(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノリシック偏光制御角拡散器であって、
少なくとも２つの平行で連続した平坦な表面を有するシステムと、
照明平面において角度分布を与える制御角拡散パターンと、
制御角拡散パターンが少なくとも２つの連続した平行な表面の内の一方の上にあり、
制御角拡散パターンが少なくとも２つのモノリシックに形成された制御角拡散部品を有し、
それぞれの制御角拡散部品が異なる角度分布を出力し、
少なくとも２つの表面の内の一方の上にあるモノリシック偏光パターンとを備え、
モノリシック偏光パターンが少なくとも２つの偏光部品を有し、
それぞれの偏光部品が各制御角拡散部品に対応し、
少なくとも２つの偏光部品が互いに対して回転させた偏光を出力することを特徴とするモノリシック偏光制御角拡散器。
【請求項２】
請求項１に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
システムは、モノリシック偏光パターンが形成された基板を有することを特徴とする拡散器。
【請求項３】
請求項２に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
モノリシック偏光パターンがサブ波長オーダの構造体を有することを特徴とする拡散器。
【請求項４】
請求項２に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
モノリシック偏光パターンがさまざまなエッチング深さを有することを特徴とする拡散器。
【請求項５】
請求項３に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
エッチング深さｄが次式で決定されることを特徴とする拡散器。
ｄ＝λ／２Δｎ
（ここで、λは拡散器が利用されるときの波長で、Δｎはモノリシック偏光パターンの直交する偏光状態における基板の屈折率の差である。）
【請求項６】
請求項５に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
モノリシック偏光パターンの周期は、Δｎを最大化するように選択されることを特徴とする拡散器。
【請求項７】
請求項４に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
エッチング深さは、基板の常屈折率および異常屈折率の差に応じて決定されることを特徴とする拡散器。
【請求項８】
請求項７に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
モノリシック偏光パターンの周期は、少なくとも２つの制御角拡散部品の一方の大きさと等しくなるように選択されることを特徴とする拡散器。
【請求項９】
請求項１に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
制御角拡散部品は、回折部品であることを特徴とする拡散器。
【請求項１０】
請求項２に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
基板は、複屈折性を有することを特徴とする拡散器。
【請求項１１】
請求項２に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
制御角拡散部品は、基板上にあることを特徴とする拡散器。
【請求項１２】
請求項１１に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
モノリシック偏光パターンおよび制御角拡散部品は、基板の同一表面上にあることを特徴とする拡散器。
【請求項１３】
請求項１１に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
モノリシック偏光パターンおよび制御角拡散部品は、基板の異なる表面上にあることを特徴とする拡散器。
【請求項１４】
請求項１に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
少なくとも２つの偏光部品の内の少なくとも１つは、構造物をもたないことを特徴とする拡散器。
【請求項１５】
請求項１に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
少なくとも２つの偏光部品からの偏光は、互いに対して９０°回転していることを特徴とする拡散器。
【請求項１６】
請求項１に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
