CN102109676A - 用于光刻照明的多分区光学位相板的设计方法 - Google Patents

Abstract

一种用于光刻照明的多分区光学位相板的设计方法，其特点在于该方法包括下列步骤：①计算位相单元的尺寸l；②光学位相板分区大小d的选取；③入射光束和确定所需光束的光强分布并进行矩阵化处理；④对位相板中一个分区的初始位相赋值；⑤采用迭代算法并进行离散化处理，得到该分区的位相分布；⑥逐一对每一个分区重复步骤④和步骤⑤，得到每个分区的位相分布，并组合在一起得到整体位相分布；⑦设计结果的评估。本发明设计的光学位相板具有对入射光束的位置、尺寸、形状与光强分布变化不敏感，能获得所需要的输出光强分布的特点。

Description

用于光刻照明的多分区光学位相板的设计方法

技术领域

本发明属于微光刻领域，涉及极大规模集成电路制造设备，特别是一种用于光刻照明的多分区光学位相板的设计方法。

背景技术

在光刻机的照明系统中，为了提高光刻质量，通常采用各种分辨率增强技术，离轴照明就是其中的一种重要的技术。离轴照明技术把激光器输出光束的横截面内的光强分布转换成可提高成像分辨率的特定的光强分布，这种特定的光强分布可以是针对不同掩模图案的二极、四极分布，也可以是均匀的圆形分布。一般，照明系统的光源通常是以脉冲形式运转的准分子激光器，其发出的激光束的特点是横截面小，光强分布不均匀，且不同脉冲的光强分布还会变化。为了将这样的激光束转换为所要求的光强分布，通常采用衍射式的光学位相板作为光束变换元件。

光学位相板是一种具有特殊位相分布的光学元件，这种位相分布是在光学平板表面雕刻出的台阶状的浮雕结构。由于光学平板的折射率和空气的折射率不同，当光束透过光学位相板的时候，穿过不同高度台阶的子光束的光程不同，从而产生不同的位相延迟，因此这种台阶结构在光学上被称为位相分布。它的工作原理是将光束分割成许许多多的细小光束，然后通过衍射的方式使每个小光束在远场叠加，得到所需要的光强分布。光学位相板具有衍射效率高、设计自由、加工方便和可用于产生任意的光强分布的特点。所以，光学位相板通常作为光刻机照明系统中的关键元件，用于产生需要的光强分布。

在先技术1“Homogenizer formed using coherent light and a holographicdiffuser”(US A 5534386)中，公开了对相干激光源的光束整形方案，其中的光学位相板采用整体设计方式。在这种设计方式下，全部位相单元被作为一个整体，根据所需的光强分布，通过计算机迭代得到。设计出的光学位相板要求入射光束覆盖所有的位相单元。上述在先技术主要有下列以下缺点：

1、设计的光学位相板对入射光束的位置漂移、尺寸变化和光强分布变化敏感。对于光刻机用的准分子激光器，光束的位置、尺寸和光强分布有明显的抖动与不稳定性；而且由于激光器与光刻机照明系统之间通常有一段5～20米的传输距离，激光器与光刻机安装地基之间的相对变化在所难免，虽然在照明系统中已经采取了对激光束的位置和光强稳定的技术措施，但是并未完全消除这种影响。目前的这种设计方法已经无法满足实际使用需求。

2、设计需要的运算量大，耗时长，对计算设备要求高。位相板的计算机设计方法通常采用快速傅里叶变换并逐步迭代得到其位相分布。由于目前主流光刻机中用的激光波长在紫外波段，如193nm和248nm等，限制了光学位相板的位相单元尺寸，所以在总体尺寸确定的情况下，单元数目非常庞大，因此计算量很大，并需要存储大量的数据。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在先技术的缺点，提供一种用于光刻照明的多分区式的光学位相板的设计方法，该光学位相板应具有对入射光束的位置、尺寸形状与光强分布变化不敏感，能获得所需要的输出光强分布的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于光刻照明的多分区光学位相板的设计方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①计算位相单元的尺寸l；

