JP2006049902A - 光の偏光を空間的に制御する光学システムおよびこれを製作する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光の偏光を空間的に制御する光学システムおよびこれを製作する方法を提供する。
【解決手段】 このシステムは所定波長の光線を生成する光源、前記光源で生成された光線を互いに異なる偏光状態を有する複数個の部分光線で分ける偏光制御器を具備する。前記偏光制御器は回折光学装置またはホログラム光学装置の表面に所定の偏光パターンを位置依存性を有するように配置した結果物であることが望ましい。前記偏光制御器によって、前記光線の偏光状態を空間的に制御することが可能である。その結果、大きい開口数を有する光学装置で発生する像対比度の減少を克服することができる。
【選択図】 図９Ｂ

Description

本発明は光学装置およびその製造方法に係わり、さらに詳細には偏光制御された光線を形成することができる光学装置およびこれを製作する方法に関する。

半導体装置が高集積化されることに従って、徐々に高い解像度を有する光学装置が必要になった。三つの因数（すなわち、光の波長λ、開口数ＮＡおよび工程定数ｋ_１）を有する下の式１のレイリーの方程式（Ｒａｙｌｅｉｇｈ‘ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ）は前記光学装置の解像度Ｗ_ｍｉｎを高めるための本質的な方法を提示する。

［数式１］
Ｗ_ｍｉｎ＝ｋ_１ λ／ＮＡ

すなわち、高い解像度を得るためには光の波長λと工程定数ｋ１は減らし、開口数ＮＡは増加させることが必要である。光の波長を減らすための努力の結果として、露光装置で使用される光線の波長は１９８２年のＧ−ｌｉｎｅ（４３６ｎｍ）から最近のＡｒＦレーザー波長（１９３ｎｍ）まで減少したし、そのうちにＦ２レーザー波長（１５７ｎｍ）まで減少する予定である（図１参照）。また、改善されたフォトマスク（ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｐｈｏｔｏｍａｓｋ）、改善されたレンズ（ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｌｅｎｓｅｓ）、優れたフォトレジスト（ｂｅｔｔｅｒ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）、改善された工程制御（ｂｅｔｔｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌｓ）および解像度増加技術（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ、 ＲＥＴ）などが露光工程で使用されることに従って、前記工程定数ｋ１は、図２に示したように、最近では０.４５まで減少した。

一方、開口数ＮＡは、図１に示したように、Ｇ−ｌｉｎｅ期の０.３、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）期の０.６を越して最近ＡｒＦ（１９３ｎｍ）では０.７以上まで増加している。 このような開口数の増加は少なくとも極紫外線（ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａ ｖｉｏｌｅｔ、ＥＵＶ（１３.５ｎｍ））を使用する前までは続くと予想されている。また、液浸（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）技術が使用される場合、１９３ｎｍの光はより長い間半導体露光装置の光源として使用されると期待される。しかし、非特許文献１に、開口数が高い場合に発生するＴＭ像対比度の本質的な損失（ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｌｏｓｓ ｏｆ ＴＭ ｉｍａｇｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ）が開示されている。

図３Ａおよび図３Ｂは非特許文献１で説明されているＴＥおよびＴＭ偏光に対する開口数対像対比度（ｉｍａｇｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ）の間の特性を示すグラフである。図３Ａはコヒーレントな二つのビーム（ｔｗｏ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｂｅａｍｓ）の位置が各々前記開口数ＮＡを定義するヒトミ（ｐｕｐｉｌ）の中心と端である場合、これらビームの干渉による像対比度の特性を図示し、図３Ｂはこれらビームが各々前記ヒトミの両端（ａｔ ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｅｄｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｐｉｌ）に配置される場合、これらビームの干渉による像対比度の特性を図示している。

