TWI645451B - 脈衝光束的光譜特徵之控制 - Google Patents

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維爾拉 厄爾 康利
艾瑞克 安德爾斯 梅森
約書亞 瓊 索恩斯
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Abstract

藉由一方法來控制由一光學源產生之一脈衝光束之一光譜特徵。該方法包括：以一脈衝重複率產生一脈衝光束；引導該脈衝光束朝向收納於一微影曝光設備中之一基板，以使該基板曝露於該脈衝光束；在該脈衝光束對該基板曝光時，修改該脈衝光束之一脈衝重複率。該方法包括判定對該脈衝光束之一光譜特徵之一調整量，該調整量補償該脈衝光束之該光譜特徵之一變化，該變化與該脈衝光束之該脈衝重複率的該修改相關。該方法包括在該基板經曝光時，使該脈衝光束之該光譜特徵改變該經判定之調整量，以藉此補償該光譜特徵之該變化。

Description

脈衝光束的光譜特徵之控制
所揭示標的物係關於控制自供應光至一微影曝光設備之一光學源輸出的一光束之一光譜特徵(諸如頻寬或波長)。
在半導體微影(或光微影)中，製造積體電路(IC)需要對半導體(例如，矽)基板(其亦被稱為晶圓)執行的多種物理及化學程序。光微影曝光設備或掃描器為將所要圖案施加至基板之目標部分上的機器。晶圓經固定至載台，以使得晶圓大體上沿著由掃描器之正交XL方向及YL方向界定之平面延伸。晶圓係由光束輻照，光束具有在深紫外線(deep ultraviolet，DUV)範圍中之波長。光束沿著一軸向方向行進，該軸向方向與掃描器之ZL方向對應。掃描器之ZL方向正交於側向XL-YL平面。
自光學源(諸如，雷射器)輸出之光束之光譜特徵或性質(例如，頻寬)之準確知識在許多科學及工業應用中至關重要。舉例而言，光學源頻寬之準確知識用於使得能夠控制深紫外線(DUV)光學微影中之最小特徵大小或臨界尺寸(CD)。臨界尺寸為印刷在半導體基板(亦被稱作晶圓)上之特徵大小且因此CD可能需要精細大小控制。在光學微影中，藉由由光學源產生之光束來輻照基板。常常，光學源為雷射源且光束為雷射束。
在一些一般態樣中，藉由一方法來控制由一光學源產生之一脈衝光束之一光譜特徵。該方法包括：自該光學源以一脈衝重複率產生一脈衝光束；引導該脈衝光束朝向收納於一微影曝光設備中之一基板，以使該基板曝露於該脈衝光束；在該脈衝光束對該基板曝光時，修改該脈衝光束之一脈衝重複率。該方法包括判定對該脈衝光束之一光譜特徵之一調整量，該調整量補償該脈衝光束之該光譜特徵之一變化，該變化與該脈衝光束之該脈衝重複率的該修改相關。該方法包括在該脈衝光束對該基板曝光時，使該脈衝光束之該光譜特徵改變該經判定之調整量，以藉此補償該光譜特徵之該變化。
實施可包括以下特徵中之一或多者。舉例而言，對該光譜特徵之該調整量可藉由以下操作來判定：存取一相關性變因(recipe)，該相關性變因定義該光學源的該重複率與該光譜特徵之間的一關係；判定該變因中之與該經修改脈衝重複率相關的該光譜特徵；及計算抵消與該經修改脈衝重複率相關之該光譜特徵的該光譜特徵之該調整量。
該方法可包括在引導該脈衝光束朝向該基板之前，針對該光學源建立該相關性變因。該方法可包括在該脈衝光束之一對脈衝叢發之間，針對該脈衝光學源建立該相關性變因。
該脈衝光束之該光譜特徵可藉由調整該光學源之一或多個組件來改變。該光學源之該一或多個組件可藉由調整與該脈衝光束相互作用的一光譜特徵選擇設備之一或多個光學組件來調整。該光譜特徵選擇設備之該一或多個光學組件可藉由旋轉該光譜特徵選擇設備之一稜鏡來調整。該光譜特徵選擇設備之該稜鏡可經旋轉以藉此藉由使該稜鏡在小於或等於50毫秒 之一時間中自一第一穩定平衡位置旋轉至一第二穩定平衡位置來改變該光譜特徵。該光譜特徵選擇設備之該稜鏡可藉由使該稜鏡自一第一角度旋轉至一第二角度來旋轉，其中該第一角度及該第二角度可為一360°旋轉中之任何角度。
