TWI305279B - Patterned grid element polarizer - Google Patents

Description

1305279 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於偏振光學元件。 【先前技術】 偏光板 最簡化的光柵元件偏光板，係爲由多數平行導電接線 之光柵所組成的一些裝置。當光照射在光栅上，輻射的每 —正交元件互相作用’且其與接線光柵偏光板不同的。平 行於該些接線之電場的元件，驅動沿著每一接線全長的導 電電子，因此而產生一電流。該些電子依序地與晶格原子 碰撞而給予該些原子能量，並藉此加熱該些接線。在此方 法中’能量從該電場轉換至該光柵。此外，平行於該些接 線加速的電子以一前向與後向的方式輻射。入射波傾向於 藉由以該前向的方式再輻射的波而抵消，其導致該電場的 元件很少的轉換或是沒有轉換。以該後向的方式傳播之該 輻射’僅以一反射波顯現。相對而言’垂直於該些接線該 波的元件係爲實質上改變的’如同其傳播通過該光柵（詳 細參見：Engene Hecht, Optics，Chapter 8，pp. 333-334,

Addison Wesley, San Francisco (2002))。

George R. Bird 與 Maxfield Parrish，Jr.於 1960 年敘 述一種使用於微波範圍的光柵偏光板，在每毫米中具有 2，160 條接線（詳細參見：G. R. Bird and M. Parrish，Jr.、 ·Τ· Opt· Soc. Am. 5 0:8 86 (] 996))。根據這篇文獻，其藉 (2) 1305279 由將金（或鋁）原子的蒸汽蒸發來據以實現，且該金原子 位於幾乎略入地入射至一塑膠的衍射複製光柵。該金屬沿 著每一步階的該些邊緣累積，以形成薄膜的細微接線，其 寬度以及間隔小於在該處的波長。 光柵偏光板已經發展用於紅外光及可見光光譜。舉例 來說，美國專利編號No. 6，1 22,1 03敘述一種用於可見光 光譜的接線光柵偏光板，其具有支撐在一基板上的多數瘦 長元件。美國專利編號No. 5,7 48，3 6 8也敘述一種在可見 光光譜中偏振化該光的接線光柵偏光板。 微影技術 爲了設計更快速的且更精密的電路系統，半導體工業 持續地致力於電路元件尺寸的縮減。這些電路主要是利用 光微影技術來製造。在此製程中，這些電路藉由將一輻射 敏感性材料的塗層暴露至光線，而後壓印至半導體基底上 °該輻射敏感性材料通常稱爲光阻。將該光線通過一遮罩 以產生所想要的電路圖樣，其中該遮罩可以是由鉻或其他 不透光的材料形成在一透明基板上的—圖樣所組成。該遮 罩也可以是鈾刻至一透明基板的表面較高與較低區域的— 圖樣所組成’或者是此二項技術的一些組合。其後的熱處 理或化學性處理僅移除該光阻的暴露的區域，或者是未暴 露的區域（其根據所使用的材料而定），該基板的其餘殘 留的區域則作爲依序地製造該電路更進一步的處理。 光柵上的偏振性在不同方面影響到透鏡的微影性能。 (3) 1305279 首先，具有光柵圖案的照明之交互作用，以鉻密集線爲例 ，其隨著偏振性而不同。其結果是，遮罩的透射與散射依 據該光的偏振性與該遮罩的圖案而定。第二，透鏡表面的 反射與鏡像是偏振相依的，因此，衍射控像（apodization )以及在投影光學裝置中的波前是偏振相依的，其中後者 是較小程度相依性的。再者，自光阻表面的反射依據偏振 性而定，且其也是一種有效地偏振相依的衍射控像。最後 ，從在晶圓上一起返回的光柵所衍射的光線必須干涉以產 生一成像。然而，僅有電場的該些平行元件可以干涉，因 此在晶圓上每一光線的偏振狀態影響相干的成像。即使具 有一理想透鏡，到達晶圓上光線的三維幾何可以減低對比 〇 考量偏振照明器的主要原因在於，其藉由改善在晶圓 上的衍射光線之千涉來改善形成在晶圓上的成像。