基于参数化水平集的反演光刻掩模优化方法、设备和介质

本技术涉及半导体制造光刻，特别是涉及一种基于参数化水平集的反演光刻掩模优化方法、设备和介质。

背景技术：

1、随着集成电路器件特征尺寸持续缩小，光刻成像衍射效应、光学邻近效应愈发突出，传统规则修正类掩模校正手段难以满足先进工艺对成像精度与工艺窗口的双重需求。

2、反演光刻技术（ilt）将掩模生成转化为反问题求解，能够生成带曲线边界与亚分辨率辅助图形的掩模。水平集方法是反演光刻的重要实现手段，依靠隐式演化零水平集轮廓，可以灵活处理掩模拓扑变化，支持辅助图形生成、分裂与合并。

3、传统像素级水平集方案，每一个像素均作为独立优化变量，版图分辨率提升后优化变量可达数万至数十万，计算开销大、收敛速度慢；极高的自由度容易产生毛刺、孤立像素等不可制造图形；若引入曲率、面积正则项约束轮廓平滑，又需要对损失权重反复调参，进一步提升优化复杂度。

4、参数化反演光刻通过基函数组合表征掩模或者水平集函数，把优化变量由像素空间压缩至基函数系数空间，降低维度开销。然而现有参数化水平集方案缺少对主图形（mainpattern）和辅助图形（sraf）的解耦优化机制，主图形轮廓优化与辅助图形优化相互干扰，容易出现辅助图形侵入禁布区、主图形边缘精度受损等问题，难以同时兼顾掩模优化效率、边缘位置精度、成像保真度以及工艺鲁棒性。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种基于参数化水平集的反演光刻掩模优化方法、设备和介质，可以同时兼顾掩模优化效率、边缘位置精度、成像保真度以及工艺鲁棒性，提升反演光刻掩模优化精度和效率。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：

3、第一方面，本技术提供了一种基于参数化水平集的反演光刻掩模优化方法，包括以下步骤：

4、获取目标图形，并由所述目标图形得到对应的初始掩模，基于所述初始掩模构建初始水平集函数。

5、采用空间局部化基函数，对所述初始水平集函数进行参数化表征，并将连续形式的水平集函数转化为基函数的加权组合，得到一组基函数系数。

6、根据所述目标图形的主图形区域与辅助图形区域的几何位置关系，将所述基函数系数解耦划分为主图形系数与辅助图形系数。

7、基于所述主图形系数与所述辅助图形系数执行多阶段优化：先解耦优化所述主图形系数，再解耦优化所述辅助图形系数，最后对所述主图形系数和所述辅助图形系数进行全局联合优化，得到优化后的最终系数。

8、基于所述最终系数，重建水平集函数并进行可微二值化映射，得到最终优化掩模。

9、可选地，获取目标图形，并由所述目标图形得到对应的初始掩模，基于所述初始掩模构建初始水平集函数，具体包括以下步骤：

10、获取目标图形。

11、基于所述目标图形进行连续传输掩模优化或水平集优化处理，得到所述目标图形对应的初始掩模。

12、基于所述初始掩模构建符号距离函数，作为初始水平集函数。

13、可选地，所述空间局部化基函数为紧支撑基函数；所述紧支撑基函数在支撑域外输出为零，支撑域内部连续可导。

14、可选地，所述紧支撑基函数为紧支撑径向基函数，函数取值仅依赖空间点相对基函数中心点的距离；所述紧支撑径向基函数包括wendland型径向基函数、wu型径向基函数或buhmann型径向基函数。

15、可选地，采用空间局部化基函数，对所述初始水平集函数进行参数化表征，并将连续形式的水平集函数转化为基函数的加权组合，得到一组基函数系数，具体包括以下步骤：

16、按照预设物理步长，在所述初始水平集函数的物理坐标空间内生成若干均匀分布的基函数中心点，并为各所述空间局部化基函数配置支撑半径；其中，所述基函数中心点覆盖全部版图计算区域，所述支撑半径用于限定单个基函数的有效作用空间。

17、基于所述基函数中心点、所述基函数的类型以及所述支撑半径构建基函数矩阵，并采用空间索引加速的稀疏矩阵构建策略，仅计算像素点落在所述基函数的所述支撑半径范围内的基函数-像素映射关系，并将所述支撑半径以外的矩阵元素置零，得到稀疏基函数矩阵；其中，所述稀疏基函数矩阵可转换为稀疏张量格式，用于gpu加速以及自动微分运算。

