一种实现自由照明光瞳的微反射镜阵列控制方法
【专利摘要】本发明提供一种实现自由照明光瞳的微反射镜阵列控制方法，首先限制各微反射镜单元偏转角度初始值在一定的范围内，使得目标面上反射光斑靠近目标光强分布区域；将目标面实际光强分布与拟产生目标光强分布差值作为评价函数，将其按每点像素值大小分组；保持像素值满足收敛条件的点所对应微反射镜单元的偏转角度不变；对像素值不满足收敛条件的点，计算其所对应微反射镜单元的偏转角度的优化值，并更新评价函数，进一步筛选像素值不满足收敛条件的点，对优化值重新进行更新，直到收敛。采用本发明可快速，有效的返回微反射镜阵列驱动电压值，可实现不同照明模式间的快速切换。
【专利说明】-种实现自由照明光瞳的微反射镜阵列控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光刻分辨率增强【技术领域】，涉及一种实现自由照明光瞳的微反射镜控 制方法，特别涉及一种实现光刻系统中自由照明光源的微反射镜控制方法，用来实现光源 掩膜优化输出的像素型照明光瞳。
【背景技术】
[0002] 当前大规模的集成电路（IC)普遍采用光刻系统制造，光刻系统主要包括：光源， 照明系统，掩膜，投影系统及晶片五部分，通过照明系统照明掩膜图像，并利用投影物镜将 照明的掩膜图像投射到涂有光刻胶硅片上，从而将掩膜结构传递到基底的光敏感图层上。
[0003] 随着光刻技术节点进入45_22nm，现在的光刻系统中普遍采用光刻分辨率增强技 术来提高工艺因子K1，研究发现如果给芯片上的不同形状的线条提供其对应的最佳照明方 式（即提供不同的部分相干性），可有效的减小工艺因子K1，尤其对形如SRAM的复杂的芯 片线条而言，光源掩膜优化技术（Source Mask Optimization, SM0)利用光源及掩膜之间的 协同优化，可较为有效的提高工艺窗口，降低掩膜误差放大因子MEEF，，校正掩膜形状误差， 达到提高光刻成像分辨率的目的。
[0004] 在此基础上，需要一种可以产生上述光源-掩膜优化后输出光源形状的装置，实 现对掩膜的不同模式照明。其中，利用衍射光学元件（Diffractive Optical Element,D0E) 可在光瞳平面上产生可变的辐照度分布，但由于固定结构的DOE只能产生一种辐照度分 布，其灵活性受到限制，又由其在曝光系统的应用中需要大量的转盘轮换和照明模式设置 时间，而且DOE的轮换个数有限（通常为16个），使得产生的照明光源模式受限，最后，利用 DOE产生的背景杂散光较强且不可消除，给工艺窗口的大小带来一定的影响。
[0005] 如国际专利W02005/02684所示的也可利用用微机电系统（Micro Electromechanical System，MEMS)实现的可控的微反射镜阵列（Micro Mirror Array， MMA)来代替衍射光学元件产生自由照明，产生瞬时可变的照明模式和较少的背景杂散光， 此装置包括1000个以上的表面镀高反射膜的微反射镜阵列，其结构类似于数字微镜器件 (Digital Mirco Device，DMD)，每一个小微镜都可在如-10°到+10°之间的连续角度范围 内进行二维方向的偏转。对于SMO优化后输出的各种任意光强分布，首先通过编程计算求 解出微反射镜的旋转角度，其次通过静电驱动使得每个微反射镜由初始位置偏转到该计算 角度，反射光束即可在光瞳面上形成所需要的光强分布，如传统照明，离轴照明（环形，二 级，四级）和各种非圆周对称型的自由照明分布。每个反射光斑可由微反射镜旋转角度的 不同在光瞳平面上自由移动，照明目标面上一个位置处可对应一个或多个反射光斑，为了 产生实际的曝光需求，要求照明面上的光斑分布可在Is甚至更短的时间之间切换。
