專利名稱：使用超像素形式的傾斜鏡面的光構圖裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光構圖裝置及其使用方法。
背景技術：
構圖裝置用于構圖入射光。靜態(tài)構圖裝置可以包括標線片或掩模。動態(tài)構圖裝置可以包括通過接收模擬或數(shù)字信號產(chǎn)生圖形的單獨可控元件的陣列。這種動態(tài)構圖裝置有時被稱為無掩模系統(tǒng)。用于使用構圖裝置的典型環(huán)境可以是但不限于光刻設備、投影儀、投影顯示設備等等。
最近，有時被稱為空間光調(diào)制器的單獨可控元件的陣列可以包括各種類型的微鏡面陣列。鏡面類型包括但不限于扁平傾斜鏡面、單相位階躍的(single phase-step)傾斜鏡面、活塞式鏡面或組合傾斜和活塞式的混合鏡面。當通過微鏡面陣列對物體成像時，由每個鏡面反射的光的相位和強度是重要參數(shù)。在具有傾斜鏡面的單獨可控元件的常規(guī)陣列中，到達圖像平面的負性光(即，異相光)的最大量遠遠小于到達圖像平面的正性光(即，同相光)的最大量。例如，扁平傾斜鏡面可以實現(xiàn)100％正相強度和4.7％負相強度之間任何位置的強度調(diào)制或灰度級。這種有限的負相強度已經(jīng)證明在某些類型常規(guī)掩模的仿真中成為局限，例如相位偏移掩模。
提高強度調(diào)制或灰度級特性的一種方法是使用單相位階躍的傾斜鏡面，該鏡面例如具有λ/4的高度階躍和λ/2的相位階躍，其中λ是成像波長。這種鏡面已經(jīng)由瑞典的微型激光系統(tǒng)發(fā)明。這種鏡面可以實現(xiàn)+50％和-50％之間任何位置的相位強度調(diào)制。用于提高強度調(diào)制特性的另一種方法是使用雙相位階躍的傾斜鏡面，如2004年11月24日提出的、名稱為“使用雙相位階躍元件的圖形發(fā)生器及其使用方法”的共同未決申請No.10/995,092(代理標簽No.1857.3290000)中所公開的，在此引入其內(nèi)容以作參考。
然而，一般來說，傾斜鏡面的光刻性能對鏡面到鏡面的相位/高度誤差非常敏感。本發(fā)明人承擔的工作表明，通過1個總和的統(tǒng)計偏差(即，一個標準偏差)，在65nm節(jié)點處的高度需求為1nm左右。現(xiàn)行SLM技術不允許這種級別的鏡面高度控制。SLM技術的狀態(tài)呈現(xiàn)的誤差比所需要的至少大四倍。
由于這些和其他原因，需要其他替代的方案，以提高諸如傾斜鏡面的單獨可控元件陣列的強度和相位調(diào)制特性。例如，其將有益于獨立模擬任意灰度級和相位，以有效地仿真不同類型的光刻掩模，例如二元掩模、衰減相移掩模(AttPSM)、交替相移掩模(AltPSM)、CPL和旋渦式掩模。

發(fā)明內(nèi)容
光構圖系統(tǒng)包括提供具有中心波長(λ)的輻射束的照明系統(tǒng)。反射像素陣列構圖該束，其中該陣列包括具有至少一個與第二傾斜鏡面邏輯耦合的第一傾斜鏡面的像素。在實施例中，第一和第二傾斜鏡面(i)基本彼此相鄰；且(ii)在高度上彼此偏移第一鏡面位移。最后，包括將構圖束投射到目標上的投影系統(tǒng)。在可選實施例中，反射像素陣列包括具有彼此邏輯耦合的第一至第四傾斜鏡面的像素。第一至第四傾斜鏡面(i)分別與參考平面在高度上偏移第一到第四鏡面位移，且(ii)分別以順時針方向排列在基本正方形的圖形中。也可以使用其他多個鏡面。
還描述了一種用于構圖輻射束的方法。該方法包括通過反射像素陣列構圖具有波長(λ)的輻射束。該陣列包括至少具有邏輯耦合到第二傾斜鏡面的第一傾斜鏡面的超像素。第一和第二傾斜鏡面(i)在高度上彼此偏移第一鏡面位移，且(ii)基本彼此相鄰。然后將構圖束投射到物體的目標部分上。公開了四個或更多鏡面的類似方法。
下面將參考附圖詳細描述本分明的其他實施例、特征和優(yōu)點，以及本分明的結構和各實施例的操作。


在此引入并形成說明書一部分的附圖示出了本發(fā)明，并與描述一起進一步用于解釋本發(fā)明的原理并且能夠使相關技術領域的技術人員制造并使用本發(fā)明。在附圖中，相同的參考數(shù)字表示同樣的或功能類似的元件。此外，在大多數(shù)附圖中，參考數(shù)字最左邊的阿拉伯數(shù)字表示該參考數(shù)字第一次出現(xiàn)的圖號。
圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光刻設備。
圖2A和2B示出了扁平傾斜鏡面。
圖2C示出了扁平傾斜鏡面的振幅反射率和強度特性。
圖3A和3B示出了包括兩個矩形傾斜鏡面的超像素。
圖4A和4B示出了包括四個正方形傾斜鏡面且具有平衡傾斜角和鏡面位移的超像素。
圖4C示出了復雜方格圖案的超像素。
圖5示出了具有任意分布的相位誤差的超像素。
圖6示出了具有非平衡高度和傾斜角的超像素。
圖7A示出了單相位階躍的傾斜鏡面。
圖7B示出了包括四個單相位階躍傾斜鏡面的超像素。
圖8示出了如何根據(jù)特征位置在SLM中形成超像素。
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明。
具體實施例方式
概述雖然在本文中可以作為具體參考在構圖襯底的光刻系統(tǒng)中使用構圖裝置，但應當明白在此描述的構圖裝置可以具有其他應用，例如在投影儀或投影系統(tǒng)中構圖目標或顯示裝置(例如，在投影電視系統(tǒng)中，等等)。因此，在整個說明書中光刻系統(tǒng)和/或襯底的使用僅描述本發(fā)明的示例性使用照明系統(tǒng)、單獨可控元件的陣列和投影系統(tǒng)，將系統(tǒng)和方法用于構圖光。照明系統(tǒng)提供輻射束。單獨可控元件(SLM)的陣列構圖該束。投影系統(tǒng)將構圖過的束投射到物體的目標位置上。在各種示例中，物體可以是顯示裝置、半導體襯底或晶片、扁平面板顯示玻璃基板等，如下面更詳細的論述。
單獨可控元件的陣列可以包括各種類型的SLM。鏡面類型包括但不限于扁平的傾斜鏡面、單相位階躍傾斜鏡面、活塞式鏡面或傾斜和活塞式組合的混合鏡面。然而，如上所述，強度調(diào)制(例如，正性光和負性光的不同最大振幅)強行防止了這些陣列有效地仿真各種類型的掩模(例如，移相掩模)。而且，當校正各種類型的SLM缺陷和誤差時，這些陣列通常效率低下。
在實施例中，單獨可控元件的陣列包括傾斜鏡面SLM。傾斜鏡面可以是扁平的傾斜鏡面或單相位階躍的傾斜鏡面。單獨可控傾斜鏡面可以在高度上彼此偏移，并且優(yōu)選地在兩個或更多個邏輯耦合的組中可編程選擇以形成超像素。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將高度上偏移的傾斜鏡面組合到超像素中提高了強度調(diào)制特性，并增強了陣列的能力以模擬任意灰度級和相位。這些特性還可以校正各種類型的SLM缺陷或誤差。在實施例中，當傾斜鏡面組(例如，2×2或4×4，等)邏輯耦合作為一個大像素執(zhí)行時，形成了超像素。通過可編程地選擇形成超像素的傾斜鏡面的傾斜角，多種相位和灰度級的組合是可能的。因此，可以根據(jù)所需要部件的位置可編程地選擇形成超像素的傾斜鏡面。
術語雖然在本文中可以作為具體參考在IC制造中使用光刻設備，但應當明白在此所述的光刻設備可以具有其他應用，例如，制造DNA芯片、MEMS、MOEMS、集成光學系統(tǒng)、用于磁疇存儲器的引導和探測圖形、平板顯示器、薄膜磁頭、微觀和宏觀的射流元件，等等。本領域技術人員將意識到，在這種可選應用的范圍內(nèi)，在此術語“晶片”或“管芯”的任何使用可以認為分別與更通常的術語“襯底”或“目標部分”同義。
在曝光之前或之后，例如可以在示蹤(track)(通常對襯底施加抗蝕劑層并顯影已曝光的抗蝕劑的工具)或計量或檢查工具中處理這里所稱的襯底。在可應用時，這里的公開可以應用于這種和其他襯底處理工具。此外，例如，為了制造多層IC，可以將襯底處理不只一次，因此這里使用的術語襯底還可以指已經(jīng)包括多個處理層的襯底。
如這里采用的術語“單獨可控元件的陣列”應當廣泛地解釋為可以用于提供具有已構圖截面的入射輻射束的陣列，以便在襯底的目標位置中制造期望的圖形。術語“光閥”和“空間光調(diào)制器”(SLM)也可以用于本范圍。上面和下面描述了這種構圖裝置的例子。
在實施例中，單獨可控元件的陣列可以包括采用微鏡面矩陣排列的可編程鏡面陣列，例如通過施加合適的局部電場，或通過使用壓電傳動裝置，可以相對于光軸單獨傾斜其中的每一個。典型微鏡面的尺寸約為8μm×8μm。微鏡面是矩陣可尋址的，以使尋址鏡面比未尋址鏡面更直接地反射入射輻射束。借此，根據(jù)矩陣可尋址鏡面的尋址圖形構圖反射束。使用合適的電子裝置可以完成所需的矩陣尋址。
在一個示例中，在作為單個像素執(zhí)行的超像素中可以一起協(xié)調(diào)鏡面組。在該示例中，照明系統(tǒng)中的光學元件可以形成光束，以使每個束落到各鏡面組上。在實施例中，單獨可控元件的陣列可以包括一個或更多可編程鏡面陣列。
應當意識到，在部件的預偏置中，使用光學鄰近校正部件、相位變化技術和多曝光技術，例如，在單獨可控元件陣列上“顯示”的圖形實質(zhì)上可以與最后傳輸?shù)揭r底層或襯底上的圖形不同。類似地，最后在襯底上產(chǎn)生的圖形可以與任何一個瞬間在單獨可控元件上形成的圖形不一致。在裝置中這可以是這種情況，其中在單獨可控元件陣列和/或襯底相對位置上的圖形改變期間，通過給定的時間段或給定的曝光數(shù)建立形成在襯底的每一部分上的最終圖形。
這里使用的術語“輻射”和“束”包括所有類型的電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如，具有365、248、193、157或126nm的波長)和遠紫外線(EUV)輻射(例如，具有5-20nm范圍內(nèi)的波長)，以及粒子束，例如離子束或電子束。
在光刻環(huán)境中，例如，作為適合于使用曝光輻射，或諸如使用浸液或使用真空的其他因素，這里使用的術語“投影系統(tǒng)”應當廣泛地解釋為包括各種類型的投影系統(tǒng)，包括折射光學系統(tǒng)、反射光學系統(tǒng)和反射折射光學系統(tǒng)。在此術語“透鏡”的任何使用可以認為與更通常的術語“投影系統(tǒng)”同義。
照明系統(tǒng)還可以包括各種類型的光學元件，包括用于引導、成形或控制輻射束的折射、反射和反射折射的光學元件，并且這些元件在下面還可以共同或單獨稱作“透鏡”。
光刻設備可以是具有兩個(雙階)或更多襯底臺(和/或兩個或更多掩模臺)的類型。在這種“多階”機器中，可以并行使用另外的臺，或者在一個或更多臺上進行預備步驟，而將一個或多個其他臺用于曝光。
光刻設備還可以是這種類型，其中將襯底浸到具有相對高折射率的液體(例如水)中，以便填充在投影系統(tǒng)的末級元件和襯底之間的空間。還可以將浸液用于光刻設備中的其他空間，例如，襯底和投影系統(tǒng)的第一元件之間。浸漬技術用于提高投影系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。此外，設備可以被提供有液體處理單元，以允許液體和襯底的被輻射部分之間的相互作用。
用于構圖裝置的示例性環(huán)境如上所述，雖然本分明的構圖裝置可以用在很多不同環(huán)境中，但光刻環(huán)境將用于以下描述中。這僅僅為了說明性目的。
光刻設備是一種在物體的目標部分上施加期望圖形的機器。例如，光刻設備可以用于在生物技術環(huán)境中、在IC、平板顯示器、微米或納米射流元件和包括精細結構的其他器件的制造中構圖物體。在基于IC的光刻環(huán)境中，構圖裝置用于產(chǎn)生與單層IC(或其他器件)相對應的電路圖形，并且這種圖形可以在具有輻射敏感材料層(例如，抗蝕劑)的襯底(例如，硅晶片或玻璃板)上的目標部分(例如，包括一個或幾個管芯的部分)上成像。如上所述，取代掩模，在無掩模IC光刻中構圖裝置可以包括產(chǎn)生電路圖形的單獨可控元件陣列。
通常，單個襯底將包括依次曝光的相鄰目標部分的網(wǎng)絡。已知的光刻設備包括步進器和掃描器，在步進器中通過在目標部分上一次曝光整個圖形來輻射每個目標部分，在掃描器中通過在給定方向(“掃描方向”)上掃描穿過束的圖形來輻射每個目標部分，而同時掃描與該方向平行或反平行的襯底。這些概念將在下面更詳細地論述。
根據(jù)本分明的一個實施例，圖1示意性地示出了光刻投影設備100。設備100至少包括輻射系統(tǒng)102、構圖裝置104(例如，靜態(tài)裝置或單獨可控元件陣列)、物體臺106(例如，襯底臺)和投影系統(tǒng)(“透鏡”)108。
輻射系統(tǒng)102用于提供輻射束110，在本例中其還包括輻射源112。如上所述，輻射束可以包括各種包括UV和EUV的源。
單獨可控元件陣列104(例如，可編程鏡面陣列)用于構圖束110。在一個示例中，單獨可控元件陣列104的位置相對于投影系統(tǒng)108是固定的。然而，在另一示例中，單獨可控元件陣列104連接到相對投影系統(tǒng)108設定其位置的定位裝置(未示出)。在所示的示例中，單獨可控元件陣列104中的每個元件是反射型的(例如，具有反射的單獨可控元件陣列)。
物體臺106被提供有用于保持物體114(例如，涂敷抗蝕劑的硅晶片、玻璃襯底等)的物體支座(未具體示出)。在一個示例中，襯底臺106連接到用于相對投影系統(tǒng)108精確定位襯底114的定位裝置116。
投影系統(tǒng)108(例如，石英和/或CaF2透鏡系統(tǒng)或包括由這種材料構成的透鏡元件的反射折射系統(tǒng)、或鏡面系統(tǒng))用于將從分束器118接收的構圖束投射到襯底114的目標部分120(例如，一個或多個管芯)上。投影系統(tǒng)108可以在襯底114上投射單獨可控元件陣列104的圖像?？蛇x的，投影系統(tǒng)108可以投射次級源的圖像，對于該次級源來說單獨可控元件陣列104的元件用作快門。投影系統(tǒng)108還可以包括微透鏡陣列(MLA)以形成次級源并將微型點投射到襯底114上。
源112(例如，準分子激光器等)產(chǎn)生輻射束122。束122被直接饋送到照明系統(tǒng)(照明器)124中或者在經(jīng)過諸如束擴展器126的調(diào)節(jié)裝置126之后被饋送到照明系統(tǒng)(照明器)124中。照明器124可以包括調(diào)節(jié)裝置128，該調(diào)節(jié)裝置128設定束122中的強度分布的外部和/或內(nèi)部徑向范圍(通常分別稱作σ-外部和σ-內(nèi)部)。此外，照明器124可以包括各種其他部件，例如積分器130和聚光器132。借此，碰撞到單獨可控元件陣列104上的束110在其截面中具有期望的均勻性和強度分布。
在一個示例中，源112在光刻投影設備100的外殼內(nèi)(例如，作為通常情況，當源112是汞燈時)。在另一示例中，源112遠離光刻投影設備100設置。在后一種示例中，將輻射束122引導到設備100中(例如，借助于合適的引導鏡面(未示出))。當源112為準分子激光器時，后一種情況是通常情況。應該理解，這兩種情況都考慮在本分明的范圍內(nèi)。
在使用分束器118引導后，束110隨后與單獨可控元件陣列104相互作用。在所示的示例中，已經(jīng)通過單獨可控元件陣列104反射的束110通過投影系統(tǒng)108，其將束110聚焦到襯底114的目標部分120上。
借助于定位裝置116和基板136上的、用于接收通過分束器140的干涉束138的任意干涉儀測量裝置134，精確移動襯底臺106，以便在束110的路徑中定位不同的目標部分120。
在一個示例中，用于單獨可控元件陣列104的定位裝置(未示出)可以用于精確校正單獨可控元件陣列104相對于束110的路徑的位置，例如在掃描期間。
在一個示例中，借助于長沖程模塊(粗定位)和短沖程模塊(精定位)實現(xiàn)襯底臺106的移動，其未在圖1中明確描述。類似的系統(tǒng)還可以用于定位單獨可控元件陣列104。將意識到，束110可選地/額外地是可移動的，而襯底臺106和/或單獨可控元件陣列104可以具有固定位置以提供所需的相對移動。
在另一示例中，襯底臺106是固定的，襯底114在襯底臺106上方是可移動的。在這樣做時，襯底臺106在平坦的最上層表面上被提供有許多開口。通過開口提供氣體以提供氣墊，其支撐襯底114。這稱作氣浮裝置。使用一個或多個傳動器(未示出)使襯底114在襯底臺106上方移動，傳動器相對于束110的路徑精確定位襯底114。在另一示例中，通過有選擇地開始和停止通過開口的氣體通道在襯底臺106上方移動襯底114。
雖然在此將根據(jù)本分明的光刻設備100描述成用于曝光襯底上的抗蝕劑，但將意識到本分明不限于這種應用，而且設備100可以用于投影在無抗蝕劑光刻中使用的構圖束110，以及其他應用。
可以以五種模式中的至少一種使用所述設備1001.步進模式在單一曝光(即，單一“閃爍”)期間將單獨可控元件陣列104上的整個圖形投射到目標部分120上。然后在x和/或y方向上將襯底臺106移動到用于不同目標部分120的不同位置以便通過構圖束110輻射。
2.掃描模式基本上與步進模式相同，只是給定的目標部分120不在單一“閃爍”中曝光。相反地，在給定方向(例如，“掃描方向”，比如y方向)上以速度v移動單獨可控元件陣列104，使得構圖束110在單獨可控元件陣列104上方掃描。同時，襯底臺106在相同或相反方向上以速度V＝Mv同時移動，其中M是投影系統(tǒng)108的放大率。借此，可以曝光相對大的目標部分，而不必損害分辨率。
3.脈沖模式單獨可控元件陣列104基本保持固定，使用脈沖輻射系統(tǒng)102在襯底114的目標部分120上投射整個圖形。襯底臺106以基本恒定的速度移動，使構圖束110掃描跨越襯底106的直線。作為需要，在輻射系統(tǒng)102的脈沖之間更新單獨可控元件陣列104上的圖形，并將脈沖定時以便在襯底114上的所需位置處曝光連續(xù)的目標部分120。因此，構圖束110可以掃描整個襯底114以曝光用于一條襯底114的全部圖形。重復該工藝直到逐線地曝光完整個襯底114。
4.連續(xù)脈沖模式基本上與脈沖模式相同，只是使用基本恒定的輻射系統(tǒng)102并在構圖束110掃描整個襯底114并曝光它時更新單獨可控元件陣列104上的圖形。
5.像素柵格成像模式通過由對準到陣列104上的光點發(fā)生器130所形成光點的連續(xù)曝光來實現(xiàn)形成在襯底114上的圖形。曝光的光點具有基本相同的形狀。在襯底114上，光點基本上印刷在柵格中。在一個示例中，光點尺寸大于被印刷的像素柵格的間距，但遠小于曝光光點柵格。通過改變被印刷的光點的強度，完成圖形。在曝光閃爍之間，改變光點上的強度分布。
還可以采用上述使用模式的組合和/或變形或者完全不同的使用模式。
可編程元件陣列中的示例性超像素如上所述，本發(fā)明的實施例包括提供輻射束的照明系統(tǒng)、用于構圖輻射束的單獨可控元件陣列(例如，SLM芯片)和將構圖束投射到目標上的投射系統(tǒng)。單獨可控元件陣列優(yōu)選包括形成一個或更多“超像素”的多個單獨傾斜鏡面。當至少兩個基本相鄰的傾斜鏡面彼此邏輯耦合并一起作為單個像素工作時形成超像素。超像素的兩個參數(shù)是本發(fā)明特別關心的。第一，可以可編程地選擇超像素中的單個傾斜鏡面的各傾斜角以便反射具有一定強度或灰度級的輻射束。第二，通過一定的鏡面位移可以使兩個相鄰的傾斜鏡面在高度上彼此偏移，以實現(xiàn)所需的相移。通過調(diào)整這兩個參數(shù)，根據(jù)本發(fā)明的超像素可以模擬所有已知類型掩模的灰度級和相位，包括二進制、AttPSM、AltPSM、CPL和旋渦式掩模。此外，根據(jù)本發(fā)明的超像素還可以用于校正通過傾斜鏡面校準方法無法糾正的相位誤差和其他SLM誤差。
圖2A和2B示出了基本正方形的扁平傾斜鏡面。傾斜鏡面205具有寬度(W)并且可以沿其軸210傾斜。傾斜鏡面205優(yōu)選為“相位型”傾斜鏡面。相位型傾斜鏡面通常以模擬模式操作，其中在鏡面完全打開(即，最大反射強度)和完全關閉(即，零反射強度)之間存在許多狀態(tài)。不同的狀態(tài)對應于不同的灰度級或強度，并通過傾斜角來控制。相位型傾斜鏡面可以與“偏轉型”傾斜鏡面對比，“偏轉型”傾斜鏡面將入射輻射束幾何地偏轉到一側，使其錯過成像透鏡的孔徑。因此偏轉型傾斜鏡面以數(shù)字模式操作，其中它要么完全打開，要么完全關閉。
如上所述，組成超像素的傾斜鏡面的一個重要參數(shù)是傾斜角。通過其傾斜角控制相位型鏡面的狀態(tài)。這種關系在圖2C中示出。通過線230表示振幅函數(shù)，而通過線240表示強度函數(shù)。最大振幅和強度的狀態(tài)在點220處示出，其中傾斜角為零。零傾斜角通常在鏡面靜止或不傾斜(例如，未在SLM陣列中尋址)時發(fā)生。當鏡面傾斜時，振幅和強度減小到最小強度和零振幅的狀態(tài)，由傾斜角250表示。傾斜角250是零交叉傾斜角。對于正方形鏡面來說，最小強度的點發(fā)生在傾斜為從鏡面的一側到另一側的入射輻射束的波長(λ)的一半時。當傾斜角經(jīng)過零交叉傾斜角增大時，復合振幅可以具有負號，而強度的大小持續(xù)為正。這種傾斜角可以稱為黑傾斜角。具有最大負振幅的黑傾斜角以傾斜角260表示。通過下式給出用于正方形扁平傾斜鏡面的平均振幅響應A~=w2sinc(αα0)]]>α0=12λMw]]>(零交叉傾斜角)αnb≈1.4α0(最大負黑傾斜角)其中α是傾斜角，w是傾斜鏡面的1/2W，λ是入射輻射束的波長，且M是(必須從發(fā)明人得到)。組成超像素的每個傾斜鏡面具有單獨可控的(即，可編程的)傾斜角。
如上所述，超像素的第二個重要參數(shù)是組成超像素的各個傾斜鏡面之間的高度偏移。個別地，高度上偏移的相鄰扁平微鏡具有純相位調(diào)制效應。通常根據(jù)入射輻射束的波長的一部分(例如，h＝1/4λ)來建立高度偏移(在此也稱作鏡面位移)。然而，在一些實施例中，可以故意利用小的高度偏移(例如，h＜1/8λ)以校正某些已知的SLM缺陷。
根據(jù)具體的高度偏移，相鄰的扁平微鏡可以在100％正相位強度和100％負相位強度之間的任意處實現(xiàn)強度調(diào)制。鏡面高度和相位與下式相關 高度其中，是相位，λ是入射輻射束的波長。入射光被鏡面反射，并由此光學路徑的偏移是高度的兩倍。因此，例如，1/4λ的鏡面位移等于相位改變π。應當注意到，可以預先確定高度偏移(或鏡面位移)。也就是說，根據(jù)SLM陣列所需要的相位特性，將高度偏移形成在單獨可控的傾斜鏡面陣列中。
圖3A和3B示出了由通過一定的鏡面位移彼此在高度上偏移的兩個邏輯耦合的矩形傾斜鏡面構成的單一超像素。具體地，圖3A和3B示出了超像素，其中兩個矩形傾斜鏡面302和304基本彼此相鄰設置。傾斜鏡面302和304彼此邏輯耦合。換言之，對它們編程并尋址，以便用作SLM陣列內(nèi)的一個單元，并執(zhí)行單個像素的功能。此外，傾斜鏡面302和304彼此在高度上偏移入射輻射束的四分之一波長(1/4λ)。應當注意到，四分之一波長的偏移量是示例性的。其他示例性偏移量包括1/2λ、1/8λ，甚至更小的偏移量。
圖4A和4B示出了超像素400，其包括具有平衡鏡面位移和傾斜角的四個傾斜鏡面。超像素400具有四個邏輯耦合的傾斜鏡面402、404、406和408。鏡面402-408分別順時針布置在基本正方形的圖形中。此外，傾斜鏡面在高度上偏移于參考平面(未示出)，其中零高度偏移意味著鏡面與參考平面平齊。具體地，鏡面402和406具有零鏡面位移，并且邏輯耦合以使它們的傾斜角(α1)保持相等。鏡面404和408具有1/4λ的鏡面位移并且彼此邏輯耦合，以使它們的傾斜角(α2)保持相等。所有的四個傾斜鏡面401-408彼此邏輯耦合，以使它們用作SLM陣列內(nèi)的單個像素。這種超像素在此被認為具有“平衡”鏡面位移和傾斜角，其中彼此斜對設置的鏡面具有基本相同的高度和傾斜特性。用于實際的方格圖案超像素400的平均振幅反射率響應如下 其中，w是單個傾斜鏡面(例如傾斜鏡面406)的寬度，且α0是零交叉傾斜角。
這里可以實現(xiàn)相等的最大正振幅和負振幅。因此，實際的方格圖案超像素可以用于模擬AltPSM掩模。將實際的方格圖案超像素與等效的單個扁平傾斜鏡面(例如，傾斜鏡面205)相比，存在從100％至約37％的正強度減小，但負強度從4.7％增大到約負37％。這意味著具有單個鏡面的AltPSM模擬需要“扔掉”95％以上的可能被鏡面反射的光，而超像素400僅扔掉了67％的光。因此，使用包括扁平傾斜鏡面的超像素可以實現(xiàn)AltPSM。
圖4C示出了復雜方格圖案超像素410。與圖4A和4B中所示的超像素一樣，超像素410的鏡面位移和傾斜角是平衡的。超像素410也具有四個邏輯耦合的傾斜鏡面412、414、416和418。鏡面412-418分別順時針布置在基本正方形的圖形中。具體地，鏡面412和416具有負1/16λ的鏡面位移，并且邏輯耦合以使它們的傾斜角(α1)保持相等。鏡面414和418具有1/16λ的鏡面位移并且邏輯耦合，以使它們的傾斜角(α2)保持相等。用于圖4C所示的復雜方格圖案超像素的平均振幅反射率響應如下 其中，w是單個傾斜鏡面(例如傾斜鏡面416)的寬度，且α0是零交叉傾斜角。如果相對于單個扁平傾斜鏡面的強度α1＝α2導致50％的強度降低，可以完成恒定相位處(在這種情況下相位＝0)的灰度換算(grayscaling)。另外，性能與超像素400一樣。
在更實際的情形中，除所設計的相位偏移外，超像素中的每個單個傾斜鏡面將具有相位誤差(Δi)，該相位誤差可能隨機分布在形成超像素的單獨可控傾斜鏡面SLM陣列上。這種超像素在圖5中示出，其表示具有相位誤差的復雜方格圖案超像素。具體地，圖5示出了具有四個傾斜鏡面的超像素500，其中鏡面位移是平衡的。對鏡面501、502、503和504來說相位偏移分別表示為Δ1-Δ4，傾斜角分別表示為α1-α4。圖5的復雜方格圖案超像素的平均振幅反射率響應如下 將鏡面集合成對(501，503)和(502，504)并且計算每對的補償振幅，α1＝α2時，得到對于α1＝α2
2w2sinc(α1α0)(cos(Δ3)cos(Δ1)+sin(Δ3)sin(Δ1)cos(Δ3)+sin(Δ3)+cos(Δ4)cos(Δ2)+sin(Δ4)sin(Δ2)cos(Δ4)+sin(Δ4))]]>由此，校正相位誤差得到了衰減的反射振幅。這種衰減是百分之幾，即使對于大約5度的相位誤差來說。對于較大的相位誤差來說，在光柵化(rasterization)期間必須考慮這種反射率的減小。
上述實施例已經(jīng)廣泛地示出了平衡的高度偏移(鏡面位移)和傾斜角。在可選實施例中，可以形成不平衡的超像素。圖6示出了這種不平衡的超像素600。在圖6的實施例中，超像素600被示出具有四個邏輯耦合的傾斜鏡面，分別標識圍602，604，606和608。傾斜鏡面602具有零鏡面位移的傾斜角α1，傾斜鏡面604具有1/8λ的鏡面位移的傾斜角α2，傾斜鏡面606具有1/4λ鏡面位移的傾斜角α3，傾斜鏡面608具有3/8λ的鏡面位移的傾斜角α4。換言之，在本實施例中，鏡面位移形成螺旋形狀。這種不平衡的復雜螺旋狀超像素的平均振幅反射率響應如下 為了產(chǎn)生純相位目標性能，需要能夠改變固定振幅處的相位。并且，應當注意到，最大振幅與w2＝W2/4成比例，因此，最大強度是等效單一寬度活塞式鏡面的1/16th。對于本例來說，這意味著模擬任意相位的能力達到了損失約94％反射率的成本。
當傾斜角適當設置時，相同的復雜螺旋狀超像素還可以用作灰度級器件。在這種情況時，可以保持相位恒定并改變超像素的灰度級。在這種情況下最大正和負強度約為由等效單一寬度扁平傾斜鏡面反射的最大強度的18％。與單一寬度扁平傾斜鏡面的95％損失相比，這種組合可以模擬具有約82％損失的AltPSM。
在又一可選實施例中，可以使用相位階躍的傾斜鏡面形成超像素。相位階躍鏡面具有在正和負兩種傾斜方向上能夠產(chǎn)生扁平鏡面的負70％到正70％振幅反射率的優(yōu)點，其中扁平傾斜鏡面具有從負20％到正100％范圍內(nèi)的振幅反射率。
圖7A示出了單相位階躍的傾斜鏡面。這種鏡面已經(jīng)由瑞典的Micronic Laser Systems，Box3141，18303 Taby所發(fā)明。示例性單相位階躍的傾斜鏡面可以具有λ/4的高度臺階和λ/2的相位階躍。如上所述，這種鏡面可以實現(xiàn)50％和負50％之間任意處的強度調(diào)制。圖7B示出了包括這種相位階躍鏡面的超像素。
如圖所示，超像素700在鏡面704和708具有1/8λ的鏡面位移時具有平衡的鏡面位移。超像素700能夠模擬所有掩模類型，包括任意相位的掩模類型，例如具有比上述具有扁平傾斜鏡面的螺旋狀超像素(即，超像素600)更大效率的旋渦式掩模。超像素700的強度效率在與兩個子像素對(例如，鏡面702，704)之一的自然相位相一致的相位的12.5％至恰好在這些相位之間的相位的25％之間的范圍內(nèi)。這可以與純活塞式鏡面的100％強度效率相對比。然而，強度效率仍然高于平衡的、1/8λ位移超像素的扁平鏡面的效率的9％。
在可選實施例中(未示出)，可以在相位階躍傾斜鏡面之間的平衡形式中故意強加小的鏡面位移(例如，h＜＜1/8λ)。這種高度偏移方案可以補償在SLM陣列中制造單個傾斜鏡面期間所發(fā)生的小的隨機高度變化的相位效應的最小光損失。這種超像素的最大效率仍為約50％。
總之，超像素結構中的相位階躍鏡面在需要穩(wěn)定的相位偏移時產(chǎn)生更高的強度效率，并且相比于使用扁平傾斜鏡面時，在超像素上產(chǎn)生更加對稱分散的強度。通過相位階躍鏡面，不再需要螺旋結構(例如，超像素600)來尋址所有相位角度。而且，在負和正的相位檢測中通過由相位階躍鏡面所產(chǎn)生的對稱強度的優(yōu)點，超像素700的平衡鏡面結構就足夠了。
如上所述，本分明人已經(jīng)揭示了將相對于彼此在高度上偏移的傾斜鏡面組合到超像素中提高了強度調(diào)制特性，并且平衡了陣列模擬任意灰度級和相位的能力。在實施例中，SLM芯片在可尋址陣列中可以具有上百萬的傾斜微鏡。SLM圖形生成器將根據(jù)所需的反射率和相位特性并根據(jù)要成像的部件位置選擇合適的超像素結構。應當注意到，為了簡明，上述實施例已經(jīng)包括了兩個或四個鏡面的超像素結構。然而，根據(jù)所需要的像素特性，可以在SLM圖形生成器中可編程地選擇包括任意數(shù)量鏡面的超像素。
圖8示出了由單獨可控扁平傾斜鏡面(例如，801a和801b)組成的SLM陣列800的示范部分。構造SLM陣列800的示范部分，使得單個傾斜鏡面在高度上彼此偏移。例如，傾斜鏡面801a可以具有距參考平面(未示出)為零的鏡面位移，而傾斜鏡面801b可以具有距參考平面為λ/4的鏡面位移。示范性傾斜鏡面在順時針圖形中排列，以便通過選擇或尋址四個相鄰鏡面可以形成平衡超像素(例如，超像素400)。這在圖8中通過在組成超像素(例如，超像素805)的四個鏡面上重疊的圓示出。圖8還示出了怎樣根據(jù)要在目標上施加的部件的位置來選擇超像素。這種部件由圖形802a和802b示出。
以上已經(jīng)描述了本分明的多個實施例。應當理解，這些實施例僅以示例的方式存在，且不限于此。本領域技術人員將理解，在不脫離權利要求所限定的本分明精神和范圍的情況下，可以在上述實施例的形式和細節(jié)上進行各種改變。因此，本分明的寬度和范圍應不受任何上述示例性實施例的限制，而應當僅根據(jù)以下權利要求及其等價來限定。
權利要求
1.一種光構圖系統(tǒng)，包括用于提供具有一定波長(λ)的輻射束的照明系統(tǒng)；用于構圖所述束的單獨可控元件陣列，其中所述陣列包括超像素，該超像素至少具有邏輯耦合到第二傾斜鏡面的第一傾斜鏡面，并且其中所述第一和第二傾斜鏡面(i)基本上彼此相鄰，且(ii)在高度上彼此偏移第一鏡面位移，以及用于將所述構圖束投射到目標上的投影系統(tǒng)。
2.權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一鏡面位移為λ的一部分。
3.權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一鏡面位移是從零、λ/4或λ/8構成的組中選擇的。
4.權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一和第二傾斜鏡面分別具有可編程的第一和第二傾斜角，由此使包括所述第一和第二傾斜鏡面的超像素反射具有選定灰度級和相位的輻射束。
5.權利要求4的系統(tǒng)，其中當所述第一和第二傾斜鏡面處于靜止時，所述第一和第二傾斜鏡面處于最大反射率的位置。
6.權利要求1的系統(tǒng)，其中所述傾斜鏡面的每一個為扁平傾斜鏡面。
7.權利要求1的系統(tǒng)，其中所述傾斜鏡面的每一個為相位階躍鏡面。
8.權利要求7的系統(tǒng)，其中當所述第一和第二傾斜鏡面靜止時，所述第一和第二傾斜鏡面處于最小反射率的位置。
9.權利要求1的系統(tǒng)，其中根據(jù)將在所述目標上構圖的部件的位置，從多個這種傾斜鏡面之中選擇形成所述像素的所述第一和第二傾斜鏡面，以形成所述像素。
10.一種光構圖系統(tǒng)，包括用于提供具有一定波長(λ)的輻射束的照明系統(tǒng)；用于構圖所述束的反射像素陣列，其中所述陣列包括像素，該像素具有彼此邏輯耦合的第一到第四傾斜鏡面，并且其中所述第一到第四傾斜鏡面(i)基本排列成正方形圖形，且(ii)相對參考平面在高度上分別偏移第一到第四鏡面位移；以及用于將所述構圖束投射到目標上的投影系統(tǒng)。
11.權利要求10的系統(tǒng)，其中所述鏡面位移是平衡的，使得所述第一鏡面位移基本等于所述第三鏡面位移，且所述第二鏡面位移基本等于所述第四鏡面位移。
12.權利要求11的系統(tǒng)，其中所述第一和第三鏡面位移為零，而所述第二和第四鏡面位移為λ/4。
13.權利要求11的系統(tǒng)，其中所述第一和第三鏡面位移為零，而所述第二和第四鏡面位移為λ/8。
14.權利要求12的系統(tǒng)，其中所述第一到第四鏡面位移為零。
15.權利要求10的系統(tǒng)，其中所述第一到第四鏡面位移彼此不同。
16.權利要求15的系統(tǒng)，其中所述第一到第四鏡面位移小于λ/8。
17.權利要求15的系統(tǒng)，其中所述第一鏡面位移為零，所述第二鏡面位移為λ/8，所述第三鏡面位移為λ/4，所述第四鏡面位移為3λ/8。
18.權利要求10的系統(tǒng)，其中所述第一到第四傾斜鏡面分別具有可編程的第一到第四傾斜角，由此使包括所述第一到第四傾斜鏡面的超像素反射具有選定灰度級和相位的輻射束。
19.權利要求18的系統(tǒng)，其中所述傾斜角是平衡的，使得所述第一傾斜角基本等于所述第三傾斜角，而所述第二傾斜角基本等于所述第四傾斜角。
20.權利要求18的系統(tǒng)，其中所述第一到第四傾斜角彼此不同。
21.權利要求18的系統(tǒng)，其中當所述第一到第四傾斜鏡面靜止時，所述第一到第四傾斜鏡面處于最大反射率的位置。
22.權利要求10的系統(tǒng)，其中所述傾斜鏡面的每一個為扁平傾斜鏡面。
23.權利要求10的系統(tǒng)，其中所述傾斜鏡面的每一個為相位階躍鏡面。
24.權利要求23的系統(tǒng)，其中當所述第一到第四傾斜鏡面靜止時，所述第一到第四傾斜鏡面處于最小反射率的位置。
25.權利要求10的系統(tǒng)，其中根據(jù)將在所述目標上構圖的部件的位置，從多個這種傾斜鏡面之中選擇所述第一到第四傾斜鏡面，以形成所述超像素。
26.一種用于構圖輻射束的方法，包括使用反射像素陣列構圖具有波長(λ)的輻射束，其中所述陣列包括超像素，該超像素至少具有邏輯耦合到第二傾斜鏡面的第一傾斜鏡面，并且其中所述第一和第二傾斜鏡面(i)在高度上彼此偏移第一鏡面位移，且(ii)基本上彼此相鄰；以及將構圖束投射到物體的目標部分上。
27.權利要求26的方法，其中所述第一和第二鏡面分別具有第一和第二傾斜角，該方法還包括可編程地選擇所述第一和第二傾斜角，使所述像素反射具有選定灰度級和相位的輻射束。
28.權利要求26的方法，還包括使用所述超像素模擬二進制掩模、衰減相移掩模和交替相移掩模中的至少一種。
29.權利要求26的方法，還包括根據(jù)在所述目標上構圖的部件位置，從多個這種傾斜鏡面中選擇所述第一和第二傾斜鏡面。
全文摘要
一種光構圖系統(tǒng)包括提供具有一定波長(λ)的輻射束的照明系統(tǒng)。反射像素陣列構圖該束，其中陣列包括像素，該像素至少具有邏輯耦合到第二傾斜鏡面的第一傾斜鏡面。在實施例中，第一和第二傾斜鏡面(i)基本上彼此相鄰；且(ii)在高度上彼此偏移第一鏡面位移。包括將構圖束投射到目標上的投影系統(tǒng)。在可選實施例中，反射像素陣列包括具有彼此邏輯耦合的第一到第四傾斜鏡面的像素。第一到第四傾斜鏡面(i)分別在高度上與參考平面偏移第一到第四鏡面位移，且(ii)分別順時針排列在基本正方形的圖形中。
文檔編號H01L21/027GK1869820SQ20061007714
公開日2006年11月29日 申請日期2006年4月27日 優(yōu)先權日2005年4月28日
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