用於基於全局優化的無掩模光刻光柵化技術的方法和系統的製作方法

2023-05-30 13:32:36

專利名稱:用於基於全局優化的無掩模光刻光柵化技術的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及無掩模光刻(MLL)和光學無掩模光刻(OML)領域。
背景技術：
OMS是傳統(即基於掩模的)光刻的擴展。然而在OML中，不再使用光掩模，動態地實時驅動微光機電系統(MEMS)器件上的數千萬個微鏡像素以產生所需圖案。由於由像素所施加的固定網格以及深紫外(DUV)波長的短脈衝持續時間受激準分子雷射器的使用，要求灰度縮放的空間調製。因此，這些類別的MEMS器件公知為空間光調製器(SLM)。
SLM可以利用幾種幾何傳動類型(例如傾斜、定位等)用於產生圖像。通過使用與傳統的基於掩模光刻掃描器相同的波長和抗蝕劑，OML直接與現有的線路設備兼容，並且可以將其集成到具有相同軌道和刻蝕裝置的現有製作設備中。OML在較少的時間提供更多的設計輪次，以促進晶片產量和速度的優化。
OML和傳統的基於掩模光刻之間的一個重要的概念上的差別起源於在OML中使用的SLM和傳統掩模之間的差別。SLM由許多像素組成，每一個像素均具有按照可控方式來改變其光學性能的能力。典型地，每一個像素在尺寸上是亞解析度(sub-resolution)的，並且可以選用許多可能狀態的一種。一些SLM設計利用光調製的物理原理，所述光調製不必等效於在傳統掩模設計中所利用的光調製。例如，通過改變光偏轉度操作對鏡子像素的傾斜，這不必與傳統掩模的片斷等效。
除了定義SLM本身的必要說明之外，OML中的主要挑戰之一是理解使用SLM像素來複製所需圖案是如何好。在該領域存在重要挑戰的光柵化(rasterization)是用於配置SLM像素以複製圖案的一種技術。更具體地，給定掩模圖案或圖案的所需性質的描述，確定導致掩模圖案或非常接近所需圖案的SLM像素的狀態不是容易的任務。
在文獻中已經描述了幾種用於OML光柵化的方法。一種這樣的方法是圖像優化。通過在考慮像素之間的特徵臨近效應和光幹涉的同時執行像素狀態的重複以印刷所需圖案，圖像優化試圖解決優化問題。在概念性層面上，該方法緊接著許多技術，用於針對傳統掩模設計的光學臨近效應校正(OPC，optical proximity effect correction)特徵。
因為可以在虛像的性質方面(或者可能地甚至在抗蝕劑中的圖像方面)明確地表達優化的目標函數，圖像優化措施允許待印刷圖案的所需性質相對精確的控制。原理上為了實現優化，人們可以在特定的位置放置一個邊緣，其中沿該邊緣的歸一化強度對數斜率(NILS，normalizedintensity log slope)滿足特定閾值。
然而，與圖像優化相關聯的主要挑戰是相當高的計算成本，每一個重複均包含虛像的重新估計以及其相對於像素狀態的導數。
公知為遠離網格濾波器(OGFoff grid filter)的第二傳統方法通過選擇SLM像素的狀態為接近光柵化的理想掩模的衍射場來工作。在OGF方法中，該逼近是局部地執行的。即，利用幾個相鄰像素來對由一個或更多這些像素覆蓋的掩模框架產生的衍射場進行近似。局部近似允許這些相鄰像素的狀態的預計算(與選定濾波器模板(filter stencil)相對應的網格濾波器係數)。OGF的優點是相當快，並且可以在通過向圖案的給定描述施加已預計算的濾波器來實時地執行。然而，實現所述優點而受到的一些折衷如下
(i)因為濾波器模板包含有限數目的相鄰像素，已濾波像素裝置的光瞳場的匹配總是近似的，儘管針對預光學解析度波長相比較小的像素尺寸，可以使該近似相對較小。
(ii)在OGF方法的許多變體中，像素的已濾波狀態通常不滿足由SLM像素設計在像素上強加的約束。一種選擇是引入縮放因子，儘可能多地減少圖像強度以滿足所述約束。然而，該選擇引入了光損耗，這通常不是所希望的。
(iii)在OGF方法的許多變體中，潛在的要求是應該將已調製的像素由灰色調正方形(graytone square)很好地進行近似。這種近似正方形的灰色調應該是實數值並且在正方形兩端是常數。這些條件的第一條件對於活塞(piston)鏡像素不是有效的，並且第二條件僅針對傾斜鏡像素進行近似。
與諸如OGF之類的傳統方法相關聯的一個問題是光損耗問題。即，給定理想掩模上進行光柵化的圖案，傳統方法提出了一種光柵化方案，所述光柵化方案減少了具有該圖案的掩模虛像的變化。然而對於許多重要的圖案，由這種光柵化產生的圖像是原始圖案的已縮放或已模糊的圖像。對於光刻所共有的許多圖案(例如線條/間隔和接觸孔)，在光損耗效應下產生的圖像可能包含由原始掩模上的圖案產生的原始圖像的1/7小的劑量。
光損耗問題的解決方案是基於與SLM像素的調製能力有關的假設。即，該方案要求通過用實數值化的灰色調對SLM進行灰色調正方形產生的場，對由投影光學器件(PO)光瞳兩端和像平面中的已調製像素產生的場進行很好地近似。只要像素足以進行分辨，這些假設適用於許多調製原理(傾斜鏡、液晶顯示器(LCD)單元等)。然而，這些假設可能不會對活塞鏡像素(具有單位幅度的複數值灰色調)立即有效。在當亞解析度像素方法的尺寸達到來自低值的解析度限制時的其他調製類型(例如傾斜鏡)的情況下，這些假設很大程度上也是無效的。
因此，所需要的是一種用於提供具有針對SLM像素的最小光損耗的精確光柵化的技術，可以使用各種調製原理來施加所述光柵化。

發明內容
