TWI405047B - 由電腦所產生之全像片、曝光設備及裝置製造方法 - Google Patents

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Description

由電腦所產生之全像片、曝光設備及裝置製造方法
本發明係有關於由電腦產生之全像片、曝光設備及裝置製造方法。
投射曝光設備習知上用以藉由使用微影術來製造例如半導體記憶體或邏輯電路等微圖案化半導體裝置。投射曝光設備經由投射光學系統以將形成於光罩(遮罩)上的電路圖案投射及轉移至例如晶圓之基板上。
投射曝光設備的解析度係如下所示： 其中，λ是曝照光波長，NA是投射光學系統的數值孔徑，k1 是由例如顯影製程所決定的製程常數。
曝照光波長愈短或投射光學系統的NA愈高，則解析度愈佳。但是，由於一般玻璃材料的透射率隨著曝照光波長縮短而降低，所以，難以進一步使目前的曝照光波長縮短。由於聚焦深度與投射光學系統的NA的第二冪次成反比降低，以及由於難以設計及製造形成高NA投射光學系統，所以，也難以進一步使目前可取得之投射光學系統的NA增加。
在此情況下，已提出藉由降低製程常數k1 以增加解析度之解析度增強技術(RETs)。這些RETs的其中之一 是所謂的修改式照明法(或傾斜式照明法)。
修改式照明法一般將在光學系統的光軸上具有遮光板的孔徑光闌插入於形成均勻的表面光源之光學積分器的出射表面附近，藉以以曝照光傾斜地照射遮罩。舉例而言，修改式的照明法包含，舉例來說，環狀照明法及四極照明法，而它們不同處在於孔徑光闌的孔徑形狀(亦即，光強度分佈的形狀)。也已提出另一修改式照明法，其使用由電腦產生的全像片(CGH)來取代孔徑光闌，以增進曝照光的使用效率(照明效率)。
隨著投射光學系統之NA的增加，控制曝照光的極化狀態之極化照明法也變成需要增加投射曝光設備的解析度。極化照明法基本上單獨以非P極化的光而是S極化的光來照明遮罩，S極化的光為具有繞著光軸的同心圓的圓周方向上的分量。
近年來，已提出一技術，利用修改式照明法(具有所需形狀之光強度分佈的形成(舉例而言，四極形狀))及極化的照明法(極化狀態控制)。
舉例而言，日本專利公開號2006-196715揭示使用一個元件來實施修改式照明法及極化的照明法之技術。日本專利公開號2006-196715使用CGH來控制光強度分佈的形狀(再生影像)，以及，使用形體雙折射來控制極化狀態。更具體而言，此技術藉由平行地配置對應於相同極化方向上的光束之多個CGH(此後稱為「子CGHs」)而形成一個CGH，並且，將對應於極化方向的形體雙折射施 加至每一個子CGH。
日本專利公開號2006-49902藉由採用極化控制器作為用以控制施加至子CGH的極化模式之單元而選擇性地使用所需的極化模式。
日本專利公開號2006-5319揭示一技術，其控制由修改式照明法及極化照明法所典型地形成之四極光強度分佈的四極之間的平衡。更具體而言，日本專利公開號2006-5319藉由將CGH分成四個而形成子CGHs，並且，改變入射光的強度分佈，因而能夠改變由CGH所取得之再生影像的極平衡。
但是，先前技術藉由將一個CGH分成多個CGHs以形成子CGHs，使得假使光學積分器無法充分地校正入射光的強度分佈(舉例而言，假使光僅撞擊這些CGHs中的某些CGHs)時，在再生影像中發生照明變化。
當使多個子CGHs結合時，因為發生於子CGHs之間的邊界處之結構不連續性，產生不需要的繞射光，所以會造成由CGH所取得之再生影像的劣化。藉由改進由電腦產生的全像片之設計，可以消除發生於子CGHs之間的邊界處之結構不連續性，但是，這會造成設計成本大幅增加的問題。
當極化模式藉由極化控制器而被選擇性地使用時，來自曝照光源之光(曝照光)的使用效率(照明效率)顯著地降低(亦即，光量上的損失增加)。
使用傅立葉(Fourier)轉換，一般的CGH被設計做 為無限薄的元件。因此，在設計及製造CGH時，經常遇到取得更薄之元件的挑戰。也需要以更少的步驟，藉由CGH來形成所需的相位分佈(亦即，當取得更薄之元件的同時)，以便降低製造誤差。
本發明提供由電腦產生的全像片，其可以抑制照明變化及光量損耗以及取得比以往更薄的結構，因而形成具有所需形狀及極化狀態的光強度分佈(再生影像)。
根據本發明的一態樣，提供全像片，其包含在預定平面上形成光強度分佈的多個單元，該多個單元包含多個第一單元及第二單元，多個第一單元包含各向同性介質及各向異性介質，且多個第二單元僅包含各向異性介質，其中，該多個單元改變照射於該多個單元中的每一個單元上之入射光的相位，以對第一方向上之線性極化光分量的波前及與第一方向垂直的第二方向上之線性極化光分量的波前中的每一個波前，形成包含N(N為相位數，N≧2)之相位分佈，該多個第一單元及該多個第二單元的每一個各向異性介質包含具有在第一方向上的光軸之各向異性介質以及具有在第二方向上的光軸之各向異性介質的其中之一，以及，相對於該多個第一單元及該多個第二單元的每一個各向異性介質之第一方向及第二方向上線性極化光分量，令λ為入射光的波長，Δna為折射率之間的差值，則該多個第一單元及該多個第二單元的各向異性介質之各向異 性介質的厚度為λ/Δnax(N-1)/2N。
從參考附圖之下述舉例說明的實施例之說明中，將更清楚本發明的其他態樣。
於下，將參考附圖來說明根據本發明的較佳實施例。注意，在圖式中，相同的代號代表相同的構件，且不重複說明。
