CN103207530B - 光刻机光瞳整形光学系统及产生离轴照明模式的方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻机光瞳整形光学系统及产生离轴照明模式的方法，其构成包括模式产生单元、可旋转波片、偏振分光单元、环一产生单元和环二产生单元。本发明通过选择相应的模式产生单元的衍射光学元件和适当的调整，可以产生光瞳面光强与内外直径连续可变、单环形照明模式和双环形照明多种照明模式。

Description

光刻机光瞳整形光学系统及产生离轴照明模式的方法

技术领域

本发明涉及光学光刻领域，特别涉及一种光刻机光瞳整形光学系统及产生离轴照明模式的方法，是一种能产生单环形照明模式与双环形照明模式且光瞳面光强与内外直径连续可变的光瞳整形光学系统。

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。从光刻分辨率与焦深表达式可知，缩短曝光波长，提高投影物镜的数值孔径，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。

光刻机中光瞳整形的目的是要获得各种离轴照明模式，通常采用特殊设计的光学元件调制入射激光束的强度或相位分布，从而在光瞳面上得到特定光强分布。光瞳整形通常利用衍射光学元件实现，衍射光学元件将入射到其上的光束的振幅或位相进行调制，在远场形成特定的衍射花样，得到环形照明、二极照明、四极照明等不同的照明模式，光瞳面上光束内外直径的变化可通过调节衍射光学元件后的变焦准直镜组的焦距与锥形镜组中凸、凹锥形镜之间的距离来实现，变焦准直镜组由位置可以调节的透镜组组成。根据光刻仿真结果，离轴照明光瞳分布的选取主要依赖于掩模图形的形状、分布、尺寸和光刻机的数值孔径。随着光刻机数值孔径的不断增大，光刻图形特征尺寸的不断减小及其分布密集度的提高，出现了多种不同于以往的新型离轴照明模式，例如双环形、双二极、双四极等照明模式。

在先技术“一种用于双偶极均匀照明的自由曲面透镜”（CN101916045A）和“一种用于双环形均匀照明的自由曲面透镜”（CN101916046A）中，分别公开了用于产生双偶极和双环形照明模式的自由曲面透镜，其原理都通过设计特定面形的透射曲面，使得入射到该曲面上的光线产生指定的偏折，从而得到不同的照明模式。但这两种技术存在如下缺点：所用的曲面面形较复杂，难于实现，且得到的照明模式的内外环或内外极的强度分配比例和内外直径大小不能调节，因此使用不灵活、不适合不同光刻掩模图形。

发明内容

本发明旨在克服上述在先技术的不足，提供一种光刻机光瞳整形光学系统及产生离轴照明模式的方法，是一种产生单环形照明模式与双环形照明模式，且光瞳面光强与内外直径连续可变的光瞳整形光学系统。

在描述本发明的技术解决方案之前，为便于本发明的描述和理解，对本发明涉及的几个基本概念定义如下：

1、本发明产生环形照明、二极照明、四极照明、双环形照明、双二极照明、双四极照明等不同的照明模式，在本发明中把常规的只有一个环的环形照明、二极照明、四极照明等统称为单环形照明，如图2a、图2c、图2e和图2g所示；把具有两个环的双环形照明、双二极照明、双四极照明等统称为双环形照明，如图2b、图2d、图2f和图2h所示。图2a、图2b、图2c、图2d、图2e、图2f、图2g和图2h中虚线圆环7、8是光瞳面上的辅助线，虚线圆环7、8与单环形照明和双环形照明模式同心，w和w′为相应环的宽度。

2、x轴、y轴、z轴及坐标原点O的定义如图3所示，y轴通过虚线圆环7、8的中心，正方向为图1所在纸面中自下向上的方向，坐标原点O为y轴与偏振分光薄膜的交点，z轴正方向为图1所在纸面中自左向右的方向，xOz平面与虚线圆环7、8所在平面平行，该xyz坐标系为左手坐标系。

3、在不同照明模式的生成过程中，沿光线传输方向不同位置的光束横截面呈现不同的形状或尺寸，把光强分布类似于单环形照明模式的光束以单环形光束表示，把光强分布类似于双环形照明模式的光束以双环形光束表示，把离轴照明模式中的相干因子以光束直径来表示。

本发明的技术解决方案如下：

一种光刻机光瞳整形光学系统，其特点在于其构成包括模式产生单元、可旋转波片、偏振分光单元、环一产生单元和环二产生单元，所述模式产生单元由衍射光学元件和变焦准直镜组组成，更换不同的衍射光学元件以分别实现传统照明、二极照明和四极照明模式；所述的环一产生单元由第一四分之一波片、第一凸锥形镜和第一可动反射镜组成；所述环二产生单元由第二四分之一波片、第二凸锥形镜和第二可动反射镜组成；上述元部件的位置关系如下：

沿z轴正方向依次为衍射光学元件、变焦准直镜组、可旋转波片、偏振分光单元、第一四分之一波片、第一凸锥形镜、第一可动反射镜，所述第一凸锥形镜的锥尖正对着所述第一可动反射镜，所述第一可动反射镜上镀有保偏反射薄膜，所述第一可动反射镜具有可连续调整所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离的机构；

入射光经所述的偏振分光单元分为反射光和透射光，沿偏振分光单元反射光方向依次为第二四分之一波片、第二凸锥形镜和第二可动反射镜，所述第二凸锥形镜的锥尖正对着所述第二可动反射镜，所述第二可动反射镜上镀有保偏反射薄膜，所述第二可动反射镜具有可连续调整所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离的机构；

