光源掩模优化方法及光刻仿真装置与流程

1.本发明涉及光刻仿真技术，特别是涉及一种光源掩模优化方法及光刻仿真装置。


背景技术：

2.光源掩模协同优化(source mask optimization,smo)是一种可以提高光刻分辨率和工艺窗口的技术，其特点在于同时考虑光源照明模式和掩模图形，与传统分辨率增强技术(opc)相比，smo具有更大自由度。
3.不过，在传统的光源掩模协同优化中，斜线结构在处理过程中会根据软件算法自动变成不规则曼哈顿结构，这种不规则曼哈顿结构不仅可制造性差，无法得到很好的曝光结果，不利于后续算法优化，并且还会影响后续过程中对光源和掩模的优化。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对传统光源掩模协同优化在处理斜线结构时优化效果不佳的问题，提供一种新的光源掩模优化方法及光刻仿真装置。
5.一种光源掩模优化方法，包括：提供待优化掩模图形，所述待优化掩模图形包括斜线图形；将所述待优化掩模图形按照第一方向旋转第一角度，使得所述斜线图形的延伸方向为水平方向或竖直方向；基于旋转后的所述待优化掩模图形进行第一次光源优化，以得到第一优化光源；基于旋转前的所述待优化掩模图形进行第一次掩模优化，以得到第一优化掩模图形；将所述第一优化光源按照第二方向旋转所述第一角度，以得到第二优化光源，所述第二方向与所述第一方向相反；基于所述第一优化掩模图形和所述第二优化光源进行第二次掩模优化，以得到第二优化掩模图形。
6.在其中一个实施例中，旋转后的所述待优化掩模图形与旋转前的所述待优化掩模图形的关键参数保持一致，所述关键参数包括：周期和线条关键尺寸。
7.在其中一个实施例中，基于旋转前的所述待优化掩模图形进行第一次掩模优化，包括：将所述斜线图形的边缘替换为曼哈顿结构，以得到边缘为曼哈顿阶梯的所述第一优化掩模图形。
8.在其中一个实施例中，所述曼哈顿阶梯包括：相互连接的竖直线条和水平线条。
9.在其中一个实施例中，所述将所述斜线图形的边缘替换为曼哈顿结构，包括：在所述斜线图形的边缘截取具有第一长度的线段，所述线段具有第一端点及第二端点；以所述第一端点为中心，沿竖直方向向下延伸第二长度，以得到第三端点，使得所述第三端点与所述第二端点处于同一水平高度，所述第三端点与所述第二端点之间的距离为第三长度；以所述第一端点为中心，沿竖直方向向上延伸所述第二长度，得到第四端点；以所述第二端点为中心，沿水平方向向远离所述第三端点的方向延伸所述第三长度，得到第五端点；连接所述第四端点、所述第三端点和所述第五端点，形成第一台阶；重复上述步骤，将所述斜线图形的边缘全部替换为所述曼哈顿结构。
10.在其中一个实施例中，所述第一方向为顺时针方向，且所述第二方向为逆时针；或
所述第一方向为逆时针方向，且所述第二方向为顺时针。
11.在其中一个实施例中，所述基于所述第一优化掩模图形和所述第二优化光源进行第二次掩模优化，包括：将所述第一优化掩模图形作为初始版图输入仿真系统；将所述第二优化光源作为光源输入所述仿真系统；仿真得到所述第二优化掩模图形。
12.在其中一个实施例中，得到所述第二优化掩模图形后还包括：基于所述第二优化掩模图形和所述第二优化光源获取工艺窗口。
13.一种光刻仿真装置，执行上述任一实施例中所述的光源掩模优化方法。
14.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行上述任一实施例中所述的光源掩模优化方法。
15.上述光源掩模优化方法，针对具有斜线图形的待优化掩模图形进行优化仿真，通过兼顾斜线图形的倾斜角度和对斜线图形中线条边界的转换，对光源和掩模图形均进行了优化；采用优化后的光源和掩模进行光刻仿真，可以得到更加接近目标图形的光刻仿真图形。
附图说明
16.图1为一实施例中一种光源掩模优化方法的流程图。