如這裡具體化和描述的與本發明原理一致的，本發明包括一種用於確定光刻系統中的空間光調製器(SLM)像素的狀態的方法，所述光刻系統被配置用於印刷所需圖案。所述方法包括確定與將要由光刻系統印刷的圖案的理想掩模相關聯的衍射級；以及然後對SLM像素的狀態進行配置以匹配與圖像信息有關的全部衍射級。
作為背景，OML中待印刷的管芯圖案由SLM產生，所述管芯圖案用作對比器件。對每一個SLM像素獨立地進行驅動以便改變所述SLM像素的光學性質。可以將不同的物理原理用於調製光。例如，可以將液晶像素用於改變像素的幅度透過率。可以將通過傾斜或活塞驅動的鏡子用於改變從每一個像素到達像平面的光的數量。
光學光柵化是這樣一種技術給定待印刷圖案的描述(例如圖像設計系統(GSD II掩模文件))，計算將在光學像平面處複製圖案的對比器件像素。
本發明提出了一種光學光柵化技術，這裡稱為全局優化光柵化。該技術包括匹配由給定掩模產生的光瞳場；以及考慮由對比器件的調製原理規定的約束。
更具體地，本發明的全局優化技術計算SLM像素的狀態，所述SLM像素的狀態導致與所需衍射圖案的匹配。該匹配是在按照針對給定照射模式的圖像信息分擔的那部分光瞳間隔中實現的。在確定的合理條件下，該匹配是足夠準確的，並且來自SLM的部分相干圖像可以匹配焦距內外的掩模的虛像。
與上述OGF方法不同，本發明的全局優化技術明顯地考慮了SLM像素的調製能力的約束。結果，可以消除或顯著減小光損耗。事實上，可以在具體圖案和像素幾何的情況下實現光增益。
此外，如果適當的自由度對於SLM是可用的，本發明的光柵化技術在複製理想或近似理想圖案時是有用的，所述理想圖案或近似理想圖案通常價格高的驚人或者甚至不可以在物理光掩模上實現。本發明提出了一種具有使能夠實現新等級應用的能力的OML，所述應用當前並非利用傳統的以掩模為基礎的光刻可實現的。
如上所述，本發明的全局優化技術是基於找到SLM像素的狀態、對其進行近似約束、以及使光損耗最小化。一種約束是由SLM像素設計強加的調製限制，例如傾斜鏡像素的最大可能/使用的傾斜角度。
像素狀態的另一個重要約束是SLM像素應該匹配或者近似延伸的光瞳中的場的所需分布，與縮放因子相乘(如果需要)。
在本發明中提供的全局優化技術顯著地減小了SLM像素約束的影響，以便減少或消除所得到的OML圖案中的光損耗。
以下參考附圖描述本發明的另外特徵和優點以及本發明各種實施例的結構和操作。



結合在此並且包括說明部分的附圖以及以上給出的一般描述和以下給出實施例的詳細描述一起示出了本發明的實施例，用於解釋本發明的原理。圖中
圖1是根據本發明實施例構建和布置的無掩模光刻系統的方框圖說明；
圖2是根據本多方面一維鏡網格的說明；
圖3是根據本發明的二維鏡網格的說明；
圖4是由根據本發明的理想掩模產生衍射級圖案的說明；
圖5是根據本發明將較大的優化問題減小為較小問題的說明；
圖6是網格濾波器係數對於邊緣的位置和方位的依賴性的說明；
圖7是根據本發明的一個方面的最小光損耗對定位鏡的間距和位置的圖解說明；
圖8是本發明實施例的示範性方法的流程圖；以及
圖9是可以實踐本發明的部分上的示範性計算機系統的方框圖。
具體實施方式
本發明的以下詳細描述參考示出了與本發明一致的示範性實施例的附圖。其他實施例是可以的，並且在部分精神和範圍的情況下可以對實施例做出修改。因此，以下詳細描述並不意味著限制本發明。相反，本發明的範圍由所述權利要求
限定。
該說明書公開了結合了本發明特徵的一個或更多實施例。已公開的實施例只是例證本發明。本發明的範圍不局限於已公開的實施例。本發明由所附權利要求
限定。
所描述的實施例以及在說明書中參考的「一個實施例」「實施例」「示例實施例」等表示所描述的實施例可以包括具體的特徵、結構或特點，但是每一個實施例不必包括具體的特徵、結構或特點。此外，這種短語不必表示相同實施例。另外，當結合實施例描述了具體的特徵、結構或特點時，應該理解的是其在本領域普通技術人員的知識範疇內，以結合這裡明確描述或未明確描述的其他實施例來影響這種特徵、結構或特點。
如下所述，對於本領域普通技術人員顯而易見的是，可以將本發明實現為圖中所示硬體和/或實體的許多不同實施例。因此，本發明的操作和行為將利用實施例的可能修改和變化的理解來描述，給出了這裡表現的詳情。
作為背景，圖1是根據本發明實施例布置的無掩模光刻系統的方框圖。在圖1中，無掩模光刻系統100包括控制系統102。控制系統102包括計算機處理器、存儲器和用戶界面，所述用戶界面被配置用於使用戶能夠輸入數據，用於指導無掩模光刻系統(100)產生已印刷的圖案。
控制系統102與脈衝光源104相連，所述脈衝光源104從光源(例如受激準分子雷射器或一些其他合適的脈衝照射機制)提供光脈衝。脈衝光源104與束延遲系統106相連，所述束延遲系統106典型地是像變系統，所述像變系統包括一系列透鏡以在由脈衝光源104產生的光束中創建所需的數值孔徑。將從束延遲106輸出的脈衝光成像到可編程陣列108上。
可編程陣列108被配置用於接收圖像圖案數據110(表示理想的光刻圖案)和反射光(表示用於投影光學器件(PO)109的圖像)。圖案數據110在本領域也公知為掩模布局數據。從可編程陣列108反射的光通過PO 109，並且然後落到襯底112上。PO的功能是(1)用於形成襯底上的目標的圖像；以及(2)用於與目標的尺寸相比減小圖像。然後將表示圖像數據110的圖案成像到諸如晶片襯底之類的襯底112的光敏表面上，按照恆定的速度掃描所述襯底。如本領域普通技術人員所理解的，將要被投影到光敏表面112上的圖像被包含在可編程陣列108中，並且可以由用戶經由控制系統102來改變。
