投影光刻离轴照明用衍射光学元件设计

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1、第16卷第11期光学精密工程VoI．16No．112008年11月OpticsandPrecisionEngineeringNov．2008文章编号1004—924X(2008)1卜2081—06投影光刻离轴照明用衍射光学元件设计张巍，巩岩(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林长春130033)摘要：离轴照明作为一种重要的分辨率增强技术被广泛地应用于投影光刻系统。使用衍射光学元件(DOE)作为光刻照明系统的光束整形器件，能够在保持较高照明效率的基础上精确控制离轴照明光束的形状及光强分布。本文利用基于傅里叶变换的分步

2、迭代方法，优化设计了该类衍射光学元件(DOE)。DOE采用了多台阶位相结构，设计所得8台阶DOE设计结果分别实现了偶极、四极、环形及Bulls—Eye等照明方式，其照明效率都达到了8O以上，与目标光强分布的均方根偏差均<7。关键词：衍射光学元件；投影光刻；分辨率增强；照明；光束整形中图分类号：0436．1：TN305．7文献标识码：ADesignofdiffractiveopticalelementsforoff-axisilluminationinprojectionlithographyZHANGWei，G0NGYan(StateKeyLa

3、boratoryofAppliedOptics，ChangchunInstituteofOptics，FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China)Abstract：AsaveryimportantResolutionEnhancementTechnology(RETs)，Off-axisIllumination(OAI)iswidelyappliedtoopticalprojectionlithographysystem．Applicationof

4、DiffractiveOpticalElement(DOE)toOAInotonlycancotrolpreciselytheflexibleilluminationshapeandtheintensityprofilebutalsocanretainahigherefficiencyoflightsource．Inthispaper，thefourkindsofDOEswith8phaselevelsweredesignedbyusingthestep—iterativealgorithmbasedFouriertransfer，andthe

5、fourelementscouldrealizedipole，quadrupole，annularandBulls—Eyeilluminationsrespectively．Thesimulationresu1tsshowthattheefficienciesofthelightsourcesareal1betterthan80andtheRoot—Mean—Squares(RMSs)ofintensityprofilesareallsmallerthan7ascomparedwiththatoftheidealOne．Keywords：Dif

6、fractiveOpticalElement(DOE)；projectionlithography；resolutionenhancement；illu—ruination；beamshaping收稿日期：2008—02—26；修订日期：2008—04—03．基金项目：国家自然科学基金资助项目(No．40674098)光学精密工程第16卷引言2衍射光学元件设计原理及分步迭代方法为了满足超大规模集成电路特征尺寸不断缩小的需求，投影光刻技术得到了迅速发展。如何提高投影光刻系统分辨率和成像质量成为该领域利用DOE实现离轴照明的原理如图1所的研究热点。

7、由瑞利判据可知，系统分辨率R—示，DOE被简化为仅对入射波相位进行调制且没k／NA一，其中，k为工艺因子，为曝光波长，有厚度的纯相位元件，其相位分布为GoNA为数值孔径。提高投影光刻系统分辨率的方(z，y)。入射光束经DOE的相位调制后在目标法主要是降低和，增大NA。但和NA的平面上得到所需的光强分布。采用D0E实现离改变存在诸多的限制，因此在其一定的情况下必轴照明所能得到的最大衍射角度0与DOE的单须通过采用降低k因子的分辨率增强技术l_2]元线宽d有关，可由d·sin一来近似计算，其(ResolutionEnhancementTechnol

8、ogy，RET)才中为人射光束的波长。能进一步延展系统的分辨率极限。目前分辨率增Objectiveplane强技术主要有离轴照明、像移掩模、光学邻近效