专利名称：形成图形的栅单元偏振器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于偏振化的光学单元。
背景技术：
偏振器最简单的栅单元偏振器，是含有平行导电导线栅的装置。当光入射栅上时，辐射的每一正交分量与导线栅偏振器有不同的相互作用。平行于导线的场分量沿各导线的长度方向驱动导电电子，由此产生电流。电子接着与晶格原子碰撞，把能量传送给晶格原子并由此加热导线。能量据此从场传送到栅上。此外，原子平行于导线的加速运动，沿前向和后向两个方向发出辐射。入射波被前向方向的再辐射抵消，导致该场分量的小的或不传输。辐射沿后向方向的传播，简单地作为反射波出现。相反，垂直于导线的波分量，在通过栅传播时基本不变。(Eugene Hecht，Optics，第8章，第333-334页，Addison Wesley，SanFrancisco(2002))。
1960年，George R.Bird和Maxfield Parish，Jr.说明一种每毫米有2160根导线，用于微波范围的栅偏振器(G.R.Bird and M.Parish，Jr.，J.Opt.Soc.Am.50886(1960))。按照此论文，该栅偏振器是以接近掠射的角度，把金(或铝)原子流蒸镀在塑料衍射光栅复制品上完成的。沿光栅中每一台阶边缘累积的金属，形成薄的微“导线”，其宽度和间隔小于一个波长。
已经开发用于IR和可见光光谱的栅偏振器。例如，美国专利号6,122,103阐明一种用于可见光光谱的导线栅偏振器，它有多个支承在基片上的细长的单元。美国专利号5,748,368也说明一种在可见光光谱中使光偏振的导线栅偏振器。
光刻为了建立更快和更复杂的电路，半导体工业不断努力降低电路单元的尺寸。这些电路主要通过光刻制作。在光刻的处理过程中，通过把涂敷了对辐射敏感材料的半导体基片，暴露在光中，使电路印刷在半导体基片上。对辐射敏感的材料常常被称为“光致抗蚀剂”，或就叫抗蚀剂。使光通过透明基片上由铬或其他不透明材料形成图形的掩模，产生需要的电路图形。也可以通过在透明基片表面蚀刻出较高或较低区域的图形，或者用该两种技术的某种组合来形成掩模。随后用热的或化学的处理，仅除去抗蚀剂已曝光的或仅除去抗蚀剂未曝光的区域(与材料有关)，留下露出的基片区域，供进一步处理，再产生电子电路。
掩模版上的偏振在若干方面影响透镜的光刻性能。首先，照明与掩模版的特征，举例说，与铬的高密度线条的相互作用，随偏振而改变。结果是，掩模的透射与散射随光的偏振和掩模的特征而变化。其次，透镜和反射镜表面的反射是偏振有关的，所以，投射光学系统(“P.O.”)上波前的旁瓣缩减和缩减的程度，与偏振有关。还有，从抗蚀剂的反射也依赖于偏振，且该反射还是有效的与偏振有关的旁瓣缩减。最后，一起返回晶片的从掩模版衍射的光线，必然在产生像时发生干涉。然而，只有电场的平行分量能够发生干涉，所以，每一光线在晶片的偏振状态影响相干成像。即使是理想的透镜，到达晶片的光线的三维几何结构，能够降低对比度。
考虑用偏振照明的主要理由，是为了通过改进衍射光线在晶片上的干涉，改进晶片上形成的像。这一点对高数值孔径系统特别有用。现在考虑入射高密度线条二值掩模的偶极照明。在照明光瞳内每一小的区域(即低西格马(low sigma dipole)偶极的每一极)与光瞳内其他区域不相干，并在晶片上形成自身的像，于是，人们可以考虑偶极的单个极。光被掩模版衍射，由于高密度线条产生密集的衍射级。对细微的特征，只有两个衍射级被P.O.接受。在晶片上，这些衍射级被重新组合，形成掩模的像。掩模的像与对比度有关，而对比度又与偏振有关。
发明内容
如上所述，光刻中掩模版上照明的偏振状态，能够改进晶片上形成的像。因为光刻，还加上其他的应用，都使用紫外光谱的光，所以有必要对这类紫外应用使用偏振器。本发明人意识到，由于用户对与应用有关的形成图形单元的能力，导线栅偏振器是特别有利的。例如，要在光刻系统的光学系统或投射光学系统照明器的光瞳内产生偏振图形，这样的偏振器是必需的。