如上所述，本發明依賴於系統(例如光刻系統100)中的圖案和照射模式，實質上減小或消除了光損耗。針對遠小於解析度限制的像素尺寸，本發明的全局優化技術促進了匹配來自任何理想掩模的光瞳場變化，因此可以複製具有較少殘餘誤差或沒有殘餘誤差的光瞳場。
全局優化的非線性版本允許針對SLM的光柵化，所述SLM具有不能通過灰度色調很好地進行近似的調製原理。全局優化也允許對於足夠精確的灰度近似太大的像素處理。
換一種說法，全局優化使能夠實現全部SLM像素狀態的計算，所述全部SLM像素將再現PO光瞳中所需的場分布。PO光瞳中的所需場可以是來自由SLM進行估計的理想掩模的場，或者可以是導致具有所需性質圖像的定製設計的光瞳場。只需要考慮影響虛像的PO光瞳的那部分。
實際上影響虛像的PO光瞳的區域被稱為基本PO光瞳。針對部分相干(PC)照射，該區域是具有數值孔徑(NA)圓圈的擴展源的卷積。所述擴展PO光瞳是包括基本PO光瞳的最小圓形光瞳。與基本PO光瞳內部的光瞳(或者作為簡化的擴展PO光瞳)相匹配允許人們可以計算針對所述PC照射模式而工作的光柵化，與該擴展源相對應。下面參考圖4更加全面地解釋該概念。
如本發明中所實現的全局優化可以使用描述了像素的已調製狀態的擴展光瞳兩端的場依賴性的(大體上非線性)函數。使用所述非線性函數的一種替換方法是使用線性灰色調近似。這對於產生實數值灰色調(例如傾斜鏡)的SLM像素是有效的，只要所述像素較小(未充分分辨(under resolved))。
當線性灰色調近似無效時，例如在活塞鏡的情況下，一種找到與所得到的灰色調相對應的像素狀態的方案是使用仿真。對於普通的對比器件，可以將本發明的具體實施例用於使仿真誤差最小化。
根據本發明，可以按照以下方式使仿真誤差最小化。如果g是(複數)灰色調的矢量，並且A是通過基本(或擴展)光瞳將灰色調的複數值分布映射到場值中的矩陣，通過以下方法獲得像素狀態p使||A(f(p)-g)||2的最小值受到由調製原理確定的約束。示例f(p)＝exp(ip)用於活塞鏡(p是隨相位的活塞位移)。
可以明確表達出以上示範性技術的幾種變體。例如，這些變體可以包括(a)通過將範數與加權函數相乘來使總的問題減少為一組局部問題，所述加權函數隻對於當時的幾個像素是非零的。另一個變體(b)可以包括按照以下方式改變變量將以上問題轉化為不受約束的優化問題。這可以全局地或局部地(如以上的(a)那樣)進行。最後的變體(c)可以包括將具有灰色調的全局優化的以上問題組合為用於產生最佳p而不是最佳g的問題。
可以將本發明的另一個示範性實施例用於使針對活塞鏡裝置的仿真誤差最小化。即針對活塞鏡裝置，可以在某種近似意義上求解出與||A(f(p)-g)||2的最小值等效的簡化表達式。這樣的具體示例(例如一維情況，二維情況與其類似)是針對每一對相鄰的像素j和j+1，在最小二乘法方面求解該方程。
(1)(1/2)(exp(ipj)+exp(i pj+1))＝(1/2)(gj+gj+1)
在該示例中，右側表示針對兩個相鄰鏡子的平均灰色調，或者表示原始的兩個像素之間像素的近似灰色調。該「移位的網格」仿真允許使用與原始(灰色調)像素相同尺寸的活塞鏡，相對於使用兩個或更多活塞鏡實現每一個灰色調的這些技術是相當有利的。
圖2是上述仿真方法的一維變體的示範性說明。更具體地，圖2包括一維移位網格200，所述一維網格200包括真實鏡網格的灰色調。代替對相鄰像素的灰色調進行平均，可以針對從真實鏡像素移位了1/2像素的新的虛網格204重新計算灰色調。可以將相位角206計算用於根據方程式(1)、根據新的虛網格204來配置相應的活塞。
圖3是以上仿真方法的二維變體的示範性說明。即，圖3包括使用四個相鄰像素的二維移位網格300。二維移位網格300包括虛網格302(沿兩個方向均移位1/2網格)。活塞的相位角304根據以如下方程式(2)沿兩個方向均周期性地延伸

(2)
同樣，當時可以使用三個或更多(一維)、或者9個或更多(二維)像素來獲得更精確的仿真。最後，可以修改灰色調的全局優化，以便獲得一組灰色調，所述組灰色調更順從地通過使用以上移位的網格近似來精確地實現。
針對每一種類型的對比器件，與上述一般對比器件和活塞鏡裝置有關的仿真方法可以提供較高水平的光刻性能。儘管以上討論了這兩種仿真技術，本發明決不局限於這些具體的技術。在本發明精神和範圍定位情況下，許多其他仿真方法是可能的。
如上所述，如果使用全局優化技術的精確非線性版本，應該將像素的調製狀態抑制為在MLL工具操作(例如，傾斜鏡像素的傾斜角度)期間所利用的限制。另一方面，如果使用線性灰色調近似，應該將灰色調抑制為由像素的實際調製能力表示的限制。
如由本發明所執行的，光柵化是基於使用SLM以匹配由理想掩模產生的衍射圖案、或以匹配導致具有所需性質的圖像的公知衍射圖案。儘管本發明主要地處理了密集的(即無限周期化的)圖案的光柵化，可以通過與經過光瞳的連續衍射場圖案一起作用、或者通過考慮具有足夠大間距的密集圖案來調節任意(例如隔離的)特徵。
可編程陣列108可以包括SLM或者其他合適的微鏡陣列。作為背景，SLM是由多個單獨受控像素(也稱作SLM元件)組成的陣列。每一個像素可以按照可控方式改變其光學性質，使得可以調製物平面中的場。典型的SLM具有按照矩形真理排列的正方形像素，其中每一個像素具有隻改變一個參數的能力，所述參數將其光學性質(一個參數的局部調製)刻畫特徵在特定範圍中。
例如，現有的SLM具有16×16mm2的傾斜鏡，按照2040×512的陣列進行布置、並且按照1KHz的刷新頻率運行。可以將在不同SLM中實現的光調製原理分類為透射率調製、光反射調製、相移調製、散焦調製、和/或幾種上述調製類型的組合。