②光学位相板分区大小d的选取；

③入射光束和确定所需光束的光强分布并进行矩阵化处理；

④对位相板中一个分区的初始位相赋值；

⑤采用迭代算法并进行离散化处理，得到该分区的位相分布；

⑥逐一对每一个分区重复步骤④和步骤⑤，得到每个分区的位相分布，并组合在一起得到整体位相分布；

⑦设计结果的评估。

所述的位相单元尺寸l的计算是依据夫琅和费衍射定理和来奎斯特采样定律通过下式求得：

l≤λf/M

其中：λ为入射光束的波长，f为薄透镜的焦距，M为光强分布的尺寸。

所述的光学位相板分区大小d的选取，以保障每个分区中有足够的位相单元数目，通常需要大于500×500，即d/l＞500。

所述的入射光束的截面光强分布通常是二维的高斯分布；采用二维高斯方程得到入射光强分布矩阵I_in：

$I_{\mathrm{in}}(x,y)=\frac{1}{\sqrt{2{\mathrm{\π\σ}}_x{\mathrm{\σ}}_y}}{e}^{-(\frac{x^2}{2{\mathrm{\σ}}_x}+\frac{y^2}{2{\mathrm{\σ}}_y})}$

式中：x和y是单元所在矩阵的行和列，σ_x和σ_y分别是入射光束在x和y方向的束腰半径。

所述的光刻机照明系统所需光束的截面光强分布为：圆形分布、环形分布、二极分布或四极分布；

所述的光强分布的矩阵化处理是通过计算机对矩阵的每个单元逐一进行判断和赋值，判断依据为：当所述的单元有大于一半的面积是落在有光区域，将I_out(x，y)赋值为1，当所述的单元落在无光区域中的面积超过一半，则将I_out(x，y)赋值为0，对所有单元赋值后得到所需的出射光强分布矩阵I_out；

所述的位相板中一个分区的初始位相赋值的方法是给这个分区位相分布矩阵的每个单元

逐一地随机地赋上0到2π区间中的一个位相值，完成后得到这个分区的初始位相分布矩阵

所述的迭代算法是盖师贝格-撒克斯通(G-S)迭代算法(参见Optik，35，237-246，1972)，具体的计算步骤是首先将入射光强分布矩阵I_in和初始位相分布矩阵

的

中的相对应的矩阵元素相乘，得到新的矩阵，并对这个矩阵做傅立叶变换得到输出光的复振幅分布矩阵其中I_out(0)为目前得到的输出光强分布矩阵，还没有得到期望的输出光强分布矩阵I_out，下面需要进行如下步骤计算出所需的位相分布矩阵

将I_out替换I_out(0)得到新的输出光的复振幅分布矩阵

并对该输出光的复振幅分布矩阵做傅立叶逆变换，得到

将I_in替换I_in(1)得到新的矩阵

再进行傅立叶变换得到

之后，判断I_out(1)中落在所需光强分布区域的能量占入射光总能量的比例是否满足要求≥90％，否则重复上述替换和变化过程，直到满足要求结束迭代；如果碰到无法满足设定光强分布的要求，通过设置迭代次数结束迭代，最后可以得到满足期望的输出光强分布矩阵I_out的位相分布矩阵

所述的离散化处理，又称之为台阶化结构处理，是将0到2π之间的位相数值依据就近赋值的原则变为几个等间隔的位相值根据所述的位相分布矩阵

赋值给所述的多分区光学位相板，形成离散位相分布，所述的离散位相分布通常为二台阶、四台阶、八台阶或十六台阶结构赋值，所述的八台阶结构赋值为0、2π/8、2×2π/8、3×2π/8、4×2π/8、5×2π/8、6×2π/8和7×2π/8八种位相数值。

所述的评估是计算输出光强分布的衍射效率(ε)和均匀性(σ)并和所需要的光强分布指标进行对比，如果结果不能满足指标要求，则重新选择所述的位相单元尺寸和分区大小，并重复上述设计步骤，直到满足指标要求为止。评估中所用到的参数中，衍射效率的定义为：

