一種實(shí)現(xiàn)自由照明光瞳的微反射鏡陣列控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)自由照明光瞳的微反射鏡陣列控制方法，首先限制各微反射鏡單元偏轉(zhuǎn)角度初始值在一定的范圍內(nèi)，使得目標(biāo)面上反射光斑靠近目標(biāo)光強(qiáng)分布區(qū)域；將目標(biāo)面實(shí)際光強(qiáng)分布與擬產(chǎn)生目標(biāo)光強(qiáng)分布差值作為評(píng)價(jià)函數(shù)，將其按每點(diǎn)像素值大小分組；保持像素值滿足收斂條件的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)微反射鏡單元的偏轉(zhuǎn)角度不變；對(duì)像素值不滿足收斂條件的點(diǎn)，計(jì)算其所對(duì)應(yīng)微反射鏡單元的偏轉(zhuǎn)角度的優(yōu)化值，并更新評(píng)價(jià)函數(shù)，進(jìn)一步篩選像素值不滿足收斂條件的點(diǎn)，對(duì)優(yōu)化值重新進(jìn)行更新，直到收斂。采用本發(fā)明可快速，有效的返回微反射鏡陣列驅(qū)動(dòng)電壓值，可實(shí)現(xiàn)不同照明模式間的快速切換。
【專利說明】-種實(shí)現(xiàn)自由照明光瞳的微反射鏡陣列控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光刻分辨率增強(qiáng)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種實(shí)現(xiàn)自由照明光瞳的微反射鏡控 制方法，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)光刻系統(tǒng)中自由照明光源的微反射鏡控制方法，用來實(shí)現(xiàn)光源 掩膜優(yōu)化輸出的像素型照明光瞳。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前大規(guī)模的集成電路（IC)普遍采用光刻系統(tǒng)制造，光刻系統(tǒng)主要包括：光源， 照明系統(tǒng)，掩膜，投影系統(tǒng)及晶片五部分，通過照明系統(tǒng)照明掩膜圖像，并利用投影物鏡將 照明的掩膜圖像投射到涂有光刻膠硅片上，從而將掩膜結(jié)構(gòu)傳遞到基底的光敏感圖層上。
[0003] 隨著光刻技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入45_22nm，現(xiàn)在的光刻系統(tǒng)中普遍采用光刻分辨率增強(qiáng)技 術(shù)來提高工藝因子K1，研究發(fā)現(xiàn)如果給芯片上的不同形狀的線條提供其對(duì)應(yīng)的最佳照明方 式（即提供不同的部分相干性），可有效的減小工藝因子K1，尤其對(duì)形如SRAM的復(fù)雜的芯 片線條而言，光源掩膜優(yōu)化技術(shù)（Source Mask Optimization, SM0)利用光源及掩膜之間的 協(xié)同優(yōu)化，可較為有效的提高工藝窗口，降低掩膜誤差放大因子MEEF，，校正掩膜形狀誤差， 達(dá)到提高光刻成像分辨率的目的。
[0004] 在此基礎(chǔ)上，需要一種可以產(chǎn)生上述光源-掩膜優(yōu)化后輸出光源形狀的裝置，實(shí) 現(xiàn)對(duì)掩膜的不同模式照明。其中，利用衍射光學(xué)元件（Diffractive Optical Element,D0E) 可在光瞳平面上產(chǎn)生可變的輻照度分布，但由于固定結(jié)構(gòu)的DOE只能產(chǎn)生一種輻照度分 布，其靈活性受到限制，又由其在曝光系統(tǒng)的應(yīng)用中需要大量的轉(zhuǎn)盤輪換和照明模式設(shè)置 時(shí)間，而且DOE的輪換個(gè)數(shù)有限（通常為16個(gè)），使得產(chǎn)生的照明光源模式受限，最后，利用 DOE產(chǎn)生的背景雜散光較強(qiáng)且不可消除，給工藝窗口的大小帶來一定的影響。
[0005] 如國際專利W02005/02684所示的也可利用用微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electromechanical System，MEMS)實(shí)現(xiàn)的可控的微反射鏡陣列（Micro Mirror Array， MMA)來代替衍射光學(xué)元件產(chǎn)生自由照明，產(chǎn)生瞬時(shí)可變的照明模式和較少的背景雜散光， 此裝置包括1000個(gè)以上的表面鍍高反射膜的微反射鏡陣列，其結(jié)構(gòu)類似于數(shù)字微鏡器件 (Digital Mirco Device，DMD)，每一個(gè)小微鏡都可在如-10°到+10°之間的連續(xù)角度范圍 內(nèi)進(jìn)行二維方向的偏轉(zhuǎn)。