一种基于边缘迭代的电子束光刻剂量形状校正方法
文献发布时间：2023-06-19 15:47:50
技术领域
本发明是一种基于边缘迭代的电子束光刻剂量形状校正方法，在确保精度的前提下，快速校正电子束光刻的版图，实现了单一剂量进行曝光版图形状校正，属于计算光刻领域。
背景技术
电子束光刻是一种高分辨率无掩膜直写式光刻技术，由于电子束光斑尺寸非常小，它可以制作特征尺寸在10纳米以下的版图。由于电子在抗蚀剂和衬底中发生碰撞散射，使得显影后的版图与设计版图出现严重的失真，出现电子束光刻邻近效应(ProximityEffect)，同时还伴随雾化效应(Fogging Effect)，刻蚀加载效应(Etch Loading Effect)，电荷累积效应(Charging Effect)等负面效应。这几种负面效应校正，特别是对于特征尺寸非常小或密集的光刻版图，是电子束光刻工艺流程中不可或缺的关键步骤。
目前存在的两种类型的校正方法：剂量校正和形状校正。其中剂量校正具有精度高的优势，但是要求电子束光刻机能够快速变换曝光剂量，对光刻设备要求较高。形状校正通过校正版图形状，达到了使用相同剂量曝光整个版图的目的，可以兼容所有的光刻设备。目前，传统形状矫正算法中，需要对整个曝光版图进行迭代求解，导致大规模的曝光版图计算效率很低。因此，亟需发明一种能够兼容所有光刻设备，在确保计算精度的条件下，进行高效率计算的形状矫正算法。
本发明同现有的形状校正方法相比，不需要将版图划分成小矩形，也不需要判断矩形的连接处，只需要依据边缘各点接收能量进行处理，大大降低计算像素点，特别是针对超大规模曝光版图的计算，能够有效提高计算效率，同时在精度上也有很大提升。
发明内容
本发明是一种基于边缘迭代的电子束光刻剂量形状校正方法，目的是在保证剂量不变的前提下，修改输入版图来克服电子束光刻产生的负面效应，从而实现单一剂量进行形状校正。
本发明的技术解决方案为：通过对分析版图边缘的曝光情况进行校正，在保证精度以及时间的前提下，根据版图边缘所有点的曝光情况进行记录，并按结果迭代地校正版图，发明的步骤如下：
步骤S1：电子束曝光版图网格划分；
读入电子束光刻原始版图，将版图需要曝光的部分等间隔均匀的划分为正方形网格(亦可以表示为“像素”)，每个网格即是一个曝光点，原始版图处赋值为1，其余空白的网格赋值0，转化的原始版图用P(x,y)(0≤x 步骤S2：判断并存储曝光版图中每个图素边缘各点的位置； 根据S1中获取的原始版图矩阵P(x,y)，按照边缘分成上(T)、右(R)、下(B)和左(L)四组数据列表，按照公式(1)、(2)、(3)和(4)四个条件，分别判断与存储，如图2所示，即： 1)版图中每个图素位于上边缘的判断条件：
式中，P(x,y)为原始版图矩阵。T为存储上边缘所有点和偏移量的列表，δ为上边缘的某点的偏移量(即上边缘该点向上移动，或者向下移动的量)。遍历原始版图矩阵P(x,y)中x、y坐标，将满足公式(1)的坐标按x、y和δ三个变量为一组，按顺序依次存入上边缘列表T，且初始化δ＝0。 2)版图中每个图素位于右边缘的判断条件：
式中，P(x,y)为原始版图矩阵。R为存储右边缘所有点和偏移量的列表，δ为右边缘的某点的偏移量(即右边缘该点向左移动，或者向右移动的量)。遍历原始版图矩阵P(x,y)中x、y坐标，将满足公式(2)的坐标按x、y和δ三个变量为一组，按顺序依次存入右边缘列表R，且初始化δ＝0。 3)版图中每个图素位于下边缘的判断条件：
式中，P(x,y)为原始版图矩阵。B为存储下边缘所有点和偏移量的列表，δ为下边缘的某点的偏移量(即下边缘该点向上移动，或者向下移动的量)。遍历原始版图矩阵P(x,y)中x、y坐标，将满足公式(3)的坐标按x、y和δ三个变量为一组，按顺序依次存入下边缘列表B，且初始化δ＝0。 4)版图中每个图素位于左边缘的判断条件：