在高數 値孔徑系統中，其爲特別有用的。考量入射在密集線的一 對遮罩上的雙極照明。在照明器光瞳上（亦即，一低σ的 雙極之每一光瞳）的每一小區域，與在光瞳上的其他區域 是不相干的，因此而使其在晶圓上特有地成像，因此亦可 考量雙極照明的一單極。從光柵衍射的光以及該些密集線 ，其產生緊密的衍射次序。對於小圖案而言，僅有二衍射 次序可被投影光學裝置接受。在晶圓上，這些衍射次序重 新組合以形成該遮罩的成像。遮罩的成像依據對比而定， 對比則依據偏振性而定。 (4) (4)1305279 【發明內容】 如上所述，光微影技術中在光柵上照明的偏振狀態可 以改善形成在晶圓上的成像。由於除了其他應用以外的光 微影，其使用在紫外光光譜的光線，因此需要一種用以紫 外光應用的偏光板。由於其根據其應用而能夠客制地圖樣 化該些元件’因此本發明的接線光柵偏光板具有特定的優 點。舉例來說，此種偏光板使用在用於產生一光學系統中 照明器的光瞳中偏振化圖樣，或者是一光微影系統的投影 光學裝置中。 本發明提拱圖樣化光柵偏光板，其提供以在紫外光光 譜中的高透射效能。本發明的光柵偏光板大體上由具有圖 樣化元件的基板所組成。自本發明偏光板出射的該光之偏 振性’係根據在基板上兀件之圖樣而定。 在一實施例中’元件以一沿光軸環繞的排列方式配置 在多數群組，用以產生切線偏振出射光。在另一實施例中 ’元件以一沿光軸的同心圓方式圖樣化，用以產生輻射狀 偏振出射光。 本發明更提供一種光學系統，包含光微影系統，其包 含本發明的偏光板。在此種系統中，例如：光微影系統， 其具有偏振化圖樣用以提高在晶圓上的成像。 本發明的其他特點、目的以及優點將詳細描述如下且 伴隨著圖式而更加淸楚敘述，其中在所有的圖式中，相同 之參考數字係標明相同或類似的元件。 (5) (5)1305279 【實施方式】 本發明的一些較佳實施例將詳細描述如下。然而，除 了如下描述外’本發明還可以廣泛地在其他的實施例施行 ，且本發明的範圍並不受實施例之限定，其以之後的專利 範圍爲準。再者，爲提供更淸楚的描述及更易理解本發明 ，圖式內各部分並沒有依照其相對尺寸繪圖，某些尺寸與 其他相關尺度相比已經被誇張；不相關之細節部分也未完 全繪出，以求圖式的簡潔。 在一實施例中，提供一種使用於微影的圖樣光柵偏光 板。此種偏光板包含可穿透紫外光的一基板，以及在該基 板上圖樣化的一元件陣列，其中該些元件偏振化紫外光。 光柵元件圖樣 本發明提供一種紫外光偏光板，其具有在基板上以不 同方法圖樣化的元件。在本發明的一些特定觀點中，自該 偏光板出射的該光之偏振性，由在基板之元件上的圖樣所 指配。 在一些特定應用中，其具有在一光學系統中照明器的 光瞳上的偏振化圖樣，或是微影系統的投影光學裝置上的 偏振化圖樣，基於各種原因這些應用對於成像是有益的。 舉例來說，此種偏振化圖樣可以提供在晶圓上更高的對比 ，用以更佳的成像。 因此，在本發明的一觀點中，本發明的偏光板包含在 該基板上圖樣化的元件用以產生偏振光，其中該光的偏振 -8- (6) 1305279 ' 化圖樣係由這些元件的圖樣所指配。 • 舉例來說，這些元件可以在該基板上圖樣化用以產生 來自未偏振入射光的切線偏振出射光（亦即’與該偏光板 的圓柱形對稱軸爲正切的），其中該入射光從該偏光板入 射且該出射光從該偏光板出射。 另外可選擇的是，這些元件可以在該基板上圖樣化用 以產生來自未偏振入射光的輻射狀偏振出射光（亦即，與 該偏光板的圓柱形對稱軸有關的輻射狀），其中該入射光 B 從該偏光板入射且該出射光從該偏光板出射。 然而，本發明並不侷限於產生切線或輻射狀偏振光的 偏光板。本發明更進一步地包含具有不同元件圖樣的偏光 , 板，其中該圖樣根據特定的微影應用。此種圖樣可以藉由 _ 使用軟體應用程式或其他設計技術以產生一訂製圖樣而獲 得。