圖1是視圖，用以說明根據本發明的一個態樣之電腦產生的全像片。如圖1所示，藉由改變電腦產生的全像片100上之入射光的波前，電腦產生的全像片100可以在預定平面PS(舉例而言，在孔徑位置)上形成光強度分佈(再生影像)LI。電腦產生的全像片100也對第一方向上作為線性極化光分量之X極化光的波前以及第二方向上作為線性極化光分量之Y極化光的波前，形成包含N(N≧2)相位之相位分佈。這能夠使由X-極化光(在入射光的X軸方向上之極化分量)所形成的第一光強度分佈LI1 不同於由Y-極化光(在入射光的Y軸方向上之極化分量)所形成的第二光強度分佈LI2 。注意，作為第一方向上線性極化光分量的X-極化光是極化方向為X軸方向之線性極化光，作為第二方向上線性極化光分量的Y-極化光是極化方向為Y軸方向之線性極化光。也請注意，作為第一方向上線性極化光分量的X-極化光與作為第二方向上線性極化光分量的Y-極化光是彼此正交的。
當電腦產生的全像片100上的入射光是包含X-及Y-極化光分量的線性極化光時，在第一光強度分佈LI1 及第二光強度分佈LI2 彼此疊加的區域LIF 中，電腦產生的全像片100藉由極化方向不同於X-極化光及Y-極化光的極化方向之線性極化光，形成光強度分佈。更具體而言，在本實施例中，在區域LIF 中，電腦產生的全像片100形成第三光強度分佈LI3 及第四光強度分佈LI4 。
於下，將詳細說明電腦產生的全像片100。圖2是示意透視圖，顯示構成電腦產生的全像片100之單元結構。
為了藉由改變入射光的波前而對X極化光及Y極化光的各波前形成不同的相位分佈(包含N個相位之相位分佈)，電腦產生的全像片100必須獨立地控制個別極化方向上的波前。當假定電腦產生的全像片100為對X-極化光及Y-極化光的每一個波前形成包含二個相位的相位分佈時，需要將二進位相位給予二極化方向上的每一個波前。基於此理由，電腦產生的全像片100的單元110必須具有四種型式的單元結構(亦即，多個單元)。圖2中所示的多個單元110a至110d中的每一個單元均具有這四種型式其中之一的單元結構。藉由將四種型式的單元100以四邊形格子圖案排列，而形成電腦產生的全像片100。
如圖2所示，多個單元110包含各向同性介質112及各向異性介質114，各向同性介質112相對於X極化光的折射率等於相對於Y極化光的折射率，各向異性介質114相對於X極化光的折射率不同於相對於Y極化光的折射 率。但是，導因於各向同性介質112之入射光的極化狀態的改變僅需小於導因於各向異性介質114之入射光的極化狀態的改變，以及，本實施例假定相對於X極化光之折射率與相對於Y極化光之折射率之間的差為0(包含0)至0.001(包含0.001)之介質是各向同性介質。
各向異性介質114形成X-極化光與Y-極化光的波前之間的相位差，並且，可以由各向異性材料所製成、或者具有例如產生形體雙折射的週期性結構(具有不均勻的形狀)。在本實施例中，各向異性介質114具有週期(間距)P小於入射光的波長之一維週期性結構，以便防止產生第0階以外的其它階之繞射光。
各向異性介質114包含各向異性介質114a及各向異性介質114b，各向異性介質114a具有方向為第一方向OA1之週期性結構，各向異性介質114b具有方向為垂直於第一方向OA1的第二方向OA2之週期性結構。這能夠實施使X-極化光的波前相對於Y-極化光的波前領先之單元、以及使X-極化光的波前相對於Y-極化光的波前落後之單元。各向異性介質114a及114b也可以被解釋為分別在第一方向OA1與第二方向OA2上具有它們的光軸之各向異性介質。
舉例而言，日本專利公開號2006-196715揭示產生做為由石英所製成的繞射光柵之形體雙折射的週期性結構。日本專利公開號2006-196715揭示代表性的週期性結構，代表性的週期性結構係由具有相對於193nm的波長之折 射率為1.56的石英所製成，並且具有1：1(=0.5)的形體雙折射區之工作比(填充因數)。此週期性結構在其週期方向上具有1.19的折射率n⊥ ，以及，在垂直於其週期方向的方向上具有1.31的折射率nII 。
為了將二個相位獨立地給予X-極化及Y-極化光，如上所述，如圖2所示般，多個單元110a至110d包含具有不同厚度的各向同性介質112，以及，具有相同厚度的各向異性介質114。更具體而言，多個單元110包含單元110b至110d(第一單元)及單元110a(第二單元)，單元110b至110d包含各向同性介質112及各向異性介質114，單元110單獨包含各向異性介質114。
在本實施例中，雖然電腦產生的全像片100包含多個四種型式的單元110以便形成包含二個相位之相位分佈，但是，當其形成包含N個相位之相位分佈時，其必須又包含多個其它型式的單元(單元結構)。但是，即使要形成包含N個相位的相位分佈時，在至少四種型式的單元中使用具有相同厚度的各向異性介質114，以使將N個相位中的二個相位獨立地給予X-極化光及Y-極化光的每一個波前。
在此，將說明在至少四種型式的單元中使用具有相同厚度的各向異向介質114之理由、以及圖2中所示的電腦產生的全像片100的單元110(單元結構)。
圖3A至3C是概念視圖，均顯示X-極化光與Y-極化光之間的關係。在圖3A至3C中，假定入射光在-Z方向 上行進。
圖3A是關於入射光的視圖，其中，X0及Y0分別代表界定(決定)X-極化光及Y-極化光的相位之電場向量。參考圖3A，向量X0指向於-X方向上。X-極化光分量相對於Y-極化光分量落後。向量X0及Y0的Z-座標示X-和Y-極化光分量的波前位置。