式中，P(x,y)为原始版图矩阵。L为存储左边缘所有点和偏移量的列表，δ为左边缘的某点的偏移量(即左边缘该点向左移动，或者向右移动的量)。遍历原始版图矩阵P(x,y)中x、y坐标，将满足公式(4)的坐标按x、y和δ三个变量为一组，按顺序依次存入左边缘列表L，且初始化δ＝0。 步骤S3：模拟电子束曝光版图曝光、显影过程，计算每个图素边缘对应像素的偏移量； 将迭代版图矩阵D(x,y)进行能量沉积曝光计算，定义曝光后的能量分布为E
式中，
式中，max为计算E 接下来，按照S2中获取的边缘位置列表T、R、B和L依次计算各个边缘每个像素的偏移量δ，如图3所示，即： 1)设T列表的长度为N
式中，δ 2)设R列表的长度为N
式中，δ 3)设B列表的长度为N
式中，δ 4)设L列表的长度为N
式中，δ 步骤S4：根据每个图素边缘对应像素的偏移量，校正每个图素的边缘曝光位置； 使迭代版图矩阵D(x,y)初始值等于P(x,y)，即D(x,y)＝P(x,y)。按照S3获取的图素边缘各点的偏移量依次校正各个图素的边缘，如图4所示，即： 1)图素上边界校正方法，根据存储的列表T，以及T长度N 当δ D(x 式中，该点x 当δ D(x 式中，该点x 2)图素右边界校正方法，根据存储的列表R，以及R长度N 当δ D(x 式中，该点x 当δ D(x 式中，该点x 3)图素下边界校正方法，根据存储的列表B，以及B长度N 当δ D(x 式中，该点x 当δ D(x 式中，该点x 4)图素左边界校正方法，根据存储的列表L，以及L长度N 当δ D(x 式中，该点x 当δ D(x 式中，该点x 由于版图D(x,y)都是由0和1组成的，所以通过上述四个边缘各个点的赋值，达到了校正版图的效果。然后保存更新迭代版图D(x,y)。 步骤S5：计算误差并判断迭代是否收敛； 将S4中的得到的校正后的迭代版图D(x,y)进行曝光和显影，计算过程同公式(5),(6)。设定第n次(n>1)收敛误差为H
式中，H 若H 步骤S6：获取形状校正后的版图； 当S5迭代结束之后，最终的迭代版图D(x,y)，即为形状校正后的版图。 附图说明 图1是本发明的操作流程图； 图2是获取图素边缘坐标的示意图； 图3是计算边缘点偏移量的示意图； 图4是根据边缘点偏移量校正版图的示意图； 图5是简单版图形状剂量校正效果图； 图6是本发明与其他形状校正算法收敛速率和精度对比。 具体实施方式 以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。 本发明是一种基于边缘迭代的电子束光刻剂量形状校正方法，目的是在保证剂量不变的前提下，通过修改比较原始版图和迭代的版图显影后的结果确定迭代版图边缘的偏移量，进而依据偏移量来校正版图。在条件允许的范围下，可以通过设置收敛精度控制校正的时间，最后依据校正后的数据按像素生成版图。本发明的步骤如图1所示，共分为六个步骤：电子束曝光版图网格划分；判断并存储曝光版图中每个图素边缘各点的位置；模拟电子束曝光版图曝光、显影过程，并计算每个图素边缘对应像素的偏移量；根据每个图素边缘对应像素的偏移量，修正每个图素的边缘曝光位置；计算误差并判断迭代是否收敛；获取形状修正后的版图。本发明的技术解决方案为：利用相同的剂量对校正后的版图进行曝光，在保证精度的前提下，计算每一次迭代校正版图的边缘偏移量，用以校正下一次迭代的版图，具体实施的步骤如下： 步骤S1：电子束曝光版图网格划分； 读入电子束光刻原始版图，将版图需要曝光的部分等间隔均匀的划分为正方形网格(亦可以表示为“像素”)，每个网格即是一个曝光点，原始版图处赋值为1，其余空白的网格赋值0，转化的原始版图用P(x,y)(0≤x 步骤S2：判断并存储曝光版图中每个图素边缘各点的位置； 根据S1中获取的原始版图矩阵P(x,y)，按照边缘分成上(T)、右(R)、下(B)和左(L)四组数据列表，按照公式(1)、(2)、(3)和(4)四个条件，分别判断与存储，如图2所示，即： 1)版图中每个图素位于上边缘的判断条件：
