CN102736436A - 降低透镜加热效应的方法以及提升透镜的成像性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低透镜于成像程序中的透镜加热效应的方法，包含有：依据照明源与光掩膜设计来决定透镜上多个热负载位置、依据所述多个热负载位置来得到透镜响应特性，以及利用所述多个热负载位置与所述透镜响应特性来产生透镜加热敏感地图(lens heating sensitivity map)。本发明所提出的系统与方法，可减轻透镜热特征(heat signature)却基本上不会影响成像性能。

Description

降低透镜加热效应的方法以及提升透镜的成像性能的方法
技术领域
本发明涉及透镜成像，更具体地说，涉及一种用以减轻透镜加热效应的透镜成像方法。
背景技术
光刻投影(lithographic projection)是一种将光束(通常取自激光(laser))通过光掩膜(photo mask)投射在瞳孔镜头(pupil lens)内，再通过透镜(即上述的瞳孔镜头)投射到晶片(wafer)上的技术。关于此技术的应用，举例来说，可用来印刷(print)集成电路(integrated circuit，IC)。此外，所使用的光掩膜与特定照明模式(illumination mode)(例如，偶极照明模式(dipoleillumination mode))意味着透镜的某些部份所吸收的热也许会大于透镜的其他部份，而随着使用时间增长，上述的加热效应也更为明显，造成了透镜上温度分布不均的净效应，因而产生了波前像差(wavefront aberration)与透镜畸变(lens distortion)。当透镜的形状(shape)产生畸变时，所投射到晶片的光束也会受到影响，因此，透镜加热效应(lens heating effect)对成像(imaging)品质的影响很大。
在决定温度对透镜的影响时，可将某些因素纳入考量，例如，透镜上的某些区域对于温度的敏感度会比其他区域来得高，因此所产生的像差也会比较大。此外，仅考虑在光瞳(pupil)(由数值孔径(numerical aperture，NA)决定)上的加热效应是不够的，虽然在光瞳外的光也许不会投射到晶片上，但仍会因为其所造成的波前像差而促使透镜加热的产生。
描述温度如何影响透镜的方法之一是使用一组查涅克多项式(Zernikepolynomial)，而查涅克多项式为可描述透镜上的像差(可到第n阶)的线性独立项(linearly independent term)。若透镜加热效应为已知，设计者可利用调整不同的光学元件(optical element)来补偿，而使此效应基本上得以消弭，然而，完全地校正上述像差的方法仍不得而知，例如，以一个查涅克多项式来校正却会引起其他像差，另外，部份的校正方法仅局限于某些范围。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于提供多种可减轻且可能得以消弭透镜加热所造成的负面效应而基本上却不会影响成像品质的方法。
依据本发明的第一实施例，其公开一种降低一透镜于一成像程序中的透镜加热效应的方法，包含有：依据一照明源与一光掩膜设计来决定所述透镜上多个热负载位置；依据所述多个热负载位置来得到一透镜响应特性；利用所述多个热负载位置与所述透镜响应特性来产生一透镜加热敏感地图(lensheating sensitivity map)；以及利用所述透镜加热敏感地图来置放至少一附加极点于所述透镜上的一特定位置，其中所述附加极点会产生一个用来降低透镜加热效应的绕射图谱。所述附加极点可为位于所述透镜的光瞳-光阑区内的一幻像极点。
依据本发明的第二实施例，其另公开一种降低一透镜于一成像程序中的透镜加热效应的方法，包含有：依据一照明源与一光掩膜设计来决定所述透镜上多个热负载位置；依据所述多个热负载位置来得到一透镜响应特性；利用所述多个热负载位置与所述透镜响应特性来产生一透镜加热敏感地图；以及利用所述透镜加热敏感地图来改变所述照明源的形状，使得由所述照明源所产生的多个绕射图谱会落在所述透镜加热敏感地图所标示的一光瞳中多个敏感区之外。
依据本发明的第三实施例，其公开一种降低一透镜于一成像程序中的透镜加热效应的方法，包含有：依据一照明源与一光掩膜设计来决定所述透镜上多个热负载位置；依据所述多个热负载位置来得到一透镜响应特性；利用所述多个热负载位置与所述透镜响应特性来产生一透镜加热敏感地图；以及利用所述透镜加热敏感地图来置放至少一附加极点于所述透镜上的一特定位置，其中所述附加极点会产生一个用来降低透镜加热效应的绕射图谱。所述附加极点可为位于所述透镜的光瞳-光阑区之外。