因此，本發明提供具有針對特定微影應用的元件圖樣 之紫外光偏光板。 g 第1圖係提出根據本發明接線光柵偏光板的一實施例 ，以數字100表示接線光柵偏光板。在此實施例中，在接 線光柵偏光板上元件105的圖樣係用以產生切線偏振光。 如第1圖所示，元件1 〇5係爲直線的且被圖樣化在多數群 組中（舉例來說，兩群組分別標明爲1 2 0、1 2 5 )，其中 每一群組包含平行元件，且這些群組以一沿光軸Ο A四周 的環繞圖樣配置。虛線1 1 5用以說明不同元件之間的分割 線。在此實施例中，一群組的元件不是平行於相鄰第二群 組的元件。舉例來說，群組1 2 0鄰近群組I 2 5，在群組 * 9 - (7) (7)1305279 1 2 0之內的元件彼此平行，然而其不是平行於群組1 2 5的 元件。 在第1圖所示的偏光板中，瘦長的多數導電元件105 由一透明基板1 1 0所支撐。這些元件的尺寸以及這些元件 的配置尺寸，係根據所使用的波長而定並且適合寬的或全 部紫外光光譜。在任一特定群組中，這些元件並不是所有 元件都相同長度，其在接近該群組的邊緣處較短。在此方 法中，每一群組120、125具有一適當的楔形，使得這些 群組可以一沿光軸OA四周的環繞圖樣輻射狀配置。 第2圖係提出根據本發明接線光柵偏光板的一實施例 ，以數字200表示接線光柵偏光板。在此實施例中，在此 實施例中，在接線光柵偏光板上元件250的圖樣係用以產 生輻射狀偏振光。如第2圖所示，元件250以同心圓的方 式在基板25 5上圖樣化。再次說明，這些元件的尺寸、這 些元件之間的尺寸以及這些元件的配置尺寸，係根據所使 用的波長而定並且適合寬的或全部紫外光光譜。 光柵元件與基板 在本發明的一實施例中，這些元件被圖樣化在基板上 ，且係由一導電性材料所製成，例如：金屬。舉例而言， 這些元件可以由鋁、銀或金所製成。此種元件可以包含接 線或微型接線，且並不限於此。 在本發明的另一實施例中，本發明偏光板的基底係爲 全部或部分可穿透紫外光，且其可以選自包含以下任一材 -10- (9) (9)1305279 件是規則的或相等的隔開。另外可選擇的是，本發明並不 侷限於此，且本發明偏光板的元件也可以是不規則的隔開 〇 在本發明（其中這些元件是直線的）的一些特定觀點 中，這些元件可以是相當長且薄的。舉例而言’每一元件 可以具有一長度大體而言大於紫外光波長的長度。在一例 子中，這些元件具有約爲400奈米至60毫米之間的長度 ，且也可以更長。 此外，每一元件具有約爲該間距10%至90%之間的 寬度。這些元件也可以具有約爲大於10奈米的厚度’並 且其將會約爲小於2 0 0奈米。較佳地，這些元件具有約爲 20奈米至100奈米之間的厚度。 元件寬度可以加以選擇，使適於用以特定應用的偏光 板裝置之性能。一般而言，增加與間距有關的元件寬度’ 將會使得用以平行偏振的反射率增加至接近1 00% ;然而 ，也使得用以垂直偏振的反射率自理想値〇 %往上增加。 由於任一平行偏振沒有被透射，因此通常元件寬度與間隔 的一高比率將提供該被透射光的高消光比率；而一些垂直 偏振將被反射，因此其並非必定是高效能的。相反地’一 般而言元件寬度與間距的一低比率將提供反射光束的高消 光比率。當元件寬度與元件間距的比率約爲4〇%至60% 之間時，可以獲得最高的總效能，其中總效能的定義爲由 平行光束的反射率以及垂直光束的透射率之乘積。 -12- (10) (10)1305279 裝置 本發明更包含使用本發明偏光板的一些裝置。舉例來 說，本發明的偏光板可以使用在用以偏振化紫外光的裝置 。舉例而言，此種裝置可以包含：一光源，用以產生具有 至少一波長位於紫外光光譜之內的一光束；可穿透在該紫 外光光譜中之光線的一基板，該基板設置在該光束的一路 徑中；以及在該基板上光微影蝕刻的一元件陣列；其中， 該元件陣列以光微影技術蝕刻在該基板上用以產生偏振出 射光。 