制御角拡散パターンは、Ｘ双極子およびＹ双極子の交互のアレイを有することを特徴とする拡散器。
【請求項１７】
モノリシック偏光制御角拡散器の作製方法であって、
異なる角度分布を出力する少なくとも２つの制御角拡散部品を有する制御角拡散器のデザインを形成するステップと、
少なくとも２つの偏光部品を有するモノリシック偏光パターンを形成するステップと、
少なくとも２つの偏光部品は互いに対して回転させた偏光を出力し、
少なくとも２つの表面の内の一方にモノリシック偏光パターンを転写するステップと、
少なくとも２つの表面の内の一方に制御角拡散器のデザインを転写するステップと、
少なくとも２つの偏光部品のそれぞれが少なくとも２つの制御角拡散部品の一方に対応することを特徴とする作製方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の作製方法であって、
モノリシック偏光パターンを転写するステップは、次式で決定されるエッチング深さｄを有するように基板をエッチングするステップを含むことを特徴とする作製方法。
ｄ＝λ／２Δｎ
（ここで、λは拡散器が利用されるときの波長で、Δｎはモノリシック偏光パターンの直交する偏光状態における基板の屈折率の差である。）
【請求項１９】
請求項１８に記載の作製方法であって、
Δｎを最大化するようにモノリシック偏光パターンの周期を選択するステップを有することを特徴とする作製方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の作製方法であって、
モノリシック偏光パターンを転写するステップは、複屈折性基板の常屈折率および異常屈折率の差に応じて決定されるエッチング深さｄを有するように複屈折性基板をエッチングするステップを含むことを特徴とする作製方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の作製方法であって、
偏光部品の周期は、少なくとも２つの制御角拡散部品の一方の大きさと等しくなるように選択されることを特徴とする作製方法。
【請求項２２】
請求項１７に記載の作製方法であって、
少なくとも２つの表面は１つの基板上にあることを特徴とする作製方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の作製方法であって、
偏光部品および制御角拡散部品は、基板の同一表面上にあることを特徴とする作製方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の作製方法であって、
偏光部品および制御角拡散部品は、基板の異なる表面上にあることを特徴とする作製方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の作製方法であって、
モノリシック偏光パターンを転写するステップは、制御角拡散器のデザインを転写する前に行われることを特徴とする作製方法。
【請求項２６】
モノリシック偏光制御角拡散器であって、
少なくとも２つの平行で平坦な連続した表面を有する基板（３４，４０）と、
基板の一方の連続した表面の上に形成された、照明平面において角度分布を与えるモノリシック制御角拡散パターン（７０）と、
基板の一方の表面の上に形成されたモノリシック偏光パターン（３２，４２，４４）とを有し、
制御角拡散パターンは、互いに隣接して配置され、互いに直交するＸ軸およびＹ軸に沿って配向された、モノリシックに形成された少なくとも１つの第１および第２の制御角拡散部品（７２，７４）を有し、
第１および第２の制御角拡散部品は、異なる角度分布を出力し、
モノリシック偏光パターンは、少なくとも１つの第１および第２の領域（５２，５４）を有し、各領域はそれぞれ、制御角拡散パターンの少なくとも１つの第１および第２の制御角拡散部品（７２，７４）に対して位置合わせされ、少なくとも１つの第１および第２の領域に入射するビームの偏光は、照明平面に照射されるとき、互いに対して９０°回転していることを特徴とするモノリシック偏光制御角拡散器。
【請求項２７】
請求項２６に記載のモノリシック偏光制御角拡散器であって、
制御角拡散パターンにＸ軸およびＹ軸に沿って配向されたＸ双極子照明部およびＹ双極子照明部が形成され、照明平面において四極子（６０）において出力されることを特徴とするモノリシック偏光制御角拡散器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光制御角拡散器（polarization controlled angle diffuser）およびこの偏光制御角拡散器の製造方法に関する。とりわけ本発明は、モノリシック偏光制御角拡散器およびこの偏光制御角拡散器の製造方法に関する。
