專利名稱：光源極化功率比的反饋控制系統及反饋控制方法
技術領域：
本發明涉及一種反饋系統及其反饋方法，尤其是涉及一種能夠有 調控光源極化功率比的反饋系統及其方法。
背景技術：
隨著集成電路的復雜度與積集度(integration)的不斷提升，光掩模 圖案中各線段也被設計得越來越小，因此業界莫不戮力提升曝光機臺 (optical exposure tool)的角罕析度才及卩艮(resolution limit)。目前用來才是升角罕 析度的方式包括有離軸照明(off-axis illumination )技術、使用高數值 孔徑(NA)透鏡或是濕浸式光刻技術(immersion lithography)。隨著解析 度的提升，以往常被忽略的光掩模誘發(mask-induced)的極化現象則 重新:波重4見。
一般而言，光掩模包含兩個部分， 一部分是作為光掩模基板的石 英玻璃片，另一部分是具有布局圖像的金屬層，此金屬層覆蓋在石英 3皮璃片上。而光源可以;故限定為4黃向電場才莫態(transverse-electric mode TE mode)以及橫向磁場模態(transverse magnetic mode, TM mode)。
因為半導體的線寬逐漸縮小，因此光線通過布局圖像后被極化的 現象也就更加明顯。就物理特性而言，橫向電場模態的光線對于布局 圖像的穿透率較橫向磁場模態的光線來得高，尤其是在入射角度大的 情況下，但橫向電場模態的光線對于光掩模基板的穿透率卻很低，因 此即使橫向電場模態的光線通過了布局圖像，在抵達晶片之前依然會 被光掩模基板大量阻擋，進而影響曝光良率。
因此本發明提供了 一種反饋控制系統來調整入射光線的極化功 率比，盡量把入射光線在橫向磁場模態的能量轉換成橫向電場模態的 能量，由此提升曝光解析度及良率。
發明內容
本發明的目的在于提供一種光源極化功率比的反饋控制系統及 其反饋控制方法，以解決上述問題。
本發明的目的是這樣實現的，即提供一種光源的極化功率比的反 饋控制方法，包含有提供一個光掩模，其上包含一標記，然后，以 一入射光照射該標記，接著，偵測由該入射光通過該標記的一反射光
或一折射光以獲得一參數，最后，將該參數經過計算后反饋(feed back) 至 一極化轉換器以調整該入射光的極化功率比。
根據本發明的權利要求，本發明另提供一種反饋控制系統，包含 有一光源，用以照射一光掩模上的一標記； 一極化轉換器，用以控制 該光源的極化功率比； 一偵測器，用于偵測由該入射光通過該標記的 一反射光或一折射光以獲得一參數；以及一處理器，用于計算該參數 并發送 一反饋信號至該極化轉換器以調控該光源的極化功率比。
本發明在光掩模的光掩模基板上放置一個標記，通過偵測入射光 源通過該標記和光掩模基板所產生的一反射光或折射光的能量，即可 計算出該入射光源在未穿透光掩模基板和標記之前其橫向電場模態/ 橫向；茲場才莫態的極化功率比(TE/TM polarization power ratio),然后， 將此計算所得的極化功率比反饋至極化轉換器作為基準值，接著，便 可將入射光的橫向電場模態的能量利用極化轉換器提高。
圖1繪示的是本發明的第一較佳實施例的光源功率比的反饋控
制系統；
圖2繪示的是本發明的第二較佳實施例的光源功率比的反饋控 制系統；
圖3所繪示的是標記的放大示意圖； 圖4所繪示的是光掩模的側視圖5所繪示的是入射光的零級光的橫向電場模態對于光掩模的 穿透率對線寬的關系圖。主要元件符號說明
10光源10a光線
11入射光ir折射光
『反射光12透鏡
14照明孔隙16極化轉化器
18光掩模20標記
22光掩模基板24偵測器
26處理器100、 200反饋控制系統
具體實施例方式
圖1是依據本發明第一較佳實施例所繪示的反饋控制系統100。 如圖l所示，反饋控制系統100主要包含
一光源10，其發出的光線通過一透鏡12聚焦后，形成光線10a, 通過一照明孔隙14;
一極化轉化器16將通過照明孔隙14的光線10a的橫向電場模態 /橫向磁場模態的極化功率比(TE/TM polarization power ratio)調整后 產生入射光11，而入射光11入射光掩模18的標記20以及光掩模基 板22，例如石英基板，產生折射光ll，；
