一种基于微反射镜阵列实现可变自由照明光瞳的方法
【专利摘要】本发明提供一种基于微反射镜阵列实现可变自由照明光瞳的方法，包括光斑位置测量，光斑位置优化，光斑位置校正等步骤。其中，CCD相机测量每个微反射镜单元处于静态时反射光斑的位置参数；将上述参数代入网格搜索蚁群算法中优化，得到产生所需光瞳形貌的微反射镜阵列旋转角度矩阵；计算加载旋转角度矩阵后目标面上测量光强分布与所需光强分布的光斑位置差异，将其作为反馈校正优化所得的微反射镜阵列旋转角度，使结果最终满足目标面上照明需求。本发明可实现如非圆周对称的复杂照明光瞳在内的多种照明模式，优化速度快，收敛性好，准确性高，具有较强的实用性。
【专利说明】-种基于微反射镜阵列实现可变自由照明光瞳的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微光刻领域，涉及一种光刻照明系统中自由照明光瞳的实现方法，具 体涉及一种基于微反射镜阵列实现可变自由照明光瞳的方法。
【背景技术】
[0002] 微光刻是制造集成电路，液晶显示器以及其他微结构器件的技术，在光刻中，对图 像质量起关键作用的两个因素是分辨率和焦深，所以既要获得更好的分辨率来形成关键尺 寸的图形，又要保持合适的焦深。随着光刻工艺的不断发展，光刻节点的不断缩小，除了减 小曝光波长λ和投影物镜的数值孔径NA，改变曝光光源的形状是提高光刻分辨率的重要 途径之一，在此基础上，从90年代提出的离轴照明技术发展到近来的偏振多级照明技术， 随着工艺因子kl的进一步减小，光源-掩膜优化技术逐渐成为下一代分辨率增强技术的 核心。利用光源-掩膜优化技术（Source and Mask Optimization),采用可编程照明技术 (Programmable Illumination)来实现，如传统照明，离轴照明甚至较为复杂的自由照明， 得到更合适的照明光瞳出瞳形状。可编程自由照明技术与离轴照明相比，对较复杂的芯片 线条形状，可增大工艺窗口，减小掩膜误差放大因子MEEF。
[0003] 在现有的技术中，为了得到灵活的瞬时可变的照明光瞳形状，采用基于MEMS的微 反射镜阵列（MMA，Micro Mirror Array)来照明光瞳表面，每个微反射镜由类似于数字微镜 器件（DMD，Digtal Micro Device)的静电装置驱动，并可向两个正交倾斜轴倾斜，每个微反 射镜在目标照明面上产生一个照明光斑，随着微反射镜旋转角度的变化。照明光斑可在目 标照明面上自由移动，形成所需要的理想光源分布。
[0004] 在国际专利W02005/02684所示的结构中，微反射阵列包括10000个以上的表面镀 高反射膜的微反射镜阵列，在微反射镜与目标照明面间的准直聚光镜组将反射镜产生的各 种不同的反射角度转换为光瞳平面中的不同位置，在上述过程中，核心就是要计算出每个 微反射镜单元的旋转角度，使得目标照明面上的光斑分布接近所需要的理想光源分布。在 美国专利US2010/0265482A1中以实现环形照明为例，提出了一种确定微反射镜阵列旋转 角度的位置优化算法，即先计算入射到微反射镜阵列上的光强分布函数，并求出其互补分 布函数，使微反射镜的反射光斑向互补分布函数的规律变化，以补偿入射光束各部分光强 的不均匀性，实现均匀照明。
[0005] 但这种方法只适用于产生简单，均匀光强分布的离轴照明，对于产生光强和形状 同时复杂变化的自由照明光瞳不再适用。同时，由于实际使用过程中可编程照明系统各种 像差和光学元件偏心的影响，实际得到的光斑与优化得出的理想光斑分布有一定的差异， 这些差异会影响输出光瞳面上光斑的均匀性和CD上的刻线质量。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于微反射镜阵列实现可变自 由照明光瞳的方法，该方法能够应用在产生复杂非圆周对称照明光瞳的场合，进一步补偿 了光斑位置差异，光瞳分布重构精度高。
[0007] 本发明采用的技术方案为：一种基于微反射镜阵列实现连续可变自由照明光瞳的 方法，所述方法包括如下步骤：
[0008] 步骤（1)、用CCD相机测量每个微反射镜单元静态时照明目标面上反射光斑的位 置参数；
[0009] 步骤（2)、将步骤（1)测量所得反射光斑的位置参数带入网格搜索蚁群算法中，优 化出产生所需光强分布的微反射镜阵列旋转角度矩阵；
