基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于極紫外光刻技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué) 常數(shù)反演方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 極紫外光刻(^Extreme叫havioletLithogra地y，EUVL)技術(shù)是使用抓V波段，主要 是13.5nm波段，進(jìn)行光刻的微納加工技術(shù)。目前，抓化技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)7nm線寬的刻蝕工 藝，并具備進(jìn)一步縮小刻蝕線寬的可能性。運(yùn)在大規(guī)模集成電路制造領(lǐng)域具有重要意義，能 夠?qū)崿F(xiàn)更大密度的元件集成，W及更低的能耗。
[0003] 極紫外光刻使用波長為10-14nm光源照明，由于幾乎所有已知光學(xué)材料在運(yùn)一波 段都具有強(qiáng)吸收，無法采用傳統(tǒng)的折射式光學(xué)系統(tǒng)，所W極紫外光刻系統(tǒng)的照明系統(tǒng)、掩模 和投影物鏡均采用反射式設(shè)計(jì)，其反射光學(xué)元件需鍛有周期性多層膜W提高反射率。為提 高極紫外光刻系統(tǒng)的光通量，需要通過鍛膜工藝參數(shù)優(yōu)化盡可能提高每個(gè)極紫外多層膜反 射鏡的反射率，而工藝優(yōu)化的前提首先是要精確測定膜層材料的極紫外波段光學(xué)常數(shù)。
[0004] 膜層材料的極紫外波段光學(xué)常數(shù)一般通過擬合單層膜的極紫外波段反射曲線來 得到，由于單層膜的膜厚和光學(xué)常數(shù)存在一定的相關(guān)性，因此通過擬合單層膜的極紫外波 段反射曲線來得到單層膜的膜厚和光學(xué)常數(shù)存在多值解，如果采用現(xiàn)有技術(shù)中的局部尋優(yōu) 算法來確定光學(xué)常數(shù)和膜厚，反演過程極易陷入局部極小值，難W精確測定膜層材料的極 紫外波段光學(xué)常數(shù)。
[0005] 遺傳算法是一種基于自然群體遺傳演化機(jī)制的隨機(jī)捜索算法，具有全局尋優(yōu)的特 點(diǎn)，即可W用整體的最小量快速而準(zhǔn)確地找到根，而不過分依賴于初始條件，并且計(jì)算精度 高。但是現(xiàn)有技術(shù)中，還未見基于遺傳算法確定極紫外波段光學(xué)常數(shù)的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中單層膜的光學(xué)常數(shù)的反演方法極易陷入局部極 小值的問題，提供一種基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法。
[0007] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案如下。
[000引基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法，步驟如下：
[0009] 步驟一、通過單層膜的目標(biāo)光學(xué)常數(shù)和目標(biāo)膜厚，計(jì)算單層膜在固定波長、不同的 掠入射角下的反射率，得到目標(biāo)反射率曲線；
[0010] 步驟二、通過步驟一得到的目標(biāo)反射率曲線，采用遺傳算法反演單層膜的膜厚和 光學(xué)常數(shù)；
[0011] 所述步驟一和步驟二中，單層膜的反射率曲線皆通過遞歸算法確定。
[0012] 進(jìn)一步的，所述步驟二的過程為：W式（1)為評(píng)價(jià)函數(shù)，采用遺傳算法尋找使得F值 最小的光學(xué)常數(shù)和膜厚，該光學(xué)常數(shù)即為單層膜的光學(xué)常數(shù)；
[0013]
(1)
[0014] 式（1)中，m為整數(shù)，Rc(0i)為計(jì)算反射率曲線，Rg〇ai(0i)為目標(biāo)反射率曲線。
[0015] 進(jìn)一步的，所述步驟二中，遺傳算法的種群數(shù)為100,交叉概率為0.5,變異概率為 0.02,迭代數(shù)為500代。
[0016] 進(jìn)一步的，所述反射率曲線的掠入射角的變化范圍為2.5°-85°。
[0017] 進(jìn)一步的，所述反射率曲線的波長固定為13.5nm。
