[发明专利]用于光刻照明的多分区光学位相板的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于微光刻领域，涉及极大规模集成电路制造设备，特别是一种用于光刻照明的多分区光学位相板的设计方法。

背景技术

在光刻机的照明系统中，为了提高光刻质量，通常采用各种分辨率增强技术，离轴照明就是其中的一种重要的技术。离轴照明技术把激光器输出光束的横截面内的光强分布转换成可提高成像分辨率的特定的光强分布，这种特定的光强分布可以是针对不同掩模图案的二极、四极分布，也可以是均匀的圆形分布。一般，照明系统的光源通常是以脉冲形式运转的准分子激光器，其发出的激光束的特点是横截面小，光强分布不均匀，且不同脉冲的光强分布还会变化。为了将这样的激光束转换为所要求的光强分布，通常采用衍射式的光学位相板作为光束变换元件。

光学位相板是一种具有特殊位相分布的光学元件，这种位相分布是在光学平板表面雕刻出的台阶状的浮雕结构。由于光学平板的折射率和空气的折射率不同，当光束透过光学位相板的时候，穿过不同高度台阶的子光束的光程不同，从而产生不同的位相延迟，因此这种台阶结构在光学上被称为位相分布。它的工作原理是将光束分割成许许多多的细小光束，然后通过衍射的方式使每个小光束在远场叠加，得到所需要的光强分布。光学位相板具有衍射效率高、设计自由、加工方便和可用于产生任意的光强分布的特点。所以，光学位相板通常作为光刻机照明系统中的关键元件，用于产生需要的光强分布。

在先技术1“Homogenizer formed using coherent light and a holographicdiffuser”(US A 5534386)中，公开了对相干激光源的光束整形方案，其中的光学位相板采用整体设计方式。在这种设计方式下，全部位相单元被作为一个整体，根据所需的光强分布，通过计算机迭代得到。设计出的光学位相板要求入射光束覆盖所有的位相单元。上述在先技术主要有下列以下缺点：

1、设计的光学位相板对入射光束的位置漂移、尺寸变化和光强分布变化敏感。对于光刻机用的准分子激光器，光束的位置、尺寸和光强分布有明显的抖动与不稳定性；而且由于激光器与光刻机照明系统之间通常有一段5～20米的传输距离，激光器与光刻机安装地基之间的相对变化在所难免，虽然在照明系统中已经采取了对激光束的位置和光强稳定的技术措施，但是并未完全消除这种影响。目前的这种设计方法已经无法满足实际使用需求。

2、设计需要的运算量大，耗时长，对计算设备要求高。位相板的计算机设计方法通常采用快速傅里叶变换并逐步迭代得到其位相分布。由于目前主流光刻机中用的激光波长在紫外波段，如193nm和248nm等，限制了光学位相板的位相单元尺寸，所以在总体尺寸确定的情况下，单元数目非常庞大，因此计算量很大，并需要存储大量的数据。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在先技术的缺点，提供一种用于光刻照明的多分区式的光学位相板的设计方法，该光学位相板应具有对入射光束的位置、尺寸形状与光强分布变化不敏感，能获得所需要的输出光强分布的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于光刻照明的多分区光学位相板的设计方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①计算位相单元的尺寸l；

②光学位相板分区大小d的选取；

③入射光束和确定所需光束的光强分布并进行矩阵化处理；

④对位相板中一个分区的初始位相赋值；

⑤采用迭代算法并进行离散化处理，得到该分区的位相分布；

⑥逐一对每一个分区重复步骤④和步骤⑤，得到每个分区的位相分布，并组合在一起得到整体位相分布；

⑦设计结果的评估。

所述的位相单元尺寸l的计算是依据夫琅和费衍射定理和来奎斯特采样定律通过下式求得：

l≤λf/M

其中：λ为入射光束的波长，f为薄透镜的焦距，M为光强分布的尺寸。

所述的光学位相板分区大小d的选取，以保障每个分区中有足够的位相单元数目，通常需要大于500×500，即d/l＞500。

所述的入射光束的截面光强分布通常是二维的高斯分布；采用二维高斯方程得到入射光强分布矩阵I_in：