CN113419409B - 一种自由曲面控制的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及极紫外光刻技术领域，具体涉及一种自由曲面控制的方法及装置，方法包括：输入自定义曲面的面型，生成自由曲面；对所述自由曲面进行分析，判断所述自由曲面是否有形成凹凸面；若所述自由曲面没有凹凸面，则所述自由曲面满足制造条件，否则对所述自由曲面的二阶导数进行调控，避免所述自由曲面出现凹凸面。本发明通过对自由曲面多项式的二阶导数的符号进行控制，使得在自由曲面在设计阶段考虑设计的自由曲面元件加工检测的可行性，避免自由曲面设计过程中因元件变化剧烈，降低自由曲面的元件制造难度。

Description

一种自由曲面控制的方法及装置
技术领域
本发明涉及极紫外光刻技术领域，具体而言，涉及一种自由曲面控制的方法及装置。
背景技术
随着科学技术的发展和进步，人们对成像光学系统的要求逐渐提高，在要求光学系统实现高像质的同时，向着大视场、大孔径、宽波段等方向发展，以满足不同应用场景的需求。与透射式系统相比，反射式系统有以下优点：没有色差，在很宽的波段范围内都可以保持良好的像质；光学系统中的光路可以折叠，系统透过率高，热稳定性好，不易受到辐射的影响。此外，反射式系统的曲面相对于透射系统可以做得很大且容易实现轻量化。然而，传统同轴反射系统一般存在中心遮拦，限制了系统的分辨率、入射光能与视场大小。因此，研究者们开始采用视场离轴、孔径离轴或者倾斜曲面来消除系统的遮拦，但这也极大地增加了系统的设计难度。由于系统的旋转对称性被破坏，会产生许多非常规的、有特殊视场依赖特性的像差，这些像差难以通过旋转对称的球面或非球面加以校正。因此，当离轴系统需要实现良好的像质时，系统的视场或NA往往是受限的，而采用自由曲面可以很好地解决这一问题。相对于球面或者非球面，自由曲面引入的像差形式与曲面偏心倾斜引入的像差形式完全对应。因此自由曲面特别适用于离轴反射式系统的设计。
极紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography，EUVL)是一种采用波长为13.5nm的极紫外光作为工作波长的投影光刻技术，采用极紫外光刻技术具有天然优势——曝光波长一个数量级的降低，可以很好地释放对物镜数值孔径及工艺因子的限制，使其成为下一代光刻技术，是实现7nm及其以下技术节点集成电路产业化的首选技术。由于极紫外光几乎对所有光学材料有极其强的吸收，极紫外光刻均采用反射式元件。分辨率公式为，为实现更高分辨率，EUVL物镜光学系统NA需要不断提高。对于High-NA(NA≥0.4)光学系统，保持4x微缩比、全视场和6inch掩模已不再可行，高NA引起入射角激增，由此带来的阴影效应增大及对比度下降严重到不可接受的程，解决方案是减小掩模入射角、增加物镜微缩比。权衡像面全视场2633mm2与使用6inch掩模，使用变形光学系统，在不同方向提供所需微缩比。XY方向微缩比为4x/8x的变形物镜能够使用6inch掩模，实现2616.5mm2半视场曝光，提供最优的产率及分辨率，传统的旋转对称的球面或非球面已难以实现，需要使用自由曲面。
极紫外光刻High-NA投影物镜成像质量要求极高，非常依赖于像差平衡,对于自由曲面的要求极高，因此需要足够设计自由度实现超衍射极限分辨率的High-NA投影变形物镜设计。
在极紫外光刻变形物镜设计过程中，存在自由曲面偏离量过大以及多凹凸面的问题，现有设计要实现超衍射极限的极紫外光刻物镜的设计，需要采用多项式项数较高的XY多项式，随着设计的项数不断增加，自由曲面元件表面会越来越复杂，因此需要一种能够调控自由曲面凹凸面的技术方案，以避免自由曲面设计过程中变化剧烈。
发明内容
本发明实施例提供了一种自由曲面控制的方法及装置，以对元件的自由曲面进行控制，避免自由曲面设计过程中变化剧烈，降低自由曲面的元件制造难度。
根据本发明的一实施例，提供了一种自由曲面控制的方法，包括以下步骤：
输入自定义曲面的面型，生成自由曲面；
对所述自由曲面进行分析，判断所述自由曲面是否有形成凹凸面；