図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、ＴＥ偏光された光の像対比度はすべての開口数に対して定数１である一方、ＴＭ偏光された光の像対比度は前記開口数が増加することに従って減少する。ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ＰＳＭ（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｍａｓｋｓ）のような強い解像度増加技術（ｓｔｒｏｎｇ ＲＥＴ）に該当するビームがヒトミの反対側の端に配置される構成の場合、このようなＴＭ像対比度の減少はもっと目立つ。例えば、図３Ｂに示したように、開口数ＮＡが０．７１である場合、前記ＴＭ対比度は０に減少し、開口数ＮＡが１である場合、前記ＴＭ対比度は−１に減少する。前記ＴＭ対比度が−１である場合、前記ＴＭ偏光された光と前記ＴＥ偏光された光は相殺される。このように前記ＴＭ偏光された光はフォトレジストの露光過程に寄与することができないので、大きい開口数を有する露光工程では前記ＴＥ偏光された光のみを選択的に使用する光学システムが必要である。

しかし、図４に示したように、フォトマスクが互いに異なる方向のマスタパターン１をともに有する場合、一方向に偏光された光は前記フォトマスクで吸収される可能性がある。この場合、前記半導体基板上に到逹する前記偏光された光はフォトレジストを露光するのに十分な強さを有しない可能性がある。したがって、偏光された光を露光工程に使用するためには、前記光の偏光状態を位置に従って制御することが必要である。

整理すれば、半導体装置が高集積化されることに従って、より大きい開口数を有する露光システムが必要であるが、前記開口数が所定の大きさを越す場合、前記露光システムは光の偏光状態の制御が可能でなければならない。しかし、多様な方向のパターンを形成するための実際露光工程では光の偏光状態を空間的に制御することができる光学システムが必要である。
Ｔｉｍｏｔｈｙ Ａ． Ｂｒｕｎｎｅｒ，ら、「Ｈｉｇｈ Ｎａ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｍａｇｅｒｙ ａｔ Ｂｒｅｗｓｔｅｒ‘ｓ ａｎｇｌｅ」 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｖｏｌ．４６９１（２００２）、ｐｐ.１１〜２４

本発明の第１の課題はＴＥ偏光された光のみを選択的に使用することができる光学システムを提供することにある。

本発明の第２の課題は光の偏光状態を空間的に制御することができる光学システムを提供することにある。

本発明の第３の課題は光の偏光状態を空間的に制御することができる光学システムを製作する方法を提供することにある。

前記技術的課題を達成するために、本発明は光形状器に偏光パターンを配置した光学システムを提供する。このシステムは所定波長の光線（ｌｉｇｈｔ ｂｅａｍ）を生成する光源、前記光源で生成された光線が照射されるターゲットオブジェクト（ｔａｒｇｅｔ ｏｂｊｅｃｔ）および前記光源から前記ターゲットオブジェクトに至る光線の経路上に配置されて、前記光線を互いに異なる偏光状態を有する複数個の部分光線で分ける偏光制御器（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を具備する。

この際、前記偏光制御器は１と等しいか、または少なくとも１より大きいｎ個の部分区域（ｐａｒｔｉａｌ ａｒｅａｓ）で分けられるビーム形状装置（ｂｅａｍ ｓｈａｐｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）および前記ビーム形状装置の表面に形成された偏光パターン（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ）を具備することができる。この場合、前記ビーム形状装置の各部分区域は１と等しいか、または少なくとも１より大きいｍ個の下部区域（ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅ ａｒｅａｓ）で構成され、前記下部区域は前記光線を前記部分光線で分けるために前記ビーム形状装置内での位置によって決められる多様な厚さを有する。

本発明によると、前記偏光パターンはｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域とｋ（ｋ≠ｉであり、かつ１≦ｋ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域で同一の偏光特性を提供する物理的構造を有する。例えば、前記偏光パターンはｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域とｋ（ｋ≠ｉであり、かつ１≦ｋ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域で、同一の方向を有するバーパターンでありうる。

本発明によると、前記下部区域は第１厚さ、および前記第１厚さより厚い第２厚さのうちの一つの厚さを有する。また、前記ビーム形状装置は回折光学装置（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ、ＤＯＥ）またはホログラム光学装置（ｈｏｌｏｇｒａｍ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ、ＨＯＥ）のうちの一つでありうる。