本发明提供形成图形的栅偏振器，这些栅偏振器在紫外光谱上提供高的光的传输效率。本发明的栅偏振器一般包括形成图形的单元的基片。从本发明偏振器出射的光的偏振，依赖于基片上单元的图形。
在一个实施例中，各单元围绕光轴在圆形装置中排列成多组，以产生切向偏振的离开的光。在另一个实施例中，各单元围绕光轴按同心圆形成图形，以产生径向偏振的离开的光。
本发明还提供包括本发明偏振器的光学系统，其中包括光刻系统。该种光学系统，例如光刻系统，由于有了增强晶片上的像的偏振图形而获益。
本发明更多的实施例、特性、和好处，以及本发明各个实施例的结构和操作，下面参照附图作详细的说明。
结合本文并构成说明书一部分的附图，举例说明本发明，并与说明一起进一步用于解释本发明的原理，还使本领域熟练人员能够制作和使用本发明。
图1是示意图，画出本发明一个实施例的偏振器。
图2是示意图，画出本发明一个实施例的偏振器。
图3是示意图，画出包括本发明又一个实施例的偏振器的光刻系统具体实施方式
现在将参照附图，附图中将给出本发明各种单元的数值设计并将讨论本发明，以便本领域熟练人员能够制作和使用本发明。
在一个实施例中，给出供光刻使用的形成图形的栅偏振器。该种偏振器包括对紫外光(UV)透明的基片；和在该基片上形成图形的单元阵列，其中的各单元使UV光偏振。
形成图形的栅单元本发明给出按各种方式在基片上形成图形的UV偏振器。在本发明的一些方面，基片上单元的图形，支配着从偏振器出射的光的偏振。在一些应用中，由于各种原因，使光刻系统的光学系统或投射光学系统照明器的光瞳内带有偏振图形，对成像是有好处的。例如，该偏振图形能够在晶片上提供更大的对比度，以便更好地成像。
因此，按照本发明的一个方面，本发明的偏振器包括在基片上形成图形的单元，以产生偏振光，其中光的偏振图形是由单元的图形支配的。
例如，能够在基片上形成图形的单元，可使非偏振的输入光产生切向偏振(即与偏振器的圆柱形对称相切)的离开的光，其中的输入光入射偏振器上，而离开的光从偏振器出射。
另外，能够在基片上形成图形的单元，可使非偏振的输入光产生径向偏振(即沿偏振器圆柱形对称的径向)的离开的光，其中的输入光入射偏振器上，而离开的光从偏振器出射。
但是，本发明不限于产生切向或径向偏振光的偏振器。本发明还涵盖有各种单元图形的偏振器，这些单元图形将随特定的光刻应用而改变。该种图形能够通过使用软件应用程序或其他设计技术获得，可以产生用户需要的图形。因此，本发明提供对某些光刻应用具有专用单元图形的UV偏振器。
图1阐明本发明的一种导线栅偏振器的实施例，导线栅偏振器一般以100表示。在该实施例中，导线栅偏振器上的单元105的图形，用于产生切向偏振光。如图所示，单元105是直线形的，并按多组形成图形(例如，以120和125表示的两组)，其中每一组由平行的单元构成，且各组围绕光轴(“OA”)排列成圆形的图形。虚线115表示单元之间的分割线。在本实施例中，一组的各单元与第二个相邻组的各单元不是平行的。例如，组120与组125相邻，虽然组120内各单元彼此平行，但是，它们与组125的各单元不平行。
在图1所示的偏振器中，多个细长的导电单元105由透明的基片110支承。单元的尺寸以及单元排列的尺寸，由使用的波长确定，并使之适合宽的或整个UV光光谱。在任一个特定组中，各单元不是全部都有相同的长度，越靠组的边缘越短。如此，每一组120、125有适当的“楔”形，以便各组围绕光轴OA沿径向排列成圆形的图形。
图2阐明本发明的一种导线栅偏振器的实施例，导线栅偏振器一般以200表示。在该实施例中，导线栅偏振器上的单元250的图形，用于产生径向偏振光。如图所示，多个单元250在基片255上按同心圆形成图形。同样，单元的尺寸、单元之间的尺寸、和单元排列的尺寸，由使用的波长确定，并对宽的或整个UV光光谱优化。