ε＝E_signal/E_out

其中，E_signal是落在所需区域中的输出光的能量，E_out是输出光的总能量。其次，在计算均匀性时首先需要选取评估的区域，选取的方法通常是去处所需光强分布区域的一部分边缘后，用剩下的区域进行均匀性的评估，评估的方法采用均方跟误差方式表示：

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\mathrm{\μ})}^2}$

其中x_i为选取的区域中的每个点的光强值，是I_out矩阵中相应单元的数值；N为区域中包含的光点总数，即所包含的矩阵单元数目；μ为这N个点光强的平均值。

所述的离散位相分布通常可采用二台阶(两个位相值)、四台阶、八台阶或十六台阶的方式进行处理，台阶数越大，和连续面型越接近，衍射的效率越高，但加工难度越大；

所述的分区之间的位相分布没有关联性是通过在(G-S)迭代算法前，每个分区的初始位相分布的随机赋值实现的。初始位相分布的随机性保证了经过迭代后得到的位相分布之间没有关联性，这需要通过设计结果进行验证。

所述的多分区的光学位相板形成的光强分布由各分区的光强分布叠加而成，叠加的方式取决于入射光源的空间相干性，如果入射到不同分区上的子光束是完全相干的，则叠加是光场的复数振幅求和，需要考虑光场的位相因子；如果子光束是完全非相干的，则叠加是光强的直接求和，不再考虑位相因子；如果子光束是部分相干的，则两种叠加方法需要综合考虑。

所述的多分区的光学位相板中各分区位相分布之间没有关联性，因此不论子光束是相干的还是非相干的，都不会在远场光强分布中看到干涉的条纹，有利于形成均匀的光强分布。对照明系统中用的空间部分相干的准分子激光光源进行整形，能够形成均匀性很好的光强分布。

与在先技术相比，本发明具有下列技术成果：

1、本发明所述的多分区光学位相板具有多分区的结构，每个分区都能够独立形成所需的光强分布，能够克服入射光束的位置漂移、光束尺寸变化和光强分布变化对输出得光强分布的影响。最小能够形成所需远场光强分布的入射光束的尺寸为光学位相板中一个分区的大小。

2、本发明设计效率提高，耗时缩短，对计算设备要求降低。本发明分区式光学位相板每次只用设计一个分区的位相分布，因此计算量和数据存储与整体设计方式相比明显减少。

3、本发明还能对光束起到匀滑的变换效果。分区式光学位相板进行了二维分区，每个分区都能独立形成所需光强分布，它们的位相分布没有关联，这样既保证光束的叠加对光强分布产生匀滑的效果，又避免叠加形成的干涉条纹，能获得所需要的输出光强分布，且光强分布均匀。

附图说明

图1是本发明多分区式的光学位相板的工作原理，说明其形成光强分布的光路示意图。

图2是光刻机照明系统常见的光强分布。

图3是多分区式的光学位相板的正视图。

图4是入射光束和照明系统所需的光强分布矩阵化的示意图。

图5是设计结果，并通过和整体设计方式对比，说明多分区式光学位相板具有对入射光束尺寸不敏感的优点。

图6是一个原理性实例，说明本发明多分区式的光学位相板，既能提高光强分布均匀性，又能明显减弱分区间的光学干涉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明分区式的光学位相板102的工作原理示意图，说明其配合薄透镜106形成所需光强分布的光路图。平行且完全准直的入射光束101在经过光学位相板102的各分区后，由于衍射会形成有小发散角的子光束，这些子光束经过薄透镜106后在像面107上形成所需的光强分布。

光学位相板102和像面107分别处于薄透镜106的前焦面和后焦面，即位相板102和像面107到薄透镜106距离均为薄透镜106的焦距。薄透镜106的口径要比光学位相板102略大，以保证能够完全接收光学位相板102扩束后的光束。