本発明の一実施形態によると、前記偏光パターンは所定の方向に配置される複数個のバーパターン（ｂａｒ ｐａｔｔｅｒｎｓ）を含む。この際、前記バーパターンのピッチは前記光線波長の０.２倍乃至１.５倍であり、前記バーパターンの幅は前記バーパターンのピッチの０.２倍乃至０.８倍であることが望ましい。また、前記バーパターンはおおよそ１０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さで形成され、おおよそ１.３乃至２.５の屈折係数（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）およびおおよそ０乃至０.２の吸光係数（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ）を有する物質で形成されることが望ましい。例えば、前記バーパターンはシリコン窒化膜ＬＰ−ＳｉＮ、シリコン酸化窒化膜およびフォトレジストパターンのうちから選択された少なくとも一つの物質で形成されることができる。

前記技術的課題を達成するために、本発明は整列された光形状器および偏光器を具備する光学システムを提供する。このシステムは所定波長の光線（ｌｉｇｈｔ ｂｅａｍ）を生成する光源、前記光源で生成された光線が照射されるターゲットオブジェクト（ｔａｒｇｅｔ ｏｂｊｅｃｔ）、前記光源から前記ターゲットオブジェクトに至る光線の経路上に配置されて前記光線を互いに異なる複数個の部分光線で分けるビーム形状装置（ｂｅａｍ ｓｈａｐｅｒ）および前記光源から前記ターゲットオブジェクトに至る光線の経路上に配置されて前記部分光線の偏光状態を調節する少なくとも一つの偏光器（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を具備する。

この際、前記ビーム形状装置は前記光源と前記偏光器との間に配置されるか、前記偏光器と前記ターゲットオブジェクトとの間に配置されることができる。また、前記ビーム形状装置は回折光学装置（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ、ＤＯＥ）またはホログラム光学装置（ｈｏｌｏｇｒａｍ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ、ＨＯＥ）のうちの一つでありうる。

本発明によると、前記ビーム形状装置は１と等しいか、または少なくとも１より大きいｎ個の部分区域（ｐａｒｔｉａｌ ａｒｅａｓ）で構成され、各部分区域は１と等しいか、または少なくとも１より大きいｍ個の下部区域（ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅ ａｒｅａｓ）で構成される。この際、前記下部区域は前記光線を前記部分光線で分けるために前記ビーム形状装置内での位置によって決められる多様な厚さを有する。また、前記偏光器はｎ×ｍ個の下部偏光板（ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｌａｔｅｓ）で構成され、ｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域とｋ（ｋ≠ｉであり、かつ１≦ｋ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域を各々通過した部分光線が通る前記下部偏光板は同一の偏光特性を提供する物理的構造を有することが望ましい。

前記他の技術的課題を達成するために、本発明は部分光線の偏光状態を除去するために偏光器を形成する段階を含む光学システムの製作方法を提供する。この方法は所定波長の光線を発生させる光源を準備し、前記光源から発生した光線を少なくとも一つの部分光線で分けるためのビーム形状装置を形成した後、前記分けられた部分光線の偏光状態を制御するための偏光器を形成する段階を含む。

この際、前記ビーム形状器を形成する段階は、１に等しいか、または１より大きいｎ個の部分区域を有し、さらに前記部分区域が１に等しいか、または少なくとも１より大きいｍ個の下部区域を有するように構成される所定の透明な基板を準備した後、前記基板をパターニングして前記下部区域の厚さを位置に応じて異なるように作ることによって、所定模様（ｐｒｏｆｉｌｅ）の光線を形成するための回折光学パターンを形成する段階を含む。

前記偏光器を形成する段階は、前記ビーム形状装置の各部分区域の同一の下部区域には、同一の偏光状態を提供することができる物理的構造を有する偏光パターンを形成する段階を含むことが望ましい。

本発明によると、ビーム形状装置の下部区域に所定方向の偏光パターンを配置する。これによって、偏光パターンが配置されたビーム形状装置は制御された偏光状態を有し、同時に制御された模様を有する光線を作ることができる。すなわち、本発明によると、光線の偏光状態を空間的に制御することができる。その結果、大きい開口数を有する露光装置で発生する像対比度の減少問題を根本的に克服することができる。

