TWI422983B - 電腦所產生的全像及曝光設備 - Google Patents

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Description

電腦所產生的全像及曝光設備
本發明係有關一種電腦所產生的全像及曝光設備。
傳統上已使用微影(印刷)技術而將投影曝光設備用來製造諸如半導體裝置或邏輯電路等的微圖案半導體裝置。該等投影曝光設備將圖罩(光罩)上形成的電路圖案經由投影光學系統而投射且轉移到諸如晶圓等的基材上。
係以下式表示該投影曝光設備之解析度R：
其中λ是曝光之波長，NA是該投影光學系統之數值孔徑(numerical aperture)，且k1 是由諸如一顯影製程決定的一製程常數。
曝光波長愈短，或投影光學系統的數值孔徑愈大，則解析度愈佳。然而，因為當曝光波長減少時，一般玻璃材料的透射率降低，所以難以進一步減少現行的曝光波長。因為聚焦深度(depth of focus)以與投影光學系統的數值孔徑的二次方成反比之方式遞減，且因為難以設計並製造用來構成高數值孔徑的投影光學系統之透鏡，所以也難以進一步增加目前供應的投影光學系統之數值孔徑。
在此種情況中，已有人提出了藉由藉由減少製程常數k1 而改善解析度之解析度增強技術(Resolution Enhanced Technologies；簡稱RET)。這些RET中之一種RET是所謂的經過修改的照明方法(或傾斜照明方法(oblique illumination method)。
該經過修改的照明方法通常在形成一均勻表面光源的一光學積分器(optical integrator)之離開面附近***一孔徑光闌(aperture stop)，該孔徑光闌在一光學系統的光軸上設有一遮光板(light-shielding plate)，因而以曝光傾斜地照射一光罩。該經過修改的照明方法包括諸如在孔徑光闌的孔徑形狀(亦即，光強度分佈的形狀)上有所不同的環狀照明(annular illumination)方法及四極照明(quadrupole illumination)方法。也有人提出了使用取代了孔徑光闌之電腦所產生的全像(Computer Generated Hologram；簡稱CGH)之另一種經過修改的照明方法，以便改善曝光的使用效率(照明效率)。
除了投影光學系統的數值孔徑增加之外，一種用來控制曝光的偏振狀態(polarization state)之偏振光照明(polarized illumination)方法也是提高投影曝光設備的解析度所必要的。該偏振光照明方法基本上是以不含P偏振光而只有S偏振光之偏振光照射一光罩，其中該偏振光具有沿著光軸同心圓的圓周方向之成分。
在最近數年中，已有人提出了一種利用該經過修改的照明方法(具有所需形狀(例如，四極形狀)的光強度分佈之形成)以及該偏振光照明方法(偏振狀態控制)之技術。
例如，日本早期公開專利申請案2006-196715揭示了一種利用一元件以實施該經過修改的照明方法以及偏振光照明方法之技術。日本早期公開專利申請案2006-196715利用CGH以控制光強度分佈之形狀(重現影像)，且利用形狀雙折射(form birefringence)以控制偏振狀態。更具體而言，該技術藉由平行地配置對應於相同偏振方向的光束之複數個CGH(後文中稱為“子CGH”)，而形成一CGH，並將對應於該偏振方向的形狀雙折射施加到每一子CGH。
日本早期公開專利申請案2006-49902採用一偏振控制器，作為控制被施加到子CGH的偏振模態之一單元，而選擇性地使用一所需之偏振模態(polarization mode)。
日本早期公開專利申請案2006-5319揭示了一種可控制通常以該經過修改的照明方法及偏振光照明方法形成的四極光強度分佈的四個極間之平衡之技術。更具體而言，日本早期公開專利申請案2006-5319將一CGH分成四部分，而形成子CGH，並改變入射光之強度分佈，因而能夠改變該CGH得到的重現影像之極平衡。
在1987年7月出版的APPLIED OPTICS,vol. 26,No. 14,2778-2798中刊載之論文“Synthesis of digital holograms by direct binary search”中也已提出了一種與CGH的設計相關聯之技術。
然而，該等先前技術藉由將一CGH分割為複數個CGH而形成子CGH，因而若光學積分器無法充分地修正入射光的強度分佈(例如，若光只照射在這些CGH中之某些CGH，則重現影像中將發生照度變化。
當複數個子CGH被合倂時，將因在該等子CGH間之邊界上發生的結構中斷，而產生非必要的繞射光，因而造成CGH得到的重現影像之變差。可改善電腦所產生的全像之設計，而消除在該等子CGH間之邊界上發生的結構中斷，但是此種方式又造成設計成本大幅提高之另一問題。
當該偏振控制器選擇性地使用偏振模態時，曝光的使用效率(照明效率)大幅降低(亦即，光量的耗損增加)。
