CN100570415C - 用于高数值孔径系统的静态和动态径向横向电偏振器 - Google Patents

Abstract

一种径向横向电偏振器，包括具有第一折射率的第一材料层；具有第二折射率的第二材料层，以及以方位角和周期性方式间隔开并置于所述第一层和所述第二层之间的多个拉长元件。多个拉长的元件与辐射的电磁波相互作用从而透射辐射电磁波的横向电偏振。偏振器装置例如可以用在光刻投影装置中来提高成像分辨率。一种器件制造方法包括使横向电偏振的辐射束偏振。

Description

用于高数值孔径系统的静态和动态径向横向电偏振器

技术领域

本发明一般涉及光学偏振器，更特别地涉及用于高数值孔径光刻技术的偏振器。

背景技术

光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造.在这种情况下，构图装置可产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅晶片)的目标部分上(例如包括一个或者多个管芯(die))。一般地，单一的晶片或基底将包含相邻目标部分的整个网格，该相邻目标部分由投影系统逐个相继辐射。

这里使用的术语“构图装置”应广义地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的装置，其中所述图案与要在基底的目标部分上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在目标部分中形成的器件如集成电路或者其它器件的特殊功能层相对应。

这种构图装置的示例是掩模。掩模的概念在光刻中是公知的，它包括如二进制型、交替相移型和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性地被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射辐射束中的所需位置，并且如果需要该台会相对光束移动。

构图装置的另一个示例是可编程反射镜阵列。这种阵列的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的基本原理是例如反射表面的已寻址区域将入射光反射为衍射光，而末寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中滤除所述非衍射光，只保留衍射光。按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的定址图案而产生图案。

可编程反射镜阵列的另一实施例利用微小反射镜的矩阵排列，通过使用适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地关于一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，由此已寻址反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到来寻址反射镜上。按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的定址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵定址。在上述两种情况中，构图装置可包括一个或者多个可编程反射镜阵列。关于如这里提到的反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891、美国专利US5,523,193以及PCT公开WO 98/38597和WO 98/33096中获得。在可编程反射镜阵列的情况中，支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。

构图装置的再一个示例是可编程LCD阵列。由美国专利US 5,229,872给出这种结构的例子。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。

为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例。可是，在这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图装置。

在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻投影装置是，通过将全部掩模图案一次曝光在目标部分上而辐射每一目标部分。这种装置通常称作晶片步进器。另一种装置，通常称作步进-扫描装置，通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射每一目标部分。因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是时掩模台扫描速度的M倍。关于如这里描述的光刻装置的更多信息可以从例如美国专利US6,046,792中获得。

在用光刻投影装置的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底进行各种处理，如涂底漆，涂敷抗蚀剂和弱烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后烘烤(PEB)，显影，强烘烤和测量和/或检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单层形成图案。这种图案层然后可进行任何不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学，机械抛光等完成一单层所需的所有处理。如果需要多层，那么对每一新层重复全部步骤或者其变化，并且尽可能精确地进行各个堆叠层的重叠(并置)。为了这一目的，在晶片的一个或多个位置处提供小的参考标记，由此确定晶片上坐标系的原点。利用与基底保持器定位装置(下文称作“对准系统”)结合的光学和电子设备，每当使一个新层并置在现有层上时，都要将该标记重新定位，该标记可以用作对准基准(alignment reference)。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯割技术将这些器件彼此分开，单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些处理的进一步信息可从例如Peter van Zant的“微芯片制造：半导体加工实践入门(MicrochipFabrication：A Practical Guide to Semiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得。

为了简单起见，投影系统在下文称为“镜头”。可是，该术语应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。辐射系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计的操作部件，该操作部件用于引导、整形或者控制辐射投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。另外，光刻装置可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台).在这种“多组式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。例如在美国专利US5,969,441和6,262,796中描述的二级光刻装置。

光刻中的新工具和方法的开发已经使在器件例如IC上构图的成像特征在分辨率方面得到改进。尤刻中的工具和技术继续改进可能导致小于50nm的分辨率。这可以利用相对较高数值孔径(NA)的透镜(大于0.75NA)，降至157nm的波长，以及如相移掩模，非常规照明和先进的光致抗蚀剂工艺等很多技术来实现。

在这些次波长分辨率的生产过程的成功依赖于印制低调制图像的能力或者依赖于将图像调制提高到能够给出可接受的光刻产量的水平的能力。

通常，工业上已经使用瑞利判据来评价分辨率和过程的焦深能力。分辨率和焦深(DOF)由下面方程式给出：

分辨率＝k₁(λ/NA)

和

DOF＝k₂(λ/NA²)

这里λ是照明源的波长，k₁和k₂是用于特定光刻工艺的常数。

因此，对于特定波长，当利用更高的NA工具提高分辨率时，焦深将降低。使用高NA的DOF的损失是公知的。但是，对于高NA的部分相干系统来说检测不到偏振目标。根据下列方程：

$I(r,Z_0)={\mathrm{\Σ}}_i{\∫}_s\mathrm{d\ρJ}\left({\mathrm{\ρ}}_0\right)\left|\mathrm{FT}\right\{O(\mathrm{\ρ}-{\mathrm{\ρ}}_0)P_i\left(\mathrm{\ρ}\right)F_i(\mathrm{\ρ},z)H(\mathrm{\ρ},Z_0)$

