一種基於微反射鏡陣列實現可變自由照明光瞳的方法

2023-06-08 19:25:11 1

一種基於微反射鏡陣列實現可變自由照明光瞳的方法
【專利摘要】本發明提供一種基於微反射鏡陣列實現可變自由照明光瞳的方法，包括光斑位置測量，光斑位置優化，光斑位置校正等步驟。其中，CCD相機測量每個微反射鏡單元處於靜態時反射光斑的位置參數；將上述參數代入網格搜索蟻群算法中優化，得到產生所需光瞳形貌的微反射鏡陣列旋轉角度矩陣；計算加載旋轉角度矩陣後目標面上測量光強分布與所需光強分布的光斑位置差異，將其作為反饋校正優化所得的微反射鏡陣列旋轉角度，使結果最終滿足目標面上照明需求。本發明可實現如非圓周對稱的複雜照明光瞳在內的多種照明模式，優化速度快，收斂性好，準確性高，具有較強的實用性。
【專利說明】-種基於微反射鏡陣列實現可變自由照明光瞳的方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於微光刻領域，涉及一種光刻照明系統中自由照明光瞳的實現方法，具 體涉及一種基於微反射鏡陣列實現可變自由照明光瞳的方法。

【背景技術】
[0002] 微光刻是製造集成電路，液晶顯示器以及其他微結構器件的技術，在光刻中，對圖 像質量起關鍵作用的兩個因素是解析度和焦深，所以既要獲得更好的解析度來形成關鍵尺 寸的圖形，又要保持合適的焦深。隨著光刻工藝的不斷發展，光刻節點的不斷縮小，除了減 小曝光波長λ和投影物鏡的數值孔徑NA，改變曝光光源的形狀是提高光刻解析度的重要 途徑之一，在此基礎上，從90年代提出的離軸照明技術發展到近來的偏振多級照明技術， 隨著工藝因子kl的進一步減小，光源-掩膜優化技術逐漸成為下一代解析度增強技術的 核心。利用光源-掩膜優化技術（Source and Mask Optimization),採用可編程照明技術 (Programmable Illumination)來實現，如傳統照明，離軸照明甚至較為複雜的自由照明， 得到更合適的照明光瞳出瞳形狀。可編程自由照明技術與離軸照明相比，對較複雜的晶片 線條形狀，可增大工藝窗口，減小掩膜誤差放大因子MEEF。
[0003] 在現有的技術中，為了得到靈活的瞬時可變的照明光瞳形狀，採用基於MEMS的微 反射鏡陣列（MMA，Micro Mirror Array)來照明光瞳表面，每個微反射鏡由類似於數字微鏡 器件（DMD，Digtal Micro Device)的靜電裝置驅動，並可向兩個正交傾斜軸傾斜，每個微反 射鏡在目標照明面上產生一個照明光斑，隨著微反射鏡旋轉角度的變化。照明光斑可在目 標照明面上自由移動，形成所需要的理想光源分布。
[0004] 在國際專利W02005/02684所示的結構中，微反射陣列包括10000個以上的表面鍍 高反射膜的微反射鏡陣列，在微反射鏡與目標照明面間的準直聚光鏡組將反射鏡產生的各 種不同的反射角度轉換為光瞳平面中的不同位置，在上述過程中，核心就是要計算出每個 微反射鏡單元的旋轉角度，使得目標照明面上的光斑分布接近所需要的理想光源分布。在 美國專利US2010/0265482A1中以實現環形照明為例，提出了一種確定微反射鏡陣列旋轉 角度的位置優化算法，即先計算入射到微反射鏡陣列上的光強分布函數，並求出其互補分 布函數，使微反射鏡的反射光斑向互補分布函數的規律變化，以補償入射光束各部分光強 的不均勻性，實現均勻照明。