17.图2为一实施例中标注有主要参数的斜线图形。
18.图3为一实施例中将图2所示斜线图形旋转至水平状态后得到的图形。
19.图4为一实施例中在第一次掩模优化中构造的曼哈顿结构。
20.图5为一实施例中第二次掩模优化后得到的掩模图形。
21.图6为一实施例中构造阶梯状的曼哈顿结构的原理示意图。
22.图7为一实施例中构造阶梯状的曼哈顿结构的方法流程图。
23.图8为一实施例中基于第二优化掩模和第二优化光源得到的光刻仿真图形。
24.图9为一实施例中基于传统光源掩模协同优化方法得到的优化后的掩模。
25.图10为一实施例中根据图9所示掩模得到的光刻仿真图形。
具体实施方式
26.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
28.在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件例如层、膜或基板被指为在另一膜层“上”时，其能直接在其他膜层上或亦可存在中间膜层。进一步说，当层被指为在另一层“下”时，其可直接在下方，亦可存在一或多个中间层。亦可以理解的是，当层被指为在两层
“
之间”时，其可为两层之间的唯一层，或亦可存在一或多个中间层。
29.在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由
……
组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
30.光源掩模协同优化(source mask optimization，smo)是一种针对极小尺寸图形光刻的分别率增强技术，可对光刻工艺中的光源和掩模进行协同优化，来改善在超小尺寸节点中的光刻工艺窗口，增强光学表现。在具体实践中，传统的光源掩模协同优化在对具有斜线结构的待优化掩模图形进行优化时，斜线结构部分的优化效果总是差强人意。为此，本技术针对这一问题对传统的光源掩模系统优化技术进行了改进。
31.本技术的一个实施例公开了一种光源掩模优化方法，如图1所示，包括：
32.s1：提供待优化掩模图形，所述待优化掩模图形包括斜线图形；
33.s2：将所述待优化掩模图形按照第一方向旋转第一角度，使得所述斜线图形的延伸方向为水平方向或竖直方向；
34.s3：基于旋转后的所述待优化掩模图形进行第一次光源优化，以得到第一优化光源；
35.s4：基于旋转前的所述待优化掩模图形进行第一次掩模优化，以得到第一优化掩模图形；
36.s5：将所述第一优化光源按照第二方向旋转所述第一角度，以得到第二优化光源，所述第二方向与所述第一方向相反；
37.s6：基于所述第一优化掩模图形和所述第二优化光源进行第二次掩模优化，以得到第二优化掩模图形。
38.具体的，本实施例中的斜线图形可以是紧密排列的周期性线条结构。如图2所示，作为示例，周期性线条结构的线条关键尺寸(critical dimension，cd)为40nm，周期(pitch)为80nm，线条方向与水平方向之间的夹角为α。其中，线条关键尺寸是指在集成电路光掩模制造及光刻工艺中为评估及控制工艺的图形处理精度，特意设计的一种反映集成电路特征线条宽度的专用线条图形，线条图形的最小宽度或最小尺寸即为线条关键尺寸。周期的值等于线条关键尺寸加上线条之间间隔的宽度。在本实施例中，周期性线条结构中各线条呈周期性平行排布，且各线条宽度均匀。参考图2左下角所示图例可知，记水平方向为x轴方向，竖直方向为y轴方向。
39.在步骤s2中，将待优化掩模图形按照第一方向旋转第一角度，使得斜线图像的延伸方向为水平方向或竖直方向。具体的，第一方向的选取可以根据斜线图形中线条结构的具体倾斜情况来决定。继续以图2所示的周期性线条结构为例，由于线条结构与水平方向之间的夹角为α，可以考虑将图2中的待优化掩模图形沿逆时针方向旋转α角度，使得周期性线条结构的延伸方向为水平方向；或者，将图2中的待优化掩模图形沿顺时针方向旋转(90