一偵測器24用于偵測折射光ll，以獲得一參數，根據本發明的較 佳實施例，前述的參數可以是折射光11，的橫向電場模態的能量；
一處理器26，用于計算前述的參數，參數計算后可得出入射光 11的橫向電場模態/橫向磁場模態的極化功率比，作為一反饋信號發 送至極化轉換器16，如此一來，極化轉換器16即可利用處理器26 計算所得出的極化功率比作為基準，再次調整光線10a的極化功率 比，以改變入射光11極化功率比。
其中，前述的標記20可以由多條格柵所組成，其材料可以為任 何可形成格柵的材料，各該格柵之間具有間距A，而根據本發明的較 佳實施例，間距A是小于光線10a的波長；而光掩模基板非僅限于使 用石英基板。
圖2是依據本發明第二較佳實施例所繪示的反饋控制系統200,其中相同功能的元件將延用第 一較佳實施例中的標號。本發明的第二 較佳實施例和第一較佳實施實例的差別僅在于偵測器24所偵側的參
數，第二較佳實施例的偵測器24所偵測的是由光線10a通過透鏡12、 照明孔隙14、極化轉化器16、入射光掩模18的標記20以及光掩模 基板22產生的反射光ll"的橫向磁場模態的能量；而第一較佳實施 實例是偵測折射光ll，的橫向電場才莫態的能量。第二較佳實施例中的 其余元件的功能皆與第 一較佳實施例中的元件相同，在此不再贅述。
本發明也提供一種光源的極化功率比的反饋控制方法，以下配合 反饋控制系統100為例做說明。請同時參閱圖3和圖1，其中，圖3 所繪示的是標記20的放大示意圖。如圖l所示，首先以一入射光ll 照射位于光掩模18上的標記20,如圖3所示，標記20是由多條格 柵所組成，各個格柵皆具有一線寬W和一厚度h，以及各個格柵之 間具有一間距八，此標記20的材料可以使用導體或是其它任何可以 構成格柵的材料。本發明的其中之一特征在于標記20的間距、線寬、 厚度是將光源波長、光掩模在整個曝光系統所擺放的位置、偵測器所 擺放的位置列入考慮，并且必須符合三個邊界條件方可，其中，標記 20的設計方式將在后續內文中詳加敘述。
根據本發明的較佳實施例，間標記20的間距A小于光線10a的 波長。將設計好的標記20進行穿透率(transmission)測試，測量出入 射光11的橫向電場模態對于光掩模18穿透率。接著，入射光11通 過光掩模基板22產生折射光11，，此折射光ll，的橫向電場模態的能 量被偵測器24所測量，然后，將測得的橫向電場模態的能量的數值 傳入處理器26,處理器26即可利用前述的入射光11的橫向電場模 態對于光掩模18穿透率、前述的測量所得的折射光ll'的橫向電場模 態的能量、已知的入射光11的總能量以及已知的光掩模基板的折射 率進行運算，即可計算出入射光11的橫向電場模態/橫向磁場模態的 極化功率比，接著，再將此極化功率比回饋至極化轉化器16作為基 準，以將光線10a極化功率比提高，也就是說利用極化轉化器16將 光線10a的橫向磁場模態的能量轉成橫向電場模態的能量，使得入射 光11再次入射光掩模18時，其橫向電場模態的能量提高，因此通過光掩模18的橫向電場模態的能量也就可以因此而增加。
此外，本領域現有技術應知前述入射光11的總能量可以從使用 光功率測量儀得知，而光掩模基板的折射率則可根據其制作材料獲得。
下面將說明反饋控制系統100中所使用的標記20的設計方式， 圖4所繪示的是光掩模18的側視圖，如圖4所示，光掩模18由標記 20和光掩模基板22組成， 一入射光11經由一入射角e入射光掩模 18,其中標記20上表面所接觸的介質的位置限定為區域1而此介質 的折射率為n,，而標記20的格柵和格柵之間的位置限定為區域2, 而此介質的折射率為112,光掩模基板位置限定為區域3,而其折射率 為n3,此外，如同在圖3中所描述的各個格柵皆具有一線寬W和一 厚度h(圖4中未示)，以及各個格柵之間具有一間距A,另外，在圖4 中也限定X、 Y、 Z三個座標軸方向。當A滿足(1)式的限制，則可以 使得設計出的標記只能讓零級(基態)光通過。
其中，^二2/;r-^。此時標記20的光反射率與光穿透率將與
<formula>formula see original document page 8</formula>