[0005] 但這種方法只適用於產生簡單，均勻光強分布的離軸照明，對於產生光強和形狀 同時複雜變化的自由照明光瞳不再適用。同時，由於實際使用過程中可編程照明系統各種 像差和光學元件偏心的影響，實際得到的光斑與優化得出的理想光斑分布有一定的差異， 這些差異會影響輸出光瞳面上光斑的均勻性和CD上的刻線質量。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種基於微反射鏡陣列實現可變自 由照明光瞳的方法，該方法能夠應用在產生複雜非圓周對稱照明光瞳的場合，進一步補償 了光斑位置差異，光瞳分布重構精度高。
[0007] 本發明採用的技術方案為：一種基於微反射鏡陣列實現連續可變自由照明光瞳的 方法，所述方法包括如下步驟：
[0008] 步驟（1)、用CCD相機測量每個微反射鏡單元靜態時照明目標面上反射光斑的位 置參數；
[0009] 步驟（2)、將步驟（1)測量所得反射光斑的位置參數帶入網格搜索蟻群算法中，優 化出產生所需光強分布的微反射鏡陣列旋轉角度矩陣；
[0010] 步驟（3)、利用步驟（2)得到的旋轉角度矩陣，生成各微反射鏡驅動器的控制信號 並控制微反射鏡進行角度旋轉，測量此時照明目標面上光強分布，將其與所需光強分布的 光斑位置差異作為評價指標，對系統進行反饋控制，直到光斑位置差異滿足設計要求。
[0011] 進一步，該方法適用於利用微反射鏡陣列實現任意照明分布的系統，其中每個微 反射鏡單元可二維連續旋轉，且微反射鏡陣列通過一準直聚光鏡組成像到目標照明面上， 微反射鏡陣列所在位置與目標照明面成傅立葉關係。
[0012] 進一步，在進行反射光斑位置測量之前用閉環反饋系統對微反射鏡陣列進行標 定，使得微反射鏡陣列的每個鏡單元在上述步驟（1)，（2)，（3)三個過程中均能正常工作。
[0013] 進一步，所述步驟（1)中每個微反射鏡單元處於靜態時，用CCD相機測定其在照明 目標面上反射光斑位置參數的具體過程如下：
[0014] 設微反射鏡陣列單元總數為M，給出微反射鏡陣列一個旋轉角度矩陣α，在此旋 轉角度矩陣中除待測微反射鏡單元M k(k為鏡單元下標序號，且k = 1，2, . . .，Μ)的旋轉角 度為0外，由控制單元控制其他鏡單元以陣列中心為界線，包括界線以上的鏡單元向上偏 轉Y角，以下的鏡單元向下偏轉Y角，S卩α為：

【權利要求】
1. 一種基於微反射鏡陣列實現可變自由照明光瞳的方法，其特徵在於：所述方法包括 如下步驟： 步驟（1)、用CCD相機測量每個微反射鏡單元靜態時照明目標面上反射光斑的位置參 數； 步驟（2)、將步驟（1)測量所得反射光斑的位置參數帶入網格搜索蟻群算法中，優化出 產生所需光強分布的微反射鏡陣列旋轉角度矩陣； 步驟（3)、利用步驟（2)得到的旋轉角度矩陣，生成各微反射鏡驅動器的控制信號並控 制微反射鏡進行角度旋轉，測量此時照明目標面上光強分布，將其與所需光強分布的光斑 位置差異作為評價指標，對系統進行反饋控制，直到光斑位置差異滿足設計要求。
2. 根據權利要求1所述的基於微反射鏡陣列實現可變自由照明光瞳的方法，其特徵在 於：該方法適用於利用微反射鏡陣列實現任意照明分布的系統，其中每個微反射鏡單元可 二維連續旋轉，且微反射鏡陣列通過一準直聚光鏡組成像到目標照明面上，微反射鏡陣列 所在位置與目標照明面成傅立葉關係。