其中图像I在给定的膜例(如光致抗蚀剂)中是位置r以及特别对给定焦点位置Z₀的函数。该方程对于所有NA都是有效的，开且图像是所有偏振态i的总和。积分是由J定义的光源分布的叠加。括号中的傅立叶项表示在出射光瞳的电场分布。括号中的四项分别表示分划板图案的目标光谱O，偏振函数P，膜函数F和光瞳函数H。

根据该方程式，高的NA成像与偏振态和薄膜结构是有内在联系的，这样可以彻底改变电场耦合和由光致抗蚀剂膜吸收的能量。由于入射平面波在光致抗蚀剂膜上吸收的能量与使膜显影所需要的曝光量成比例。

由Donis G.Flagello等人发表的标题为“Optical Lithographyinto Millenium：Sensitivity to Aberration，Vibrations andPllarization”的论文中(2002年2月27日-3月3日召开的the 25thAnnual International Symposium on Microlighography，SPIE，SantaClara，CA，USA)已经显示了两种正交偏振(横向电偏振TE和横向磁偏振TM)在高NA时大范围的发散，直到25％的能量变化。成像系统包含许多入射角，就可降低这种效果。但是，改变相位移动掩模(PSM)需要小的局部相干性，这就限制了入射角的总数，从而产生类似的曝光量变化。

通过模拟试验已经获得的结果显示，完全偏振态和非偏振态之间的临界尺寸差取决于数值孔径NA。同时该结果还显示出改变相移掩模(PSM)的密集线是最重要的特性，这已经可以由光瞳结构基本上在晶片级上产生双光束干涉的事实来解释，并且这种情况会逐渐加大偏振的效果。例如如果选择0.85的数值孔径(相对较高)，并想要限制系统的临界尺寸CD误差不超过3％，那么剩余的偏振应该限制到10％。临界尺寸CD为线的最小宽度，或者是在设备制造中所允许的两条线之间的最小间距。模拟实验的结果还显示，光瞳填充(pupilfilling)的程度和部分相干性能够减少偏振的效果。这已经通过使用常规照明的小偏振对其特性的影响而示出。

因此，当使用多个相位掩模，并使用要求小的相干程度的成像技术时，可能需要用于透镜的更新的计量学技术。例如，高的NA偏振效果会导致对光刻工具在照明偏振方面及其严格的技术条件。

称为“湿浸式”分辨率增强技术(RET)的出现允许在不改变照明源(激光器)或掩模技术的条件下，将157nm的光刻扩展到70nm以下，也许50nm以下。根据麻省技术学院(MIT)M.Switkes等人发表的题为“Immersion Lithography at 157nm”(由J.Vac.Sci.Technology B 19(6)于2001年11/12月出版)的文章，湿浸式技术能够潜在地推出对下一代光刻(NGL)技术的要求，例如远紫外线(EUV)和电子投影光刻(EPL)。湿浸式技术包括使用化学药品和抗蚀剂来提高分辨率。湿浸式光刻可以增加数值孔径达到浸液折射率的光学投影系统的分辨率。数值孔径NA等于介质折射率n与在晶片上会聚成点像的光锥半角度θ的正弦的乘积(NA＝nsinθ)。这样，如果增大折射率n来增大NA，那么可以提高分辨率(参考方程式：分辨率＝k₁(λ/NA))。但是，如上所述，更高的NA会导致对光刻工具在照明偏振方面极其严格的技术条件。因此，偏振在湿浸式光刻中具有重要的作用。

发明内容

本发明一方面提供一种径向横向电偏振器装置，包括具有第一折射率的第一材料层，具有第二折射率的第二材料层，多个以方位角和周期性方式间隔开并置于第一层和第二层之间的拉长元件。多个拉长元件与辐射的电磁波相互作用从而透射辐射电磁波的横向电偏振。

在一个实施例中，第一折射率等于第二折射率。在另一实施方案中多个拉长的元件形成多个空隙。这些空隙可以容纳例如空气或具有第三折射率的材料。在又一实施方案中，拉长元件以选定的周期被周期性地间隔开，以使辐射电磁波沿横向电偏振方向产生偏振。在一个实施方案中，电磁辐射是紫外线辐射。

本发明的另一个方面提供一种径向横向电偏振器装置，包括具有第一折射率的基底材料，与基底材料耦合的多个拉长的方位角定向元件，该拉长元件具有第二折射率。多个拉长元件周期性地间隔开以形成多个空隙，使得径向横向电偏振器装置与具有第一和第二偏振的电磁辐射相互作用，从而基本上反射所有第一偏振的辐射并基本上透射所有第二偏振的辐射。

在本发明的一个实施例中第一偏振是横向磁偏振(TM)，第二偏振是横向电偏振(TE).多个拉长元件可由例如铝、铬、银和金构成。基底材料可由例如石英、氧化硅、氮化硅、砷化镓的电介质材料或其组合物构成。

在本发明的另一个实施例中，径向横向电偏振器装置可选择地还可以包括薄的吸收材料层。多个拉长元件涂敷有薄的吸收材料层，该吸收材料层可吸收电磁辐射的波长。选择薄的吸收材料层，使得转变为第二偏振的次级辐射的具有第一偏振的一部分反射辐射基本上被薄的吸收材料层吸收。这样，薄的吸收材料层基本上能够消除在第二偏振的透射辐射中的偏振杂光(polarization flare)。

本发明的再一个方面提供一种偏振器装置，包括偏振元件和置于偏振元件背部的吸收器。偏振元件与包括第一和第二偏振的电磁辐射相互作用，从而基本上反射所有第一偏振的辐射并基本上透射所有第二偏振的辐射。吸收器包括吸收电磁辐射的波长的材料。该材料基本上吸收所有第二偏振的辐射。该偏振器装置可在反射型光刻装置中使用。

