TWI442198B - 電腦產生的全像圖，曝光設備，及半導體裝置製造方法 - Google Patents

電腦產生的全像圖，曝光設備，及半導體裝置製造方法 Download PDF

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Description

電腦產生的全像圖，曝光設備，及半導體裝置製造方法
本發明係關於電腦產生的全像圖、曝光設備、及半導體裝置製造方法。
投影曝光設備已習知地用於製造，例如，微圖形半導體裝置，諸如使用光微影法製造半導體記憶體或邏輯電路。該投影曝光設備藉由投影光學系統將形成於光罩(遮罩)上的電路圖形投影並轉移至，例如，晶圓上。
該投影曝光設備的解析度R係由以下方程式給定：R=k1 ×(λ/NA)…(1)
其中λ係該照射光之波長、NA係該投影光學系統之數值孔徑、且k1 係由，例如，顯影製程所決定之製程常數。
該照射光之波長越短或該投影光學系統之NA越高，該解析度越好。然而，因為玻璃材料之透射率隨該照射光波長的縮短而減少，因此難以再行縮短目前的照射光波長。因為焦距的深度反比於該投影光學系統之NA而減少且難以設計及製造形成高NA之投影光學系統的鏡頭，因此也難以增加該投影光學系統之NA。
在此等條件下，已提出藉由減少該製程常數k1 以改善該解析度之解析度增強技術(RET)。此等RET中的一者係所謂的修改照明法(或斜射照明法)。
該修改照明法通常將在光學系統之光軸上具有光屏蔽板之孔徑光闌插入在形成均勻表面光源的光學積分器之輸出面的近處，因此照射光斜照遮罩。該修改照明法包含，例如，與孔徑光闌之孔徑形狀(亦即，光強度分佈的形狀)不同的環形照明法及四極照明法。也已提出使用取代孔徑光闌之電腦產生的全像圖(CGH)的其他修改照明法，以改善照射光的使用效率(照明效率)。
隨著該投影光學系統的NA增加，控制照射光之偏振狀態的偏振照明法也變得必要，以增加該投影光學系統的的解析度。該偏振照明法基本上不係以P-偏振光而係以具有對光軸之集中成份的S-偏振光照明遮罩。
在近年中，已提出完成該修改照明法(形成具有期望形狀(例如，四極形狀)之光強度分佈)及該偏振照明法(偏振狀態控制)二者之技術。
例如，日本特許公開專利申請案第2006-196715號揭示使用一元件完成該修改照明法及該偏振照明法二者之技術。日本特許公開專利申請案第2006-196715號使用CGH控制該光強度分佈的形狀(重建影像)並使用結構化雙折射控制該偏振狀態。更明確地說，此技術藉由並行地配置與相同偏振方向中的光束對應之複數個CGH(下文中指稱為次CGH)以形成一個CGH，並將與該偏振方向對應的結構化雙折射施用至次CGH各者上。
日本特許公開專利申請案第2006-49902號藉由採用作為控制施用在次CGH之偏振模式的單元之偏振控制器 以選擇性地使用所欲之偏振模式。
日本特許公開專利申請案第2006-5319號揭示能控制由該修改照明法及該偏振照明法所典型地形成之四極光強度分佈之四極間的平衡之技術。更明確地說，日本特許公開專利申請案第2006-5319號藉由將CGH分割為四個並改變入射光的強度分佈以形成次CGH，因此使改變該CGH所得到的重建影像之極平衡變得可能。
然而，習知技術藉由將CGH分割為複數個CGH以形成次CGH，所以若光學積分器不能充份地校正入射光之強度分佈(例如，若光只從部份此等CGH進入)，在重建影像中會發生照明差異。
當組合複數個次CGH，由於發生在該等次CGH間的邊界處之結構化不連續性會產生非必要之繞射光，導致該CGH所得到的重建影像惡化。發生在該等次CGH間的邊界處之結構化不連續性能藉由改善電腦產生的全像圖之設計而消除，但是其引起設計成本巨幅增加之其他問題。
當偏振模式由偏振控制器選擇性地使用時，來自照射光源之光(照射光)的使用效率(照明效率)明顯地減少(亦即，光量中的損失增加)。
本發明提供能抑制照明差異及光量中的損失之電腦產生的全像圖，並形成具有在期望偏振狀態中的期望形狀之光強度分佈(重建影像)。
根據本發明之一實施樣態，提供一種電腦產生的全像圖，其藉由將一相位分佈授予入射光之一波前而在一預定平面上形成一光強度分佈，包含一各向異性層，其第一方向中之線性偏振光的折射率不同於該各向異性層的第二方向中之線性偏振光的折射率，該第二方向中之該線性偏振光垂直於該第一方向中之該線性偏振光，以及一等向層，其第一方向中之該線性偏振光的折射率等於該等向層的該第二方向中之該線性偏振光的折射率，其中藉由將不同的相位分佈授予該入射光之該第一方向中的該線性偏振光成份之一波前，及該入射光之該第二方向中的該線性偏振光成份之一波前，使一第一光強度分佈不同於一第二光強度分佈，該第一光強度分佈係藉由該入射光之該第一方向中的線性偏振光成份形成於該預定平面上，該第二光強度分佈係藉由該入射光之該第二方向中的線性偏振光成份形成於該預定平面上。
根據本發明之另一實施樣態，提供一種曝光設備，其包含一照明光學系統，其已組態成以來自一光源之光照明一光罩，以及一投影光學系統，其已組態成將該光罩之樣式投影至一基材上，其中該照明光學系統包含上述之電腦產生的全像圖。
根據本發明之另一實施樣態，提供一種半導體裝置製造方法，包含以下步驟，使用上述之曝光設備曝光一基材，以及針對該已曝光基材，執行一顯影製程。
從以下對模範實施例的描述並參考至隨附圖式，會使 本發明的其他特性變得更明顯。
以下將參考該等隨附圖式以描述本發明之較佳實施例。相同的參考數字在該等圖式中表示相同的構件，且不會提供重複的描述。