對(duì)于SMO優(yōu)化后輸出的各種任意光強(qiáng)分布，首先通過編程計(jì)算求 解出微反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度，其次通過靜電驅(qū)動(dòng)使得每個(gè)微反射鏡由初始位置偏轉(zhuǎn)到該計(jì)算 角度，反射光束即可在光瞳面上形成所需要的光強(qiáng)分布，如傳統(tǒng)照明，離軸照明（環(huán)形，二 級(jí)，四級(jí)）和各種非圓周對(duì)稱型的自由照明分布。每個(gè)反射光斑可由微反射鏡旋轉(zhuǎn)角度的 不同在光瞳平面上自由移動(dòng)，照明目標(biāo)面上一個(gè)位置處可對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)反射光斑，為了 產(chǎn)生實(shí)際的曝光需求，要求照明面上的光斑分布可在Is甚至更短的時(shí)間之間切換。
[0006] 在利用微反射鏡陣列（MM)形成自由光瞳形狀的過程中，美國專利 US2010/0265482提出了如下所示的微反射鏡旋轉(zhuǎn)角度的計(jì)算流程：首先由SMO的輸出確定 在系統(tǒng)光瞳平面擬產(chǎn)生的理想光強(qiáng)分布，建立微反射鏡偏轉(zhuǎn)角度和光瞳平面上反射光斑位 置的關(guān)系方程，并根據(jù)光瞳優(yōu)化算法計(jì)算光瞳平面處光斑的位置分布，求解出產(chǎn)生目標(biāo)光 強(qiáng)的微反射鏡旋轉(zhuǎn)角度分布矩陣，中央控制單元將產(chǎn)生與這些角度分布成一定關(guān)系的靜電 信號(hào)，驅(qū)動(dòng)每個(gè)微反射鏡進(jìn)行偏轉(zhuǎn)到相應(yīng)的預(yù)定角度。在上述步驟中，核心就是編寫這樣一 種光瞳優(yōu)化算法來求解出產(chǎn)生目標(biāo)光強(qiáng)的微反射鏡偏轉(zhuǎn)角度矩陣，然而當(dāng)采用模擬退火， 遺傳算法或其他智能算法求解時(shí)，由于需要反復(fù)搜索每一個(gè)光斑位置，有時(shí)候初值獲取不 當(dāng)，會(huì)使算法效率下降，一般需要迭代4000次以上才能到達(dá)收斂，占用了大量的時(shí)間。在此 基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種微反射陣列控制方法，該方法將已知微反射鏡陣列的數(shù)量，反射 光斑的大小和位置作為已知輸入量，擬產(chǎn)生的目標(biāo)光源光強(qiáng)分布作為輸出量，通過一定的 優(yōu)化過程使得最后生成的光強(qiáng)分布接近于目標(biāo)光源光強(qiáng)分布，用來實(shí)現(xiàn)任意光強(qiáng)分布的照 明光源。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)自由照明光瞳的微反射鏡陣列控制方法，該方法能 快速，有效的產(chǎn)生目標(biāo)光強(qiáng)分布，從而減小由于時(shí)間限制，機(jī)械裝置在快速轉(zhuǎn)換過程中的制 造壓力。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種實(shí)現(xiàn)自由照明光瞳的微反射鏡陣列控制方法，具體 步驟為：
[0009] 步驟1 :將目標(biāo)照明區(qū)域劃分為MXM個(gè)網(wǎng)格區(qū)域，將擬產(chǎn)生的目標(biāo)光強(qiáng)分布初始 化為大小為MXM的像素點(diǎn)矩陣,其中M為整數(shù)；
[0010] 步驟2 :將目標(biāo)光強(qiáng)分布分塊判斷連通區(qū)域，將其劃分為被包含于類似離軸照明， 可用參數(shù)化表示的呈軸對(duì)稱光強(qiáng)分布的區(qū)域P之中，將微反射鏡陣列劃分為軸對(duì)稱的4個(gè) 區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)于產(chǎn)生P/4區(qū)域的目標(biāo)光強(qiáng)分布。通過計(jì)算分別給出每個(gè)微反射鏡 單元在二維方向上初始偏轉(zhuǎn)角度矩陣（Y x°，Yy°)，使得目標(biāo)面照明面上的反射光斑均集中 于區(qū)域P內(nèi)；
[0011] 步驟3 :令循環(huán)次數(shù)k = 1，將微反射鏡陣列加載（Y x°，Y y°)后照明區(qū)域的實(shí)際光 強(qiáng)分布與目標(biāo)光強(qiáng)分布的差值作為評(píng)價(jià)函數(shù)，即(?(^)=辦%.1〇-辦%.1〇，其中，〇^)為 目標(biāo)照明面像素點(diǎn)矩陣中各點(diǎn)的位置坐標(biāo)^7U，.v)為目標(biāo)光強(qiáng)分布各像素點(diǎn)歸一化的像素 值，q(x, y)為實(shí)際光強(qiáng)分布各像素點(diǎn)歸一化的像素值；