所述衍射光学元件的后表面位于所述变焦准直镜组的前焦面上。

利用上述的光刻机光瞳整形光学系统产生离轴照明模式的方法，包括下列步骤：

①根据掩模图形需要的照明模式，选择相应的所述衍射光学元件；

②根据需要的照明模式光强分布尺寸，调节所述变焦准直镜组的焦距；

③根据需要的所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的能量分配关系，调节所述可旋转波片的快轴与x轴之间的夹角θ₀；

④根据需要的所述第一单环形光束的内外直径，确定并调节所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁；

⑤根据需要的所述第二单环形光束的内外直径，确定并调节所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂；

⑥当步骤④中所述第一单环形光束与步骤⑤中所述第二单环形光束在光瞳面上部分或者完全重叠或当步骤④中所述第一单环形光束的内或外径等于步骤⑤中所述第二单环形光束的外或内径时，得到单环形照明模式；否则得到双环形照明模式。

入射到所述衍射光学元件的光束可为线偏振方形光束，从所述衍射光学元件出射的光束为单环形光束，所述变焦准直镜组将单环形光束进行准直，且其焦距连续可变，从而连续改变单环形光束的尺寸，光束尺寸按下式确定：

D＝2f′sinU′

其中，D为从所述模式产生单元出射的准直光束的直径，U′为所述衍射光学元件的出射孔径半角，f′为所述变焦准直镜组的焦距。

从所述可旋转波片出射的偏振光束中的p光和s光与入射到所述可旋转波片上的线偏振光束中的p光和s光之间的关系按下列矩阵确定：

$\left(\begin{array}{c}{A}_s^{\′}\\ A_p^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0& {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0\\ {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0& {\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{A}_s\\ A_p\end{array}\right)$

其中，A_s和A_p分别为入射到所述可旋转波片上的线偏振光束沿x轴和y轴的分量，δ为所述可旋转波片快慢轴的位相延迟差，θ₀为所述可旋转波片的快轴与x轴之间的夹角，A′_s、A′_p分别为从所述可旋转波片出射的偏振光束沿x轴和y轴的分量。

从所述可旋转波片出射的偏振光束中的p光和s光的能量之比大约为A′_p ²:A′_s ².

所述可旋转波片可连续调节其快轴与x轴正方向之间的夹角θ₀。

从所述可旋转波片出射的光束以45°角入射到所述偏振分光薄膜上。

所述偏振分光单元实现如下功能之一：

①对45°角入射到所述偏振分光薄膜上的光束中，s光的反射率接近100％，透过率接近0，p光的透过率接近100％，反射率接近0。

②对45°角入射到所述偏振分光薄膜上的光束中，p光的反射率接近100％，透过率接近0，s光的透过率接近100％，反射率接近0。

所述偏振分光单元将从所述可旋转波片出射的光束中的s光和p光分开，一种完全透射，另一种完全反射，透射部分入射到所述环一产生单元上，反射部分入射到所述环二产生单元上。

所述第一四分之一波片的快轴与x轴正方向之间的夹角可以为45°、-45°、135°或-135°。

所述第一凸锥形镜的锥尖正对着所述第一可动反射镜。

所述第一可动反射镜上镀有保偏反射薄膜，所述第一可动反射镜可连续调整所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离。

所述环一产生单元将入射到其上的光束变换为第一单环形光束，第一单环形光束的出射方向与入射到所述环一产生单元的光束的方向相反，第一单环形光束再次入射到所述偏振分光单元并被反射到光瞳面上。

所述的第一单环形光束的内直径D_1i按下式确定：

$D_{1i}/2=\[d_1+L_1\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}+L_1$

其中， $L_1=-\[d_1+\frac{D}{2}\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\cot (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})-\frac{D}{2},$ 且 ${\mathrm{\θ}}_1^{\′}=\arcsin \left(n_1\cos \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\right),$ n₁、θ₁分别为所述第一凸锥形镜的折射率和锥角，d₁为所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离。所述第一凸锥形镜的锥角θ₁为所述第一凸锥形镜的锥尖垂直向上放置时右视图中两斜边之间的夹角。

所述的第一单环形光束的宽度w按下式确定：

w＝D/2

所述第一单环形光束的外直径D_1o按下式确定：

D_1o＝D_1i+D

所述第一单环形光束的内外直径D_1i和D_1o的变化范围由d₁的调节范围确定：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}\≤d_1\≤\frac{\frac{D_1}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}$

其中，D₁为所述第一凸锥形镜的锥底直径，所述第一凸锥形镜的锥底直径D₁为所述第一凸锥形镜的锥尖垂直向上放置时右视图中的底宽；a₁和b₁分别按下式确定：

$a_1=-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\{\[1-\cot (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\frac{\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}+1\}$

$b_1=\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\{\[1+\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\cot (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\]\frac{\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}-1\}$

所述第二四分之一波片的快轴与x轴正方向之间的夹角可以为45°、-45°、135°或-135°。

所述第二凸锥形镜的锥尖正对着所述第二可动反射镜。

所述第二可动反射镜上镀有保偏反射薄膜，所述第二可动反射镜可连续调整所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离。

所述环二产生单元将入射到其上的光束整形为第二单环形光束，第二单环形光束的出射方向与入射到所述环二产生单元的光束的方向相反，第二单环形光束再次入射到所述偏振分光单元并透射到光瞳面上。

所述第二单环形光束的内直径D_2i按下式确定：

$D_{2i}/2=\[d_2+L_2\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}+L_2$

其中， $L_2=-\[d_2+\frac{D}{2}\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\cot (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})-\frac{D}{2},$ 且 ${\mathrm{\θ}}_2^{\′}=\arcsin \left(n_2\cos \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\right),$ n₂、θ₂分别为所述第二凸锥形镜的折射率和锥角，d₂为所述第二凸锥形镜的锥尖A₂相对于第二可动反射镜之间的距离。所述第二凸锥形镜的锥角θ₂为所述第二凸锥形镜的锥尖垂直向上放置时右视图中两斜边之间的夹角。

