一种优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法
【专利摘要】本发明一种优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法，该光刻照明系统包括微反射镜阵列和微透镜阵列，具体过程为：将设计光源和目标光源之间的均方根误差作为误差函数；同时改变所有光斑中心点在光瞳平面的位置；计算位置改变前后误差函数的变化量；基于模拟退火算法对所述变化量进行判断，确定所有光斑中心点在光瞳平面的位置；每次只改变一个光斑中心点在光瞳平面的位置，按照上述方式执行，直至所有光斑中心点在光瞳平面的位置都优化完为止；根据当前获得的所有光斑中心点在光瞳平面的位置，调节微反射镜的倾斜角，获取与目标光源相近的光刻照明光源。本发明根据优化后的位置调整所有微反射镜阵列的倾角精确实现所需要的目标光源。
【专利说明】一种优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法，属于高分辨光刻【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光刻技术是一种制造半导体器件技术，利用光学的方法将掩膜板上的电路图形转移到硅片上。光刻技术采用深紫外光源，如紫外(UV)、深紫外(DUV)等。多种半导体器件可以采用光刻技术制造，如二极管、晶体管和超大规模集成电路。一个典型的光刻曝光系统包括照明系统、掩膜、投影物镜和硅片。
[0003]光刻照明系统包括光束整形单元和均匀照明单元。其中光束整形单元的主要作用是将激光器发射出的光束整形为和物镜光瞳匹配的各种照明光源。常见的照明光源包括传统照明、环形照明、四级照明和二级照明。随着光源-掩模联合优化技术(Source MaskOptimization, SM0)的发展，任意光强分布照明技术已经被广泛采用。之前生成各种离轴照明或任意光强分布照明可以采用衍射光学元件(Diffractive Optical Element, DOE),但是DOE存在着自身的局限，例如由于衍射效应引起的能量损失；零级衍射引起的光瞳内背景光；一块DOE只能生成一种特定的衍射图形，不同的照明光源时需要切换，若要使用新的光源时需要制作新的D0E，这些都增加了制造成本，降低了生产效率。
[0004]当前，微反射镜阵列也被使用来实现包括任意光强分布的各种照明光源。每个微反射镜可以在绕着两个垂直方向的轴倾斜。聚光镜置于微反射镜阵列和光瞳平面之间，它将由微反射镜产生的反射角转换为在光瞳平面内光斑的投射位置，进而实现各种照明光瞳而不需要切换其他光学器件。然而当前设计和控制微反射镜阵列的方法并未见详细报道，且需要通过改变微反射镜的曲率来实现投射光斑的尺寸调整，增加了系统的复杂程度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法，该方法采用混合优化方法，其能够快速准确产生任意光刻照明光源。
[0006]实现本发明的技术方案如下:
[0007]—种优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法，该光刻照明光源包括微反射镜阵列和微透镜阵列，具体过程为:
[0008]步骤一、将设计光源和目标光源之间的均方根误差作为误差函数；
[0009]步骤二、同时改变所有光斑中心点在光瞳平面的位置；
[0010]步骤三、计算位置改变前后误差函数的变化量；基于模拟退火算法对所述变化量进行判断，确定所有光斑中心点在光瞳平面的位置；
[0011]步骤四、判断重复执行步骤二和步骤三的次数是否达到设定次数，若是，则进入步骤五，否则返回步骤二；
[0012]步骤五、选定一个光斑；[0013]步骤六、改变选定光斑中心点在光瞳平面的位置，计算位置改变前后误差函数的变化量；基于模拟退火算法对所述变化量进行判断，确定所有光斑中心点在光瞳平面的位置；
[0014]步骤七、判断所选定光斑位置改变的次数是否达到预定次数，若是，则步骤五所选定的光斑优化结束，此时进入步骤八，否则，改变选定光斑中心点在光瞳平面的位置并返回步骤六；
[0015]步骤八、重新选定一个光斑，按照步骤六至步骤七的方式执行，直至所有光斑中心点在光瞳平面的位置都优化完为止；
