改进型量子进化算法在极紫外多层膜研究中的应用

For the problem of multi-parameter evaluations in the researches of EUV multilayers, the results which are based on the general optimization methods strongly depend on the initial values of parameters, and these methods have several shortcomings, such as poor accuracy and bad convergence to the global optimum. In this regard, this project will improve the quantum evolutionary algorithm, and use the improved algorithm to characterize and design the EUV multilayers. Owing to the high parallel computing and the strong global and local optimizations, the parameters of periodic Mo/Si multilayer can be evaluated with two objective optimizations, which are the grazing incidence X-ray reflection and EUV reflection. As a result, the requirements of initial values of the parameters can be relaxed, and the microstructure of EUV multilayer can be obtained in a high accuracy. On this basis, the improved quantum evolutionary algorithm is further used in the robust design of Mo/Si multilayer with a wide angular bandpass. Therefore, the spectral performance of EUV broadband multilayer can be insensitive to the layer thickness errors, and the designed multilayer will be developed in the experiments. The researches in this project will be carried out in the improvement of quantum evolutionary algorithm and the manufacture of complex EUV multilayer, and then the ability in the research and development of EUV multilayers can be further improved.

对于极紫外多层膜研究中的多参数求解问题，一般寻优方法较强地依赖于初值的选取，并具有精度差、难于收敛于全局最优的缺点。对此，本项目对量子进化算法进行改进，并将其应用于极紫外多层膜的表征和设计之中，通过其高效的并行计算性能和较强的全局和局部寻优能力，对周期Mo/Si多层膜的掠入射X射线反射谱和极紫外反射谱进行多目标的多参数拟合，以此放宽对初值的选取要求，进而获得极紫外多层膜微观结构的高精度表征。在此基础上，将改进型量子进化算法应用于具有宽角度反射带的Mo/Si多层膜的鲁棒膜系设计，使其光谱性能对膜厚误差不敏感，并依据设计结果进行多层膜的研制。本项目拟从量子进化算法的改进和复杂极紫外多层膜的研制两方面进行深入研究，进一步提高极紫外多层膜的研发能力。

极紫外（EUV）多层膜是EUV天文学、EUV光谱学和EUV光刻的核心关键元件，特别随着EUV光刻技术逐步成为半导体产业的前沿技术，多层膜的研发面临着产业化的需求与挑战。为满足EUV多层膜的产业化需求，本项目基于量子进化算法和双目标进化算法建立了Mo/Si多层膜微观结构的求解算法和鲁棒性宽角度Mo/Si多层膜的膜系设计方法。在此基础上，本项目结合实际镀膜系统的膜厚控制精度，建立了宽角度Mo/Si多层膜离散化膜系设计方法，并应用设计的膜系进行多层膜的镀制和反射率测试。本项目的代表性研究成果包括：（i）基于量子衍生遗传算法建立了Mo/Si多层膜的掠入射X射线反射（GIXR）的拟合求解算法，该算法的求解效率和精度均高于基于遗传算法的GIXR拟合求解算法；（ii）基于双目标进化算法建立了Mo/Si多层膜的GIXR和EUV反射谱的联合拟合求解算法，通过两项测试对多层膜参数拟合求解中的精度互补作用，提高了多层膜微观结构参数的表征精度；（iii）应用宽角度Mo/Si多层膜膜系评价函数的梯度信息对量子进化算法进行改进，并以此建立了优化方向性较强的高效宽角度多层膜膜系设计方法；（iv）建立基于双目标进化算法的宽角度Mo/Si多层膜的鲁棒性膜系设计方法，通过多层膜的光谱性能和鲁棒性的同时优化，获得其双目标进化的非支配解解集，即一系列宽角度多层膜的鲁棒性膜系设计；（v）针对由时间控制膜厚镀膜系统的膜厚控制精度，研发了基于量子遗传算法的离散化膜系设计方法，并应用设计膜系进行了多层膜的镀制和测试，制备的多层膜在0º-15º入射角反射带内具有高于40%的反射率；（vi）基于双目标进化算法建立鲁棒性宽角度Mo/Si多层膜离散化膜系设计方法，并进行反射率测试，镀制的多层膜在0º-16º入射角反射带内具有高于45%的反射率。上述研究一方面验证了量子进化算法在EUV多层膜研发领域的适用性和优势；另一方面，建立的鲁棒性膜系设计方法可以用于降低EUV多层膜反射镜的研发风险，有助于EUV多层膜元件的产业化发展。