若所述自由曲面没有凹凸面，则所述自由曲面满足制造条件，否则对所述自由曲面的二阶导数进行调控，避免所述自由曲面出现凹凸面。
进一步地，在所述输入自定义曲面的面型，生成自由曲面中包括：
选择自定义曲面的面型多项式，计算所述面型多项式的梯度；
基于所述面型多项式的梯度，使用CODE-V自带宏语言语法编写宏文件；
选择对应的宏文件即可完成所述自定义曲面的面型的输入。
进一步地，在所述输入自定义曲面的面型，生成自由曲面中包括：
选择自定义曲面的面型多项式，计算所述面型多项式的梯度；
基于所述面型多项式的梯度，使用CODE-V与C语言接口的语法编写C语言文件，并生成DLL文件；
选择对应的DLL文件即可完成自定义面型的输入。
进一步地，所述自定义曲面的面型能用于光线追踪。
进一步地，在对所述自由曲面进行分析，判断所述自由曲面是否有形成凹凸面中包括：
在所述自由曲面上取范围值[a,b]，设在[a,b]内连续的函数为f(x)；
判断f(x)函数的凹凸性，以确定自由曲面是否有凹凸面，f(x)为凸函数则为凸面，凹函数则为凹面。
进一步地，在对所述自由曲面的二阶导数进行调控，避免所述自由曲面出现凹凸面中包括：
根据f(x)函数的凹凸性确定自由曲面的二阶导数正负符号；
对自由曲面的多项式所有点的二阶导数进行控制，使其均为同号，避免出现凹凸面。
进一步地，在对所述自由曲面的二阶导数进行调控之前还包括：
计算自由曲面的偏离量，以对自由曲面的偏离量进行控制。
根据本发明的另一实施例，提供了一种自由曲面控制的装置，包括：
自由曲面生成模块，用于输入自定义曲面的面型，生成自由曲面；
自由曲面分析模块，用于对所述自由曲面进行分析，判断所述自由曲面是否有形成凹凸面；
凹凸面调控模块，用于若所述自由曲面没有凹凸面，则所述自由曲面满足制造条件，否则对所述自由曲面的二阶导数进行调控，避免所述自由曲面出现凹凸面。
进一步地，所述自由曲面分析模块包括：
取值单元，用于在所述自由曲面上取范围值[a,b]，设在[a,b]内连续的函数为f(x)；
判断单元，用于判断f(x)函数的凹凸性，以确定自由曲面是否有凹凸面，f(x)为凸函数则为凸面，f(x)为凹函数则为凹面。
进一步地，所述凹凸面调控模块包括：
二阶导数判断单元，根据f(x)函数的凹凸性确定自由曲面的二阶导数正负符号；
二阶导数调控单元，对自由曲面的多项式所有点的二阶导数进行控制，使其均为同号，避免出现凹凸面。
本发明实施例中的自由曲面控制的方法及装置，输入自定义曲面的面型，生成自由曲面；对所述自由曲面进行分析，判断所述自由曲面是否有形成凹凸面；若所述自由曲面没有凹凸面，则所述自由曲面满足制造条件，否则对所述自由曲面的二阶导数进行调控，避免所述自由曲面出现凹凸面。本发明通过对自由曲面的二阶导数的进行控制，使得在自由曲面在设计阶段考虑设计的自由曲面元件加工检测的可行性，避免自由曲面设计过程中因元件变化剧烈，降低自由曲面的元件制造难度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明自由曲面控制的方法的流程图；
图2为本发明输入自定义曲面的面型的流程图；
图3为本发明输入自定义曲面的面型的另一流程图；
图4为本发明自由曲面控制的装置的模块原理图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
参见图1至图3，根据本发明一实施例，提供了一种自由曲面控制的方法，包括以下步骤：
S101：输入自定义曲面的面型，生成自由曲面；
S102：对自由曲面进行分析，判断自由曲面是否有形成凹凸面；
S103：若自由曲面没有凹凸面，则自由曲面满足制造条件，否则对自由曲面的二阶导数进行调控，避免自由曲面出现凹凸面。
本发明实施例中的自由曲面控制的方法及装置，输入自定义曲面的面型，生成自由曲面；对自由曲面进行分析，判断自由曲面是否有形成凹凸面；若自由曲面没有凹凸面，则自由曲面满足制造条件，否则对自由曲面的二阶导数进行调控，避免自由曲面出现凹凸面。本发明通过对自由曲面多项式的二阶导数的符号进行控制，使得在自由曲面在设计阶段考虑设计的自由曲面元件加工检测的可行性，避免自由曲面设计过程中因元件变化剧烈，降低自由曲面的元件制造难度。