在一个实施例中，偏振元件包括多个拉长的方位角定向的元件。多个元件周期性地隔开以形成多个空隙。多个拉长的元件例如在电磁辐射的某一波长处是导电的。在一个示例性的实施方案中，第一偏振是横向磁偏振，第二偏振是横向电偏振。

在另一个实施例中，偏振元件包括多个同心布置并周期性隔开的环。在一个示例性的实施方案中，第一偏振是横向电偏振，第二偏振是横向磁偏振。

根据本发明的再一个方面提供一种光刻投影装置，该装置包括构造并布置为提供辐射的投射束的辐射系统，构造并布置为支撑构图元件的支撑装置，构造并布置为根据所希望的图案对投射光束构图的构图装置，固定基底的基底台，构造并布置为将带图案的光束投影到基底的目标部分上的投影系统，以及构造并布置为使辐射束沿横向电偏振方向偏振的偏振器装置。

根据本发明的又一方面提供一种器件制造方法，包括将已构图的辐射光束投射到至少部分覆盖基底的辐射敏感材料层的目标部分上；和将辐射束沿横向电偏振方向偏振。本发明的另一方面提供一种利用上述方法制造的装置。

在本申请中，本发明的装置具体用于制造IC，但是应该明确理解这些装置可能具有其它应用。例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示板、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，在说明书中任何术语“分划板”，“晶片”或者“管芯(die)”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”，“基底”和“目标部分”代替。

在本文件中，使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和EUV(远紫外辐射，例如具有5-20nm的波长范围)，以及粒子束，如离子束或电子束。

附图说明

下面通过结合附图对本发明优选示例性的具体实施方案的详细说明可以更加容易明白和理解本发明的这些和其他目的及其特性。

图1示意性地表示根据本发明一个实施方案的光刻投影装置；

图2A示意性地说明了根据本发明一个实施方案的径向偏振器装置；

图2B是在图2A中示出的偏振器装置区域中的光栅放大图；

图3是根据本发明另一个实施方案的径向偏振器装置的放大侧视图；

图4是根据在图2A和3中所示实施方案显示优选偏振方向和从TE偏振器的输出的向量图；

图5是对于实施例1来说曝光范围相对焦深的图表；

图6是对于本发明实施例1来说曝光范围相对焦深的图表；

图7是根据本发明另一实施例的径向偏振器的示意图；

图8示意性地示出利用本发明的径向TE偏振器的光刻系统的实施例；

图9A示出根据本发明另一实施例具有偏振元件和吸收器的横向偏振器的示意图；

图9B示出在图9A的偏振器中所用的偏振元件的实施例的示意图；

图9C示出在图9A中所用的偏振元件的另一实施例的示意图；

图10是表示根据本发明的器件制造方法的流程图；以及

图11是根据本发明的偏振器的另一实施例的示意图。

具体实施方式

已经有几种技术用来产生偏振光。主要有四种技术用于使自然光束，即非偏振光起偏。一种技术基于双折射或双轴材料。第二种技术基于使用如“偏振片”等二向色材料。第三种技术采用薄膜技术并利用布鲁斯特效应。第四种技术基于线栅或者导电光栅。

利用双折射材料使光偏振在双折射偏振器的生产中是已知的。双折射偏振器可以由许多晶体以及某些拉伸聚合物制成。双折射材料是那些在一个方向上的光学指标与另一个方向上的光学指数相比不同的材料。两个方向之间光学指标相差的程度随光波长而变化。指标之差用于使一种线偏振光束与另一种分开。利用双折射偏振器的特点是效率低，波长依赖性以及需要高度准直光。由于这些原因，一般不将双折射偏振器用于光学投影系统中。

二向色偏振器设计为吸收一种偏振并透射另一种偏振的偏振器。最常用的二向色偏振器由聚合片(polymeric sheet)构成，将所述片拉伸为其分子定向，并且用碘和/或其他物质或者化学药品来处理所述片，从而使分子吸收一种取向的偏振.拉伸聚合物偏振器吸收一种偏振的所有强度和透射偏振的至少15％的强度。当光引起聚合材料中化学药品的变化，这些变化导致所述材料变黄或者变脆时，拉伸聚合物偏振器会随时间退化。二向色偏振器还对热和其他环境变化敏感。

在最近十年中，将拉伸聚合物片制成双折射的偏振器装置已经得到了发展。这些拉伸片反射一种偏振并透射另一种偏振。这种偏振器技术带来的一个问题是其约为15的低消光比。当对一些应用有用时，这样的消光比不适用于没有次级偏振器的成像应用。这种类型的偏振器还具有上述环境问题的缺点。

薄膜偏振器技术利用布儒斯特效应，其中以布儒斯特角入射到如玻璃，塑料等材料的表面上的光束被分成两种偏振光束，被透射的一种偏振光束和被反射的另一种偏振光束。但是薄膜偏振器技术限制光束入射的角范围。在大多数装置中将可接受的角范围非常严密地限制到几废。由于布儒勘斯特角取决于入射光的波长，因此薄膜偏振器技术也要具有波长依赖性的缺点。