依据本发明的第四实施例，其另公开一种最佳化一成像程序中所使用的一透镜的成像性能的方法，包含有：选取要被使用于所述成像程序的一光源光掩膜；依据一照明源与一光掩膜设计来决定所述透镜上多个热负载位置；依据所述多个热负载位置来得到一透镜响应特性；利用所述多个热负载位置与所述透镜响应特性来产生一透镜加热敏感地图；依据所述透镜加热敏感地图来决定一成像与透镜加热性能；以及当所述成像与透镜加热性能未达理想时，修改所述光源光掩膜及/或所述照明源，以及提升所述成像与透镜加热性能。关于修改所述光源光掩膜及/或所述照明源的步骤，可依据上述的第一实施例、第二实施例以及第三实施例之中的至少一个实施例来进行。
本发明所提出的系统与方法，可减轻透镜热特征(heat signature)却基本上不会影响成像性能。
附图说明
图1为本发明降低透镜加热效应的方法的第一实施例的示意图。
图2为本发明降低透镜加热效应的方法的第二实施例的示意图。
图3为本发明降低透镜加热效应的方法的第三实施例的示意图。
图4为本发明结合显影光源最佳化的方法的一实施例的流程图。
其中，附图标记说明如下：
100、200、300                      透镜
410、420、430、440、450、460、470、步骤
480
具体实施方式
以下实施例描述了用来减轻且可能得以消弭透镜加热效应而基本上却不会影响成像品质的多种方法。在此会参照相对应的图示来描述一些实施例的细节。
另外，这些实施例可改变透镜热特征(heat signature)而基本上却不会影响成像性能(imaging performance)，如上文所述，落在光瞳-光阑(pupil-stop)区之外的光束可能不会影响成像，因此，本实施例便运用上述特性来设计及计算出透镜热特征以减轻透镜畸变效应。由于一透镜对于热负载(heat load)的响应可由实验量得或由模型(modeling)来预测，所以一旦得知所述透镜响应时，某一设计的热负载特征便可依需求而改变以减轻所述透镜加热的响应。
首先，会建立一透镜加热敏感地图(lens heating sensitivity map)以决定一透镜的多个敏感区(sensitive area)，而关于所述透镜加热敏感地图的建立，可利用不同的方法来完成，其中一个例子是将所述透镜上的不同部分加热，进而测量所产生的多个波前像差。如上所述，所述多个波前像差可由多个查涅克多项式来描述，接着，利用多个热负载位置(heat load location)来找出多个查涅克解(Zernike solution)以允许所述透镜加热敏感地图得以建立，其中所述透镜加热敏感地图会显示出透镜加热的多个热点(hotspot)。
举例来说，当一束激光通过所述透镜的一光瞳投射出来，所述束激光的能量可能会影响所述透镜的温度，任何位于光瞳-光阑区之内的光束(能量)皆可被投射至一晶片上，而任何位于光瞳区(pupil-fill area)之外的能量则可能不会影响成像但会促使透镜畸变的产生。此外，正像差(positive aberration)与负像差(negative aberration)皆可因热负载而产生，所以，中性透镜响应(neutral lens response)对于避免透镜畸变是有助益的，而正透镜响应(positiveresponse)与负透镜响应(negative response)皆对透镜畸变会有不好的影响。具有最高的光强度(intensity of light)而会将所述透镜加热的多个区域称作多个极点(pole)，而通过解出多个查涅克多项式，所述多个极点对所述透镜进行加热的方式即可被预测，以及因而产生的多个波前像差也可得知。由于正透镜响应与负透镜响应皆会影响所述透镜的形状，所以所述透镜加热(lensheating，LH)敏感地图由热负载对于透镜性能不再有显著影响的光瞳上的一个位置来决定。
请参阅图1，图1为本发明降低透镜加热效应的方法的第一实施例的示意图。透镜加热响应显示于图中，包含有多个正透镜响应与多个负透镜响应，以环绕着透镜100的四个椭圆形区域(oval shaped area)来表示。由于用以成像的多个极点会产生与透镜100的多个敏感区重叠(overlap)的多个绕射图谱，故于此实施例会产生多个幻像极点(phantom pole)，接着产生与透镜100的其他多个敏感区重叠的多个绕射图谱，以减轻且可能得以消弭透镜加热效应。如图所示，所述多个幻像极点位于光瞳-光阑区之外，因此，由所述多个幻像极点所产生的能量并不会影响此成像程序，此外，所述透镜加热敏感地图用以决定所述多个极点的确切位置。
请参阅图2，图2为本发明降低透镜加热效应的方法的第二实施例的示意图。对于偶极照明(dipole illumination)来说，多个加热区(heated area)会随着极点的形状改变，而本实施例运用了上述特性来实作。由于偶极照明属非对称式(not symmetric)，一部份的第一阶热负载(first order heat load)可集中于具有强烈的透镜加热响应的多个区域，而所述多个区域通常会很接近光瞳。