圖1係用於解釋根據本發明的一實施樣態之電腦產生的全像圖100的圖。如圖1所示，電腦產生的全像圖100藉由將相位分佈授予入射光之該波前而在預定平面PS(例如，在孔徑位置)上形成光強度分佈(重建影像)LI。電腦產生的全像圖100將不同的相位分佈授予作為第一方向中的線性偏振光(其偏振方向為該第一方向之線性偏振光)使用之X-偏振光的波前，及作為第二方向中的線性偏振光(其偏振方向為該第二方向之線性偏振光)使用之Y-偏振光的波前。此使得使X-偏振光(在入射光的第一方向中的線性偏振光成份)所形成的第一光強度分佈LI1 不同於Y-偏振光(在入射光的第二方向中的線性偏振光成份)所形成的第二光強度分佈LI2 變得可能。在第二方向中的該線性偏振光垂直於在第一方向中的該線性偏振光。
以下將詳細描述將不同相位分佈授予X-偏振光及Y-偏振光的該波前之電腦產生的全像圖100。圖2A係顯示電腦產生的全像圖100之配置的示意透視圖。圖2B係顯示沿著該X-Z平面所取得的圖2A所示之電腦產生的全像 圖100之四個單元110a至110d的示意剖面圖。如圖2A所示，電腦產生的全像圖100係藉由將複數個矩形單元110排列在四面體格子樣式中而形成。如圖2B所示，該複數個單元110各者包含其X-偏振光之折射率等於Y-偏振光之折射率的等向層(各向同性介質)112，及其X-偏振光之折射率不等於Y-偏振光之折射率的各向異性層(各向異性介質)114。換言之，該複數個單元110各者係藉由堆疊等向層112及各向異性層114而形成。
為授予不同的相位分佈至X-偏振光及Y-偏振光之該波前，電腦產生的全像圖100必須獨立控制在各別偏振方向中的該波前。考慮到電腦產生的全像圖100在本實施例中係二階段之電腦產生的全像圖，必須將二元相位授予該二偏振方向中的該波前。為此目的，電腦產生的全像圖100之單元110必須具有四種類型的單元結構。在圖2B中顯示的單元110a至110d各者具有此等四種類型單元結構之一種。此處之單元結構意指等向層112及各向異性層114的配置(等向層112及各向異性層114的厚度)。因為電腦產生的全像圖100係藉由將具有此等四種類型單元結構之單元110排列在在四面體格子樣式中而形成，等向層112及各向異性層114各者係藉由多個階段而形成。換言之，等向層112及各向異性層114各者係由具有不同厚度之複數個部份區域所形成。
單元110a至110d在Z方向上的階段高度能使用等向層112之折射率n、各向異性層114對X偏振光之折射率 nx 、及各向異性層114對Y偏振光之折射率ny 表示。為了簡化，此實施例會例證nx -n=n-ny >0之例子。為形成二階段之電腦產生的全像圖100，相位移π係必要的。為達到此狀態，在大氣及等向層112間的邊界處之一階段高度h1 僅須滿足：h1 =(1/4)．(λ/(n-1))…(2)
在等向層112及各向異性層114間的邊界處之一階段高度h2 僅須滿足：h2 =(1/4)．(λ/(nx -n))=(1/4)．(λ/(n-ny ))…(3)
等向層112及各向異性層114係由使用此等階段高度h1 及h2 之多個階段(具有不同厚度之複數個部份區域)所形成，如圖2B所示。
假定以單元110a作為參考，因為進入單元110b之X-偏振光的相位由於在大氣及等向層112之間的邊界層次(boundary level)中的差異而超前π/2，並由於在等向層112及各向異性層114之間的邊界層次中的差異而超前π/2，其整體上超前π。同樣地，假定以單元110a作為參考，因為進入單元110b之Y-偏振光的相位由於在大氣及等向層112之間的邊界層次中的差異而超前π/2，並由於在等向層112及各向異性層114之間的邊界層次中的差異而延遲π/2，其整體上保持與該參考對象相同。
假定以單元110a作為參考，因為進入單元110c之X-偏振光的相位由於在大氣及等向層112之間的邊界層次 中的差異而超前π/2，並由於在等向層112及各向異性層114之間的邊界層次中的差異而延遲π/2，其整體上保持與該參考對象相同。同樣地，假定以單元110a作為參考，因為進入單元110c之Y-偏振光的相位由於在大氣及等向層112之間的邊界層次中的差異而超前π/2，並由於在等向層112及各向異性層114之間的邊界層次中的差異而超前π/2，其整體上超前π。
假定以單元110a作為參考，因為進入單元110d之X-偏振光的相位由於在大氣及等向層112之間的邊界層次(藉由二階段)中的差異而超前π，並由於在等向層112及各向異性層114之間的邊界層次中的差異而不改變，其整體上超前π。同樣地，假定以單元110a作為參考，因為進入單元110d之Y-偏振光的相位由於在大氣及等向層112之間的邊界層次(藉由二階段)中的差異而超前π，並由於在等向層112及各向異性層114之間的邊界層次中的差異而不改變，其整體上超前π。
當X-偏振光所形成的該第一光強度分佈LI1 在該預定平面PS(在該影像平面)上不干涉Y-偏振光所形成的該第二光強度分佈LI2 時，各向異性層114的基材厚度h3 可能係任意值，因為沒有必要考慮在該X-偏振光及該Y-偏振光間的相對相位差。然而，若X-偏振光及Y-偏振光的參考波前必須藉由考慮在光強度分佈LI1 及LI2 間的干涉以彼此匹配，將各向異性層114的厚度設定為使該相位移位2π之一厚度，亦即，為4×h2 的整數倍。此使匹配X- 偏振光及Y-偏振光的參考波前變得可能。可能藉由選擇零作為該整數倍的整數以將各向異性層114的基材厚度h3設定為零。
雖然本實施例中已解釋具有在X-偏振光及該Y-偏振光間將該相位移位π的單元結構之該等單元110a至110d，該等單元110a至110d可能具有將該相位移位(2n+1)π(亦即3π、5π、…)的單元結構。在此例子中，階段高度h1 及h2 係乘於(2n+1)，亦即根據n為3、5、…。