图中坐标系z方向代表光轴的方向，x和y方向代表光束的截面方向。

图2展示了光刻照明系统中常见的光强分布，对应于图1中像面107上形成的光强分布，这些光强分布包括：圆形分布201、环形分布202、二极分布203和四极分布204。图中的M表示四种光强分布的尺寸，这个参数将用在下面的实施例中。

本发明分区式的光学位相板的最佳实施例可以通过图3和图4说明。图3中是分区式光学位相板301的示意图，图4是入射光束401和四种光强分布402、403、404和405的示意图。下面以环形分布为例说明如何完成分区式光学位相板的设计，实现这四种光强分布。

条件：入射光束401为截面光强呈高斯分布的方形光束，尺寸D＝30毫米×30毫米，波长λ＝248纳米；薄透镜106的焦距f＝600毫米；需要产生外径30毫米、内径6毫米的均匀的环形光强分布404，并要求衍射效率大于90％，均方根误差小于8％。上述指标要求是一个特例，实际设计中应根据照明系统的具体要求选取。

本发明分区式位相板的具体设计方法的步骤如下：

(1)计算光学位相板301中方形位相单元(如303)的尺寸l：

位相单元尺寸取决于入射光束的波长λ、薄透镜的焦距f和光强分布的尺寸M。位相单元的尺寸l≤λf/M。

针对四种光强分布，它们的尺寸M的取值方法见于图2中。在环形分布实例中，光强分布的尺寸为M为外径，故M＝30毫米，代入上述参数，可以求得l≤4.96微米；

(2)选取光学位相板(301)合适的分区(如302)的大小(d)：

分区尺寸选取的依据是保证每个分区上有足够多的位相单元数目，通常不少于500×500，以保证每个分区能够单独产生所需光强分布的各项指标要求，如衍射效率，均方根误差等。因此，根据光学位相板的通光尺寸D和位相单元尺寸l选择分区的个数。

在环形分布实例中，如果选取分区尺寸为5毫米×5毫米，那么相应的分区个数为6×6，每个分区中的位相单元数为1000×1000～1100×1100，满足前面提到的要求。另外，单元数目最好为2ⁿ×2ⁿ，n为整数，目的是提高设计中的快速傅里叶变换的速度。因此，本实施例的分区数目选为6×6，分区尺寸为5毫米×5毫米，每个分区中的位相单元数目为1024×1024，位相单元尺寸l＝4.883微米。图3中的单元数目只是示意性质，并不代表实际的数目。

(3)入射光束和确定所需光束的光强分布并进行矩阵化处理；

矩阵化处理是在计算机中实现运算的基本保证，它是在计算机中将每个分区的位相单元放入一个二维的矩阵，矩阵的每个单元代表一个位相值。这个位相矩阵将用于后续的计算。

对于另外三种光强分布处理过程相同；后续步骤是将入射光强分布、所需的输出光强分布以及位相板的位相分布进行矩阵化处理，并在计算机中产生相应的矩阵，然后通过盖师贝格-撒克斯通(G-S)迭代算法得到每个分区的位相分布，下面按步骤进行描述。

A、对入射光束(401)进行矩阵化处理，在计算机中得到入射光束的光强分布矩阵(I_in)：

首先需要确定坐标体系，以光束中心，即光轴上的点为坐标的原点，光束截面分别含有x方向和y方向，如图4中401中所示的坐标。入射光束的矩阵化处理过程与光学位相板类似，是将每个光束的强度值放入一个二维矩阵中，这个矩阵的单元数目与上述位相矩阵的单元数目相等。在本实施例中为1024×1024。通过

可以得到入射光束的矩阵(I_in)；

B、对所需要的输出光强分布(402、403、404和405)进行矩阵化处理，在计算机中得到相应的输出光强分布矩阵I_out：

坐标系的选取方法与入射光束类似，即以光轴上的点为坐标原点，截面含有x和y方向。如图4中所示。输出光强分布矩阵I_out是通过计算机对其中每个单元逐一进行判断和赋值得到的。首先，计算判断的条件：每个单元到中心点的距离(r)和与x轴正方向的方位角(θ)，可以通过x和y坐标求得；其次，通过判断依据进行赋值：如果这个单元有大于一半的面积是落在白色区域中的，就将I_out(x，y)赋值为1，反之，如果落在黑色区域中的单元面积超过一半，则将I_out(x，y)赋值为0。经过对每个单元赋值后可以得到四种所需光强分布的矩阵；