【０００２】
リソグラフィ・システムなどのさまざまなシステムにおいて、拡散器は回折部品を用いて、照明角度を制御している。マイクロリソグラフィにおける限界寸法が小さくなるほど、リソグラフィ・システムにおける像形成性能に対する偏光の効果は、よりいっそう大きな影響を受けることになる。こうした効果が考慮されない場合、より大きな開口数（N.A.）および／または液浸リソグラフィを用いることにより、期待される像形成の改善が実現されないことがある。照明の角度分布を制御しつつ、照明の偏光角度が最適化された場合、偏光による悪影響を最小限に抑えることができる。
【発明の開示】
【０００３】
したがって本発明は、関連技術に関する上述の１つまたはそれ以上の問題点を解消する偏光制御角拡散器を提供すること、および偏光制御角拡散器の製造方法を提供することを特徴とする。
【０００４】
本発明は、モノリシックである偏光制御角拡散器を提供することを特徴とする。ここで「モノリシック」とは、制御角拡散器および偏光制御に関する複数の部品が連続する表面上に構成されていることを意味する。すなわち、本発明に係るモノリシック偏光制御角拡散器は、単一表面上に構成されていてもよいが、これに限定されるものではなく、制御角拡散部品および偏光部品は基板の異なる表面上にあってもよい。
【０００５】
本発明の別の特徴は、効率を維持する偏光制御角拡散器を提供することである。
【０００６】
本発明のさらに別の特徴は、ゼロ次光を最小限に抑える偏光制御角拡散器を提供することである。
【０００７】
本発明のさらに別の目的は、現在ある拡散器と容易に置換できる偏光制御角拡散器を提供することである。
【０００８】
本発明のさらに別の目的は、容易に作製できる偏光制御角拡散器を提供することである。
【０００９】
本発明に係る上記および他の特徴および利点は、モノリシック偏光制御角拡散器を用いて実現でき、この拡散器は、
少なくとも２つの平行で平坦な表面を有するシステムと、
照明平面において角度分布を与える制御角拡散パターンと、
制御角拡散パターンが少なくとも２つの平行な表面の内の一方の上にあり、
制御角拡散パターンが少なくとも２つの制御角拡散部品を有し、
それぞれの制御角拡散部品が異なる角度分布を出力し、
少なくとも２つの表面の内の一方の上にある偏光パターンとを備え、
偏光パターンが少なくとも２つの偏光部品を有し、
それぞれの偏光部品が各制御角拡散部品に対応し、
少なくとも２つの偏光部品が互いに対して回転させた偏光を出力し、
少なくとも２つの偏光部品が少なくとも２つの制御角拡散部品の一方とそれぞれ対応する。
【００１０】
システムは、偏光パターンが形成された基板を有していてもよい。少なくとも２つの偏光部品の内の少なくとも１つは、構造物をもたなくてもよい。少なくとも２つの偏光部品からの偏光は、互いに対して９０°回転していてもよい。
【００１１】
偏光パターンがサブ波長オーダの構造体を有していてもよい。偏光パターンがさまざまなエッチング深さを有していてもよい。エッチング深さｄが次式で決定されてもよい。
ｄ＝λ／２Δｎ
（ここで、λは拡散器が利用されるときの波長で、Δｎは偏光パターンの直交する偏光状態における基板の屈折率の差である。）
偏光パターンの周期は、Δｎを最大化するように選択してもよい。
【００１２】
偏光パターンが形成される基板は、複屈折性を有していてもよい。エッチング深さは、基板の常屈折率および異常屈折率の差に応じて決定されてもよい。偏光パターンの周期は、少なくとも２つの制御角拡散部品の一方の大きさと等しくなるように選択してもよい。
【００１３】
制御角拡散部品は、回折部品であってもよい。制御角拡散部品は、偏光部品と同じ基板の上にあってもよいし、基板の同一側面上または基板の異なる側面上にあってもよい。制御角拡散パターンは、Ｘ双極子およびＹ双極子の交互のアレイを有していてもよい。
【００１４】
本発明に係る上記および他の特徴および利点は、モノリシック偏光制御角拡散器の製造方法を用いて実現でき、この製造方法は、
異なる角度分布を出力する少なくとも２つの制御角拡散部品を有する制御角拡散器のデザインを創造するステップと、
少なくとも２つの偏光部品を有する偏光パターンを創造するステップと、
少なくとも２つの偏光部品は互いに対して回転させた偏光を出力し、
少なくとも２つの表面の内の一方に偏光パターンを転写するステップと、
少なくとも２つの偏光部品のそれぞれが少なくとも２つの制御角拡散部品の一方に対応する。
【００１５】
偏光パターンを転写するステップは、次式で決定されるエッチング深さｄを有するように基板をエッチングするステップを含んでいてもよい。