所述第二单环形光束的宽度w按下式确定：

w＝D/2

所述第二单环形光束的外直径D_2o按下式确定：

D_2o＝D_2i+D

所述第二单环形光束的内外直径D_2i和D_2o的变化范围由d₂的调节范围确定：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}\≤d_2\≤\frac{\frac{D_2}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}$

其中，D₂为所述第二凸锥形镜的锥底直径，所述第二凸锥形镜的锥底直径D₂为所述第二凸锥形镜的锥尖垂直向上放置时右视图中的底宽；a₂和b₂分别按下式确定：

${\text{a}}_2=-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\{\[1-\cot (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\frac{\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}+1\}$

$b_2=\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\{\[1+\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\cot (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\]\frac{\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}-1\}$

利用本发明产生双环形照明模式的方法，其特点在于本发明包括下列几种实现方法：

1、所述偏振分光薄膜对45°角入射到其上的光束中，s光的反射率接近100％，透过率接近0，p光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的内直径：

①根据掩模图形需要的双环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件。

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度w，由下式确定所述变焦准直镜组的焦距f′：

2w＝D＝2f′sinU′

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为f′。

③根据需要的内外环的能量分配关系A′_p ²:A′_s ²,由下式确定所述可旋转波片的快轴与x轴之间的夹角θ₀：

$\left(\begin{array}{c}{A}_s^{\′}\\ A_p^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0& {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0\\ {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0& {\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{A}_s\\ A_p\end{array}\right)$

调节所述可旋转波片使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

④根据需要的内环的内外直径，由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁：

$D_{1i}/2=\[d_1+L_1\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}+L_1$

所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}\≤d_1\≤\frac{\frac{D_1}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}$

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为d₁。

⑤根据需要的外环的内外直径，由下式确定所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂：

$D_{2i}/2=\[d_2+L_2\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}+L_2$

所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}\≤d_2\≤\frac{\frac{D_2}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}$

调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为d₂。

2、所述偏振分光薄膜对45°角入射到其上的光束中，s光的反射率接近100％，透过率接近0，p光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一单环形光束的内直径大于所述第二单环形光束的外直径：

①根据掩模图形需要的双环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件。

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度w，由下式确定所述变焦准直镜组的焦距f′：

2w＝D＝2f′sinU′

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为f′。

③根据需要的内外环的能量分配关系A′_s ²:A′_p ²,由下式确定所述可旋转波片的快轴与x轴之间的夹角θ₀：

$\left(\begin{array}{c}{A}_s^{\′}\\ A_p^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0& {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0\\ {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0& {\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{A}_s\\ A_p\end{array}\right)$

调节所述可旋转波片使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

④根据需要的内环的内外直径，由下式确定所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂：

$D_{2i}/2=\[d_2+L_2\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}+L_2$

所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}\≤d_2\≤\frac{\frac{D_2}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}$

调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为d₂。

⑤根据需要的外环的内外直径，由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁：

$D_{1i}/2=\[d_1+L_1\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}+L_1$

所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}\≤d_1\≤\frac{\frac{D_1}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}$

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为d₁。

3、所述偏振分光薄膜对45°角入射到其上的光束中，p光的反射率接近100％，透过率接近0，s光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的内直径：

①根据掩模图形需要的双环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件。

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度w，由下式确定所述变焦准直镜组的焦距f′：

2w＝D＝2f′sinU′

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为f′。

③根据需要的内外环的能量分配关系A′_s ²:A′_p ²,由下式确定所述可旋转波片的快轴与x轴之间的夹角θ₀：

$\left(\begin{array}{c}{A}_s^{\′}\\ A_p^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0& {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0\\ {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0& {\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{A}_s\\ A_p\end{array}\right)$

调节所述可旋转波片使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

④根据需要的内环的内外直径，由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁：

$D_{1i}/2=\[d_1+L_1\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}+L_1$

所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}\≤d_1\≤\frac{\frac{D_1}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}$

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为d₁。

⑤根据需要的外环的内外直径，由下式确定所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂：

$D_{2i}/2=\[d_2+L_2\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}+L_2$

所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}\≤d_2\≤\frac{\frac{D_2}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}$

调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为d₂。

4、所述偏振分光薄膜对45°角入射到其上的光束中，p光的反射率接近100％，透过率接近0，s光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一单环形光束的内直径大于所述第二单环形光束的外直径：

①根据掩模图形需要的双环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件。

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度w，由下式确定所述变焦准直镜组的焦距f′：

2w＝D＝2f′sinU′

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为f′。

③根据需要的内外环的能量分配关系A′_p ²:A′_s ²,由下式确定所述可旋转波片的快轴与x轴之间的夹角θ₀：

$\left(\begin{array}{c}{A}_s^{\′}\\ A_p^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0& {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0\\ {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0& {\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{A}_s\\ A_p\end{array}\right)$

调节所述可旋转波片使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

④根据需要的内环的内外直径，由下式确定所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂：

$D_{2i}/2=\[d_2+L_2\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}+L_2$

所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}\≤d_2\≤\frac{\frac{D_2}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}$

调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为d₂。

⑤根据需要的外环的内外直径，由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁：

$D_{1i}/2=\[d_1+L_1\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}+L_1$

所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}\≤d_1\≤\frac{\frac{D_1}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}$