[0016]步骤九、根据当前获得的所有光斑中心点在光瞳平面的位置，调节微反射镜的倾斜角，获取与目标光源相近的光刻照明光源。
[0017]进一步地，本发明所述步骤二至步骤四的具体过程为(其中步骤101为步骤二的具体过程，步骤102-105为步骤三和步骤四的具体过程):
[0018]步骤101、同时改变所有光斑中心点在光瞳平面的位置Sk (\，yp，每个光斑中心点坐标位置变化方式为 Sk+1(Xj，yj) = Sk (Xj, Yj) + ( Δ X, Ay),其中(Δ χ, Ay)是光斑中心点坐标附近的一个随机值；
[0019]判断改变后的位置是否同时满足以下两条要求:首先，该位置在光瞳平面范围内；其次，该位置与目标光源存在重合；若不满足，则继续改变位置直至改变后的新位置符合所述两条要求为止；得到当前所有光斑中心点坐标位置矩阵?k+1。
[0020]步骤102、根据所述光斑中心点坐标位置矩阵Ok+1获取设计光源，计算当前的误差函数和上次迭代的误差函数的变化量△%，基于模拟退火算法对变化量进行判断，
若Aek〈0，则直接进入步骤103 ;若Λ ek>0，则计算新状态的接受概率P 二 exp(=>),若
P大于(0，I)之间的一个随机数，则直接进入步骤103，否则将光斑中心点在光瞳平面的位置变换为改变前的位置，进入步骤103。
[0021]步骤103、判断重复步骤101-102的次数是否达到内循环的次数上限Nin，若是进入步骤104，否则返回步骤101。
[0022]步骤104、令外循环次数Nwt加1，退火温度下降为T = TXa，其中α是一个线性因子，其取值范围是(0，I)。
[0023]步骤105、重复步骤101-104，当外循环次数Nwt达到预定的次数上限后，将此时得到的所有光斑中心点坐标位置矩阵记为Q1，进入步骤五。
[0024]进一步地，本发明所述步骤五至步骤七的具体过程为:
[0025]步骤106、选定一个光斑；
[0026]步骤107、改变选定光斑中心点在光瞳平面的位置，改变的方式为Sk+1 (\，Yj)=Sk(Xj, yp + β.(Δχ, Ay)，其中(Λ χ，Λ y)是光斑中心点坐标附近的一个随机值，β是线性变换因子；
[0027]判断改变后的位置是否同时满足以下两条要求:首先，该位置在光瞳平面范围内；其次，该位置与目标光源存在重合；若不满足，则继续改变位置直至改变后的新位置符合所述两条要求为止；得到当前所有光斑中心点坐标位置矩阵?k+1 ;
[0028]步骤108、根据步骤107中得到的光斑中心点坐标位置矩阵Ok+1获取设计光源，计算当前的误差函数和上次迭代的误差函数的变化量△ ek，基于模拟退火算法对变化量Aek进行判断，若Λ ek〈0，则直接进入步骤109;若Λ ek>0，则计算新状态的接受概率
P = exp(^^)，若ρ大于(0，1)之间的一个随机数，则直接进入步骤109，否则将光斑中
心点在光瞳平面的位置变换为改变前的位置，进入步骤109 ；
[0029]步骤109、按照步骤107至108的方式重复执行，直至优化当前选定光斑中心点在光瞳平面位置的次数达到次数上限N’ in，此时进入步骤110 ；
[0030]步骤110、令退火温度T下降为TX α，令外循环次数加I ;
[0031]步骤111、判断外循环的次数是否达到预定的次数N’_，若是，则当前选定光斑优化结束，此时进入步骤八，否则返回步骤107。
[0032]进一步地，本发明所述降火温度T的初始值取1°C。
[0033]进一步地，本发明所述线性变换因子β取0.99或0.95。
[0034]进一步地，本发 明根据所需的光斑在光瞳平面的尺寸，切换不同焦距的微透镜阵列。
[0035]有益效果
[0036]本发明基于误差函数，采用混合优化方法(先同时优化所有光斑，再逐一优化所有光斑)能够快速准确得到各光斑的最佳位置，根据优化后的位置调整所有微反射镜阵列的倾角精确实现所需要的目标光源。投射光斑的尺寸可以通过切换具有合适焦距的微反射镜阵列调整，增加了系统的自由度降低了系统的复杂程度。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1照明光源的结构简图；
[0038]图2目标光源实例图；