該脈衝光束之該光譜特徵可藉由在該脈衝光束之脈衝叢發之間改變該光譜特徵來改變。
該方法可包括接收一指令以在該脈衝光束對該基板曝光時將該脈衝光束之該脈衝重複率修改一特定值，其中修改該脈衝光束之該脈衝重複率包含將該脈衝光束之該重複率修改該特定值。
該脈衝光束之該光譜特徵可在該脈衝光束對該基板曝光時改變該經判定之調整量，以藉此補償該光譜特徵變化，從而致使該脈衝光束之該光譜特徵保持在一預定穩定範圍內。
該光譜特徵可保持在該預定穩定範圍中，且形成於該基板中之一特徵之一臨界尺寸可保持在一預定可接受範圍內。
該光譜特徵可為該脈衝光束之頻寬。
在其他一般態樣中，一系統包括一照明系統、一光譜特徵選擇設備及一控制系統。該照明系統產生一脈衝光束且引導該脈衝光束朝向一光微影曝光設備。該照明系統包括一光學源，該光學源以能夠被改變之一脈衝重複率產生該脈衝光束。該光譜特徵選擇設備經組態以選擇該脈衝光束之一光譜特徵。該光譜特徵選擇設備包括配置於該該脈衝光束之路徑中的一組光學組件。該控制系統係以操作方式連接至該光學源及該光譜特徵選擇設備。該控制系統經組態以：控制產生該脈衝光束所用之該重複率，該控制包括在該脈衝光束在該光微影曝光設備中對一基板曝光時，修改該脈衝 光束之該重複率；判定對該脈衝光束之一光譜特徵之一調整量，該調整量補償該脈衝光束之該光譜特徵之一變化，該變化與該脈衝光束之該脈衝重複率的該修改相關；及發送一信號至該光譜特徵選擇設備以使至少一個光學組件移動，以藉此在該脈衝光束對該基板曝光時，使該脈衝光束之該光譜特徵改變該經判定之調整量，以藉此補償該光譜特徵變化。
實施可包括以下特徵中之一或多者。舉例而言，該光譜特徵選擇設備之該組光學組件可包括至少一個稜鏡。該控制系統可經組態以發送一信號至與該至少一個稜鏡相關聯之一快速致動器以使該稜鏡旋轉，以藉此改變該光譜特徵。該光譜特徵選擇設備之該組光學組件可包括：一色散光學元件，其經配置以與該脈衝光束相互作用，及複數個稜鏡，該複數個稜鏡配置在處於該色散光學元件與該光學源之間的該脈衝光束之路徑中。
該光譜特徵選擇設備可包括一致動系統，該致動系統具有與一稜鏡相關聯且經組態以使該相關聯稜鏡旋轉以藉此調整該脈衝光束之一光譜特徵的至少一個致動器。
該快速致動器可包括一旋轉載台，該旋轉載台關於一旋轉軸線旋轉且包括以機械方式連結至該稜鏡之一區域。該旋轉載台可經組態以沿著一全360°旋轉角關於該旋轉軸線旋轉。
該照明系統可包括一光束製備系統，該光束製備系統經組態以接收由該光學源產生之該脈衝光束且引導該脈衝光束朝向該光微影曝光設備。
100‧‧‧光微影系統
105‧‧‧光學源
110‧‧‧脈衝光束
112‧‧‧光束製備系統
115‧‧‧光微影曝光設備或掃描器
120‧‧‧基板或晶圓
130‧‧‧光譜特徵選擇設備
140‧‧‧微影控制器
150‧‧‧照明系統
170‧‧‧量測(度量衡)系統
185‧‧‧控制系統
200‧‧‧光譜
300‧‧‧主控振盪器(MO)
305‧‧‧光學源
310‧‧‧功率放大器(PA)
315‧‧‧輸出耦合器
320‧‧‧線中心分析模組(LAM)
325‧‧‧光束修改光學系統
330‧‧‧光束反射器或光束轉動裝置
430‧‧‧光譜特徵選擇設備
452‧‧‧控制模組
454‧‧‧致動系統
456‧‧‧致動系統
458‧‧‧致動系統
460‧‧‧光學特徵
462‧‧‧光學特徵
464‧‧‧光學特徵
466‧‧‧光學系統
500‧‧‧記憶體
505‧‧‧輸入裝置
510‧‧‧輸出裝置
515‧‧‧可程式化處理器
520‧‧‧電腦程式產品
525‧‧‧光譜特徵分析模組
530‧‧‧微影分析模組
535‧‧‧決策模組
550‧‧‧光源致動模組
555‧‧‧微影致動模組
560‧‧‧光束製備致動模組
600‧‧‧擴束器
605‧‧‧孔隙
611‧‧‧種子光束
660‧‧‧稜鏡
660a‧‧‧致動器
660h‧‧‧外殼
660p‧‧‧板
662‧‧‧稜鏡
664‧‧‧稜鏡
664a‧‧‧致動器
666‧‧‧光學系統/線窄化模組
668‧‧‧稜鏡