cos ^" i" 2 sin 6 cos ^w' + " , sin ^ 入射光的極化偏振高度相關。設計標記20對特定極化偏振波的反射 或穿透率的方法很多，在此舉出兩個較為常用的方法 1)半向量分析法
假設標記20由完美導體構成，則電磁波在符合標記20的邊界條
件下其波函式可表示如下
<formula>formula see original document page 8</formula>(2)式、(3)式、與(4)式分別為描述區域1、區i或2以及區域3的
—
電磁波表示式。其中五表示電場；《表示波向量(wave vector),而其 上標的數字表示其所在區域，下標表示其所屬的方向。例如W"表
示在區域2、 Z方向的波向量。^W表示波振幅 (wave amplitude)， 同
樣的，其上標表示其所在區域，例如^ "表示在區域1的波振幅。 接著利用如下的本征方程式(5) (eigen fonction (5))與(2)式、(3)
K =仏-Wo +tan%/2,))2-4，，- Wj (5)
(2) "I) 7(2) 7(3)
2))2 -f丄2 +tanh(W2,"(2)、2 - "2 ' "(2)、2 -。"
7(2) "I) 7(2) 7(
式、及(4)式可解出^ ,及^
其中r為本征值(eigen value), &為位于區域2的介質的介電常
數(permittivity), ^"為格柵的介電常數的實部，^""'為格柵的介電常數 的虛部。因此在滿足此邊界條件下的光穿透率可表示如(6)式。
1^。(/^0丫)+ Re(r。(a。r。)'
(6)
jv朋s"":^《^)=丄
是o
,.^、丄 2;r ^ 《sinc(a0W2)
r^^(cw + c4^ ,w三e^ /三e^""2 & =sinc((M2) —"p)w/2) + sinc((—A:i2) —ap)w/2)
c = 7-~，+!^3)——-^"i =-^"~^"7t;-》》p sin"; W 2)
(l + ",Xl + "3)-"2(1-"》-"3) 4欲P)sinc(^W2)V
d 二 7-~，(1 ， ~-^"3 =-^~~-》S)Sp sinc(c^w/ 2)
其中p表示模態數，"p表示模態p沿x方向的波向量。
2)時域有限插分法(fmite different time domain (FDTD) 將電磁波表示式拆成插分式，并考慮邊界條件，即可利用數值分法中
的時域有限差分法(FDTD)直接求出入射光11的橫向電場模態的零級
光對于光掩模18的穿透率。々I設A二500nm、 h=380 nm、 0=0、 n尸n^nfl、光波長二670nm， 入射光11的零級光的橫向電場模態對于光掩模18的穿透率對線寬的 關系如圖5所示，其中實線表示標記20的材料為完美導體(perfect conductor)利用半向量分析法所得的結果；點狀表示標記20的材料為 銀，利用時域有限差分法所得的結果。
請參閱圖5，假設目前所制作的標記20線寬為350 nm,而標記 的材料為銀，由圖5中可對照出，入射光11的零級光的橫向電場模 態對于光掩模18的穿透率的理論值應該為0.92,而根據本發明的較 佳實施例，穿透率為0.92已足夠使本發明的反饋控制方法順利進行， 此時，可依據前文所假設的A=500nm、 h=380nm、 W二 350 nm制作 標記，接著，再進行實驗測量光源11的橫向電場模態對于光掩模18 的穿透率實驗值。若測量所得的穿透率為0.9,而由偵測器24測量到 折射光ll，的橫向電場模態的能量為9.0 mW,由此可計算出入射光 11的橫向電場模態的能量為10mW,而已知入射光ll的總能量是15 mW，因此可以計算出入射光11的橫向電場模態/橫向磁場模態的極 化功率比為2，將極化功率比反饋至極化轉換器16調控光線10a,即 可將入射光ll的橫向電場模態/橫向磁場模態的極化功率比調高。此 反饋控制方法可重復操作，持續的動態調整光線10a的極化功率比， 直到入射光11的橫向電場模態/橫向磁場模態的極化功率達到所求。
