衍射光学元件(Diffractive Optical Elements, DOE)是光刻机中一系列可动的镜片(图1所示)，主要用于产生光刻所需要的光源。一台光刻机的光源大概有4000片镜片。

衍射光学元件的特点

DOE的特点则是能够在保持较高衍射效率的同时对光强分布进行精确控制，因此DOE成为实现离轴照明的理想元件。一般用于光刻系统离轴照明的DOE，其子单元个数需＜10，设计数据量较大，单元尺寸达到微米甚至是亚微米量级。

图1 一段光刻胶线条的示意图

衍射的概念

光沿着直线传播，当光穿过一个小孔或经过一个轮廓分明的边缘时，沿小孔边缘产生了干涉图形，结果得到了一个模糊的图像，而不是希望出现在光和阴影之间的清晰边缘，如图2。光看上去沿狭缝边缘弯曲了。这种现象被称做衍射。

图2 从小孔射出的光的干涉图样

衍射效率

衍射效率是评价衍射光学元件以及含有衍射光学元件的折衍射混合光学系统的重要指标之一。光线通过衍射光学元件后，会产生多个衍射级次，一般只是关注主衍射级次的光线，其他衍射级次的光线在主衍射级像面上形成杂散光，降低像面的对比度。因此，衍射光学元件的衍射效率直接影响到衍射光学元件的成像质量，对衍射光学元件衍射效率的精确测量是十分必要的。

掩膜版的衍射

光的衍射和光刻密切相关，因为投影掩膜版上有小的清晰图形并且间距很窄。曝光时，光必须通过这些图形，见图3。衍射图样夺走了曝光能量，并使光发散，导致光刻胶上不要曝光的区域被曝光。这个问题在孔小时更严重，例如小到200nm的接触孔。由衍射引起的干涉图样能使小接触孔和小线条很难被光刻。

图3 版图的衍射