雖然假設nx -n=n-ny 而解釋了此實施例，形成重建影像所須之右側及左側的值不必總是彼此相等，並可能根據偏振角度及光強度分佈的精確性而移位。
針對由X-偏振光及Y-偏振光所形成的光強度分佈LI1 及LI2 以獨立設定二階段電腦產生的全像圖，且適當地選擇藉由重疊此等電腦產生的全像圖所得到的單元結構(單元110a至110d)。此使形成將不同的相位分佈授予X-偏振光及Y-偏振光之波前的電腦產生的全像圖100變得可能。如上文所述，該等單元110a至110d的四種單元結構係作為X-偏振光及Y-偏振光之參考波前之一結構、僅將X-偏振光之波前超前π的一結構、僅將Y-偏振光之波前超前π的一結構、及將X-偏振及Y-偏振光光之波前超前π的一結構。
電腦產生的全像圖100不像習知技術，無須將電腦產生的全像圖的整體表面分割成複數個區域(次CGH)即能將不同的相位分佈授予在對應偏振方向中之電腦產生的 全像圖之整體表面上方的X-偏振光及Y-偏振光的波前。因此，即使當光學積分器不能充份地校正入射光的光強度分佈時，電腦產生的全像圖100絕不會在光強度分佈(重建影像)中遭受任何照明變化。
因為電腦產生的全像圖100具有該等單元110a至110d的樣式在其中重覆之結構，其不使用複數個不同的次CGH。因此，電腦產生的全像圖100絕不會因為發生在該等次CGH間之邊界處的結構化不連續性所造成的非必要繞射光而在光強度分佈中遭受任何惡化。同樣地，因為電腦產生的全像圖100不使用次CGH，也不必設計消除發生在該等次CGH間之邊界處的結構化不連續性，而容許縮減設計成本。
電腦產生的全像圖100能無須選擇入射光的偏振方向而將不同的相位分佈授予X-偏振光及Y-偏振光的波前。因此，電腦產生的全像圖100能形成幾乎不會在光總量中產生任何損失的光強度分佈(重建影像)。換言之，電腦產生的全像圖100能滿意地縮減在光總量中的損失而在期望偏振狀態中形成具有期望形狀的光強度分佈。
以此方式，電腦產生的全像圖100能藉由以多個階段形成各向異性層114並為複數個單元各者設定各向異性層114的厚度，以將不同的相位分佈授予入射光之第一及第二方向中的偏振光成份之波前。
在電腦產生的全像圖100中，各向異性層114的多個階段可能少於等向層112的階段。換言之，各向異性層 114的厚度數量可能小於等向層112的厚度數量。在此例中，電腦產生的全像圖100係由複數個單元110a1至110d1所形成，該等單元各者包含等向層112及各向異性層114，如圖3所示。等向層112的折射率、各向異性層114的折射率、及在Z方向中的此等單元之階段高度係如上文所述。須注意圖3係顯示沿著X-Z平面所取得的圖2所示之電腦產生的全像圖100之四個單元110a1至110d1的示意剖面圖。
電腦產生的全像圖100藉由將該相位與參考相位匹配或將該相位從該參考相位移位π之其中一者以執行相位控制，如上文所述。雖然，將該相位前進π之方法能選擇成上文所描述的將該相位前進π之方法，即使藉由選擇將該相位延遲π之方法也能得到相同的效果。圖3所示之單元110b1具有在選擇將該相位延遲π之方法時的單元結構。
假定以單元110a1作為參考，因為進入單元110b1之X-偏振光的相位由於在大氣及等向層112之間的邊界層次中的差異而延遲π/2，並由於在等向層112及各向異性層114之間的邊界層次中的差異而延遲π/2，其整體上延遲π。同樣地，假定以單元110a1作為參考，因為進入單元110b1之Y-偏振光的相位由於在大氣及等向層112之間的邊界層次中的差異而延遲π/2，並由於在等向層112及各向異性層114之間的邊界層次中的差異而超前π/2，其整體上保持與該參考對象相同。
上文所述之單元110b具有僅將X-偏振光的相位超前 π之功能，而單元110b1具有僅將X-偏振光的相位延遲π之功能。從僅將X-偏振光的相位自參考對象移位π的角度而言，單元110b及110b1具有等效功能。該等單元110a1、110c1及110d1具有的結構分別與該等單元110a、110c、及110d的結構相同。因此，圖3所示之四個單元110a1至110d1的單元結構具有與圖2B所示之該等單元110a至110d的單元結構相同的功能。
在包含具有將該相位延遲π之單元結構的單元110b1之電腦產生的全像圖100中，將圖2B所示之各向異性層114的三階段結構以如圖3所示之二階段結構取代。此外，將圖2B所示之在大氣及等向層112之間的邊界處之三階段結構以如圖3所示之四階段結構取代。在相位控制中不僅能選擇相位超前法也能選擇相位延遲法，使各向異性層114的多個階段少於等向層112的多個階段之階段形成變得可能。
等向層112及各向異性層114間的折射率差異通常小於大氣及等向層112間的折射率差異。因此，等向層112及各向異性層114間的邊界處之一階段高度高於大氣及等向層112間的邊界處之一階段高度。以此觀點，藉由在等向層112及各向異性層114間的邊界處形成較大氣及等向層112間的邊界處為少的階段能減少在製造電腦產生的全像圖100中的雕刻總量(amount of engraving)。此使容易製造電腦產生的全像圖100變得可能。
一般電腦產生的全像圖係在其為無限薄之元件的假設 下設計的。所以，實際的電腦產生的全像圖基於雕刻總量之設計值而會呈現不同於所預期的功能。如從圖2B及3可明顯的看出，能製造出比具有圖2B所示的單元110a至110d之電腦產生的全像圖更薄的具有圖3所示的單元110a1至110d1之電腦產生的全像圖100。因此，能藉由減少雕刻總量而得到更接近期望之光強度分佈的光強度分佈。