本發明也提供另 一種光源極化功率比的反饋控制方法，此方法是 利用反饋控制系統200進行。請參閱圖2，由于本方法所使用的反饋 控制系統的偵測器24是偵測特定極化偏振的反射光11"的能量，因 此反饋控制系統200的標記20的設計方式也可使用前述的半向量分 析法或時域有限插分法根據入射光11的特定極化偏振模態對于光掩 模18的反射率之值，進行標記的間距、線寬以及厚度的設計，經適 當設計后再進行標記的制作，最后將制作完成的標記進行實驗測量， 即可得光掩模18上的標記20對于入射光11的特定極化偏振模態的 反射率實際值，根據本發明的較佳實施例，反饋控制系統200的標記 20的間距小于光線10a的波長。當以反饋控制系統200進行反饋控 制時，假設偵測器24的特定極化偏振模態為橫向磁場模態，首先由偵測器24測得反射光ll"的橫向磁場模態能量，而由實驗已知入射
光11的橫向磁場模態對于光掩模18的反射率實驗值，即可反推出入
射光11的橫向磁場模態的能量，而已知入射光11的總能量，因此, 即可反推出入射光11的橫向電場模態/橫向磁場模態的極化功率比。
接著再將此極化功率比反饋至極化轉換器16以調整光線10a，即可 將入射光11的橫向電場模態/橫向磁場模態的極化功率比調高。同樣 地，此反饋控制方法可重復操作，持續的動態調整光線10a的極化功 率比，直到入射光11的橫向電場模態/橫向磁場模態的極化功率達到 所求。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所做的 均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1. 一種光源的極化功率比的反饋控制方法，其特征在于提供一個光掩模，其上包含一標記；以一入射光照射該標記，其中該入射光是以一大于0的入射角度進入該標記；偵測由該入射光通過該標記的一反射光或一折射光以獲得一參數；以及將該參數經過計算后反饋(feed back)至一極化轉換器以調整該入射光的極化功率比。
2. 如權利要求1所述的光源極化功率比的反饋控制方法，其特征在于， 該標記以格柵(grating lines)構成，且該格柵包含一 間距。
3. 如權利要求1所述的光源極化功率比的反饋控制方法，其特征在于， 該參凄t包含該折射光的對黃向電場才莫態(transverse-electric mode, TE mode)的能量。
4. 如權利要求1所述的光源極化功率比的反饋控制方法，其特征在于， 該參凄t包含該反射光的才黃向石茲場才莫態(transverse magnetic mode, TM mode)的能量。
5. 如權利要求1所述的光源極化功率比的反饋控制方法，其特征在于， 該入射光由 一 離軸照明(off-axis illumination)光源所產生。
6. 如權利要求2的光源極化功率比的反饋控制方法，其特征在于，該格 柵之間距小于該入射光的波長。
7. —種反饋控制系統，其特征在于 入射光，用以照射一光掩模上的一標記； 極化轉換器，用以控制該入射光的極化功率比；偵測器，用于偵測由該入射光通過該標記的 一反射光或一折射光以獲得 一參數；以及處理器，用于計算該參數并發送一反饋信號至該極化轉換器以調控該入 射光的極化功率比。
8. 如權利要求7所述的反饋控制系統，其特征在于，該標記以格柵構成， 且該格柵包含一間距。
9. 如權利要求7所述的反饋控制系統，其特征在于，該參數包含該折射光的橫向電場模態的能量。
10.如權利要求7所述的反饋控制系統，其特征在于，該參數包含該反 射光的橫向磁場模態的能量，該格柵之間距小于該入射光的波長，該入射光由 一 離軸照明(off-axis illumination)光源所產生。
全文摘要
本發明提供一種光源極化功率比的反饋控制系統及其反饋控制方法，其利用在光掩模基板上設置一標記，并使用一偵測器偵測光源通過該光掩模上的標記后所產生的折射光或反射光的能量，再將測得的能量值輸入一處理器中運算，接著處理器將運算結果反饋至一極化轉換器，用于達到調控光源的極化功率比的目的。
文檔編號G03F1/00GK101546113SQ20081008842
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月26日 優先權日2008年3月26日
發明者廖俊誠, 林佳蔚, 黃登煙 申請人:南亞科技股份有限公司