[0006] 在利用微反射镜阵列（MM)形成自由光瞳形状的过程中，美国专利 US2010/0265482提出了如下所示的微反射镜旋转角度的计算流程：首先由SMO的输出确定 在系统光瞳平面拟产生的理想光强分布，建立微反射镜偏转角度和光瞳平面上反射光斑位 置的关系方程，并根据光瞳优化算法计算光瞳平面处光斑的位置分布，求解出产生目标光 强的微反射镜旋转角度分布矩阵，中央控制单元将产生与这些角度分布成一定关系的静电 信号，驱动每个微反射镜进行偏转到相应的预定角度。在上述步骤中，核心就是编写这样一 种光瞳优化算法来求解出产生目标光强的微反射镜偏转角度矩阵，然而当采用模拟退火， 遗传算法或其他智能算法求解时，由于需要反复搜索每一个光斑位置，有时候初值获取不 当，会使算法效率下降，一般需要迭代4000次以上才能到达收敛，占用了大量的时间。在此 基础上，本发明提出了一种微反射阵列控制方法，该方法将已知微反射镜阵列的数量，反射 光斑的大小和位置作为已知输入量，拟产生的目标光源光强分布作为输出量，通过一定的 优化过程使得最后生成的光强分布接近于目标光源光强分布，用来实现任意光强分布的照 明光源。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种实现自由照明光瞳的微反射镜阵列控制方法，该方法能 快速，有效的产生目标光强分布，从而减小由于时间限制，机械装置在快速转换过程中的制 造压力。
[0008] 本发明的技术方案如下：一种实现自由照明光瞳的微反射镜阵列控制方法，具体 步骤为：
[0009] 步骤1 :将目标照明区域划分为MXM个网格区域，将拟产生的目标光强分布初始 化为大小为MXM的像素点矩阵,其中M为整数；
[0010] 步骤2 :将目标光强分布分块判断连通区域，将其划分为被包含于类似离轴照明， 可用参数化表示的呈轴对称光强分布的区域P之中，将微反射镜阵列划分为轴对称的4个 区域，每一个区域对应于产生P/4区域的目标光强分布。通过计算分别给出每个微反射镜 单元在二维方向上初始偏转角度矩阵（Y x°，Yy°)，使得目标面照明面上的反射光斑均集中 于区域P内；
[0011] 步骤3 :令循环次数k = 1，将微反射镜阵列加载（Y x°，Y y°)后照明区域的实际光 强分布与目标光强分布的差值作为评价函数，即(?(^)=办%.1〇-办%.1〇，其中，〇^)为 目标照明面像素点矩阵中各点的位置坐标^7U，.v)为目标光强分布各像素点归一化的像素 值，q(x, y)为实际光强分布各像素点归一化的像素值；
[0012] 步骤4 :给定优化收敛阈值e，将目标面照明区域中各像素点按其对应评价函数 的像素值Q(x，y)与阈值e的大小关系分为三组，即：
[0013] a = {(xa, ya) | 0< | | Q (xa, ya) | | < e }, b = {(xb, yb) | Q (xb, yb) > e }
[0014] C = {(xc,yc) |Q(xc,ycX- e }
[0015] 其中I I I I为取模运算。设这三个集合中元素个数分别为i，j，t，集合a中的像 素点（xai，yai)对应的移动到该点的反射光斑所在的微反射镜阵列的集合为{aj，集合b中 的像素点（x w，yw)对应的移动到该点的反射光斑所在的微反射镜阵列的集合为Ibj，集合 C中的像素点（ Xrt，yJ对应的移动到该点的反射光斑所在的微反射镜阵列的集合为{ct};
[0016] 步骤5 :保持集合{aj，{ct}中每个微反射镜单元的二维偏转角度（r%13 )， Ov/aZ)不变；将集合b，c中各像素点所对应的像素值按绝对值大小降序排列，设集合 中元素个数分别为j，t。计算集合b所对应的微反射镜阵列新的角度偏转矩阵 使得集合b中的像素点（Xw，yw)对应的移动到该点的反射光斑朝集合C中相应像素点 (Xct，yJ移动；
[0017] 步骤6 ;将集合b中微反射镜阵列的初始偏转角度矩阵用步骤5中得到的角度偏 转矩阵进行对应位置的替换，令k=k+1，重新获取角度矩阵更新后的评价函 数Q(x,y)进一步判断I|Q(x,y)||的大小，返回步骤4 ;
[001引步骤7 ;在经过第k=k'次循环后，若||Q(x，y)M中的所有值均小于阔值e，终 止优化，将微反射镜阵列角度旋转矩阵（y/，y/ )确定为最终优化后输出结果。
[0019] 进一步的，该方法在优化过程中，每个微反射镜在照明目标面上的反射光斑光强， 大小均相等，反射镜表面的平均反射率一致，每个反射光斑强度与拟产生的目标光强分布 中像素值差最小值A。相等，则所需要的总的微反射镜阵列的数量N2可由下式计算出：
[0020]
【权利要求】
