[发明专利]光学薄膜高维多目标优化设计方法

说明书

本发明公开了一种光学薄膜高维多目标优化设计方法，其包括：应用高维多目标遗传算法求解光学多层膜的多项性能目标的非支配解，分析所述非支配解分布以及所述各性能目标之间的关系，同时对所述非支配解进行优选，从而确定优选的进化方向；以及，应用方向选择高维多目标遗传算法对确定的所述优选的进化方向进行局部精搜，获得高维多目标优化设计的优选膜系设计。本发明的设计方法有助于在一定工艺条件下，获得全面的膜系设计和降低复杂多层膜的制备风险，且具有广泛的适用性和较强的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及一种光学多层膜的设计方法，具体涉及一种光学薄膜高维多目标优化设计方法。

背景技术

在光学薄膜研究领域，为了满足光学系统对高反射率、宽带反射率或窄带透过率等性能需求，很多光学元件必须镀有由两种或多种材料交替构成的多层膜。特别对于极紫外(EUV) 与软X射线波段，几乎所有材料都不透明且折射率非常接近1，所以EUV与软X射线光学系统必须采用由多层膜元件构成的反射式光学系统。

近年来，随着薄膜光学技术的发展，多层膜光学元件在天文学、光谱学和半导体技术等领域有着非常广泛和重要的应用，但综合评估光学系统对元件性能的多方面要求，设计出符合一定工艺条件的多层膜膜系仍是研发高质量多层膜元件的前提与基础。需要指出的是，随着半导体产业的发展，EUV光刻技术已成为高端半导体芯片研制的主流技术，EUV光刻系统的产业化发展对采用的多层膜元件提出了多方面的性能要求，相关研究具有较大的应用与产业价值。

EUV光刻技术的产业化首先需要配套光学系统重要元件的性能在研发过程中具有较高的可靠性和稳定性。但研究表明，EUV光刻技术的配套光学系统的重要光学元件研制难度极高且风险较大，其在一定程度上是由于元件所需多层膜的光学性能要求高且制备过程中的不可控的随机因素较多，制备风险大。同时，EUV光刻技术涉及诸多光学系统，如EUV光谱测试系统、EUV投影光刻照明系统和EUV光刻掩模检测等系统都包含较多的EUV多层膜元件。为了提高EUV光学系统的性能，相应系统中一般含有由非周期多层膜构成的重要光学元件，如提高光源能量收集和偏振度的宽光谱偏振反射镜、提高系统数值孔径的宽角度反射镜和实现分束功能的宽光谱分束镜等等。研究表明，由非周期多层膜构成的EUV光学元件不仅要有较高的光通量，而且在较宽的带宽内还有一定的光学性能要求，同时其光学性能对膜厚比较敏感，所以，满足EUV光刻应用的多层膜元件有着以上诸多的高性能需求及制备技术要求，其研发风险较大，加之EUV光学元件在镀膜前其面型和表面粗糙度要求苛刻，加工成本高昂，这进一步加剧了EUV重要光学元件的研制风险与成本。因此，如何在保证EUV重要光学元件多方面光学性能的同时，有效地降低非周期EUV多层膜的制备风险、提高成品率是EUV光刻技术产业化发展进程中必须解决的重要问题。因此，EUV光刻技术的发展要求多层膜的设计不仅追求较高的多方面光学性能，还必须考虑膜系的光学性能对膜厚随机误差的稳定性。

随着光学薄膜设计技术的发展，应用优化算法(如非线性最小二乘算法、模拟退火算法、遗传算法等)针对单一光学性能(如反射率)进行优化，获得膜系设计的技术已经较为成熟，相关研究已向综合考虑多层膜多项性能的方向发展，如非周期EUV多层膜需要兼顾评估反射平台平坦度、反射平台偏振度或膜厚随机误差对反射率影响等其它性能。对此，采用的方法是对以单一光学性能为优化目标获得的膜系进行设计后的评估，该方法的缺点是局限于单一主要光学性能最优的膜系，无法对膜系的其它性能进行优化。为了在膜系设计过程中对膜系膜厚变化、光学性能对膜厚随机误差的稳定性和反射率偏振度等其它性能进行优化，相关技术发展出将所有性能评价函数加和作为新的优化目标，应用优化算法进行优化设计的方法。此时，多层膜优化设计就已经成为一个多目标优化问题，但采用的方法是将多个目标转化为单一目标的古典式多目标优化方法，这种方法只能给出和函数的函数值最小的单一膜系设计，无法全面探究膜系多个性能之间的内在关系；另一方面，和函数值最优的膜系设计很难保证其主要光学性能满足需求，甚至在有些情况下，将多个性能评价函数简单加和本身就是不可行的。此外，传统膜系设计方法采用确定数值的光学性能目标(如反射率)，无法通过一次优化计算获得一定镀膜工艺条件下可实现的光学性能较优的所有膜系设计。