668a‧‧‧致動器
670‧‧‧光柵
671‧‧‧繞射表面
700‧‧‧程序
705‧‧‧步驟
710‧‧‧步驟
715‧‧‧步驟
720‧‧‧步驟
770‧‧‧步驟
820‧‧‧程序
822‧‧‧步驟
824‧‧‧步驟
826‧‧‧步驟
900‧‧‧曲線
950‧‧‧曲線
1000‧‧‧程序
1002‧‧‧步驟
1004‧‧‧步驟
1006‧‧‧步驟
1008‧‧‧步驟
1010‧‧‧步驟
圖1為產生經引導至光微影曝光設備之脈衝光束之光微影系統的方塊圖；圖2為由圖1之光微影系統產生的脈衝光束之例示性光譜的曲線圖； 圖3為可用於圖1之光微影系統中的例示性光學源之方塊圖；圖4為可用於圖1之光微影系統中的例示性光譜特徵選擇設備之方塊圖；圖5為可用於圖1之光微影系統中的例示性控制系統之方塊圖；圖6為可用於圖1之光微影系統中的例示性光譜特徵選擇設備之方塊圖；圖7為由圖1之光微影系統執行以快速控制脈衝光束之頻寬以補償脈衝光束的重複率之變化的例示性程序之流程圖；圖8為由圖1之光微影系統執行以判定對脈衝光束之頻寬的調整之例示性程序的流程圖；圖9為展示兩個不同光學源的脈衝光束之頻寬與重複率之間的關係的例示性曲線圖；且圖10為用於操作圖1之光微影系統之例示性程序的流程圖。
相關申請案之交叉參考
本申請案係關於在2016年10月17日申請之美國申請案第15/295,280號，該美國申請案係以全文引用的方式併入本文中。
參看圖1，光微影系統100包括照明系統150，該照明系統產生具有名義上處於中心波長之波長且經引導至光微影曝光設備或掃描器115的脈衝光束110。脈衝光束110係用以在收納於掃描器115中之基板或晶圓120上圖案化微電子特徵。照明系統150包括光學源105，該光學源以能夠被改變之脈衝重複率產生脈衝光束110。
照明系統150包括光譜特徵選擇設備130。光譜特徵選擇設備130與由 光學源105產生之光束110相互作用且經組態以選擇脈衝光束110之一或多個光譜特徵(諸如頻寬或波長)。光譜特徵選擇設備130包括配置於脈衝光束110之路徑中之一組光學組件(例如，展示於圖4中)。照明系統150包括控制系統185，該控制系統以操作方式連接至脈衝光學源105及光譜特徵選擇設備130。且，掃描器115包括微影控制器140，該微影控制器以操作方式連接至控制系統185及掃描器115內之組件。
脈衝光束110之脈衝重複率係光學源105產生光束110之脈衝之速率。因此，舉例而言，脈衝光束110之重複率為1/△t，其中△t為脈衝之間的時間。控制系統185通常經組態以控制產生脈衝光束110之重複率，包括在脈衝光束在光微影曝光設備115中對晶圓120進行曝光時修改脈衝光束之重複率。
在一些實施中，掃描器115觸發光學源105(經由控制器140與控制系統185之間的通信)以產生脈衝光束110，因此掃描器115憑藉控制器140及控制系統185來控制重複率。舉例而言，控制器140發送信號至控制系統185以將光束110之重複率保持在可接受速率之特定範圍內。掃描器115通常針對光束110之每一脈衝叢發保持重複率恆定。光束110之脈衝叢發可對應於晶圓120上之曝光域。曝光域為在掃描器115內之曝光狹縫或窗口之一次掃描中經曝光的晶圓120之區。舉例而言，脈衝叢發可包括10至500個脈衝之任何位置。
管理掃描器115之客戶希望能夠在光束掃描越過晶圓120時修改光束110之脈衝重複率。因此，掃描器115亦可請求(憑藉控制器140及控制系統185)改變或修改光束110之重複率，且此改變請求可在脈衝叢發之間出現。舉例而言，客戶可能偏好以較低重複率操作以允許客戶每個晶圓120 使用較少脈衝，而非簡單地使光束110在掃描器115內衰減。