对于寻找偏振光束应用的图像投影系统，总是需要更明亮的光束。偏振光束的亮度由许多因素决定，其中之一是光源本身。对于采用偏振器的系统来说另一因素是受光角(the angle of acceptance)。具有狭窄或有限受光角的偏振器不能从发散光源聚集与采用宽受光角的系统同样多的光。具有大的受光角的偏振器使投影光学系统的设计具有灵活性。这是因为不需要将偏振器相对于光源定位和定向在受光角的窄范围内。

对于偏振器来说另一个所希望的特性是将一种偏振分量与另一种偏振分量有效分开。这称为消光比，是所希望的偏振分量的光量与不希望的偏振分量的光量之比。其他所希望的特性包括将偏振器定位在光学投影系统中而不会降低偏振器效率和/或在系统中引入附加约束的自由度，所述附加约束如光束的定向等。

另一种偏振技术利用导电光栅或线栅。线栅偏振器是均匀分开的平行导电体的平面组件(planar assembly)，该组件的长度远大于其宽度，导电元件之间的间隔小于入射光束最高频率光组分的波长。这种技术已经成功地在射频域直到光谱的红外区应用了很多年。偏振平行于导体(S偏振)的波被反射，而垂直偏振(P偏振)的波被透射穿过格栅。线栅偏振器主要用在雷达，微波以及红外领域。

线栅偏振器技术不用于较短的波长，除了在很少的情况下用于可见光波长范围。例如，在美国专利US6,288,840中公开了一种用于可见光谱的线栅偏振器。该线栅偏振器嵌入如玻璃等材料中，并且包括平行拉长的隔开的元件阵列，这些元件夹在第一和第二材料层之间。拉长元件在元件之间形成多个空隙，所述元件的折射率小于第一层的折射率。元件阵列配置为与可见光谱中的电磁波相互作用，以反射大部分第一偏振的光，并透射大部分第二偏振的光。这些元件具有小于0.3微米的周期和小于0.15微米的宽度。

另一种将线栅偏振器用于可见光谱中的偏振的情况在美国专利US5,383,053中描述。线栅偏振器用于虚像显示中来提高常规分束器上的反射和透射效率。线栅偏振器用作轴上、偏振虚像显示中的分束器元件。在该申请中，栅格偏振器的消光比不是一个问题，因为图像已经被编振，并且在该申请中只关心反射和透射的相对较高的效率。

Lopez等人在Optics Letters中发表的文章(第23卷，第20号，1627至1629页)中描述了利用表面凹凸(surface-relief)光栅偏振，类似于线栅技术。Lopez等人描述了在可见光谱(He-Ne激光器在632.8nm的输出)中利用光栅偏振作为垂直入射的四分之一波片偏振器(相位延迟，π/2)，以及作为入射角是40°的偏振光束分光器(PBS)。偏振器是一维表面起伏光栅，其周期为0.3微米，占空比为50％。光栅材料是在熔融石英基底上夹在两层Si₃O₄(折射率为2.20)的单层SiO₂(折射率为1.457)。

然而，线栅偏振器技术没有建议用于紫外线波长范围中，即比400nm的可见波长下限短的波长。如上所述，开发用于紫外线辐射的偏振器可以提高光刻投影系统的分辨率，更特别地提高具有高NA的光刻投影系统的分辨率，如在湿浸式光刻系统的情况下。

Ferstl等人在SPIE(第3879卷，1999年9月，138至146页)公开了利用“高频”光栅作为偏振元件。通过微型构造技术使用直线型电子束记录并结合连续反应的离子浸蚀，在石英玻璃中制造具有特性尺寸小于照明波长为650nm的二进制光栅。在偏振束分离器中可以获得横向电子偏振TE在-1级的大约80％以及横向磁性偏振TM在0级的大约90％的衍射效率。

波的偏振态可以通过两个参数θ和φ来确定，其中θ表示TE和TM波分量的相对大小，φ表示它们的相对相位。入射波可以通过下面一对方程式来表示

A_TE＝cosθ和A_TM＝e^jφsinθ

这样，对于φ＝0来说，波在角度θ线性偏振。当φ＝π/4且φ＝±π/2时得到圆偏振。TE偏振波由θ＝0表示。TM波由θ＝π/2表示。TE和TM偏振是基本的偏振分量。

在详细描述关于偏振系统和偏振透镜之前，在其应用的范围中，即在光刻工具和方法的范围中提出偏振是明智的。

图1示意性地表示了本发明一具体实施方案的一光刻投影装置1。该装置1包括辐射系统Ex，IL，构造和设置为提供辐射投射光束PB(例如EUV辐射)，在这种具体的情况下，辐射系统还包括辐射源LA；第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如分划板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于投影系统PL精确定位的第一定位装置PM连接。第二目标台(基底台)WT，设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将基底相对于投影系统PL精确定位的第二定位装置PW连接。投射系统(“镜头”)PL(例如反射镜组)，构造和设置为将掩模MA的辐射部分成像在基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯(die))上。

如这里指出的，该装置属于透射型(例如具有透射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如反射型(具有反射掩模)。另外，该装置可以利用其它种类的构图装置，如上述涉及的可编程反射镜阵列型。

辐射源LA(例如放电或激光产生的等离子体源)产生辐射光束。该光束直接或在横穿过如扩束器Ex等调节装置后，馈送到照射系统(照射器)IL上。照射器IL包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面具有所需的均匀度和强度分布。

应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投影装置的壳体中(例如当辐射源LA是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投影装置，其产生的辐射光束被(例如通过合适的定向反射镜的帮助)引导至该装置中。当光源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明包含这两种情况。