栅单元和基片在本发明的一个实施例中，基片上形成图形的单元由导电材料例如金属构成。这些单元可以由例如铝、银、或金构成。这些单元可以包括，但不限于，导线或微导线。
在本发明的又一个实施例中，本发明偏振器的基片，是全部或部分对UV光透明的，并可从如下的任一种中选择，其中包括，但不限于，熔石英、氟化钙、蓝宝石、石英、和氟化镁。本发明不受上述的限制，正如本领域熟练人员能够从本说明中了解的，其他的厚度和材料也可以使用。
单元之间的间隔由使用的波长支配。单元之间的间隔亦称间距，且对按同心圆形成图形的单元，该间距是两个相邻单元上对应点之间的距离。
在本发明的一个实施例中，单元的间隔小于光的波长。因此，对平行单元或同心圆单元，间距小于约200纳米(nm)，而在两个相邻的非平行单元之间的最宽点上，小于约200nm。在一个实施例中，各单元的间隔约在UV光波长的十分之一到两倍UV光波长之间。
虽然各单元之间的间隔可以小于光的波长，但本发明不受此限制。各单元之间的间隔，特别是在例如平行单元各区之间的边界，可以大于光的波长。
在一个实施例中，本发明偏振器的单元的周期，约为UV光波长的四分之一，或在约45nm到95nm之间。但是，本发明不受上述的限制，正如本领域熟练人员能够从本说明中了解的，其他的周期和波长也可以使用。
在各实施例中，间距约为光波长的一半，或约100nm。有较长周期的栅(约大于光波长的两倍)是作为衍射光栅工作的；有较短周期的栅(约小于光波长的一半)是作为偏振器工作的；周期介于较长和较短周期过渡区的栅同样起衍射光栅的作用，但以称为共振的突变或异常为特征。此外，在一个例子中，本发明偏振器各单元有规则的或相等的间隔。另外，本发明不受上述的限制，本发明偏振器各单元也可以有不规则的间隔。
在本发明的单元是直线形的特殊方面，各单元可以相对地长和薄。例如，每一单元一般可以有大于UV光波长的长度。在一个例子中，这些单元的长度在约400nm到约60mm之间，但也可以更长。
此外，每一单元的宽度可以在间距的10％到90％的范围。各单元的厚度也可以大于约10nm，也可以小于约200nm。各单元的厚度最好在约20nm和100nm之间。
可以选择各单元的宽度，以便使偏振器装置的性能对专门应用优化。一般说，增加各单元相对于间距的宽度，将把平行偏振的反射率增加到接近100％，同时也使垂直偏振的反射率增加，偏离理想值0％。因此，通常高的单元宽度对间隔的比值，由于没有平行偏振透过，将对透射光给出高的消光比，但因为一些垂直偏振被反射，故不一定是高效率的。相反，一般说，低的单元宽度对间隔的比值，对反射光束给出高的消光比，但不一定是高效率的。最高的总效率，由平行光束反射率与垂直光束透射率的乘积定义，最可能在单元宽度对单元间距的比值为40％到60％时获得。
设备本发明还提供利用本发明的偏振器的设备。例如，本发明的偏振器能够用于使UV光偏振的设备。该设备例如可以包括产生至少有一个波长在UV光谱内的光束的光源；对UV光谱内的光透明并置于光束光路中的基片；和基片上用光刻方法蚀刻的单元阵列；其中基片上用光刻方法蚀刻的单元阵列，产生偏振的离开的光。
在具体的实施例中，从光源发出的UV光至少包括两种偏振，其中导线栅偏振器反射大部分第一偏振的光而透过大部分第二偏振的光。
本发明还提供一种设备，用于沿光路提供曝光的光束，本设备包括导线栅偏振器；和有光瞳的照明器；其中的偏振器包括对UV光透明的基片及基片上形成图形的单元的阵列，其中的单元使UV光偏振，且其中的偏振器在照明器的光瞳中产生偏振的图形。
本发明还提供一种设备，用于沿光路提供曝光的光束，本设备包括导线栅偏振器；和投射光学系统；其中的偏振器包括对UV光透明的基片及基片上形成图形的单元的阵列，其中的单元使UV光偏振，且其中的偏振器在投射光学系统中产生偏振的图形。