例如，使用曝光設備製造具有階段數等於2的n次方之結構的電腦產生的全像圖，必須藉由改變雕刻總量以執行n次曝光。從此觀點，當電腦產生的全像圖之階段數量為2的n次方時，能最有效率地製造電腦產生的全像圖。
當各向異性層114及等向層112間的邊界處之階段數量為三，且大氣及等向層112間的邊界處之階段數量為三(圖2B)時，必須在各向異性層114及等向層112間的邊界處執行二次曝光，且必須在大氣及等向層112間的邊界處執行二次曝光。因此，總共必須執行四次曝光以製造此種電腦產生的全像圖。
當各向異性層114及等向層112間的邊界處之階段數量為二，且大氣及等向層112間的邊界處之階段數量為四(圖2B)時，必須在各向異性層114及等向層112間的邊界處執行一次曝光，且必須在大氣及等向層112間的邊界處執行二次曝光。因此，總共必須執行三次曝光以製造此種電腦產生的全像圖。以此方式，能藉由減少製造電腦產生的全像圖所須之曝光次數數量而縮減對齊錯誤。此使 製造與設計值匹配之電腦產生的全像圖更接近之電腦產生的全像圖變得可能。
雖然此實施例已例示各向異性層114之多個階段少於等向層112之多個階段的例子，等向層112之多個階段能少於各向異性層114之多個階段。現在，各向異性層114在二偏振方向上的折射率差異△n小於大氣及等向層112間的折射率差異。然而，當發展或發現具有非常大折射率差異△n之各向異性層114時，後一方案會變為有效。
在電腦產生的全像圖100的複數個單元110a2至110d2中，將等向層112及各向異性層114沿著平面黏合較佳，如圖4所示。茲參考圖4，等向層112具有三維表面112a及平坦表面112b，且各向異性層114相似地具有三維表面114a及平坦表面114b。等向層112及各向異性層114在圖4所示之複數個單元110a2至110d2各者的單元結構中之Z方向上的配置位置(arrangement position)相對不同於在圖3所示之複數個單元110a1至110d1各者的單元結構中之配置位置。然而，等向層112及各向異性層114在圖4所示之複數個單元110a2至110d2各者的單元結構中之厚度等於在圖3所示之複數個單元110a1至110d1各者的單元結構中之厚度。因此，由圖4所示之複數個單元110a2至110d2所形成之電腦產生的全像圖100具有與由圖3所示之複數個單元110a1至110d1所形成之電腦產生的全像圖相同的功能。須注意圖4係顯示沿著該X-Z平面所取得的圖2A所示之電腦產生的全像圖100之 四個單元110a2至110d2的示意剖面圖。
通常非常難以藉由黏合等向層112之三維表面及各向異性層114之三維表面以製造由圖3所顯示的複數個單元110a1至110d2所形成之電腦產生的全像圖100。也難以用材料(等向介質或各向異性介質)填充已雕刻之三維基材表面而不在該基材中留下任何空隙。為解決此問題，會將等向層112之平坦表面112b及各向異性層114之平坦表面114b彼此相對地黏合，如圖4所示。換言之，將等向層112及各向異性層114沿著平面黏合。此使容易製造由圖4所示之複數個單元110a2至110d2所形成的電腦產生的全像圖100變得可能。在製造電腦產生的全像圖100時(複數個單元110a2至110d2)，等向層112及各向異性層114可能在雕刻後黏合，或在黏合後雕刻。
此處會解釋各向異性層114的材料。在此實施例中，各向異性層114係由雙折射材料所形成，該雙折射材料之折射率由於其晶體性質會取決於偏振方向而改變。各向異性層114之雙折射材料的詳細範例為晶體、氟化鎂、及方解石。因為光的移動速度取決於介質的折射率，以雙折射材料形成各向異性層114使移動其偏振方向為該第一方向的線性偏振光之波前，及使移動其偏振方向為該第二方向的線性偏振光之波前變得可能。
例如，考慮各向異性層114係由方解石所形成之例子。方解石之組成物為碳酸鈣(CaCO3 )，其具有1.6584之折射率並對589nm的波長具有1.4864之折射率。從nx - n=n-ny ，選擇具有折射率n=(nx -ny )/2=(1.6584-1.4864)/2=1.5724之材料作為等向層112之材料。有多種符合此條件之材料且，例如，能選擇由OHARA供應之具有1.5725的折射率之S-BAL11作為等向層112之材料。此實施例僅例示等向層112及各向異性層114之材料，且只要彼等之折射率符合上述條件，彼等可能以任何材料形成。
各向異性層114之雙折射材料包含具有固有雙折射之材料。螢石(氟化鈣)具有天生的立方晶體結構並因此不係雙折射材料，但其折射率取決於該晶軸而輕微地改變。更明確地說，氟化鈣對該波前具有約3.4nm/cm之固有雙折射。因此可能藉由確實地利用此種固有雙折射而使用氟化鈣作為該材料以形成各向異性層114。
在電腦產生的全像圖100之複數個單元110中，各向異性層114可能具有產生結構化雙折射之三維結構。須注意此處之該三維結構意指內部具有三維結構之各單元，不同於各向異性層114之多階段結構。
例如，日本特許公開專利申請案第2006-196715號揭示以石英製成並產生結構化雙折射之三維結構。日本特許公開專利申請案第2006-196715號描述當假定其負載比為1：1(=0.5)時，對193nm之波長具有1.56折射率之石英，及在該俯仰方向(pitch direction)上具有1.19之折射率n⊥，並在垂直於該俯仰方向的方向上具有1.31之折射率nII的在結構化雙折射中之繞射光柵。