圖3B顯示界定由電腦產生的全像片100所形成之相位分佈的相位之電場向量。在圖3B中，向量X0’及Y0’分別對應於向量X0及Y0，且代號Y1表示界定由電腦產生的全像片100所偏移的相位之電場向量。
圖3C顯示界定由電腦產生的全像片100所形成的相位分佈的相位之電場向量。在圖3C中，向量X0”及Y0”分別對應於向量X0及Y0，且代號X1表示界定由電腦產生的全像片100所偏移的相位之電場向量。
當電腦產生的全像片100被假定為形成包含二個相位的相位分佈時，X-極化光與Y-極化光之間的二相位差是需要的。圖3B及3C顯示分別對應於二相位差且為0及2L之波前偏移。形成包含二個相位的相位分佈之電腦產生的全像片典型上使用0及π(λ/2)的相位差。當假定對應於0及2L的波前偏移之相位差為0及π(λ/2)時，波前偏移L對應於π/2(λ/4)的相位差。因此，如圖3B及3C所示的二相位關係的建立需要能夠在X-極化光與Y-極化光的波前之間造成π/2(λ/4)的相位差之各向異性介質。
圖3B中所示的相位轉換以圖2中所示的單元110a的功能為例說明。雖然圖3B中所示的相位轉換實際上呈現使Y-極化光的相位落後入射光π/2，但並未改變X-極化光相對於入射光的相位，但是，由於這些相位的結合被假定為參考，所以，其被假定為(0,0)。在此假設下，假定圖3B中示的相位轉換為參考，則圖3C中所示的相位轉換為(-π/2,π/2)。當假定電腦產生的全像片100形成包含二個相位的相位分佈時，每一個相位轉換所需的相位必須為0及π。為符合此需要，採用使X-極化光及Y-極化光二者的相位落後π/2的各向同性介質，以將圖3C中所示的相位轉換改變成(-π,0)。圖3C中所示的相位轉換以圖2中所示的單元110C的功能舉例說明。
除了(0,0)和(-π,0)的相位轉換以外，形成包含二個相位的相位分佈之電腦產生的全像片還需要(-π,-π)及(0,-π)的相位轉換。當使X-極化光及Y-極化光二者的相位落後π的各向同性介質加至圖2中所示的單元110a時，取得(-π,-π)的相位轉換，並且，其舉例說明圖2所示的單元110b的功能。當使X-極化光及Y-極化光二者的相位落後π的各向同性介質加至圖2中所示的單元110c時，取得(-2 π,-π)的相位轉換以及其舉例說明圖2中所示的單元110d的功能。由於相位是具有2 π的週期之週期函數，所以，(-2 π,-π)的相位轉換扮演與(0,-π)的相位轉換相同的角色。
依此方式，圖2中所示的單元110a、110b、110c、 及110d分別對應於(0,0)、(-π,-π)、(-π,0)、及(0,-π)。由於單元110a至110d具有圖3A至3C所示的功能，其需要在X-極化光及Y-極化光的波前之間造成π/2相位差的各向異性介質，所以，在至少四種型式的單元中使用具有相同厚度的各向異性介質114。
假使電腦產生的全像片100係具體實施為形成包含二個相位的相位分佈之電腦產生的全像片，則可以任意選取標示相位領先或落後的正負號，且因此，無需考慮正負號。相反地，假使電腦產生的全像片100係具體實施為形成包含多於二個相位的相位分佈之電腦產生的全像片，則需要考慮正負號，且基於此理由而作出其上述說明。
接著，將詳細說明單元110a至110d中各向異性介質114的厚度h0 及各向同性介質112的厚度h1至h3。
各向異性介質114必須具有足以在X-極化光與Y-極化光的波前之間造成如上所述的π/2(λ/4)的相位差之厚度。為了達此目的，各向異性介質114僅需具有下述厚度h0 ： 其中，n⊥ 是各向異性介質114的週期性結構在其週期方向上的折射率，nII 是各向異性介質114的週期性結構在垂直於其週期方向上的折射率。
為了實施使X-極化光及Y-極化光的波前的相位落後π/2(λ/4)之功能，單元110c的各向同性介質112僅 需具有下述厚度h1 其中，n是單元110c的各向同性介質112的折射率。
為了實施使X-極化光及Y-極化光的波前的相位落後π(λ/2)之功能，單元111b的各向同性介質112僅需具有單元110c的各向同性介質112的厚度h1 的二倍之厚度h2 。
同樣地，為了實施使X-極化光及Y-極化光的波前的相位落後3 π/2(3 λ/4)之功能，單元110d的各向同性介質112僅需具有單元110c的各向同性介質112的厚度h1 的三倍之厚度h3 。
將考慮圖2中所示的電腦產生的全像片100(亦即，單元結構的整體厚度)。在電腦產生的全像片100中，單元110d具有最大的厚度h0 +3h1 (h0 +h3 )。在一個具體實施例中，對於波長=193 nm及折射率=1.56，單元110d的厚度h3 為402+3×86=660[nm]。相反地，為了單獨藉由各向異性介質的週期性結構以使在X-極化光與Y-極化光的波前之間造成π的相位差，其必須具有2h0 =804[nm]的厚度。因此，藉由在入射光的X-極化光與Y-極化光之間造成適當的相位差，可以取得比λ/2板還薄的電腦產生的全像片。
已於上述說明形成包含二個相位之相位分佈的電腦產生的全像片。注意，包含二個相位的相位分佈在此僅意指 由設計的電腦產生的全像片所形成(產生)的相位分佈。因此，相位分佈的相位無需包含導因於電腦產生的全像片之製造誤差的相位偏移時所產生的相位，或者，無需包含當各向異性介質的週期性結構(不均勻的形狀)的週期(間距)不準確時，亦即，小於對應於電腦產生的全像片所形成的一個步階(one step)之相位差之相位偏移時所產生的相位。換言之，即使當電腦產生的全像片所形成的相位分佈具有小於某些相位之間的一個步階的相位偏移時，它們仍然被假定為彼此同相。