以下、添付の図を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になれるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達するために提供されるものである。図において、層および領域の厚さは明確性のために誇張されたものである。また、層が他の層または基板上にあると言及される場合に、それは他の層または基板上に直接形成されることができるもの、またはそれらの間に第３の層が介在されることもできるものである。

図５は本発明の実施形態による露光装置の構造を概略的に説明するための図である。

図５を参照すると、本発明による露光装置１００は所定波長の光線（ｌｉｇｈｔ ｂｅａｍ、Ｌ）を生成させる光源（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）１０１および前記光源１０１で生成された前記光線Ｌを照明系（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）１０５に伝達する光伝達系（ｌｉｇｈｔ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ）を具備する。前記光伝達系は図示したように、複数個の鏡１０２、１０３、１０４を含む構成を有することができる。

前記照明系１０５は前記光源１０１で生成された前記光線Ｌを、図６Ａ乃至図６Ｇに示したような、多様な空間的模様（ｓｐａｔｉａｌ ｐｒｏｆｉｌｅ）の部分光線（ｐａｒｔｉａｌ ｂｅａｍｓ、Ｌ'）に変換させるためのビーム形状装置（ｂｅａｍ ｓｈａｐｅｒ）を含む。前記ビーム形状装置は前記光源１０１で生成された前記光線Ｌを互いに異なる部分区域を有する複数個の部分光線（ｐａｒｔｉａｌ ｂｅａｍｓ）で分離する。このような分離のために、前記ビーム形状装置は光の回折現象を利用することが望ましく、回折光学装置（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ、ＤＯＥ）またはホログラム光学装置（ｈｏｌｏｇｒａｍ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ、ＨＯＥ）などを前記ビーム形状装置で使用することができる。

なお、前記露光装置１００はマスタパターンが描かれたフォトマスク１０７およびフォトレジスト１１１が塗布された半導体基板１１０がローディングされるウェーハステージ１０９をさらに具備する。前記フォトマスク１０７は所定のマスクステージ１０６上にローディングされ、前記マスクステージ１０６と前記ウェーハステージ１０９との間には所定のレンズシステム１０８がさらに配置される。液浸（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）技術が採用される場合、前記レンズシステム１０８と前記フォトレジスト１１１との間の空間は所定の液体で満たされることもできる。

図７Ａは本発明によるビーム形状装置（例えば、ホログラム光学装置ＨＯＥ）で見いだすことができるホログラムパターンを示す。図７Ａの特定のホログラムパターンは、図６Ｅまたは図７Ｂに示したダイポールパターンにおける部分光線Ｌ'を形成するために使用される。（図７Ａの所定領域９９を拡大した）図８Ａに示したように、前記ビーム形状装置は複数個の部分区域で分けることができる。この場合、前記ホログラム柄は互いに異なる物理的構造（例えば、厚さ）を有する前記部分区域が空間的に分布された結果である。すなわち、前記ホログラム柄は、図８Ａおよび図８Ｂに示したように、互いに異なる厚さを有する第１部分区域１０ａと第２部分区域１０ｂで構成される。

前記部分光線Ｌ'が図６Ａ乃至図６Ｇに示した空間的模様を形成するように、前記部分区域は位置に応じて他の厚さを有する。前記部分区域１０ａ、１０ｂの厚さは各部分区域を通過する光線の光学的特性を計算して決められ、このような計算には、一般的にコンピュータを使用してフーリエ変換（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を実行する段階が含まれる。前記ビーム形状装置を製造する段階は前記各部分区域の厚さを計算した後、写真／エッチング工程を含む所定のパターニング段階をさらに含む。前記計算された厚さは前記パターニング段階でビーム形状基板（ｂｅａｍ ｓｈａｐｉｎｇ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）２００のエッチングの深さを決めるのに利用される。

図８Ｂは本発明によるビーム形状装置の断面を図８ＡのＩ-Ｉ'の一点鎖線に沿って示した斜視図である。図８Ｂを参照すると、各部分区域は第１厚さｔ_１を有する第１部分区域１０ａであるか、前記第１厚さｔ_１より厚い第２厚さｔ_２を有する第２部分区域１０ｂでありうる。しかし、前記部分区域１０ａ、１０ｂが、それぞれ二つ以上の様々な厚さのうちの一つを有するように形成する実施形態も可能である。

