[发明专利]一种基于Abbe矢量成像模型的相移掩膜优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Abbe(阿贝)矢量成像模型的相移掩膜优化方法，属于光刻分辨率增强技术领域。

背景技术

当前的大规模集成电路普遍采用光刻系统进行制造。光刻系统主要分为：照明系统(包括光源和聚光镜)、掩膜、投影系统及晶片等四部分。光源发出的光线经过聚光镜聚焦后入射至掩膜，掩膜的开口部分透光；经过掩膜后，光线经由投影系统入射至涂有光刻胶的晶片上，这样就将掩膜图形复制在晶片上。

目前主流的光刻系统是193nm的ArF深度紫外光刻系统，随着光刻技术节点进入45nm-22nm，电路的关键尺寸已经远远小于光源的波长，因此光的干涉和衍射现象更加显著，导致光刻成像产生扭曲和模糊。为此光刻系统必须采用分辨率增强技术，用以提高成像质量。相移掩膜(phase-shifting mask PSM)为一种重要的光刻分辨率增强技术。PSM采用透光介质和阻光介质制成，透光部分对光线而言相当于开口。PSM通过预先改变掩膜透光部分(即开口)的拓扑结构和蚀刻深度，调制掩膜出射面的电场强度的幅度和相位，以达到提高成像分辨率的目的。

为了进一步提高光刻系统成像分辨率，目前业界普遍采用浸没式光刻系统。浸没式光刻系统为在投影物镜最后一个透镜的下表面与晶片之间添加了折射率大于1的液体，从而达到扩大数值孔径(numerical aperture NA)提高成像分辨率的目的。由于浸没式光刻系统具有高NA(NA＞1)的特性，而当NA＞0.6时，电磁场的矢量成像特性对光刻成像的影响已经不能被忽视，因此对于浸没式光刻系统其标量成像模型已经不再适用。为了获取精确的浸没式光刻系统的成像特性，必须采用矢量成像模型对浸没式光刻系统中的PSM进行优化。

相关文献(Optics Express，2008，16：20126～20141)针对部分相干成像系统，提出了一种较为高效的基于梯度的PSM优化方法。但是以上方法基于光刻系统的标量成像模型，因此不适用于高NA的光刻系统。同时，现有技术没有考虑投影系统对光源面上不同点光源入射光线的响应差异。但是由于光源面上不同位置光线的入射角度不同，其对投影系统的作用存在差异，因此采用现有方法获取空气中成像与实际存在较大的偏差，进而影响掩膜的优化效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Abbe矢量成像模型的相移掩膜优化方法。该方法采用矢量模型对相移掩膜进行优化，其可同时适用于具有高NA的浸没式光刻系统以及具有低NA的干式光刻系统。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于Abbe矢量成像模型的相移掩膜优化方法，具体步骤为：

步骤101、将大小为N×N的目标图形作为初始掩膜图形M，并设定初始掩膜上各开口所对应的相位，使得通过相邻开口的光线具有180°的相位差；

步骤102、针对初始掩膜图形M上不同相位对应的开口设置不同的透射率1或-1，设置阻光区域透射率为0；设定N×N的变量矩阵Ω：当M(x，y)＝1时，当M(x，y)＝-1时，当M(x，y)＝0时，其中M(x，y)表示掩膜图形上各像素点对应的透射率；

步骤103、将目标函数D构造为目标图形与当前掩膜对应的光刻胶中成像之间的欧拉距离的平方，即其中为目标图形的像素值，Z(x，y)表示利用Abbe矢量成像模型计算当前掩膜对应的光刻胶中成像的像素值；

步骤104、计算目标函数D对于变量矩阵Ω的梯度矩阵

步骤105、利用最陡速降法更新变量矩阵Ω，其中s为预先设定的优化步长；获取对应当前Ω的掩膜图形

步骤106、计算当前掩膜图形对应的目标函数值D；当D小于设定阈值或者更新变量矩阵Ω的次数达到预定上限值时，进入步骤107，否则返回步骤104；

步骤107，终止优化，将当前掩膜图形确定为经过优化后的掩膜图形。

本发明所述步骤103中利用Abbe矢量成像模型计算当前掩膜对应的光刻胶中成像的具体步骤为：

步骤201、将掩模图形M栅格化为N×N个子区域；

步骤202、根据部分相干光源的形状将光源面栅格化成多个点光源，用每一栅格区域中心点坐标(x_s，y_s)表示该栅格区域所对应的点光源坐标；

步骤203、针对单个点光源，利用其坐标(x_s，y_s)获取该点光源照明时对应晶片位置上的空气中成像I(α_s，β_s)；