在本實施例中解釋單獨電腦產生的全像片的單元結構。事實上，如圖2所示，產生形體雙折射的週期性結構在空氣中是浮動的，並且，此狀態難以維持。為了克服此困難，實際上，單元110a至110d係配置於例如由石英所製成的基板上。為了容易瞭解單元110a至110d的配置，圖2顯示各向異性介質(產生形體雙折射的週期性結構)以及分別配置於上及下側上的各向同性介質。但是，各向異性介質及各向同性介質可以以相反次序配置，以及，可以選取適合所使用的電腦產生的全像片之製造方法。
接著，將說明電腦產生的全像片之製造方法實例。本製造方法是製造包含具有不同厚度組的單元之電腦產生的全像片100之方法，不同厚度組的單元亦即配置成產生形體雙折射之週期性結構(不均勻的形狀)。
首先，使用塗著設備，以感光樹脂塗著電腦產生的全像片的基板。
接著，使用曝光設備，將預定的電腦產生的全像片的圖案轉移至光阻上。之後，使用顯影設備以使光阻顯影，以使在光阻上形成週期性結構(不均勻的圖案)。
接著，使用反應離子蝕刻設備以及使用形成於光阻上的不均勻圖案作為蝕刻掩罩，對基板實施乾式蝕刻，以使在基板中形成具有預定深度的溝槽。最後，藉由使用溶劑或氣體之灰化來移除光阻。
藉由這些製程，製造如上所述之電腦產生的全像片100。注意，本實施例中所述的電腦產生的全像片100的製造方法僅為舉例說明，只要可以製造如上所述的電腦產生的全像片100(產生形體雙折射的週期性結構)，即可使用例如奈米壓印技術等(nanoimprint)其它微加工技術。
於下，將說明電腦產生的全像片100的設計實施例以及應用電腦產生的全像片100之曝光設備。
[第一實施例]
在第一實施例中，將說明電腦產生的全像片的設計實例，將S-極化光所形成的環狀光強度分佈假定為標的影像，則所述電腦產生的全像片形成包含二個相位的相位分佈。更具體而言，將說明如圖4所示之電腦產生的全像片100形成環狀光強度分佈(標的影像)L1之情形。圖4顯示由電腦產生的全像片100所形成的環狀光強度分佈(標的影像)L1的實例。
圖4中所示的光強度分佈L1中的極化方向PD包含多個極化方向PD1 至PD4 ，以及，平行於同行圓的圓周方向(亦即，對應於S-極化)。將使用圖2中所示的單元110a至110d，說明如何設計如圖4所示的形成光強度分佈LI之電腦產生的全像片100。
首先，如圖5A及5B所示，根據L1分成X-極化光和Y-極化光分量的強度比，將圖4中所示的光強度分佈L1分成X-極化光和Y-極化光分量。圖5A及5B顯示當根據X-極化光和Y-極化光分量的強度比而將圖4中所示的光強度分佈LI分成它們時之X-極化光和Y-極化光分量的強度。如同圖4中所示的光強度分佈LI一般，假使標的影像包含X-極化光和Y-極化光的極化方向以外的極化方向時，舉例而言，其包含極化方向PD3 和PD4 ，則不僅需要考慮標的影像的強度(亦即，振幅)，也要考慮標的影像的相位。
根據極化方向PD，決定分割的X-極化光和Y-極化光分量的相位。在第一實施例中，由於在預定平面上X-極化光與Y-極化光同相的狀態被假定為參考，所以，在包含+X方向及+Y方向的極化方向(舉例而言，極化方向PD4 )上，X-極化光必須與Y-極化光同相。基於相同理由，在包含+X方向及-Y方向上的極化方向(舉例而言，極化方向PD3 )上，X-極化光必須與Y-極化光不同相π。
圖6A及6B為顯示當根據X-極化光及Y-極化光分量的強度比例而將圖4中所示的光強度分佈LI分割成X-極 化光及Y-極化光分量時X-極化光及Y-極化光分量的相位(分別為圖5A及5B)之圖形。注意，圖6A及6B顯示在預定平面PS上每一區域(像素)中X-及Y-極化光分量的相位的結合實例。
設計對應於X-及Y-極化光分量的強度及相位之電腦產生的全像片。圖7A為顯示與圖5A及6A分別顯示的X-極化光分量的強度及相位並容之由DBS(直接二元搜尋)所設計的電腦產生的全像片的相位分佈之圖形。圖7B為顯示與圖5B及6B分別顯示的Y-極化光分量的強度及相位並容之由DBS所設計的電腦產生的全像片的相位分佈之圖形。
將被設計成與X-和Y-極化光分量並容的二電腦產生的全像片(圖7A及7B中所示的電腦產生的全像片)整合在一起。
圖8顯示藉由選取圖2中所示的單元110a至110d以將圖7A及7B中所示的電腦產生的全像片整合在一起而取得的電腦產生的全像片100的每個單元的厚度。在圖8中，密度代表每一個單元的厚度(在Z方向上)。較接近白色的顏色表示較大的厚度，較接近黑色的顏色表示較小的厚度。圖8中所示的數值表示電腦產生的全像片100(單位：μm)的個別單元的厚度。注意，圖8中所示的數值說明當各向異性介質114(週期性結構)由相對於193 nm的波長具有1.56折射率之石英所製成之實例。
當X-極化光相對於Y極化光落後π/2的右手圓形極 化光照射於圖8中所示的電腦產生的全像片100時，此全像片形成包含二個相位的相位分佈以形成如圖4所示的光強度分佈LI(由S-極化光所形成的環狀光強度分佈)來作為再生影像。
由於先前技術要求多種型式的子CGHs在數目上等於標的影像的極化方向的數目，所以，它們難以連續地改變每一個像素中的極化方向。相反地，如上所述，第一實施例可以設定能夠在每一個像素中連續地改變極化方向之電腦產生的全像片。
而且，在第一實施例中，藉由在入射光的X-極化光與Y-極化光之間造成適當的相位差，可以製造比λ/2板更薄的電腦產生的全像片，更具體而言，厚度為λ/2的厚度的660/804=0.82倍之電腦產生的全像片。
依此方式，第一實施例可以提供能夠抑制照明變化及光量損耗以及取得比以往更薄的結構之電腦產生的全像片，因而形成具有所需形狀及極化狀態的光強度分佈。
