专利名称：光源极化功率比的反馈控制系统及反馈控制方法
技术领域：
本发明涉及一种反馈系统及其反馈方法，尤其是涉及一种能够有 调控光源极化功率比的反馈系统及其方法。
背景技术：
随着集成电路的复杂度与积集度(integration)的不断提升，光掩模 图案中各线段也被设计得越来越小，因此业界莫不戮力提升曝光机台 (optical exposure tool)的角罕析度才及卩艮(resolution limit)。目前用来才是升角罕 析度的方式包括有离轴照明(off-axis illumination )技术、使用高数值 孔径(NA)透镜或是湿浸式光刻技术(immersion lithography)。随着解析 度的提升，以往常被忽略的光掩模诱发(mask-induced)的极化现象则 重新:波重4见。
一般而言，光掩模包含两个部分， 一部分是作为光掩模基板的石 英玻璃片，另一部分是具有布局图像的金属层，此金属层覆盖在石英 3皮璃片上。而光源可以;故限定为4黄向电场才莫态(transverse-electric mode TE mode)以及横向磁场模态(transverse magnetic mode, TM mode)。
因为半导体的线宽逐渐缩小，因此光线通过布局图像后被极化的 现象也就更加明显。就物理特性而言，横向电场模态的光线对于布局 图像的穿透率较横向磁场模态的光线来得高，尤其是在入射角度大的 情况下，但横向电场模态的光线对于光掩模基板的穿透率却很低，因 此即使横向电场模态的光线通过了布局图像，在抵达晶片之前依然会 被光掩模基板大量阻挡，进而影响曝光良率。
因此本发明提供了 一种反馈控制系统来调整入射光线的极化功 率比，尽量把入射光线在横向磁场模态的能量转换成横向电场模态的 能量，由此提升曝光解析度及良率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光源极化功率比的反馈控制系统及 其反馈控制方法，以解决上述问题。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种光源的极化功率比的反 馈控制方法，包含有提供一个光掩模，其上包含一标记，然后，以 一入射光照射该标记，接着，侦测由该入射光通过该标记的一反射光
或一折射光以获得一参数，最后，将该参数经过计算后反馈(feed back) 至 一极化转换器以调整该入射光的极化功率比。
根据本发明的权利要求，本发明另提供一种反馈控制系统，包含 有一光源，用以照射一光掩模上的一标记； 一极化转换器，用以控制 该光源的极化功率比； 一侦测器，用于侦测由该入射光通过该标记的 一反射光或一折射光以获得一参数；以及一处理器，用于计算该参数 并发送 一反馈信号至该极化转换器以调控该光源的极化功率比。
本发明在光掩模的光掩模基板上放置一个标记，通过侦测入射光 源通过该标记和光掩模基板所产生的一反射光或折射光的能量，即可 计算出该入射光源在未穿透光掩模基板和标记之前其横向电场模态/ 横向；兹场才莫态的极化功率比(TE/TM polarization power ratio),然后， 将此计算所得的极化功率比反馈至极化转换器作为基准值，接着，便 可将入射光的横向电场模态的能量利用极化转换器提高。
图1绘示的是本发明的第一较佳实施例的光源功率比的反馈控
制系统；
图2绘示的是本发明的第二较佳实施例的光源功率比的反馈控 制系统；
图3所绘示的是标记的放大示意图； 图4所绘示的是光掩模的侧视图5所绘示的是入射光的零级光的横向电场模态对于光掩模的 穿透率对线宽的关系图。主要元件符号说明
10光源10a光线
11入射光ir折射光
『反射光12透镜
14照明孔隙16极化转化器
18光掩模20标记
22光掩模基板24侦测器
26处理器100、 200反馈控制系统
具体实施例方式
图1是依据本发明第一较佳实施例所绘示的反馈控制系统100。 如图l所示，反馈控制系统100主要包含
一光源10，其发出的光线通过一透镜12聚焦后，形成光线10a, 通过一照明孔隙14;
