[發明專利]消除衍射光學元件零級衍射光斑的方法

有效

• 申請號: 201310309858.1
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103399414A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 朱菁;張方;葛丹丹;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: G02B27/42
• 分類號: G02B27/42;G03F7/20
• 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

本發明涉及光刻機，特別是一種消除衍射光學元件零級衍射光斑的方法，可對特定衍射光學元件衍射光場的優化，用在光刻機照明系統中，可實現對光刻機傳統、二極、四極照明模式下衍射零級的消除。

背景技術

在光刻機的照明系統中，為了提高光刻質量，通常采用各種分辨率增強技術，離軸照明就是其中的一種重要的技術。離軸照明技術把激光器輸出光束的橫截面內的光強分布轉換成可提高成像分辨率的特定的光強分布，這種特定的光強分布可以是針對不同掩模圖案的二極、四極分布，也可以是均勻的圓形分布。衍射光學元件基于光的衍射原理可以方便地實現對光波的調制，因此被用在光刻機照明系統中實現離軸照明的功能。自1887年Lord?Rayleigh使用的振幅型菲涅爾波帶片以來，1898年Wood制出了位相型菲涅爾波帶片，而D.Gabor提出的波前重現全息原理將衍射光學元件的發展帶入一個新的紀元。將位相息圖按表面浮雕的形式記錄在基底材料上，實現對入射光束的調制。麻省理工學院林肯實驗室提出的用系列臺階形狀來近似連續位相浮雕結構，從而產生了二元光學元件。現有的衍射光學元件加工技術中，主要的衍射光學元件制造方法有掩模套刻法，而其最小單元尺寸為亞微米量級。為提高衍射光學元件性能，通過增加臺階數來提高衍射效率，隨之而來的是多次加工誤差的引入。總體上，對于二元衍射元件來說，表面刻蝕深度的誤差會導致零級衍射強度的增大。而零級衍射的存在會對光刻機照明系統中的其他光學元件造成不可逆的破壞，因此必須消除。

Ville?Kettunen等人考慮在二元位相元件的基礎上引入第三位相層，用以消除不必要的零級衍射(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等人針對全息投影中的空間光調制器系統提出了利用附加相位法消除不必要的零級衍射(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等人提出了一種位相壓縮法，該方法在計算機在線全息圖的空間光調制器（SLM）設計好之后，對SLM每個像素格的相位乘以一相同的壓縮因子，產生一束光和衍射零級干涉相消(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))。雖然科學工作者對于衍射零級的消除有了比較多的研究，但上述方法除了有對原元件的再加工需求外，也存在只適用于特定反射型位相元件的問題，對實現光刻機照明模式的衍射光學元件的零級衍射消除并沒有提出特定的方法。因此迫切需要一種適用于產生特定照明模式的衍射光學元件的零級衍射消除方法。

中國專利“用于使零級減少的光學設計”（CN101984767A）提出了一種使零級衍射減少的衍射光學元件設計。該設計使用兩片靠近的衍射光學元件，第一片衍射光學元件產生的衍射圖樣中包括的衍射零級被第二片衍射光學元件調制，形成另一衍射圖樣，再使兩個衍射圖樣部分重合，已達到形成新的零級衍射被抑制的衍射圖樣。但這種方法是針對特定的衍射圖樣，需兩片衍射光學元件配合設計，不可移植到已存在的衍射光學元件系統中。另有中國專利“零級衍射濾光器”（CN101135780A）提出了一種利用衍射微結構波導層以分離零級衍射的方法。但該濾光器有特定的反射譜和透射譜，取決于相對于觀察者的角度，因此并不適用于光刻機照明系統。

發明內容

本發明旨在填補上述方法的空缺，提供一種消除衍射光學元件加工誤差引起的零級衍射光斑的方法，該方法可應用于光刻機照明系統中，實現對光刻機傳統、二極、四極照明模式下衍射零級的消除。

本發明的技術解決方案如下：

一種消除衍射光學元件零級衍射光斑的方法，其特點在于在衍射光學元件的前面或后面放置一塊表面垂直于光束傳輸方向的散射片，所述的散射片輸出的半孔徑角與所述衍射光學元件輸出的半孔徑角相同。