照明系統150之若干效能特性(諸如由照明系統150產生之光束110的參數)對重複率之改變敏感。舉例而言，光束110之一或多個光譜特徵(諸如頻寬或波長)在光束110之重複率被改變時可波動或變化。舉例而言，光束110之頻寬取決於光束110之波前，且光束110之波前在光束110之脈衝之重複率經調整時可變得失真。頻寬之不穩定引起晶圓120處之臨界尺寸(CD)的不可接受變化且因此引起照明系統150之不可靠效能。此外，照明系統150之效能特性之變化自照明系統150之一個設計至照明系統150之另一設計可不同。因此，用以穩定因光束110之重複率之調整所致的照明系統150之效能特性的單一解決方案不可行。
具體言之，臨界尺寸(CD)係藉由系統100可印刷於晶圓120上之最小特徵尺寸。CD取決於光束110之波長。為了保持印刷於晶圓120上及藉由系統100曝光之其他晶圓上的微電子特徵之均勻CD，光束110之中心波長應保持處於一預期或目標中心波長或在目標波長周圍之波長範圍內。因此，除了保持中心波長處於目標中心波長或在目標波長周圍之可接受波長範圍內之外，亦需要將光束110之頻寬(光束110中之波長的範圍)保持在一可接受頻寬範圍內。
為了將光束110之頻寬保持至可接受範圍，控制系統185經組態以判定對脈衝光束110之頻寬之一調整量，其中對脈衝光束110之頻寬的調整補償由對脈衝光束110之該脈衝重複率之修改導致的脈衝光束110之頻寬之改變或變化。另外，控制系統185經組態以發送信號光譜特徵選擇設備130以使設備130之至少一個光學組件移動，以藉此在脈衝光束110對晶圓120進行曝光時將脈衝光束110之頻寬改變經判定之調整量，以藉此補償 由修改脈衝光束110之脈衝重複率導致的頻寬變化。
脈衝光束110之頻寬可在任何兩個脈衝叢發之間改變。此外，頻寬自第一值改變至第二值且亦穩定在第二值所用之時間應小於脈衝叢發之間的時間。舉例而言，若叢發之間的時間段為50毫秒(ms)，則將頻寬自第一值改變至第二值且穩定在第二值所用之總時間應小於50ms。控制系統185及光譜特徵選擇設備130經設計以實現頻寬之此快速改變，如下文所詳細論述。
在一些實施中，掃描器115並不知道光束110之重複率之值；實際上，掃描器115僅提供觸發至脈衝光學源105(憑藉控制系統185)，從而以特定重複率產生脈衝。在其他實施中，掃描器115或照明系統150可藉由量測光束110之連續脈衝之間的時間來監視脈衝重複率，且使用此資訊以控制或修改光束110之重複率。此等量測可例如由量測(度量衡)系統170執行。
掃描器115之控制器140發送信號至控制系統185以調整或修改掃描越過晶圓120的脈衝光束110之重複率。發送至控制系統185之信號可致使控制系統185修改發送至脈衝光學源105之電信號。舉例而言，若脈衝光學源105包括氣體雷射放大器，則電信號提供脈衝電流至脈衝光學源105之一或多個氣體放電腔室內之電極。
接下來提供關於光微影系統100之細節。具體言之，再次參看圖1，晶圓120係置放於一晶圓台上，該晶圓台經建構以固持晶圓120且連接至一***，該***經組態以根據特定參數且在控制器140控制下而準確地定位晶圓120。
光束110經引導穿過光束製備系統112，該光束製備系統可包括修改 光束110之態樣之光學元件。舉例而言，光束製備系統112可包括反射及/或折射光學元件、光學脈衝伸展器及光學孔隙(包括自動化遮光片)。
光束110之脈衝以在深紫外線(DUV)範圍中之一波長(例如，248奈米(nm)或193nm之波長)為中心。經圖案化於晶圓120上之微電子特徵之大小取決於脈衝光束110之波長，且較小波長導致小的最小特徵大小或臨界尺寸。當脈衝光束110之波長為248nm或193nm時，微電子特徵之最小大小可為(例如)50nm或更小。用於脈衝光束110之分析及控制之頻寬可為其光譜200(或發射光譜)之實際瞬時頻寬，該光譜含有關於光束110之光學能量或功率在不同波長(或頻率)上如何分佈的資訊，如圖2所示。