光束PB然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。横向穿过掩模MA后，光束PB通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的目标部分C上。在第二定位装置PW和干涉测量装置IF的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的目标部分C。类似地，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片步进器的情况下(与步进-扫描装置相对)，掩模台MT可与短冲程致动装置连接，或者固定。掩模MA与基底W可以使用掩模对准标记M1，M2和基底对准标记P1，P2进行对准。

所示的装置可以按照二种不同模式使用。在步进模式中，掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投射，即单“闪”到目标部分C上。然后基底台WT沿X和/或Y方向移动，以使不同的目标部分C能够由光束PB照射。

在扫描模式中，基本为相同的情况，但是给定的目标部分C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向”，例如Y方向)以速度v移动，以使投射光束PB在掩模图像上扫描。同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相当大的目标部分C，而没有牺牲分辨率。

目前，用于投影光刻法(projection lithography)中的透镜不使用TE偏振器。它们具有线偏振或者圆偏振。在本发明之前使用的光刻工具中的偏振状态是线性，圆或者非偏振的.发明人已经确定，为了提高分辨率并允许在高NA下更好的成像，如NA大于1的湿浸式光刻(immersion lithography)中，这需要对于所有特征定向抑制TM偏振。否则对比度的损失会足够严重而破坏实际的成像。

为了在光刻投影中除去TM偏振只使用TE偏振，发明人发现在圆对称镜头中使用径向偏振器允许选择性地除去TM偏振分量。径向偏振器的制造类似于先前描述的线栅技术。这通过制造例如铬或银的径向周期性金属线(radialperiodic metal lines)，电介质或多层而实现，它们在透镜元件上或者透镜元件中嵌入。

图2A是根据本发明的径向偏振器一个实施例的示意图。径向偏振器20具有呈放射对称图案排列的周期光栅22。该光栅的周期可以根据所用辐射的特定波长和其他所需的参数来选择.在该实施例中，光栅沉积在基底24上，基底可以是玻璃或其他材料。在该实施例中，光栅22例如可以是金属，如铝，铬，银，金或在电磁辐射束的波长处导电的任何材料。该光栅例如也可以由电介质或者多层结构中的组合来制成，多层结构例如但不限于，在熔融石英基底上将SiO₂的单层夹在两层Si₃N₄之间。光栅22也可以用电子束蚀刻，例如在将图案传递到GaAs基底上之后。

图2B是在偏振器20的区域26位置处光栅22的放大图。如图2B中所示，使光栅22交错而允许偏振效应沿偏振器直径保持TE偏振强度的均匀。

虽然图2A中示出的偏振器22具有圆盘形，但是偏振器20也可以是多边形，例如但不限于，矩形，六边形等。

图3是径向偏振器另一实施例的放大侧视图。径向偏振器30包括具有第一折射率的第一材料层32，具有第二折射率的第二材料层34。以方位角和周期性方式分隔开的多个拉长元件36(或者光栅)置于第一层32和第二层34之间。多个拉长元件36与光的电磁波或辐射相互作用，从而透射横向的电TE偏振，并且反射或吸收TM偏振。多个拉长元件36例如可以由例如二氧化硅制成，第一和/或第二层32和/或34可以由包括例如石英，硅，二氧化物，氮化硅，砷化镓等，或者在电磁辐射束的波长处的电介质材料制成。类似于先前的实施例，拉长元件36之间的间隔或周期可以根据偏振器的预期用途来选择，即根据特定波长和光刻系统中的其他参数。

类似地，虽然图3中示出的偏振器是圆盘形状的一部分或者具有圆盘形状，但是偏振器30也可以是多边形的一部分或者具有多边形，所述多边形例如但不限于矩形，六边形等。

以近似垂直入射而入射到偏振器20，30的光具有改变的偏振态，从而使透射偏振态的输出垂直于偏振器20，30中光栅线(grating line)22，36的方向。

图4是具有优先的偏振方向41并从TE偏振器20输出的矢量图40。允许较高的误差和缺陷朝着偏振器的中心，因为在光瞳的边缘更需要具有高NA系统的TE偏振器。照射通过密集线(分化板图像的线)的相干光将产生3个衍射级。对于垂直线，在42处是光束的零级衍射的位置，在44和45处分别是+1级和-1级衍射的位置。对于水平线，在46和47处分别是+1级和-1级衍射的位置。+1级和-1级干涉，在到达晶片的照明中引起波谷和波峰。如果使用TE偏振，那么对于垂直和水平线，出现干涉图，导致高对比度，并由此导致线的良好分辨率。

然而，在线性偏振的情况下，仅仅垂直或水平线之一产生具有高对比度的清晰干涉图。其他的垂直或水平线不能正确地偏振，不会形成干涉图，因此对比度更小。高和低对比度图像的组合使结果达到平均，从而导致全部图案的低清晰度或分辨率的图像。为了除去导致晶片处的缺少或较少的干涉的分量，发明人采用了径向TE偏振器，该偏振器允许在透镜中沿任一方位角方向出现干涉图。使用圆偏振就不会这样，因为每个元件都是两个直角偏振的组合，但是又可被认为是以作为位置函数的固定方式在空间上发生了改变。因此使用圆偏振不会导致干涉线条，因此不适于用于光刻系统的高分辨率，因为在晶片平面中，将圆偏振还原为线性偏振，其缺陷已经在该段中描述。

