[发明专利]消除衍射光学元件零级衍射光斑的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机，特别是一种消除衍射光学元件零级衍射光斑的方法，可对特定衍射光学元件衍射光场的优化，用在光刻机照明系统中，可实现对光刻机传统、二极、四极照明模式下衍射零级的消除。

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。衍射光学元件基于光的衍射原理可以方便地实现对光波的调制，因此被用在光刻机照明系统中实现离轴照明的功能。自1887年Lord Rayleigh使用的振幅型菲涅尔波带片以来，1898年Wood制出了位相型菲涅尔波带片，而D.Gabor提出的波前重现全息原理将衍射光学元件的发展带入一个新的纪元。将位相息图按表面浮雕的形式记录在基底材料上，实现对入射光束的调制。麻省理工学院林肯实验室提出的用系列台阶形状来近似连续位相浮雕结构，从而产生了二元光学元件。现有的衍射光学元件加工技术中，主要的衍射光学元件制造方法有掩模套刻法，而其最小单元尺寸为亚微米量级。为提高衍射光学元件性能，通过增加台阶数来提高衍射效率，随之而来的是多次加工误差的引入。总体上，对于二元衍射元件来说，表面刻蚀深度的误差会导致零级衍射强度的增大。而零级衍射的存在会对光刻机照明系统中的其他光学元件造成不可逆的破坏，因此必须消除。

Ville Kettunen等人考虑在二元位相元件的基础上引入第三位相层，用以消除不必要的零级衍射(Kettunen,V.,et al.Diffractive elements designed to suppress unwanted zeroth order due to surface depth error.Journal of Modern Optics,51(14),2111-2123,(2004))。Hao Zhang等人针对全息投影中的空间光调制器系统提出了利用附加相位法消除不必要的零级衍射(Hao,Z.,et al.Elimination of a zero-order beaminduced by a pixelated spatial light modulator for holographic projection.Applied Optics,48(30),5834-5841,(2009))。Jinyang Liang等人提出了一种位相压缩法，该方法在计算机在线全息图的空间光调制器（SLM）设计好之后，对SLM每个像素格的相位乘以一相同的压缩因子，产生一束光和衍射零级干涉相消(Liang,J.,et al.Suppression of the zero-order diffracted beam from a pixelated spatial light modulator by phasecompression.Applied Optics,51(16),3294-3304,(2012))。虽然科学工作者对于衍射零级的消除有了比较多的研究，但上述方法除了有对原元件的再加工需求外，也存在只适用于特定反射型位相元件的问题，对实现光刻机照明模式的衍射光学元件的零级衍射消除并没有提出特定的方法。因此迫切需要一种适用于产生特定照明模式的衍射光学元件的零级衍射消除方法。

中国专利“用于使零级减少的光学设计”（CN101984767A）提出了一种使零级衍射减少的衍射光学元件设计。该设计使用两片靠近的衍射光学元件，第一片衍射光学元件产生的衍射图样中包括的衍射零级被第二片衍射光学元件调制，形成另一衍射图样，再使两个衍射图样部分重合，已达到形成新的零级衍射被抑制的衍射图样。但这种方法是针对特定的衍射图样，需两片衍射光学元件配合设计，不可移植到已存在的衍射光学元件系统中。另有中国专利“零级衍射滤光器”（CN101135780A）提出了一种利用衍射微结构波导层以分离零级衍射的方法。但该滤光器有特定的反射谱和透射谱，取决于相对于观察者的角度，因此并不适用于光刻机照明系统。

发明内容

本发明旨在填补上述方法的空缺，提供一种消除衍射光学元件加工误差引起的零级衍射光斑的方法，该方法可应用于光刻机照明系统中，实现对光刻机传统、二极、四极照明模式下衍射零级的消除。

本发明的技术解决方案如下：

一种消除衍射光学元件零级衍射光斑的方法，其特点在于在衍射光学元件的前面或后面放置一块表面垂直于光束传输方向的散射片，所述的散射片输出的半孔径角与所述衍射光学元件输出的半孔径角相同。