专利名称：单块的偏振受控角漫射器及有关方法
技术领域：
本发明涉及一种偏振受控角漫射器(polarization controlled anglediffuser)及制造这种偏振受控角漫射器的方法。本发明尤其涉及一种单块的偏振受控角漫射器及制造这种偏振受控角漫射器的方法。
背景技术：
在各种系统中，例如在光刻系统中，漫射器使用衍射元件来控制照明的角度。由于微光刻中临界尺寸连续减小，偏振对光刻系统中成像性能的影响变得越来越来显著。如果不考虑这些影响，就不会实现使用较高数值孔径(N.A.)透镜系统和/或浸入式光刻所希望的成像改善。如果能够在控制照明的角分布的同时优化照明的偏振状态，则可将偏振的负面影响最小化。
发明内容
因此，本发明的一个特征是提供一种偏振受控角漫射器及制造这种偏振受控角漫射器的方法，其基本克服了结合现有技术如上指出的一个或多个问题。
本发明的一个特征是提供一种单块的偏振受控角漫射器。如这里所使用的，“单块的”是指受控角漫射器和偏振控制的元件每个都设置在连续的表面上。因而，尽管在单个表面上可实现本发明的单块的偏振受控角漫射器，但并不限于此，受控角漫射器元件和偏振元件可以在基板的不同表面上，甚至可以在不同基板上。
本发明的另一个特征是提供一种保持其效率的偏振受控角漫射器。
本发明的再一个特征是提供一种最小化零级光的偏振受控角漫射器。
本发明的再一个特征是提供一种可容易地与当前漫射器互换的偏振受控角漫射器。
本发明的再一个特征是提供一种可容易地制造的偏振受控角漫射器。
通过提供一种单块的偏振受控角漫射器可实现本发明的上述和其他特征及优点中的至少一个，该单块的偏振受控角漫射器包括具有至少两个平行的平坦表面的系统；用于在照明平面上提供角分布的受控角漫射器图案，该受控角漫射器图案在所述至少两个平行表面之一上，该受控角漫射器图案包括至少两个受控角漫射器元件，每个受控漫射器元件都输出不同的角分布；以及在所述至少两个表面之一上的偏振图案，该偏振图案包括至少两个偏振元件，该至少两个偏振元件输出相对彼此旋转的偏振，所述至少两个偏振元件的每一个都对应于所述至少两个受控角漫射器元件的每一个。
该系统可以包括其上形成有偏振图案的基板。所述至少两个偏振元件的至少一个可以是无特征(featureless)的。所述至少两个偏振元件的偏振可以相对彼此旋转90°。
偏振图案可以具有次波长结构。偏振图案可以具有变化的蚀刻深度。蚀刻深度d可以由下述公式确定d＝λ/2Δn其中λ是漫射器使用的波长，Δn是对于偏振图案的正交偏振状态的基板的折射率之间的差。可以选择偏振图案的周期以使Δn最大。
其上形成有偏振图案的基板可以为双折射的。可以根据基板的正常(ordinary)折射率与异常(extraordinary)折射率之间的差确定蚀刻深度。偏振图案的周期可以选择为等于所述至少两个受控角漫射器元件之一的尺寸。
受控角漫射器元件可以是衍射元件。受控角漫射器元件可以在与偏振元件相同的基板上、在基板的相同侧上或基板的相对侧上。受控角漫射器图案可以包括x偶极子(dipole)和y偶极子的交替阵列。
通过提供一种制做单块的偏振受控角漫射器的方法可实现本发明的上述和其他特征及优点中的至少一个，该方法包括产生受控角漫射器设计，该受控角漫射器设计具有输出不同角分布的至少两个受控角漫射器元件；产生具有至少两个偏振元件的偏振图案，所述至少两个偏振元件输出相对彼此旋转的偏振；将受控角漫射器设计转移到具有至少两个表面的系统的表面上；以及将偏振图案转移到所述至少两个表面之一上，所述至少两个偏振元件的每一个都对应于所述至少两个受控角漫射器元件的每一个。