本発明の実施形態によると、上述のビーム形状装置は前記光線（ｌｉｇｈｔ ｂｅａｍ）を少なくとも一つの偏光制御された部分光線に変える偏光制御器（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を構成する。このために、前記ビーム形状装置の表面には所定の偏光パターン（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓ）２１０が形成される。この実施形態によると、前記偏光パターン２１０は一方向を有し、かつ前記部分区域上に形成され、その結果、前記ビーム形状装置を通過した部分光線は同一の偏光状態を有するようになる。

本発明の一実施形態によると、前記偏光パターン２１０は図８Ｂおよび図８Ｃに示したように所定のピッチＰを有するバーパターン（ｂａｒ ｐａｔｔｅｒｎｓ）でありうる。前記バーパターン２１０の間のピッチＰは前記光線波長λのおおよそ０.２倍乃至おおよそ１．５倍であり、前記バーパターンの幅ｗは前記バーパターンのピッチの０.２倍乃至０.８倍であることが望ましい。また、前記バーパターン２１０はおおよそ１０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さｈで形成することが望ましい。前記バーパターン２１０はおおよそ１．３乃至２.５の屈折係数（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ、ｎ）およびおおよそ０乃至０.２の吸光係数（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ、ｋ）を有する物質で形成されることが望ましい。例えば、前記バーパターン２１０はＡｒＦフォトレジスト、シリコン窒化膜ＳｉＮおよびシリコン酸化窒化膜ＳｉＯＮのうちで選択された少なくとも一つの物質でありうる。

図９Ａは互いに垂直な偏光状態を有する部分光線を形成するための偏光制御器３０３を説明するための図であり、図９Ｂは本発明によるビーム形状装置の構造を図９Ａの一点鎖線Ｉ-Ｉ'に沿って示した斜視図である。このように互いに垂直な偏光状態を有する部分光線を形成するための偏光制御器３０３は、図示したように、所定の第１方向の偏光状態を作ることができる第１仮想偏光制御器３０１と前記第１方向に垂直な第２方向の第２偏光状態を作ることができる第２仮想偏光制御器３０２を併合する過程を通じて製造することができる。この際、前記第１および第２仮想偏光制御器３０１、３０２の製作方法は図８Ａおよび図８Ｂで説明された前記ビーム形状装置の製作方法と同一である。しかし、前記第１および第２仮想偏光制御器３０１、３０２は前記偏光制御器３０３を製造する一つの容易な方法を説明するために導入した構造であるので、これらが実際に製作される必要はない。

より詳細には、前記偏光制御器３０３は複数個の部分区域３０を有し、前記第１および第２仮想偏光制御器３０１、３０２は、図８Ｂで説明したように、第１部分区域１０ａおよび前記第１部分区域１０ａより厚い第２部分区域１０ｂで構成される。この際、前記偏光制御器３０３の各部分区域３０は、図９Ａに示したように、前記第１および第２仮想偏光制御器３０１、３０２の相応する位置の部分区域を併合した結果物である。

一方、前記第１および第２仮想偏光制御器３０１、３０２の厚さの分布はこれらを通過する部分光線の模様を決め、前記第１および第２仮想偏光制御器３０１、３０２に形成された偏光パターンの方向は前記部分光線の偏光状態を決める。したがって、これらの併合された結果物である前記偏光制御器３０３の各部分区域３０を通過する光線は前記第１および第２仮想偏光制御器３０１、３０２を利用して個別的に作ることができる部分光線の重畳された物理的特性（例えば、光線の模様および偏光状態）を有する。

図示した本発明の実施形態によると、前記偏光制御器３０３の部分区域３０は第１下部区域３０ａと第２下部区域３０ｂで構成され、前記第１下部区域３０ａは前記第１仮想偏光制御器３０１の相応する位置の部分区域と同一の厚さを有し、前記第２下部区域３０ｂは前記第２仮想偏光制御器３０２の相応する位置の部分区域と同一の厚さを有する。結果的に、前記偏光制御器３０３を透過する部分光線の模様は前記第１および第２仮想偏光制御器３０１、３０２を各々透過した部分光線を重畳させた結果と同一である。