在湿浸式光刻系统中，即具有高NA的光刻系统中，为了得到适用于成像密集线的分辨率需要使用TE偏振器。图5示出反映50nm密集线的未偏振湿浸式光刻系统的比较例1的过程窗口。在该实施例中采用的波长是193nm。所用的浸液是折射率为1.437(NA＝1.437)的水。空气等效数值孔径NA是1.29。该实施例中在匹配的基底上使用的抗蚀剂是由日本Sumitomo公司制造的PAR710。照明是具有σ＝0.9/0.7的环。图5是比较例1的曝光范围相对焦深的图表。该图表显示在0.0焦深处的曝光范围大约是5.6％，这是不能使用的水平。在其它焦深曝光范围甚至降低更多，使得光刻系统在高NA时不能使用非偏振光。

图6示出根据本发明实施例1具有TE偏振光和湿浸式光学装置的50nm密集线的过程窗口。在该实施例中采用的波长是193nm。所用的浸液是折射率为1.437(NA＝1.437)的水。该实施例中在匹配的基底上使用的抗蚀剂是Par710。照明是具有σ＝0.9/0.7的环。图6是曝光范围的量比焦深的图表。该图表显示在0.0焦深处的曝光范围大约是9.9％，这是不能使用的水平。当使用本发明实施例1的TE径向偏振系统时，与比较例1相比可以获得曝光范围75％的改进。与比较例1相比，在本发明实施例1中可得到DOF27％的改进。这样通过利用本发明的TE偏振器能够改进处理的窗口。在其他焦深处曝光范围随焦深的增大而减小.

图7是根据本发明径向偏振器的另一实施例的示意图。径向偏振器70由多个板形偏振器组成。径向偏振器70通过切割具有线性偏振优先的板形偏振器72而制造。板形偏振器被切成平板扇形72a-h，以便制造圆形的块偏振器。然后组装平板扇形72a-h来形成径向偏振器70。每个平板扇形72a-h具有线性偏振矢量状态74a-h，由此通过用这种方式组装平板扇形72a-h，线性矢量偏振74a-h旋转而形成径向偏振配置。然而，由于平板扇形是离散元件，为了得到“连续的”TE径向偏振，优选旋转偏振器70以使板之间的光程差随机化，并确保一致性。偏振器的旋转不是必需的而是在一些情况下它增加一致性，并且取决于怎么实现旋转，旋转速度可以选择为非常慢或非常快。为了实现这种旋转，偏振器70可以例如安装在空气轴承上。在EUV光刻技术的情况下，至少部分光刻系统在真空中，可以提供另一种安装解决方案。例如，偏振器70可以安装在磁轴承系统来代替空气轴承。旋转速度控制偏振的一致性。一般来说，旋转速度应该充分高，使板之间的光程差随机化，以便确保一致性。

图8示意性地示出利用本发明径向TE偏振器的光刻系统的实施例。如前所述，光刻系统80包括照明或辐射系统源81，掩模或分化板82，投影透镜83，基底或晶片84以及径向TE偏振器20，30或70。该实施例中示出的径向TE偏振器20，30或70位于投影透镜的入口，最好接近光瞳面，但是本领域的普通技术人员知道，可以使径向偏振器20，30或70位于投影透镜内或投影透镜外的任何地方，例如在分化板或掩模82以及投影透镜83之间。

当偏振器是具有完全导电光栅(例如，线栅或拉长元件)的理想偏振器时可以实现径向偏振器的最佳性能。在这种情况下，径向偏振器起全部反射一种偏振(例如TM偏振)光的反射镜的作用，并且完全透射另一种偏振(例如TE偏振)的光。所需的偏振(TE偏振)被透射，而不希望有的偏振(TM偏振)被反射。

但是，如果径向偏振器放置于分化板82和投影透镜83之间，例如，不希望有的偏振(TM偏振)的反射光会返回到分化板82上。具有不希望有的偏振的反射光会入射到分划板82上并往回向着径向偏振器反射。在这一过程中，由分化板反射的一部分光可能经历偏振改变。例如，如果由分化板82反射的光的偏振具有至少一部分改变为TE偏振(需要的偏振)的光，这部分具有TE偏振的光(次级光(secondarylight))可以由径向偏振器透射，因为径向偏振器构造为允许TE偏振光穿过。这部分TE偏振光虽然不如最初透射通过径向偏振器(初级TE偏振光)强烈，但是也可以穿过径向偏振器，并且最终可到达基底84。这种反射现象自己可以重复许多次，导致在朝径向偏振器的来来回回的光路中改变偏振。因为在最初横穿径向偏振器的TE偏振光(初级TE偏振光)中加入次级TE偏振光，因此可能导致在偏振中发生闪耀。偏振闪耀最终能导致成像中的模糊，由此导致成像分辨率的损失。

为了使成像中出现偏振闪耀的可能性降为最低，发明人已经决定在径向偏振器中导电光栅(例如，线栅)上涂敷薄的吸收器层可以帮助减轻来自偏振器和来自光刻装置中其他物体的回反射，其他物体例如分化板82。

在一个实施例中，薄的吸收器层随意地涂敷在图2A所示径向偏振器20的光栅22上。光栅22可以是由例如铝，铬，银，金或其组合制成的导电元件。薄的吸收器层可以是在所用辐射的波长处吸收的任何材料，例如Al₂O₃和阳极氧化铝。薄的吸收器层也可以包含低反射的化合物。具有低反射的合适的化合物可以是由德国Zeiss的工艺制造的BILATAL。其他合适的低反射化合物包括AIN和CrOx(x是正数)。