实施例中，在输入自定义曲面的面型，生成自由曲面中包括：
S201：选择自定义曲面的面型多项式，计算面型多项式的梯度；
S202：基于面型多项式的梯度，使用CODE-V自带宏语言语法编写宏文件；
S203：选择对应的宏文件即可完成自定义曲面的面型的输入。
目前的光学设计商业软件如CODE-V支持的自由曲面项数有限，当设计自由度需求大于软件默认的项数时，需要光学设计者依据个人需求选择自定义的面型表达式以及对应项数，使用CODE-V提供的用户自定义面型(User defined surface)选项，设计人员通过编写宏文件或者动态链接库(Dynamic Link Library,DLL)文件实现自定义面型的输入。
下面以具体实施例，对本发明使用CODE-V自带宏语言语法编写宏文件来进行自定义面型的输入的进行说明：
步骤一：设计人员首先需要选择自定义面型多项式，并且计算多项式的梯度；
步骤二：基于CODE-V自带宏语言语法编写宏文件；
步骤三：选择CODE-V自定义面型，选择对应的宏文件即可完成自定义面型的输入。
实施例中，在输入自定义曲面的面型，生成自由曲面中包括：
S301：选择自定义曲面的面型多项式，计算面型多项式的梯度；
S302：基于面型多项式的梯度，使用CODE-V与C语言接口的语法编写C语言文件，并生成DLL文件；
S303：选择对应的DLL文件即可完成自定义面型的输入。
下面以具体实施例，对本发明使用CODE-V与C语言接口的语法编写C语言文件来进行自定义面型的输入进行说明；
步骤一：设计人员首先需要选择自定义面型多项式，并且计算多项式的梯度；
步骤二：基于CODE V与C语言接口的语法编写C语言文件生成DLL文件；
步骤三：选择CODE V自定义面型，选择对应的DLL文件即可完成自定义面型的输入。
实施例中，自定义曲面的面型能用于光线追踪。使用CODE-V自带宏语言语法编写宏文件或者CODE V与C语言接口的语法编写C语言文件生成DLL文件的方式来完成自定义面型的输入，该两种方式输入的自定义面型由于多项式表达式及其梯度表达式均明确写出，因此该自定义曲面可以用于光线追迹。
实施例中，在对自由曲面进行分析，判断自由曲面是否有形成凹凸面中包括：
在自由曲面上取范围值[a,b]，设在[a,b]内连续的函数为f(x)；
判断f(x)函数的凹凸性，以确定自由曲面是否有凹凸面，f(x)为凸函数则为凸面，凹函数则为凹面。
本发明提出一种自由曲面控制的方法在设计阶段对自由曲面元件进行控制。该方法基于自由曲面函数的二阶导数的符号与函数凹凸性的关系对自由曲面进行控制，使其避免出现多个凹凸面。
自由曲面的函数凹凸的定义为：当f(x)函数为凸函数时，则函数f(x)的二阶导数小于0，当f(x)函数为凹函数时，则函数f(x)的二阶导数大于0；
具体地，对于一个在[a,b]上连续的函数f(x)，若有x1和x2∈[a,b]，使得
Figure BDA0003166744800000081
在(a,b)内恒成立，则称函数为凸函数；若
Figure BDA0003166744800000082
在(a,b)恒成立，则称函数为凹函数。当函数f(x)为凸函数时，则函数f(x)的二阶导数小于0；当函数为凹函数时，函数f(x)的二阶导数大于0。
实施例中，在对自由曲面的二阶导数进行调控，避免自由曲面出现凹凸面中包括：
根据f(x)函数的凹凸性确定自由曲面的二阶导数符号；
对自由曲面的多项式所有点的二阶导数进行控制，使其均为同号，避免出现凹凸面。
在光学设计过程中，依据自由曲面元件的光焦度判断自由曲面元件的凹凸性，根据凹凸性确定自由曲面元件的二阶导数符号，在设计过程中以宏文本的形式写入光学设计软件中，对自由曲面多项式所有点的二阶导数进行控制，使其均为同号，避免出现凹凸面；使其同号的意思为，若二阶导数有正有负，则使得二阶导数均为正或均为负，以避免出现凹凸面。
实施例中，在对自由曲面的二阶导数进行调控之前还包括：
计算自由曲面的偏离量，以对自由曲面的偏离量进行控制。