在一些特定實施例中，從該光源放射的紫外光包含至 少二偏振，其中該金屬光柵偏光板反射第一偏振的大部分 光線，且透射第二偏振的大部分光線。 本發明也提供一種用以沿一光學路徑提供一暴露光束 的裝置，包含：一接線光柵偏光板；以及具有一光瞳的一 照明器；其中，該偏光板包含可穿透紫外光的一基板以及 在該基板上圖樣化的一元件陣列，且其中該些元件用以偏 振化紫外光，且更進一步地其中該偏光板產生在該照明器 的該光瞳上的一紫外光之偏振化圖樣。 此外，本發明也提供一種用以沿一光學路徑提供一暴 露光束的裝置’包含：一接線光柵偏光板；以及投影光學 裝置；其中，該偏光板包含可穿透紫外光的一基板以及在 該基板上圖樣化的一元件陣列，且其中該些元件用以偏振 化紫外光’且更進一步地其中該偏光板產生朝著該投影光 學裝置輸出的一紫外光之偏振化圖樣。 -13- (11) (11)1305279 本發明的接線光柵偏光板，對於光微影應用是特別有 用的’其使用偏振光以提供在晶圓上更高的對比，並導致 更佳的成像。一般而言，偏振性在四個方面影響光微影應 用’包含：（1)光柵圖案的透射與衍射；（2)在投影光 學透鏡中的菲涅耳（Fresnel )損耗；（3 )在光阻表面的 菲涅耳反射；以及（4)向量干涉。將這四個因素一倂加 以考量，針對特定光柵與照明器狀態的用於光微影的偏振 最佳模式可以是不同的。 雖然用於光微影的偏振最佳模式可以不同，通常切線 偏振是最好的選擇。這些光柵具有重複的結構，其通常是 水平地或垂直地穿過該遮罩。在光柵上的這些結構通常在 其他方向也是重複的。重複的結構，其操作可以如一維的 衍射格柵，以及將該光衍射至一些緊密排列的一整列光束 。當這些光束在晶圓一起取出，假如這些光束干涉良好則 將產生好的成像。相當小的圖案是最難成像的，且最小圖 案的重複結構在該投影光學裝置的光瞳中相對的邊緣上， 產生二衍射順序。在一些例子中，切線偏振是最適於此種 圖案之成像。 同樣地，輻射狀偏振在一些特定情況是有益的。舉例 而言，使用輻射狀偏振可以減少菲涅耳損耗，其導致更好 的光學強度。因此，當需要高強度時，輻射狀偏振是有益 的。在一實施例中，對於已具備較佳對比的圖案之成像而 言，輻射狀偏振是所需要的。另一方面，在具有限對比的 圖案之成像中，其通常是最小的圖案，輻射狀偏振亦是所 -14- (12) (12)1305279 需的。 因此’本發明提供一種光微影系統300，用以在一半 導體晶圓上暴露一層輻射敏感性材料，且該晶圓包含本發 明的偏光板。如第3圖所示，此種系統3 0 0較佳地包含一 輻射能量的光源3 1 0、本發明的接線光柵偏光板！ 〇〇、遮 罩3 20、投影光學裝置3 3 0 (例如：一透鏡系統）以及— 晶圓34〇’其包含具有輻射敏感性材料的一層，且並不限 於此。在一實施例中，來自光源310的輻射能量通過至偏 光板1〇〇，其在一預設方向上偏振化該光，並且將偏振輻 射能量光束3 1 8輸出至遮罩320。偏振輻射能量光束3 1 8 通過遮罩320，並且將晶圓340以一預設圖樣暴露。 需要注意的是，在光微影中通常並不是使用整體的光 瞳。因此，在特定的光微影應用中，該光瞳的僅有一些區 域被照明。舉例而言，在雙極照明中，在該光瞳的邊緣上 僅有兩個區域被照明。因此，本發明光微影系統一特定實 施例中，沒有使用自本發明偏光板出射的整體光束。舉例 來說，在整個光瞳上的偏振化圖樣可以不是一致的’或在 —些其他方式是不完美的。在這些例子中，其僅使用到具 有所想要偏振化的光瞳之一部分。 本發明這些實施例其他的優點在於’接線光柵偏光板 1 00、2 00可以具有一相當高的角接受度，使得偏振化圖 樣可以導入在一光學系統中的任一光瞳。由於該些光柵元 件其作用如同一偏光板’未偏振光束可被使用在更進一步 的簡化設計中。任何偏振化圖樣可以藉由簡化地選取接線 -15- (13) (13)1305279 光柵元件的圖樣而達成。 