一极化转化器16将通过照明孔隙14的光线10a的横向电场模态 /横向磁场模态的极化功率比(TE/TM polarization power ratio)调整后 产生入射光11，而入射光11入射光掩模18的标记20以及光掩模基 板22，例如石英基板，产生折射光ll，；
一侦测器24用于侦测折射光ll，以获得一参数，根据本发明的较 佳实施例，前述的参数可以是折射光11，的横向电场模态的能量；
一处理器26，用于计算前述的参数，参数计算后可得出入射光 11的横向电场模态/横向磁场模态的极化功率比，作为一反馈信号发 送至极化转换器16，如此一来，极化转换器16即可利用处理器26 计算所得出的极化功率比作为基准，再次调整光线10a的极化功率 比，以改变入射光11极化功率比。
其中，前述的标记20可以由多条格栅所组成，其材料可以为任 何可形成格栅的材料，各该格栅之间具有间距A，而根据本发明的较 佳实施例，间距A是小于光线10a的波长；而光掩模基板非仅限于使 用石英基板。
图2是依据本发明第二较佳实施例所绘示的反馈控制系统200,其中相同功能的元件将延用第 一较佳实施例中的标号。本发明的第二 较佳实施例和第一较佳实施实例的差别仅在于侦测器24所侦侧的参
数，第二较佳实施例的侦测器24所侦测的是由光线10a通过透镜12、 照明孔隙14、极化转化器16、入射光掩模18的标记20以及光掩模 基板22产生的反射光ll"的横向磁场模态的能量；而第一较佳实施 实例是侦测折射光ll，的横向电场才莫态的能量。第二较佳实施例中的 其余元件的功能皆与第 一较佳实施例中的元件相同，在此不再赘述。
本发明也提供一种光源的极化功率比的反馈控制方法，以下配合 反馈控制系统100为例做说明。请同时参阅图3和图1，其中，图3 所绘示的是标记20的放大示意图。如图l所示，首先以一入射光ll 照射位于光掩模18上的标记20,如图3所示，标记20是由多条格 栅所组成，各个格栅皆具有一线宽W和一厚度h，以及各个格栅之 间具有一间距八，此标记20的材料可以使用导体或是其它任何可以 构成格栅的材料。本发明的其中之一特征在于标记20的间距、线宽、 厚度是将光源波长、光掩模在整个曝光系统所摆放的位置、侦测器所 摆放的位置列入考虑，并且必须符合三个边界条件方可，其中，标记 20的设计方式将在后续内文中详加叙述。
根据本发明的较佳实施例，间标记20的间距A小于光线10a的 波长。将设计好的标记20进行穿透率(transmission)测试，测量出入 射光11的横向电场模态对于光掩模18穿透率。接着，入射光11通 过光掩模基板22产生折射光11，，此折射光ll，的横向电场模态的能 量被侦测器24所测量，然后，将测得的横向电场模态的能量的数值 传入处理器26,处理器26即可利用前述的入射光11的横向电场模 态对于光掩模18穿透率、前述的测量所得的折射光ll'的横向电场模 态的能量、已知的入射光11的总能量以及已知的光掩模基板的折射 率进行运算，即可计算出入射光11的横向电场模态/横向磁场模态的 极化功率比，接着，再将此极化功率比回馈至极化转化器16作为基 准，以将光线10a极化功率比提高，也就是说利用极化转化器16将 光线10a的横向磁场模态的能量转成横向电场模态的能量，使得入射 光11再次入射光掩模18时，其横向电场模态的能量提高，因此通过光掩模18的橫向电场模态的能量也就可以因此而增加。
此外，本领域现有技术应知前述入射光11的总能量可以从使用 光功率测量仪得知，而光掩模基板的折射率则可根据其制作材料获得。
下面将说明反馈控制系统100中所使用的标记20的设计方式， 图4所绘示的是光掩模18的侧视图，如图4所示，光掩模18由标记 20和光掩模基板22组成， 一入射光11经由一入射角e入射光掩模 18,其中标记20上表面所接触的介质的位置限定为区域1而此介质 的折射率为n,，而标记20的格栅和格栅之间的位置限定为区域2, 而此介质的折射率为112,光掩模基板位置限定为区域3,而其折射率 为n3,此外，如同在图3中所描述的各个格栅皆具有一线宽W和一 厚度h(图4中未示)，以及各个格栅之间具有一间距A,另外，在图4 中也限定X、 Y、 Z三个座标轴方向。当A满足(1)式的限制，则可以 使得设计出的标记只能让零级(基态)光通过。