于此第二实施例中，改变照明源(illumination source)以减轻多个较为高阶的绕射图谱(higher order diffraction pattern)所对应的多个效应，而不尝试消弭所述多个效应。如图2所示，关于上述的其中一个例子为使用一虎眼照明(tiger eye illumination)，此外，与一光瞳区重叠的四个椭圆形区域为透镜200中最为敏感的多个区域，由于所述虎眼照明具有良好的对称性(symmetricity)，主要的照明会落在多个敏感区之外，即如图2所示，多个第零阶区域会集中在所述光瞳区之内，故而所有的能量可用于晶片成像(wafer imaging)，但却不会与透镜200中对于热最为敏感的所述多个区域接触。也就是说，多个第一阶周期性(periodicity)会与多个第零阶周期性大为重叠，而不会与透镜200的所述多个敏感区有所接触。
在某些情况下，只要所述多个效应并不重要时，是可以产生某些附加能量(extra energy)于光瞳中。请参阅图3，图3为本发明降低透镜加热效应的方法的第三实施例的示意图。于此实施例中，假设透镜300的主要区域(mainfeature)会产生一正透镜加热响应(positive lens heating response)，以及利用增加多个附加极点以减轻或可能得以消弭由所述主要区域所造成的多个波前像差。虽然所述多个附加极点位于一光瞳之内，但基于其位置，所述多个附加极点可能不会影响成像性能。此外，利用所产生的一透镜加热敏感地图，所述多个附加极点可被置放于所述光瞳内的一个区域，以使所述多个附加极点可有效地减轻透镜加热响应而不会对成像性能产生严重的影响。
如图3所示，所述多个附加极点创造出位于所述透镜加热敏感地图中多个负透镜加热响应区(negative lens heating response area)的多个绕射图谱。由于所述多个附加极点会产生反向透镜响应(opposite lens response)，所述多个绕射图谱连同多个原本的极点(original pole)所创造的多个绕射图谱会产生一衰减透镜加热响应。所述多个附加极点的设计，会使得具有所期望(desired)的反向透镜加热响应的第一阶绕射图谱位于所述光瞳区之外或之内。此外，图中所示的所述多个附加极点的数量仅为范例说明，并不用来作为本发明的限制。
如前文所述，在光刻投影中，光束通过一光掩膜来投射出，由于本实施例利用多个查涅克多项式与多个热负载位置来产生一透镜加热敏感地图，所以所述透镜加热敏感地图可结合显影光源最佳化(source mask optimization)来使用，以确保最佳成像效能。请参阅图4，图4为本发明结合显影光源最佳化的方法的一实施例的流程图。图中所示的多个步骤不一定依序连续执行，换言之，其他步骤也可插入其中。此流程图所示的步骤说明如下：
步骤410：提出初始透镜设计(lens design)与光源光掩膜设计(source maskdesign)；
步骤420：产生一透镜加热敏感地图；
步骤430：需要修改照明源吗？若是，执行步骤460；若否，执行步骤440；
步骤440：成像与透镜加热性能如何？若为良好，执行步骤450；若是不佳，执行步骤470；
步骤450：结束显影光源最佳化流程(source mask optimization process)；
步骤460：使用所述透镜加热敏感地图以修改所述照明源，接着，执行步骤440；
步骤470：需要修改光源光掩膜吗？若需要，执行步骤480；若不需要，回到步骤430；以及
步骤480：修改所述光源光掩膜，以及回到步骤430。
如图4所示，在步骤410中，会先提出一初始光源光掩膜设计，接着，通过利用所述初始光源光掩膜设计，步骤420会建立一透镜加热敏感地图。在步骤430中，会判断是否要修改一照明源，若生产者决定要修改所述照明源，在步骤460中，会运用上述本发明第一实施例至第三实施例中所提及的多个方法中至少其一来使用所述透镜加热敏感地图以修改所述照明源。在步骤440中，会评估成像与透镜加热性能，若性能良好，则流程会结束(步骤450)；若性能未达理想，则流程会执行步骤470以判断是否需要修改光源光掩膜。如果光源光掩膜有被修改(步骤480)，则流程会回到步骤430；如果光源光掩膜未被修改，则流程也会回到步骤430以再次判断是否要修改照明源。如此一来，光源光掩膜及/或照明源可持续被修改以达到理想的成像性能及减轻透镜加热效应。另外，可能需要在成像时间与成像性能的间作出取舍(trade-off)，这是因为在实际情形中，上述的方法运用在低K值(圆锥常数(cubic constant))成像时，方能发挥最大的效益，因此，通过运用透镜加热敏感地图，生产者得以选择是否要改变极点、修改光源光掩膜，或是同时使用以上两种方式。