[0012] 步驟4 :給定優(yōu)化收斂閾值e，將目標(biāo)面照明區(qū)域中各像素點(diǎn)按其對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)函數(shù) 的像素值Q(x，y)與閾值e的大小關(guān)系分為三組，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為取模運(yùn)算。設(shè)這三個(gè)集合中元素個(gè)數(shù)分別為i，j，t，集合a中的像 素點(diǎn)（xai，yai)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)到該點(diǎn)的反射光斑所在的微反射鏡陣列的集合為{aj，集合b中 的像素點(diǎn)（x w，yw)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)到該點(diǎn)的反射光斑所在的微反射鏡陣列的集合為Ibj，集合 C中的像素點(diǎn)（ Xrt，yJ對(duì)應(yīng)的移動(dòng)到該點(diǎn)的反射光斑所在的微反射鏡陣列的集合為{ct};
[0016] 步驟5 :保持集合{aj，{ct}中每個(gè)微反射鏡單元的二維偏轉(zhuǎn)角度（r%13 )， Ov/aZ)不變；將集合b，c中各像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的像素值按絕對(duì)值大小降序排列，設(shè)集合 中元素個(gè)數(shù)分別為j，t。計(jì)算集合b所對(duì)應(yīng)的微反射鏡陣列新的角度偏轉(zhuǎn)矩陣 使得集合b中的像素點(diǎn)（Xw，yw)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)到該點(diǎn)的反射光斑朝集合C中相應(yīng)像素點(diǎn) (Xct，yJ移動(dòng)；
[0017] 步驟6 ;將集合b中微反射鏡陣列的初始偏轉(zhuǎn)角度矩陣用步驟5中得到的角度偏 轉(zhuǎn)矩陣進(jìn)行對(duì)應(yīng)位置的替換，令k=k+1，重新獲取角度矩陣更新后的評(píng)價(jià)函 數(shù)Q(x,y)進(jìn)一步判斷I|Q(x,y)||的大小，返回步驟4 ;
[001引步驟7 ;在經(jīng)過第k=k'次循環(huán)后，若||Q(x，y)M中的所有值均小于闊值e，終 止優(yōu)化，將微反射鏡陣列角度旋轉(zhuǎn)矩陣（y/，y/ )確定為最終優(yōu)化后輸出結(jié)果。
[0019] 進(jìn)一步的，該方法在優(yōu)化過程中，每個(gè)微反射鏡在照明目標(biāo)面上的反射光斑光強(qiáng)， 大小均相等，反射鏡表面的平均反射率一致，每個(gè)反射光斑強(qiáng)度與擬產(chǎn)生的目標(biāo)光強(qiáng)分布 中像素值差最小值A(chǔ)。相等，則所需要的總的微反射鏡陣列的數(shù)量N2可由下式計(jì)算出：
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種實(shí)現(xiàn)自由照明光瞳的微反射鏡陣列控制方法，其特征在于，具體步驟為： 步驟1 :將目標(biāo)照明區(qū)域劃分為MXM個(gè)網(wǎng)格區(qū)域，將擬產(chǎn)生的目標(biāo)光強(qiáng)分布初始化為 大小為MXM的像素點(diǎn)矩陣，其中M為整數(shù)； 步驟2 :將目標(biāo)光強(qiáng)分布分塊判斷連通區(qū)域，將其劃分為被包含于類似離軸照明，可用 參數(shù)化表示的呈軸對(duì)稱光強(qiáng)分布的區(qū)域P之中，將微反射鏡陣列劃分為軸對(duì)稱的4個(gè)區(qū)域， 每一個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)于產(chǎn)生P/4區(qū)域的目標(biāo)光強(qiáng)分布；通過計(jì)算分別給出每個(gè)微反射鏡單元在 二維方向上初始偏轉(zhuǎn)角度矩陣（Y x°，Yy°)，使得目標(biāo)面照明面上的反射光斑均集中于區(qū)域 P內(nèi)； 步驟3 :令循環(huán)次數(shù)k = 1，將微反射鏡陣列加載（γ χ°，γ y°)后照明區(qū)域的實(shí)際光強(qiáng)分 布與目標(biāo)光強(qiáng)分布的差值作為評(píng)價(jià)函數(shù)，即C)(.\%.v) = W.\v)-Z/(x，.v)，其中，（X，y)為目標(biāo) 照明面像素點(diǎn)矩陣中各點(diǎn)的位置坐標(biāo)，別I.V)為目標(biāo)光強(qiáng)分布各像素點(diǎn)歸一化的像素值， q(x，y)為實(shí)際光強(qiáng)分布各像素點(diǎn)歸一化的像素值； 步驟4:給定優(yōu)化收斂閾值ε，將目標(biāo)面照明區(qū)域中各像素點(diǎn)按其對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)函數(shù)的像 素值Q(X，y)與閾值ε的大小關(guān)系分為三組，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為取模運(yùn)算。