圖4是由所述系統100內部的掩模產生的衍射級(d.o.s.)的位置的說明400。所述說明400是在光瞳形狀和只依賴於最大照射σ(σmax)的事實兩方面的簡化。更具體地，給定具有數值孔徑NA的PO，針對具有波長λ的相干照射的情況，只有由(fx2+fy2)＜(NA/λ)2定義的圓內部的衍射級影響虛像。針對部分相干照射的更一般的情況，可以將PO的基本或擴展光瞳限定為光瞳坐標(fx，fy)中的區域，來自於所述區域的場影響所述虛像。
基本光瞳依賴於PO的NA和具體照射模式(擴展源的形狀)。在大多數一般情況下，在數學方面，基本光瞳是支持光瞳坐標面(fx，fy)中的NA圓圈和擴展源的特徵函數的卷積。例如，在圖4中，以影響虛像的衍射級為邊界的雙圓圈輪廓402是與具有每一個圓的半徑為(NA/λ)的特定雙極子照射模式相對應的基本光瞳。更具體地，影響針對給定照射模式的虛像的光瞳中的那部分衍射圖案公知為基本光瞳。所述衍射圖案部分支持NA圓圈和源的卷積。以上示例與雙極子源相對應。
在圖4的示例中，將圓形部分404公知為擴展光瞳，並且可以由以下公式限定
(3) (fx2+fy2)＜[(1+σmax)(NA/λ)]2
所述擴展光瞳不依賴於照射的形狀，而是依賴於最大σ。
參與虛像信息中的全部衍射級的複數幅度U(p)由下式給出
(4) U(p)＝A(p)
其中p是SLM像素的狀態矢量(例如，傾斜鏡的傾斜、活塞鏡的活塞等)，並且A(p)是預定的函數，所述函數依賴於像素調製原理、像素尺寸/幾何形狀、光波長、照射模式以及PO的NA。
針對特定調製原理的SLM的情況，像素是具有統一(通常是複數值)透射率/反射率(像素灰色調)的物體(object)。示例包括改變其幅度透射率的LCD像素或改變其複數值反射率的相位的活塞鏡像素。對於在SLM像素中使用的一些其他調製原理，可以通過來自物體的場對來自單獨像素的散射場進行很好地近似，所述物體具有實際像素的尺寸和統一的複數值透射率/反射率。例如，將傾斜鏡SLM像素用稱為複數幅度的量來刻畫特徵以定義有效的灰色調。針對其中灰色調近似是可用的情況，該近似的精確度隨著與λ/NA相比像素尺寸的減小而增加。
為了說明的目的，考慮利用對整數個SLM像素進行採樣的時間段的周期化的理想掩模圖案。這種圖案導致來自理想掩模和SLM的灰色調正方形的d.o.s.共處一地。參與虛像信息的全部d.o.s.的複數幅度U(p)由以下公式給出
(5) U(p)＝Ag，
其中g是由與全部SLM像素相對應的灰色調組成的矢量。在以上的灰色調近似的結構中，基本光瞳內部的衍射級的複數幅度是像素灰色調(g)的線性函數。A之公知的矩陣，所述矩陣依賴於像素尺寸和幾何形狀、光波長、PO的照射模式和NA，並且可以將每一個像素的灰色調表示為像素狀態參數的函數gj＝gj(pj)。A由離散傅立葉變換(DFT)矩陣的行組成，與影響圖像的d.o.s.相對應，每一列與sinc(Lfx)sinc(Lfy)相乘，其中L是像素的尺寸。
給出掩模圖案的描述，例如多邊形的併集，每一個多邊形均具有以公知的幅度和相位透射率為背景的自己的幅度和相位透射率，人們可以計算基本光瞳內部的衍射級的複數幅度R。為了解決光柵化問題，人們需要滿足一組通常的非線性方程式
(6) A(p)＝R
基於找到滿足方程式(5)的像素狀態的SLM光柵化方法被稱為全局優化。
使用全局優化技術，初始假設包括作為多邊形的併集的理想掩模的描述，每一個多邊形均具有以公知的幅度和相位透射率為背景的自己的幅度和相位透射率。根據該描述，人們可以計算影響虛像的理想掩模d.o.s的複數幅度(R)
(7) Ag＝R
然後求解表達式(7)以確定灰色調。
要考慮的附加因子包括方程式的個數對約束g的未知數的個數、光損耗問題和計算複雜度。
在光柵化中增加的一個其他問題是條件(6)的個數的比率要滿足可用自由度的個數(即，可用像素的個數)。如果可用自由度的個數超出了條件(6)的個數，可以複製基本光瞳兩端的衍射場分布，並且SLM部分相干虛像將匹配掩模的虛像。在這些條件下，針對允許足夠精確度的灰色調近似的調製原理的像素，可以將矩陣A示範為滿秩的矩陣。通常，可以造像素之間找到有限個數的分布，導致在間距內外匹配給定掩模圖像的虛像。
利用灰色調是真實的假設來求解表達式(7)。基於該假設，未知數(Nu)的個數是仿真區域中像素的個數Nu＝NxNy。
由於Re和Im，方程的個數(Ne)等於影響虛像的d.o.s的個數的兩倍。為了估計目的，假設基本光瞳是半徑為NA(1+σmax)/λ(σZmax是最大輻射σ)的圓，並且仿真區域具有Dx乘以Dy尺寸以得到
(8) Ne＝2π(NA(1+σmax)/λ)2/(1/(DxDy))2
(9) Ne/Nu＝(L/(λ/NA))2 2π(1+σmax)2
在表達式(9)中，L是像平面處的(光學縮小之後)正方形像素的尺寸。術語σmax是非空間參數，使得光瞳坐標中的基本光瞳的面積與半徑為NA(1+σmax)/λ的圓的面積相等。
例如，σmax是針對環形照射模式的最大照射西格瑪。只要SLM像素足以通過PO未充分分辨(under-resolved)，所述系統保持為不充分地確定(underdetermined)(Ne＜Nu)。當像素的尺寸增加到PO的光學解析度限制時，可用自由度的個數Nu下降到這樣的點其中所述系統是約束過渡的(Ne＞Nu)，並且不能確定精確的解。
只要SLM像素足以通過PO進行不充分求解，所述系統保持為不充分地確定(Ne＜Nu)。應該注意的是如果SLM像素是足夠地壓解析度的，那麼SLM具有足夠的自由度個數來複製光瞳中的所需場分布。
