本文選題：光學臨近效應 + 分辨率增強技術�。� 參考：《華中科技大學》2015年博士論文

【摘要】：掩模優(yōu)化技術是一種推進光刻分辨率極限,擴展現(xiàn)有光刻機服役壽命的重要分辨率增強技術�；谙袼乇碚鞯难谀�(yōu)化方法在實際應用中面臨眾多的技術難題,其中包括:(1)掩模可制造性難題,優(yōu)化合成的掩模復雜度非常高,會極大的增加掩模的制造成本;(2)魯棒性難題,掩模的光刻膠圖形對生產(chǎn)工藝參數(shù)離焦和曝光劑量偏差的波動非常敏感,常規(guī)方法合成的掩模生產(chǎn)工藝窗口窄;(3)計算效率難題,一個先進的處理器芯片通常包含數(shù)十億個晶體管,掩模圖形非常密集復雜,優(yōu)化的計算過程十分耗時。鑒于此,本學位論文從掩模可制造性、魯棒性、和掩模優(yōu)化計算效率三個方面開展研究,具體內(nèi)容包括:提出了基于邊緣距離誤差的掩模成像質(zhì)量評價標準,邊緣距離誤差具有“長度”的量綱,同時相對掩模具有解析的形式,通過它可以直觀、高效的指導掩模優(yōu)化。提出了基于濾波的掩模優(yōu)化方法,該方法將掩模圖形中的灰度、孤島、小孔、鋸齒、伸出項等復雜結構當成掩模圖形噪聲,然后根據(jù)掩模的可制造規(guī)則設計一個掩模濾波器,直接將濾波器集成到目標函數(shù)中的掩模上,從而來移除或阻止這些噪聲在優(yōu)化過程中產(chǎn)生。這種方法可以有效濾除掩模中細小、復雜的結構,并且保證了每次迭代合成的掩模都具有可制造性。分析了生產(chǎn)過程中工藝參數(shù)及其統(tǒng)計分布對掩模優(yōu)化結果的影響。首先,推導了包含離焦和曝光劑量偏差參數(shù)的光刻系統(tǒng)正向模型表達式,接著建立了基于統(tǒng)計的魯棒掩模優(yōu)化模型,并將基于濾波的掩�？芍圃煨栽鰪姺椒ㄍ茝V到魯棒的掩模優(yōu)化模型中。通過仿真實驗,驗證了魯棒優(yōu)化方法合成的掩模對工藝參數(shù)變化具有魯棒性,分析了離焦和曝光劑量偏差的統(tǒng)計分布對合成掩模圖形的影響。開發(fā)了一整套的掩模優(yōu)化數(shù)值求解算法。推導了掩模優(yōu)化方向與迭代步長的計算公式,引入了PRP共軛梯度法和近似最優(yōu)步長計算方法,提出了基于瀑布式多重網(wǎng)格算法的掩模優(yōu)化流程。計算結果表明,相比常規(guī)計算方法,所提出的方法顯著提高了計算速度,而且能夠達到更小的目標函數(shù)值。本學位論文采用基準邏輯門電路結構圖形對所提出的方法進行了仿真測試,并對比了目前主流的優(yōu)化算法,包括罰函數(shù)方法和單一網(wǎng)格算法。結果表明,本學位論文所提出的方法能夠優(yōu)化合成一個復雜度低、成像質(zhì)量好、工藝窗口寬的掩模圖形,計算速度相比常規(guī)計算方法得到了顯著提升。本學位論文系統(tǒng)的開發(fā)了一套基于像素表征的光刻掩模優(yōu)化理論模型及方法,為實際應用中所面臨的技術難題提供了有效的解決方案,論文所開展的研究工作豐富了現(xiàn)有的光刻掩模優(yōu)化理論,為進一步推進光刻分辨率極限提供了一種高效的技術手段。
[Abstract]:Mask optimization is an important resolution enhancement technique to advance the resolution limit of lithography and extend the service life of existing lithography machine. The mask optimization method based on pixel representation is faced with many technical problems in practical application, including: (1) mask manufacturability problem, the complexity of optimization synthesis is very high, which will greatly increase the manufacturing cost of mask; (2) robustness problem. The photolithographic pattern of the mask is very sensitive to the fluctuation of the defocusing and exposure dose deviation of the production process parameters, and the window of the mask manufacturing process synthesized by the conventional method is narrow. (3) the calculation efficiency is difficult. An advanced processor chip usually contains billions of transistors, the mask graphics are very dense and complex, and the optimization process is time-consuming. In view of this, this dissertation studies the mask manufacturability, robustness, and mask optimization calculation efficiency. The main contents are as follows: the evaluation standard of mask imaging quality based on edge distance error is proposed. The edge distance error has the dimension of "length" and the analytic form of the mask mould. It can be used to direct the mask optimization directly and efficiently. In this paper, a filter based mask optimization method is proposed, in which the complex structures such as gray scale, isolated island, small hole, sawtooth, protruding term and so on are taken as the noise of the mask pattern, and then a mask filter is designed according to the manufacturing rules of the mask. The filter is directly integrated into the mask of the objective function to remove or prevent the noise from being generated in the optimization process. This method can effectively filter out the small and complex structure of the mask and ensure that the mask synthesized by each iteration is manufacturable. The effects of process parameters and their statistical distribution on the mask optimization results were analyzed. First, the forward model expression of lithography system including defocus and exposure dose deviation parameters is derived, and then the robust mask optimization model based on statistics is established. The filter based mask manufacturability enhancement method is extended to the robust mask optimization model. The simulation results show that the mask synthesized by the robust optimization method is robust to the change of process parameters. The influence of the statistical distribution of defocus and exposure dose deviation on the synthetic mask pattern is analyzed. A whole set of mask optimization algorithms are developed. The formulas of the optimum direction and the iterative step size of the mask are derived, the PRP conjugate gradient method and the approximate optimal step size method are introduced, and the mask optimization flow based on the waterfall multi-grid algorithm is proposed. The results show that compared with the conventional method, the proposed method can significantly improve the calculation speed and achieve a smaller value of the objective function. In this dissertation, the proposed method is simulated and tested by using the benchmark logic gate structure figure, and the current mainstream optimization algorithms, including penalty function method and single grid algorithm, are compared. The results show that the proposed method can optimize and synthesize a mask pattern with low complexity, good imaging quality and wide process window. In this dissertation, a theoretical model and method of lithographic mask optimization based on pixel representation is developed, which provides an effective solution to the technical problems in practical application. The research work in this paper enriches the existing photolithographic mask optimization theory and provides an efficient technical means to further advance the resolution limit of lithography.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN305.7

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本文編號：2066509