利用博立葉變換(Fourier transformation)將一般的CGH設計為一無限薄的元件。因此，設計極製造CGH時，必然需要一種比以往更薄的元件。
本發明提供了一種可抑制照度變化及光量耗損且可實現比以往更薄的結構之電腦所產生的全像，因而形成了具有所需形狀及偏振狀態之光強度分佈(重現影像)。
根據本發明的一觀點，提供了一種電腦所產生的全像，藉由將一相位分佈提供給入射光之波前(wavefront)，而在一預定平面上形成一光強度分佈，該全像包含被配置成改變該入射光的偏振狀態之一第一非等向性細胞及第二非等向性細胞、以及被配置成不改變該入射光的偏振狀態之一第一等向性細胞及第二等向性細胞，其中該第一非等向性細胞的光軸之方向不同於該第二非等向性細胞的光軸之方向，且該第一等向性細胞之厚度不同於該第二等向性細胞之厚度。
根據本發明的另一觀點，提供了一種曝光設備，該曝光設備包含被配置成以來自一光源的光照射一光罩之一照明光學系統、以及被配置成將該光罩的圖案投射到一基材之一投影光學系統，該照明光學系統包含一電腦所產生的全像，其中該電腦所產生的全像包含被配置成將一相位分佈提供給入射光之波前而在一預定平面上形成一光強度分佈之一電腦所產生的全像，該電腦所產生的全像包含被配置成改變該入射光的偏振狀態之一第一非等向性細胞及第二非等向細胞、以及被配置成不改變該入射光的偏振狀態之一第一等向性細胞及第二非等向細胞，該第一非等向性細胞的光軸之方向不同於該第二非等向性細胞的光軸之方向，且該第一等向性細胞之厚度不同於該第二等向性細胞之厚度。
若參照各附圖而閱讀下文中對各實施例之說明，將可易於了解本發明進一步之特徵。
下文中將參照各附圖而說明本發明之一較佳實施例。在所有該等圖式中，相同的代號表示相同的構件，且將不提供對該等相同構件之重複說明。
第1圖示出根據本發明的一觀點之一電腦所產生的全像100。如第1圖所示，電腦所產生的全像100藉由將一相位分佈提供給入射光之波前，而在一預定平面PS(例如，在孔徑位置)上形成一光強度分佈(重現影像)LI。電腦所產生的全像100將不同的相位分佈提供給被用來作為沿著一第一方向的線性偏振光的X偏振光(偏振方向是X軸方向的線性偏振光)之波前、以及被用來作為沿著一第二方向的線性偏振光的Y偏振光(偏振方向是Y軸方向的線性偏振光)之波前。因而可使X偏振光形成的第一光強度分佈LI1 (入射光沿著X軸方向的線性偏振光成分)不同於Y偏振光形成的第二光強度分佈LI2 (入射光沿著Y軸方向的線性偏振光成分)。請注意，X偏振光及Y偏振光之偏振方向係相互正交。
下文中將詳細地說明將不同的相位分佈提供給X偏振光及Y偏振光的波前之電腦所產生的全像100。第2圖是構成電腦所產生的全像100的一細胞結構之一透視示意圖。如第2圖所示，電腦所產生的全像100包含複數個長方形細胞110。
為了將不同的相位分佈提供給X偏振光及Y偏振光的波前，電腦所產生的全像100必須獨立地控制沿著沿著各別的偏振方向之波前。例如，如果電腦所產生的全像100具有兩階(step)，則必須將二進位相位提供給沿著兩個偏振方向之波前。為達到此一目的，電腦所產生的全像100之該等細胞110必須具有四種類型之細胞結構。第2圖所示細胞110a-110d中之每一細胞具有這四種類型中之一種類型的一細胞結構。將四種類型的細胞110配置在四角形的晶格圖案中，而形成電腦所產生的全像100。
如第2圖所示，該複數個細胞110包含改變入射光的偏振狀態之一第一非等向性細胞110a及第二非等向性細胞110b、以及不改變入射光的偏振狀態之一第一等向性細胞110c及第二等向性細胞110d。在本說明書中，第一等向性細胞110c及第二等向性細胞110d不改變入射光的偏振狀態意指：該等等向性細胞比第一非等向性細胞110a及第二非等向性細胞110b較不改變入射光的偏振狀態。因此，本實施例將X偏振光與Y偏振光有關的折射率間之差異在0(包含0)至0.001(包含0.001)之細胞認定為一等向性細胞。
第一非等向性細胞110a及第二非等向性細胞110b被配置成使第一非等向性細胞110a的光軸OA1 之方向不同於第二非等向性細胞110b的光軸OA2 之方向。此種方式可得到一種使X偏振光的波前自Y偏振光的波前向前移動之細胞、以及一種使X偏振光的波前自Y偏振光的波前延遲之細胞。此外，在本實施例中，第一非等向性細胞110a及第二非等向性細胞110b被配置成使第一非等向性細胞110a的光軸OA1 之方向與第二非等向性細胞110b的光軸OA2 之方向以對應於X偏振光及Y偏振光之方式成直角交叉。換言之，第一非等向性細胞110a的光軸OA1 之方向係垂直於第二非等向性細胞110b的光軸OA2 之方向。在本說明書中，光軸意指沿著一方向之一軸，在該方向中，因為非等向性媒介之折射率是固定的，所以縱然非偏振光照射在非等向性細胞上，也不會發生雙折射，因而尋常光線(ordinary ray)及異常光線(extraordinary ray)相互匹配，或只有最小的偏差。