‑
α)度，使得周期性线条结构的延伸方向为竖直方向。在本实施例中，第一方向选取为逆时针方向，即，将待优化掩模图形沿逆时针方向旋转α角度，得到平行于水平方向的周期性线条结构。旋转后得到的待优化掩模图形如图3所示。
40.在步骤s3中，基于旋转后的所述待优化掩模图形进行第一次光源优化，以得到第一优化光源。光源优化(source optimization,so)属于分辨率增强技术，它通过改变光源
强度分布调整入射光的强度和方向。在经过步骤s2之后得到如图3所示的图形，待优化掩模图形中线条结构的延伸方向被旋转至水平方向，基于此状态下的待优化掩模图形进行第一次光源优化，得到第一优化光源。
41.在步骤s4中，基于旋转前的所述待优化掩模图形进行第一次掩模优化(mask optimization，mo)，以得到第一优化掩模图形。
42.掩模是光刻工艺中的重要部件，掩模上承载有目标图形，光线透过掩模，将目标图形透射在光刻胶上，达到将掩模图形向光刻胶转移的目的。但是，当芯片关键尺寸接近或小于照明光源波长时，光学临近效应会变得非常显著，此时如果直接将目标图形作为掩模进行曝光，会导致光刻胶上的图形与目标图形相比有很大的差距。因此，当芯片关键尺寸与波长尺寸接近时，需要根据目标图形对掩模进行重新设计，这个重新设计的过程就是掩模优化的过程。
43.旋转前的待优化掩模图形如图2所示，在步骤s4中，针对图2中的倾斜的周期性线条结构进行第一次掩模优化。具体的，第一次掩模优化可以是利用现有算法，将斜线图形中各个线条的边界转换为成正交的、不规则的曼哈顿结构。可选的，第一次掩模优化还可以是将斜线图形中各个线条的边界转换为用户自己设计的规则曼哈顿结构，例如，将原有的斜线边界转换为规则的阶梯状曼哈顿结构，如图4所示。通过将斜线图形优化为由水平线条和垂直线条组成的阶梯状曼哈顿结构，可以极大地提高掩模优化过程中的计算精度和计算速度。并且，将斜线图形的边缘设计为规则的阶梯状曼哈顿结构，不仅可以提高掩模的可制造性，还可以降低评价函数出现波动的概率，避免优化过程中掩模和光源向拐角靠拢而导致的误差，使得光刻图形更加接近目标图形。
44.在步骤s5中，将所述第一优化光源按照第二方向旋转所述第一角度，以得到第二优化光源，所述第二方向与所述第一方向相反。在本实施例中，因为第一方向为逆时针方向，所以第二方向为顺时针方向。
45.在步骤s6中，基于所述第一优化掩模图形和所述第二优化光源进行第二次掩模优化，以得到第二优化掩模图形。作为示例，基于第二优化光源和图4所示的第一优化掩模图形，对掩模图形进行第二掩模优化。第二优化掩模图形如图5中阴影部分所示。
46.上述光源掩模优化方法，针对具有斜线图形的待优化掩模图形进行优化仿真，通过兼顾斜线图形的倾斜角度和对斜线图形中线条边界的转换，对光源和掩模图形均进行了优化；采用优化后的光源和掩模进行光刻仿真，可以得到更加接近目标图形的光刻仿真图形。
47.在一个实施例中，旋转后的待优化掩模图形与旋转前的所述待优化掩模图形的关键参数保持一致，所述关键参数包括：周期(pitch)和线条关键尺寸(cd)。具体的，在待优化掩模图形旋转的过程中，待优化掩模图形本身的各个参数保持不变，无论是原掩模图形中线条的宽度，还是不同线条之间的间隔距离。旋转待优化掩模图形的目的在于，将待优化掩模图形中的斜线结构的延伸方向暂时调整到水平方向或竖直方向，以便于对光源进行第一次光源优化。在光源优化过程中，相比于斜线图形，现有大部分软件的算法对于水平方向线条和竖直方向线条组成的图形具有更高的计算精度和更快的计算速度。因此我们将斜线图形旋转，将原本倾斜的线条调整为沿水平方向或竖直方向延伸的线条，进而得到第一次光源优化的光源。
48.通过确保待优化掩模图形的关键参数在旋转过程中保持不变，可以使得基于同一个掩模图形所做出的光源优化和掩模优化相互配套，避免图形参数变化带来的误差影响最终的优化效果。