ｄ＝λ／２Δｎ
（ここで、λは拡散器が利用されるときの波長で、Δｎは偏光パターンの直交する偏光状態における基板の屈折率の差である。）
Δｎを最大化するように偏光パターンの周期を選択するステップを有していてもよい。
【００１６】
偏光パターンを転写するステップは、複屈折性基板の常屈折率および異常屈折率の差に応じて決定されるエッチング深さｄを有するように複屈折性基板をエッチングするステップを含んでいてもよい。偏光部品の周期は、少なくとも２つの制御角拡散部品の一方の大きさと等しくなるように選択してもよい。
【００１７】
少なくとも２つの表面は１つの基板上にあってもよい。
偏光部品および制御角拡散部品は、基板の同一側面上にあってもよいし、基板の異なる側面上にあってもよい。偏光パターンを転写するステップは、制御角拡散器のデザインを転写する前に行われてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ここで本発明の例示的な実施形態を示す添付図面を参照しながら、本発明をより詳細に以下説明する。ただし本発明は、さまざまな形態で具現化することができ、ここに開示される実施形態に限定して解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、発明の開示が詳細で完全であり、当業者に発明の範囲を十分に理解させるために提供されるものである。図面において、層および領域の寸法は、分かりやすく図示するために誇張されている。同様の参照符号は、同様の構成部品を示す。
【００１９】
本発明によれば、拡散器の偏光は部材のエッチング深さにより制御されている。この偏光制御パターンは、制御角拡散パターン（制御された角度で拡散させるパターン）と同一の表面、同一基板の対向表面、または異なる表面上にあってもよい。制御角拡散器が形成される表面および偏光パターンが形成される表面は、互いに対して平行で平坦であってもよい。適当な制御角拡散器の具体例が米国特許第５，８５０，３００号に開示されており、その全体の内容がすべての目的において参照してここに一体のものとして統合される。偏光制御パターンが、基板の制御角拡散パターンとは反対側の側面上にあるとき、前後にあるパターンの位置合わせが必要となる。
【００２０】
偏光制御は、２つの手法を用いて実現することができる。第１に、基板が溶融石英などの非複屈折性材料である場合、サブ波長オーダの構造体を構成して、偏光状態を変更または回転させる。こうした構造体を形成するためのモデルを図１に示す。この構造体から得られる複屈折率曲線を図２に示す。このモデルに基づいて形成された半波長板を図３に示す。
【００２１】
図１では、溶融石英基板２０における回折パターン１０、すなわちここでは２値パターンの反射光を平行偏光および垂直偏光の両方に対してモデル化した。このパターンのデューティ・サイクルは、両方の偏光に対して０％〜１００％の間で１％ずつ変化させた。このパターンの周期は、基板材料中の関連波長の０．９倍および０．５倍に一致させた。関連波長が深紫外線（DUV）で例えば１９３ｎｍで、約１．５６の屈折率を有する溶融石英が基板材料であるとき、これらの波長は、それぞれ約１１１ｎｍおよび約６１ｎｍとなる。図２から分かるように、格子周期として１１１ｎｍを用い、デューティ・サイクルが約４４％であるとき、最大の複屈折率が得られる。こうして、これらのパラメータが選択され、図３に示す半波長板３０を形成する。半波長板３０は、深さがｄで、周期が１１１ｎｍで、デューティ・サイクルが４４％のパターン３２を有する。この半波長板３０において、深さｄをλ／（２Δｎ）に設定する（ここでΔｎは、異なる偏光状態における屈折率の差である）。溶融石英の場合、周期が１１１ｎｍであるので、その差は０．１６である。
【００２２】
基板材料が例えば結晶石英やフッ化カルシウムなどで複屈折性を有する場合、このようにパターン形成する必要はない。代わりに、所望の偏光回転を実現するために、交互の領域に対して適当な深さに選択的にエッチングすることだけが必要となる。第１の実施形態のサブ波長オーダのパターンと同様の高分解能パターンは不要である。この実施例を図４に示し、半波長板４０は、異なる回転を与えるために、エッチングされた部分４２とエッチングされていない部分４４とを有する。すなわち、エッチングされていない部分４４は、構造物をもたないものであってもよい。パターン形成は必要ないが、所望の回転を実現するためのエッチング深さは、通常、パターン形成手法でのエッチング深さより１オーダ大きいもの、すなわち数ミクロンオーダとなる。エッチング深さは、常方向および異常方向の間の屈折率の差に応じて決定される。