單個SLM像素pj的狀態通常受到一定的約束，由SLM的設計和利用來表示。例如，傾斜鏡的傾斜在一定範圍內變化。當尋找滿足(9)的像素狀態時，應該考慮這些約束。
當利用灰色調近似，並且可以將在所述近似中利用的灰色調假設為是實數值時，這些約束一般減少為不等式約束
(10) g-≤gj≤g+
作為示例，在傾斜正方形鏡像素的情況下，所述灰色調由g＝sinc(α/α0)給出，其中α是傾斜角，因此約束是g+＝1並且g-≈min{sinc(x)，0≤x≤2}＝-0.2172。針對g-的近似隨著特徵移動至OP光瞳的邊緣而退化。
在本發明另一個實施例中，具有1/4波長相位跳躍的傾斜正方形鏡的灰色調由g＝sin(πα/2α0)sinc(α/2α0)給出，因此約束是g-＝-0.722和g＝＝0.722。
使用針對傾斜鏡的灰色調近似引起灰色調近似誤差。研究已經示出了該誤差在令人感興趣的許多情況下較小。在需要減小灰色調近似的情況下，人們可以通過在光瞳中包括不只匹配光瞳中央處的場值，而且還匹配其斜率(沿傾斜方向)來實現這種功能。該方法使方程式的個數加倍，但是方程式的系統針對足夠不充分求解像素仍然是不充分確定的。
在另一個示例的情況下，假設針對令人感興趣的情況(L＝8um，l＝193nm，NA＝0.93/267，σmax～1)，要求對具有4*106個像素的SLM的單獨射線(shot)進行光柵化。使用(i)等式約束Ag＝R和(ii)未知量對以上等式表達式的個數，人們可以得到Ne/Nu～0.52，即Ne～2*106以及Nu＝4*106。
可以將A表示為灰色調陣列g的DFT的項。這使得可以使用快速傅立葉變換(FFT)或其他類似的技術來歸矩陣積Ag進行估計。例如，可以利用典型的可用隨機存取存儲器(RAM)和在傳統個人計算機(PC)中包括的中央處理單元(CPU)來執行該估計。例如，計算灰色調的4百萬個像素陣列的FFT化肥具有256兆字節(MB)RAM存儲器的500兆赫茲(MHz)奔騰III PC幾秒鐘。
通常，全局優化技術要求描述周期性圖案的全部灰色調的同時優化。因為通常管芯圖案不是周期性的，包含具有不同特徵的不同區域，以及OPC和RET輔助特徵，可以迫使人們執行整個管芯、管芯的大片、或至少單獨對比器件上的全部像素(已經為百萬量級)的優化。求解具有百萬個變量的優化問題不是可行的。因此，存在將較大的優化問題減小為一組較小的優化問題(具有千位量級而不是百萬量級的變量個數)的需要。這是通過本發明解決的。
圖5是本發明另一個實施例的說明，用於將較大組的優化問題減小為較小組的問題。在圖5中，可以將圖案500分為合理尺寸的片502，例如500×500像素。每一個片502得到擴展的附加個數的像素304，並且然後被轉換為零(或1/2)灰色調506，以便不會干擾中央片。這種擴展的片現在可以周期化為308，並且經由易於管理的尺寸的優化解決了光柵化問題。如圖5所示的解決方案將對於原始片上的像素是有效的(具有較大程度的精確度)。圖5的示範性技術使得全局優化技術能夠提供最好的光柵化解決方案，是一種便於且易於實現的解決方案。
根據2D傅立葉分析、圖像處理等的許多開窗技術等可以提供圖5方法的替換。然而，這些替換產生了用於構成應用於光刻的圖5方法的需要。
基本光瞳內部的衍射級中的場R是物體O(x，y)的透射率函數的傅立葉變換。將物體分割為片斷Oj(x，y)，使得O(x，y)＝∑jOj(x，y)，並且每一個片斷表示由單獨的SLM像素覆蓋的物體的透射率函數。針對正方形SLM像素，Oj(x，y)將表示該正方形內部的掩模的片斷。與物體的這種分割相對應，也可以將光瞳場R表現為求和R＝∑j Rj，其中每一項Rj是所述物體Oj(x，y)的各個片斷的傅立葉變換。可以將對本領域普通技術人員眾所周知的許多有效的普通三角形化技術之一用於找到單個的物體分量Oj(x，y)。
人們可以針對上述每一個物體片斷找到具體的解g(j)，滿足方程式
(11)Ag(j)＝Rj
然後將所述解計算為具體解的總和g＝∑j g(j)。在實踐中，人們可以近似地求解只包含與第j個像素相鄰的幾個像素的問題(11)的切頂版本。可以將切頂問題的這種解進行預計算，並且將其存儲為參數化的網格濾波器係數。然後可以通過應用已預先計算的網格濾波器係數來相對較快地計算所述光柵化。
針對足夠小的像素，對特徵邊緣進行採樣的大多數像素將對單獨邊緣的直線段進行採樣。該直線段用兩個參數來刻畫特徵像素內部的位置及其斜率。為了預先計算網格濾波器係數，人們必須考慮足夠多數量的邊緣的斜率和位置的組合。
圖6是網格濾波器係數對於像素404邊緣的位置和方位兩者的依賴性的說明600，論證了位置和斜率兩者均影響網格濾波器的值。圖6示出了針對9個像素602的網格濾波器係數作為中間像素604的空白區的函數。曲線606提供了像素604的垂直邊緣的說明。曲線608提供了像素604的45°邊緣的說明。
使用圖6的預先計算的濾波器係數的一個重要結果是所得到的解(g)的分量不必滿足約束(10)。因此，將所述解用一定的因子可選地進行縮放，以進入由(10)表示的範圍。如上所述，對所述解進行縮放的需要導致所得到的光柵化複製了模糊的虛像，公知為光損耗的現象。針對一些測試圖案和鏡幾何形狀組合，導致SLM光柵化圖像的光只包含初始掩模劑量的13％。
灰色調的約束由給定SLM的調製能力來確定。針對現有的SLM，這些約束由以下表達式表示
(12) g-≤g≤g+