18、基于所述稀疏基函数矩阵，以所述初始水平集函数各像素位置的函数值作为观测样本，采用加权最小二乘法求解稀疏线性方程组，得到各所述基函数对应的初始系数；其中，对零水平集附近像素配置更高拟合权重。

19、基于各所述基函数及其对应的所述初始系数，将连续形式的所述初始水平集函数表达为所述基函数与对应系数的加权求和，完成所述初始水平集函数的参数化表征，得到一组基函数系数。

20、可选地，根据所述目标图形的主图形区域与辅助图形区域的几何位置关系，将所述基函数系数解耦划分为主图形系数与辅助图形系数，具体包括以下步骤：

21、根据所述目标图形的主图形区域与辅助图形区域的几何位置关系，对所述目标图形的所述主图形区域进行二值膨胀处理，得到包含禁布区的主图形扩展区域。

22、对于每一个基函数，判断其局部支撑域内是否有像素落入所述主图形扩展区域。

23、若所述基函数的所述局部支撑域内至少有一个像素落入所述主图形扩展区域，则将所述基函数对应的系数划分为主图形系数。

24、若所述基函数的所述局部支撑域内所有像素均位于所述主图形扩展区域之外，则将所述基函数对应的系数划分为辅助图形系数。

25、可选地，所述多阶段优化包括依次执行的第一阶段、第二阶段和第三阶段。

26、所述第一阶段包括：固定所述辅助图形系数，以第一ilt评价指标为主要优化目标，对所述主图形系数进行优化，得到优化后的主图形系数。

27、所述第二阶段包括：固定所述优化后的主图形系数，以第二ilt评价指标为主要优化目标，对所述辅助图形系数进行优化，得到优化后的辅助图形系数。

28、所述第三阶段包括：以所述第一ilt评价指标和第三ilt评价指标为联合优化目标，对所述优化后的主图形系数和所述优化后的辅助图形系数同时进行全局联合优化，得到优化后的最终系数。

29、可选地，所述第一ilt评价指标为epe，所述第二ilt评价指标为pe或pv band，所述第三ilt评价指标为pe。

30、其中，所述pe用于表征所述目标图形与晶圆成像图形之间的整体偏差；所述epe用于表征成像轮廓边缘位置偏差；所述pv band用于表征多工艺扰动条件下成像结果的波动范围。

31、第二方面，本技术提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述中任一项所述的基于参数化水平集的反演光刻掩模优化方法的步骤。

32、第三方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的基于参数化水平集的反演光刻掩模优化方法的步骤。

33、根据本技术提供的具体实施例，本技术具有了以下技术效果：

34、本技术提供了一种基于参数化水平集的反演光刻掩模优化方法、设备和介质，首先，通过采用空间局部化基函数对初始水平集函数做参数化表征，将连续形式的水平集函数转化为基函数的加权组合，将水平集函数的优化转化为基函数系数的优化，区别于像素点直接更新水平集函数的方式，能够减少待优化变量的数量，降低优化问题的求解规模，从而提升反演光刻掩模优化效率。其次，通过根据目标图形的主图形区域与辅助图形区域的几何位置关系，将基函数系数解耦划分为主图形系数与辅助图形系数，实现不同图形对应的优化系数相互区分，为主图形、辅助图形的分步独立优化提供实现基础。再者，通过执行多阶段优化，先解耦优化主图形系数，再解耦优化辅助图形系数，最后对两者进行全局联合优化，能够分别调控主图形、辅助图形的优化过程，缓解主图形优化和辅助图形优化之间的相互干扰，再通过全局联合优化完成整体协同调优，从而提升反演光刻掩模优化精度，解决现有参数化水平集方案缺少对主图形、辅助图形的解耦优化机制，主图形轮廓优化与辅助图形优化相互干扰，容易出现辅助图形侵入禁布区、主图形边缘精度受损的问题。此外，通过基于最终系数重建水平集函数并进行可微二值化映射得到最终优化掩模，可微二值化映射能够保证从基函数系数经水平集函数到掩模输出的处理链路具备可微特性，支持梯度反向回传，实现端到端迭代优化，同时兼顾掩模优化效率、边缘位置精度、成像保真度以及工艺鲁棒性，输出得到优化后的掩模，提高反演光刻掩模优化精度和效率，提升掩模的质量。