通过对偏振器的光栅22涂敷薄的吸收器层，来自径向偏振器和分化板的回反射(次级TE偏振)可以由薄层吸收，而初级TE偏振光最低程度地被薄的吸收器层吸收。这是因为不如初级TE偏振光强烈的回反射光(次级TE偏振光)相对容易地被薄的吸收器层吸收。可以选择或调整吸收器层的厚度和/或材料，从而实现回反射次级TE偏振光所希望的消光。

在上面示范性的实施例中，已经谈到吸收径向偏振器与分化板之间出现的回反射，但是应该知道，上面实施例也可以在回反射可能出现在反射偏振的光路中的任何物体与径向偏振器之间的情况下使用。

利用吸收介质和径向偏振装置的上述用于消除不需要的偏振的方法在成像应用中非常有用，所述成像应用例如是如图1中说明的使用透射光刻工具的例子。但是，当使用反射光刻工具时，可使用另一种结构来消除不需要的偏振.在反射光刻中，就是使用反射偏振来成像。因此，可以吸收或消除不需要的透射过去的偏振。

图9A示出根据本发明一个实施例的带吸收器的偏振器的示意图。偏振器90包括偏振元件92和吸收器94。吸收器94置于相对于入射光96来说的偏振元件92的背部。可以将吸收器94放置成直接接触偏转元件92的背面或者稍微离开偏振元件92。吸收器94包括吸收所用辐射的波长，即吸收入射光96的波长的材料。入射光96包含TE分量偏振和TM分量偏振。

如前所述，在反射光刻中，反射偏振用于成像而透射偏振被透射。在这种情况下，通过偏振元件92反射例如TE偏振分量97(所希望的偏振)，而通过偏振元件92透射例如TM偏振分量98(不希望的偏振)。

透射TM偏振可能在其光路中遇到一个物体，如光刻装置中另一个光学成像元件。因此，一部分TM偏振光可以往回朝偏振元件92反射。由于偏振元件92对于TM偏振是“透明的”，因此这部分TM偏振光将横穿偏振元件92.这部分TM偏振光虽然不如TE偏振光(所希望的偏振)强烈，但是可以加入并与所希望的TE偏振混合，导致成像分辨率的退化。

为了从光刻工具的其他光学元件中除去可能的回反射，将吸收器94引入不希望的TM偏振光98的光路中。以这种方式，由吸收器94沿着吸收器94的厚度ta吸收TM偏振光，该偏振光不会到达可以反射TM偏振的光刻装置中的物体。此外，即使TM偏振光没有在穿过吸收器94的厚度的第一通路中完全消除，可以在吸收器94的底面94B处反射的剩余TM偏振光99也可以在穿过吸收器94的厚度ta的第二通路中吸收。因此，由吸收器94两次吸收不希望的TM偏振，导致TM偏振分量的二次吸收/消光。这可以增强TM偏振分量的吸收。可以选择或调整吸收器的厚度ta和/或材料来实现回反射次级TE偏振光的所需消光。

在另一个实施例中，偏振元件92取代吸收器94可以置于透射基底的顶端。当偏振元件92放置在透射基底的顶端时，将四分之一波片放置于基底的背面来吸收不希望的TM偏振。在每个实施例中，通过结合吸收器来实现TM偏振分量的消除，该吸收器是吸收材料或者四分之一波片。此外，还可以将四分之一波片置于偏振元件92和吸收器94之间。在这种情况下，不希望的TM偏振遇到四分之一波片，并且穿过四分之一波片之后成为圆偏振。大部分这种圆偏振光由吸收器94吸收。然而，如果某种光由吸收器94的表面反射回去。这种反射光朝四分之一波片传送，再次圆偏振，由此变为TE偏振。由于偏振元件92反射TE偏振，因此再次穿过四分之一波片的光被偏振元件92反射并朝吸收器94传送。这样，该反射光再次由吸收器94吸收。这增强了不希望的偏振分量，即TM偏振的消除或消光。

图9A中示出的偏振分量92可以具有如图9B中示意性示出的光栅偏振器92A的结构，或者具有图9C中示意性示出的环形偏振器92B的结构。光栅偏振器92A可以类似于图2A中示出的径向偏振器20。光栅偏振器92A具有周期光栅93，该周期光栅以方位角分开的径向对称图案安排。图9B中的实线箭头显示TE偏振分量的配置/定位，虚线箭头显示TM偏振分量的配置/定位。如上所述，具有垂直于光栅(网格线或拉长元件)定位的分量偏振被透射，而平行于网格线的偏振分量被反射。这样，光栅偏振器92A是这样，反射TM偏振并透射TE偏振。TE偏振最后被吸收器94(图9A中所示)吸收。在这种情况下，用于成像的分量是TM偏振分量。但是吸收器92的结构很少用于反射光刻中。

相反，环形偏振器92B的图9C中示出的结构在反射光刻中最常用。环形偏振器92B有多个环95，所述偏振器可以放置于吸收器94(图9A中所示)或者放置于如上所述的透射基底上。环95同心设置并周期性地隔开。图9C中的实线箭头显示TE偏振分量的结构/定位，虚线箭头显示TM偏振分量的结构/定位。如前所述，将定位垂直于光栅即垂直于环的切线的构成的偏振透射，而将正切于环的偏振分量反射。在这种情况下，透射TM偏振而反射TE偏振。TM偏振最后由吸收器(图9A中所示)吸收。在这种情况下，用于成像的分量是TE偏振分量。