方法 將導電性元件陣列沈積在該基板上可以藉由許多已知 的製程來完成。舉例而言，Garvin在美國專利案號 US 4,049,944以及Ferrante在美國專利案號4,5 1 4,479都 敘述使用一種單應（homographic )干涉微影技術，用以 在光阻上形成一極佳的格柵結構，接著藉由離子光束蝕刻 用以將該結構轉印至位於其下的金屬膜。Stenkamp於「 Grid polarizer for the visible spectral region, Proceedings of the SPIE，vol. 2213，pages 288-296」敘述使用一種直 接電子光束微影技術，用以產生該光阻圖樣，接著藉由反 應性離子蝕刻用以將該圖樣轉印至一金屬膜。其他高解析 度的微影技術也可用以產生光阻圖樣，包含遠紫外光微影 以及X光微影，例如：X光單應干涉微影技術。其他技術 可以用以將該圖樣從該光阻轉印至金屬膜，包含其他蝕刻 機制以及去光阻（lift-off)製程。本發明對於形成導電性 元件陣列的製程並無特殊要求。 雖然本發明已以若干較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 【圖式簡單說明】 -16- (14) (14)1305279 本發明的許多觀點可以參考以下的圖式而更加淸楚的 了解。相關圖式並未依比例繪製，其作用僅在淸楚表現本 發明有關定理。此外，使用數字來表示圖式中相對應的部 分。 第1圖係用以說明根據本發明偏光板的一實施例； 第2圖係用以說明根據本發明偏光板的一實施例；以 及 第3圖係用以說明根據本發明另一實施例的一種具有 偏光板的微影系統。 【主要元件符號說明】 OA :光軸 100 :接線光柵偏光板 1 0 5 :元件 1 1 0 :透明基板 1 1 5 :虛線 120 :群組 1 2 5 :群組 2〇〇 :接線光柵偏光板 2 5 0 :元件 2 5 5 :基板 3〇〇 :光微影系統 3 1 〇 :光源 3 1 2 :輻射能量 -17- (15) (15)1305279

3 1 8 :輻射能量光束 320 :遮罩 3 3 0 :投影光學裝置 3 4 0 :晶圓 -18

Claims (1)

1. 月1^ FI修(黑)正本 1305怎7^109628號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(97年6月） 十、申請專利範圍 1 · 一種微影裝置，包含： (a ) —光源，用以產生具有至少一波長位於紫外光 光譜之內的一光束； (b )—遮罩； (c)可穿透在該紫外光光譜中之光線的一基板，該 基板設置在該光束的一路徑中；以及 (d )在該基板上經圖案化的一線元件陣列； 其中’該線元件陣列被劃分成經切截的楔形群，其中 具有平行線元件以偏振入射至該等線元件的該紫外光且輸 出約以該基板中心之一軸經切線偏振的出射光，其中相鄰 之經切截的楔形群·被配置成圍繞該軸，並且在該基板之中 心配置一未經圖案化之傳輸孔徑。 2-如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該等經 切截的楔形群之每一者中該等線元件具有約爲該光束之波 長的四分之一的間距。 3. 如申請專利範圍第1項所述裝置，其中該等經切 截的楔形群之每一者中該等線元件具有一約介於〇.1又至 2λ之間的間隔，其中λ爲該光束的波長。 4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該等線 元件具有約爲0.04微米至0.3微米之間的厚度。 5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該基板 之材料包含熔凝矽石、氟化鈣或藍寶石、石英或氟化鎂。 6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中入射至 l23956-970620.doc 1305279 等 第 該等線元件之紫外光包含至少兩個偏振方向，且其中該 線元件一般反射第一偏振方向的大部分入射光，且傳遞

