[發明專利]衍射光學元件光學性能的測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201210189191.1
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN102735428A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 胡中華;朱菁;楊寶喜;肖艷芬;彭雪峰;陳明;曾愛軍;黃惠杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及屬于微光刻領域，特別是一種衍射光學元件(Diffractive?Optical?Elements)光學性能的測量裝置及測量方法，特別是涉及一種用于投影光刻照明系統中產生離軸照明模式的衍射光學元件的光學性能測量裝置及測量方法。

背景技術

投影光刻機是當今技術最為密集、精度要求最高的一種大規模集成電路制造裝備，獲得各種復雜光瞳光強分布與極高光強均勻性的照明技術及接近零像差的光學成像技術是其核心技術。為了滿足光刻圖形特征尺寸不斷縮小和實現特殊圖形曝光的要求，人們發展了多種光刻分辨力增強技術，使光刻技術的生命力不斷得到延伸。而通過光瞳整形技術獲得的離軸照明是光刻機中最常用有效的一種分辨力增強技術。

光刻機需要針對不同的掩模結構采用不同的離軸照明模式，以增強光刻分辨力、增大焦深、提高成像對比度，從而得到更好的成像性能。而這些照明模式就是通過光瞳整形技術來實現的。光瞳整形技術是指在光刻照明系統中采用特殊設計的光學元件調制入射激光束的強度或位相分布，從而在光瞳面上得到所需要的特定光強分布。光瞳整形主要是通過衍射光學元件實現的。隨著光刻圖形特征尺寸不斷減小，對投影光刻機照明系統光瞳光強分布的要求越來越高，對衍射光學元件的光學性能的要求也越來越高，因此對衍射光學元件的光學性能進行準確測量尤其重要。

在先技術“衍射光學元件的光學特性測定方法及衍射光學元件的光學特性測定裝置”(CN?101553721B)中，公開了一種衍射光學元件的光學特性測定方法及其測定裝置，其原理是通過測量由衍射光學元件形成的衍射光斑的強度分布來評價衍射光學元件的光學特性。該技術通過距離變更部件改變CCD和衍射光學元件的距離實現了光軸方向的強度分布測量和垂直于光軸的面內強度分布測量，但是卻無法同時測量衍射光學元件的能量利用率、零級衍射效率、高階衍射效率等重要指標，因此該技術無法對衍射光學元件的光學性能進行全面的評價。另外，當零級衍射光斑強度過大、衍射圖樣上強度比值過大時，用圖像處理的方法計算的衍射效率不準確，因此需要采取一定的方法直接對能量進行監測。

發明內容

本發明旨在克服上述現有技術的不足，提供一種用于投影光刻機照明系統的衍射光學元件光學性能的測量裝置及測量方法，從而準確地評價衍射光學元件的光學性能。

在描述本發明的技術解決方案之前，為便于本發明的描述和理解，對本發明涉及的幾個基本概念我們定義如下：

1、用于投影光刻機照明系統的衍射光學元件（本發明簡稱為衍射光學元件）具有多種結構，但總的說來，衍射光學元件產生的遠場衍射圖樣包含三個區域：零級衍射區域、衍射圖樣區域和高階衍射區域，如圖3所示，圖中的小圓和大圓是輔助線，區域6為小圓包含的圓形區域，恰好包含零級衍射光斑，稱為零級衍射區域；區域7為小圓與大圓包含的環形區域，恰好包含衍射圖樣，稱為衍射圖樣區域；區域8為大圓以外的區域，包含高階衍射圖樣，稱為高階衍射區域。

2、零級衍射效率定義為零級衍射區域所包含的能量與入射到待測衍射光學元件上面的能量之比。

3、能量利用率定義為衍射圖樣區域所包含的能量與入射到待測衍射光學元件上面的能量之比。

4、高階衍射效率定義為高階衍射區域所包含的能量與入射到待測衍射光學元件上面的能量之比。

本發明的技術解決方案如下：

一種衍射光學元件光學性能的測量裝置，特點在于：該裝置包括照明單元、能量監測單元、待測衍射光學元件固定支架、衍射圖樣測量單元和能量利用率測量單元：

所述的照明單元包括準分子激光器、擴束鏡和光闌；

所述的能量監測單元由第一分光鏡和第一激光功率計組成；

所述的衍射圖樣測量單元由第二分光鏡、第一傅里葉變換透鏡、衰減片和CCD圖像傳感器構成；

所述的能量利用率測量單元包括平面反射鏡、第二傅里葉變換透鏡、光闌插口和第二激光功率計，所述的光闌插口供光闌設置，使光闌位于所述的第二傅里葉變換透鏡的后焦面上；

所述的待測衍射光學元件固定支架是一個供待測衍射光學元件設置固定的支架；

上述元部件的位置關系如下：

沿所述的準分子激光器輸出激光的前進方向，依次是所述的擴束鏡、光闌、第一分光鏡、待測衍射光學元件、第二分光鏡、第一傅里葉變換透鏡、衰減片和CCD圖像傳感器，在所述的第一分光鏡的反射光方向是所述的第一激光功率計，在所述的第二分光鏡的反射光方向是平面反射鏡，在該平面反射鏡的反射光方向依次是所述的第二傅里葉變換透鏡、光闌插口和第二激光功率計；