und ein Operator ausgewählt und angewendet worden ist (Schritt 302), erfolgt bei Schritt 303 ein Test, ob die erzielte Approximation innerhalb eines vorbestimmten Fortschrittintervalls liegt oder nicht. Das Fortschrittsintervall der Optimierungs-Phase 300 wird empirisch festgelegt und seine Referenzgröße um die bisher erzielte Approximationsgüte gelegt, wobei die Intervallgrenzen größer, gleich oder kleiner als die bisher erzielte Approximationsgüte sein können. Das Fortschrittsintervall wird laufend überprüft und in Abhängigkeit von der bisher erzielten Approximationsgüte eventuell angepaßt, so dass die Optimierungs-Phase eine Strategie realisiert, die auf dem an sich bekannten "Simulated Annealing"- Verfahren (siehe v. Laarhoven et al. in "Mathematics and its Applications" Dordrecht, Klüver 1987) basiert. Die Optimierungskurve oder Abkühlfunktion des Fortschrittsintervalls kann auch aus Vorversuchen ermittelt werden. Beispiele für Abkühlfunktionen der Optimierungs-Phase 300 sind in Fig. 8 illustriert (siehe unten) .After a mask element has also been selected (step 301) and an operator has been selected and applied (step 302) in the optimization phase 300, analogously to the steps described above, a test is carried out in step 303 as to whether the approximation achieved lies within a predetermined progress interval or not. The progress interval of the optimization phase 300 is determined empirically and its reference variable is placed around the approximation quality achieved so far, the interval limits being greater, equal or smaller than the approximation quality achieved so far. The progress interval is continuously checked and possibly adjusted depending on the approximation quality achieved so far, so that the optimization phase implements a strategy which is based on the known "simulated annealing" method (see v. Laarhoven et al. In "Mathematics and its Applications "Dordrecht, Klüver 1987). The optimization curve or cooling function of the progress interval can also be determined from preliminary tests. Examples of cooling functions of the optimization phase 300 are illustrated in FIG. 8 (see below).
Wenn der aktuell ausgeführte Operator zu einer Approximation führt, die innerhalb des Fortschrittsintervalls liegt, so erfolgt der Rücksprung auf den nächsten Schritt 301. Andernfalls wird der Operator bei Schritt 304 rückgängig gemacht, der aktuelle Fehlversuch gezählt (Schritt 305) und das Abbruchkriterium geprüft (Schritt 306) . Das Abbruchkriterium ist erfüllt, wenn die Approximationsgüte einen vorbestimmten Grenzwert erreicht hat oder über eine vorbestimmte Anzahl von Mutationsschritten unverändert geblieben ist.If the currently executed operator leads to an approximation that lies within the progress interval, the system jumps back to the next step 301.Otherwise, the operator is canceled at step 304, the current failed attempt is counted (step 305) and the termination criterion is checked (step 306). The termination criterion is met when the approximation quality has reached a predetermined limit value or has remained unchanged over a predetermined number of mutation steps.
Die in den Fign. 3 bis 5 dargestellten Schritte erfolgen aufeinanderfolgend jeweils für ein Maskenelement oder Primärelement. Nach Anwendung eines Operators ist vorzugsweise eine weitere Anwendung eines Operators oder die Umkehrung des vorherigen Operators vorgesehen. Gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann auch eine mehrfache Ausführung des UNDO-Operators vorgesehen sein, so dass aufeinanderfolgend mehrere Schritte rückgängig gemacht werden. Des weiteren können abweichend von dargestellten Verfahrensweise auch mehrere Maskenelemente gleichzeitig verändert werden, die in gegenseitiger Nachbarschaft angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Partitionierung der Maskenfläche in mehrere Sektoren vorgesehen sein. Ein Sektor umfasst einen Flächenbereich, der beispielsweise einer vorbestimmten Teilstruktur der angestrebten 3-dimensionalen Strukturierung der Targetoberfläche entspricht. Die Verfahren gemäß den Fign. 3 bis 5 können vorteilhafterweise für mehrere Sektoren gleichzeitig durchlaufen werden, wobei die Maskenverteilungen an den Sektorengrenzen als Prozessbedingungen berücksichtigt werden.The in Figs. 3 to 5 steps are carried out successively for a mask element or primary element. After the use of an operator, another use of an operator or the reversal of the previous operator is preferably provided. According to alternative embodiments of the invention, a multiple execution of the UNDO operator can also be provided, so that successively several steps are undone. Furthermore, in a departure from the procedure shown, it is also possible to change several mask elements which are arranged in mutual neighborhood. According to one embodiment of the method according to the invention, the mask area can be partitioned into several sectors. A sector comprises an area which, for example, corresponds to a predetermined partial structure of the desired 3-dimensional structuring of the target surface. The procedures according to FIGS. 3 to 5 can advantageously be run through simultaneously for several sectors, the mask distributions at the sector boundaries being taken into account as process conditions.