如上所述，如果將像素足夠地進行亞求解(sub-resolved)，等式(6)的系統具有比其他等式更多的未知量，因此所述系統可以容納多重解。然而，實際上上述像素調製約束可以導致沒有滿足針對給定右手側R的全部約束的解。然而，人們可以設法找到針對已縮放的右側γR的解，0＜γ＜1。如果這種解存在，它將導致在焦距內外與原始掩模相同的虛像，由因子γ2進行縮放。一個示例是關於傳統OΓΦ方法在先討論的光損耗現象。
顯著的光損耗導致到達曝光區的劑量的減少，因此要求物體上更高的入射劑量和/或曝光時間的增加，並且因此減少了系統產量。因此，希望的是利用對於具有壓解析度像素的光柵化問題的解的多樣性，以便與原始光掩模相比，選擇導致最少光損耗的解並且甚至導致光增益的解。
為了實現該目的，人們可以求解與未知量(p，γ)有關的示範性最優表達式
使γ最大化；
進行(i)A(p)＝γR，
(ii)(p)的像素調製限制，如上所述，
(iii)γ＞0。
例如，可以通過在以下示範性表達式中找到實數灰色調(g)來使光損耗最小化，使得
Ag＝R
g-≤g≤g+
即使線性方程式的以上系統是未充分確定的，對於g的調製約束可以導致針對特定的公共圖案(右手側R)，不存在解。
不過可以針對已衰減的圖案找到所述解
(13)Ag＝γR
(14)g-≤g≤g+
其中0＜γ＜1是衰減常數。
為了對這種已衰減的圖案進行曝光，人們需要增將所述劑量成比例地增加到(1/γ)2，導致光損耗問題。例如，針對一些傳統的光柵化技術，已經觀察到需要將劑量增加最高到6至8的因子。本發明的光柵化技術使該量級的光損耗最小化。
以上是線性編程問題，並且存在針對其解的許多有效的算法。只要存在合理地精確度的方式以使每一個像素的狀態與一些有效的灰色調(g)相關，可以將該方法與任何調製原理的SLM一起使用。具有不同調製原理的SLM包括具有傾斜鏡像素的SLM和具有跳躍的傾斜鏡像素。活塞鏡更不明顯，但是也可以經由移位網格或仿效活塞鏡的方法來進行。
針對活塞的情況，可以使用非線性方法。使用非線性活塞優化的全局優化必須找到像素鏡p的實數值活塞，使得
(15)Aexp(ip)＝R
這裡exp(ip)是與分量的取冪有關的結果。
注意，只要全部活塞調製範圍([0，2π])對於全部像素是可用的，不需要對p強加約束。
將表達式(15)的以上系統理想地迭代求解，從初始估計開始。在使用所考慮情況的實際實驗室實現期間，迭代的收斂相對較快(約5次迭代)，開始於合理的初始推測(根據幾何灰色調估計的活塞)。該方法的優點是避免了灰色調仿效誤差(graytone mimicking error)。
對於未約束問題的受約束優化問題的減少
給定必須滿足約束g-＜g＜g+的g，限定了
g＝(g++g-)+(g+-g-)cos(p)＝c+dcos(p)
Ag＝R變成A(c+dcos(p))＝R，那麼
Acos(p)＝(1/d)(R-Ac)＝Rmod，為此可以使用未受約束的優化方法。
以下提供了光損耗最小化技術的示例。
這些示例的第一個示例是基於線條和間隔的圖案。這些參數包括間距[135；150；195；260；715]*(nm)/M和線寬[65；68.68；80.77；104.65；107.20]*nm/M。將線條和間隔圖案移動0∶1∶14nm(晶片縮放)。相關聯成像的參數是
λ＝193.375*nm；(波長)
M＝30/8000；(放大率)
NA＝0.93*M；(物體一側的數值孔徑)
照射σmax＝0.89(例如C-quasar 0.69＜σ＜0.89，30deg b.a.)
SLM像素活塞或傾斜鏡，L_x＝8微米(um)[30納米(nm)晶片縮放]。在該示例中，將本發明的全局優化技術用於在對相移掩模(PSM)的6％進行仿真時使光損耗最小化。
圖7是在第一示例的支持下、使光損耗最小化對活塞鏡的間距和位置的曲線說明700。如圖7所示，通過使用本發明產生的最小化光損耗因子作為圖案位置的函數最小地變化(與由上述傳統技術產生的光損耗因子相比較)。在圖7中，利用活塞鏡，除非所述間距大於200nm，存在總的光增益(不是損耗)。
如上所述，FFT分解是可以用於提高全局優化光柵化的一種其他技術。例如，在方程式(7)中，可以將A表示為矩陣F(像素灰色調的離散FT)和由對角矩陣(A矩陣)的選定行組成的矩形矩陣的項
(16)A＝KF
方程式(16)的方法的一個優點是可以將FFT用於無需存儲A_matrix地計算O(N ln(N))時間的Ag。另一個優點是還可以無需存儲A_matrix地使用O(N ln(N))時間中的FFT來計算方程式(7)的最小範數解
g_min_norm＝FTKT(KKT)-1R
用於計算Ag和g_min_norm的以上基於FFT的技術用於建立用於迭代方法的塊，所述迭代方法用於說明(i)調製中的非線性，(ii)對於調製參數的約束，以及(iii)光損耗最小化。
可以使用A_matrix再次表達最小範數(未約束的)光柵化方法，以便避開關於執行存儲和速度的A_matrix限制。例如，針對較短項中的虛像測試(AIT)，可以將FFt灰色調光柵化相對較快地(0.3秒)用於較大的SLM陣列(256×256及以上)並且使存儲器使用最小化。因此，可以通過使用A_matrix再次表達未受約束的活塞迭代，以實現針對活塞(p)的類似結果。基於活塞光柵化結果，可以將FFT script用於受約束的灰色調迭代光柵化，而沒有明確A_matrix的使用。
通常，本發明的全局優化技術允許對像素鏡和公知的SLM像素不完整性之間的間隙進行補償。不完整性的示例是反射表面曲率、像素鏡兩端的反射率變化、從SLM而不是像素鏡的部分(間隙、柱等)反射的光。