光微影系統100亦可包括度量衡系統170，該度量衡系統可包括量測光束110之一或多個光譜特徵(諸如頻寬或波長)的子系統。由於在操作期間施加至光微影系統100之各種干擾，晶圓120處的光束110之光譜特徵(諸如頻寬或波長)之值可能不會對應於所要光譜特徵(亦即，掃描器115預期之光譜特徵)或與該所要光譜特徵匹配。因此，在操作期間藉由根據光譜估計度量值來量測或估計光束110之光譜特徵(諸如特性頻寬)，以使得操作員或自動化系統(例如，回饋控制器)可使用經量測或估計之頻寬以調整光學源105之性質及調整光束110之光譜。度量衡系統170之子系統基於此光譜而量測光束110之光譜特徵(諸如頻寬及/或波長)。
度量衡系統170接收自光束分離裝置重新引導的光束110之一部分，該光束分離裝置係置放於光學源105與掃描器115之間的路徑中。該光束分離裝置將第一部分或百分比之光束110引導至度量衡系統170且將第二部分或百分比之光束110引導朝向掃描器115。在一些實施中，大部分光束110係在第二部分中引導朝向掃描器115。舉例而言，該光束分離裝置 將一分率(例如，1%至2%)之光束110引導至度量衡系統170中。該光束分離裝置可為(例如)光束分光器。
掃描器115包括具有例如一或多個聚光器透鏡、遮罩及物鏡配置之光學配置。遮罩可沿著一或多個方向(諸如，沿著光束110之光軸或在垂直於光軸之平面中)移動。該物鏡配置包括一投影透鏡且使影像轉移能夠自該遮罩至晶圓120上之光阻而進行。該照明器系統調整光束110照射於該遮罩上之角度的範圍。該照明器系統亦均勻化(使變得均一)光束110越過遮罩之強度分佈。
掃描器115可包括微影控制器140、空氣調節裝置及各種電組件之電力供應器，以及其他特徵。除了控制光束110之脈衝之重複率(如上文所論述)以外，微影控制器140亦控制如何將層印刷在晶圓120上。微影控制器140包括記憶體，該記憶體儲存諸如程序變因之資訊且亦可儲存關於哪些重複率可使用或較佳的資訊，如下文所更完全描述。
晶圓120係由光束110輻照。程序程式或變因判定晶圓120上之曝光的長度、所使用之遮罩以及影響曝光之其他因素。在微影期間，如上文所論述，光束110之複數個脈衝照明晶圓120之同一區以形成照明劑量。照明同一區的光束110之多個脈衝N可被稱作曝光窗口或狹縫，且狹縫之大小可由置放於遮罩之前的曝光狹縫控制。在一些實施中，N之值為幾十，例如10至100個脈衝。在其他實施中，N之值大於100個脈衝，例如100至500個脈衝。
遮罩、物鏡配置及晶圓120中之一或多者可在曝光期間相對於彼此移動，以掃描越過曝光域之曝光窗口。曝光域為在曝光狹縫或窗口之一次掃描中經曝光的晶圓120之區。
參看圖3，例示性光學源305為產生脈衝雷射光束以作為光束110之脈衝雷射源。光學源305為兩級雷射系統，其包括提供種子光束611至功率放大器(PA)310之主控振盪器(MO)300。主控振盪器300通常包括增益介質(其中出現放大)及光學回饋機構(諸如，光學諧振器)。功率放大器310通常包括增益介質，其中放大在與來自主控振盪器300之種子雷射光束接種時出現。若功率放大器310經設計為再生環諧振器，則其描述為功率環放大器(PRA)，且在此情況下，可自環設計提供足夠光學回饋。主控振盪器300使得能夠在相對低輸出脈衝能量下精細調諧光譜參數，諸如中心波長及頻寬。功率放大器310自主控振盪器300接收輸出且放大此輸出以達到光微影中使用之輸出的必要功率。
主控振盪器300包括具有兩個細長電極之放電腔室、充當增益介質之雷射氣體及使氣體在電極之間循環的風扇。雷射諧振器係形成於在放電腔室之一側上且接收種子光束611的光譜特徵選擇設備130與在放電腔室之第二側上的輸出耦合器315之間，以將種子光束611輸出至功率放大器310。
光學源305亦可包括自輸出耦合器315接收輸出之線中心分析模組(LAM)320，及按需要修改光束之大小及/或形狀之一或多個光束修改光學系統325。線中心分析模組320為可用以量測種子光束之波長(例如，中心波長)之一種量測系統的實例。
功率放大器310包括功率放大器放電腔室，且若其為再生環放大器，則功率放大器亦包括光束反射器或光束轉動裝置330，其將光束反射回至放電腔室中以形成循環路徑。功率放大器放電腔室包括一對細長電極、充當增益介質之雷射氣體及用於使氣體在電極之間循環的風扇。種子光束係 藉由反覆地穿過功率放大器310而放大。光束修改光學系統325提供內耦合種子光束且外耦合來自功率放大器之經放大輻射之一部分以形成輸出光束110的方式(例如，部分反射鏡面)。