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为d₁。

利用本发明产生单环形照明模式的方法，其特点在于本发明包括下列几种实现方法：

1、所述偏振分光薄膜对45°角入射到其上的光束中，s光的反射率接近100％，透过率接近0，p光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一单环形光束的外直径大等于所述第二单环形光束的内直径小等于所述第二环形光束的外直径：

①根据掩模图形需要的单环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件。

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度w′，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w、所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w需满足下式：

w≤w′≤2w

并由下式确定所述变焦准直镜组的焦距f′：

2w＝D＝2f′sinU′

由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁和所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂：

由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁：

$D_{1i}/2=\[d_1+L_1\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}+L_1$

所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}\≤d_1\≤\frac{\frac{D_1}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}$

由下式调节所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂：

$D_{2i}/2=\[d_2+L_2\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}+L_2$

所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}\≤d_2\≤\frac{\frac{D_2}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}$

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为f′。

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为d₁。

调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为d₂。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由下式确定所述可旋转波片的快轴与x轴之间的夹角θ₀：

$\left(\begin{array}{c}{A}_s^{\′}\\ A_p^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0& {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0\\ {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0& {\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{A}_s\\ A_p\end{array}\right)$

调节所述可旋转波片使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

2、所述偏振分光薄膜对45°角入射到其上的光束中，s光的反射率接近100％，透过率接近0，p光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第二单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的外直径大等于所述第二环形光束的内直径：

①根据掩模图形需要的单环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件。

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度w′，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w、所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w需满足下式：

w≤w′≤2w

并由下式确定所述变焦准直镜组的焦距f′：

2w＝D＝2f′sinU′

由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁和所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂：

由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁：

$D_{1i}/2=\[d_1+L_1\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}+L_1$

所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}\≤d_1\≤\frac{\frac{D_1}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}$

由下式调节所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂：

$D_{2i}/2=\[d_2+L_2\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}+L_2$

所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}\≤d_2\≤\frac{\frac{D_2}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}$

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为f′。

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为d₁。

调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为d₂。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由下式确定所述可旋转波片的快轴与x轴之间的夹角θ₀：

$\left(\begin{array}{c}{A}_s^{\′}\\ A_p^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0& {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0\\ {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0& {\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{A}_s\\ A_p\end{array}\right)$

调节所述可旋转波片使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

3、所述偏振分光薄膜对45°角入射到其上的光束中，p光的反射率接近100％，透过率接近0，s光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一单环形光束的外直径大等于所述第二单环形光束的内直径小等于所述第二环形光束的外直径：

①根据掩模图形需要的单环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件。

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度w′，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w、所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w需满足下式：

w≤w′≤2w

并由下式确定所述变焦准直镜组的焦距f′：

2w＝D＝2f′sinU′

由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁和所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂：

由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁：

$D_{1i}/2=\[d_1+L_1\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}+L_1$

所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}\≤d_1\≤\frac{\frac{D_1}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}$

由下式调节所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂：

$D_{2i}/2=\[d_2+L_2\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}+L_2$

所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}\≤d_2\≤\frac{\frac{D_2}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}$

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为f′。

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为d₁。

调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为d₂。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由下式确定所述可旋转波片的快轴与x轴之间的夹角θ₀：

$\left(\begin{array}{c}{A}_s^{\′}\\ A_p^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0& {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0\\ {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0& {\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{A}_s\\ A_p\end{array}\right)$

调节所述可旋转波片使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

4、所述偏振分光薄膜对45°角入射到其上的光束中，p光的反射率接近100％，透过率接近0，s光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第二单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的外直径大等于所述第二环形光束的内直径：

①根据掩模图形需要的单环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件。

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度w′，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w、所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w需满足下式：

w≤w′≤2w

并由下式确定所述变焦准直镜组的焦距f′：

2w＝D＝2f′sinU′

由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁和所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂：

由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁：

$D_{1i}/2=\[d_1+L_1\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}+L_1$

所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}\≤d_1\≤\frac{\frac{D_1}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}$

由下式调节所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂：

$D_{2i}/2=\[d_2+L_2\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}+L_2$

所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂的调节范围满足下式：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}\≤d_2\≤\frac{\frac{D_2}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}$

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为f′。

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为d₁。

调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为d₂。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由下式确定所述可旋转波片的快轴与x轴之间的夹角θ₀：

$\left(\begin{array}{c}{A}_s^{\′}\\ A_p^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0& {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0\\ {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0& {\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{A}_s\\ A_p\end{array}\right)$

调节所述可旋转波片使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

与在先技术相比，本发明具有下列技术优点：

1、本发明光刻机用光瞳整形光学系统，可实现单环形照明和双环形照明模式。

2、本发明实现的照明模式中，相应单环形照明模式和双环形照明模式之间的变换不需要更换衍射光学元件，只需调节锥形镜的锥尖相对于反射镜之间的距离。

3、本发明实现的照明模式的内外直径可连续调节，且内外直径的调节相互不影响。

4、本发明实现的照明模式中内外环能量分配比例可连续调节。

附图说明

图1是本发明光刻机光瞳整形光学系统的光路示意图。

图2a、图2c、图2e、图2g是本发明光刻机光瞳整形光学系统能产生的部分单环形照明模式示意图。

图2b、图2d、图2f、图2h是本发明光刻机光瞳整形光学系统能产生的部分双环形照明模式示意图。

图3是本发明光刻机光瞳整形光学系统中描述所使用的坐标系图。

图4是本发明光刻机光瞳整形光学系统中所述环一产生单元部分参数标注示意图。

图5是本发明光刻机光瞳整形光学系统中所述环二产生单元部分参数标注示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，由图可见，本发明光刻机光瞳整形光学系统包括模式产生单元1、可旋转波片2、偏振分光单元3、环一产生单元4和环二产生单元5。

