[发明专利]光刻机光瞳整形单元结构及其衍射光学元件设计方法

摘要

一种光刻机光瞳整形单元结构及其衍射光学元件的设计方法，光瞳整形单元包括级联衍射光学元件和变焦距准直透镜组。级联衍射光学元件包括第一衍射光学元件和第二衍射光学元件，这两片衍射光学元件的通光表面均垂直于照明系统光轴，这两片衍射光学元件均为纯位相元件。所述的级联衍射光学元件的设计方法，包括以下步骤相位单元周期的计算；入射光束和确定所需光束的光强分布并进行离散化处理；对第二衍射光学元件和第一衍射光学元件的初始位相矩阵进行赋值；采用迭代算法，并进行量化处理，得到第二衍射光学元件和第一衍射光学元件的量化位相矩阵；评估设计结果。

主权项

一种光刻机光瞳整形单元结构的级联衍射光学元件的设计方法，其特征在于包括第一衍射光学元件和第二衍射光学元件的设计方法，所述的光刻机光瞳整形单元结构包括级联衍射光学元件组和变焦距准直透镜组，所述的级联衍射光学元件组包括第一衍射光学元件和第二衍射光学元件，所述的第一衍射光学元件和第二衍射光学元件的通光表面均垂直于照明系统光轴，所述的第一衍射光学元件和第二衍射光学元件均为相位调制型的衍射光学元件，第一衍射光学元件对入射光束的相位进行预调制后传输至第二衍射光学元件，第二衍射光学元件对预调制后的光束进一步调制传输至变焦距准直透镜组，在变焦距准直透镜组的后焦面上得到所需要的照明模式，所述的第一衍射光学元件和第二衍射光学元件的通光口径均不小于入射光束的直径，所述的第二衍射光学元件位于变焦距准直透镜组的前焦面，所述的设计方法包括下列步骤：①确定所述的光刻机光瞳整形单元的参数：包括激光波长λ、级联衍射光学元件的通光口径L、传播距离Z1、输出全孔径角2θ和变焦距准直透镜组的短焦距f1与长焦距f2；②计算第一衍射光学元件和第二衍射光学元件的相位单元周期；③确定入射光束和所需光束的光强分布并进行离散化处理；④对第二衍射光学元件的初始位相矩阵和第一衍射光学元件的初始位相矩阵进行赋值；所述的第二衍射光学元件初始位相矩阵进行赋值的方法，是对其中每一个元素逐一地赋上0到2π区间中的一个位相值，使该位相值分布满足均匀分布或高斯分布，得到第二衍射光学元件的初始位相分布矩阵所述的第一衍射光学元件初始位相矩阵进行赋值的方法，首先对矩阵进行傅里叶逆变换到第二衍射光学元件平面，得到此平面上的复振幅矩阵Q0(x2，y2)，该过程在数学上描述为其中It(u，v)为所述的光刻机照明系统所需要的光瞳面光强分布，u和v定义为光瞳面上X轴方向和Y轴方向的坐标，是一个随机位相矩阵，其元素个数与It(u，v)相同，其初始位相赋值方法与所述的第二衍射光学元件的初始相位赋值方法相同，是傅立叶逆变换，其算法是该领域的技术人员所公知；再对作传播距离为Z1的菲涅耳变换进行处理得到第一衍射光学元件平面的复振幅矩阵P0(x1，y1)，记为其中表示传播距离为Z1的菲涅耳变换，‑Z1是所述的第一衍射光学元件和所述的第二衍射光学元件之间的距离，所述的第一衍射光学元件初始位相矩阵其中arg{}表示求解复振幅矩阵P0的位相矩阵；⑤采用迭代算法计算所述的第二衍射光学元件和第一衍射光学元件的位相矩阵并进行量化处理，得到第二衍射光学元件和第一衍射光学元件的量化位相矩阵；所述的迭代算法包括以下步骤：(1)计算复振幅矩阵其中k表示迭代次数，初始值为0，I0(x1,y1)为入射到第一衍射光学元件的光束的光强分布；(2)计算其中F{}是傅立叶变换；(3)计算复振幅矩阵(4)计算(5)计算(6)计算当前次迭代所获得的第一衍射光学元件的位相矩阵(7)重复上述步骤(1)到步骤(6)，直到求出第二衍射光学元件的位相矩阵φ2和第一衍射光学元件的位相矩阵φ1为止；⑥评估设计结果：计算输出光强分布的衍射效率ε和非均匀性σ，并和所需要的光强分布指标进行对比，如果结果不满足指标要求，则重新设置初始位相，并重复上述计算步骤，直到满足指标要求为止，评估中所用到的参数，衍射效率ε的定义为：ε＝Esignal/Eout×100％其中，Esignal是落在所需区域中的光能量，Eout是输出光的总能量；评估中计算非均匀性时，首先需要选取评估区域，选取方法通常是去除所需光强分布区域的一部分边缘后，用剩下区域进行非均匀性的评估，评估方法采用均方根误差方式，表示为：σ=1NΣi=1N((xi-μ)/μ)2]]>其中，xi为选取区域中的每个位置的光强值，是It(u,v)矩阵中相应单元的数值；N为选取区域中包含的位置总数，即所包含矩阵单元的数目；μ为此N个位置的光强平均值。