49.在一个实施例中，基于旋转前的所述待优化掩模图形进行第一次掩模优化的步骤包括：将所述斜线图形的边缘替换为曼哈顿结构，以得到边缘为曼哈顿阶梯的所述第一优化掩模图形。具体的，如图4所示，曼哈顿阶梯呈阶梯状，由相互连接的竖直线条和水平线条组成。通过使用竖直线条和水平线条组成的阶梯状边缘代替原来的斜线边缘，既可以为第二次掩模优化做好准备，也可以提高掩模的可制造性，降低掩模的生产难度。
50.为了清楚地说明阶梯状的曼哈顿结构是如何得到的，在下面的实施例中，将结合图6和图7对曼哈顿结构中的阶梯构造规则进行解释。具体的，将斜线图形的边缘替换为曼哈顿结构的步骤，包括：
51.s41：在所述斜线图形的边缘截取具有第一长度的线段，所述线段具有第一端点及第二端点；
52.具体的，请参考图6，首先，在斜线图形边缘截图具有第一长度的线段bd，b为第一端点，d为第二端点。第一长度的选择可以根据斜线图形的边缘总长度，进行适应性的选择。
53.s42：以所述第一端点为中心，沿竖直方向向下延伸第二长度，以得到第三端点，使得所述第三端点与所述第二端点处于同一水平高度，所述第三端点与所述第二端点之间的距离为第三长度；
54.具体的，以第一端点b为中心，沿竖直方向向下延伸第二长度，得到第三端点c，第三端点c与第二端点d处于同一水平高度。线段cd的长度为第三长度。
55.s43：以所述第一端点为中心，沿竖直方向向上延伸所述第二长度，得到第四端点；
56.具体的，以第一端点b为中，沿竖直方向向上延伸第二长度，得到第四端点a。第四端点a和第三端点c关于第一端点b对称。
57.s44：以所述第二端点为中心，沿水平方向向远离所述第三端点的方向延伸所述第三长度，得到第五端点；
58.具体的，以第二端点d为中心，沿水平方向向远离端点c的方向延伸第三长度，得到第五端点e。第五端点e和第三端点c关于第二端点d对称。
59.s45：连接所述第四端点、所述第三端点和所述第五端点，形成第一台阶；
60.连接第四端点a、第三端点c和第五端点e，形成第一台阶。
61.s46：重复上述步骤，将所述斜线图形的边缘全部替换为所述曼哈顿结构。
62.具体的，可以重复步骤s41
‑
s45，沿斜线图形的边缘形成相互连续的台阶状曼哈顿结构，代替原有的斜线边缘结构。需要注意的是，台阶状曼哈顿结构中仅包括竖直线条和水平线条。
63.通过上述步骤，可以将斜线图形的边缘替换为阶梯状的曼哈顿结构，其中，曼哈顿结构中仅包括水平线条和竖直线条。由此可以将原掩模中的斜线图形全部替换为由竖直线条和水平线条组成的掩模图形。现有大部分软件的算法对曼哈顿图形的计算较为精确，在对仅包含水平线条和竖直线条的图形进行掩模优化时可以取得更高的计算精度和更快的计算速度。
64.可选的，步骤s46还可以替换为步骤s46’：以第四端点为起点，沿远离第一台阶的
方向交替作相互连接的水平线段和竖直线段，其中，水平线段的长度为第三长度的两倍，竖直线段的长度为第二长度的两倍；以第五端点为起点，沿远离第一台阶的方向交替作相互连接的竖直线段和水平线段，其中，竖直线段的长度为第二长度的两倍，水平线段的长度为第三长度的两倍。
65.在步骤s46’中，以第一台阶为基础，沿斜线图形的边缘向第一台阶的两侧交替作竖直线条和水平线条，由于竖直线条和水平的线条的长度可以从第一台阶中得出，因此，通过上述方式也可以得到阶梯状的曼哈顿结构。
66.在一个实施例中，第一方向为顺时针方向，且所述第二方向为逆时针；或所述第一方向为逆时针方向，且所述第二方向为顺时针。具体的，第一方向为第一次光源优化前对待优化掩模所做的旋转方向，在实际仿真过程中，第一方向可以为顺时针，也可以为逆时针。第二角度为进行第二次光源优化时，对光源所做的旋转角度。第二角度与第一角度的方向相反。因此，如果第一角度为顺时针方向，则第二角度必定为逆时针方向；如果第一角度为逆时针方向，第二角度必定为顺时针方向。通过上述设置，第二优化光源可以与具有一定倾斜角度的第一优化掩模更加完美地适配，改善掩模优化的效果。