第一等向性細胞110c及第二等向性細胞110d被配置成使第一等向性細胞110c的厚度(沿著Z方向的厚度)h2 不同於第二等向性細胞110d的厚度(沿著Z方向的厚度)h3 。此種方式可得到一種使X偏振光及Y偏振光的波前都向前移動之細胞、以及一種使X偏振光及Y偏振光的波前都延遲之細胞。
可使用下文所述之三種折射率(第一至第三折射率)來表示第一非等向性細胞110a及第二非等向性細胞110b的厚度(沿著Z方向的厚度)h1 、第一等向性細胞110c的厚度h2 、以及第二等向性細胞110d的厚度h3 。第一折射率是第一非等向性細胞110a對X偏振光以及第二非等向性細胞110b對Y偏振光之折射率nE 。第二折射率是第一非等向性細胞110a對Y偏振光以及第二非等向性細胞110b對X偏振光之折射率nO 。第三折射率是第一等向性細胞110c及第二等向性細胞110d之折射率n。為了簡化，該實施例舉例說明nO >nE 之一情形。
為了配置一個兩階電腦所產生的全像100，n的相移是必要的。為了達到該狀態，第一非等向性細胞110a及第二非等向性細胞110b之厚度h1 只須滿足下式：
為了形成與第一非等向性細胞110a對X偏振光的折射率nE 以及第二非等向性細胞110b對Y偏振光的折射率nE 之情形下得到的波前相符之一波前，第一等向性細胞110c之厚度h2 只須滿足下式：
此外，為了形成與第一非等向性細胞110a對Y偏振光的折射率nO 以及第二非等向性細胞110b對X偏振光的折射率nO 之情形下得到的波前相符之一波前，第二等向性細胞110d之厚度h3 只須滿足下式：
本實施例已舉例說明了nO >nE 之一情形。如果nO <nE ，則只須互換方程式(2)、(3)、及(4)中之nE 及nO 。
如第2圖所示，該複數個細胞110包含歸因於第一非等向性細胞110a及第二非等向性細胞110b的厚度h1 、第一等向性細胞110c的厚度h2 、及第二等向性細胞110d的厚度h3 之多個階(具有不同的厚度之複數個區域)。現在將以具體數值之方式舉例說明由非等向性材料構成第一非等向性細胞110a及第二非等向性細胞110b且nO =1.6、nE =1.4、以及n=1.5之一情形。在此種情形中，假設λ是入射光的波長、第一非等向性細胞110a及第二非等向性細胞110b的厚度h1 、第一等向性細胞110c的厚度h2 、以及第二等向性細胞110d的厚度h3 之分別是2.5λ、2λ、及3λ。在此種方式下，第一非等向性細胞110a及第二非等向性細胞110b的厚度h1 、第一等向性細胞110c的厚度h2 、以及第二等向性細胞110d的厚度h3 都在數倍波長λ之範圍內。這些數值實際上係為電腦所產生的全像的該等細胞之厚度。
現在將考慮將諸如波長大約為193奈米的氟化氫(ArF)準分子雷射或波長大約為248奈米的氟化氪(KrF)準分子雷射等的準分子雷射(excimer laser)用來作為投影曝光設備的光源之一例子。在該例子中，可被用於非等向性細胞的非等向性材料的折射率之與偏振方向相依的差異Δ是較小的。更具體而言，被用來作為氟化氬準分子雷射的波片(wave plate)之氟化鎂(magnesium fluoride)之折射率之與偏振方向相依的差異Δ在大約193奈米的波長下是0.014。因此，自方程式(2)可得到第一非等向性細胞110a及第二非等向性細胞110b之厚度h1 大約是36λ。
第3圖是構成電腦所產生的全像100的另一細胞結構之一透視示意圖。如第3圖所示，電腦所產生的全像100包含複數個細胞110。如將於下文中說明的，可將第3圖所示之電腦所產生的全像100之細胞結構形成為比第2圖所示之電腦所產生的全像100之細胞結構厚，因而使電腦所產生的全像100之厚度進一步減小。
如第3圖所示，該複數個細胞110包含改變入射光的偏振狀態之一第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1、以及不改變入射光的偏振狀態之一第一等向性細胞110c1及第二等向性細胞110d1。
係利用產生形狀雙折射的一繞射光柵(diffraction grating)形成第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1中之每一非等向性細胞，且係利用諸如具有小於入射光的波長的間距(pitch)P之一週期性結構之一維繞射光柵形成該等非等向性細胞，以避免產生零階之外的其他各階之繞射光成分。如第3圖所示，第一非等向性細胞110a1的週期性結構的間距之方向相同於第一非等向性細胞110a1的光軸OA3 之方向，且第二非等向性細胞110b1的週期性結構的間距之方向相同於第二非等向性細胞110b1的光軸OA4 之方向。此外，第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1被配置成使第一非等向性細胞110a1的光軸OA3 之方向不同於第二非等向性細胞110b1的光軸OA4 之方向。