转移偏振图案可以包括将系统的基板蚀刻到由下述公式确定的蚀刻深度dd＝λ/2Δn其中λ是漫射器使用的波长，Δn是对于偏振图案的正交偏振状态的基板的折射率之间的差。可以选择偏振图案的周期以使Δn最大。
转移偏振图案可以包括将双折射基板蚀刻到根据双折射基板的正常折射率与异常折射率之间的差而确定的蚀刻深度。偏振元件的周期可以选择为等于所述至少两个受控角漫射器元件之一的尺寸。
所述至少两个表面可以在单个基板上。偏振元件和受控角漫射器元件可以在基板的相同侧上或相对侧上。可以在转移受控角漫射器设计之前进行偏振图案的转移。
通过参照附图详细描述本发明的典型实施例，本发明的上述和其他特征及优点对于本领域普通技术人员来说将更加显而易见，其中图1图解了根据本发明的实施例的图案模型的横截面图；图2是对于图1的模型的两个偏振和两个光栅周期，占空比与折射率的曲线；图3图解了根据本发明的实施例的半波片的横截面图；图4图解了根据本发明的实施例的半波片的示意横截面图；图5图解了受控角漫射器图案的例子的各个部分的输出的示意顶视图；图6图解了与本发明的实施例的偏振图案结合的图5的受控角漫射器图案的输出；和图7图解了提供图5的输出的受控角漫射器图案的顶视图。
具体实施例方式
现在，将在下文中参照附图更加全面地描述本发明，其中附图中显示了本发明的典型实施例。然而，可以以不同的形式实施本发明，本发明并不解释为限于这里列出的实施例。而是提供这些实施例是使该公开更彻底和完全，并且这些实施例将本发明的范围完全传递给本领域技术人员。在附图中，为了图解清楚起见，放大了层和区域的尺寸。在整个说明书中相同的参考标记表示相同的元件。
根据本发明，根据材料的蚀刻深度来控制漫射器的偏振。该偏振控制图案与受控角漫射器图案可以在相同基板的同一个表面上、相对表面上、或者在不同表面上。其上形成有受控角漫射器和偏振图案的表面可以彼此平行且是平坦的。在U.S.专利No.5,850,300中可以找到适当的受控角漫射器的例子，其全部内容在这里引进作为参考。如果偏振控制图案与受控角漫射器图案位于基板的相对侧上，则需要前后对准。
可以以两种方式实现偏振控制。第一，如果基板是非双折射材料，例如熔融石英，则将次波长结构设计成改变或旋转偏振状态。图1中显示了产生这种结构的模型。图2中显示了该结构产生的双折射曲线。图3中显示了基于该模型产生的半波片的结构。
在图1中，对于平行和垂直偏振，模型化熔融石英基板20中的这里为二元图案(binary pattern)的衍射图案10的反映(reflection)。对于两种偏振，该图案的占空比以1％递增从0变到100％。对基板材料中感兴趣的波长的0.9和0.5检查该图案的周期。当感兴趣的波长为深紫外线(DUV)，例如193nm，且具有大约1.56折射率的熔融石英为基板材料时，这些波长分别是大约111nm和61nm。从图2可以看出，在使用111nm作为光栅周期时，在大约44％占空比处发生最大双折射。因而，选择这些参数来产生图3中所示的半波片30。半波片30包括图案32，其具有深度d、111nm的周期和44％的占空比。对于半波片30，深度d设为λ/(2Δn)，其中Δn是对于不同偏振状态的折射率差。在熔融石英中，对于111nm的周期，该差为0.16。
如果基板的材料是双折射的，例如石英晶体或氟化钙时，不必这种构图。而是仅需要将该材料每隔一部分就选择性地蚀刻到适当深度，从而实现理想的偏振旋转。如第一个实施例的次波长图案那样，不需要高分辨率的图案。图4中显示了该例子，其中半波片40包括提供不同旋转的蚀刻部分42和未蚀刻部分44。因而，未蚀刻部分44是无特征的。尽管不需要图案，但实现理想旋转的蚀刻深度一般比用于构图的手段的量级要高的量级，例如是几微米级别的。蚀刻深度根据双折射材料中正常和异常方向之间的折射率差来确定。
