[发明专利]基于EA的宽带EUV多层膜的离散化膜系设计方法

说明书

本发明公开的一种基于进化算法(EA)的宽带极紫外(EUV)多层膜的离散化膜系设计方法包括：依据仅以时间控制膜厚镀膜系统的沉积速率，以EA为基础将传统化膜系设计中膜厚参数改进为以沉积速率为公差的等差数列的离散化膜厚输入；以种群中各膜系的光谱性能评价每个离散化膜系的适应度，通过进化算法实现离散化膜系种群的进化，输出最优的离散化膜系。本发明的设计方法解决了仅由时间控制膜厚且沉积速率较大的镀膜系统无法满足宽带EUV多层膜膜厚控制精度的问题，并通过实验进行了相关的验证，得到了较为理想的宽带EUV多层膜。

技术领域

本发明具体涉及一种基于进化算法(EA)的宽带极紫外(EUV)多层膜离散化膜系设计方法，属于EUV多层膜研发领域。

技术背景

极紫外(EUV)多层膜是EUV波段光学系统的重要光学元件，其研制工艺最有挑战难度。EUV多层膜是由两种折射率有一定差别的材料交替镀制而成，具有独特的光学特性，可实现EUV波段的高反射率。它的成功设计及镀制使类似于红外和可见光波段的正入射光学系统在极紫外波段的应用成为可能，拓宽了高性能光学仪器的应用范围。传统的EUV多层膜大多采用等周期膜系，虽能实现较高的反射率，但其干涉特性导致反射角度带宽一般仅为0°-9°，且入射光波长局限于13.5nm附近，具有明显的反射带宽局限性。非周期膜系结构的EUV多层膜能够实现宽角度入射或对入射光波段要求在13nm-15nm较宽波段，并且具有较高反射率。EUV光刻系统的照明系统需采用反射式设计，其反射光学元件需镀有多层膜以提高反射率，而宽角度EUV多层膜可以满足EUV光刻照明系统中需用小反射镜获得大角度入射的条件；宽光谱EUV多层膜可以满足EUV光刻系统中光源波长带宽较宽的条件，因此其研发具有重要的学术意义和实际工业化生产价值。宽带EUV多层膜具有如此优良的光学性质但其研制难度较大，其膜系设计是镀制理想膜系的前提与基础。

在宽带EUV多层膜膜系设计过程中，应采用优化搜索算法来进行膜系设计。目前普遍采用的膜系设计算法有：进化算法、单纯形法、非线性最小二乘算法(Levenberg-Marquart)、模拟退火算法等等。其中单纯形法是一种局部搜索算法，解析结果在很大程度上依赖给定初始值，易陷入局部极值。Levenberg-Marquart算法虽然求解效率高，但同样在一定程度上依赖给定的初始值，不易求得全局极值，并且它是一个关于传统求导的算法，不能实现离散化膜系设计。模拟退火算法是一种全局搜索算法，对目标函数的要求不高，实现过程简单方便，但其求解效率较低。进化算法是一种全局搜索算法，容易跳出局部极值，拥有较好的优势，但传统的基于进化算法的膜系设计的多层膜膜厚可以为任意值，其设计的膜系对镀膜系统的膜厚控制精度要求很高。

在各种薄膜沉积技术中，最普遍使用的是磁控溅射沉积镀膜方法，其有着稳定的沉积速率且在镀制过程可仅由监控沉积时间来控制膜厚。相比于膜系设计，宽带多层膜的镀制过程也尤为重要，因此所设计的宽带膜系必须符合镀膜设备沉积速率等实验要素。在以往膜系理论设计中，所有的设计算法都是膜系中膜厚可为任意值的膜系设计，实现理论膜系的反射率光谱性能最优化，但是其一般对膜厚的控制精度要求较高，而较高的膜厚控制要求制约着沉积速率，即要求沉积速率很低，而这并不符合于较高沉积速率的镀膜需求。同时沉积速率过低，会使镀膜时间过长而较难保持整个长时间镀膜过程中系统的稳定性，并不符合量化生产的要求。因此，在镀膜沉积速率较高的情况下，仅采用时间控制膜厚技术的沉积设备所能高精度镀制的多层膜中的每层膜厚呈现离散化(沉积速率为公差)分布。

因此，宽带EUV多层膜传统膜系设计不能在仅由时间控制膜厚且较高沉积速率条件下高精度镀制。若采用最接近传统设计优化膜系进行镀制，膜系中每层膜厚的误差累积会造成实际镀膜反射光谱与理论设计反射光谱的较大差异。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于进化算法(EA)的宽带极紫外(EUV)多层膜的离散化膜系设计方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：