換言之，第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1被配置成使第一非等向性細胞110a1的週期性結構的間距之方向不同於第二非等向性細胞110b1的週期性結構的間距之方向。此種方式可得到一種使X偏振光的波前自Y偏振光的波前向前移動之細胞、以及一種使X偏振光的波前自Y偏振光的波前延遲之細胞。日本早期公開專利申請案2006-196715揭示了一種作為產生形狀雙折射的繞射光柵之一例子的以石英製造之繞射光柵。根據日本早期公開專利申請案2006-196715，當石英具有對193奈米的波長之1.56的折射率，形狀雙折射區中之繞射光柵的佔空比(duty ratio)是1：1(=0.5)時，該繞射光柵沿著間距的方向之折射率n⊥ 是1.19，且該繞射光柵沿著與間距垂直的方向之折射率nII 是1.31。
在本實施例中，第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1被配置成使第一非等向性細胞110a1的週期性結構的間距之方向與第二非等向性細胞110b1的週期性結構的間距之方向以對應於X偏振光及Y偏振光之方式成直角交叉。換言之，第一非等向性細胞110a1的週期性結構的間距之方向係垂直於第二非等向性細胞110b1的週期性結構的間距之方向。如同第一非等向性細胞110a的光軸OA1 ，第一非等向性細胞110a1的光軸OA3 可說是平行於X軸。如同第二非等向性細胞110b的光軸OA2 ，第二非等向性細胞110b1的光軸OA4 可說是平行於Y軸。因此，第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1可說是被配置成使第一非等向性細胞110a1的光軸OA3 之方向與第二非等向性細胞110b1的光軸OA4 之方向成直角交叉。
此外，第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1被配置成使第一非等向性細胞110a1之厚度等於第二非等向性細胞110b1之厚度。此種方式可使X偏振光的波前自Y偏振光的波前向前移動或延遲n的相位。在本實施例中，因為電腦所產生的全像100具有兩階(亦即，產生兩階的波前)，所以該等非等向性細胞只有一厚度。如果電腦所產生的全像100具有大於兩階的多階，則將複數對的厚度相同且光軸方向不同的之非等向性細胞形成為具有不同的厚度。換言之，係利用複數個具有不同厚度的非等向性細胞對形成大於兩階的多階之電腦所產生的全像，其中在各非等向性細胞對中，具有不同光軸方向的兩個非等向性細胞被配對。
縱然在利用可產生形狀雙折射的一繞射光柵形成第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1中之每一非等向性細胞時，第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1之厚度h1 ’只須滿足以h1 ’取代h1 時之方程式(2)。同樣地，第一等向性細胞110c1之厚度h2 ’只須滿足以h2 ’取代h2 時之方程式(3)，且第二等向性細胞110d1之厚度h3 ’只須滿足以h3 ’取代h3 時之方程式(4)。
現在將以具體數值之方式舉例說明由與波長λ=193奈米相容的石英構成第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1之一情形。如前文所述，假設該石英之折射率是1.56，假設該繞射光柵沿著間距的方向之折射率n⊥ 是1.19，且假設該繞射光柵沿著與間距垂直的方向之折射率nII 是1.31。為了利用方程式(2)至(4)而得到第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1之厚度h1 ’、第一等向性細胞110c1之厚度h2 ’、以及第二等向性細胞110d1之厚度h3 ’只須以n⊥ 取代nE ，並以nII 取代nO 。在此種情形中，利用方程式(2)得到的第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1之厚度h1 是4.17λ。該值等於作為一種類型的波片的λ/2波片之厚度。利用方程式(3)及(4)得到的第一等向性細胞110c1之厚度h2 ’及第二等向性細胞110d1之厚度h3 ’分別是1.41λ及2.31λ，該等厚度小於第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1之厚度h1 。在此種方式下，第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1之厚度h1 ’、第一等向性細胞110c1之厚度h2 ’以及第二等向性細胞110d1之厚度h3 ’都在λ/2波片之厚度範圍內。如果該λ/2波片之入射光是其中包含X偏振光及Y偏振光之線性偏振光，則該λ/2波片必須具有大到足以將相位差Π提供給該X偏振光及Y偏振光之一厚度。當電腦所產生的全像100之厚度在該λ/2波片的厚度之範圍內時，電腦所產生的全像100之厚度被最小化。換言之，第3圖所示之電腦所產生的全像100是極薄的。第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1之厚度h1 ’(h1 ’=4.17λ)小於藉由將氟化鎂用來作為雙折射材料而形成的第一非等向性細胞110a及第二非等向性細胞110b之厚度h1 。