(4)对位相板中一个分区的初始位相赋值；

选择位相板(301)中的一个分区进行初始位相赋值，在计算机中得到初始位相分布矩阵

选取一个位相分区(如302)，对这个分区的位相分布矩阵的位相赋初始值。赋值的方法是逐一给每个矩阵单元随机附上0到2π区间中的一个位相值，从而得到这个分区的初始位相分布矩阵

(5)用迭代算法并进行离散化处理，得到该分区的位相分布；

方法是基于光学位相板设计者熟知的盖师贝格-撒克斯通(G-S)迭代算法(参见Optik，35，237-246，1972)。该算法首先将矩阵I_in和矩阵

中的相对应的矩阵元素相乘，得到新的矩阵，并对这个矩阵做傅立叶变换得到输出光的复振幅分布矩阵

其中I_out(0)为目前得到的输出光强分布矩阵，还没有得到期望的I_out。下面需要进行如下步骤计算出所需的位相分布矩阵

将I_out替换I_out(0)得到新的复振幅矩阵

并对这个矩阵做傅立叶逆变换，得到

将I_in替换I_in(1)得到新的矩阵

再进行傅立叶变换得到

之后，判断I_out(1)中落在所需光强分布区域的能量占入射光总能量的比例是否满足要求(通常设为90％)，如果不满足重复上述替换和变化过程，直到满足要求结束迭代。如果碰到无法满足设定要求的时候，通过设置迭代次数结束迭代。最后可以得到位相分布矩阵

位相分布的离散化处理：

上述步骤得到的矩阵

中的位相值零乱地分布于0到2π之间，这样无法实现加工，因为光学位相板的加工工艺主要是离子束刻蚀或光学刻蚀，只能刻蚀几个有限的深度，一个深度代表一个位相。所以需要进行离散化处理，得到能够加工的光学位相板位相分布。在本实施例中，采用八台阶位相分布做离散化处理，即将所有分布值按照靠近取值的原则变为0、2π/8、2×2π/8、3×2π/8、4×2π/8、5×2π/8、6×2π/8和7×2π/8八种位相数值。例如，如果一个位相单元的位相值为5×2π/9，按照靠近取值的原则应该位相单元的位相值应变为4×2π/8。离散化处理后，我们就得到了这个分区可加工的位相分布。

(6)逐一对每一个分区重复上述步骤(4)和步骤(5)，得到每个分区的位相分布，并组合在一起得到整体位相板(301)位相分布；

(7)设计结果的评估。

评估通常的方法是计算输出光强分布的衍射效率和均匀性(即均方根误差)。衍射效率的定义为：

ε＝E_signal/E_out

其中，E_signal是落在所需区域中的输出光的能量，E_out是输出光的总能量。其次，在计算均匀性时首先需要选取评估的区域，选取的方法通常是去处所需光强分布区域的一部分边缘后，用剩下的区域进行均匀性的评估，评估的方法采用均方跟误差方式表示：

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\mathrm{\μ})}^2}$

其中x_i为选取的区域中的每个点的光强值，是I_out矩阵中相应单元的数值；N为区域中包含的光点总数，即所包含的矩阵单元数目；μ为这N个点光强的平均值。

本实施例得到的环形光强分布见于图5(506)，具体的指标结果将在后面讨论。通过与整体方式设计的环形光强分布(图5(505))对比，可以发现分区式的设计结果并没有明显的差异，这也间接证明了分区的位相分布之间没有关联性，因为假如存在关联性将会在输出的光强分布中产生光学干涉条纹，而在设计结果(图5(505))中没有明显的干涉条纹。