作为特定的例子，根据本发明的实施例可实现偏振的四极照明。首先，设计偶极子照明器。可以使用衍射手段来设计偶极子照明器，例如U.S.专利No.5,850,300中提出的。如图5中所示，单元阵列50的每个单元的输出都包括沿x轴取向的多个x偶极子照明单元52、和沿y轴取向的多个y偶极子照明单元54。这些x偶极子照明单元52和y偶极子照明单元54以交替x和y取向的二维阵列排列。
如果基板不是双折射材料，且输入光要被偏振，则可以每隔一个照明单元，即对所有相同取向的偶极子照明单元设置用于旋转偏振的偏振图案。使用图3的设计技术产生该偏振图案，然后转移到一表面并与受控角漫射器图案对齐。当然，如果入射光不被偏振，则该偏振图案可以包括用于每个偶极子照明单元的偏振元件。如果基板是双折射的，则每隔一个照明单元，即所有相同取向的偶极子照明单元具有结合图4所教导的蚀刻部分。
这里具有该受控角漫射器图案的基板的合成输出是如图6中所示的四极60，没有表示四极60中偏振取向的箭头。在图6中所示的特定例子中，偏振在四极60中旋转了90°。x偶极子照明62和y偶极子照明64具有正交偏振，如其中的箭头所示。
图7中图解了用于产生图5和6中所示照明的实际掩模70的一个例子。这里，掩模70包括沿x轴取向的多个x偶极子照明器72、和沿y轴取向的多个y偶极子照明器74。该阵列的每个偶极子照明器72，74都具有常规单个元件的理想尺寸，例如大约2mm。
然后，例如通过光刻或复制可以将掩模70的受控角漫射器图案转移到基板上，之后进行蚀刻。例如通过光刻或复制可以将根据本发明的任何实施例的偏振图案转移到基板的相同表面或者相对表面，之后进行蚀刻。可选择地，可将偏振图案的转移转移到另一个基板。这些基板可固定在一起。可在晶片级(wafer level)上产生这种固定，之后可以将固定的晶片垂直分离，从而形成包括至少两个受控角漫射器元件和至少两个偏振元件的小片(die)。该两个受控漫射器元件的每一个都输出不同的角分布。每个偏振元件都对应于各受控角漫射器元件。该两个偏振元件的每一个都输出相对彼此旋转的偏振。
这里已经公开了本发明的典型实施例，尽管使用了特定的术语，但使用这些术语仅仅是一般性和描述性的解释，并不构成限制。例如，可在受控角漫射器图案之前将偏振图案转移到基板。因此，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离权利要求列出的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上做各种变化。
权利要求
1.一种单块的偏振受控角漫射器，包括具有至少两个平行的平坦表面的系统；用于在照明平面上提供角分布的受控角漫射器图案，该受控角漫射器图案在所述至少两个平行表面之一上，该受控角漫射器图案包括至少两个受控角漫射器元件，每个受控漫射器元件都输出不同的角分布；和在所述至少两个表面之一上的偏振图案，该偏振图案包括至少两个偏振元件，每个偏振元件都对应于各受控角漫射器元件，所述至少两个偏振元件输出相对彼此旋转的偏振。
2.根据权利要求1所述的单块的偏振受控角漫射器，其中系统包括其上形成有偏振图案的基板。
3.根据权利要求2所述的单块的偏振受控角漫射器，其中偏振图案包括次波长结构。
4.根据权利要求2所述的单块的偏振受控角漫射器，其中偏振图案包括变化的蚀刻深度。
5.根据权利要求3所述的单块的偏振受控角漫射器，其中蚀刻深度d由下述公式确定d＝λ/2Δn其中λ是漫射器使用的波长，Δn是对于偏振图案的正交偏振状态的基板的折射率之间的差。