所述模式产生单元1由衍射光学元件101和变焦准直镜组102组成。所述衍射光学元件101可更换，以分别实现传统照明、二极照明和四极照明等照明模式。

所述偏振分光单元3由第一等腰直角棱镜301、第二等腰直角棱镜302和偏振分光薄膜303组成，第一等腰直角棱镜301和第二等腰直角棱镜302的斜边相对放置以组成一立方棱镜，所述偏振分光薄膜303在第一等腰直角棱镜301和第二等腰直角棱镜302接触的斜面上。

所述环一产生单元4由第一四分之一波片401、第一凸锥形镜402和第一可动反射镜403组成，所述第一可动反射镜具有可连续调整所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离的机构；

所述环二产生单元5由第二四分之一波片501、第二凸锥形镜502和第二可动反射镜503组成，所述第二可动反射镜具有可连续调整所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离的机构；

上述元部件的位置关系如下：沿z轴正方向依次为衍射光学元件101、变焦准直镜组102、可旋转波片2、偏振分光单元3、第一四分之一波片401、第一凸锥形镜402、第一可动反射镜403，沿偏振分光单元3反射光方向依次为第二四分之一波片501、第二凸锥形镜502、第二可动反射镜503。

所述衍射光学元件101的后表面在所述变焦准直镜组102的前焦面上，入射到所述衍射光学元件101的光束可为线偏振方形光束，从所述衍射光学元件101出射的光束为单环形光束，所述变焦准直镜组102将单环形光束进行准直，且其焦距连续可变，以连续改变单环形光束的尺寸，光束尺寸按下式确定：

D＝2f′sinU′                  （1）

其中：D为从所述模式产生单元1出射的准直光束的直径，U′为所述衍射光学元件101的出射孔径半角，f′为所述变焦准直镜组102的焦距。

从所述可旋转波片2出射的偏振光束中的p光和s光与入射到所述可旋转波片2上的线偏振光束中的p光和s光之间的关系按下列矩阵确定：

$\left(\begin{array}{c}{A}_s^{\′}\\ A_p^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0& {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0\\ {\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0-e^{\mathrm{i\δ}}{\cos \mathrm{\θ}}_0{\sin \mathrm{\θ}}_0& {\sin }^2{\mathrm{\θ}}_0+e^{\mathrm{i\δ}}{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{A}_s\\ A_p\end{array}\right)---\left(2\right)$

其中：A_s和A_p分别为入射到所述可旋转波片2上的线偏振光束沿x轴和y轴的分量，δ为所述的可旋转波片2快慢轴的位相延迟差，θ₀为所述可旋转波片2的快轴与x轴之间的夹角，A′_s、A′_p分别为从所述可旋转波片2出射的偏振光束沿x轴和y轴的分量。

从所述可旋转波片2出射的偏振光束中的p光和s光的能量之比大约为A′_p ²:A′_s ².

旋转所述可旋转波片2可连续调节其快轴与x轴正方向之间的夹角θ₀。

从所述可旋转波片2出射的光束经第一等腰直角棱镜301以45°角入射到所述偏振分光薄膜303上。

所述偏振分光单元3实现如下功能之一：

①对45°角入射到所述偏振分光薄膜303上的光束中，s光的反射率接近100％，透过率接近0，p光的透过率接近100％，反射率接近0。

②对45°角入射到所述偏振分光薄膜303上的光束中，p光的反射率接近100％，透过率接近0，s光的透过率接近100％，反射率接近0。

所述偏振分光单元3将从所述可旋转波片2出射的光束中的s光和p光分开，一种完全透射，另一种完全反射，透射部分入射到所述环一产生单元4，反射部分入射到所述环二产生单元5。

所述第一四分之一波片401的快轴与x轴正方向之间的夹角可以为45°、-45°、135°或-135°。

所述第一凸锥形镜402的锥尖A₁正对着所述第一可动反射镜403。

所述第一可动反射镜403上镀有保偏反射薄膜，所述第一反射镜403位于一维导轨上，可连续调整所述第一反射镜403与所述第一凸锥形镜402的锥尖A₁之间的距离。

所述环一产生单元4将入射到其上的光束变换为第一单环形光束，该第一单环形光束反射后入射到所述环一产生单元4的光束的方向相反，第一单环形光束再次入射到所述偏振分光单元3经所述偏振分光薄膜303反射到光瞳面6上；

所述第一单环形光束的内径D_1i按下式确定：

$D_{1i}/2=\[d_1+L_1\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}+L_1---\left(3\right)$

其中： $L_1=-\[d_1+\frac{D}{2}\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\cot (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})-\frac{D}{2},$ 且 ${\mathrm{\θ}}_1^{\′}=\arcsin \left(n_1\cos \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\right),$ 如图4所示，n₁、θ₁分别为所述第一凸锥形镜402的折射率和锥角，d₁为所述第一凸锥形镜402的锥尖A₁相对于所述第一反射镜403之间的距离，所述第一凸锥形镜402的锥角θ₁为所述第一凸锥形镜402的锥尖两斜边之间的夹角。

所述第一单环形光束的宽度w按下式确定：

w＝D/2            （4）

所述第一单环形光束的外直径D_1o按下式确定：

D_1o＝D_1i+D          （5）

所述第一单环形光束的内外直径D_1i和D_1o的变化范围由d₁的调节范围确定：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}\≤d_1\≤\frac{\frac{D_1}{2}-\frac{D}{2}{b}_1}{a_1}---\left(6\right)$