其中，^二2/;r-^。此时标记20的光反射率与光穿透率将与
<formula>formula see original document page 8</formula>
cos ^" i" 2 sin 6 cos ^w' + " , sin ^ 入射光的极化偏振高度相关。设计标记20对特定极化偏振波的反射 或穿透率的方法很多，在此举出两个较为常用的方法 1)半向量分析法
假设标记20由完美导体构成，则电磁波在符合标记20的边界条
件下其波函式可表示如下
<formula>formula see original document page 8</formula>(2)式、(3)式、与(4)式分别为描述区域1、区i或2以及区域3的
—
电磁波表示式。其中五表示电场；《表示波向量(wave vector),而其 上标的数字表示其所在区域，下标表示其所属的方向。例如W"表
示在区域2、 Z方向的波向量。^W表示波振幅 (wave amplitude)， 同
样的，其上标表示其所在区域，例如^ "表示在区域1的波振幅。 接着利用如下的本征方程式(5) (eigen fonction (5))与(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为本征值(eigen value), &为位于区域2的介质的介电常
数(permittivity), ^"为格栅的介电常数的实部，^""'为格栅的介电常数 的虛部。因此在满足此边界条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表示模态数，"p表示模态p沿x方向的波向量。
2)时域有限插分法(fmite different time domain (FDTD) 将电磁波表示式拆成插分式，并考虑边界条件，即可利用数值分法中
的时域有限差分法(FDTD)直接求出入射光11的横向电场模态的零级
光对于光掩模18的穿透率。々I设A二500nm、 h=380 nm、 0=0、 n尸n^nfl、光波长二670nm， 入射光11的零级光的横向电场模态对于光掩模18的穿透率对线宽的 关系如图5所示，其中实线表示标记20的材料为完美导体(perfect conductor)利用半向量分析法所得的结果；点状表示标记20的材料为 银，利用时域有限差分法所得的结果。
请参阅图5，假设目前所制作的标记20线宽为350 nm,而标记 的材料为银，由图5中可对照出，入射光11的零级光的横向电场模 态对于光掩模18的穿透率的理论值应该为0.92,而根据本发明的较 佳实施例，穿透率为0.92已足够使本发明的反馈控制方法顺利进行， 此时，可依据前文所假设的A=500nm、 h=380nm、 W二 350 nm制作 标记，接着，再进行实验测量光源11的横向电场模态对于光掩模18 的穿透率实验值。若测量所得的穿透率为0.9,而由侦测器24测量到 折射光ll，的横向电场模态的能量为9.0 mW,由此可计算出入射光 11的横向电场模态的能量为10mW,而已知入射光ll的总能量是15 mW，因此可以计算出入射光11的横向电场模态/横向磁场模态的极 化功率比为2，将极化功率比反馈至极化转换器16调控光线10a,即 可将入射光ll的横向电场模态/横向磁场模态的极化功率比调高。此 反馈控制方法可重复操作，持续的动态调整光线10a的极化功率比， 直到入射光11的横向电场模态/横向磁场模态的极化功率达到所求。