Die Unterteilung der Maskenfläche in Sektoren besitzt mehrere Vorteile. Erstens wird der Speicherplatzbedarf für die einzelnen Optimierungsvorgänge verringert. Außerdem wird die Effektivität der Operatorauswahl im Verfahrensverlauf verbessert.The subdivision of the mask area into sectors has several advantages. First, the storage space required for the individual optimization processes is reduced. In addition, the effectiveness of operator selection in the course of the process is improved.
3. Photomaske3. Photomask
In Fig. 7 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Photomaske mit drei lichtdurchlässigen Bereichen 13, 14, 19 schematisch illustriert. Als Hintergrund ist ein prozessbedingtes Raster eingezeichnet, mit dem das laterale Auflösungsvermögen der Aufbringung von Maskenelementen definiert ist. Das Rastermaß s beträgt beispielsweise 0.1 μm. Allgemein besitzen die Maskenelemente eine minimale Kantenlänge von beispielsweise 6 s. Sie können aber auch größere Kantenlängen besitzen.7 schematically illustrates a section of a photomask according to the invention with three translucent areas 13, 14, 19. A process-related grid is drawn in as a background, with which the lateral resolving power of the application of mask elements is defined. The grid dimension s is 0.1 μm, for example. In general, the mask elements have a minimum side length of, for example 6 s. However, they can also have longer edge lengths.
Der lichtdurchlässige Bereich 13 wird durch ein einzelnes Maskenelement mit der minimalen Kantenlänge (6 s) gebildet. Der lichtdurchlässige Bereich 14 hingegen umfasst drei Maskenelemente, von denen das Maskenelement rechts unten eine größere Kantenlänge besitzt. Der senkrechte Abstand der benachbarten Bereiche entspricht der minimalen Kantenlänge eines Maskenele- ments. Der lichtdurchlässige Bereich 19 hat einen Punktkontakt mit dem lichtdurchlässigen Bereich 14.The translucent area 13 is formed by a single mask element with the minimum edge length (6 s). The translucent area 14, on the other hand, comprises three mask elements, of which the mask element has a greater edge length at the bottom right. The vertical distance between the adjacent areas corresponds to the minimum edge length of a mask element management. The translucent area 19 has point contact with the translucent area 14.
Ein besonderes Merkmal erfindungsgemäß hergestellter Photomasken besteht darin, dass die Anordnung der lichtdurchlässigen Bereiche und deren Umrandung eine derart unregelmäßige Anordnung besitzen, dass über der Maskenfläche keine Periodizität erkennbar ist. Eine erfindungsgemäße Photomaske zeichnet sich ausschließlich durch eine Periodizität aus, die dem herstellungsbedingten Gitter (Rastermaß s ) entspricht. So können in der Elementumrandung Stufen auftreten, die kleiner als die minimale Kantenlänge sind und beispielsweise gerade dem minimalen Rastermaß s entsprechen (siehe Stufe 15 am lichtdurchlässigen Bereich 14 in Fig. 7) . Entsprechende Stufen treten auch zwischen benachbarten Bereichen als senkrechte Abstände 18 benachbarter Kanten auf, wie dies durch die Versetzung der Kanten 16 und 17 illustriert ist.A special feature of photomasks produced according to the invention is that the arrangement of the translucent areas and their borders have such an irregular arrangement that no periodicity is discernible over the mask surface. A photomask according to the invention is characterized exclusively by a periodicity which corresponds to the grid (pitch s) due to the manufacture. For example, steps can occur in the element border that are smaller than the minimum edge length and, for example, correspond exactly to the minimum grid dimension s (see step 15 on the translucent area 14 in FIG. 7). Corresponding steps also occur between adjacent areas as vertical distances 18 between adjacent edges, as is illustrated by the offset of the edges 16 and 17.