將nx 及ny 設為日本特許公開專利申請案第2006- 196715號中在該俯仰方向上之折射率n⊥及垂直於該俯仰方向的方向上之折射率nII，並假定波長為193nm，從方程式(3)可得到階段高度h2 約為804nm。該值約為該波長的四倍，對電腦產生的全像圖係實用的厚度。
能從以下方程式計算出折射率nII及n⊥：
其中a/p係填充因素。
茲參考方程式(4)，使用複數個填充因素容許完成不同的折射率差異△n=nII -n⊥ 。迄至目前為止，係藉由為各單元設定各向異性層114的厚度而控制X偏振光及Y-偏振光之波前間的相位差。然而，即使當所有單元間的各向異性層114的厚度均相同時，仍能藉由為各單元設定各向異性層114的填充因素而控制X偏振光及Y-偏振光之波前間的相位差。當使用石英作為雙折射材料時，能從0至0.122之廣泛範圍中選擇193nm波長的折射率差異△n。
須注意對折射率差異△n的控制會改變折射率nII及n⊥。此總計為參考波前中的移位，但能藉由控制等向層112的厚度而抵消此移位。
以此方式，能藉由為電腦產生的全像圖100之複數個單元各者設定各向異性層114的折射率，將不同的相位分佈授予在該第一及第二方向中的偏振光成份的波前。
也可能使用為複數個單元各者設定各向異性層114之厚度的方法及為複數個單元各者設定各向異性層114之折射率(填充因素)的方法二者以形成複數個單元110電腦產生的全像圖100)。此使更彈性地設計電腦產生的全像圖100及更容易地製造電腦產生的全像圖100變得可能。
茲參考圖5以解釋為何各向異性層114對該第一及第二方向中的線性偏振光的折射率可能等於等向層112對該第一及第二方向中的線性偏振光的折射率之原因。圖5係顯示沿著X-Z平面所取得的圖2A所示之電腦產生的全像圖100之四個單元110a3至110d3的示意剖面圖。
圖5例示滿足n=nx >ny 之複數個單元110a3至110d3各者的單元結構之範例，其中n為等向層112的折射率、nx 為各向異性層114對X-偏振光的折射率、且ny 為各向異性層114對Y-偏振光的折射率。為形成二階段之電腦產生的全像圖100，π之相位移位係必須的。為達成此狀態，在大氣及等向層112間的邊界處之階段高度h1 '僅須滿足以下方程式：h1 '=(1/2)．(λ/(n-1))…(5)
在等向層112及各向異性層114間的邊界處之階段高度h2 '僅須滿足以下方程式：h2 '-(1/2)．(λ/(nx -n))=(1/2)．(λ/(n-ny ))…(6)
假定以單元110a3作為參考，進入單元110b3之X-偏振光的相位會保持與參考對象相同。同樣地，假定以單 元110a3作為參考，進入單元110b3之Y-偏振光的相位會超前π。
假定以單元110a3作為參考，進入單元110c3之X-偏振光的相位會延遲π。同樣地，假定以單元110a3作為參考，進入單元110c3之Y-偏振光的相位會延遲π。
假定以單元110a3作為參考，因為進入單元110d3之X-偏振光的相位會在等向層112中延遲π，且在各向異性層114中不會改變，其整體上延遲π。同樣地，假定以單元110a3作為參考，進入單元110d3之Y-偏振光的相位會在等向層112中延遲π，且在各向異性層114中超前π，其整體上保持與該參考對象相同。
雖然已在此實施例中解釋具有在X-偏振光及Y-偏振光間將該相位移位π的單元結構之單元110a3至110d3，該等單元110a3至110d3可能具有將該相位移位(2n+1)π(亦即，3π、5π、…)之單元結構。在此例中，階段高度h1 '及h2 '係乘於(2n+1)，亦即根據n為3、5、…。
以此方式，當各向異性層114在一方向上對線性偏振光的折射率等於等向層112的折射率時(n=nx >ny )，能形成具有簡單結構的該等單元110a3至110d3，該簡單結構的多個階段少於圖2B、3及4所示之單元結構的多個階段。更明確地說，能藉由在各向異性層114及等向層112間的邊界處形成二階段，並在大氣及等向層112間的邊界處形成二階段以完成用於X-偏振光及Y-偏振光之二階段電腦產生的全像圖。雖然係以假定n=nx >ny 而解釋此實施 例，即使在nx >ny =n時，也能形成該等單元110a3至110d3以具有相似的單元結構。
此處將參考圖6A至6F以解釋針對X-偏振光及Y-偏振光形成不同的光強度分佈LI1 及LI2 之電腦產生的全像圖100之設計範例。圖6A至6F為用於解釋針對X偏振光及Y-偏振光形成不同的光強度分佈LI1 及LI2 之電腦產生的全像圖100之設計範例的圖。
圖6A顯示，例如，由X-偏振光所形成的光強度分佈(標的影像)，且各雙向箭號指示該偏振方向。圖6B顯示用於形成圖6A所示之水平並列的光強度分佈之電腦產生的全像圖之二基本圖案之電腦產生的全像圖100。實際上，電腦產生的全像圖100具有週期結構，在其中水平排列無限數量的圖6B所示之電腦產生的全像圖之基本圖案。參考符號AR1及AR2指示電腦產生的全像圖100之單元的厚度。假定以厚度AR1作為參考，厚度AR2將該相位移位π。能藉由以X-偏振光照射圖6B所示之電腦產生的全像圖100而形成圖6A所示之在偏振狀態中的光強度分佈。
圖6C顯示，例如，由Y-偏振光所形成的光強度分佈(標的影像)，且各雙向箭號指示該偏振方向。如同圖6B，圖6D顯示用於形成圖6C所示之垂直並列的光強度分佈之電腦產生的全像圖之二基本圖案之電腦產生的全像圖100。能藉由以Y-偏振光照射圖6D所示之電腦產生的全像圖100而形成圖6D所示之在偏振狀態中的光強度分 佈。