参考图10根据本发明的器件制造方法包括提供基底，该基底至少部分地由辐射敏感材料层覆盖S110，利用辐射系统提供辐射的投射束S120，使用构图装置赋予投射束在其横截面处的图案S130，将带图案辐射束投射到辐射敏感材料层的目标部分上S140，以及将辐射束沿横向电偏振方向偏振S150。

图11是根据本发明用于产生切线偏振的偏振器100另一个实施例的示意图。已知常规的偏振系统使用偏振单元，如分束立方体。分束立方体包含一对熔融的小心粘接在一起的精确直角的石英棱镜，以将波前失真降到最低。棱镜之一的斜边涂覆对于特定波长最优的多层偏振光束分光器涂层(如双折射材料)。分束器浪费掉入射光量，在从立方体射出的位置，在两个支路之一中，光被线性偏振.通常，为了防止印制水平和垂直线之差，在成像系统的光瞳处利用四分之一波片使偏振变为圆偏振。

但是如前所述，圆偏振由基本的偏振分量TE和TM构成。根据本发明，在包括立方体分束器103的成像系统的光瞳上引入偏振器板102。在一个实施例中，板形偏振器102包括半波片104A和104B。板形偏振器102使线性偏振光偏振为第一s偏振光S1和第二s偏振光S2，从而使第一s偏振光的波矢S1和第二s偏振光的波矢S2彼此垂直。板形偏振器置于立方体分束器103的末端，使偏振方向限制为光瞳的四分之一部分。这适合于印制平行线，因为偏振作为s偏振到达晶片上。在另外两个四分之一部分中，通过双折射(在45度)引入半波长相移。Sagital的偏振旋转90度变为切线方向。反过来，这也适合于印制垂直线。换句话说，第一s偏振光S1用于沿水平方向印制晶片上的线，第二s偏振光S2用于沿垂直方向印制晶片上的线。这样，对于垂直和水平线得到S偏振或TE偏振。

此外，因为本领域的技术人员可以很容易地进行许多改进和变化，因此不希望将本发明限制为这里描述的具体结构和操作。而且，本发明的处理过程、方法和装置譬如在光刻技术中使用的相关装置和处理性质越来越复杂，并且常经验性地确定适当的操作参数值来实施，或者通过将计算机模拟达到给定应用的最佳设计。因此，各种合适的改变及其等同都应该属于本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种径向横向电偏振器装置，包括：

具有第一折射率的第一材料层；

具有第二折射率的第二材料层，以及

以方位角和周期性方式间隔开并置于所述第一层和所述第二层之间的多个拉长元件，

其中所述多个拉长的元件与辐射的电磁波相互作用从而透射辐射电磁波的横向电偏振；

其中辐射束的波长范围是在紫外光谱内。

2.根据权利要求1的径向横向电偏振器装置，其中所述第一折射率等于所述第二折射率。

3.根据权利要求1的径向横向电偏振器装置，其中所述多个拉长的元件形成多个空隙。

4.根据权利要求3的径向横向电偏振器装置，其中所述空隙包含空气。

5.根据权利要求3的径向横向电偏振器装置，其中所述空隙包括具有第三折射率的材料。

6.根据权利要求1的径向横向电偏振器装置，其中所述拉长元件具有第四折射率。

7.根据权利要求1的径向横向电偏振器装置，

其中所述拉长元件以选定的周期被周期性地间隔开，以使所述光的电磁波沿横向电偏振方向来偏振。

8.一种径向横向电偏振器装置，包括：

具有第一折射率的基底材料；以及

与所述基底材料耦合的多个拉长的方位角定位元件，所述拉长元件具有第二折射率，

其中所述多个拉长元件周期性地间隔开以形成多个空隙，使所述径向横向电偏振器装置与包括第一和第二偏振的电磁辐射相互作用，从而基本上将所有第一偏振的辐射反射并基本上将所有第二偏振的辐射透射；

其中，辐射束的波长范围是在紫外光谱内。

9.根据权利要求8的径向横向电偏振器装置，

其中所述第一偏振是横向磁偏振，所述第二偏振是横向电偏振。

10.根据权利要求8的径向横向电偏振器装置，其中多个拉长元件可由在所述电磁辐射波长处的导电材料构成。

11.根据权利要求10的径向横向电偏振器装置，

其中所述导电材料从铝，铬，银和金中选择。

12.根据权利要求8的径向横向电偏振器装置，

其中所述基底材料可由所述电磁辐射波长处的电介质材料构成。

13.根据权利要求12的径向横向电偏振器装置，

其中所述电介质材料从石英，氧化硅，氮化硅，砷化镓及其组合中选择。

14.根据权利要求8的径向横向电偏振器装置，进一步包括：

薄的吸收材料层，所述薄的吸收材料层吸收所述电磁辐射波长处的辐射，

其中所述多个拉长元件涂敷所述薄的吸收材料层。

15.根据权利要求14的径向横向电偏振器装置，

其中选择所述薄的吸收材料层，使得转变为第二偏振的次级辐射的第一偏振的一部分反射辐射基本上被薄的吸收材料层吸收。

16.根据权利要求15的径向横向电偏振器装置，

其中第二偏振的辐射最低限度地被所述薄的吸收材料层吸收。

17.根据权利要求16的径向横向电偏振器装置，

其中所述薄的吸收材料层基本上消除在第二偏振的透射辐射中的偏振杂光。

18.根据权利要求8的径向横向电偏振器装置，

其中第二偏振是横向电偏振。

19.根据权利要求14的径向横向电偏振器装置，

其中所述薄的吸收材料层从Al₂O₃和阳极氧化铝中选择。

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