4. Beispiele4. Examples
In den Fign. 8 und 9 sind beispielhaft erfindungsgemäß hergestellte Photomasken und zugehörige 3-dimensionale Strukturen mit Messergebnissen illustriert. Die oberen beiden Teilbilder von Fig. 8 zeigen eine Teilmaske und Teiloberfläche der Kugeloberfläche. Wegen der Symmetrie der Kugeloberfläche genügt es, lediglich ein Viertel der Maskendaten zu berechnen. In den unteren Teilbildern der Fig. 8 sind die Abweichungen von der idealen Oberflächenfunktion und der Approximationsverlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens illustriert.In Figs. 8 and 9 are illustrated by way of example of photomasks produced in accordance with the invention and associated 3-dimensional structures with measurement results. The upper two partial images of FIG. 8 show a partial mask and partial surface of the spherical surface. Because of the symmetry of the spherical surface, it is sufficient to calculate only a quarter of the mask data. The deviations from the ideal surface function and the approximation curve of the method according to the invention are illustrated in the lower partial images in FIG. 8.
Es wurden auf einer Fläche von 100 μm ' 100 μm mit einer minimalen Kantenlänge der Maskenelemente von 0.7 μm insgesamt 3735 Maskenelemente platziert. Das erfindungsgemäße Verfahren been- dete die Suche nach der optimalen Verteilung von Maskenelementen bei einer Approximationsabweichung von 0.465 %. Die Teilbilder von Fig. 8 (rechts unten) zeigen, dass innerhalb der ersten rund 2.5 Millionen Mutationen eine Approximationsabweichung von rund 1 % erreicht wurde. Die linke Kurve zeigt die Verbesserung der Abweichung im Bereich von 0.5 % bis 3.5 % für die ersten 12.5 106 Mutationen. Die rechte Kurve zeigt den weiteren Verlauf im Bereich von 0.46 % bis 0.53 % zu 7.5 ' 107 Mutationen. Der Endwert wurde erst nach rund 70 Millionen Mutationen erzielt. Das linke untere Teilbild von Fig. 8 zeigt eine hohe Approximation im Bereich der Kugeloberfläche, lediglich am Rand und auf dem Gipfel der Oberfläche kommt es zu Abweichungen (dunkel gepunktet) .A total of 3735 mask elements were placed on an area of 100 μm '100 μm with a minimum edge length of the mask elements of 0.7 μm. The method according to the invention the search for the optimal distribution of mask elements with an approximation deviation of 0.465%. The partial images of FIG. 8 (bottom right) show that an approximation deviation of around 1% was achieved within the first approximately 2.5 million mutations. The left curve shows the improvement in the deviation in the range of 0.5% to 3.5% for the first 12.5 10 6 mutations. The right curve shows the further course in the range from 0.46% to 0.53% to 7.5 '10 7 mutations. The final value was only achieved after around 70 million mutations. The lower left partial image of FIG. 8 shows a high approximation in the area of the spherical surface, deviations only occur at the edge and at the top of the surface (dark dotted).
Der Vergleich der Fign. 8 und 10 zeigt in beeindruckender Weise die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Optimierung von Photomasken. Die Oberflächenrauhigkeit hat sich im Vergleich zu der mit dem herkömmlichen Verfahren gebildeten Kugeloberfläche erheblich verbessert.The comparison of FIGS. 8 and 10 impressively show the superiority of the method according to the invention in the optimization of photomasks. The surface roughness has improved considerably compared to the spherical surface formed with the conventional method.
In Fig. 9 sind zwei weitere Beispiele von 3-dimensionalen Strukturen gezeigt, die mit einer erfindungsgemäß generierten Photomaske erzeugt werden können. Im linken Teil ist eine aus vier Teilstücken zusammengesetzte Pyramide gezeigt. Der rechte Teil von Fig. 9 zeigt den Ausschnitt einer Fresnel-Linse, die durch Überlagerung einer Vielzahl von Halbkugeln bzw. Halbkugelschalen gebildet ist.FIG. 9 shows two further examples of 3-dimensional structures that can be generated with a photomask generated according to the invention. In the left part a pyramid composed of four parts is shown. The right part of FIG. 9 shows the detail of a Fresnel lens which is formed by superimposing a large number of hemispheres or hemispherical shells.