本发明的导线栅偏振器在光刻领域中特别有用，光刻中使用偏振光，能在晶片上得到更高的对比度并导致更好的成像。一般说，偏振在下面四个方面对光刻产生影响，(1)掩模版特征的透射和衍射；(2)投射光学透镜的Fresnel损耗；(3)抗蚀剂表面的Fresnel反射；和(4)矢量干涉。考虑到所有四种因素，用于光刻的最佳偏振图形，可以因具体的掩模版和照明条件而改变。
虽然用于光刻的最佳偏振图形可能改变，但切向偏振常常可能是一种满意的选择。掩模版有重复的结构，通常是水平地或竖直地横跨在掩模上。结构也在掩模版的其他方向上重复。重复的结构可以起一维衍射光栅的作用，并把光衍射成细微的一列中密集的光束。如果这些光束在一起返回晶片时很好地干涉，可以得到良好的像。非常细微的特征是最难成像的，而最细微特征的重复结构，在投射光学系统光瞳相对的两边缘上产生两个衍射级。在许多情况中，切向偏振最好用于这种特征的成像中。
类似地，径向偏振在特定的情况中有它的优点。例如，利用径向偏振能够使Fresnel损耗降至最小，导致更高的光强。因此，当需要光强时，径向偏振有优点。在一个实施例中，对成像特征已经有良好的对比度时，使用径向偏振是理想的。相反，在成像特征有有限的对比度时，它通常就是最细微的特征，那么，切向偏振是理想的。
因此，本发明提供一种光刻系统300，它采用本发明的偏振器，使半导体晶片上一层对辐射敏感的材料曝光。如图3所示，该系统300最好包括，但不限于，辐射能量源310、本发明的导线栅偏振器100、掩模320、诸如透镜系统等投射光学系统330、和包含一层辐射敏感材料340的晶片。在一个实施例中，光源来的辐射能量312通过偏振器100，偏振器100使光按预定取向偏振，并把偏振的辐射能量束318输出到掩模320。偏振的辐射能量束318通过掩模320并使层340在预定的图形中曝光。
应当指出，光刻中常常不用全部光瞳。因此，在具体的光刻应用中，只有光瞳的某些区被照明。例如，在偶极照明中，只有光瞳边缘的两个区被照明。相应地，在本发明的光刻系统具体的实施例中，不使用从本发明的偏振器出射的全部光束。例如，偏振图形在整个光瞳上可能是不均匀的，或有某种方式的不完善。在这种情形中，只有有理想偏振的光瞳部分被利用。
本发明实施例的另外优点，是导线栅偏振器100、200能够有非常高的接受角，所以能够在光学系统任何光瞳平面上引入偏振图形。因为栅单元起偏振器的作用，所以可以在上游使用非偏振光束，进一步简化了设计。通过简单地选择导线栅单元，能够获得任何偏振图形。
方法在基片上淀积导电单元阵列，可以通过若干种众所周知的处理过程之一完成。例如，在Garvin的美国专利号4,049,944和Ferrante的美国专利号4,514,479两个专利中，说明使用全息干涉光刻，在光致抗蚀剂中形成精细的光栅结构，接着用离子束蚀刻，把结构转印到下面的金属膜。Stenkamp(“Grid polarizer for the visible spectral region”，Proceedings of the SPIE，vol.2213，pages288-296)说明使用直接电子束光刻建立抗蚀剂图形，接着通过反应离子蚀刻，把图形转印到金属膜。其他高分辨率的光刻技术，包括极远紫外光刻和X射线光刻，如X射线全息干涉光刻，也可以用于建立抗蚀剂图形。其他技术，包括其他的蚀刻机构和升离处理(lift-off process)，也可以用于把图形从抗蚀剂转印到金属膜。用于形成导电单元阵列的准确处理过程，对本发明不是关键的。
应当指出，本发明说明的实施例，只是示例性的，本领域熟练人员可以对之进行修改。例如，对本发明偏振器装置的物理参数作适当调整，同样可以用于所有入射角。由于本发明与现有技术相比，显著增加了设计的灵活性，所以相信本领域熟练人员定会作出各种改变。因此，不能认为本发明仅限于公开的实施例。
