[发明专利]用于准分子激光光束整形的衍射光学元件设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻领域，涉及极大规模集成电路制造设备，特别是一种用于准分子激光光束整形的衍射光学元件的设计方法。

背景技术

光刻机作为半导体加工的关键设备，光刻分辨率是衡量其性能的重要指标之一。从光刻分辨率表达式可知，缩短曝光波长，提高投影物镜数值孔径，都是提高光刻分辨率的有效手段，但利用这些手段提高光刻分辨率的同时会减小焦深，降低光刻线条边缘陡度。目前，研究人员提出了多种在提高光刻分辨率的同时又保证所需焦深的光刻分辨率增强技术，主要有离轴照明、移相掩模、光学邻近效应校正以及先进光刻工艺技术，其中离轴照明技术是一种常被采用的光刻分辨率增强技术。

光刻机中的离轴照明技术的实现，通常是采用特殊设计的衍射光学元件调制入射激光束的振幅或位相，从而在光瞳面上得到二极照明、四极照明等不同的离轴照明模式。为了提高衍射效率，衍射光学元件通常采用位相型的，位相型衍射光学元件是在光学平板表面雕刻出台阶状浮雕结构，利用浮雕结构中材料折射率和空气折射率的不同，调制穿过不同高度台阶的子光束的光程，从而使子光束产生不同的位相延迟。衍射光学元件表面浮雕结构的尺寸跟入射光束波长相当，入射光束通过衍射光学元件之后的子光束将产生衍射，每个子光束的衍射场在远场叠加，得到所需的远场光强分布。

当前，用于产生离轴照明模式的衍射光学元件设计的算法很多，如盖师贝格-撒克斯通(G-S)算法、杨-顾算法、模拟退火算法和遗传算法等，其中盖师贝格-撒克斯通算法是最常用的设计算法，其设计过程（详见Optik，35，237-246,1972）大致如下：

（1）对入射光束和所需远场光分布的振幅分别进行离散采样得到矩阵A_in和A_out；

（2）将矩阵A_in中的每个位置的振幅值分别乘以一个0到2π之间的随机位相，得到矩阵

（3）对做傅立叶变换得到远场光的复振幅分布矩阵A_out(0)e^iη(0)；

（4）用A_out中的元素值替换远场光的复振幅分布矩阵A_out(0)e^iη(0)中对应的振幅值，保留位相值，得到新的远场光的复振幅分布矩阵A_oute^iη(0)；

（5）对复振幅分布矩阵A_oute^iη(0)做傅立叶逆变换，得到

（6）用A_in中的元素值替换复振幅分布矩阵中对应的振幅值，保留位相值，得到新的矩阵

（7）对进行傅立叶变换，得到A_out(1)e^iη(1)；

（8）判断|A_out(1)|²是否满足所需远场光强分布，不满足则重复步骤（3）至（7），直到满足要求结束迭代，如果遇到无法满足设定所需远场光强分布要求，通过设置迭代次数结束迭代；

（9）迭代结束后，从最后一次循环迭代周期中取出步骤（4）中傅里叶逆变换之后的复振幅的位相分布作为衍射光学元件的位相分布矩阵

（10）对中每个位相值均匀量化，位相值在0到2π之间的量化个数n为2的正整数次方，通常为2、4、8或16，n个量化值分别为0、2π/n、2×2π/n、3×2π/n……（n-1）×2π/n。当衍射光学元件中位相的量化值个数大于2时，需要用多掩模套刻工艺进行加工。

设计完成的衍射光学元件需要进行性能评估，评估一般包括衍射效率(ε)和顶部均匀性(σ)。衍射效率(ε)定义为E_signal/E_out，其中E_signal是落在所需远场光强分布区域中光的能量，E_out是输出光的总能量。顶部均匀性(σ)定义为其中P为所需远场光强分布矩阵中元素的总个数，I_i为所需远场光强分布区域中每个点的光强值，为这M个点光强的平均值。