[0018] 進(jìn)一步的，所述單層膜的膜厚為10-90nm。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0020] 本發(fā)明的基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法，通過采用全局尋優(yōu)算 法一一遺傳算法來擬合極紫外波段的反射率曲線得到單層膜的光學(xué)常數(shù)，提高了反演過程 的穩(wěn)定性，避免了反演過程陷入局部最小值，由該方法反演得到的光學(xué)常數(shù)與目標(biāo)光學(xué)常 數(shù)誤差很小，光學(xué)常數(shù)反演精度高，從而為提高極紫外多層膜反射率的工藝優(yōu)化提供了依 據(jù)。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法的原理圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1和對(duì)比例1的目標(biāo)反射率曲線；
[0023] 圖3為本發(fā)明對(duì)比例1的單純形法擬合反射率曲線與目標(biāo)反射率曲線的對(duì)比；
[0024] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的遺傳算法擬合反射率曲線與目標(biāo)反射率曲線的對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0025] W下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0026] 如圖1所示，如果已知單層膜的膜厚和光學(xué)常數(shù)就可W通過反射率計(jì)算模型計(jì)算 得到極紫外單層膜的的反射率曲線，運(yùn)是一個(gè)正向過程;相反的，本發(fā)明基于遺傳算法的極 紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法，是在已知極紫外單層膜反射率曲線的情況下，反演極紫外單 層膜的膜厚和光學(xué)常數(shù)。本發(fā)明的極紫外單層膜的光學(xué)常數(shù)指單層膜的折射率η和消光系 數(shù)ξ。其中，波長一般固定為13.5nm，掠入射角的變化范圍為2.5°-85°。
[0027] 本發(fā)明的基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法的步驟如下：
[0028] 步驟一、通過已知的單層膜的目標(biāo)光學(xué)常數(shù)和目標(biāo)膜厚，計(jì)算單層膜在固定波長、 不同的掠入射角下的反射率，得到目標(biāo)反射率曲線Rgnai(0i)，且目標(biāo)反射率曲線通過遞歸算 法確定；
[0029] 步驟二、采用遺傳算法尋找使得評(píng)價(jià)函數(shù)中F值最小的膜厚和光學(xué)常數(shù)，該光學(xué)常 數(shù)即為單層膜在極紫外波段的光學(xué)常數(shù)，評(píng)價(jià)函數(shù)如式(1)所示：
[0030]
(1)
[0031] 式（1)中，m為整數(shù)，Rc(0i)為計(jì)算反射率曲線，且計(jì)算反射率曲線通過遞歸算法確 定，m為自然數(shù)；
[0032] 為使算法迭代收斂速度最快，遺傳算法的參數(shù)選擇如下：種群數(shù)為100,交叉概率 為0.5,變異概率為0.02,代數(shù)為500代，也可W根據(jù)實(shí)際情況，選擇其他參數(shù)。
[0033] 上述方法中，遞歸算法為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知算法，具體過程為：
[0034] 通過式(2)計(jì)算第j層和第j+1層間界面的Fresnel反射系數(shù)Flw;
[0039]N功第j層膜的復(fù)折射率啡=n扣功第j層膜的折射率，ξ功第j層膜的消光 系數(shù)，Nj+i為第j+1層膜的復(fù)折射率，Nj+l=nj+l+iξj+l，nj+l為第j+l層膜的折射率，ξj+l為第j+l 層膜的消光系數(shù)，W此類推;Θ為掠入射角；i為單位虛數(shù)；
[0040] 然后通過式(3)計(jì)算不同界面反射率；
[0041]
(3 )
[0042] 式(3)中，為膜系截止到第j個(gè)界面的反射系數(shù);為膜系截止到第j+1個(gè) 界面的反射系數(shù)，W此類推;afexp(-ik油），d功第j層的膜厚；
[0043] 遞歸過程為從基底逐漸算到最上面一層，無論是單層膜還是多層膜，均可用通過 式(3)計(jì)算薄膜的反射率。已知單層膜膜厚及光學(xué)常數(shù)，就可W由式(3)算得反射率曲線。相 反地，已知反射率曲線也可W反演得到光學(xué)常數(shù)。
[0044] W下結(jié)合對(duì)比例和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0045] 對(duì)比例1
