研究了NA1.35浸没式光刻照明系统中照明模式变换模块的设计和测试。采用衍射光学元件实现包括传统照明、二极照明、四极照明的照明模式变换系统的设计和分析。给出了不同照明模式的衍射光学元件的设计结果, 并对设计结果进行了模拟分析和实验分析, 证明了设计的可行性。研究结果表明: 当输入光场被分割的阵列数为20×20单元时, 二极和四极照明模式下衍射元件台阶数为32, 传统照明模式下台阶数为128的情况下, 衍射光学元件作为照明模式变换器的均匀性及衍射效率都能够满足设计要求。从原理、实验上验证衍射光学元件激光模式变换器设计的正确性及可行性。研究结果能够应用于浸没式光刻照明系统中照明模式变换结构中, 具有一定的理论价值和工程意义。

深紫外(DUV)光刻机照明系统普遍采用衍射光学元件(DOE)实现光瞳整形。根据光刻机的指标要求，衍射光学元件应具有高衍射效率和高均匀性的特点。传统的相位恢复算法如Gerchberg-Saxton (GS)及其改进算法，一般只能通过降低均匀性来提高衍射效率，无法得到最优的解。而全局优化算法如模拟退火法、遗传基因法等需要大量的计算时间，难以实现像素数目多的深紫外DOE 的设计。为了克服上述困难，提出了一种基于GS的混合梯度下降算法，在迭代过程中对每次迭代的振幅进行加权反馈修正，在加快收敛速度的同时，减少误差，同时实现高效率和高信噪比。利用该算法对光刻需要的传统、四极照明光瞳、定制照明光瞳的DOE 进行了设计，结果表明，实现传统和四极照明光瞳的16阶量化相位DOE 的衍射效率均超过92%, 而非均匀性分别为3.98%和2.3%。实现定制照明光瞳的DOE 的衍射效率为91%，图形恢复误差为5.8%。该方法为获得高性能深紫外DOE 提供一条可行的途径。

投影光刻机普遍采用衍射光学元件(DOE)来产生各种照明模式。针对投影光刻机中准分子激光器空间相干性差的特点，提出了一种混合分区设计方法，并利用该方法对产生传统照明模式、二极照明模式和四极照明模式的DOE进行了具体的设计。仿真分析了采用常规重复分区方法和混合分区方法的两类设计结果，并对它们的远场光强分布进行了详细的比较分析。在相同的局部优化算法条件下，相对于常规重复分区方法的设计结果而言，混合分区方法设计的DOE可使传统照明模式的非均匀性从26.45%下降到1.12%，二极照明模式的非均匀性从19.93%下降到5.45%，四极照明模式的非均匀性从17.73%下降到3.54%。混合分区设计方法无需改变局部优化算法，在保持高衍射效率的同时能大幅度提高光瞳均匀性。

在高分辨光学光刻技术中，光瞳整形技术针对不同的掩模图形产生特定的光瞳光强分布模式，从而实现分辨力增强，获得更好的成像性能。概述了高分辨率投影光刻机照明系统中基于衍射光学元件(DOE)、微透镜阵列(MLA)和微反射镜阵列(MMA)的3种光瞳整形技术，并对这些技术的工作原理、设计制作方法和性能特点进行了归纳与总结。