3. 根據權利要求1所述的基於微反射鏡陣列實現可變自由照明光瞳方法，其特徵在 於：在進行反射光斑位置測量之前用閉環反饋系統對微反射鏡陣列進行標定，使得微反射 鏡陣列的每個鏡單元在上述步驟（1)，（2)，（3)三個過程中均能正常工作。
4. 根據權利要求1所述的基於微反射鏡陣列實現可變自由照明光瞳的方法，其特徵在 於：所述步驟（1)中每個微反射鏡單元處於靜態時，用CCD相機測定其在照明目標面上反射 光斑位置參數的具體過程如下： 設微反射鏡陣列單元總數為M，給出微反射鏡陣列一個旋轉角度矩陣α，在此旋轉角 度矩陣中除待測微反射鏡單元Mk(k為鏡單元下標序號，且k = 1，2, . . .，Μ)的旋轉角度為 0夕卜，由控制單元控制其他鏡單元以陣列中心為界線，包含界線以上的鏡單元向上偏轉Y 角，以下的鏡單元向下偏轉Y角，S卩α為：
(1-1) 其中Υ為每個鏡單元的最大旋轉角度，目標照明面上形成一個長為Η的空白區域， 且： H = 2XfcollimatorXtan(2 y ) (1-2) 其中，?為準直聚光鏡組的焦距； 將CCD相機放在目標照明面的中心位置處接受準直聚光鏡組的出射光斑，計算機採集 CCD相機上的光斑圖像並對其進行數據處理，對每個微反射鏡單元重複以上步驟，直到得到 每個微反射鏡單元處於靜態時對應的反射光斑的質心位置測量值矩陣D°(k)。
5. 根據權利要求4所述的基於微反射鏡陣列實現可變自由照明光瞳的方法，其特徵在 於：所述微反射鏡陣列中心以上的鏡單元偏轉角度也可以取其他小於Y的值，中心以下的 鏡單元偏轉角度也可以取其他大於-Y的值，使得CCD的有效接收面上只有待測反射光斑。
6. 根據權利要求1所述的基於微反射鏡陣列實現可變自由照明光瞳的方法，其特徵在 於：所述步驟（2)中網格搜索蟻群算法的步驟為： 步驟S11 :劃分解空間搜索區域； 將每個微反射鏡單元二維旋轉角度作為解空間集合，將照明目標面劃分網格，根 據所需產生的目標光強分布情況，確定各微反射鏡單元的二維初始旋轉角度eHk)= (ejk)，θ/(1〇)的範圍如下： 〇< | e^k)! < 6upper 〇< I Θ/ΟΟΙ < 0upper (1-3) 其中，Θ^ΟΟ, θ/00分別為微反射鏡單元沿X軸方向和y軸方向的初始旋轉角度，
,S。為產生所需目標照明模式下的最大外相干因子，φ__為照 明目標面的面積； 將每個Θ^ΟΟ, Θ/GO分為Ν等分，設某微反射鏡單元所對應的解空間中的序號為 (P，q)，算法開始時將每個微反射鏡單元旋轉角度隨機散布在解空間內的等分區域某處，得 到初始旋轉角度如下所示：
(p , q =1, 2,. .. , N) (1-4) 其中，rand是[0,1]之間的隨機數； 步驟S12 :初始化種群及個體信息素分布； 迭代初始，設定螞蟻總數為M，優化中最大循環次數為NCmax，信息度揮發參數為P (0 < P <1)，收斂精度為ε (〇< ε <1)，令目標函數G等於微反射鏡陣列加載優化所得旋 轉角度矩陣後目標照明區域光強分布與擬產生的目標光強分布的差值。