[第二實施例]
在第二實施例中，將說明電腦產生的全像片的設計實例，將S-極化光所形成的環狀光強度分佈假定為標的影像，則所述電腦產生的全像片形成包含二個相位的相位分佈。更具體而言，如同第一實施例中般，將說明如圖4所示之電腦產生的全像片100形成環狀光強度分佈(標的影像)L1之情形。
圖9A顯示與圖5A及6A分別顯示的X-極化光分量的強度及相位並容之由DBS所設計的電腦產生的全像片的相位分佈。圖9B顯示與圖5B及6B分別顯示的Y-極化光分量的強度及相位並容之由DBS所設計的電腦產生的全像片的相位分佈。
藉由改變上述實施例中各向異性介質114的厚度，控制X-極化光與Y-極化光之間的相位差。但是，藉由改變相對於X-極化光和Y-極化光之各向異性介質114的折射率，也能夠控制X-極化光與Y-極化光之間的相位差。藉由改變各向異性介質114的週期性結構的填充因數(工作比)，可以控制折射率。
更具體而言，假使各向異性介質114的週期性結構的填充因數為0.5，則在其週期方向上之週期性結構的折射率n⊥ 0.50 為1.19，以及，在與其週期方向垂直的方向上之週期性結構的折射率nII 0.50 為1.31。此外，假使各向異性介質114的週期性結構的填充因數為0.93，則在其週期方向上的週期性結構之折射率n⊥ 0.93 為1.49，以及，在垂直於其週期方向上的方向上之週期性結構的折射率nII 0.93 為1.53。根據此事實，假使各向異性介質114的週期性結構的填充因數為0.5，則在週期性結構的週期方向與垂直於週期方向的方向之間的折射率差為0.12。此外，假使各向異性介質114的週期性結構的填充因數為0.93，則週期性結構的週期方向與垂直於週期方向的方向之間的折射率差為0.04。依此方式，當各向異性介質114的週期性結構的 填充因數為0.5及0.93時，在週期性結構的週期方向與垂直於週期方向的方向之間的折射率差具有3：1的關係。注意，各向異性介質114的週期性結構由相對於193nm的波長具有折射率1.56之石英所製成。
由於形成包含四個相位的相位分佈之電腦產生的全像片必須將四個相位給予每一X-極化光和Y-極化光，所以，需要4×4=16種型式的單元結構。將參考圖10，說明構成電腦產生的全像片100之16種型式的單元結構。圖10是透視圖，顯示構成電腦產生的全像片100之16種型式中的四種型式的單元結構。
圖10中所示的單元110a1至110d1舉例說明四種型式的單元結構。單元110a1及110c1之各向異性介質114具有填充因數為0.93之週期性結構(不均勻的形狀)。而且，單元110b1及110d1的各向異性介質114具有填充因數為0.50之週期性結構(不均勻的形狀)。
單元110a1至110d1的各向異性介質114具有相同的厚度h0 ’。然後，從上述3：1的關係，由單元110b1和110d1所形成的X-極化光及Y-極化光之間的相位差為單元110a1和110c1所形成的X-極化光及Y-極化光之間的相位差之三倍。注意，單元110a1和110b1的各向異性介質114的週期性結構的週期方向OA1’以及單元110c1和110d1的各向異性介質114的週期性結構的週期方向OA2’彼此正交。
各向異性介質114的厚度h0 ’是形成3 π/4(3 λ/8) 的相位差之相位板的厚度，且一般為形成(N-1)π/N((N-1)λ/2N)的相位差之相位板的度。藉由將等式(2)歸納，則各向異性介質14的厚度h0 ’如下所述： 以另一方式而言，令λ為入射光的波長，以及Δna為各向異性介質114相對於X-和Y-極化光分量之折射率之間的差值，則各向異性介質114的厚度h0 ’等於或小於λ/Δna×(N-1)/2N。
在一個具體實例中，對於波長=193 nm和折射率=1.56，各向異性介質114的厚度h0 ’為603[nm]。這意指形成包含二個或更多的相位之相位分佈的多個單元110(電腦產生的全像片100)之各向異性介質114具有等於或小於h0 ’的厚度。
當藉由單元考慮相位差而設定各向異性介質114的週期性結構的填充因數時，舉例而言，由單元110a1和110b1所形成的相位在X-極化光或Y-極化光的任一方向上不會彼此相符合。因此，需要使構成電腦產生的全像片100的單元110a1至110d1中的X-極化光或Y-極化光的相位相符合。在此，將說明X-極化光的相位相符合的情形。
為了使X-極化光的相位相符合，僅需要抵消導因於X-極化方向上(亦即，週期性結構的週期方向)的週期性結構的折射率n⊥ 0.50 與n⊥ 0.93 之間的差之波前偏移。接著 ，僅需要將各向同性介質112加至具有相對低的折射率之單元，亦即，各向異性介質114的週期性結構具有0.5的填充因數之單元110b1和110d1。單元110b1和110d1的各向同性介質112具有下述厚度h1 ’：
在一個具體實例中，對於波長=193 nm及折射率=1.56，各向同性介質112的厚度h1 ’為323[nm]。
圖11是表格，顯示構成用以形成包含四個相位之相位分佈的電腦產生的全像片之16種型式的單元構成要件。參考圖11，每一格的第一列顯示X-極化光與Y-極化光的轉換，每一格的第二列顯示每一單元的各向異性介質114的填充因數(亦即，圖10中所示的單元110a1至110d1中選取的單元)。「垂直：0.93」、「垂直：0.50」、「水平：0.93」、及「水平：0.50」分別對應於單元110a1至110d1。每一格的第三列顯示各向同性介質112使X-極化光和Y-極化光等二者的相位落後的量。藉由歸納等式(3)，使相位落後i π/4(i λ/8)所需之各向同性介質112的厚度Hi 如下所述(i=0,1,2,...,2N-1) 以另一方式而言，令Δnb為各向同性介質112相對於入射光的折射率與相對於大氣的折射率之間的差，以及，i為1(含)至2N-1(含)的範圍內之整數，以及，各向同 性介質112的厚度Hi 係給定為λ/Δnb×i/2N。