其中，D₁为所述第一凸锥形镜402的锥底直径，所述第一凸锥形镜402的锥底直径D₁为所述第一凸锥形镜402的锥尖A₁垂直向上放置时右视图中的底宽；a₁和b₁分别按下式确定：

$a_1=-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\{\[1-\cot (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\]\frac{\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}+1\}$

$b_1=\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\{\[1+\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)\cot (\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}+{\mathrm{\θ}}_1^{\′})\]\frac{\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1^{\′}\right)}-1\}$

所述第二四分之一波片501的快轴与x轴正方向之间的夹角可以为45°、-45°、135°或-135°。

所述第二凸锥形镜502的锥尖A₂正对着第二反射镜503。

所述第二反射镜503上镀有保偏反射薄膜，所述第二反射镜503位于一维平移导轨上，可连续调整所述第二反射镜503与所述第二凸锥形镜502的锥尖A₂之间的距离。

所述环二产生单元5将入射到其上的光束变换为第二单环形光束，该第二单环形光束的出射方向与入射到所述环二产生单元5的光束的方向相反，第二单环形光束再次入射到所述偏振分光单元3经所述的偏振分光薄膜303透射到光瞳面6上。

所述第二单环形光束的内径D_2i按下式确定：

$D_{2i}/2=\[d_2+L_2\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\frac{-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}+L_2---\left(7\right)$

其中， $L_2=-\[d_2+\frac{D}{2}\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\cot (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})-\frac{D}{2},$ 且 ${\mathrm{\θ}}_2^{\′}=\arcsin \left(n_2\cos \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\right);$ 如图5所示，n₂、θ₂分别为所述第二凸锥形镜502的折射率和锥角，d₂为所述第二凸锥形镜502的锥尖A₂相对于所述第二可动反射镜503之间的距离。所述第二凸锥形镜502的锥角θ₂为所述第二凸锥形镜502的锥尖A₂两斜边之间的夹角。

所述第二单环形光束的宽度w按下式确定：

w＝D/2          （8）

所述第二单环形光束的外径D_2o按下式确定：

D_2o＝D_2i+D         （9）

所述第二单环形光束的内径D_2i和外D_2o的变化范围由d₂的调节范围确定：

$\frac{\frac{D}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}\≤d_2\≤\frac{\frac{D_2}{2}-\frac{D}{2}{b}_2}{a_2}---\left(10\right)$

其中，D₂为所述第二凸锥形镜502的锥底直径，所述第二凸锥形镜502的锥底直径D₂为所述第二凸锥形镜502的底宽；a₂和b₂分别按下式确定：

${\text{a}}_2=-\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\{\[1-\cot (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\]\frac{\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}+1\}$

$b_2=\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\cos (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\{\[1+\cot \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)\cot (\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}+{\mathrm{\θ}}_2^{\′})\]\frac{\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2^{\′}\right)}-1\}$

利用本发明产生双环形照明模式的方法，其特点在于本发明包括下列几种实现方法：

1、所述偏振分光薄膜303对45°角入射到其上的光束中，s光的反射率接近100％，透过率接近0，p光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的内直径：

①根据掩模图形需要的双环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件101。

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度w，由式（1）和式（4）确定所述变焦准直镜组102的焦距f′。调节所述变焦准直镜组102中可动透镜位置使其焦距为f′。

③根据需要的内外环的能量分配关系A′_p ²:A′_s ²,由式（2）确定所述可旋转波片2的快轴与x轴之间的夹角θ₀。调节所述可旋转波片2使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

④根据需要的内环的内外直径，由式（3）确定所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁，所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁的调节范围满足式（6）。调节所述第一可动反射镜403使所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离为d₁。

⑤根据需要的外环的内外直径，由式（7）确定所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂，所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂的调节范围满足式（10）。调节所述第二可动反射镜503使所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离为d₂。

2、所述偏振分光薄膜303对45°角入射到其上的光束中，s光的反射率接近100％，透过率接近0，p光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一单环形光束的内直径大于所述第二单环形光束的外直径：

①根据掩模图形需要的双环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件101。

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度w，由式（1）和式（4）确定所述变焦准直镜组102的焦距f′。调节所述变焦准直镜组102中可动透镜位置使其焦距为f′。

③根据需要的内外环的能量分配关系A′_s ²:A′_p ²,由式（2）确定所述可旋转波片2的快轴与x轴之间的夹角θ₀。调节所述可旋转波片2使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

④根据需要的内环的内外直径，由式（7）确定所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂，所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂的调节范围满足式（10）。调节所述第二可动反射镜503使所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离为d₂。

⑤根据需要的外环的内外直径，由式（3）确定所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁，所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁的调节范围满足式（6）。调节所述第一可动反射镜403使所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离为d₁。

3、所述偏振分光薄膜303对45°角入射到其上的光束中，p光的反射率接近100％，透过率接近0，s光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一单环形光束作的外直径小于所述第二单环形光束的内直径：

①根据掩模图形需要的双环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件101。

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度w，由式（1）和式（4）确定所述变焦准直镜组102的焦距f′。调节所述变焦准直镜组102中可动透镜位置使其焦距为f′。

③根据需要的内外环的能量分配关系A′_s ²:A′_p ²,由式（2）确定所述可旋转波片2的快轴与x轴之间的夹角θ₀。调节所述可旋转波片2使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

④根据需要的内环的内外直径，由式（3）确定所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁，所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁的调节范围满足式（6）。调节所述第一可动反射镜403使所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离为d₁。

⑤根据需要的外环的内外直径，由式（7）确定所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂，所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂的调节范围满足式（10）。调节所述第二可动反射镜503使所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离为d₂。