[0010] 步骤（3)、利用步骤（2)得到的旋转角度矩阵，生成各微反射镜驱动器的控制信号 并控制微反射镜进行角度旋转，测量此时照明目标面上光强分布，将其与所需光强分布的 光斑位置差异作为评价指标，对系统进行反馈控制，直到光斑位置差异满足设计要求。
[0011] 进一步，该方法适用于利用微反射镜阵列实现任意照明分布的系统，其中每个微 反射镜单元可二维连续旋转，且微反射镜阵列通过一准直聚光镜组成像到目标照明面上， 微反射镜阵列所在位置与目标照明面成傅里叶关系。
[0012] 进一步，在进行反射光斑位置测量之前用闭环反馈系统对微反射镜阵列进行标 定，使得微反射镜阵列的每个镜单元在上述步骤（1)，（2)，（3)三个过程中均能正常工作。
[0013] 进一步，所述步骤（1)中每个微反射镜单元处于静态时，用CCD相机测定其在照明 目标面上反射光斑位置参数的具体过程如下：
[0014] 设微反射镜阵列单元总数为M，给出微反射镜阵列一个旋转角度矩阵α，在此旋 转角度矩阵中除待测微反射镜单元M k(k为镜单元下标序号，且k = 1，2, . . .，Μ)的旋转角 度为0外，由控制单元控制其他镜单元以阵列中心为界线，包括界线以上的镜单元向上偏 转Y角，以下的镜单元向下偏转Y角，S卩α为：
【权利要求】
1. 一种基于微反射镜阵列实现可变自由照明光瞳的方法，其特征在于：所述方法包括 如下步骤： 步骤（1)、用CCD相机测量每个微反射镜单元静态时照明目标面上反射光斑的位置参 数； 步骤（2)、将步骤（1)测量所得反射光斑的位置参数带入网格搜索蚁群算法中，优化出 产生所需光强分布的微反射镜阵列旋转角度矩阵； 步骤（3)、利用步骤（2)得到的旋转角度矩阵，生成各微反射镜驱动器的控制信号并控 制微反射镜进行角度旋转，测量此时照明目标面上光强分布，将其与所需光强分布的光斑 位置差异作为评价指标，对系统进行反馈控制，直到光斑位置差异满足设计要求。
2. 根据权利要求1所述的基于微反射镜阵列实现可变自由照明光瞳的方法，其特征在 于：该方法适用于利用微反射镜阵列实现任意照明分布的系统，其中每个微反射镜单元可 二维连续旋转，且微反射镜阵列通过一准直聚光镜组成像到目标照明面上，微反射镜阵列 所在位置与目标照明面成傅里叶关系。
3. 根据权利要求1所述的基于微反射镜阵列实现可变自由照明光瞳方法，其特征在 于：在进行反射光斑位置测量之前用闭环反馈系统对微反射镜阵列进行标定，使得微反射 镜阵列的每个镜单元在上述步骤（1)，（2)，（3)三个过程中均能正常工作。
4. 根据权利要求1所述的基于微反射镜阵列实现可变自由照明光瞳的方法，其特征在 于：所述步骤（1)中每个微反射镜单元处于静态时，用CCD相机测定其在照明目标面上反射 光斑位置参数的具体过程如下： 设微反射镜阵列单元总数为M，给出微反射镜阵列一个旋转角度矩阵α，在此旋转角 度矩阵中除待测微反射镜单元Mk(k为镜单元下标序号，且k = 1，2, . . .，Μ)的旋转角度为 0夕卜，由控制单元控制其他镜单元以阵列中心为界线，包含界线以上的镜单元向上偏转Y 角，以下的镜单元向下偏转Y角，S卩α为：
(1-1) 其中Υ为每个镜单元的最大旋转角度，目标照明面上形成一个长为Η的空白区域， 且： H = 2XfcollimatorXtan(2 y ) (1-2) 其中，?为准直聚光镜组的焦距； 将CCD相机放在目标照明面的中心位置处接受准直聚光镜组的出射光斑，计算机采集 CCD相机上的光斑图像并对其进行数据处理，对每个微反射镜单元重复以上步骤，直到得到 每个微反射镜单元处于静态时对应的反射光斑的质心位置测量值矩阵D°(k)。
5. 根据权利要求4所述的基于微反射镜阵列实现可变自由照明光瞳的方法，其特征在 于：所述微反射镜阵列中心以上的镜单元偏转角度也可以取其他小于Y的值，中心以下的 镜单元偏转角度也可以取其他大于-Y的值，使得CCD的有效接收面上只有待测反射光斑。
6. 根据权利要求1所述的基于微反射镜阵列实现可变自由照明光瞳的方法，其特征在 于：所述步骤（2)中网格搜索蚁群算法的步骤为： 步骤S11 :划分解空间搜索区域； 将每个微反射镜单元二维旋转角度作为解空间集合，将照明目标面划分网格，根 据所需产生的目标光强分布情况，确定各微反射镜单元的二维初始旋转角度eHk)= (ejk)，θ/(1〇)的范围如下： 〇< | e^k)! < 6upper 〇< I Θ/ΟΟΙ < 0upper (1-3) 其中，Θ^ΟΟ, θ/00分别为微反射镜单元沿X轴方向和y轴方向的初始旋转角度，