本實施例已舉例說明了一種兩階電腦所產生的全像，因而係利用具有一種厚度的非等向性細胞以及具有兩種厚度的等向性細胞形成電腦所產生的全像100。然而，本發明不特別限於兩階的電腦所產生的全像，且可將本發明應用於大於兩階的多階之電腦所產生的全像，其中係利用具有一種以上的厚度之非等向性細胞以及具有兩種以上的厚度之等向性細胞形成該電腦所產生的全像。在本實施例中，可將一維繞射光柵用來作為產生雙折射之繞射光柵，且可使用二維繞射光柵。
請注意，雖然本實施例只舉例說明了電腦所產生的全像100之細胞結構，但是難以如第2圖所示地接合具有不同特性的材料(例如，非等向性細胞及等向性細胞)。此外，如果係以第3圖所示之方式利用可產生形狀雙折射的繞射光柵形成每一非等向性細胞，則繞射光柵將在空氣中浮動，因而難以維持繞射光柵。有鑑於此，實務上係在諸如以石英製成的一基材上形成前文所述之非等向性細胞及等向性細胞。
下文中將說明電腦所產生的全像100之一詳細設計例子。
首先將舉例說明第4圖所示的電腦所產生的全像100形成四極光強度分佈(目標影像)LI之一例子。第4圖所示之光強度分佈LI包含由X偏振光形成的第一光強度分佈LI1 、以及由Y偏振光形成的第二光強度分佈LI2 。第一光強度分佈LI1 及第二光強度分佈LI2 之偏振方向PD與同心圓(亦即，對應於S偏振)的圓周方向匹配。第4圖示出以電腦所產生的全像100形成的四極光強度分佈LI之一例子。
第5圖是形成第4圖所示光強度分佈LI的電腦所產生的全像100的結構之一透視示意圖。形成第4圖所示光強度分佈LI之電腦所產生的全像100具有第3圖所示之細胞結構，且包含一第一非等向性細胞110a1、第二非等向性細胞110b1、第一等向性細胞110c1、以及第二等向性細胞110d1。換言之，藉由重新配置第3圖所示電腦所產生的全像100的細胞結構之該等細胞，而形成第5圖所示之電腦所產生的全像100。第5圖示出形成第4圖所示光強度分佈LI之電腦所產生的全像100之基本結構(一種包含2×2細胞的週期之結構)。然而，實務上係沿著X及Y軸方向重複地配置該等基本結構，而形成電腦所產生的全像100。
第6圖是第5圖所示電腦所產生的全像100的每一細胞的厚度之一圖形。在第6圖中，密度表示每一細胞(沿著Z方向)之厚度。較為接近白色的色彩表示較大的厚度，且較為接近黑色的色彩表示較小的厚度。第6圖所示之該等數值表示電腦所產生的全像100中之第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1之內部厚度、以及第一等向性細胞110c1及第二等向性細胞110d1之厚度(單位：微米)。請注意，第6圖所示之該等數值例示了以具有對193奈米波長的折射率1.56之石英製造的第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1之一例子。
請參閱第5及6圖，形成第4圖所示光強度分佈LI之電腦所產生的全像100被配置成係沿著Y軸垂直地交替配置相位差為Π之該等異相位細胞，以便繞射X偏振光。此外，電腦所產生的全像100被配置成係沿著X軸水平地交替配置相位差為Π之該等異相位細胞，以便繞射Y偏振光。在電腦所產生的全像100具有第5及6圖所示之配置下，如果X偏振光照射在電腦所產生的全像100上，則得到沿著Y軸的垂直方向上具有高強度之正及負一階繞射光成分，且如果Y偏振光照射在電腦所產生的全像100上，則得到沿著X軸的水平方向上具有高強度之正及負一階繞射光成分。因此，如果具有X偏振光的強度等於Y偏振光的強度之偏振狀態的光照射在第5及6圖所示之電腦所產生的全像100上，則被電腦所產生的全像100繞射的光之強度分佈與第4圖所示之該光強度分佈LI匹配。
第7圖示出具有X偏振光的強度等於Y偏振光的強度的一偏振狀態的光之一例子。第7圖所示之光是偏振方向與X軸間之角度PA是45°之線性偏振光。電腦所產生的全像100選擇第7圖所示之光作為入射光，而形成第4圖所示之光強度分佈LI。然而，如果目標影像是如第4圖所示之X偏振光形成的第一光強度分佈LI1 與Y偏振光形成的第二光強度分佈LI2 完全分離的一光強度分佈LI，則可選擇具有另一偏振狀態的光作為入射光。例如，該入射光可以是偏振方向與X軸間之角度PA是45°之線性偏振光。或者，該入射光可以是具有X偏振光的強度等於Y偏振光的強度的一偏振狀態之非偏振光或圓形偏振光。