6.根据权利要求5所述的单块的偏振受控角漫射器，其中选择偏振图案的周期以使Δn最大。
7.根据权利要求4所述的单块的偏振受控角漫射器，其中根据基板的正常折射率与异常折射率之间的差确定蚀刻深度。
8.根据权利要求7所述的单块的偏振受控角漫射器，其中偏振图案的周期选择为等于所述至少两个受控角漫射器元件之一的尺寸。
9.根据权利要求1所述的单块的偏振受控角漫射器，其中受控角漫射器元件是衍射元件。
10.根据权利要求2所述的单块的偏振受控角漫射器，其中基板是双折射的。
11.根据权利要求2所述的单块的偏振受控角漫射器，其中受控角漫射器元件在基板上。
12.根据权利要求11所述的单块的偏振受控角漫射器，其中偏振图案和受控角漫射器元件在基板的相同侧上。
13.根据权利要求11所述的单块的偏振受控角漫射器，其中偏振图案和受控角漫射器元件在基板的不同侧上。
14.根据权利要求1所述的单块的偏振受控角漫射器，其中所述至少两个偏振元件中的至少一个是无特征的。
15.根据权利要求1所述的单块的偏振受控角漫射器，其中所述至少两个偏振元件的偏振相对彼此旋转90°。
16.根据权利要求1所述的单块的偏振受控角漫射器，其中受控角漫射器图案包括x偶极子和y偶极子的交替阵列。
17.一种制做单块的偏振受控角漫射器的方法，包括产生受控角漫射器设计，该受控角漫射器设计具有输出不同角分布的至少两个受控角漫射器元件；产生具有至少两个偏振元件的偏振图案，所述至少两个偏振元件输出相对彼此旋转的偏振；将受控角漫射器设计转移到具有至少两个表面的系统的表面上；以及将偏振图案转移到所述至少两个表面之一上，所述至少两个偏振元件的每一个都对应于所述至少两个受控角漫射器元件的每一个。
18.根据权利要求17所述的方法，其中转移偏振图案包括将系统的基板蚀刻到由下述公式确定的蚀刻深度dd＝λ/2Δn其中λ是漫射器使用的波长，Δn是对于偏振图案的正交偏振状态的基板的折射率之间的差。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括选择偏振图案的周期以使Δn最大。
20.根据权利要求17所述的方法，其中转移偏振图案包括将双折射基板蚀刻到根据双折射基板的正常折射率与异常折射率之间的差而确定的蚀刻深度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中偏振元件的周期选择为等于所述至少两个受控角漫射器元件之一的尺寸。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少两个表面在基板上。
23.根据权利要求22所述的方法，其中偏振元件和受控角漫射器元件在基板的相同侧上。
24.根据权利要求22所述的方法，其中偏振元件和受控角漫射器元件在基板的不同侧上。
25.根据权利要求22所述的方法，其中转移偏振图案发生在转移受控角漫射器设计之前。
全文摘要
单块的偏振受控角漫射器包括具有第一表面和第二表面的系统；用于在照明平面上提供角分布的受控角漫射器图案，该受控角漫射器图案在基板的第一和第二表面之一上；和在基板的第一和第二表面之一上的偏振图案。该受控角漫射器图案包括至少两个受控角漫射器元件。每个受控角漫射器元件都输出不同的角分布。偏振图案包括至少两个偏振元件。每个偏振元件都对应于各个受控角漫射器元件。所述至少两个偏振元件输出彼此旋转的偏振。
文档编号G02B27/09GK101084472SQ200580034731
公开日2007年12月5日 申请日期2005年8月30日 优先权日2004年8月31日
发明者马可·D·伊梅尔, 艾伦·D·卡特曼 申请人:数字光学公司