圖6E顯示藉由重疊圖6A及6C所示之光強度分佈所得到的光強度分佈。形成圖6E所示之光強度分佈之電腦產生的全像圖100係藉由將圖6B及6D所示之圖案組合而形成，且其具有為四個單元結構之複數個單元，如上文所描述。圖6F所示之A至D指系四個單元結構，且更明確地說，對應於圖5所示之該等單元110a3至110d3的單元結構。圖6E所示之在該偏振狀態中的光強度分佈能藉由以X-偏振光及Y-偏振光照射圖6F所示之電腦產生的全像圖100而形成。
在此實施例中已解釋電腦產生的全像圖100之非常簡單的設計範例。然而，可能相似地設計在期望偏振狀態中具有期望形狀的形成更複雜光強度分佈之電腦產生的全像圖100。更明確地說，對應於由X-偏振光及Y-偏振光所形成的光強度分佈之電腦產生的全像圖係獨立設計的，此二電腦產生的全像圖彼此重疊，並選擇對應於各單元之單元結構。
將參考圖7以解釋具有多於二階段之電腦產生的全像圖100。圖7係解釋具有多於二階段之電腦產生的全像圖100之圖。
為將不同的相位分佈授予X-偏振光及Y-偏振光的波前，必須在X-偏振光及Y-偏振光的波前間任意地授予相位差，並在授予相位差之X-偏振光及Y-偏振光的波前及彼等之參考波前間任意地授予相位差。
茲參考圖7，能藉由改變在Z方向中的各向異性層114之厚度以在X-偏振光及Y-偏振光的波前間任意地授予相位差。同樣地，能藉由改變在Z方向中的等向層112之厚度以在已授予相位差之X-偏振光及Y-偏振光的波前與彼等之參考波前間任意地授予相位差。
能藉由在X-偏振光及Y-偏振光的波前間提供多階段相位差以在X-偏振光及Y-偏振光的波前間提供多於二種類型之不同的相位差，並在已授予相位差之X-偏振光及Y-偏振光的波前與彼等之參考波前間授予此等相位差。使具有多於二階段之電腦產生的全像圖100之形成變得可能。也可能藉由連續地改變等向層112及各向異性層114的厚度以連續地改變在X-偏振光及Y-偏振光之波前間的相位差，並在已授予相位差之X-偏振光及Y-偏振光的波前與彼等之參考波前間授予此等相位差。
此實施例係為了簡化描述的目的而使用nx -n=n-ny >0或n=nx >ny 的限制。然而，當藉由形成等向層112及各向異性層114之階段以得到如此實施例的相同效果時，能任意地選擇折射率nx 、ny 、及n。
此處將解釋製造電腦產生的全像圖100之方法的範例。其係為各單元設定等向層112及各向異性層114之厚度及產生結構化雙折射的三維結構之電腦產生的全像圖100的製造方法。
首先，使用塗佈設備以將光敏樹脂(光阻)均勻地塗佈於電腦產生的全像圖100之等向層112或各向異性層 114。
其次，使用曝光設備將預定之電腦產生的全像圖之圖案轉移至該光阻，然後使用顯影設備顯影該光阻，因此在該光阻上形成週期性的三維光柵圖案。
最後，使用反應性離子蝕刻設備執行乾蝕刻，並將該週期性的三維光柵圖案作為蝕刻遮罩使用以形成預定深度之溝漕。之後，使用溶劑或氣體藉由灰化以移除該光阻。
能藉由此等程序製造上文所描述之電腦產生的全像圖100。在此實施例中所解釋之電腦產生的全像圖100之製造方法只係範例，且只要能形成期望之電腦產生的全像圖100，可能使用其他的微圖型化技術(諸如奈米壓印)。
以下將參考圖8以解釋如本發明之電腦產生的全像圖100所施用之曝光設備1。圖8係顯示根據本發明之一實施樣態的曝光設備1之配置圖。
在此實施例中，曝光設備1係藉由步進掃描方案將光罩20之圖案轉移至晶圓40上的投影曝光設備。然而，曝光設備1能採用步進重複方案或其他曝光方案。
如圖8所示，曝光設備1包含照明設備10、用於支撐光罩20之光罩台(未圖示)、投影光學系統30、及用於支撐晶圓40之晶圓台(未圖示)。
照明設備10照明待轉移電路圖案形成於其上之光罩20，並包含光源16及照明光學系統18。
光源16係，例如準分子雷射(諸如具有波長約193nm之ArF準分子雷射或具有波長約248nm之KrF準 分子雷射)。然而，光源16並未特別限定為準分子雷射，且可能係，例如具有波長約157nm之F2 雷射。
照明光學系統18以來自光源16之光照明光罩20，並在預定之偏振狀態中在光罩20上執行已修正照明而在此實施例中保證預定照明。此實施例中，照明光學系統18包含光擴充光學系統181、波束整形光學系統182、偏振控制器183、位控制器184、射出角保留光學元件185、中繼光學系統186、多束產生單元187、及電腦產生的全像圖100。照明光學系統18也包含中繼光學系統188、孔徑189、變焦距光學系統190、多束產生單元191、孔徑光闌192、及發光單元193。
光擴充光學系統181偏斜來自光源16之光以將其引導至波束整形光學系統182。波束整形光學系統182藉由將來自光源16之光截面的縱橫比轉換為期望值(例如，藉由將來自長方形之截面形改變成正方形)而將來自光源16之光截面整形成期望形狀。波束整形光學系統182形成具有照明多束產生單元187所須之尺寸及發散角度的光束。
偏振控制器183包含，例如線性偏振器並具有移除非必要偏振光成份之功能。藉由以偏振控制器183移除(遮蔽)偏振光成份以最小化偏振光成份，可能有效率地將來自光源16之光轉換為所期望的線性偏振光。
相位控制器184藉由將相位差λ/4授予由偏振控制器183所得到的線性偏振光而將其轉換為環形偏振光。
射出角保留光學元件185包含，例如光學積分器(例如蠅眼鏡頭或包含複數個微鏡頭之光纖束)，並使該光以預定發散角度發出。
中繼光學系統186將從射出角保留光學元件185所發出之光聚合於多束產生單元187上。中繼光學系統186調整射出角保留光學元件185之射出表面及多束產生單元187的入射表面以具有傅立葉轉換關係(在目標平面及光瞳平面間或光瞳平面與成像平面間的關係)。