1. 一种实现自由照明光瞳的微反射镜阵列控制方法，其特征在于，具体步骤为： 步骤1 :将目标照明区域划分为MXM个网格区域，将拟产生的目标光强分布初始化为 大小为MXM的像素点矩阵，其中M为整数； 步骤2 :将目标光强分布分块判断连通区域，将其划分为被包含于类似离轴照明，可用 参数化表示的呈轴对称光强分布的区域P之中，将微反射镜阵列划分为轴对称的4个区域， 每一个区域对应于产生P/4区域的目标光强分布；通过计算分别给出每个微反射镜单元在 二维方向上初始偏转角度矩阵（Y x°，Yy°)，使得目标面照明面上的反射光斑均集中于区域 P内； 步骤3 :令循环次数k = 1，将微反射镜阵列加载（γ χ°，γ y°)后照明区域的实际光强分 布与目标光强分布的差值作为评价函数，即C)(.\%.v) = W.\v)-Z/(x，.v)，其中，（X，y)为目标 照明面像素点矩阵中各点的位置坐标，別I.V)为目标光强分布各像素点归一化的像素值， q(x，y)为实际光强分布各像素点归一化的像素值； 步骤4:给定优化收敛阈值ε，将目标面照明区域中各像素点按其对应评价函数的像 素值Q(X，y)与阈值ε的大小关系分为三组，即： a = {(xa) ya) I 〇< I I Q (xa. ya) I I < ε }? b = {(xb, yb) I Q (xb, yb) > ε } C = {(xc, yc) |Q(xc, yc)<- ε I 其中I I I I为取模运算。设这三个集合中元素个数分别为i，j，t，集合a中的像素点 (xai，yai)对应的移动到该点的反射光斑所在的微反射镜阵列的集合为k}，集合b中的像 素点（x w，yw)对应的移动到该点的反射光斑所在的微反射镜阵列的集合为Ibj，集合c中 的像素点UmyJ对应的移动到该点的反射光斑所在的微反射镜阵列的集合为{c t}; 步骤5:保持集合{aj，{Ct}中每个微反射镜单元的二维偏转角度 (7；?^,不变；将集合b，C中各像素点所对应的像素值按绝对值大小降序排列。计算 集合b所对应的微反射镜阵列新的角度偏转矩阵(J.d/，/#/)，使得集合b中的像素点（xbj, ybj)对应的移动到该点的反射光斑朝集合C中相应像素点（Xmyrf)移动； 步骤6 :将集合b中微反射镜阵列的初始偏转角度矩阵用步骤5中得到的角度偏转矩 阵进行对应位置的替换，令k = k+Ι，重新获取角度矩阵更新后的评价函数 J · J Q(x, y);进一步判断I |Q(x, y) I I的大小，返回步骤4 ; 步骤7:在经过第k = k'次循环后，若||Q(x，y)||中的所有值均小于阈值ε，终止优 化，将微反射镜阵列角度旋转矩阵（υ/，）确定为最终优化后输出结果。
2. 根据权利要求1所述的一种实现自由照明光瞳的微反射镜阵列控制方法，其特征 在于，所述步骤2中，每个微反射镜在照明目标面上的反射光斑光强，大小均相等，反射镜 表面的平均反射率一致，每个反射光斑强度与拟产生的目标光强分布中像素值差最小值 Λ qmin相等，则所需要的总的微反射镜阵列的数量N2可由下式计算出：
3. 根据权利要求1所述的一种实现自由照明光瞳的微反射镜阵列控制方法，其特征在 于，所述步骤2中，拟产生的目标光强分布均为有一定对称性的光源，可以是轴对称，也可 以是关于坐标轴的某一方向对称。
4. 根据权利要求1所述的一种实现自由照明光瞳的微反射镜阵列控制方法，其特征在 于，所述步骤4中，给定优化收敛阈值ε与拟产生的目标光强分布的能量波动值有关，一般 0〈 ε〈〇. 05。
5. 根据权利要求1所述的一种实现自由照明光瞳的微反射镜阵列控制方法，其特征在 于，所述步骤5中，计算集合b中所对应的微反射镜阵列新的角度偏转矩阵的 具体过程为： 将集合b中从大到小的w个像素点移动到集合c中相应像素点上；其中，
在集合b中，每一个像素点（xbj，ybj)对应到入射到其上的反射光斑个数为
^设在移动这r^_个反射光斑后，其新光斑中心位置所对应的微反射镜 单元二维偏转角度为(广+1，。％1)，则有： J -J
其中，为准直聚光镜组的焦距。
【文档编号】G03F7/20GK104375392SQ201410767829
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】邢莎莎, 林妩媚, 廖志杰, 邢廷文 申请人:中国科学院光电技术研究所