4、所述偏振分光薄膜303对45°角入射到其上的光束中，p光的反射率接近100％，透过率接近0，s光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一单环形光束的内直径大于所述第二单环形光束的外直径：

①根据掩模图形需要的双环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件101。

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度w，由式（1）确定所述变焦准直镜组102的焦距f′。调节所述变焦准直镜组102中可动透镜位置使其焦距为f′。

③根据需要的内外环的能量分配关系A′_p ²:A′_s ²,由式（2）确定所述可旋转波片2的快轴与x轴之间的夹角θ₀。调节所述可旋转波片2使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

④根据需要的内环的内外直径，由式（7）确定所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂，所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂的调节范围满足式（10）。调节所述第二可动反射镜503使所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离为d₂。

⑤根据需要的外环的内外直径，由式（3）确定所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁，所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁的调节范围满足下式（6）。调节所述第一可动反射镜403使所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离为d₁。

利用本发明产生单环形照明模式的方法，其特点在于本发明包括下列几种实现方法：

1、所述偏振分光薄膜303对45°角入射到其上的光束中，s光的反射率接近100％，透过率接近0，p光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一单环形光束的外直径大等于所述第二单环形光束的内直径小等于所述第二环形光束的外直径：

①根据掩模图形需要的单环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件101。

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度w′，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w、所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w需满足下式：

w≤w′≤2w

并由式（1）和式（4）确定所述变焦准直镜组102的焦距f′，由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁和所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂，由式（3）确定所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁，所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁的调节范围满足式（6）；由式（7）调节所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂，所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂的调节范围满足式（10）。

调节所述变焦准直镜组102中可动透镜位置使其焦距为f′，调节所述第一可动反射镜403使所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离为d₁。调节所述第二可动反射镜503使所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离为d₂。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由式（2）确定所述可旋转波片2的快轴与x轴之间的夹角θ₀。

调节所述可旋转波片2使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

2、所述偏振分光薄膜303对45°角入射到其上的光束中，s光的反射率接近100％，透过率接近0，p光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第二单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的外直径大等于所述第二环形光束的内直径：

①根据掩模图形需要的单环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件101。

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度w′，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w、所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w需满足下式：

w≤w′≤2w

并由式（1）和式（4）确定所述变焦准直镜组102的焦距f′，由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁和所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂，由式（3）确定所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁，所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁的调节范围满足式（6）；由式（7）调节所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂，所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂的调节范围满足式（10）。

调节所述变焦准直镜组102中可动透镜位置使其焦距为f′，调节所述第一可动反射镜403使所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离为d₁。调节所述第二可动反射镜503使所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离为d₂。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由式（2）确定所述可旋转波片2的快轴与x轴之间的夹角θ₀,调节所述可旋转波片2使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

3、所述偏振分光薄膜303对45°角入射到其上的光束中，p光的反射率接近100％，透过率接近0，s光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一单环形光束的外直径大等于所述第二单环形光束的内直径小等于所述第二环形光束的外直径：

①根据掩模图形需要的单环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件101。

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度w′，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w、所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w需满足下式：

w≤w′≤2w

并由式（1）和式（4）确定所述变焦准直镜组102的焦距f′，由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁和所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂，由式（3）确定所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁，所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁的调节范围满足式（6）；由式（7）调节所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂，所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂的调节范围满足式（10）。

调节所述变焦准直镜组102中可动透镜位置使其焦距为f′，调节所述第一可动反射镜403使所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离为d₁。调节所述第二可动反射镜503使所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离为d₂。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由式（2）确定所述可旋转波片2的快轴与x轴之间的夹角θ₀。

调节所述可旋转波片2使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

4、所述偏振分光薄膜303对45°角入射到其上的光束中，p光的反射率接近100％，透过率接近0，s光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第二单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的外直径大等于所述第二环形光束的内直径：

①根据掩模图形需要的单环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件101。

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度w′，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w、所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽w需满足下式：

w≤w′≤2w

并由式（1）和式（4）确定所述变焦准直镜组102的焦距f′，由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁和所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂，由式（3）确定所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁，所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离d₁的调节范围满足式（6）；由式（7）调节所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂，所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离d₂的调节范围满足式（10）。

调节所述变焦准直镜组102中可动透镜位置使其焦距为f′，调节所述第一可动反射镜403使所述第一凸锥形镜402的锥尖相对于所述第一可动反射镜403之间的距离为d₁。调节所述第二可动反射镜503使所述第二凸锥形镜502的锥尖相对于所述第二可动反射镜503之间的距离为d₂。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由式（2）确定所述可旋转波片2的快轴与x轴之间的夹角θ₀。

调节所述可旋转波片2使其快轴与x轴之间的夹角为θ₀。

实施例中，所述第一单环形光束的内直径大于所述第二单环形光束的外直径；采用的所述衍射光学元件101产生传统照明模式；所述可旋转波片2快慢轴的位相延迟差为90°；所述偏振分光单元3对45°角入射到所述偏振分光薄膜303上的光束中，s光的反射率接近100％，透过率接近0，p光的透过率接近100％，反射率接近0；所述第一四分之一波片401与所述第二四分之一波片501的快轴与x轴正方向之间的夹角均为45°。所述的所有光学元件均采用熔石英或氟化钙制造，这两种材料在深紫外波段的透过率高、光学性能好，适用于193nm、248nm等深紫外波长。

具体实施例

请参阅图1，入射到所述照明模式产生单元1上的方形光束的波长为193nm、尺寸为15mm×15mm，偏振方向沿y轴方向，所述衍射光学元件101的出射孔径半角U′为25mrad，所述变焦准直镜组102的焦距f′为200mm，由式（1）可知从所述模式产生单元1出射直径为10mm的线偏振圆形光束，则w为5mm。