,S。为产生所需目标照明模式下的最大外相干因子，φ__为照 明目标面的面积； 将每个Θ^ΟΟ, Θ/GO分为Ν等分，设某微反射镜单元所对应的解空间中的序号为 (P，q)，算法开始时将每个微反射镜单元旋转角度随机散布在解空间内的等分区域某处，得 到初始旋转角度如下所示：
(p , q =1, 2,. .. , N) (1-4) 其中，rand是[0,1]之间的随机数； 步骤S12 :初始化种群及个体信息素分布； 迭代初始，设定蚂蚁总数为M，优化中最大循环次数为NCmax，信息度挥发参数为P (0 < P <1)，收敛精度为ε (〇< ε <1)，令目标函数G等于微反射镜阵列加载优化所得旋 转角度矩阵后目标照明区域光强分布与拟产生的目标光强分布的差值。由步骤（1)中所得 每个反射光斑的位置测量矩阵= ，修正迭代初始时每个蚂蚁k在目标照 明面的位置为： A1⑷= 卜:⑴(2〇x'(k)) +D：(I<) Dy{k)=f,〇n,n,(2〇}'{k) ) +D°y(k) ( 1-5 ) 定义蚂蚁k的评价函数为其所处的目标照明面上u点的目标函数Gu与其领域内蚂蚁1 所处v点的目标函数Gv的和，即： AGUV = Gu+Gv (1-6) 由位置u点向位置v点移动状态转移概率公式为： (1-7) 其中，duv为目标面上u点和v点间的距离，τ uv为蚂蚁k在移动路径上的信息素强度， all〇Wedk为蚂蚁k下一步允许走的空间网格点路径集合，每只蚂蚁k所在位置u点的初始 信息素浓度为： τ u〇 = e_G(u) (1-8) 步骤S13 :分组确定精英蚂蚁和一般蚂蚁； 加载如（1-4)式所示的微反射镜阵列初始旋转角度矩阵后，选出满足|G| < ε的精英 蚂蚁并将其在目标照明面上所处位置添加到禁忌列表中，按公式（1-7)移动各蚂蚁，采用 单向搜索机制将蚂蚁从目标函数大的位置向目标函数小的位置移动，当一次循环结束时， 蚂蚁k所移动路径上的信息素强度按下式更新：
C1-9) 将各条寻优路径上可能的信息素强度范围限制在[Tmin，τ_]:
(1-10) 步骤S14 :若NC>NCmax，则继续优化，否则转步骤S15。在每轮迭代结束后，更新蚁群的目 标函数值G和禁忌列表，若每只蚂蚁的目标函数小于定义的收敛精度值ε，则转步骤S15， 否则转步骤S13,开始下一轮迭代搜索； 步骤S15 :终止优化，根据当前蚂蚁k在目标照明面上的二维位置矩阵D°ptimal (k)计算 得到最佳移动距离矩阵h°ptimal(k)和相对应的二维旋转角度矩阵0_imal(k)，其中，
(1-11)
7.根据权利要求1所述基于微反射镜阵列实现可变自由照明光瞳的方法，其特征在 于：所述步骤（3)中校正网格搜索蚁群算法优化后旋转角度矩阵e_imal(k)的步骤为： 步骤S21 :给出微反射镜阵列一个旋转角度矩阵β，在此角度矩阵中除被测微反射镜 Mk的二维旋转角度为e_imal(k)外，其他镜单元由控制单元控制，以阵列中心位置为界线， 包含界线以上的镜单元向上偏转Y角，以下的镜单元向下偏转Y角，矩阵β为：
(1-12) 步骤S22 :将CCD相机放在目标照明面上D°ptiaml (k)位置处，测量每个微反射镜Mk反 射光斑质心的实际位置，计算其与目标照明上预定位置D°ptimal(k)处的位置差异ddiff，选出 ddiff大于目标照明区域允许最大光斑偏移量△ L的待校正反射镜集合Ms (s〈k,且Ms e Mk)， 在这些反射镜中，将其旋转角度Θ从Ο?Y中取n个点（ n彡20)，分别测量微反射镜单元 Ms在这η个点处的光斑位置参数，将其记为Ρ' (θ，8)，用非线性函数fs(0)对其进行数 据拟合，表不为：
fs(0)-p^ (0,s) I ^ (1-13) 其中，a」为拟合多项式的系数，δ i为数据拟合精度差，从公式（1-13)得到S个函数表 达式，将网格蚁群算法优化得出的待校正反射光斑Ms的位置D°ptimal(s)代入f s(0)的表达 式中，即：
(1-14) 从上式中求解出Θ (s)，将其替换掉中相同位置处的值。 步骤S23:重复步骤S22,直到每个镜单元反射光斑的位置差异均小于目标照明区域 允许最大光斑偏移量，输出最后的满足实际光学系统要求的微反射镜二维旋转角度矩阵 θ f-i (k)。
【文档编号】G03F7/20GK104111592SQ201410384829
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】邢莎莎, 杜猛, 廖志杰, 张海波, 邢廷文 申请人:中国科学院光电技术研究所