主控振盪器300及功率放大器310之放電腔室中所使用之雷射氣體可為用於產生約所需波長及頻寬之雷射束的任何合適氣體。舉例而言，雷射氣體可為發射約193nm之波長之光的氟化氬(ArF)，或發射約248nm之波長之光的氟化氪(KrF)。
線中心分析模組320監視主控振盪器300之輸出的波長。線中心分析模組320可置放於光學源305內之其他位置處，或其可置放於光學源305之輸出端處。
光譜特徵選擇設備130自光學源105(或305)接收種子光束611且基於來自控制系統185之輸入而精細調諧光學源105、305之光譜輸出。參看圖4，展示耦合至來自光學源105、305之光的例示性光譜特徵選擇設備430。在一些實施中，光譜特徵選擇設備130自主控振盪器300接收光以使得能夠精細調諧光譜特徵，諸如主控振盪器300內之波長及頻寬。
光譜特徵選擇設備430可包括控制模組452，該控制模組包括呈韌體與軟體之任何組合形式之電子器件。模組452連接至一或多個致動系統454、456、458。致動系統454、456、458中之每一者可包括連接至光學系統466之各別光學特徵460、462、464的一或多個致動器。光學特徵460、462、464經組態以調整所產生光束110之特定特性，以藉此調整光束110之光譜特徵。控制模組452自控制系統185接收控制信號，該控制信號包括操作或控制致動系統454、456、458中之一或多者之特定命令。致動系統454、456、458可經選擇且經設計以協作地工作。
每一光學特徵460、462、464以光學方式耦合至由光學源105產生之光束110。致動系統454、456、458之致動器中的每一者為用於移動或控制光學系統466之各別光學特徵460、462、464的機械裝置。致動器自模組452接收能量，且將彼能量轉換成施加至光學系統466之光學特徵460、462、464的某種運動。舉例而言，致動系統可為力裝置及用於使擴束器之稜鏡中之一或多者旋轉的旋轉載台中之任一者。致動系統454、456、458可包括例如馬達，諸如步進馬達、閥門、壓控式裝置、壓電裝置、線性馬達、液壓致動器、音圈等。
光譜特徵選擇設備130可設計成類似於展示於2016年10月17日申請之美國申請案第15/295,280號的圖3A、圖3B、圖4A至圖4C、圖5A至圖5C、圖6A至圖6D及圖7中且關於該等圖所描述的設備130、430、530、630、730，該美國申請案係以全文引用的方式併入本文中。
參看圖5，提供關於控制系統185之細節，該等細節係關於本文中所描述的系統及方法之態樣。控制系統185可包括圖5中未展示之其他特徵。一般而言，控制系統185包括數位電子電路、電腦硬體、韌體及軟體中之一或多者。
控制系統185包括記憶體500，其可為唯讀記憶體及/或隨機存取記憶體。適合於有形地體現電腦程式指令及資料之儲存裝置包括所有形式之非揮發性記憶體，包括(舉實例而言)：半導體記憶體裝置，諸如EPROM、EEPROM及快閃記憶體裝置；磁碟，諸如內部硬碟及抽取式磁碟；磁光碟；及CD-ROM磁碟。控制系統185亦可包括一或多個輸入裝置505(諸如，鍵盤、觸控螢幕、麥克風、滑鼠、手持式輸入裝置等)及一或多個輸出裝置510(諸如揚聲器或監測器)。
控制系統185包括一或多個可程式化處理器515，及有形地體現於供可程式化處理器(諸如，處理器515)執行之機器可讀儲存裝置中的一或多個電腦程式產品520。一或多個可程式化處理器515可各自執行指令程式以藉由對輸入資料進行操作及產生適當輸出來執行所要功能。一般而言，處理器515自記憶體500接收指令及資料。前述任一者可由專門設計之特殊應用積體電路(ASIC)補充，或併入於專門設計之ASIC中。