67.在一个实施例中，基于所述第一优化掩模图形和所述第二优化光源进行第二次掩模优化，包括：
68.s61：将所述第一优化掩模图形作为初始版图输入仿真系统；
69.s62：将所述第二优化光源作为光源输入所述仿真系统；
70.s63：仿真得到所述第二优化掩模图形。
71.具体的，将优化后得到的第一优化掩模图形和第二优化光源输入光刻仿真系统，进行第二次掩模优化，得到第二优化掩模图形。由于第一优化掩模已经被优化为仅包含水平线条和竖直线条的阶梯转曼哈顿结构，在进行第二次掩模优化时，可以极大地提高掩模优化过程中的计算精度和计算速度，得到质量更好的掩模图形，有利于在光刻过程中获得更大的工艺窗口，得到更加接近目标图形的光刻图形。
72.在一个实施例中，得到所述第二优化掩模图形后还包括：基于所述第二优化掩模图形和所述第二优化光源获取工艺窗口。
73.工艺窗口指的是保证掩模图形能正确复制到硅片上的曝光剂量和离焦量范围，它包含三个方面的信息：成像精确度、曝光度和焦深。工艺窗口可以反映线宽对曝光能量和焦点的敏感度，敏感度越小越好，敏感度越小，窗口越大，工艺越稳定。工艺窗口可用于对光源掩模优化方法的优化效果进行评估。
74.具体的，在获取第二优化掩模图形后，为了得知当前光源和掩模组合下的光刻效果，可以在仿真系统中进行光刻仿真，得到光刻图形，并获取工艺窗口。仿真所得到的光刻图形如图8所示，工艺窗口中的主要参数如表1所示。其中，dof表示焦深，表征了曝光系统成像质量和晶圆表面位置的关系。在聚焦范围内，曝光成像质量是可以保证的。焦深越大说明工艺稳定性越高；el(exposure latitude)表示曝光能量容忍度，一般工艺上定为5％，来评价该条件下的焦深及其他结果；meef(mask error enhancement factor)表示掩模误差增强因子，meef被定义为晶圆上光刻胶线宽随掩模上图形线宽变化的斜率，meef值越小表示工艺越稳定；ils表示图像对数斜率；delta cd表示关键尺寸增量，越小代表工艺精度越高；pv band(process variation band)表示工艺变化带宽，值越小代表工艺越稳定，图形曝光
误差越小。
75.表1：
76.dof299.961el5％meef6.51ils23.27delta cd0.64pv band10.25
77.为了进一步体现本技术中光源掩模优化方法的优化效果，可以设置对照组进行对比，即，采用传统的光源掩模协同优化方法，在仿真系统中对相同的待优化掩模图形进行光源掩模协同优化仿真，得到优化后的光源、掩模图形、光刻图形以及工艺窗口。采用传统的光源掩模协同优化方法仿真得到的掩模图形和光刻图形参见图9和图10，工艺窗口参见表2。
78.表2：
79.dof162.12el5％meef11ils15.4delta cd1.28pv band15.04
80.通过对比表1和表2可以知晓，采用本发明公开的光源掩模优化方法得到的光源和掩模图形，在其组合下的工艺窗口明显优于传统方法中软件自动优化所得到的工艺窗口。图8中所示的光刻仿真图形也优于图10中所示的光刻仿真图形。
81.本技术的一个实施例还公开了一种光刻仿真装置，可执行上述任一实施例中的光源掩模优化方法。
82.本技术的一个实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行上述任一实施例中的光源掩模优化方法。
83.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
84.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。