在此種方式下，根據本實施例，可提供一種具有在λ/2波片的厚度範圍內的一厚度之電腦所產生的全像(亦即，該電腦所產生的全像實現了一種比以往更薄的結構)，且該電腦所產生的全像藉由S偏振光形成了四極光強度分佈，作為具有所需形狀及偏振狀態的光強度分佈之一例子。
然後將舉例說明第8圖所示的由電腦所產生的全像100形成一環狀光強度分佈(目標影像)LI之一例子。第8圖所示光強度分佈LI之偏振方向PD包含複數個偏振方向PD1 至PD4 ，且與同心圓的圓周方向匹配(亦即，對應於S偏振)。第8圖示出電腦所產生的全像100形成的環狀光強度分佈LI之一例子。
第9圖是用來形成第8圖所示的光強度分佈LI之電腦所產生的全像100的每一細胞的厚度之一圖形。在第9圖中，密度表示每一細胞(沿著Z方向)之厚度。較為接近白色的色彩表示較大的厚度，且較為接近黑色的色彩表示較小的厚度。第9圖所示之該等數值表示電腦所產生的全像100中之第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1之內部厚度、以及第一等向性細胞110c1及第二等向性細胞110d1之厚度(單位：微米)。請注意，第9圖所示之該等數值例示了以具有對193奈米波長的折射率1.56之石英製造的第一非等向性細胞110a1及第二非等向性細胞110b1之一例子。
用來形成第8圖所示的光強度分佈LI之電腦所產生的全像100具有第3圖所示之細胞結構，且包含一第一非等向性細胞110a1、第二非等向性細胞110b1、第一等向性細胞110c1、以及第二等向性細胞110d1。換言之，藉由重新配置第3圖所示電腦所產生的全像100的細胞結構之該等細胞，而形成第9圖所示之電腦所產生的全像100。第9圖示出形成第8圖所示光強度分佈LI之電腦所產生的全像100之基本結構(一種包含16×16細胞的週期之結構)。然而，實務上係沿著X及Y軸方向重複地配置該等基本結構，而形成電腦所產生的全像100。
第8圖所示光強度分佈LI中之X偏振光及Y偏振光形成的光強度分佈並未被完全分離，這是與第4圖所示的光強度分佈LI不同之處。換言之，第8圖所示之光強度分佈LI包含由X偏振光及Y偏振光形成的具有斜的偏振方向PD3 及PD4 之一些線性偏振光束。因此，照射在用來形成第8圖所示光強度分佈LI的第9圖所示電腦所產生的全像100上之光的偏振狀態受到限制。當入射光是偏振方向與X軸間之角度PA是45°(請參閱第7圖)之線性偏振光時，第9圖所示之電腦所產生的全像100形成第8圖所示之光強度分佈LI。雖然入射光也可以是圓形偏振光，但是在此種情形中必須改變電腦所產生的全像100的每一細胞之厚度。
在此種方式下，根據本實施例，可提供一種具有在λ/2波片的厚度範圍內的一厚度之電腦所產生的全像(亦即，該電腦所產生的全像實現了比以往更薄的結構)，且該電腦所產生的全像藉由S偏振光而形成了一環狀光強度分佈，作為具有所需形狀及偏振狀態之光強度分佈之一例子。
雖然本實施例已舉例說明了電腦所產生的全像包含很少的細胞之一例子，但是甚至可增加電腦所產生的全像的細胞之數目，而形成具有所需形狀及偏振狀態之光強度分佈。增加電腦所產生的全像的細胞之數目時，可減小分割光強度分佈(目標影像)的像素之尺寸，因而形成均勻的光強度分佈。
下文中將參照第10圖而說明被應用於根據本發明的電腦所產生的全像100之一曝光設備1。第10圖示出根據本發明的一觀點的曝光設備1之配置。
在本實施例中，曝光設備1是用來以步進及掃描(step and scan)體系而將一光罩20的圖案轉移到一晶圓40之一投影曝光設備。然而，曝光設備1亦可採用步進及重複(step and repeat)體系或另一曝光體系。
如第10圖所示，曝光設備1包含一照明設備10、用來支承光罩20之一光罩平台(圖中未示出)、一投影光學系統30、以及用來支承晶圓40之一晶圓平台(圖中未示出)。
照明設備10照射其中形成了將要被轉移的電路圖案之光罩20，且照明設備10包含一光源16以及照明光學系統18。
光源16是諸如具有大約193奈米波長的氟化氬準分子雷射或具有大約248奈米波長的氟化氪準分子雷射等的一準分子雷射。然而，光源16不特別限於準分子雷射，且可以是諸如具有大約157奈米波長的氟雷射、或具有窄波長範圍的汞燈(mercury lamp)。
照明光學系統18以來自光源16的光照射光罩20，且在一預定偏振狀態下對光罩　20執行經過修改的照明，同時在本實施例中保證一預定的照度。在本實施例中，照明光學系統　18包含一光延伸光學系統　181、光束整形光學系統　182、偏振控制器　183、相位控制器　184、離開角度補償光學元件　185、中繼光學系統　186、多光束產生單元　187、偏振狀態調整單元　194、以及電腦所產生的全像　100。照明光學系統　18亦包含一中繼光學系統　188、孔徑　189、變焦光學系統　190、多光束產生單元　191、孔徑光闌　192、以及照射單元　193。