設(shè)這三個(gè)集合中元素個(gè)數(shù)分別為i，j，t，集合a中的像素點(diǎn) (xai，yai)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)到該點(diǎn)的反射光斑所在的微反射鏡陣列的集合為k}，集合b中的像 素點(diǎn)（x w，yw)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)到該點(diǎn)的反射光斑所在的微反射鏡陣列的集合為Ibj，集合c中 的像素點(diǎn)UmyJ對(duì)應(yīng)的移動(dòng)到該點(diǎn)的反射光斑所在的微反射鏡陣列的集合為{c t}; 步驟5:保持集合{aj，{Ct}中每個(gè)微反射鏡單元的二維偏轉(zhuǎn)角度 (7；?^,不變；將集合b，C中各像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的像素值按絕對(duì)值大小降序排列。計(jì)算 集合b所對(duì)應(yīng)的微反射鏡陣列新的角度偏轉(zhuǎn)矩陣(J.d/，/#/)，使得集合b中的像素點(diǎn)（xbj, ybj)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)到該點(diǎn)的反射光斑朝集合C中相應(yīng)像素點(diǎn)（Xmyrf)移動(dòng)； 步驟6 :將集合b中微反射鏡陣列的初始偏轉(zhuǎn)角度矩陣用步驟5中得到的角度偏轉(zhuǎn)矩 陣進(jìn)行對(duì)應(yīng)位置的替換，令k = k+Ι，重新獲取角度矩陣更新后的評(píng)價(jià)函數(shù) J · J Q(x, y);進(jìn)一步判斷I |Q(x, y) I I的大小，返回步驟4 ; 步驟7:在經(jīng)過第k = k'次循環(huán)后，若||Q(x，y)||中的所有值均小于閾值ε，終止優(yōu) 化，將微反射鏡陣列角度旋轉(zhuǎn)矩陣（υ/，）確定為最終優(yōu)化后輸出結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)自由照明光瞳的微反射鏡陣列控制方法，其特征 在于，所述步驟2中，每個(gè)微反射鏡在照明目標(biāo)面上的反射光斑光強(qiáng)，大小均相等，反射鏡 表面的平均反射率一致，每個(gè)反射光斑強(qiáng)度與擬產(chǎn)生的目標(biāo)光強(qiáng)分布中像素值差最小值 Λ qmin相等，則所需要的總的微反射鏡陣列的數(shù)量N2可由下式計(jì)算出：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)自由照明光瞳的微反射鏡陣列控制方法，其特征在 于，所述步驟2中，擬產(chǎn)生的目標(biāo)光強(qiáng)分布均為有一定對(duì)稱性的光源，可以是軸對(duì)稱，也可 以是關(guān)于坐標(biāo)軸的某一方向?qū)ΨQ。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)自由照明光瞳的微反射鏡陣列控制方法，其特征在 于，所述步驟4中，給定優(yōu)化收斂閾值ε與擬產(chǎn)生的目標(biāo)光強(qiáng)分布的能量波動(dòng)值有關(guān)，一般 0〈 ε〈〇. 05。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)自由照明光瞳的微反射鏡陣列控制方法，其特征在 于，所述步驟5中，計(jì)算集合b中所對(duì)應(yīng)的微反射鏡陣列新的角度偏轉(zhuǎn)矩陣的 具體過程為： 將集合b中從大到小的w個(gè)像素點(diǎn)移動(dòng)到集合c中相應(yīng)像素點(diǎn)上；其中，
在集合b中，每一個(gè)像素點(diǎn)（xbj，ybj)對(duì)應(yīng)到入射到其上的反射光斑個(gè)數(shù)為
^設(shè)在移動(dòng)這r^_個(gè)反射光斑后，其新光斑中心位置所對(duì)應(yīng)的微反射鏡 單元二維偏轉(zhuǎn)角度為(廣+1，。％1)，則有： J -J
其中，為準(zhǔn)直聚光鏡組的焦距。
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK104375392SQ201410767829
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】邢莎莎, 林嫵媚, 廖志杰, 邢廷文 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所