【００２３】
本発明の１つの実施形態によれば、特別の実施例として、偏光四極子照明（polarized quadrupole illumination）を実現することができる。まず双極子照明部（dipole illuminator）が設計される。こうした双極子照明部は、米国特許第５，８５０，３００号で開示された回折手法を用いて設計することができる。図５に示すように、セルアレイ５０の各セルの出力は、Ｘ軸に沿って配向された複数のＸ双極子照明セル５２と、Ｙ軸に沿って配向された複数のＹ双極子照明セル５４とを有する。これらのＸ双極子照明セル５２およびＹ双極子照明セル５４は、交互のＸ配向およびＹ配向の２次元アレイに配設される。
【００２４】
基板が複屈折性材料でなく、入力光を偏光させる場合、偏光を回転させる偏光パターンを、１つ置きの照明セル、すなわち同一配向を有するすべての双極子照明セルに提供することができる。偏光パターンは、図３の設計技術を用いて生成され、表面に転写され、制御角拡散パターンと位置合わせされる。当然に、入力光が偏光されない場合、偏光パターンは、各双極子照明セルのための偏光部品を有していてもよい。基板が複屈折性材料を有する場合、１つ置きの照明セル、すなわち同一配向を有するすべての双極子照明セルは、図４に関して教示したようなエッチングされた部分を有する。
【００２５】
上記制御角拡散パターンを有する基板の合成出力は、四極子６０内の偏光配向を示す矢印なしで、図６に示すような四極子６０となる。図６に示す特別の実施例では、偏光は四極子６０内で９０°回転する。Ｘ双極子照明６２およびＹ双極子照明６４は、矢印で示すように直交する偏光を有する。
【００２６】
図５および図６に示す照明を生成するために用いられる実際のマスク７０の具体例を図７に示す。ここではマスク７０は、Ｘ軸に沿って配向するＸ双極子照明部７２と、Ｙ軸に沿って配向するＹ双極子照明部７４とを有する。このアレイの各双極子照明部７２，７４は、従来式の個々の部品の所望される寸法、例えば約２ｍｍを有する。
【００２７】
マスク７０の制御角分散パターンは、エッチングした後、リソグラフィまたは複製技術などを用いて基板に転写される。本発明に係るいずれかの実施形態による偏光パターンは、エッチングした後、リソグラフィまたは複製技術などを用いて基板の同一表面または対向表面に転写される。択一的に、偏光パターンの転写は、別の基板に転写してもよい。これらの基板を一体に固定してもよい。こうした固定は、ウエハレベルで行い、その後に固定されたウエハを垂直方向に分断して、少なくとも２つの制御角拡散部品と少なくとも２つの偏光部品を有するダイを形成してもよい。２つの制御角拡散部品のそれぞれは、異なる角度分布を出力する。各偏光部品は、それぞれの制御角拡散部品と対応する。２つの偏光部品のそれぞれは、互いに対して回転させた偏光を出力する。
【００２８】
本発明の例示的な実施形態がここに開示されたが、特別の用語は、限定することを意図したものでなく、一般的で記述的な意味を有するものとして用いられ、解釈される。例えば偏光パターンは、制御角拡散パターンの前に基板に転写することができる。当業者ならば理解されるように、クレームに記載された本発明の精神および範疇から逸脱することなく、さまざまな変形形態および詳細内容が想到されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る実施形態によるパターンのモデルを示す断面図を示す。
【図２】図１に示すモデルの両方の偏光および両方の格子周期に関するデューティ・サイクルおよび屈折率をプロットしたグラフである。
【図３】本発明に係る実施形態による半波長板の断面図である。
【図４】本発明に係る実施形態による半波長板の概略的な断面図である。
【図５】偏光制御角拡散パターンの具体例の個別部分の出力の概略的な上面図である。
【図６】本発明に係る実施形態の偏光パターンに関連する図５の偏光制御角拡散パターンの出力を示す。
【図７】図５の出力を与える制御角拡散パターンの上面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  回折パターン、２０  溶融石英基板、３０  半波長板、５０  セルアレイ、５２  Ｘ双極子照明セル、５４  Ｙ双極子照明セル、６０  四極子、６２  Ｘ双極子照明、６４  Ｙ双極子照明、７０  マスク、７２  Ｘ双極子照明部、７４  Ｙ双極子照明部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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