[发明专利]一种宽光谱极紫外多层膜的鲁棒性膜系设计方法

说明书

一种宽光谱极紫外多层膜的鲁棒性膜系设计方法，属于极紫外多层膜技术领域。解决了极紫外多层膜设计中仅考虑光学性能，不考虑膜厚随机误差对光学性能影响的问题。本发明将实数编码的非支配排序遗传算法应用于宽光谱极紫外多层膜的设计之中，将多层膜的宽光谱光学性能和膜系的主动鲁棒性同时作为优化的两个目标，通过进化获得接近Pareto前沿的非支配解集。接近Pareto前沿的非支配解集一方面反映了多层膜宽光谱光学性能和膜系鲁棒性的制约关系；另一方面，非支配解集提供了一系列光学性能和膜系鲁棒性不同组合的多层膜膜系。本发明的设计方法有助于提高复杂非周期极紫外多层膜的镀膜成品率，降低镀膜风险。

技术领域

本发明属于极紫外(EUV)多层膜技术领域，具体涉及一种宽光谱极紫外 多层膜的鲁棒性膜系设计方法，尤其适用于高反射率的宽光谱EUV多层膜的鲁 棒性设计。

背景技术

EUV波段一般是指波长从几纳米至几十纳米的特殊光波段，在该波段内， 存在着大量的原子共振线和吸收线，因此，几乎所有材料对该波段的辐射都存 在着极强的吸收且折射率接近于1。由于EUV波段的强吸收作用，EUV波段的 光学研究十分困难，但是具有高反射率的EUV多层膜的光学元件解决了这一问 题。几十年来，在国内外相关学者的不懈努力下，EUV多层膜的技术日趋成熟， 出现了多种实用的EUV光学系统并应用若干研究领域，如EUV天文学、EUV 光刻、EUV光谱学、显微技术、等离子体诊断和软X射线激光等等。特别是在半导体产业领域，EUV光刻技术已成为目前16nm及其以下节点光刻设备的首 选技术，其研究始于上世纪80年代中后期，备受美国、德国、日本和荷兰等国 的高度重视，因此，作为EUV光刻机核心关键反射元件的EUV多层膜的研发 成为国内外研究的焦点。目前，Mo/Si多层膜被证明是在众多的材料组合中最优 选的组合，在美国lawrence livermore国家实验室采用周期数为40，周期厚度约 为7nm的Mo/Si多层膜，在EUV波段内获得了70％的峰值反射率。

但是，周期EUV多层膜的反射光谱带宽很窄，一般仅为0.5nm，如此窄的 光谱带宽一方面造成了分布在12-15nm范围内的光源的光通量的巨大能量损失； 另一方面，在一些基于多层膜设计的成像系统中，较小光通量的很难实现满足 要求的成像质量。基于上述原因，具有较宽光谱带宽的高反射EUV多层膜作为 EUV光学系统的关键元件而备受国内外广大学者的关注。在宽光谱EUV多层膜 的研发方面，德国IOF研究所研制出在正入射条件下，带宽为2.33nm且反射率 近20％的EUV多层膜；同济大学的科研小组研制出在正入射条件下，带宽近16nm且反射率近10％的EUV多层膜。同时，日本的Nikon公司、中科院上海 光机所和中科院长春光机所等科研机构均在宽光谱EUV多层膜的研发方面开展 了大量的工作，极大地推进了宽带EUV多层膜研究。

宽光谱EUV多层膜研发的首要问题是多层膜膜系的设计，而膜系设计过程 是一个较为复杂的多参数寻优过程，随着现代光学薄膜设计方法的发展，为多 层膜找到一系列光学性能持续改善，但结构逐渐复杂的膜系已不再显得那么迫 切，而旨在设计符合实际镀膜环境的最优膜系则凸显积极意义。同时，由于EUV 多层膜工艺和膜厚监控方法都不可避免地产生膜层参数误差，而膜厚误差对 EUV多层膜的光学性能具有重要影响，因此，在保证宽光谱多层膜光学性能的 前提下，找到光学性能对多层膜膜层参数的变化不敏感的多层膜膜系，即实现 多层膜的鲁棒性设计具有重要的实际价值。但是，传统的宽光谱EUV多层膜的设计最多还是基于光学性能评价函数为极小值的数值优化方法，而结合实际可 用镀膜设备本身的控制误差的特性，进行针对膜系误差灵敏度的主动鲁棒性设 计却几乎没有，即使在传统可见光波段的膜系设计中，也只有OptiLayer和 TFCalc等设计软件对膜层灵敏度进行局部优化处理。

发明内容

本发明的目的是解决了极紫外多层膜设计中仅考虑光学性能，不考虑膜厚 随机误差对光学性能影响的问题，提供一种有助于提高复杂非周期EUV多层膜 镀膜的成品率，降低镀膜风险的宽光谱极紫外多层膜的鲁棒性膜系设计方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：