また、前記第１下部区域３０ａと前記第２下部区域３０ｂは、図９Ｂに示したように、前記第１および第２仮想偏光制御器３０１、３０２の相応する位置の部分区域に形成された偏光パターンと同一の方向を有する第１偏光パターン２１０ａおよび第２偏光パターン２１０ｂを各々具備する。これによって、前記第１下部区域３０ａを通過して形成された部分光線は前記第１仮想偏光制御器３０１を通過する光線と同一の偏光状態を有し、前記第２下部区域３０ｂを通過して形成される部分光線は前記第２仮想偏光制御器３０２を通過する光線と同一の偏光状態を有する。

望ましくは、上述した併合の完全性のために、前記偏光制御器３０３および前記第１および第２仮想偏光制御器３０１、３０２の部分区域の個数は全部同一である。また、図示された部分区域は偏光制御器３０１、３０２、３０３の一部領域のみを示したと理解されなければならない。

本発明による偏光制御器は一般化することができる。このような一般化された構造はさらに複雑な場合のために使用することができる偏光制御器を設計／製作することを可能にする。本発明による偏光制御器は１と等しいか、または少なくとも１より大きいｎ個の部分区域３０を含み、各部分区域３０は１と等しいか、または少なくとも１より大きいｍ個の下部区域で構成される。結果的に、前記偏光制御器はｎ×ｍ個の下部区域で構成される。

この際、前記下部区域の個数は所望するビーム模様を形成するのに要求される部分光線の数であることが望ましい。所望する模様の部分光線を作るため、前記下部区域は多様な厚さで形成されることができる。本発明によると、各部分区域でｋ（１≦ｋ≦ｍ）番目の下部区域の厚さはｋ番目の部分光線の模様を決めるパラメータである。

また、本発明によると、ｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域とｋ（ｋ≠ｉであり、かつ１≦ｋ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域は同一の偏光特性を提供することができる偏光パターンが配置される。例えば、これら領域には同一の方向を有するバーパターン２１０が配置される。これによって、前記ｊ番目の下部区域によって決められるｊ番目の部分光線は前記ｊ番目の下部区域に形成されたバーパターン２１０によって決められた偏光特性を有する。望ましくは、前記バーパターン２１０は、図８Ｂおよび図８Ｃで説明したように、前記光線波長λのおおよそ０.２倍乃至おおよそ１。５倍に該当するピッチＰを有し、前記ピッチＰの０.２倍乃至０.８倍である前記バーパターンの幅ｗを有することが望ましい。また、前記バーパターン２１０はおおよそ１０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さｈで形成し、おおよそ１.３乃至２.５の屈折係数（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ、ｎ）およびおおよそ０乃至０．２の吸光係数（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ、ｋ）を有する物質で形成されることが望ましい。例えば、前記バーパターン２１０はＡｒＦフォトレジスト、シリコン窒化膜ＳｉＮおよびシリコン酸化窒化膜ＳｉＯＮのうちで選択された少なくとも一つの物質でありうる。

図１０は三つの異なる部分光線を作るために、第１、第２および第３仮想偏光制御器４０１、４０２、４０３を具備する実施形態を示す。図１０によると、第３下部区域Ｃの面積は第１および第２下部区域Ａ、Ｂの面積に比べておおよそ二倍である。この場合、前記第３下部区域Ｃによって形成される部分光線の強さは前記第１および第２下部区域Ａ、Ｂによって形成される部分光線の強さに比べて二倍に該当する。すなわち、ｊ番目の部分光線の強さはｊ番目の下部区域の面積によって決められる（図１０参照）。

発明のもう一つの実施形態によると、ビーム形状装置（ｂｅａｍ ｓｈａｐｅｒ）と偏光器（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）が分離された光学システムを通じても本発明の技術的課題を達成することができる。この実施形態は上述の実施形態と類似であるので、重複される技術的内容に対する説明は略する。このシステムは、図１１に示したように、前記光線を部分光線で作る前記ビーム形状装置（ｂｅａｍ ｓｈａｐｅｒ）と前記ビーム形状装置から離隔されて配置され、前記部分光線の偏光状態を制御する偏光器（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を具備する。この際、前記偏光器は前記ビーム形状装置の上部（すなわち、前記光源１０１と前記ビーム形状装置との間）または下部（すなわち、前記ビーム形状装置と前記フォトマスク１０７との間）に配置されることができる。