下面将本发明的运算效率和整体设计方式进行对比。假设位相单元总数目为N，由于G-S迭代算法中需要反复做傅立叶变换和逆变换，且傅立叶变换和逆变换的运算量和单元总数的平方呈正比。因此，如果采用整体设计，运算量正比于N²。如果采用分区式的设计方法，假设按照上述实例，取36个分区，则运算量变为正比于36×(N/36)²＝N²/36，比整体设计方式运算量明显减少。

另外，整体设计方式在运算过程中需要大量的数据存储，例如做傅立叶变换时，需要2N个内存单元。对于上述实施例，如果每个位相采用浮点数方式存储，一个浮点数需要占用4个字节，1个字节占8个比特，那么总共占用2,400多兆(2×6144×6144×4×8)的内存，普通计算机将无法计算。而分区式设计方式只占用2N/36个内存单元，为66.67兆。所以分区式设计方式设计效率高，并且对计算设备要求相对较低。

图5是上述设计的结果，并通过和整体设计方式对比，说明本发明多分区式光学位相板对入射光束尺寸不敏感的优点。光学位相板分别按照整体(503)和分区式(504)两种方式进行设计，光强分布图样分别为(505)和(506)，同时结果表明：两种方式的衍射效率分别为92.1％和91.7％，均方根误差为5.8％和6.1％。可以看出两种方式的设计结果都能够满足指标要求，其中衍射效率定义为要求分布区域的光强分布同总输出光强分布之比，均方跟误差用于描述光强分布均匀性。

当入射光束尺寸缩小到10毫米×10毫米(502)时，仿真计算发现两种光学位相板的衍射效率分别变为85％和91.5％，均方根误差分别变为37.2％和8.2％。由此可见，整体设计方式对入射光束的尺寸变化敏感，而分区式的设计克服了这种敏感性。通过图3中显示的光束尺寸变小后的光强分布情况，也可以发现整体式光学位相板(503)得到的环形光强分布中间出现了明显的暗斑(507)，而分区式光学位相板(504)的基本上没有明显的变化(508)。

相类似的，多分区式的光学位相板也能够克服入射光束位置漂移和光强分布变化的影响。这是因为能够产生所需光强分布的最小入射光束为一个分区的大小。在照明系统中，入射光束通常存在位置、尺寸和光强分布的不稳定性，采用分区式的光学位相板可以得到更稳定的光强分布输出。

图6是一个原理性实例，说明本发明多分区的设计方式能够对光强分布起到匀滑效果，并且能有效减弱干涉条纹形成。图中入射光源601为相干激光光源。位相板602中每个分区的位相分布是一样的，而位相板603中的每个分区都采取独立设计，其中位相分布不一样且没有关联性。图中的一个字母代表分区中一种位相分布，不同的字母代表不同的位相分布。这两种光学位相板都通过一个薄透镜产生远场光强分布，光路和图1中的光路类似。

仿真结果表明，对于每个分区完全复制型位相板602，光强分布605存在明暗的干涉条纹，这是由于不同分区的光束到达成像位置的距离不同所产生的位相差，因此光学位相板可以看作是周期性的光栅，而使光束发生干涉效应形成明暗条纹。但是对于每个分区都独立设计的光学位相板(603)，其光强分布(606)没有明显的明暗条纹，这是因为每个分区的位相分布没有关联性，所以不会在宏观上形成明显的明暗条纹，这样得到的光强分布会比前者更加均匀。图6的例子可以扩展到二维的形式。

Claims (10)

1.一种用于光刻照明的多分区光学位相板的设计方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①计算位相单元尺寸；

②选取光学位相板分区的大小；

③入射光束和确定所需光束的光强分布并进行矩阵化处理；

④对位相板中一个分区的初始位相赋值；

⑤采用迭代算法并进行离散化处理，得到该分区的位相分布；

⑥逐一对每一个分区重复步骤④和步骤⑤，得到每个分区的位相分布，并组合在一起得到整体位相分布；

⑦设计结果的评估。

2.根据权利要求1所述的多分区光学位相板的设计方法，其特征在于计算所述的位相单元尺寸l是依据夫琅和费衍射定理和来奎斯特采样定律通过下式求得：

l≤λf/M

其中：λ为入射光束的波长，f为薄透镜的焦距，M为光强分布的尺寸。

3.根据权利要求1所述的多分区光学位相板的设计方法，其特征在于所述的光学位相板分区大小d的选取，以保障每个分区中有足够的位相单元数目，通常需要大于500×500，即d/l＞500。