在一個具體實例中，對波長=193 nm和折射率=1.56、各向同性介質112的厚度Hi 為H0 =0[nm]、H1 =43[nm]、H2 =86[nm]、…。這意指各向同性介質112具有等於Hi 的2N-1厚度(i為1(含)至2N-1(含)範圍之內的整數)。
圖12顯示根據圖11中所示的單元構成要件而整合圖9A和9B中所示的電腦產生的全像片所取得的電腦產生的全像片100之每一個單元的厚度。圖12中所示的數值標示電腦產生的全像片100的個別單元的厚度(單位：μm)。注意，圖12中所示的數值顯示當各向異性介質114(週期性結構)係由相對於波長193nm具有折射率1.56的石英所製成。
當X-極化光相對於Y-極化光落後2 π×1/2N(亦即π/4(λ/8))之右手橢圓極化光照射於圖12中所示的電腦產生的全像片100上時，此全像片形成包含四個相位的相位圖以形成如圖4所示的光強度分佈LI作為再生影像。這意指入射光包含X-和Y-極化光分量，它們彼此為π/N不同相。
在第二實施例中，藉由對多個各向異性介質114的週期性結構設定不同的填充因數，可以將單元110a1至110d1的各向異性介質114製成僅具有一個步階(亦即，各向異性介質114可以製成具有相同厚度)。這能夠以較少的步驟來形成由電腦產生的全像片所設計之相位分佈， 因而降低製造誤差。
依此方式，第二實施例可以提供能夠抑制照明變化及光量損耗以及取得比以往更薄的結構之電腦產生的全像片，因而形成具有所需形狀及極化狀態的光強度分佈(再生影像)。
根據第一及第二實施例，電腦產生的全像片100包含眾多四種或更多種型式的單元，這些單元包含具有等式(4)給定的厚度h0 ’之各向異性介質。而且，這四種型式之一的單元單獨包含各向異性介質，以及，其它三種型式的單元包含具有等式(6)給定的厚度Hi 之各向同性介質。
雖然在第一及第二實施例中，已舉例說明包含少數單元之電腦產生的全像片的情形，但是，也能夠藉由增加電腦產生的全像片的單元的數目，形成具有所需形狀及極化狀態之光強度分佈。增加電腦產生的全像片的單元的數目可以降低光強度分佈(標的影像)被分割成像素之尺寸。這能夠形成均勻的光強度分佈(標的影像)。
在第一及第二實施例中，標的影像包含X-極化光和Y-極化光的極化方向以外之極化方向(舉例而言，極化方向PD3 和PD4 )。因此，由於X-極化光與Y-極化光之間的相對位置關係的重要性，所以，入射光的X-極化光與Y-極化光之間的相位差受限制。但是，假使標的影像僅包含X-極化光和Y-極化光的極化方向(舉例而言，極化方向PD1 和PD2 )，則只要入射光的X-極化光和Y-極化光具有相同振幅，亦即可任意地設定(選取)X-極化光與 Y-極化光之間的相位差。因此，入射光可以為線性極化光或非極化光。
在第一及第二實施例中，已說明形成包含二或四個相位之相位分佈的電腦產生的全像片。但是，依相同方式，當然可以形成包含二或四個以外的數目之相位的相位分佈之電腦產生的全像片。
在第一及第二實施例中，各向異性介質的週期性結構(不均勻的形狀)意指介質與空氣以等於或小於入射光的波長之週期(間距)交錯地並列。即使使用以另一介質替代空氣及使示二個不同的介質以等於或小於入射光的波長之週期交替地並列而取得的結構時，藉由改變元件的厚度，仍然能夠實施與上述週期性結構相同的功能。因此，各向異性介質的週期性結構不限於包含介質及空氣的結構，而是可以包含二不同介質。
如同從上述說明可知般，構成電腦產生的全像片之多個單元包含四種型式的單元(1)至(4)：
(1)：包含厚度為λ/Δna×(N-1)/2N之各向異性介質的單元
(2)：包含厚度為λ/Δna×(N-1)/2N之各向異性介質的單元、以及厚度為λ/Δnb×1/2N之各向同性介質的單元
(3)：包含厚度為λ/Δna×(N-1)/2N之各向異性介質的單元、以及厚度為λ/Δnb×2/2N之各向同性介質的單元
(4)：包含厚度為λ/Δna×(N-1)/2N之各向異性介質的單元、以及厚度為λ/Δnb×3/2N之各向同性介質的單元
注意，λ是入射光的波長，Δna是相對於X-和Y-極化光分量之各向異性介質的折射率差值，Δnb是相對於入射光之各向同性介質的折射率與大氣的折射率之間的差值，以及，i是在1(含)至2N-1(含)的範圍之內的整數。
[第三實施例]
在第三實施例中，於下將參考圖13，說明應用根據本發明的電腦產生的全像片100之曝光設備1。圖13顯示根據本發明的一態樣之曝光設備1的配置。
在本實施例中，曝光設備1是投射曝光設備，其藉由步進和掃描設計而將遮罩20的圖案轉移至晶圓40上。但是，曝光設備1可以採用步進&重複設計或其它曝光設計。
如圖13所示，曝光設備1包含照明設備10、用以支撐遮罩20的遮罩台(未顯示出)、投射光學系統30、及用以支撐晶圓40的晶圓台(未顯示出)。
照明設備10照明遮罩20，在遮罩20上形成有要被轉移的電路圖案，照明設備10包含光源16及照明光學系統18。