   7. 如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中該等經 切截的楔形群之每一者中該等線元件具有一約介於0.1又 至0.5 λ之間的間隔，其中λ爲該光束的波長。 8 ·如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中該等經 ^ 切截的楔形群之每一者中該等線元件具有約爲該紫外光之 波長的四分之一的間距。 9. 如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中該等經 切截的楔形群之每一者中該等線元件具有一約介於45奈 • 米至9 5奈米之間的間隔。 ^ 1 〇·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該等線 元件之材料包含鋁、銀或金。 11. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中入射至 Φ 該等線元件的紫外光實質上係未經偏振的。 12. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該等經 切截的楔形群之每一者中的該等線元件具有可變的間距。 13. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該等經 切截的楔形群之每一者中的該等線元件具有固定的間距。 14. 一種用以沿一光學路徑提供一暴光光束的裝置， 包含： (a ) —接線光柵偏光板； (b)具有一光瞳的一照明器，其中該光瞳的至少一 123956-970620.doc - 2 - 1305279 部分通過由該接線光柵偏光板所偏振之 (C ) 一遮罩； 其中，該接線光柵偏光板包含可穿 以及在該基板上圖樣化的一同心圓線元 附近，並且該基板之中心係配置一未經 ，該等線元件會偏振入射至其中的紫外 之出射光。 15. 如申請專利範圍第1 4項所述 同心圓線元件陣列具有一約介於〇. 1 λ ，其中λ爲該光束的波長。 16. 如申請專利範圍第14項所述 同心圓線元件陣列具有一約介於4 5奈） 間隔。 1 7 ·如申請專利範圍第1 4項所述 同心圓線元件陣列具有約爲該光束之波 距。 1 8 .如申請專利範圍第1 4項所述 同心圓線元件具有可變的間距。 1 9.如申請專利範圍第1 4項所述 同心圓線元件具有固定的間距。 20.如申請專利範圍第14項所述 板之材料包含熔凝矽石、氟化鈣、藍寶 〇 2 1 ·如申請專利範圍第1 4項所述 123956-970620.doc 光線；以及 透紫外光的一基板 件陣列圍繞在一軸 圖案化之傳輸孔徑 光且產生徑向偏振 之裝置，其中該等 至2 λ之間的間隔 之裝置，其中該等 之至95奈米之間的 之裝置，其中該等 長的四分之一的間 之裝置，其中該等 之裝置，其中該等 之裝置，其中該基 石、石英或氟化鎂 之裝置，其中該等 1305279 線元件之材料包含鋁、銀或金。 22 ·如申請專利範圍第1 4項所述之裝置，其中入射 至該等線元件之紫外光包含至少兩個偏振方向，且其中該 等線元件一般反射第一偏振方向的大部分入射光，且傳遞 第二偏振方向的大部分入射光。 2 3.如申請專利範圍第1 4項所述之裝置，其中入射 至該等線兀件的紫外光實質上係未經偏振的。

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