多束產生單元187包含用於均勻地照明電腦產生的全像圖100之光學積分器(例如蠅眼鏡頭或包含複數個微鏡頭之光纖束)。多束產生單元187的射出表面形成包含複數個點光源之光源表面。從多束產生單元187發出之該光作為環形偏振光進入電腦產生的全像圖100。
電腦產生的全像圖100經由中繼光學系統188在孔徑189的位置處形成光強度分佈L1(由X-偏振光及Y-偏振光形成之光強度分佈LI1 及LI2 )。電腦產生的全像圖100能採用任何上述形式，且此處將不提供對其之詳細描述。
如圖9所示，使用習知之電腦產生的全像圖1100的曝光設備1000不能獨立地控制X-偏振光及Y-偏振光，所以必須在變焦距光學系統190及多束產生單元191間插入λ/4板1200。當針對各偏振方向分割由電腦產生的全像圖1100所形成之光強度分佈時，λ/4板1200能立即插入在電腦產生的全像圖1100之前或之後。須注意圖9係顯示 習知曝光設備1000之配置的圖。
相反的，因為如此實施例之曝光設備1使用能獨立控制由X-偏振光及Y-偏振光所形成的光強度分佈之電腦產生的全像圖100，λ/4板1200係不必要的。將電腦產生的全像圖100施用至曝光設備使曝光設備1及照明光學系統18的形成較習知技術簡單變得可能。
孔徑189具有僅通過由電腦產生的全像圖100所形成之光強度分佈的功能。將電腦產生的全像圖100及孔徑189設定成具有該傅立葉轉換關係。
變焦距光學系統190以預定倍率放大由電腦產生的全像圖100所形成之光強度分佈，並將其投影至多束產生單元191上。
多束產生單元191係插入在照明光學系統18的光瞳平面上，並在其射出表面上形成對應於在孔徑189的位置處形成之光強度分佈的光源影像(有效光源分佈)。在此實施例中，多束產生單元191包含諸如蠅眼鏡頭或圓柱透鏡陣列之光學積分器。孔徑光闌192係插入在接近多束產生單元191之射出表面處。
發光單元193包含，例如聚光光學系統並以在多束產生單元191之射出表面上形成之有效光源分佈照明光罩20。
光罩20具有電路圖案並由該光罩台(未圖示)所支撐及驅動。由光罩20所產生的繞射光經由投影光學系統30投影至晶圓40上。因為曝光設備1係步進掃描方案的 設備，其藉由掃描彼等以將光罩20的圖案轉移至晶圓40上。
投影光學系統30將光罩20的圖案投影至晶圓40上。投影光學系統30能係曲光系統、折反射系統、或反射系統。
晶圓40係光罩20之圖案投影(轉移)於其上的基材，並由該晶圓台(未圖示)所支撐及驅動。然而也可能使用玻璃板或其他基材取代晶圓40。晶圓40以保護劑塗佈。
雖然係在如此實施例的曝光設備1中環形偏振進入電腦產生的全像圖100之光，但其可能係非偏振的。更明確地說，將用於轉換來自光源16的光為非偏振光之消偏振器設定成將從該消偏振器發出的非偏振光引導至電腦產生的全像圖100。例如，日本特許公開專利申請案第2004-198348號揭示之消偏振器。可能使用該消偏振器取代相位控制器184以引導非偏振光至電腦產生的全像圖100。
曝光設備1可能包含作為調整進入電腦產生的全像圖100之光的偏振狀態之偏振狀態調整單元使用的λ/4板194，如圖10所示。須注意圖10係顯示如本發明之一實施樣態的曝光設備1之配置的圖。
作為偏振狀態調整單元使用之λ/4板194調整在進入電腦產生的全像圖100之光的第一及第二方向中之線性偏振光成份間的強度比例。使調整由電腦產生的全像圖100所形成之第一光強度分佈LI1 及第二光強度分佈LI2 的光 強度間的比例變得可能。雖然在上文中已例示進入電腦產生的全像圖100之環形偏振光或非偏振光的範例，線性偏振光也能進入電腦產生的全像圖100。調整進入電腦產生的全像圖100之線性偏振光的角度會使改變X-偏振光及Y-偏振光間的強度比例變得可能。
如圖11所示，將作為偏振狀態調整單元使用之λ/4板194立即插入在電腦產生的全像圖100之後。沿著該光軸(Z-軸)旋轉λ/4板194會使得到對應於電腦產生的全像圖100之預定方向的線性偏振光PL變得可能。線性偏振方向係以角度PA指示。須注意圖11係顯示電腦產生的全像圖100之附近區域及λ/4板194的示意透視圖。
改變該角度PA會使改變X-偏振光及Y-偏振光間的強度比例變得可能。例如，若該角度PA為0°，X-偏振光獨自進入電腦產生的全像圖100，並因此獨自形成光強度分佈LI1 。若該角度PA為90°，Y-偏振光獨自進入電腦產生的全像圖100，並因此獨自形成光強度分佈LI2 。若該角度PA為45°，就如同在環形偏振光或非偏振光中，會形成在X-偏振光及Y-偏振光間具有相同強度之光強度分佈LI1 及LI2 ，亦即，1：1的強度比例。
曝光設備1必須根據轉移至晶圓40上的電路圖案以改變在X-偏振光及Y-偏振光間的平衡。當電腦產生的全像圖100形成如圖1所示之四極光強度分佈LI，藉由設定λ/4板194能較佳地改變在光強度分佈LI1 及LI2 間的平衡(極平衡)。
如上文所述，電腦產生的全像圖100並非沿著一個偏振方向將不同的相位分佈授予X-偏振光及Y-偏振光之波前，而係沿著所有偏振方向。使在光總量中幾乎不產生任何損失而形成光強度分佈LI變得可能。即使當進入電腦產生的全像圖100之光的偏振方向改變時，光強度分佈LI的整體能量仍保持相同。所以，當指定光強度分佈(重建影像)LI之期望能量時，能無須將該角度PA列入考量而決定入射光的能量。