式中，P(x,y)为原始版图矩阵。T为存储上边缘所有点和偏移量的列表，δ为上边缘的某点的偏移量(即上边缘该点向上移动，或者向下移动的量)。遍历原始版图矩阵P(x,y)中x、y坐标，将满足公式(1)的坐标按x、y和δ三个变量为一组，按顺序依次存入上边缘列表T，且初始化δ＝0。 2)版图中每个图素位于右边缘的判断条件：
式中，P(x,y)为原始版图矩阵。R为存储右边缘所有点和偏移量的列表，δ为右边缘的某点的偏移量(即右边缘该点向左移动，或者向右移动的量)。遍历原始版图矩阵P(x,y)中x、y坐标，将满足公式(2)的坐标按x、y和δ三个变量为一组，按顺序依次存入右边缘列表R，且初始化δ＝0。 3)版图中每个图素位于下边缘的判断条件：
式中，P(x,y)为原始版图矩阵。B为存储下边缘所有点和偏移量的列表，δ为下边缘的某点的偏移量(即下边缘该点向上移动，或者向下移动的量)。遍历原始版图矩阵P(x,y)中x、y坐标，将满足公式(3)的坐标按x、y和δ三个变量为一组，按顺序依次存入下边缘列表B，且初始化δ＝0。 4)版图中每个图素位于左边缘的判断条件：
式中，P(x,y)为原始版图矩阵。L为存储左边缘所有点和偏移量的列表，δ为左边缘的某点的偏移量(即左边缘该点向左移动，或者向右移动的量)。遍历原始版图矩阵P(x,y)中x、y坐标，将满足公式(4)的坐标按x、y和δ三个变量为一组，按顺序依次存入左边缘列表L，且初始化δ＝0。 步骤S3：模拟电子束曝光版图曝光、显影过程，计算每个图素边缘对应像素的偏移量； 将迭代版图矩阵D(x,y)进行能量沉积曝光计算，定义曝光后的能量分布为E
式中，
式中，max为计算E 接下来，按照S2中获取的边缘位置列表T、R、B和L依次计算各个边缘每个像素的偏移量δ，如图3所示，即： 1)设T列表的长度为N
式中，δ 2)设R列表的长度为N
式中，δ 3)设B列表的长度为N
式中，δ 4)设L列表的长度为N
式中，δ 步骤S4：根据每个图素边缘对应像素的偏移量，校正每个图素的边缘曝光位置； 使迭代版图矩阵D(x,y)初始值等于P(x,y)，即D(x,y)＝P(x,y)。按照S3获取的图素边缘各点的偏移量依次校正各个图素的边缘，如图4所示，即： 1)图素上边界校正方法，根据存储的列表T，以及T长度N 当δ D(x 式中，该点x 当δ D(x 式中，该点x 2)图素右边界校正方法，根据存储的列表R，以及R长度N 当δ D(x 式中，该点x 当δ D(x 式中，该点x 3)图素下边界校正方法，根据存储的列表B，以及B长度N 当δ D(x 式中，该点x 当δ D(x 式中，该点x 4)图素左边界校正方法，根据存储的列表L，以及L长度N 当δ D(x 式中，该点x 当δ D(x 式中，该点x 由于版图D(x,y)都是由0和1组成的，所以通过上述四个边缘各个点的赋值，达到了校正版图的效果。然后保存更新迭代版图D(x,y)。 步骤S5：计算误差并判断迭代是否收敛； 将S4中的得到的校正后的迭代版图D(x,y)进行曝光和显影，计算过程同公式(5),(6)。设定第n次(n>1)收敛误差为H
式中，H 若H 步骤S6：获取形状校正后的版图； 当S5迭代结束之后，最终的迭代版图D(x,y)，即为形状校正后的版图。 如图5所示，(a)是原始版图，即S1中的P(x,y)；(b)是原始版图直接曝光后显影，即S 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制。参照该实施例的说明，本领域的普通技术人员应该可以理解并对本发明的技术方案进行相关的修改或替换，而不脱离本发明的实质和范围。