光延伸光學系統　181使來自光源　16之光偏轉，以便將該光導引到光束整形光學系統　182。光束整形光學系統　182將來自光源　16之光的斷面之水平與垂直比率轉換為所需值，而將來自光源　16之光的斷面整形成所需之形狀(例如，將斷面形狀自長方形改變為正方形)。光束整形光學系統　182形成具有用來照射多光束產生單元　187所需的尺寸及發散角(angle of divergence)之一光束。
偏振控制器　183包含諸如一線性偏振器，且具有去除不需要的偏振光成分之功能。可將被偏振控制器　183去除(屏蔽)的偏振光成分最小化，而將來自光源　16之光有效率地轉換為所需之線性偏振光。
相位控制器　184將　λ/4的相位差提供給偏振控制器　183所得到的線性偏振光，而將該線性偏振光轉換為圓形偏振光。
離開角度補償光學元件185包含諸如一光學積分器(例如，蒼蠅眼透鏡(fly-eye lens)、或包含複數個微透鏡之光纖束(fiber bundle))，並在一預定的發散角下輸出該光。
中繼光學系統186將來自離開角度補償光學元件185的光聚集在多光束產生單元187上。中繼光學系統186調整離開角度補償光學元件185之離開面以及多光束產生單元187之入射面，以便保持傅立葉變換關係(物平面(object plane)與光瞳平面(pupil plane)間之關係、或光瞳平面與影像平面(image plane)間之關係。
多光束產生單元187包含一光學積分器(例如，蒼蠅眼透鏡、或包含複數個微透鏡之光纖束)，用以均勻地照射偏振狀態調整單元194及電腦所產生的全像100。多光束產生單元187形成其中包含複數個點光源之一光源面。自多光束產生單元187發出的形式為圓形偏振光之光照射在偏振狀態調整單元194。
偏振狀態調整單元194將一相位差λ/4提供給相位控制器184得到的該圓形偏振光，而將該圓形偏振光轉換為具有一所需偏振方向之線性偏振光。自偏振狀態調整單元194發出的形式為線性偏振光之光照射在電腦所產生的全像100上。
電腦所產生的全像100經由中繼光學系統188而在孔徑189的位置上形成一光強度分佈(例如，如第4圖所示的包含分別由X偏振光及Y偏振光形成之光強度分佈LI1 及LI2 )。電腦所產生的全像100可採用任何的前文所述之形式，且將不提供對電腦所產生的全像100之詳細說明。
孔徑189具有只通過電腦所產生的全像100所形成的光強度分佈之功能。電腦所產生的全像100及孔徑189被設定成保持該博立葉變換關係。
變焦光學系統190在一預定的放大率下將電腦所產生的全像100放大，且將該被放大之電腦所產生的全像100投射到多光束產生單元191。
多光束產生單元191被***在照明光學系統18之光瞳平面上，且在多光束產生單元191的離開面上形成對應於在孔徑189的位置上形成的光強度分佈之一光源影像(有效光源分佈)。在本實施例中，多光束產生單元191包含諸如蒼蠅眼透鏡或柱狀透鏡陣列等的一光學積分器。在接近多光束產生單元191的離開面之處***孔徑光闌192。
照射單元193包含諸如一集光器光學系統(condenser optical system)，且以多光束產生單元191的離開面上形成之一有效光源分佈照射光罩20。
光罩20具有一電路圖案，且被光罩平台(圖中未示出)支承及驅動。光罩20所產生的繞射光經由投影光學系統30而被投射到晶圓40。因為曝光設備1屬於步進及掃描體系，所以曝光設備1掃描光罩20之圖案，而將該圖案轉移到晶圓40。
投影光學系統30將光罩20之圖案投射到晶圓40上。投影光學系統30可以是屈光系統(dioptric system)、折反射系統(catadioptric system)、或反射系統(catoptric system)。
晶圓40是被投射(被轉移)圖案之一基材，且被晶圓平台(圖中未示出)支承及驅動。然而，亦可使用取代晶圓40之一玻璃板或另一基材。以一光阻覆蓋晶圓40。
如前文所述，電腦所產生的全像100並不將一相位分佈提供給沿著單一方向偏振的光之波前，而是將不同的相位分佈以二維方式提供給X偏振光及Y偏振光之波前。此種方式能夠在幾乎不產生任何光量耗損之情形下形成一光強度分佈LI。
於曝光時，照明光學系統18以光源16發射的光照射光罩20。投影光學系統30以載有光罩20的圖案資訊之光在晶圓40上形成一影像。曝光設備1所使用之照明光學系統18可抑制任何照明變化及光量耗損，且以電腦所產生的全像100形成具有所需形狀及偏振狀態之一光強度分佈。因此，曝光設備1可提供高品質的裝置(例如，半導體裝置、液晶顯示器(LCD)裝置、影像感測設備(例如，電荷耦合裝置(CCD)、以及具有高通過量及優異經濟效率之薄膜磁頭。
雖然已參照一些實施例而說明了本發明，但是我們應可了解：本發明不限於所揭示的該等實施例。最後的申請專利範圍之範圍將與最廣義的詮釋一致，以便包含所有此類修改以及等效結構與功能。
100．．．電腦所產生的全像
110．．．細胞
110a,110a1．．．第一非等向性細胞
110b,110b1．．．第二非等向性細胞
110c,110c1．．．第一等向性細胞