控制系統185包括光譜特徵分析模組525、微影分析模組530、決策模組535、光源致動模組550、微影致動模組555及光束製備致動模組560，以及其他組件。此等模組中之每一者可為由一個或多個處理器(諸如處理器515)執行之一組電腦程式產品。此外，模組525、530、535、550、555、560中之任一者可存取儲存於記憶體500內之資料。
光譜特徵分析模組525自度量衡系統170接收輸出。微影分析模組530自掃描器115之微影控制器140接收資訊。決策模組535自分析模組(諸如模組525及530)接收輸出且基於來自分析模組之輸出而判定哪個致動模組或哪些致動模組需要被啟動。光源致動模組550連接至光學源105及光譜特徵選擇設備130之一或多者。微影致動模組555連接至掃描器115，且特定言之，連接至微影控制器140。光束製備致動模組560連接至光束製備系統112之一或多個組件。
儘管圖5中僅展示幾個模組，但控制系統185有可能包括其他模組。另外，儘管控制系統185表示為方框，其中所有組件看起來經共置，但控制系統185有可能由實體上彼此遠離之組件組成。舉例而言，光源致動模組550可與光學源105或光譜特徵選擇設備130實體地共置。
一般而言，控制系統185自度量衡系統170接收關於光束110之至少某 一資訊，且光譜特徵分析模組525對該資訊執行分析以判定如何調整供應至掃描器115之光束110的一或多個光譜特徵(例如，頻寬)。基於此判定，控制系統185發送信號至光譜特徵選擇系統130及/或光學源105，以控制光學源105之操作。
一般而言，光譜特徵分析模組525執行估計光束110之一或多個光譜特徵(例如，波長及/或頻寬)所需的所有分析。光譜特徵分析模組525之輸出為光譜特徵之估計值。
光譜特徵分析模組525包括經連接以接收估計之光譜特徵且亦經連接以接收光譜特徵目標值之比較區塊。一般而言，該比較區塊輸出表示光譜特徵目標值與估計值之間的差值的光譜特徵誤差值。決策模組535接收光譜特徵誤差值且判定如何最佳地實現對系統100之校正以便調整光譜特徵。因此，決策模組535發送信號至光源致動模組550，其判定如何基於光譜特徵誤差值來調整光譜特徵選擇設備130(或光學源105)。光源致動模組550之輸出包括發送至光譜特徵選擇設備130之一組致動器命令。舉例而言，光源致動模組550發送該等命令至光譜特徵控制模組452，其連接至光譜特徵致動系統454、456、458。
控制系統185致使光學源105以給定重複率操作。更具體言之，掃描器115針對每一脈衝(亦即，在脈衝間基礎上)將觸發信號發送至光學源105，且彼等觸發信號之間的時間間隔可為任意的，但當掃描器115以規則間隔發送觸發信號時，則彼等信號之速率為重複率。重複率可為掃描器115所請求之速率。
根據來自掃描器115中之控制器140的指令，由功率放大器310產生之脈衝的重複率係由控制系統185控制主控振盪器300所用之重複率判定。 自功率放大器310輸出之脈衝的重複率係掃描器115看到之重複率。
光微影系統100可為使用者或客戶(其操作掃描器115)提供視特定應用程式之需求而選擇許多重複率中之任一者的能力。如上文所論述，效能特性(例如，光譜特徵，諸如光束110之頻寬)可隨重複率變化。
參看圖6，例示性光學系統666為包括一組色散光學元件之線窄化模組，諸如由四個折射光學件(稜鏡660、662、664、668)及一繞射光學件(光柵670)製成的擴束器600。種子光束611在其進入線窄化模組666時穿過孔隙605且在其退出線窄化模組666時亦穿過孔隙605。
線窄化模組666經設計以藉由調整照射在光柵670之繞射表面671上的種子光束611之入射角來調整主控振盪器300之諧振器內所產生的種子光束611之波長。具體言之，此可藉由調整由光柵670提供之角度分散而進行。稜鏡660、662、664、668及光柵670中之一或多者可經旋轉以調整種子光束611之入射角，且因此調整由主控振盪器300產生之種子光束611之波長。
