应用矢量成像模型的光源-掩模优化技术基础研究

Currently, the resolution enhancement technique (RET) becomes a cutting-edge research field for the 45nm-16nm immersion lithography, where the source-mask optimization (SMO) is one of the key techniques. For 45nm-16nm technology node, the scalar imaging model is not accurate to represent the image formation process of the hyper-NA immersion lithography systems, thus inadequate for the precision requirement of the SMO techniques. This project focuses on studying and developing pixel-based SMO approaches with high-precision based on a vector imaging model that was independently proposed by our research group. Through the co-optimization of source intensity, polarization and mask topology, the methods are explored to effectively increase the degree of optimization freedom in SMO procedure, and to improve the lithography imaging performance. The efficient and analytic optimization algorithms with superior convergence performance will be probed and innovated to speed up current SMO approaches, and to achieve the global optimal solution for the SMO problem. In addition, we plan to propose the mathematical model and evaluation function for the source and mask manufacturability in 45nm-16nm SMO techniques, then developing the effective methods to improve their manufacturability during the SMO procedure. Finally, the lithography simulation software with independent intellectual property rights will be developed.

45nm-16nm浸没式光刻系统的分辨率增强技术是当前国际前沿课题。其中光源-掩模优化（source-mask optimization，简称SMO）是关键技术之一。对于45nm-16nm技术节点，标量成像模型已经无法精确描述高数值孔径浸没式光刻系统的成像过程，从而无法满足 SMO的精度要求。本项目应用课题组自主研发的矢量成像模型，研究和发展高成像精度的基于像素的SMO技术，通过对光源强度、偏振态和掩模拓扑结构的联合优化，探索提高SMO优化维度和光刻系统成像性能的有效途径及手段。本项目还将尝试并创新高效且收敛性好的解析优化算法，从而提高现有SMO技术的优化速度，并获得该问题的全局最优解。另外，本项目拟定针对45nm-16nm SMO技术中的光源、掩模可制造性问题，提出数学模型及评价函数，发展在SMO优化过程中提高光源、掩模可制造性的方法。最后，我们还将开发具有自主知识产权的光刻仿真软件。

光源-掩模优化（SMO）技术是一项关键的光刻系统分辨率增强技术（RET）。现有的标量SMO技术无法满足45-16nm及以下技术节点光刻系统的仿真精度要求，无法精确预言该技术节点的SMO优化结果。同时，现有SMO技术在如何提高优化维度、运算速度及掩模的可制造性方面还有待于深入研究。本项目面向上述国际前沿课题和国家重大需求，创新了多项国际领先的RET技术，具体包括：1、针对45-16nm 深紫外（DUV）浸没式光刻系统，采用自主研发的矢量成像模型，创新了基于像素的矢量SMO技术，突破了现有标量SMO技术的仿真精度局限，能够精确预言45-16nm及以下节点中SMO优化结果。2、创新了3种高维度的RET技术，即光源-掩模-偏振态联合优化（SMPO）技术、光源-掩模-光瞳波前联合优化（SMPWO）技术和光源-掩模-数值孔径联合优化（SMNO）技术，通过优化任意偏振态、光瞳波前或数值孔径，进一步突破了现有SMO技术的优化自由度，能够获得更高的光刻成像保真度。3、创新了3种快速RET算法，即采用压缩感知的快速光源优化（SO）算法，采用非参数核回归的快速光学邻近效应校正（OPC）算法和快速偏振态优化（PO）算法，同时发展了采用非参数核回归和数据拟合的快速厚掩模衍射近场计算方法，为突破现有RET技术的运算效率提供了关键技术。4、创新了基于模块的OPC（BBOPC）技术，可以在提高光刻系统成像性能的同时，提高掩模可制造性。5、超额完成了对极紫外（EUV）光刻系统OPC和SMO算法的初步探索研究，针对22-16nm及以下技术节点EUV光刻系统发展了BBOPC技术，以及参数化和像素化SMO技术。课题组发表高水平SCI国际期刊论文9篇，EI国际会议论文2篇，SPIE特邀综述论文1篇，申请发明专利7项（授权1项），获得软件版权2项。培养博士研究生5人（其中4人已毕业）、硕士研究生9人（其中4人已毕业）。研究成果可为提高45-16nm及以下节点浸没式光刻系统的成像性能提供有效方案，为提高集成电路制造良率、降低集成电路制造成本提供有效途径，为我国自主研发90-45nm光刻设备提供技术基础和具有参考价值的仿真数据，为探索DUV和EUV光刻成像分辨率极限、硬件设备潜力提供支撑，为45-11nm光刻技术的可持续性发展提供关键技术。课题组圆满并超额完成了项目任务目标。