以上所述的多种方法提供了减轻透镜加热效应的解决之道，例如，利用解出多个查涅克多项式与使用多个热负载位置来产生一透镜加热敏感地图，接着，增加多个附加极点/增加多个幻像极点/改变照射源以对透镜加热效应进行补偿，而基本上却不会添加额外的能量于一光瞳区中。即便在某些能量落于所述光瞳区内的情形下，如同本发明的第三实施例中所述，附加能量对于成像性能的影响也许不大，所以生产者得以将多个极点置放于所述多个极点对于成像性能不会产生严重影响的多个区域之中。此外，以上所述的多种方法可与显影光源最佳化流程一并使用以达到理想的成像结果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，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。

Claims (16)

1.一种降低一透镜于一成像程序中的透镜加热效应的方法，其特征是，包含有：
依据一照明源与一光掩膜设计来决定所述透镜上多个热负载位置；
依据所述多个热负载位置来得到一透镜响应特性；
利用所述多个热负载位置与所述透镜响应特性来产生一透镜加热敏感地图；以及
利用所述透镜加热敏感地图来置放至少一附加极点于所述透镜上的一特定位置，其中所述附加极点会产生一个用来降低透镜加热效应的绕射图谱。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，得到所述透镜响应特性的步骤包含：
解出至少一查涅克多项式，其中所解出的所述查涅克多项式连同所述多个热负载位置来一并使用，以产生所述透镜加热敏感地图。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述附加极点位于所述透镜的光瞳-光阑区之内。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述附加极点位于所述透镜的光瞳-光阑区之外。
5.如权利要求2所述的方法，其特征是，依据所述多个热负载位置以解出所述至少一查涅克多项式来得到所述透镜响应特性的步骤包含：
依据所述多个热负载位置来解出所述查涅克多项式，以决定出由所述照明源所产生的多个绕射图谱；
其中所述附加极点被置放于所述光瞳中的所述特定位置，使得由所述附加极点所产生的多个绕射图谱得以降低由所述照明源所产生的所述多个绕射图谱所造成的透镜加热效应。
6.如权利要求5所述的方法，其特征是，由所述照明源所产生的所述多个绕射图谱由所述透镜中对热没有响应的一点来决定。
7.一种降低一透镜于一成像程序中的透镜加热效应的方法，其特征是，包含有：
依据一照明源与一光掩膜设计来决定所述透镜上多个热负载位置；
依据所述多个热负载位置来得到一透镜响应特性；
利用所述多个热负载位置与所述透镜响应特性来产生一透镜加热敏感地图；以及
利用所述透镜加热敏感地图来改变所述照明源的形状，使得由所述照明源所产生的多个绕射图谱会落在所述透镜加热敏感地图所标示的一光瞳的多个敏感区之外。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是，得到所述透镜响应特性的步骤包含：
解出至少一查涅克多项式，其中所解出的所述查涅克多项式连同所述多个热负载位置来一并使用，以产生所述透镜加热敏感地图。
9.如权利要求7所述的方法，其特征是，所改变的所述照明源为一虎眼照明。
10.如权利要求7所述的方法，其特征是，由所述照明源所产生的所述多个绕射图谱由所述透镜中对热没有响应的一点来决定。
11.一种提升一成像程序中所使用的一透镜的成像性能的方法，其特征是，包含有：
选取要被使用于所述成像程序的一光源光掩膜；
依据一照明源与一光掩膜设计来决定所述透镜上多个热负载位置；
依据所述多个热负载位置来得到一透镜响应特性；
利用所述多个热负载位置与所述透镜响应特性来产生一透镜加热敏感地图；
依据所述透镜加热敏感地图来决定一成像与透镜加热性能；以及
当所述成像与透镜加热性能不理想时，修改所述光源光掩膜及/或所述照明源以及提升所述成像与透镜加热性能。
12.如权利要求11所述的方法，其特征是，得到所述透镜响应特性的步骤包含：
解出至少一查涅克多项式，其特征是，所解出的所述查涅克多项式连同所述多个热负载位置一并使用，以产生所述透镜加热敏感地图。
13.如权利要求11所述的方法，其特征是，修改所述光源光掩膜及/或所述照明源包含：
利用所述透镜加热敏感地图来改变所述照明源的形状。
14.如权利要求11所述的方法，其特征是，修改所述光源光掩膜及/或所述照明源包含：
利用所述透镜加热敏感地图来置放至少一附加极点于所述透镜上的一特定位置。
15.如权利要求14所述的方法，其特征是，所述附加极点位于所述透镜的光瞳-光阑区之内。
16.如权利要求14所述的方法，其特征是，所述附加极点位于所述透镜的光瞳-光阑区之外。
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