110d,110d1．．．第二等向性細胞
1．．．曝光設備
20．．．光罩
40．．．晶圓
10．．．照明設備
30．．．投影光學系統
16．．．光源
18．．．照明光學系統
181．．．光延伸光學系統
182．．．光束整形光學系統
183．．．偏振控制器
184．．．相位控制器
185．．．離開角度補償光學元件
186,188．．．中繼光學系統
187,191．．．多光束產生單元
194．．．偏振狀態調整單元
189．．．孔徑
190．．．變焦光學系統
192．．．孔徑光闌
193．．．照射單元
第1圖示出根據本發明的一觀點之一電腦所產生的全像。
第2圖是構成第1圖所示電腦所產生的全像的一細胞結構之一透視示意圖。
第3圖是構成第1圖所示電腦所產生的全像的另一細胞結構之一透視示意圖。
第4圖示出以第1圖所示電腦所產生的全像形成的四極光強度分佈之一例子。
第5圖是形成第4圖所示光強度分佈的電腦所產生的全像的結構之一透視示意圖。
第6圖是第5圖所示電腦所產生的全像的每一細胞的厚度之一圖形。
第7圖示出具有X偏振光的強度等於Y偏振光的強度的一偏振狀態的光之一例子。
第8圖示出由第1圖所示電腦所產生的全像形成的一環狀光強度分佈之一例子。
第9圖是用來形成第8圖所示的光強度分佈之電腦所產生的全像的每一細胞的厚度之一圖形。
第10圖示出根據本發明的一觀點的一曝光設備之配置。
100．．．電腦所產生的全像
PS．．．預定平面
LI．．．光強度分佈
LI1 ．．．第一光強度分佈
LI2 ．．．第二光強度分佈

Claims (8)

  1. 一種電腦所產生的全像，藉由將一相位分佈提供給入射光之波前，而在一預定平面上形成一光強度分佈與一偏振分佈，該電腦所產生的全像包含：被配置成改變該入射光的偏振狀態之一第一非等向性細胞及第二非等向性細胞；以及被配置成不改變該入射光的偏振狀態之一第一等向性細胞及第二等向性細胞，其中該第一非等向性細胞的光軸之方向不同於該第二非等向性細胞的光軸之方向，該第一等向性細胞之厚度不同於該第二等向性細胞之厚度，該第一等向性細胞之該厚度被設定，藉此在該入射光的一第一方向中之線性偏振光的一相位改變係相同的在該第一等向性細胞與該第一非等向性細胞中，以及該第二等向性細胞之該厚度被設定，藉此在垂直於該入射光的該第一方向之一第二方向中之線性偏振光的一相位改變係相同的在該第二等向性細胞與該第一非等向性細胞中。
  2. 如申請專利範圍第1項之電腦所產生的全像，其中該第一等向性細胞及該第二等向性細胞中之每一等向性細胞對沿著第一方向的線性偏振光之折射率與該第一等向性細胞及該第二等向性細胞中之每一等向性細胞對沿著與該第一方向垂直的第二方向的線性偏振光之折射率間之差 異是0(包含0)至0.001(包含0.001)。
  3. 如申請專利範圍第1項之電腦所產生的全像，其中該第一非等向性細胞及該第二非等向性細胞中之每一非等向性細胞包含用來產生形狀雙折射之一繞射光柵。
  4. 如申請專利範圍第1項之電腦所產生的全像，其中：該第一非等向性細胞及該第二非等向性細胞中之每一非等向性細胞包含一具有間距小於該入射光的波長的一週期性結構之繞射光柵，該第一非等向性細胞的該週期性結構的該間距之方向相同於該第一非等向性細胞的光軸之方向，以及該第二非等向性細胞的該週期性結構的該間距之方向相同於該第二非等向性細胞的光軸之方向。
  5. 如申請專利範圍第4項之電腦所產生的全像，其中該第一非等向性細胞的該週期性結構的該間距之方向係垂直於該第二非等向性細胞的該週期性結構的該間距之方向。
  6. 如申請專利範圍第1項之電腦所產生的全像，其中該第一非等向性細胞之厚度相同於該第二非等向性細胞之厚度。
  7. 如申請專利範圍第1項之電腦所產生的全像，其中該第一非等向性細胞的光軸之方向係垂直於該第二非等向性細胞的光軸之方向。
  8. 一種曝光設備，包含： 被配置成以來自一光源的光照射一光罩之一照明光學系統；以及被配置成將該光罩的圖案投射到一基材之一投影光學系統，該照明光學系統包含一電腦所產生的全像，其中該電腦所產生的全像係配置成藉由將一相位分佈提供給入射光之波前而在一預定平面上形成一光強度分佈與一偏振分佈，該電腦所產生的全像包含被配置成改變該入射光的偏振狀態之一第一非等向性細胞及第二非等向細胞、以及被配置成不改變該入射光的偏振狀態之一第一等向性細胞及第二非等向細胞，該第一非等向性細胞的光軸之方向不同於該第二非等向性細胞的光軸之方向，該第一等向性細胞之厚度不同於該第二等向性細胞之厚度，該第一等向性細胞之該厚度被設定，藉此在該入射光的一第一方向中之線性偏振光的一相位改變係相同的在該第一等向性細胞與該第一非等向性細胞中，以及該第二等向性細胞之該厚度被設定，藉此在垂直於該入射光的該第一方向之一第二方向中之線性偏振光的一相位改變係相同的在該第二等向性細胞與該第一非等向性細胞中。
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