[0039]图3投射光斑和位置矩阵卷积构成设计光源图；
[0040]图4设计流程图；
[0041]图5调整投射光斑尺寸方法；
[0042]图6计实例及仿真结果。
【具体实施方式】
[0043]以下结合附图对本发明的设计方法作进一步的详细介绍。
[0044]坐标系的预定义:以激光光束前进的方向为Z轴，并依据左手坐标原则建立坐标系(X，Υ，Ζ)。
[0045]如图1所示，本实施例中给出的包括微反射镜阵列的光刻照明光源，其沿光路依次包括光源1、柱面扩束镜2、微透镜阵列3、微反射镜阵列4、转像聚光镜5、复眼阵列6、孔径光阑7、聚光镜8、视场光阑9和转向镜10,其中附图1中还给出掩模11。
[0046]激光器I为准分子激光器，光束波长为193nm，出射的准直光束形状为矩形。经过柱面扩束镜2将其扩束为近似的矩形光束。微透镜阵列3由许多正方形微透镜排列组成，将由柱面扩束镜2出射的光束分割为多个子光束。微反射镜阵列4位于微透镜阵列3的后焦面附近，每一个微反射镜可以绕着正交的两个旋转轴独立的倾斜。整个微反射镜阵列包括的微反射镜数量可以为1000个或者数千个。微反射镜阵列4的每一个微反射镜和微透镜阵列3中的微透镜一一对应。通过倾斜每一个微反射镜的角度来改变出射光束的反射角度。转像聚光镜5位于微反射镜阵列4和光瞳平面(孔径光阑7所处的平面)中间，微反射镜阵列4位于转像聚光镜5的前焦面上，复眼阵列6的前表面位于转像聚光镜5的后焦面附近。转像聚光镜5将由微反射镜阵列4产生的反射角转换为在光瞳平面内光斑的投射位置。
[0047]复眼阵列6，孔径光阑7和聚光镜8构成均匀照明单元，其作用是分割光束整形单元产生的光源，在孔径光阑7平面内形成阵列二次光源。利用聚光镜8将二次光源叠加在其后焦面上，在此设置视场光阑9严格限定照明区域。转像镜10的作用是将由视场光阑9限定的照明区域通过光学成像的方式严格成像到掩膜面11上。
[0048]本发明优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法，
[0049]该方法的原理为:调整微反射镜倾角实现所需要的任意光强分布，实际上就是需要通过优化经过微反射镜和转像聚光镜投射到光瞳平面内的上千个光斑的位置；假定光瞳平面为一 NXN矩阵，每一个微反射镜投射到光瞳平面内的光斑光强分布假定一致，均为Ispot U，y)。第M个投射光斑在光瞳平面内的中心点坐标为S (xffl, ym)，将所有投射光斑中心点集合在一起，构成所有光斑中心点坐标的位置矩阵为?。在光瞳平面内允许有多个光斑叠加在同一个位置。需要设计的分布为Itogrt(x，y)是在光瞳平面内图形分布，每个像素取值为目标光源光强在该点的强度值，其分布可以根据需要给定，如图2所示为一光强任意分布的目标光源。
[0050]所有光斑投射到光瞳平面内构成的设计光源Illesign (X，y)为单个投射光斑光强分布Isptrt(X，y)和所有投射光斑中心点在光瞳平面坐标位置矩阵Θ的
卷积，即1^gll (x> y) = 1Spnt (Ar) ? Θ，如图3所示；因此本发明将设计光源
IDesign(x, y)和目标光源Itogrt (x，y)之间的均方根误差作为优化设计的误差函数，即
【权利要求】
1.一种优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法，该光刻照明光源包括微反射镜阵列和微透镜阵列，其特征在于，具体过程为: 步骤一、将设计光源和目标光源之间的均方根误差作为误差函数； 步骤二、同时改变所有光斑中心点在光瞳平面的位置； 步骤三、计算位置改变前后误差函数的变化量；基于模拟退火算法对所述变化量进行判断，确定所有光斑中心点在光瞳平面的位置； 步骤四、判断重复执行步骤二和步骤三的次数是否达到设定次数，若是，则进入步骤五，否则返回步骤二； 步骤五、选定一个光斑； 步骤六、改变选定光斑中心点在光瞳平面的位置，计算位置改变前后误差函数的变化量；基于模拟退火算法对所述变化量进行判断，确定所有光斑中心点在光瞳平面的位置；步骤七、判断所选定光斑位置改变的次数是否达到预定次数，若是，则步骤五所选定的光斑优化结束，此时进入步骤八，否则，改变选定光斑中心点在光瞳平面的位置并返回步骤六； 步骤八、重新选定一个光 斑，按照步骤六至步骤七的方式执行，直至所有光斑中心点在光瞳平面的位置都优化完为止； 步骤九、根据当前获得的所有光斑中心点在光瞳平面的位置，调节微反射镜的倾斜角，获取与目标光源相近的光刻照明光源。