Erfindungsgemäß hergestellte Masken für die Lithographie besitzen Anwendungen in der Mikromechanik, Mikrotechnologie, Mikrosystemtechnik, Mikrostrukturtechnik, inkl. Photovoltaik (Solarzellen, Ablösung bisheriger chemischer oder mechanischer Verfahren, Optimierung Struktur für Reflexion), "zellulären" Biotechnologie, und Integration von Sensoren und Aktuatoren in Halbleiter-Chips . Masks for lithography produced according to the invention have applications in micromechanics, microtechnology, microsystem technology, microstructure technology, including photovoltaics (solar cells, replacement of previous chemical or mechanical processes, optimization of structure for reflection), "cellular" Biotechnology, and integration of sensors and actuators in semiconductor chips.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Generation einer zweidimensionalen Photomaske, insbesondere für die Grautonlithographie, wobei die Photomaske eine Vielzahl von lichtdurchlässigen Bereichen mit jeweils einem oder mehreren Maskenelementen aufweist, die so angeordnet werden, dass bei Belichtung eines Targets durch die Photomaske auf dem Target ein Belichtungsbild erzeugt wird, das an ein vorbestimmtes Grauwertbild angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl, Größe und/oder Positionen der Maskenelemente mit einer evolutionären Auswahlprozedur mit einer Vielzahl von Mutationsschritten ermittelt werden, bei denen1. A method for generating a two-dimensional photomask, in particular for gray-tone lithography, the photomask having a multiplicity of translucent regions, each with one or more mask elements, which are arranged such that an exposure image is generated on the target when the target is exposed through the photomask , which is adapted to a predetermined gray-scale image, characterized in that the number, size and / or positions of the mask elements are determined using an evolutionary selection procedure with a large number of mutation steps in which
- ausgehend von einer Startverteilung von Maskenelementen mit einem Operator, der aus einer Gruppe von vorbestimmten statistischen Operatoren ausgewählt ist, aufeinanderfolgend jeweils eine abgewandelte Verteilung von Maskenelementen erzeugt werden, bis ein vorbestimmtes Abbruchkriterium erfüllt ist, und- starting from a start distribution of mask elements with an operator selected from a group of predetermined statistical operators, a modified distribution of mask elements are successively generated until a predetermined termination criterion is met, and
- für jede aktuelle Verteilung das zugehörige Belichtungsbild ermittelt wird, das sich bei Belichtung des Targets durch eine Photomaske mit der aktuellen Verteilung ergeben würde, wobei- For each current distribution, the associated exposure image is determined, which would result from exposure of the target through a photomask with the current distribution, whereby
- das Abbruchkriterium erfüllt ist, wenn eine Approximationsgüte, die für die Anpassung des Belichtungsbildes an das Grauwertbild charakteristisch ist, einen vorbestimmten Grenzwert erreicht hat oder über eine vorbestimmte Anzahl von Mutationsschritten nicht verbessert wurde.- The termination criterion is met if an approximation quality, which is characteristic for the adaptation of the exposure image to the gray value image, has reached a predetermined limit value or has not been improved over a predetermined number of mutation steps.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem bei jedem Mutationsschritt oder nach mehreren Mutationsschritten geprüft wird, ob die aktuelle Verteilung von Maskenelementen vorbestimmte Prozessbedingungen erfüllt. 2. The method according to claim 1, in which it is checked at each mutation step or after a plurality of mutation steps whether the current distribution of mask elements fulfills predetermined process conditions.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der bei einem Mutationsschritt ausgeführte Operator rückgängig gemacht wird, falls die mit diesem erzielte aktuelle Verteilung ein Belichtungsbild ergibt, dessen Approximationsgüte außerhalb eines vorbestimmten Fortschrittsintervalls liegt.3. The method as claimed in claim 1, in which the operator executed in a mutation step is undone if the current distribution obtained therewith results in an exposure image whose approximation quality lies outside a predetermined progress interval.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem sich das Fortschrittsintervall in einer Initialisierungs-Phase (100), in der ein CREATE- oder ein UNDO-Operator ausgeführt wird, und einer Ambitioins-Phase (200), in der ein CREATE-, MOVE-, RESIZE-, ERASE- oder ein UNDO-Operator ausgeführt wird, dadurch auszeichnet, dass die Approximationsgüte bei jedem Mutationsschritt verbessert wird oder wenigstens gleich bleibt.4. The method according to claim 3, wherein the progress interval in an initialization phase (100), in which a CREATE or UNDO operator is executed, and an ambitioins phase (200), in which a CREATE, MOVE -, RESIZE, ERASE or an UNDO operator is performed, characterized in that the approximation quality is improved with each mutation step or at least remains the same.
5. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem sich das Fortschrittsintervall in einer Optimierungs-Phase (300), in der ein5. The method according to claim 3, wherein the progress interval is in an optimization phase (300), in which a
CREATE-, MOVE-, RESIZE-, ERASE- oder ein UNDO-Operator Operator ausgeführt wird, dadurch auszeichnet, dass die Approximationsgüte bei jedem Mutationsschritt besser als ein vorbestimmter Referenzwert einer Optimierungskurve ist.CREATE, MOVE, RESIZE, ERASE or an UNDO operator operator is performed, characterized in that the approximation quality for each mutation step is better than a predetermined reference value of an optimization curve.
6. Verfahren gemäß den Ansprüchen 3 bis 5, bei dem die Mutationsschritte zuerst in der Initialisierungs-Phase (100) , anschließend in der Ambitions-Phase (200) und schließlich in der Optimierungs-Phase (300) ausgeführt werden.6. The method according to claims 3 to 5, wherein the mutation steps are carried out first in the initialization phase (100), then in the ambition phase (200) and finally in the optimization phase (300).
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Approximationsgüte die durchschnittliche Abweichung zwischen dem aktuellen Belichtungsbild und dem Grauwertbild und/oder ein Oberflächenrauhigkeitsparameter R ermittelt wird, der für die Oberflächenrauhigkeit charakteristisch ist, die sich bei Verwendung einer Photomaske mit dem aktuellen Belichtungsbild ergeben würde.7. The method as claimed in claim 1, in which the approximation quality is the average deviation between the current exposure image and the gray-scale image and / or a surface roughness parameter R which is characteristic of the surface roughness would result when using a photomask with the current exposure image.
8. Photomaske, die eine Vielzahl von lichtdurchlässigen Bereichen mit jeweils einem oder mehreren Maskenelementen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kantenverlauf und/oder die Anordnung der lichtdurchlässigen Bereiche so gebildet ist, dass an den Kanten von lichtdurchlässigen Bereichen Stufen (15) gebildet sind und/oder zwischen Kanten verschiedener lichtdurchlässiger Bereiche senkrechte Abstände (18) gegeben sind, wobei die Stufen oder senkrechten Abstände kleiner als eine minimale Kantenlänge der Maskenelemente sind.8. Photo mask, which has a plurality of translucent areas, each with one or more mask elements, characterized in that the edge profile and / or the arrangement of the translucent areas is formed such that steps (15) are formed on the edges of translucent areas and / or there are vertical distances (18) between edges of different translucent areas, the steps or vertical distances being smaller than a minimum edge length of the mask elements.
9. Photomaske gemäß Anspruch 8, bei der die minimale Kantenlänge der Maskenelemente gleich einem ganzzahligen Vielfachen eines Rastermaßes (s) ist, das dem lateralen Auflösungsvermögen des zur Herstellung der Photomaske verwendeten Strukturierungsverfahrens entspricht.9. Photo mask according to claim 8, wherein the minimum edge length of the mask elements is equal to an integer multiple of a grid dimension (s), which corresponds to the lateral resolution of the structuring method used to produce the photo mask.
10. Photomaske gemäß Anspruch 8 oder 9, bei der Maskenelemente so angeordnet sind, dass sich jeweils zwei Maskenelemente ausschließlich in einem gemeinsamen Eckpunkt berühren.10. Photo mask according to claim 8 or 9, wherein the mask elements are arranged so that two mask elements touch each other only in a common corner point.
11. Photomaske gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die Anzahl und Anordnung der lichtundurchlässigen Maskenelemente mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 gebildet ist. 11. Photo mask according to one of claims 8 to 10, in which the number and arrangement of the opaque mask elements is formed by a method according to one of claims 1 to 7.
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