[發明專利]用于準分子激光光束整形的衍射光學元件設計方法

有效

• 申請號: 201410029948.X
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN103777472A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 朱菁;王健;黃惠杰;張方;楊寶喜;陳明;李璟;魏張帆
• 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: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G02B27/09;G02B27/00
• 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

本發明涉及光刻領域，涉及極大規模集成電路制造設備，特別是一種用于準分子激光光束整形的衍射光學元件的設計方法。

背景技術

光刻機作為半導體加工的關鍵設備，光刻分辨率是衡量其性能的重要指標之一。從光刻分辨率表達式可知，縮短曝光波長，提高投影物鏡數值孔徑，都是提高光刻分辨率的有效手段，但利用這些手段提高光刻分辨率的同時會減小焦深，降低光刻線條邊緣陡度。目前，研究人員提出了多種在提高光刻分辨率的同時又保證所需焦深的光刻分辨率增強技術，主要有離軸照明、移相掩模、光學鄰近效應校正以及先進光刻工藝技術，其中離軸照明技術是一種常被采用的光刻分辨率增強技術。

光刻機中的離軸照明技術的實現，通常是采用特殊設計的衍射光學元件調制入射激光束的振幅或位相，從而在光瞳面上得到二極照明、四極照明等不同的離軸照明模式。為了提高衍射效率，衍射光學元件通常采用位相型的，位相型衍射光學元件是在光學平板表面雕刻出臺階狀浮雕結構，利用浮雕結構中材料折射率和空氣折射率的不同，調制穿過不同高度臺階的子光束的光程，從而使子光束產生不同的位相延遲。衍射光學元件表面浮雕結構的尺寸跟入射光束波長相當，入射光束通過衍射光學元件之后的子光束將產生衍射，每個子光束的衍射場在遠場疊加，得到所需的遠場光強分布。

當前，用于產生離軸照明模式的衍射光學元件設計的算法很多，如蓋師貝格-撒克斯通(G-S)算法、楊-顧算法、模擬退火算法和遺傳算法等，其中蓋師貝格-撒克斯通算法是最常用的設計算法，其設計過程（詳見Optik，35，237-246,1972）大致如下：

（1）對入射光束和所需遠場光分布的振幅分別進行離散采樣得到矩陣A_in和A_out；

（2）將矩陣A_in中的每個位置的振幅值分別乘以一個0到2π之間的隨機位相，得到矩陣

（3）對做傅立葉變換得到遠場光的復振幅分布矩陣A_out(0)e^iη(0)；

（4）用A_out中的元素值替換遠場光的復振幅分布矩陣A_out(0)e^iη(0)中對應的振幅值，保留位相值，得到新的遠場光的復振幅分布矩陣A_oute^iη(0)；

（5）對復振幅分布矩陣A_oute^iη(0)做傅立葉逆變換，得到

（6）用A_in中的元素值替換復振幅分布矩陣中對應的振幅值，保留位相值，得到新的矩陣

（7）對進行傅立葉變換，得到A_out(1)e^iη(1)；

（8）判斷|A_out(1)|²是否滿足所需遠場光強分布，不滿足則重復步驟（3）至（7），直到滿足要求結束迭代，如果遇到無法滿足設定所需遠場光強分布要求，通過設置迭代次數結束迭代；

（9）迭代結束后，從最后一次循環迭代周期中取出步驟（4）中傅里葉逆變換之后的復振幅的位相分布作為衍射光學元件的位相分布矩陣

（10）對中每個位相值均勻量化，位相值在0到2π之間的量化個數n為2的正整數次方，通常為2、4、8或16，n個量化值分別為0、2π/n、2×2π/n、3×2π/n……（n-1）×2π/n。當衍射光學元件中位相的量化值個數大于2時，需要用多掩模套刻工藝進行加工。

設計完成的衍射光學元件需要進行性能評估，評估一般包括衍射效率(ε)和頂部均勻性(σ)。衍射效率(ε)定義為E_signal/E_out，其中E_signal是落在所需遠場光強分布區域中光的能量，E_out是輸出光的總能量。頂部均勻性(σ)定義為其中P為所需遠場光強分布矩陣中元素的總個數，I_i為所需遠場光強分布區域中每個點的光強值，為這M個點光強的平均值。