入射到所述可旋转波片2的光束中A_s和A_p分别为0和1，所述可旋转波片2的快轴与x轴之间的夹角θ₀为30°，由式（2）可知从所述模式产生单元1出射的光束中A′_s、A′_p分别为和则所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的能量比大约为5:3。

入射到所述偏振分光单元3的光束中，p光透过所述偏振分光薄膜303，s光被所述偏振分光薄膜303反射，p光入射到所述环一产生单元4中，经过所述第一四分之一波片401后成为圆偏振光束，再经过所述第一凸锥形镜402后圆形光束被变换为第一单环形光束，第一单环形光束经过所述第一反射镜403的反射再经过所述第一凸锥形镜402返回到所述第一四分之一波片401，圆偏振光束经过所述第一四分之一波片401成为s光，s光被所述偏振分光薄膜303反射到光瞳面6上形成所述第一单环形光束。所述第一凸锥形镜402的锥角θ₁为170°，锥底直径D₁为100mm，材料为熔石英，其折射率n₁在193nm下为1.56，由式（6）可知所述第一凸锥形镜402的锥尖A₁相对于所述第一可动反射镜403之间距离d₁的调节范围为50.6679mm～506.6767mm，由式（3）和式（5）可知所述第一单环形光束的内径D_1i、外径D_1o的调节范围分别为0.0061～90.0601mm和10.0061～100.0601mm。本实施例中，d₁取450mm，由式（3）和式（5）可知所述第一单环形光束的内径D_1i、外径D_1o分别为78.8674mm和88.8674mm。

入射到所述环二产生单元5中的s光，经过所述第二四分之一波片501后成为圆偏振光束，再经过所述第二凸锥形镜502后圆形光束被变换为单环形光束，该单环形光束经过所述第二反射镜503的反射再经过所述第二凸锥形镜502返回到所述第二四分之一波片501，圆偏振光束经过所述第二四分之一波片501成为p光，p光透过所述偏振分光薄膜303到光瞳面6上形成所述第二单环形光束。所述第二凸锥形镜502的锥角θ₂为170°，锥底直径D₂为100mm，材料为熔石英，其折射率n₂在193nm下为1.56，由式（10）可知所述第二凸锥形镜502的锥尖A₂相对于所述第二可动反射镜503之间距离d₂的调节范围为50.6679mm～506.6767mm，由式（7）和式（9）可知所述第二单环形光束的内径D_2i、外径D_2o的调节范围分别为0.0061～90.0601mm和10.0061～100.0601mm。本实施例中，d₂取200mm，由式（7）和式（9）可知所述第二单环形光束的内外直径D_2i、D_2o分别为29.4966mm和39.4966mm。

请参阅图2b，在光瞳面6上形成了双环形照明模式，内外环的能量比大约为3:5，内环的内外直径分别为29.4966mm和39.4966mm，外环的内外直径分别为78.8674mm和88.8674mm。

实验表明，本发明通过选择相应的模式产生单元的衍射光学元件和适当的调整，可以产生光瞳面光强与内外直径连续可变、单环形照明模式和双环形照明多种照明模式。

Claims (2)

1.一种光刻机光瞳整形光学系统，其特征在于其构成包括模式产生单元(1)、可旋转波片(2)、偏振分光单元(3)、环一产生单元(4)和环二产生单元(5)，所述模式产生单元(1)由衍射光学元件(101)和变焦准直镜组(102)组成，更换不同的衍射光学元件(101)以分别实现传统照明、二极照明和四极照明模式；所述的环一产生单元(4)由第一四分之一波片(401)、第一凸锥形镜(402)和第一可动反射镜(403)组成；所述环二产生单元(5)由第二四分之一波片(501)、第二凸锥形镜(502)和第二可动反射镜(503)组成；上述元部件的位置关系如下：

沿z轴正方向依次为衍射光学元件(101)、变焦准直镜组(102)、可旋转波片(2)、偏振分光单元(3)、第一四分之一波片(401)、第一凸锥形镜(402)、第一可动反射镜(403)，所述第一凸锥形镜(402)的锥尖正对着所述第一可动反射镜(403)，所述第一可动反射镜上镀有保偏反射薄膜，所述第一可动反射镜具有可连续调整所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离的机构；

入射光经所述的偏振分光单元(3)分为反射光和透射光，沿偏振分光单元(3)反射光方向依次为第二四分之一波片(501)、第二凸锥形镜(502)和第二可动反射镜(503)，所述第二凸锥形镜(502)的锥尖正对着所述第二可动反射镜(503)，所述第二可动反射镜(503)上镀有保偏反射薄膜，所述第二可动反射镜具有可连续调整所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离的机构；

所述衍射光学元件(101)的后表面位于所述变焦准直镜组(102)的前焦面上。

2.利用权利要求1所述的光刻机光瞳整形光学系统产生离轴照明模式的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①根据掩模图形需要的照明模式，选择相应的所述衍射光学元件；

②根据需要的照明模式光强分布尺寸，调节所述变焦准直镜组的焦距；

③根据需要的第一单环形光束与第二单环形光束的能量分配关系，调节所述可旋转波片的快轴与x轴之间的夹角θ₀；

④根据需要的所述第一单环形光束的内外直径，确定并调节所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离d₁；

⑤根据需要的所述第二单环形光束的内外直径，确定并调节所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离d₂；

⑥当步骤④中所述第一单环形光束与步骤⑤中所述第二单环形光束在光瞳面上部分或者完全重叠或当步骤④中所述第一单环形光束的内或外径等于步骤⑤中所述第二单环形光束的外或内径时，得到单环形照明模式；否则得到双环形照明模式。