2.根据权利要求1所述优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法，其特征在于，所述步骤二至步骤四的具体过程为: 步骤101、同时改变所有光斑中心点在光瞳平面的位置Sk(\，yp，每个光斑中心点坐标位置变化方式为Sk+Hxpy^SkO^yP + Qx，Λ y)，其中(Λ X，Ay)是光斑中心点坐标附近的一个随机值； 判断改变后的位置是否同时满足以下两条要求:首先，该位置在光瞳平面范围内；其次，该位置与目标光源存在重合；若不满足，则继续改变位置直至改变后的新位置符合所述两条要求为止；得到当前所有光斑中心点坐标位置矩阵?k+1 ; 步骤102、根据所述光斑中心点坐标位置矩阵&k+i获取设计光源，计算当前的误差函数和上次迭代的误差函数的变化量Aek,基于模拟退火算法对变化量Aek进行判断，若Aek〈0,则直接进入步骤103 ;若Aek>0,则计算新状态的接受概率P = exp(y^.),若ρ大于(0，1)之间的一个随机数，则直接进入步骤103，否则将光斑中心点在光瞳平面的位置变换为改变前的位置，进入步骤103 ； 步骤103、判断重复步骤101-102的次数是否达到内循环的次数上限Nin，若是进入步骤104，否则返回步骤101 ； 步骤104、令外循环次数NratWl,退火温度T下降为ΤΧα，其中α是一个线性因子，其取值范围是(0，1)； 步骤105、重复步骤101-104，当外循环次数Nwt达到预定的次数上限后，进入步骤五。
3.根据权利要求2所述优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法，其特征在于，所述步骤五至步骤七的具体过程为: 步骤106、选定一个光斑； 步骤107、改变选定光斑中心点在光瞳平面的位置，改变的方式为Sk+1 (\，yP=Sk(Xj，Yj) + β * (Δχ, Ay)，其中(Λχ，Ay)是光斑中心点坐标附近的一个随机值，β是线性变换因子； 判断改变后的位置是否同时满足以下两条要求:首先，该位置在光瞳平面范围内；其次，该位置与目标光源存在重合；若不满足，则继续改变位置直至改变后的新位置符合所述两条要求为止；得到当前所有光斑中心点坐标位置矩阵?k+1 ; 步骤108、根据步骤107中得到的光斑中心点坐标位置矩阵Ok+1获取设计光源，计算当前的误差函数和上次迭代的误差函数的变化量△%，基于模拟退火算法对变化量Aek进行判断，若Λ ek〈0，则直接进入步骤109;若Λ ek>0，则计算新状态的接受概率P = exu(,)，若ρ大于(0，1)之间的一个随机数，则直接进入步骤109，否则将光斑中心点在光瞳平面的位置变换为 改变前的位置，进入步骤109 ； 步骤109、按照步骤107至108的方式重复执行，直至优化当前选定光斑中心点在光瞳平面位置的次数达到次数上限V’ in，此时进入步骤110 ； 步骤110、令退火温度T下降为TX α，令外循环次数加I ; 步骤111、判断外循环的次数是否达到预定的次数N’ _，若是，则当前选定光斑优化结束，此时进入步骤八，否则返回步骤107。
4.根据权利要求3所述优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法，其特征在于，所述降火温度T的初始值取1°C。
5.根据权利要求3所述优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法，其特征在于，所述线性变换因子β取0.99或0.95。
6.根据权利要求1所述优化设计微反射镜阵列产生任意光刻照明光源的方法，其特征在于，根据所需的光斑在光瞳平面的尺寸，切换不同焦距的微透镜阵列实现。
【文档编号】G03F7/20GK103941549SQ201410099930
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】李艳秋, 魏立冬 申请人:北京理工大学