因為本發明所描述的全局優化技術與光瞳中的場相匹配，可將其用於補償已知的PO像差。例如，針對相關光和場獨立像差的情況，假設所述PO具有波前像差W(fx，fy)，並且光柵化算法的目的是匹配光瞳U(fx，fy)中的場。如果向全局優化算法給出光瞳場以匹配等於U(fx，fy)*exp(-i*W(fx，fy))的場，那麼所得到的光柵化將補償該PO像差。
可以將本發明用於補償有缺陷的像素。例如，如果存在少量的有缺陷像素，剩餘的(工作)像素將仍然適合於匹配所需的光瞳場。結果是有缺陷像素的補償。即使有缺陷的像素落在圖案的邊緣上，有缺陷的像素通常不影響CD。
圖8是本發明實施例的示範性方法800的流程圖。在圖8中，在步驟802中設置要求光柵化和分解的初始掩模圖案。例如，可以將該圖案設置在圖1的控制系統內部的晶片複寫器上。這些圖案典型地包括多邊形的結合，可能具有從多邊形到多邊形變化的相位和灰色調以及背景。將所述圖案光柵化並且分解為基本物體(例如，矩形或三角形)。接下來在步驟804中，產生與全部基本物體相對應的光瞳場衍射級。在步驟806中對針對SLM的全部像素的灰色調進行定位，以對基本或擴展光瞳內部的衍射級優化地進行近似。這可以通過眾所周知的複數值技術的操作來實現。在步驟808中，選擇每一個像素的狀態(例如鏡子的傾斜或電壓)以便對指定給該像素的灰色調進行仿真或者對所述灰色調進行微型化。
如上所述，本發明可以具體實現為硬體、或軟體和硬體的結合。因此，可以在計算機系統或其他處理系統的環境中具體實現部分。例如，可以在計算機系統中具體實現控制系統102或者控制系統102的一部分。這種計算機系統900的示例如圖9所示。
在圖9中，計算機系統900包括諸如處理器904之類的一個或更多處理器。所述處理器904可以是專用或通用數位訊號處理器。所述處理器904與通信基本設施906(例如總線或網絡)相鄰。在該示範性計算機系統中描述了各種軟體實現。在閱讀該描述之後，對於本領域普通技術人員顯而易見的是如何使用其他計算機系統和/或計算機體系結構來具體實現本發明。
計算機系統900還可以包括主存儲器908，優選地是RAM，並且還可以包括次要存儲器910。例如，次要存儲器910可以包括硬碟驅動器912和/或可移動存儲驅動器914，所述可移動存儲驅動器914表示軟盤驅動器、磁帶驅動器、光碟驅動器等。可移動存儲驅動器914按照中所周知的方式讀取可移動存儲單元918和/或寫入可移動存儲單元918。可移動存儲單元918表示軟盤、磁帶、光碟等，所述可移動存儲單元918通過可移動存儲驅動器914進行讀取和寫入。應該理解的是，可移動存儲單元918包括具有在其中存儲的計算機軟體和/或數據的計算機可用存儲介質。
在替代實現中，次要存儲器910可以包括其他類似的裝置，用於允許將電腦程式或其他指令加載到計算機系統900中。例如，這種裝置可以包括可移動存儲單元922和接口920。這種裝置的示例可以包括程序卡帶和卡帶接口(例如在視頻遊戲設備中所發現的)、可移動存儲器晶片(例如EPROM、或PROM)和相關聯的插座、以及其他可移動存儲單元922和允許將軟體和數據從所述可移動存儲單元922轉移到計算機系統900的接口920。
計算機系統900也可以包括通信接口924。所述通信接口924允許軟體和數據在計算機系統900和外部設備之間進行傳遞。通信接口的示例可以包括數據機、網絡接口(例如乙太網卡)、通信埠、PCMCIA插槽和卡等。經由通信接口924傳遞的軟體和數據可以處於信號928的形式，所述信號928可以是能夠被通信接口924接收的電子、電磁、光學或其他信號。將這些信號928經由通信路徑926提供給通信接口924。通信路徑926攜帶信號928，並且可以使用電線或線纜、光纖、電話線、蜂窩電話鏈路、RF鏈路和其他通信信道來實現。
在本申請中，將術語「計算機可讀介質」和「計算機可用解釋」用於大體上表示諸如可移動插槽驅動器914、在硬碟驅動器912中安裝的硬碟和信號928之類的介質。這些電腦程式產品是用於向計算機系統900提供軟體的裝置。
將電腦程式(也稱為計算機控制邏輯)存儲在主存儲器908和/或次要存儲器910中。也可以經由通信接口924接收電腦程式。執行時的這些電腦程式使計算機系統900能夠實現如這裡所述的本發明。
具體地，執行時的電腦程式使處理器904能夠實現本發明的過程。因此，這種電腦程式表示計算機系統900的控制器。在本發明實施例中，作為示例，由可以由計算機控制邏輯執行由編碼器和/或解碼器的信號處理塊執行的過程/方法。在使用軟體實現本發明的情況下，可以將所述軟體存儲在電腦程式產品中，並且使用可移動存儲驅動器914、硬碟驅動器914或通信接口924將其加載到計算機系統900中。
結論
本發明提出了一種獨特的光學光柵化方法，所述光學光柵化方法匹配由給定掩模產生的光瞳場。所述方法考慮由對比器件的調製原理表示的約束。因此，通過使用本發明，可以執行更精確的光柵化，具有陣地SLM像素最小化的光損耗。
針對SLM類型和優化方法的任意靈活組合，本發明包括使用上述矩陣A的版本以及使用FFT的版本。後者是直接應用(針對線性方法)或間接應用(在非線性方法的每一個迭代中)的。
本發明還集中於全局優化技術的計算性能的問題，並且提供有效的方法來執行非常大規模(一次百萬個鏡子)的光柵化。例如，本發明中的許多特定全局優化技術顯著地改善了計算時間和存儲器需求兩者，根本上減少了成本。
可以將諸如這裡存在的仿真方法之類的本發明的其他方面與全局優化方法結合在一起來獲得灰色調。這些結合的技術可以針對許多不同類型的對比器件提供更高級別的光刻性能。