由于自由曲面很多都是通过在基底球面或者基底二次曲面的基础上叠加非旋转对称项得到的，因此本发明基于给定自由曲面类型的多项式，计算其与基底函数沿Z向的偏差来描述自由曲面的偏离量。以xy多项式为例，其面型表达式为：
Figure BDA0003166744800000091
其中基函数为
Figure BDA0003166744800000092
上述两式的偏差即为自由曲面的偏离量；在自由曲面设计时，类似于非球面元件，元件的非球面度和非球面度陡度决定了加工和检测能否实现，自由曲面设计时也需要对偏离量进行控制。对系统添加自定义面型以后，当分别加入自由曲面控制以后，若不满足条件，则更改优化设计方案，使其更为平滑优化，使得最终优化结果满足自由曲面控制。
实施例2
参见图1至图4，根据本发明的另一实施例，提供了一种自由曲面控制的装置，包括：
自由曲面生成模块100，用于输入自定义曲面的面型，生成自由曲面；
自由曲面分析模块200，用于对自由曲面进行分析，判断自由曲面是否有形成凹凸面；
凹凸面调控模块300，用于若自由曲面没有凹凸面，则自由曲面满足制造条件，否则对自由曲面的二阶导数进行调控，避免自由曲面出现凹凸面。
本发明实施例中的自由曲面控制的方法及装置，本发明装置通过凹凸面调控模块300对自由曲面多项式的二阶导数的符号进行控制，使得在自由曲面在设计阶段考虑设计的自由曲面元件加工检测的可行性，避免自由曲面设计过程中因元件变化剧烈，降低自由曲面的元件制造难度。
进一步地，在输入自定义曲面的面型，生成自由曲面中包括：
S201：选择自定义曲面的面型多项式，计算面型多项式的梯度；
S202：基于面型多项式的梯度，使用CODE-V自带宏语言语法编写宏文件；
S203：选择对应的宏文件即可完成自定义曲面的面型的输入。
目前的光学设计商业软件如CODE-V支持的自由曲面项数有限，当设计自由度需求大于软件默认的项数时，需要光学设计者依据个人需求选择自定义的面型表达式以及对应项数，使用CODE-V提供的用户自定义面型(User defined surface)选项，设计人员通过编写宏文件或者动态链接库(Dynamic Link Library,DLL)文件实现自定义面型的输入。
下面以具体实施例，对本发明使用CODE-V自带宏语言语法编写宏文件来进行自定义面型的输入的进行说明：
步骤一：设计人员首先需要选择自定义面型多项式，并且计算多项式的梯度；
步骤二：基于CODE-V自带宏语言语法编写宏文件；
步骤三：选择CODE-V自定义面型，选择对应的宏文件即可完成自定义面型的输入。
进一步地，在输入自定义曲面的面型，生成自由曲面中包括：
选择自定义曲面的面型多项式，计算面型多项式的梯度；
基于面型多项式的梯度，使用CODE-V与C语言接口的语法编写C语言文件，并生成DLL文件；
选择对应的DLL文件即可完成自定义面型的输入。
下面以具体实施例，对本发明使用CODE-V与C语言接口的语法编写C语言文件来进行自定义面型的输入的进行说明；
步骤一：设计人员首先需要选择自定义面型多项式，并且计算多项式的梯度；
步骤二：基于CODE V与C语言接口的语法编写C语言文件生成DLL文件；
步骤三：选择CODE V自定义面型，选择对应的DLL文件即可完成自定义面型的输入。
进一步地，自定义曲面的面型能用于光线追踪。使用CODE V自带宏语言语法编写宏文件或者CODE V与C语言接口的语法编写C语言文件生成DLL文件的方式来完成自定面型的输入，该两种方式输入的自定义面型由于多项式表达式及其梯度表达式均明确写出，因此该自定义曲面可以用于光线追迹。
实施例中，自由曲面分析模块包括：
取值单元，用于在自由曲面上取范围值[a,b]，设在[a,b]内连续的函数为f(x)；
判断单元，用于判断f(x)函数的凹凸性，以确定自由曲面是否有凹凸面，f(x)为凸函数则为凸面，f(x)为凹函数则为凹面。
本发明提出一种自由曲面控制的方法在设计阶段对自由曲面元件进行控制。该方法基于自由曲面函数的二阶导数的符号与函数凹凸性的关系对自由曲面进行控制，使其避免出现多个凹凸面。
自由曲面的函数凹凸的定义为：当f(x)函数为凸函数时，则函数f(x)的二阶导数小于0，当f(x)函数为凹函数时，则函数f(x)的二阶导数大于0；