由步驟（1)中所得 每個反射光斑的位置測量矩陣= ，修正迭代初始時每個螞蟻k在目標照 明面的位置為： A1⑷= 卜:⑴(2〇x'(k)) +D：(I<) Dy{k)=f,〇n,n,(2〇}'{k) ) +D°y(k) ( 1-5 ) 定義螞蟻k的評價函數為其所處的目標照明面上u點的目標函數Gu與其領域內螞蟻1 所處v點的目標函數Gv的和，即： AGUV = Gu+Gv (1-6) 由位置u點向位置v點移動狀態轉移概率公式為： (1-7) 其中，duv為目標面上u點和v點間的距離，τ uv為螞蟻k在移動路徑上的信息素強度， all〇Wedk為螞蟻k下一步允許走的空間網格點路徑集合，每隻螞蟻k所在位置u點的初始 信息素濃度為： τ u〇 = e_G(u) (1-8) 步驟S13 :分組確定精英螞蟻和一般螞蟻； 加載如（1-4)式所示的微反射鏡陣列初始旋轉角度矩陣後，選出滿足|G| < ε的精英 螞蟻並將其在目標照明面上所處位置添加到禁忌列表中，按公式（1-7)移動各螞蟻，採用 單向搜索機制將螞蟻從目標函數大的位置向目標函數小的位置移動，當一次循環結束時， 螞蟻k所移動路徑上的信息素強度按下式更新：
C1-9) 將各條尋優路徑上可能的信息素強度範圍限制在[Tmin，τ_]:
(1-10) 步驟S14 :若NC>NCmax，則繼續優化，否則轉步驟S15。在每輪迭代結束後，更新蟻群的目 標函數值G和禁忌列表，若每隻螞蟻的目標函數小於定義的收斂精度值ε，則轉步驟S15， 否則轉步驟S13,開始下一輪迭代搜索； 步驟S15 :終止優化，根據當前螞蟻k在目標照明面上的二維位置矩陣D°ptimal (k)計算 得到最佳移動距離矩陣h°ptimal(k)和相對應的二維旋轉角度矩陣0_imal(k)，其中，
(1-11)
7.根據權利要求1所述基於微反射鏡陣列實現可變自由照明光瞳的方法，其特徵在 於：所述步驟（3)中校正網格搜索蟻群算法優化後旋轉角度矩陣e_imal(k)的步驟為： 步驟S21 :給出微反射鏡陣列一個旋轉角度矩陣β，在此角度矩陣中除被測微反射鏡 Mk的二維旋轉角度為e_imal(k)外，其他鏡單元由控制單元控制，以陣列中心位置為界線， 包含界線以上的鏡單元向上偏轉Y角，以下的鏡單元向下偏轉Y角，矩陣β為：
(1-12) 步驟S22 :將CCD相機放在目標照明面上D°ptiaml (k)位置處，測量每個微反射鏡Mk反 射光斑質心的實際位置，計算其與目標照明上預定位置D°ptimal(k)處的位置差異ddiff，選出 ddiff大於目標照明區域允許最大光斑偏移量△ L的待校正反射鏡集合Ms (s〈k,且Ms e Mk)， 在這些反射鏡中，將其旋轉角度Θ從Ο?Y中取n個點（ n彡20)，分別測量微反射鏡單元 Ms在這η個點處的光斑位置參數，將其記為Ρ' (θ，8)，用非線性函數fs(0)對其進行數 據擬合，表不為：
fs(0)-p^ (0,s) I ^ (1-13) 其中，a」為擬合多項式的係數，δ i為數據擬合精度差，從公式（1-13)得到S個函數表 達式，將網格蟻群算法優化得出的待校正反射光斑Ms的位置D°ptimal(s)代入f s(0)的表達 式中，即：
(1-14) 從上式中求解出Θ (s)，將其替換掉中相同位置處的值。 步驟S23:重複步驟S22,直到每個鏡單元反射光斑的位置差異均小於目標照明區域 允許最大光斑偏移量，輸出最後的滿足實際光學系統要求的微反射鏡二維旋轉角度矩陣 θ f-i (k)。
【文檔編號】G03F7/20GK104111592SQ201410384829
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】邢莎莎, 杜猛, 廖志傑, 張海波, 邢廷文 申請人:中國科學院光電技術研究所