以上在示出了特定功能的性能及其關係的功能構建塊的幫助下描述了本發明。為了描述的方便，這裡已經將這些功能構件塊的邊界任意地進行限定。只要近似地執行了特定的功能和關係，就可以對替代的邊界進行限定。
因此，任何這些替代邊界都在所主張發明的範圍和精神之內。因此本發明的寬度和範圍不應該由任意上述示範性實施例來限定，而是應該只根據所述權利要求
及其等價物來限定。
在不脫離本發明的一般概念的情況下，無需不適當的試驗，特定實施例的在前描述將全面揭示本發明的一般本質，通過應用本領域普通技術人員的知識(包括這裡所引用參考文獻的上下文)，其他人可以易於修改和/或適應這種具體實施例的各種應用。因此，基於這裡存在的教義和指導，這種適應和修改傾向於在所公開實施例的等價物的意思和範圍之內。應該理解的是這裡的措詞或術語之用於描述而不是限制的目的，使得本說明書的措詞和術語將由本領域普通技術人員按照這裡表現的教義和指導、結合本領域普通技術人員的知識來解釋。
應該將詳細描述部分主要用於解釋權利要求
。總結和摘要部分可以闡述本發明的一個或更多示範性實施例，而不是由發明人所期望的全部示範性實施例，並且因此所述總結和摘要部分並非傾向於限制權利要求
。
權利要求
1.一種用於確定光刻系統中的空間光調製器SLM像素的狀態的方法，所述光刻系統被配置用於印刷所需圖案，所述方法包括
確定與將要由光刻系統印刷的圖案的理想掩模相關聯的衍射級；以及
對SLM像素的狀態進行配置以匹配與所需圖案有關的已確定衍射級。
2.根據權利要求
1的方法，其中所述衍射級表示與所述SLM像素相關聯的特徵。
3.根據權利要求
1的方法，其中所述像素狀態被配置用於實質上匹配所需衍射圖案。
4.根據權利要求
3的方法，其中所述匹配發生在所述光刻系統的擴展投影光學器件PO內部。
5.根據權利要求
4的方法，其中所述確定包括描述所述PO內部的光瞳場的非線性表達。
6.根據權利要求
4的方法，其中所述確定包括線性灰色調近似。
7.根據權利要求
6的方法，其中所述灰色調近似是像素狀態參數的函數。
8.根據權利要求
1的方法，其中所述配置對與SLM的調製特徵相關聯的約束進行補償。
9.根據權利要求
1的方法，其中所述衍射級是PO數值孔徑、擴展光瞳的坐標、以及照射波長的函數。
10.一種執行光刻系統中作為理想掩模光瞳的函數的空間光調製器SLM像素的光學光柵化的方法，用於對所需圖案進行光柵化和分解，所述方法包括
產生與基本物體相對應的光瞳場衍射級，所述基本物體與所需圖案相關聯
確定針對全部SLM像素的灰色調，以便在光刻系統的基本光瞳內最優地近似所產生的衍射級；以及
選擇每一個像素的狀態以對指定給像素的相應灰色調進行仿真。
11.根據權利要求
10的方法，其中所述選擇包括(i)確定所述灰色調的複數值分布；以及(ii)確定灰色調矩陣值，以通過所述基本光瞳將所述灰色調的複數值分布映射到光瞳場中。
12.根據權利要求
10的方法，其中所述基本物體包括多邊形的組合。
13.根據權利要求
10的方法，其中所述確定包括複數值技術的操作。
14.根據權利要求
10的方法，其中所述狀態包括來自包括傾斜角和電壓值組成的組中的至少一個。
15.一種用於確定光刻系統中的空間調製器SLM像素狀態的設備，所述光刻系統被配置用於印刷所需圖案，包括
用於確定與將要由光刻系統印刷的圖案的理想掩模相關聯的衍射級的裝置；以及
用於對SLM像素的狀態進行配置以匹配與所需圖案有關的已確定衍射級的裝置。
16.根據權利要求
15的設備，其中所述衍射級表示與所述SLM像素相關聯的特徵。
17.根據權利要求
15的設備，其中所述像素狀態被配置用於實質上匹配所需衍射圖案。
18.根據權利要求
17的設備，其中所述匹配發生在所述光刻系統的擴展投影光學器件PO內部。
19.根據權利要求
18的設備，其中所述確定包括描述所述PO內部的光瞳場的非線性表達。
20.根據權利要求
18的設備，其中所述確定包括線性灰色調近似。
21.一種用於執行光刻系統中作為理想掩模光瞳的函數的空間光調製器SLM像素的光學光柵化的設備，用於對所需圖案進行光柵化和分解，所述設備包括
用於產生與基本物體相對應的光瞳場衍射級的裝置，所述基本物體與所需圖案相關聯
用於確定針對全部SLM像素的灰色調的裝置，以便在光刻系統的基本光瞳內最優地近似所產生的衍射級；以及
用於選擇每一個像素的狀態以對指定給像素的相應灰色調進行仿真的裝置。
22.一種計算機可讀介質，用於承載由一個或更多處理器執行的一個或更多指令的一個或更多序列，用於執行確定光刻系統中的空間光調製器SLM像素的狀態的方法，所述光刻系統被配置用於印刷所需圖案，當由一個或更多處理器執行所述指令時，引起所述一個或更多處理器執行以下步驟
確定與將要由光刻系統印刷的圖案的理想掩模相關聯的衍射級；以及
對SLM像素的狀態進行配置以匹配與所需圖案有關的已確定衍射級。
專利摘要
一種用於確定光刻系統中的空間光調製器(SLM)像素的狀態的方法和系統，所述光刻系統被配置用於印刷所需圖案。所述方法包括確定與將要由光刻系統印刷的圖案的理想掩模相關聯的衍射級；以及然後對SLM像素的狀態進行配置以匹配與所需圖案有關的已確定衍射級。
文檔編號G21K5/00GKCN101111850SQ200680003428
公開日2008年1月23日 申請日期2006年1月27日
發明者阿扎特·拉伯特, 謝爾曼·伯特尼, 溫塞勞·塞布哈爾 申請人:Asml控股股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan