选择性衍射光学元件和包括该选择性衍射光学元件的系统

摘要

一种选择性衍射光学元件包括：第一衍射区域，其位于基板的第一表面上且具有第一设计；以及第二衍射区域，其位于基板的第一表面上且具有第二设计，第一设计与第二设计是不同的，其中，通过改变照射光束的横截面的位置，该选择性衍射光学元件输出沿着所述照射光束的光轴对准的两种衍射图案的期望组合。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年12月16日向美国专利与商标局提交的发明名称为“选择性衍射光学元件和包括该选择性衍射光学元件的系统”的在审美国专利申请No.12/654,316的优先权，该美国专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明的实施例涉及选择性衍射光学元件和包括该选择性衍射光学元件的系统。

背景技术

超高性能的衍射光学元件（DOE）的制造公差可能影响成品率。具体地说，例如零级（zero order）、极平衡（pole balance）、光强分布等性能指标对任何制造偏差都高度敏感，并且需要精确地加以控制。通常，现有的与制造具有例如无零级、良好的极平衡、精确的极光强分布等超高性能指标的DOE有关的技术方案需要在制造DOE期间在工艺窗口（process window）中进行精确测量和控制（dial），和/或从制成的DOE中选择满足性能规范的部件子集。然而，在工艺窗口中进行精确测量和控制以提供超高性能需要各种部件、时间、适当的测量和评估、以及高性能工具作业的集合。此外，对制成的部件进行选择以获得超高性能的DOE可能比较昂贵、浪费，而且不能保证重复成功。

另外，DOE可以是如下系统中的部件：该系统具有随着时间流逝而劣化的其它光学部件或者具有随着时间流逝而改变的光学要求，但可能并不期望设计新的DOE和/或更换DOE。

发明内容

因此，本发明的实施例提供基本克服了现有技术的一个或多个上述缺点的DOE和包括该DOE的系统。

因此，实施例的一个特征是：在DOE中使用多个互补的衍射区域来补偿性能劣化。

实施例的另一个特征是：为DOE提供具有相似光学功能或不同光学功能的衍射区域，光学功能可以通过改变照射光束的横向位置来单独选择或组合。

实施例的另一个特征是：以允许通过改变照射光束的横向位置而选择性地调节光学性能（例如，调谐光学性能或起到不同的光学作用）的方式分割DOE。

通过提供如下的选择性衍射光学元件，可以实现上述以及其它特征中的至少一者，所述选择性衍射光学元件包括：第一衍射区域，其位于基板的第一表面上且具有第一设计；以及第二衍射区域，其位于基板的第一表面上且具有第二设计，所述第一设计与所述第二设计是不同的，其中，通过改变照射光束的横截面的位置，所述选择性衍射光学元件输出沿着所述照射光束的光轴对准的期望比例的两种衍射图案。

所述第一设计和所述第二设计可以就所述选择性衍射光学元件的期望输出而言是互补的，例如，可以就极强度、零级衍射、和/或极形状而言是互补的。

所述第一衍射区域和所述第二衍射区域可以直接邻接，可以沿一定程度在上方直接延伸，或可以经由混合衍射区域而邻接。所述第一衍射区域和所述第二衍射区域可以沿着第一横向和第二横向中的一者被隔开。所述第一衍射区域和所述第二衍射区域尺寸相同。

所述期望比例可以是所述两种衍射图案的组合。所述第一衍射区域可以生成第一双极，所述第二衍射区域可以生成与所述第一双极正交的第二双极。所述第一衍射区域可以生成双极，所述第二衍射区域可以生成四极。

所述选择性衍射光学元件可以包括第三衍射区域，所述第三衍射区域位于基板的第一表面上且具有第三设计，所述第三设计与所述第一设计及所述第二设计均不同。所述选择性衍射光学元件可以包括第四衍射区域，所述第四衍射区域位于基板的第一表面上且具有第四设计，所述第四设计与所述第一设计至所述第三设计均不同。第一区域与第二区域可以沿着第一横向彼此隔开，第三区域与第四区域可以沿着所述第一横向彼此隔开，并且所述第一区域及所述第二区域可以沿着第二横向与所述第三区域及所述第四区域隔开，所述第二横向与所述第一横向正交。所述第一设计和所述第二设计可以是互补的，所述第三设计和所述第四设计可以是互补的。所述第一设计至所述第四设计可以均生成单极。所述第一设计和所述第二设计可以均生成第一双极，所述第三设计和所述第四设计可以均生成与所述第一双极正交的第二双极。所述选择性衍射光学元件可以包括第五衍射区域，所述第五衍射区域位于基板的第一表面上且具有第五设计，所述第五设计与所述第一设计至所述第四设计均不同，所述第五衍射区域位于所述第一衍射区域至所述第四衍射区域之间的交叉部处。所述第一区域至所述第四区域可以沿着第一横向与邻接区域隔开。

通过提供如下的光学系统，可以实现上述以及其它特征中的至少一者，所述光学系统包括：光源，其用于输出照射光束；以及选择性衍射光学元件，其用于接收所述照射光束。所述选择性衍射光学元件包括：第一衍射区域，其位于基板的第一表面上且具有第一设计；以及第二衍射区域，其位于基板的第一表面上且具有第二设计，所述第一设计与所述第二设计是不同的，其中，通过改变照射所述第一衍射区域和所述第二衍射区域的所述照射光束的横截面的位置，所述选择性衍射光学元件输出沿着所述照射光束的光轴对准的期望比例的两种衍射图案。

所述期望比例可以是所述两种衍射图案的组合。所述光学系统可以是光刻系统中的照明系统。所述光源是可以单一光源。所述光学系统可以包括致动器，所述致动器用于使所述照射光束沿着第一横向和第二横向中的至少一者相对于所述选择性衍射光学元件移动。

通过提供如下的选择性衍射光学元件，可以实现上述以及其它特征中的至少一者，所述选择性衍射光学元件包括：第一衍射区域，其位于基板的第一表面上且具有第一设计；以及第二衍射区域，其位于基板的第一表面上且具有第二设计，所述第一设计和所述第二设计就所述选择性衍射光学元件的期望输出而言是互补的。

附图说明

通过参考附图详细描述示例性实施例，使得本领域的普通技术人员更容易理解本发明的上述以及其它特征和优点。

图1示出根据实施例的使用选择性DOE的系统的示意性透视图；

图2至图11示出根据实施例的选择性DOE的设计及其输出；

以及

图12示出使用根据实施例的选择性DOE的光刻系统的示意性侧视图。

具体实施方式

下面将参考附图来更全面地描述实施例，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以不同的形式来实施，而且不应理解为限于本文所提供的实施例。相反地，提供这些实施例是为了使文中公开的内容详尽且完整，以便本领域的技术人员完全理解本发明的范围。在附图中，为了图示清楚，可能夸大层及区域的尺寸。

图1示出根据实施例的包括选择性DOE 10的系统100的示意性透视图。系统100可以包括：光源20、选择性DOE 10以及标靶30。标靶30可以位于系统100内部或外部。经由DOE 10照射标靶30。光源20、选择性DOE 10和标靶30中的至少一者可以相对于其它部件移动。光源20可以是单一光源，并且可以输出单束光束；或者可以穿过例如蝇眼透镜等光学元件以便由单一光源产生多束光束。为了便于说明，仅示出了最少数量的元件。然而，可以将选择性DOE 10用作包括透镜、光束整形器、止挡器等的更为复杂的光学系统的一部分。

如图1所示，系统100可以包括致动器40，致动器40构造成使选择性DOE 10沿着x方向、y方向和z方向中的任意一者相对于光源20移动。尽管致动器40被图示成与选择性DOE 10相连，但另外地或可选地，致动器40可以与光源20相连，如虚线所示。沿z方向的移动，即沿光轴的移动将改变从光源20入射到选择性DOE 10上的光束12的尺寸。如下文参考图2至图11详细论述的，选择性DOE10可以包括具有不同衍射图案的邻接区域，例如相邻区域，从而，沿x方向和/或y方向（即，与光轴Z的方向垂直）的移动改变选择性DOE 10上的光束12的横截面的位置，由此可以改变由选择性DOE10输出的光束22，而不会导致z方向上产生对准不良。

因此，可以相对于光束12改变根据实施例的选择性DOE 10的横向位置，从而改变从选择性DOE 10输出的光束22。例如，可以精确地调节选择性DOE 10，以获得超高性能。另外地或可选地，可以将选择性DOE 10设计成产生具有相似功能或不同功能的多种输出，并且仍然允许在每个输出区域中进行细微调整。一旦调整适当，就可以可靠地固定选择性DOE 10。

选择性DOE 10对制造公差较不敏感。因此，可以把根据实施例的设计成功地应用到具有多种缺陷的区域中。各个区域相对于理想区域可能有很大不同，这种不同可以通过调整选择性DOE 10来补偿以调节整体性能。与透镜或光束整形器相反，选择性DOE 10的横向移动不会使照射光束的光轴对准不良。例如，可以利用互补衍射区域并相对于照射光束移动选择性DOE 10来完成调整。此外，这种横向移动可以对特定的性能参数提供精确控制，允许对选择性DOE 10进行调节来补偿光学系统的其它参数，并且提供不可能以具有单一设计的DOE实现的超高整体性能。

选择性DOE 10的详细示例性设计如图2至图11所示。总体而言，根据实施例的选择性DOE 10包括位于平面基板的表面上的两个或更多个区域。这些区域与特定的光学功能相对应。多个区域允许使用例如相长或相消的干涉和/或叠加等补偿光学技术在输出瞳孔平面上产生光强变化。区域的被照射面积将在选择性DOE 10的输出平面中产生成比例的贡献。这些区域可以被陡变间断部（abruptdiscontinuity），例如沿x方向或y方向的线隔开；或者可以具有混合间断部，其中，邻接区域的某平均值可以提供区域之间的过渡。

如图2所示，选择性DOE 10a可以包括被陡变间断部Qa隔开的两个独立的并排的区域Aa和Ba。在图2的具体实例中，有意地将不期望的零级补偿相位引入两个区域Aa和Ba的设计中，如图2（a）和图2（b）所示。可以用光束12以正确的比例照射区域Aa和Ba，以便从选择性DOE 10a输出的光束22中将零级光移除，如图2（c）所示。在本实例中，通过使选择性DOE 10a相对于光束12横向地移动来获得适当的比例。在本具体实例中，虽然区域Aa和Ba的设计的零级的相对振幅可以是任意的，但零级的相对相位应当是互补的，例如，当存在两个区域时使相对相位差180°，更普遍地当存在n个区域时使相对相位差360°/n。

如图3所示，选择性DOE 10b可以包括被陡变间断部Qb隔开的两个独立的并排的区域Ab和Bb。在图3的具体实例中，通过有意地将极平衡引入两个区域Ab和Bb的设计中，可以实现极平衡，如图3（a）和图3（b）所示。然后，如图3（c）所示，通过用光束12以正确的比例照射区域Ab和Bb，使得选择性DOE 10b输出的光束22中的极得到平衡。在本具体实例中，虽然区域Ab和Bb的设计的相对极平衡可以是任意的，但应当是互补的，也就是朝相反的方向。

选择性DOE 10c可以包括多于两个区域。图4所示的选择性DOE 10c具有均被陡变过渡部Qc隔开的四个象限Ac、Bc、Cc和Dc。在图4的具体实例中，使用了交叉的双极（dipole），其中，区域Ac和Bc提供极不平衡（pole imbalance）的左右双极，如图4（a）和图4（b）所示，区域Cc和Dc提供极不平衡的上下双极，如图4（c）和图4（d）所示。虽然与区域Ac、Bc及Cc、Dc相关联的相对极不平衡可以是任意的，但应当是互补的，也就是朝相反的方向。同样，区域Ac、Cc与区域Bc、Dc应该具有相似的极偏移方向和比例。可以任意改变区域Ac、Bc相对于Cc、Dc的相对功率平衡（relative powerbalance），以产生与各轴线相关联的不同光强。如图4（e）所示，可以利用如图4的上部所示地定位的光束12使双极平衡。如图4（f）至图4（g）所示，通过移动光束12在选择性DOE 10c上的位置，可以实现不同的双极平衡，即双极不平衡。例如，如图4（f）所示，可以使左右双极相对于彼此平衡且上下双极相对于彼此平衡，但左右双极对与上下双极对之间不平衡。

如图5所示，可以设计包括交叉双极的选择性DOE 10d来调节极宽度。选择性DOE 10d可以包括具有四个区域Ad、Bd、Cd和Dd的象限，四个区域Ad、Bd、Cd和Dd均被陡变过渡部Qd隔开。在图5的具体实例中，使用了交叉的双极，其中，区域Ad和Bd提供极不平衡的左右双极，如图5（a）和图5（b）所示；区域Cd和Dd也提供极不平衡的左右双极，如图5（c）和图5（d）所示。虽然与区域Ad、Bd及Cd、Dd相关联的相对极不平衡可以是任意的，但应当是互补的，也就是朝相反的方向。可以任意改变区域Ad、Bd相对于Cd、Dd的相对功率平衡，以产生与各双极对相关联的不同光强。另外，可以分别选择不同的设计。

如图5（e）至图5（g）所示，可以基于光束12的位置来改变选择性DOE 10d的输出。例如，当光束12仅入射到选择性DOE 10d的上半部时，选择性DOE 10d可以输出狭窄平衡的双极，如图5（e）所示。当光束12入射到选择性DOE 10d的全部象限上时，选择性DOE 10d可以输出宽而平衡的双极，如图5（f）所示。当光束12仅入射到选择性DOE 10d的下半部时，选择性DOE 10d可以输出平衡的四极（quadrupole），如图5（g）所示。

如图6所示，选择性DOE 10e可以包括单极，该单极设计成用于调节极强度。具体地说，选择性DOE 10e可以包括四个区域Ae、Be、Ce和De，所有区域被位于区域之间的陡变过渡部Qe隔开。与区域Ae、Be、Ce及De相关联的相对极强度可以是离散的，如图6（a）至图6（d）所示。就相对强度而言，A︰B=C︰D。可以任意改变区域Ae、Be相对于Ce、De的相对功率平衡，以产生与各轴线相关联的不同光强，如图6（e）和图6（f）所示。不同的设计不限于单极，而可以代表整个场图案。

如图7所示，选择性DOE 10f可以包括两个区域Af和Bf，区域Af和Bf输出交叉的双极。这些区域Af和Bf可以被不规则离散边界Qf隔开，从而形成区域Cf，区域Cf具有两个区域Af和Bf的构成部分。区域Cf的尺寸可以由光束12的尺寸确定。当光束12完全处于单一区域Af或Bf中时，选择性DOE 10f的输出将是例如图7（a）和图7（b）所示的Af设计和Bf设计的输出。当光束12处于过渡区域Cf中时，选择性DOE 10f的输出可能如图7（c）所示。

如图8所示，选择性DOE 10g可以包括两个区域Ag和Bg，区域Ag和Bg输出交叉的双极。这些区域Ag和Bg可以被不规则离散边界Qg隔开，从而形成区域Cg，区域Cg具有两个区域Ag和Bg的构成部分。区域Cg的尺寸可以由光束12的尺寸确定。当光束12完全处于单一区域Ag或Bg中时，选择性DOE 10g的输出将是例如图8（a）和图8（b）所示的Ag设计和Bg设计的输出。当光束12的一部分照射混合区域Cg时，选择性DOE 10g的输出可能将等量功率分配到四个极上，如图8（c）所示；或者将不等量功率分配到正交的双极上，如图8（d）所示。

图9至图11示出根据实施例的用于图案区域的构造，其与上述象限式构造及二等分式构造不同。如图9所示，选择性DOE 10h可以包括图案区域Ah、Bh和Ch，区域Ah、Bh和Ch具有不相等的面积。在本具体实施例中，区域Ch是等边三角形，区域Ah、Bh均等地补全选择性DOE 10h的正方形。在另一个实施例中，选择性DOE10h可以具有区域Ah、Bh和Ch，区域Ah、Bh和Ch以基本相同的角度（例如，大约120°）对向。如图10所示，选择性DOE 10i可以包括设置在象限中的四个区域Ai、Bi、Ci、Di，第五个区域Ei设置在四个区域Ai、Bi、Ci、Di的交叉部处，例如，选择性DOE 10i的中央处。如图11所示，选择性DOE 10j可以包括设置成竖直叠堆的四个区域Aj、Bj、Cj、Dj。

当要在不同的区域中设置具有不同极尺寸的图案时，会特别倾向于使用设置成竖直叠堆的选择性DOE 10j。例如，如图11（a）所示，区域Aj可以输出具有25°极的四极，区域Bj可以输出具有30°极的四极，区域Cj可以输出具有35°极的四极，区域Dj可以输出具有40°极的四极。当照射光束12重叠在多于一个区域上时，可以与上述重叠成比例地调节极尺寸。当然，可以根据需要采用不同的增量和区域数量。

可以使用选择性DOE的系统的具体实例是光刻系统。图12示出使用根据实施例的选择性DOE 10的光刻系统200的示意性侧视图。光刻系统200可以包括：激光器220、包括选择性DOE的照明系统210、标线片230（或标线片支架）、投射系统240以及待以光刻方式图案化的晶片250（或晶片支架）。照明系统210还可以包括如图1所示的致动器40。还可以根据实施例如上所述地对选择性DOE10进行调整以与特定激光器、特定标线片、和/或要在晶片上形成的特定图案一起使用。

尽管图案区域之间的过渡部在上文中示例性地描述并图示为包括相等比例的两种图案的陡变线过渡部或混合区域，但也可以以不同的方式实施从一个图案区域到另一个图案区域的过渡部。例如，过渡部可以包括：啁啾带（chirped strip）、半调（halftoned）组合、多个中间设计的混合等。此外，尽管以上论述了调整光强分布和极平衡，但也可以调整从选择性DOE输出的光束的其它特征，例如，极化。此外，选择性DOE不限于正方形。

因此，根据实施例，可以允许调整沿着x方向和y方向中的至少一者具有不同衍射区域的选择性DOE，以对制造误差和/或不同功能进行补偿。

以上公开了本发明的示例性实施例，尽管使用了特定的术语，但应该将这些术语用于理解为一般的描述性含义，而不是为了限制本发明。例如，应该理解的是，可以基于期望的输出范围，根据实施例来采用多个衍射区域。因此，本领域的技术人员应该理解的是，可以在不脱离以下权利要求书所设定的本发明精神和范围的情况下在形式上和细节上做出多种变型。