この実施形態で、前記ビーム形状装置は上述の実施形態と同一に、１と同一、または少なくとも１より大きいｎ個の部分区域（ｐａｒｔｉａｌ ａｒｅａｓ）で構成され、各部分区域は１と同一、または少なくとも１より大きいｍ個の下部区域（ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅ ａｒｅａｓ）で構成される。また、前記偏光器は複数個の下部偏光板（ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｌａｔｅｓ）で構成され、上述の実施形態と類似して、ｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域とｋ（ｋ≠ｉであり、かつ１≦ｋ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目下部区域を各々通過した部分光線が通る前記下部偏光板は同一の偏光特性を提供する物理的構造を有する。このような構成のために、前記下部偏光板は少なくともｎ×ｍ個である。

このような光学システムを作る方法は光源を準備した後、ビーム形状装置および偏光器を配置する段階を含む。前記光源は所定波長の光線を発生させることができるように製作される。前記ビーム形状装置は前記光源から発生した光線を少なくとも一つの部分光線で分ける光学装置として、上述したように、回折光学装置ＤＯＥまたはホログラム光学装置ＨＯＥであることが望ましい。

前記ビーム形状装置を製作する過程は所定の透明な基板を準備した後、前記基板をパターニングする段階を含むことができる。この際、前記基板は１と等しいか、または少なくとも１より大きいｎ個の部分区域を有し、各部分区域は１と等しいか、または少なくとも１より大きいｍ個の下部区域を有する。前記基板をパターニングする段階は前記下部区域の厚さを位置に応じて異なって作る過程である。このように位置に応じて異なる厚さを有する下部区域の配置結果物である前記回折光学パターンは入射される光線を所定の模様（ｐｒｏｆｉｌｅ）に変換させる。

一方、前記偏光器を形成する段階は前記ビーム形状装置の表面に所定方向の偏光パターンを形成する段階を含むことが望ましい。この際、前記ビーム形状装置の各部分区域の同一の下部区域には同一の偏光状態を提供することができる偏光パターンが配置される。一方、前記偏光器は前記ビーム形状装置の表面から離隔された別途の基板に形成されることもできる。前記偏光パターンの構造および配置などに関する内容は図８Ｂ、図９Ｂ、図１０および図１１での説明と類似であるので、ここでは略する。

半導体露光技術の発展推移を示すグラフである。 半導体露光技術の発展推移を示すグラフである。 偏光による開口数対像対比度（ｉｍａｇｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ）の間の特性を示すグラフである。 偏光による開口数対像対比度（ｉｍａｇｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ）の間の特性を示すグラフである。 互いに異なる方向を有するパターンの一部分を示す平面図である。 本発明の実施形態による露光装置の構造を概略的に説明するための図である。 多様な空間的模様を有する光線を示す図である。 多様な空間的模様を有する光線を示す図である。 多様な空間的模様を有する光線を示す図である。 多様な空間的模様を有する光線を示す図である。 多様な空間的模様を有する光線を示す図である。 多様な空間的模様を有する光線を示す図である。 多様な空間的模様を有する光線を示す図である。 本発明によるビーム形状装置で見いだすことができるホログラム柄を示す平面図である。 図７Ａに示したホログラム柄を利用して形成される光線の空間的強さ分布を示す図である。 本発明の第１実施形態による偏光制御器を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による偏光制御器を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による偏光制御器を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による偏光制御器を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による偏光制御器を説明するための図である。 本発明の第３実施形態による偏光制御器を説明するための図である。 本発明の第４実施形態による偏光制御器を説明するための図である。

Claims (23)