4.根据权利要求1所述的多分区光学位相板的设计方法，其特征在于所述的入射光束的截面光强分布通常是二维的高斯分布；采用二维高斯方程得到入射光强分布矩阵I_in：

$I_{\mathrm{in}}(x,y)=\frac{1}{\sqrt{2{\mathrm{\π\σ}}_x{\mathrm{\σ}}_y}}{e}^{-(\frac{x^2}{2{\mathrm{\σ}}_x}+\frac{y^2}{2{\mathrm{\σ}}_y})}$

式中：x和y是单元所在矩阵的行和列，σ_x和σ_y分别是入射光束在x和y方向的束腰半径。

5.根据权利要求1所述的多分区光学位相板的设计方法，其特征在于所述的光刻机照明系统所需光束截面的光强分布为：圆形分布、环形分布、二极分布或四极分布；

6.根据权利要求1所述的多分区光学位相板的设计方法，其特征在于所述的光强分布的矩阵化处理是通过计算机对矩阵的每个单元逐一进行判断和赋值，判断依据为：当所述的单元有大于一半的面积是落在有光区域，将I_out(x，y)赋值为1，当所述的单元落在无光区域中的面积超过一半，则将I_out(x，y)赋值为0，对所有单元赋值后得到所需的出射光强分布矩阵I_out；

7.根据权利要求1所述的多分区光学位相板的设计方法，其特征在于所述的位相板中一个分区的初始位相赋值的方法是给这个分区位相分布矩阵的每个单元

逐一地随机地赋上0到2π区间中的一个位相值，完成后得到这个分区的初始位相分布矩阵

8.根据权利要求1所述的多分区光学位相板的设计方法，其特征在于所述的迭代算法是盖师贝格-撒克斯通(G-S)迭代算法，具体的计算步骤是首先将入射光强分布矩阵I_in和初始位相分布矩阵

的矩阵中的相对应的矩阵元素相乘，得到新的矩阵，并对这个矩阵做傅立叶变换得到输出光的复振幅分布矩阵

其中I_out(0)为目前得到的输出光强分布矩阵，还没有得到期望的输出光强分布矩阵I_out，下面需要进行如下步骤计算出所需的位相分布矩阵将I_out替换I_out(0)得到新的输出光的复振幅分布矩阵

并对该输出光的复振幅分布矩阵做傅立叶逆变换，得到

将I_in替换I_in(1)得到新的矩阵

再进行傅立叶变换得到

之后，判断I_out(1)中落在所需光强分布区域的能量占入射光总能量的比例是否满足要求≥90％，否则重复上述替换和变化过程，直到满足要求结束迭代；如果碰到无法满足设定光强分布的要求，通过设置迭代次数结束迭代，最后可以得到满足期望的输出光强分布矩阵I_out的位相分布矩阵

9.根据权利要求1所述的多分区光学位相板的设计方法，其特征在于所述的离散化处理，又称之为台阶化结构处理，是将0到2π之间的位相数值依据就近赋值的原则变为几个等间隔的位相值根据所述的位相分布矩阵

赋值给所述的多分区光学位相板，形成离散位相分布，所述的离散位相分布通常为二台阶、四台阶、八台阶或十六台阶结构赋值，所述的八台阶结构赋值为0、2π/8、2×2π/8、3×2π/8、4×2π/8、5×2π/8、6×2π/8和7×2π/8八种位相数值。

10.根据权利要求1所述的多分区光学位相板的设计方法，其特征在于所述的评估是计算输出光强分布的衍射效率和均匀性并和所需要的光强分布指标进行对比，如果结果不能满足指标要求，则重新选择所述的位相单元尺寸和分区大小，并重复上述设计步骤，直到满足指标要求为止。

Images