本发明也提供另 一种光源极化功率比的反馈控制方法，此方法是 利用反馈控制系统200进行。请参阅图2，由于本方法所使用的反馈 控制系统的侦测器24是侦测特定极化偏振的反射光11"的能量，因 此反馈控制系统200的标记20的设计方式也可使用前述的半向量分 析法或时域有限插分法根据入射光11的特定极化偏振模态对于光掩 模18的反射率之值，进行标记的间距、线宽以及厚度的设计，经适 当设计后再进行标记的制作，最后将制作完成的标记进行实验测量， 即可得光掩模18上的标记20对于入射光11的特定极化偏振模态的 反射率实际值，根据本发明的较佳实施例，反馈控制系统200的标记 20的间距小于光线10a的波长。当以反馈控制系统200进行反馈控 制时，假设侦测器24的特定极化偏振模态为横向磁场模态，首先由侦测器24测得反射光ll"的横向磁场模态能量，而由实验已知入射
光11的横向磁场模态对于光掩模18的反射率实验值，即可反推出入
射光11的横向磁场模态的能量，而已知入射光11的总能量，因此, 即可反推出入射光11的横向电场模态/横向磁场模态的极化功率比。
接着再将此极化功率比反馈至极化转换器16以调整光线10a，即可 将入射光11的横向电场模态/横向磁场模态的极化功率比调高。同样 地，此反馈控制方法可重复操作，持续的动态调整光线10a的极化功 率比，直到入射光11的横向电场模态/横向磁场模态的极化功率达到 所求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的 均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1. 一种光源的极化功率比的反馈控制方法，其特征在于提供一个光掩模，其上包含一标记；以一入射光照射该标记，其中该入射光是以一大于0的入射角度进入该标记；侦测由该入射光通过该标记的一反射光或一折射光以获得一参数；以及将该参数经过计算后反馈(feed back)至一极化转换器以调整该入射光的极化功率比。
2. 如权利要求1所述的光源极化功率比的反馈控制方法，其特征在于， 该标记以格栅(grating lines)构成，且该格栅包含一 间距。
3. 如权利要求1所述的光源极化功率比的反馈控制方法，其特征在于， 该参凄t包含该折射光的对黄向电场才莫态(transverse-electric mode, TE mode)的能量。
4. 如权利要求1所述的光源极化功率比的反馈控制方法，其特征在于， 该参凄t包含该反射光的才黄向石兹场才莫态(transverse magnetic mode, TM mode)的能量。
5. 如权利要求1所述的光源极化功率比的反馈控制方法，其特征在于， 该入射光由 一 离轴照明(off-axis illumination)光源所产生。
6. 如权利要求2的光源极化功率比的反馈控制方法，其特征在于，该格 栅之间距小于该入射光的波长。
7. —种反馈控制系统，其特征在于 入射光，用以照射一光掩模上的一标记； 极化转换器，用以控制该入射光的极化功率比；侦测器，用于侦测由该入射光通过该标记的 一反射光或一折射光以获得 一参数；以及处理器，用于计算该参数并发送一反馈信号至该极化转换器以调控该入 射光的极化功率比。
8. 如权利要求7所述的反馈控制系统，其特征在于，该标记以格栅构成， 且该格栅包含一间距。
9. 如权利要求7所述的反馈控制系统，其特征在于，该参数包含该折射光的横向电场模态的能量。
10.如权利要求7所述的反馈控制系统，其特征在于，该参数包含该反 射光的横向磁场模态的能量，该格栅之间距小于该入射光的波长，该入射光由 一 离轴照明(off-axis illumination)光源所产生。
全文摘要
本发明提供一种光源极化功率比的反馈控制系统及其反馈控制方法，其利用在光掩模基板上设置一标记，并使用一侦测器侦测光源通过该光掩模上的标记后所产生的折射光或反射光的能量，再将测得的能量值输入一处理器中运算，接着处理器将运算结果反馈至一极化转换器，用于达到调控光源的极化功率比的目的。
文档编号G03F1/00GK101546113SQ20081008842
公开日2009年9月30日 申请日期2008年3月26日 优先权日2008年3月26日
发明者廖俊诚, 林佳蔚, 黄登烟 申请人:南亚科技股份有限公司