权利要求
1.一种用于光刻的形成图形的栅偏振器，包括(a)对紫外光(UV)透明的基片；和(b)在该基片上形成图形的单元阵列，其中的单元使UV光偏振。
2.按照权利要求1的偏振器，其中的单元形成图形，以便从非偏振的输入光产生切向偏振的离开的光，其中的输入光入射在偏振器上，而离开的光从偏振器出射。
3.按照权利要求1的偏振器，其中的单元形成图形，以便从非偏振的输入光产生径向偏振的离开的光，其中的输入光入射在偏振器上，而离开的光从偏振器出射。
4.按照权利要求1的偏振器，其中的单元按多组形成图形，其中各组排列成圆形图形，且每一组包括平行的单元，其中一组各单元与第二组各单元不平行。
5.按照权利要求1的偏振器，其中各单元是圆形的。
6.按照权利要求1的偏振器，其中各单元按同心圆形成图形。
7.按照权利要求1的偏振器，其中各单元的间距，在约UV光波长的十分之一到两倍UV光波长之间。
8.按照权利要求1的偏振器，其中各单元的间距，约为UV光波长的四分之一。
9.按照权利要求1的偏振器，其中各单元的周期，在约45nm到95nm之间。
10.按照权利要求1的偏振器，其中各单元的厚度，在约0.04到0.3μm之间。
11.按照权利要求1的偏振器，其中各单元包括铝、银、或金。
12.按照权利要求1的偏振器，还包括UV光光源。
13.按照权利要求12的偏振器，其中的UV光是非偏振的。
14.按照权利要求12的偏振器，其中的UV光至少包括两种偏振，且其中的导线栅偏振器反射大部分第一偏振的光而透过大部分第二偏振的光。
15.按照权利要求12的偏振器，其中的导线栅偏振器把UV光转换为切向偏振的光。
16.按照权利要求12的偏振器，其中的导线栅偏振器把UV光转换为径向偏振的光。
17.按照权利要求1的偏振器，其中的基片是熔石英、氟化钙、蓝宝石、石英、或氟化镁。
18.一种用于使UV光偏振的设备，包括(a)产生至少有一波长在UV光谱内的光束的光源；(b)对UV光谱内的光透明并置于光束光路中的基片；和(c)基片上的单元阵列；其中的单元阵列使入射的UV光偏振，并输出偏振的离开的光。
19.按照权利要求18的设备，其中各单元的周期，约为UV光光束波长的四分之一。
20.按照权利要求18的设备，其中各单元的周期，在约0.1λ到0.5λ之间，其中λ为光束的波长。
21.按照权利要求18的设备，其中各单元的厚度，在约0.04到0.3μm之间。
22.按照权利要求18的设备，其中的基片是熔石英、氟化钙、或蓝宝石。
23.按照权利要求18的设备，其中各单元一般反射大部分第一偏振方向的入射光而透过大部分第二偏振方向的光。
24.按照权利要求18的设备，其中各单元沿径向构成，以产生切向偏振的离开的光。
25.按照权利要求18的设备，其中各单元是同心地构成，以产生径向偏振的光。
26.一种用于沿光路提供曝光光束的设备，包括(a)导线栅偏振器；和(b)有光瞳的照明器；其中的偏振器包括对紫外光(UV)透明的基片和在基片上形成图形的单元阵列，这些单元使UV光偏振并在照明器光瞳上的UV光中产生偏振图形。
27.一种用于沿光路提供曝光光束的设备，包括(a)导线栅偏振器；和(b)投射光学系统；其中的偏振器包括对紫外光(UV)透明的基片和在基片上形成图形的单元阵列，这些单元使UV光偏振并在向投射光学系统输出的UV光中产生偏振图形。
全文摘要
本发明涉及一种在光刻中使用的形成图形的栅偏振器，它包括对紫外光(UV)透明的基片；和在基片上形成图形的单元阵列，其中的单元使UV光偏振。单元阵列能够形成图形，以产生切向或径向偏振的UV光。
文档编号H01L21/027GK1677141SQ20051006005
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者迈克尔·M·阿尔博特, 哈利·塞维尔 申请人:Asml控股股份有限公司