具体地，对于一个在[a,b]上连续的函数f(x)，若有和∈[a,b]，使得在(a,b)内恒成立，则称函数为凸函数；若在(a,b)恒成立，则称函数为凹函数。当函数f(x)为凸函数时，则函数f(x)的二阶导数小于0；当函数为凹函数时，函数f(x)的二阶导数大于0。
实施例中，凹凸面调控模块包括：
二阶导数判断单元，根据f(x)函数的凹凸性确定自由曲面的二阶导数符号；
二阶导数调控单元，对自由曲面的多项式所有点的二阶导数进行控制，使其均为同号，避免出现凹凸面。
在光学设计过程中，依据自由曲面元件的光焦度判断自由曲面元件的凹凸性，根据凹凸性确定自由曲面元件的二阶导数符号，在设计过程中以宏文本的形式写入光学设计软件中，对自由曲面多项式所有点的二阶导数进行控制，使其均同号，避免出现凹凸面。
进一步地，在对自由曲面的二阶导数进行调控之前还包括：
计算自由曲面的偏离量，以对自由曲面的偏离量进行控制。
由于自由曲面很多都是通过在基底球面或者基底二次曲面的基础上叠加非旋转对称项得到的，因此本发明基于给定自由曲面类型的多项式，计算其与基底函数沿Z向的偏差来描述自由曲面的偏离量。以xy多项式为例，其面型表达式为：
Figure BDA0003166744800000121
其中基函数为
Figure BDA0003166744800000131
上述两式的偏差即为自由曲面的偏离量；在自由曲面设计时，类似于非球面元件，元件的非球面度和非球面度陡度决定了加工和检测能否实现，自由曲面设计时也需要对偏离量进行控制。对系统添加自定义面型以后，当分别加入自由曲面控制以后，若不满足条件，则更改优化设计方案，使其更为平滑优化，使得最终优化结果满足自由曲面控制。
本发明提出一种自由曲面控制的方法在设计阶段对自由曲面元件进行控制，通过对自由曲面多项式的二阶导数的符号进行控制以及自由曲面多项式与基函数偏离量控制，使得在自由曲面设计阶段考虑设计的自由曲面元件加工检测的可行性，避免自由曲面设计过程中因元件变化剧烈，降低自由曲面的元件制造难度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自由曲面控制的装置，其特征在于，包括：
自由曲面生成模块，用于输入自定义曲面的面型，生成自由曲面；
自由曲面分析模块，用于对所述自由曲面进行分析，判断所述自由曲面是否有形成凹凸面；
凹凸面调控模块，用于若所述自由曲面没有凹凸面，则所述自由曲面满足制造条件，否则对所述自由曲面的二阶导数进行调控，避免所述自由曲面出现凹凸面。
2.根据权利要求1所述的自由曲面控制的装置，其特征在于，所述输入自定义曲面的面型，生成自由曲面，包括：
选择自定义曲面的面型多项式，计算所述面型多项式的梯度；
基于所述面型多项式的梯度，使用CODE-V自带宏语言语法编写宏文件；
选择对应的宏文件即可完成所述自定义曲面的面型的输入。
3.根据权利要求1所述的自由曲面控制的装置，其特征在于，所述输入自定义曲面的面型，生成自由曲面，包括：
选择自定义曲面的面型多项式，计算所述面型多项式的梯度；
基于所述面型多项式的梯度，使用CODE-V与C语言接口的语法编写C语言文件，并生成DLL文件；
选择对应的DLL文件即可完成自定义面型的输入。
4.根据权利要求2或3所述的自由曲面控制的装置，其特征在于，所述自定义曲面的面型能用于光线追踪。
5.根据权利要求4所述的自由曲面控制的装置，其特征在于，所述自由曲面分析模块包括：
取值单元，用于在所述自由曲面上取范围值[a,b]，设在[a,b]内连续的函数为f(x)；
判断单元，用于判断f(x)函数的凹凸性，以确定自由曲面是否有凹凸面，f(x)为凸函数则为凸面，f(x)为凹函数则为凹面。
6.根据权利要求4所述的自由曲面控制的装置，其特征在于，所述凹凸面调控模块包括：
二阶导数判断单元，根据f(x)函数的凹凸性确定自由曲面的二阶导数正负符号；
二阶导数调控单元，对自由曲面的多项式所有点的二阶导数进行控制，使其均为同号，避免出现凹凸面。
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