在曝光時，光源16所照射之光藉由照明光學系統18照明光罩20。反射光罩20之圖案的光成份藉由投影光學系統30在晶圓40上形成影像。用於曝光設備1的照明光學系統18能抑制任何照明變化及光總量中的損失，並藉由電腦產生的全像圖100在期望偏振狀態中形成具有期望形狀之光強度分佈。因此，曝光設備1能提供裝置(例如，半導體裝置、LCD裝置、影像偵測裝置(例如，CCD)、及薄膜磁頭)以高產量、高品質、及良好的經濟效率。此等裝置係以使用曝光設備1曝光以光阻(光敏劑)塗佈之基材(例如，晶圓或玻璃板)的步驟、顯影該已曝光基材之步驟、及其他已知步驟所製造。
雖然已參考模範實施例以描述本發明，須瞭解本發明並未受該等已揭示模範實施例所限制。待給予以下之申請專利範圍的範圍最寬廣的解釋，以包含所有此種修改及等效結構及功能。
1‧‧‧曝光設備
10‧‧‧照明設備
16‧‧‧光源
18‧‧‧照明光學系統
20‧‧‧光罩
30‧‧‧投影光學系統
40‧‧‧晶圓
100、1100‧‧‧電腦產生的全像圖
110a、110b、110c、110d、110a1、110b1、110c1、110d1、110a2、110b2、110c2、110d2、110a3、110b3、110c3、110d3‧‧‧單元
112‧‧‧等向層
112a、114a‧‧‧三維表面
112b、114b‧‧‧平坦表面
114‧‧‧各向異性層
181‧‧‧光擴充光學系統
182‧‧‧波束整形光學系統
183‧‧‧偏振控制器
184‧‧‧相位控制器
185‧‧‧射出角保留光學元件
186、188‧‧‧中繼光學系統
187、191‧‧‧多束產生單元
189‧‧‧孔徑
190‧‧‧變焦距光學系統
192‧‧‧孔徑光闌
193‧‧‧發光單元
194、1200‧‧‧λ/4板
1000‧‧‧曝光設備
圖1係用於解釋根據本發明的一個實施樣態之電腦產生的全像圖之圖。
圖2A係顯示圖1所示之電腦產生的全像圖之配置的示意透視圖。
圖2B係顯示沿X-Z平面所取得的圖2A所示之電腦產生的全像圖之四個單元之示意剖面圖。
圖3係顯示沿X-Z平面所取得的圖2A所示之電腦產生的全像圖之四個單元之示意剖面圖。
圖4係顯示沿X-Z平面所取得的圖2A所示之電腦產生的全像圖之四個單元之示意剖面圖。
圖5係顯示沿X-Z平面所取得的圖2A所示之電腦產生的全像圖之四個單元之示意剖面圖。
圖6A至6F係用於解釋根據本發明的一個實施樣態之電腦產生的全像圖之設計範例的圖。
圖7係用於解釋具有多於二階段之電腦產生的全像圖之圖。
圖8係顯示根據本發明的一個實施樣態之曝光設備的圖。
圖9係顯示習知之曝光設備的圖。
圖10係顯示根據本發明的一個實施樣態之曝光設備的圖。
圖11係顯示在圖10所示的曝光設備中之電腦產生的全像圖之附近區域及λ/4板的示意透視圖。
100‧‧‧電腦產生的全像圖
LI、LI1、LI2‧‧‧光強度分佈
PS‧‧‧預定平面

Claims (11)

  1. 一種全像圖，其藉由將一相位分佈授予入射光之一波前而在一預定平面上形成一光強度分佈，包含：一各向異性層，其第一偏振方向中之線性偏振光的折射率不同於該各向異性層的第二偏振方向中之線性偏振光的折射率，該第二方向中之該線性偏振光垂直於該第一偏振方向中之該線性偏振光，以及一等向層，其第一偏振方向中之該線性偏振光的折射率等於該等向層的該第二偏振方向中之該線性偏振光的折射率，其中藉由將不同的相位分佈授予該入射光之該第一偏振方向中的該線性偏振光成份之一波前，及該入射光之該第二偏振方向中的該線性偏振光成份之一波前，使一第一光強度分佈不同於一第二光強度分佈，該第一光強度分佈係藉由該入射光之該第一偏振方向中的線性偏振光成份形成於該預定平面上，該第二光強度分佈係藉由該入射光之該第二偏振方向中的線性偏振光成份形成於該預定平面上，其中於複數個單元中，該各向異性層的厚度數值小於該等向層的厚度數值，以及其中該不同的相位分佈，係藉由針對複數個單元各者設定該各向異性層之厚度及折射率至少一者而被授予。
  2. 如申請專利範圍第1項之全像圖，其中針對該複數個單元各者設定該各向異性層之該厚度及該等向層之一厚度。
  3. 如申請專利範圍第2項之全像圖，其中介於該各向異性層及該等向層之黏合面係一平面。
  4. 如申請專利範圍第2項之全像圖，其中該第一偏振方向及該第二偏振方向之一者中的該線性偏振光之該各向異性層的折射率等於該等向層的折射率。
  5. 如申請專利範圍第1項之全像圖，其中該各向異性層係由一雙折射材料製成。
  6. 如申請專利範圍第5項之全像圖，其中該雙折射材料具有固有雙折射。
  7. 如申請專利範圍第1項之全像圖，其中該各向異性層具有產生結構化雙折射之三維結構。
  8. 一種曝光設備，包含：一照明光學系統，其組態成以來自一光源之光照明一光罩；以及一投影光學系統，其組態成將該光罩之樣式投影至一基材上，其中該照明光學系統包含如申請專利範圍第1至7項的任一項之全像圖。
  9. 如申請專利範圍第8項之設備，其中該照明光學系統包含一光學元件，該光學元件組態成將進入該全像圖之該光轉換為非偏振光。
  10. 如申請專利範圍第8項之設備，其中該照明光學系統包含一偏振狀態調整單元，其組態成調整進入該全像圖之該光的偏振狀態，以及 該偏振狀態調整單元調整介於進入該全像圖之該光的該第一偏振方向中之該線性偏振光成份及該第二偏振方向中之該線性偏振光成份間的強度比例，因此調整介於該第一光強度分佈及該第二光強度分佈之光強度間的比例。
  11. 一種半導體裝置製造方法，包含以下步驟：使用如申請專利範圍第8項之曝光設備曝光一基材；以及針對該已曝光基材，執行一顯影製程。
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