[0046] W鋼單層膜為例，首先將數(shù)據(jù)庫中鋼在13.5nm處的光學(xué)常數(shù)n= 0.9216,ξ= 0.006365作為反演過程的目標(biāo)光學(xué)常數(shù)，W鋼單層膜膜厚d= 20nm算得的極紫外反射率曲 線為反演過程的目標(biāo)反射率曲線，結(jié)果如圖2所示;然后采用單純形法反演得到光學(xué)常數(shù)為 n= 0.9302，ξ= 0.006721，膜厚d= 20.5nm，對(duì)應(yīng)的反射率曲線與目標(biāo)反射率曲線的對(duì)比如 圖3所示。
[0047] 實(shí)施例1
[004引 W鋼單層膜為例，首先將數(shù)據(jù)庫中鋼在13.5nm處的光學(xué)常數(shù)n= 0.9216,ξ= 0.006365作為反演過程的目標(biāo)光學(xué)常數(shù)，W鋼單層膜膜厚d= 20nm算得的極紫外反射率曲 線為反演過程的目標(biāo)反射率曲線，結(jié)果如圖2所示;然后采用遺傳算法反演得到光學(xué)常數(shù)為 n= 0.9235，ξ= 0.006416,膜厚d= 20.1nm，對(duì)應(yīng)的反射率曲線與目標(biāo)反射率曲線的對(duì)比如 圖4所示。
[0049]結(jié)合圖2-4可W看出，實(shí)施例1反演得到的光學(xué)常數(shù)與目標(biāo)光學(xué)常數(shù)的誤差要遠(yuǎn)小 于對(duì)比例1，說明本發(fā)明的反演得到的光學(xué)常數(shù)與目標(biāo)光學(xué)常數(shù)誤差很小，光學(xué)常數(shù)反演精 度高，從而為提高極紫外多層膜反射率的工藝優(yōu)化提供了依據(jù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法，其特征在于，步驟如下： 步驟一、通過單層膜的目標(biāo)光學(xué)常數(shù)和目標(biāo)膜厚，計(jì)算單層膜在固定波長、不同的掠入 射角下的反射率，得到目標(biāo)反射率曲線； 步驟二、通過步驟一得到的目標(biāo)反射率曲線，采用遺傳算法反演單層膜的膜厚和光學(xué) 常數(shù)； 所述步驟一和步驟二中，單層膜的反射率曲線皆通過遞歸算法確定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法，其特征在于， 所述步驟二的過程為： 以式（1)為評(píng)價(jià)函數(shù)，采用遺傳算法尋找使得F值最小的光學(xué)常數(shù)和膜厚，該光學(xué)常數(shù) 即為單層膜的光學(xué)常數(shù)；式(1)中，m為整數(shù)，心㈨)為計(jì)算反射率曲線，Rg·%)為目標(biāo)反射率曲線。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法，其特征在于， 所述步驟二中，遺傳算法的種群數(shù)為100，交叉概率為〇. 5，變異概率為0.02，迭代數(shù)為500 代。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法，其特征在于， 所述反射率曲線的掠入射角的變化范圍為2.5°-85°。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法，其特征在于， 所述反射率曲線的波長固定為13.5nm〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法，其特征在于， 所述單層膜的膜厚為10-90nm〇
【專利摘要】基于遺傳算法的極紫外波段光學(xué)常數(shù)反演方法，屬于極紫外光刻技術(shù)領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有技術(shù)中單層膜的光學(xué)常數(shù)的反演方法極易陷入局部極小值的問題。本發(fā)明的方法步驟如下：先通過單層膜的目標(biāo)光學(xué)常數(shù)和目標(biāo)膜厚，計(jì)算單層膜在固定波長、不同的掠入射角下的反射率，得到目標(biāo)反射率曲線，然后通過得到的目標(biāo)反射率曲線，采用遺傳算法反演單層膜的膜厚和光學(xué)常數(shù)；其中，單層膜的反射率曲線皆通過遞歸算法確定。該方法提高了反演過程的穩(wěn)定性，避免了反演過程陷入局部最小值，由該方法反演得到的光學(xué)常數(shù)與目標(biāo)光學(xué)常數(shù)誤差很小，光學(xué)常數(shù)反演精度高，從而為提高極紫外多層膜反射率的工藝優(yōu)化提供了依據(jù)。
【IPC分類】G03F7/20, G02B5/08, G02B27/00, G02B1/10
【公開號(hào)】CN105446087
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510962173
【發(fā)明人】喻波, 姚舜, 金春水
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日