舉例而言，光源16是例如波長約193 nm的ArF準分 子雷射、或波長約248 nm的KrF準分子雷射等準分子雷射，但是，光源並未特別限定於準分子雷射，也可以是波長約157 nm的F2 雷射或具有窄波長範圍的水銀燈。
照明光學系統18以來自光源16的光照明遮罩20，以及，在預定的極化狀態下，在遮罩20上實施修改的照明，並在本實施例中確保預定照明。照明光學系統18包含光擴展光學系統181、光束整型光學系統182、極化控制器183、相位控制器184、離去角度保存光學元件185、中繼光學系統186、多光束產生單元187、及電腦產生的全像片100。照明光學系統18也包含中繼光學系統188、孔徑189、變焦光學系統190、多光束產生單元191、孔徑光闌192、及照射單元193。
光擴展光學系統181將來自光源16的光偏轉以將其導引至光束整型光學系統182。光束整型光學系統182藉由將來自光源16的光的剖面之水平對垂直比例轉換成所需值(例如，藉由將剖面形狀從長方形改變成方形)，而將來自光源16的光的剖面整型成所需形狀。光束整型光學系統182形成具有照明多光束產生單元187所需的尺寸及發散角之光束。
極化控制器183包含例如線性極化器以及具有移除不必要的極化光分量之功能。藉由使極化控制器183所移除(遮蔽)之極化光分量最小，能夠將來自光源16的光有效率地轉換成所需的線性極化光。
相位控制器184將經由極化控制器183線性極化的光 轉換成適合電腦產生的全像片100之光(入射光)。舉例而言，藉由將λ/4的相位差給予光，相位控制器184可以將光轉換成圓形極化光，藉由將小於λ/4的相位差給予光，相位控制器184可以將光轉換成橢圓形極化光、或是並未給予光任何相位差而使光保持線性極化。
離去角度保存光學元件185包含例如光學積分器(舉例而言，複眼透鏡或包含多個微透鏡的光纖束)、以及，以預定的發散角度來輸出光。
中繼光學系統186將從多光束產生單元187上的離去角度保存光學元件185發出的光收歛。中繼光學系統186調整離去角度保存光學元件185的離去表面以及多光束產生單元187的入射表面，以保持傅立葉轉換關係(物件平面與光瞳平面之間的關係或光瞳平面與影像平面之間的關係)。
多光束產生單元187包含光學積分器(例如，複眼透鏡或包含多個微透鏡的光纖束)，用以均勻地照明電腦產生的全像片100。多光束產生單元187的離去表面形成包含多個點光源的光源表面。從多光束產生單元187發出的光照射在電腦產生的全像片100上。
電腦產生的全像片100經由中繼光學系統188而在孔徑189的位置處形成預定光量強度分佈(例如，如圖4所示的光強度分佈IL)。電腦產生的全像片100可以採取上述形式中的任何形式，在此將不再詳述。
孔徑189具有僅使電腦產生的全像片100所形成的光 強度分佈通過之功能。電腦產生的全像片100及孔徑189設定成保持傅立葉轉換關係。
變焦光學系統190以預定的放大率，使電腦產生的全像片100所形成的光強度分佈放大，並且，將其投射至多光束產生單元191。
多光束產生單元191係插入於照明光學系統18的光瞳平面上，以及，在其離去表面上，形成對應於形成於孔徑光闌189的位置處之光強度分佈的光源影像(有效光源分佈)。在本實施例中，多光束產生單元191包含例如複眼透鏡或圓柱透鏡陣列等光學積分器。孔徑光闌192係插入在接近多光束產生單元191的離去表面上。
照射單元193包含例如聚光器光學系統，並且，以形成於多光束產生單元191的離去表面上的有效光源分佈，照明遮罩20。
遮罩20具有圓形圖案以及藉由遮罩台(未顯示出)來予以支撐及驅動。由遮罩20所產生的繞射光經由投射光學系統30而被投射至晶圓40上。由於曝光設備1具有步進&掃描設計，所以，其藉由掃描遮罩20的圖案而將它們轉移至晶圓40。
投射光學系統30將遮罩20的圖案投射至晶圓40上。投射光學系統30可為折光系統、折反射系統、或反射系統。
晶圓40是遮罩20的圖案會投射(轉移)於其上的基板，且藉由晶圓台(未顯示出)來予以支撐及驅動。但是 ，也能夠使用玻璃板或其它基板來取代晶圓40。以光阻來塗著晶圓40。
電腦產生的全像片100不會將相位分佈給予單一方向上極化的光的波前，但是，將不同的相位分佈二維地給予X-極化光及Y-極化光等二者的波前。這能夠形成光強度分佈而幾乎不會產生任何光量損耗。
在曝光時，由光源16發射出的光以照明光學系統18來照明遮罩20。藉由投射光學系統30，具有遮罩20的圖案的資訊之光可以於晶圓40上形成影像。用於曝光設備1的照明光學系統18可以抑制任何照明變化及光量損耗，並且，藉由電腦產生的全像片100，形成具有所需形狀及極化狀態的光強度分佈。因此，曝光設備1可以以高產量及良好的經濟效率，提供高品質裝置(例如，半導體裝置、LCD裝置、影像感測裝置(例如CCD)、以及薄膜磁頭)。藉由下述步驟，可以製造這些裝置：使塗著有光阻(感光劑)的基板曝光之步驟(例如，晶圓或玻璃板)、使曝光的基板顯影之步驟、以及其它習知步驟。
雖然已參考舉例說明的實施例來說明本發明，但是，需瞭解本發明不限於所揭示的舉例說明的實施例。後附申請專利範圍的範圍係依據最廣的解釋以涵蓋所有此類修改及均等結構和功能。
1‧‧‧曝光設備
10‧‧‧照明設備
16‧‧‧光源
18‧‧‧照明光學系統
20‧‧‧遮罩
30‧‧‧投射光學系統
40‧‧‧晶圓
100‧‧‧電腦產生的全像片
110‧‧‧單元
110a‧‧‧單元
110b‧‧‧單元
110c‧‧‧單元
110d‧‧‧單元
110a1‧‧‧單元
110b1‧‧‧單元
110c1‧‧‧單元
110d1‧‧‧單元
112‧‧‧各向同性介質