1. 所定波長の光線を生成する光源と、
   前記光源で生成された光線が照射されるターゲットオブジェクトと
   前記光源から前記ターゲットオブジェクトに至る光線の経路上に配置され、前記光線を互いに異なる複数個の部分光線で分けるビーム形状装置と、
   前記光源から前記ターゲットオブジェクトに至る光線の経路上に配置されて、前記部分光線の偏光状態を調節する少なくとも一つの偏光器とを具備することを特徴とする光学システム。
2. 前記ビーム形状装置は自然数ｎ個の部分区域を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
3. 前記ビーム形状装置の各部分区域は自然数ｍ個の下部区域を含み、
   前記下部区域は前記ビーム形状装置での位置に応じて異なる厚さを有することで前記光線を複数個の部分光線で分けることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
4. 前記偏光器はｎ×ｍ個の下部偏光パターンで構成され、ｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域とｋ（ｋ≠ｉであり、かつ１≦ｋ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域での偏光パターンは同一の偏光状態を作ることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
5. 前記偏光パターンはｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域とｋ（ｋ≠ｉであり、かつ１≦ｋ≦ｎ）番目の部分区域のｊ番目の下部区域で、同一の方向を有するバーパターンであることを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 前記下部区域の各々は第１厚さ、および前記第１厚さより厚い第２厚さのうちの一つの厚さを有することを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
7. 前記ビーム形状装置は回折光学装置またはホログラム光学装置であることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
8. 前記偏光器は所定の方向に配置される複数個のバーパターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
9. 前記バーパターンのピッチは前記光線波長の０.２倍乃至１.５倍であり、
   前記バーパターンの幅は前記バーパターンのピッチの０.２倍乃至０.８倍であることを特徴とする請求項８に記載の光学システム。
10. 前記バーパターンはおおよそ１０ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さであることを特徴とする請求項８に記載の光学システム。
11. 前記バーパターンはおおよそ１.３乃至２．５の屈折係数およびおおよそ０乃至０.２の吸光係数を有する物質で形成されることを特徴とする請求項８に記載の光学システム。
12. 前記バーパターンはシリコン窒化膜ＳｉＮ、シリコン酸化窒化膜およびフォトレジストパターンのうちから選択された少なくとも一つの物質であることを特徴とする請求項８に記載の光学システム。
13. 前記光源で発生された前記光線を前記ターゲットオブジェクトへ伝達する光伝達システムをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
14. 前記ターゲットオブジェクトは半導体装置を製造するための所定の回路パターンが描かれたフォトマスクであることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
15. 前記偏光器は前記ビーム形状装置の表面上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
16. 前記偏光器と前記ビーム形状装置とは分離された装置であることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
17. 前記ビーム形状装置は前記光源と前記偏光器との間に配置されるか、前記偏光器と前記ターゲットオブジェクトとの間に配置されることを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
18. 光源から発生された所定波長の光線を少なくとも一つの部分光線で分けるためのビーム形状装置を作り、
    前記少なくとも一つの部分光線の偏光状態を制御するための偏光器を作る段階を含むことを特徴とする光学システムの製作方法。
19. 前記ビーム形状装置を形成する段階は、
    自然数ｎ個の部分区域を有し、各々の部分区域は自然数ｍ個の下部区域を有するように透明な基板を準備する段階と、
    前記基板をパターニングして前記下部区域の厚さを位置に応じて異なるように作ることによって、所定模様の光線を形成するための回折光学パターンを形成する段階とを含むことを特徴とする請求項１８に記載の光学システムの製作方法。
20. 前記偏光器を形成する段階は前記ビーム形状装置の各部分区域の同一の下部区域に同一の偏光状態を提供することができる物理的構造を有する偏光パターンを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載の光学システムの製作方法。
21. 前記偏光器を形成する段階は、前記ビーム形状装置の表面に所定方向の偏光パターンを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１８に記載の光学システムの製作方法。
22. 前記偏光器を形成する段階は、前記ビーム形状装置から離隔された表面に所定方向の偏光パターンを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１８に記載の光学システムの製作方法。
23. 所定波長の光線を生成する段階と、
    互いに異なる偏光状態を有する複数個の部分光線で前記光線を分ける段階と、
    前記互いに異なる偏光状態を有する複数個の部分光線を利用して半導体基板上に塗布されたフォトレジスト膜を露光させる段階とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
    

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