114‧‧‧各向異性介質
114a‧‧‧各向異性介質
114b‧‧‧各向異性介質
181‧‧‧光擴展光學系統
182‧‧‧光束整型光學系統
183‧‧‧極化控制器
184‧‧‧相位控制器
185‧‧‧離去角度保存光學元件
186‧‧‧中繼光學系統
187‧‧‧多光束產生單元
188‧‧‧中繼光學系統
189‧‧‧孔徑
190‧‧‧變焦光學系統
191‧‧‧多光束產生單元
192‧‧‧孔徑光闌
193‧‧‧照射單元
圖1是視圖，用以說明根據本發明的一態樣之電腦產 生的全像片。
圖2是透視圖，顯示形成圖1中所示的電腦產生的全像片之單元結構。
圖3A至3C是概念視圖，均顯示X-極化光與Y-極化光的相位之間的關係。
圖4是視圖，顯示圖1中所示的電腦產生的全像片所形成的環狀光強度分佈(標的影像)的實例。
圖5A及5B顯示當圖4中所示的光強度分佈根據X-及Y-光分量的強度比例而分成X-及Y-光分量時之X-及Y-光分量的強度。
圖6A及6B顯示當圖4中所示的光強度分佈根據X-及Y-光分量的強度比例而分成X-及Y-光分量時之X-及Y-光分量的相位。
圖7A及7B顯示設計成分別與圖5A和5B及圖6A和6B中所示的X-及Y-極化光分量的強度及相位並容之電腦產生的全像片的相位分佈。
圖8顯示藉由將圖7A和7B中所示的二個電腦產生的全像片積分而取得之電腦產生的全像片的個別單元的厚度。
圖9A及9B顯示設計成分別與圖5A和5B及圖6A和6B中所示的X-及Y-極化光分量的強度及相位並容之電腦產生的全像片的相位分佈。
圖10是透視圖，顯示構成圖1中所示的電腦產生的全像片之16種型式中的四種之單元結構。
圖11是表格，顯示構成16種型式的單元構成要件，它們構成用以形成包含四相位之相位分佈的電腦產生的全像片。
圖12顯示根據圖11中所示的單元構成要件而將圖9A及9B中所示的二個電腦產生的全像片積分而取得的電腦產生的全像片之各別單元的厚度。
圖13是視圖，顯示根據本發明的一態樣之曝光設備的配置。
100‧‧‧電腦產生的全像片

Claims (10)

  1. 一種全像片，包含在預定平面上形成光強度分佈的多個單元，該多個單元包含：多個第一單元，包含各向同性介質及各向異性介質，以及，多個第二單元，僅包含各向異性介質，其中，該多個單元改變照射於該多個單元中的個別單元上之入射光的相位，以對第一方向上之線性極化光分量的波前及與該第一方向垂直的第二方向上之線性極化光分量的波前中的每一個波前，形成包含N(N為相位數，N≧2)相位之相位分佈，該多個第一單元及該多個第二單元的每一個該各向異性介質包含具有在該第一方向上的光軸之各向異性介質以及具有在該第二方向上的光軸之各向異性介質的其中之一，以及相對於該多個第一單元及該多個第二單元的每一個該各向異性介質之該第一方向及該第二方向上線性極化光分量，令λ為入射光的波長，Δna為折射率之間的差值，則該多個第一單元及該多個第二單元的該各向異性介質之最厚的各向異性介質的厚度為λ/Δna×(N-1)/2N。
  2. 如申請專利範圍第1項之全像片，其中該入射光包含在該第一方向及該第二方向上的線性極化光分量，以及在該第一方向及該第二方向上的該線性極化光分量之 間的相位差為π/N。
  3. 如申請專利範圍第1項之全像片，其中，令Δnb為相對於該入射光之該多個第一單元的每一個該各向同性介質的折射率與大氣的折射率之間的差值，並且i為1(包含1)至2N-1(包含2N-1)的範圍內的整數，則該多個第一單元的該各向同性介質具有2N-1個由λ/Δnb×i/2N所給定之厚度。
  4. 如申請專利範圍第1項之全像片，其中該多個第一單元及該多個第二單元的每一個該各向異性介質具有一維週期性結構，該一維週期性結構具有小於該入射光的波長之週期且產生形體雙折射，以及包含具有週期性方向在該第一方向上的週期性結構之各向異性介質以及具有週期性方向在該第二方向上的週期性結構的各向異性介質的其中之一。
  5. 如申請專利範圍第4項之全像片，其中，該多個第一單元及該多個第二單元的每一個該各向異性介質具有週期性結構，該週期性結構具有選自多個不同的填充因數的其中之一填充因數。
  6. 如申請專利範圍第1項之全像片，其中，令Δnb為相對於該入射光之該多個第一單元的每一個該各向同性介質的折射率與大氣的折射率之間的差值，並且其中，該多個單元包含：包含厚度為λ/Δna×(N-1)/2N的各向異性介質之單元， 包含厚度為λ/Δna×(N-1)/2N的各向異性介質、以及厚度為λ/Δnb×1/2N的各向同性介質之單元，包含厚度為λ/Δna×(N-1)/2N的各向異性介質、以及厚度為λ/Δnb×2/2N的各向同性介質之單元，以及包含厚度為λ/Δna×(N-1)/2N的各向異性介質、以及厚度為λ/Δnb×3/2N的各向同性介質之單元。
  7. 如申請專利範圍第1項之全像片，其中該入射光包含圓形極化光，以及該相位的數目為N=2。
  8. 一種曝光設備，包括：照明光學系統，係配置成以來自光源的光，照明遮罩；以及投射光學系統，係配置成將該遮罩的圖案投射至基板上，其中，該照明光學系統包含根據如申請專利範圍第1至7項中的任一項之全像片。
  9. 如申請專利範圍第8項之設備，其中，該照明光學系統係配置來提供圓形極化光給該全像片。
  10. 一種裝置製造方法，包括下述步驟：使用如申請專利範圍第8項之曝光設備以使基板曝光；以及為經曝光之該基板實施顯影製程。
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