藉由調整光柵670反射種子光束611之角度來選擇種子光束611之波長。光柵670反射在主控振盪器300之增益介質之發射帶內的光束611之不同光譜分量。自光柵670至主控振盪器300之諧振器之光軸以較大角度反射的波長分量在後續往返行程中遭受更大損失，且因此提供頻寬之窄化。頻寬窄化發生，此係因為以大於主控振盪器300之諧振器之固定接受角的角度自稜鏡發出的光束611之彼等波長分量由於光束611共振而自該光束消除。因此，光束611之頻寬係由光柵670之分散度以及由擴束器600(四個稜鏡660、662、664、668)提供之放大率而判定，此係因為較小範圍之波長以在主控振盪器300之諧振器之接受角內的角度自擴束器600發出。
光柵670可為高炫耀角中階梯光柵，且以滿足光柵方程之任何角度入射於光柵670上的光束611將被反射(繞射)。光柵方程提供光柵670之光譜級、繞射波長、光束611至光柵670上的入射角、光束611繞射離開光柵670的退出角、入射至光柵670上的光束611之垂直發散及光柵670之凹槽間距之間的關係。此外，若使用光柵670以使得光束611至光柵670上的入射角等於光束611自光柵670的退出角，則光柵670及擴束器600係以利特羅組態配置且反射自光柵670的光束611之波長為利特羅波長。可認為入射至光柵670上的光束611之垂直發散接近零。為了反射標稱波長，光柵670將相對於入射至光柵670上之光束611對準，使得標稱波長穿過擴束器600反射回來，從而在主控振盪器300之腔室中被放大。利特羅波長可隨後藉由改變光束611至光柵670上之入射角而在主控振盪器300的整個增益頻寬中經調諧。
離光柵670最遠且大小亦最小之稜鏡660係安裝於導致稜鏡660旋轉之致動器660a上，且此旋轉改變照射在光柵670上之光束611的光學放大率。致動器660a為實現對稜鏡660之位置的快速控制以實現對光束611(且因此光束110)之頻寬的快速調整之旋轉載台。旋轉載台660a可包括：一安裝表面(諸如板660p)，稜鏡660緊固在該安裝表面上；及一馬達(未圖示，但安裝於外殼660h內)，該馬達係以機械方式耦接至該安裝表面以實現該安裝表面之旋轉。旋轉載台660a能夠以使稜鏡660一速率旋轉，該速率能夠使光束611且因此光束110之頻寬自第一頻寬改變至第二頻寬且亦在光束110之脈衝叢發之間的時間框內穩定在第二頻寬。致動器660a之旋轉設計賦予安裝表面純粹的旋轉運動，稜鏡660不使用發現於稜鏡660之先前致動器上的任何線性運動或彎曲部運動而安裝在該安裝表面上。此外，不 同於使用線性步進馬達附加彎曲部設計的先前致動器(其中稜鏡660僅可旋轉約自彎曲部判定之角度)，旋轉載台660a之使用使稜鏡660能夠旋轉約完全360°。
在一些實施中，旋轉載台660a可使用直接驅動步進馬達作為使安裝表面旋轉之馬達。直接驅動步進馬達係用於位置控制的使用內置式步進馬達功能性之習知電磁馬達。在可能需要更高運動解析度之其他實施中，旋轉載台660a可使用壓電馬達技術。
旋轉載台660a可為利用馬達控制器使用可變頻率驅動控制方法控制以提供稜鏡660之快速旋轉的旋轉載台。
使用稜鏡660之旋轉調整光束611及光束110之頻寬可被視為粗略調整；此意謂該調整能夠在較寬頻寬範圍(例如，約250nm之範圍)中調整頻寬。
更接近光柵670且大小大於或等於稜鏡660之大小的下一個稜鏡662在一些實施中可在空間中固定。更接近光柵670之下一個稜鏡664具有大於或等於稜鏡662之大小的大小。
稜鏡664可安裝至致使稜鏡664旋轉之致動器664a，且稜鏡664之此旋轉可提供對種子光束611之波長的精細控制。致動器664a可為由壓電馬達控制之旋轉載台。壓電馬達藉由利用反壓電效應而操作，其中材料產生聲學或超音波振動以便產生線性或旋轉運動。
最接近光柵670之稜鏡668具有大於或等於稜鏡664之大小的大小(稜鏡668為擴束器600之最大稜鏡)。稜鏡668可安裝至致使稜鏡668旋轉之致動器668a，且稜鏡668之此旋轉可提供對種子光束611之波長的粗略控制。在一些實施中，致動器668a為旋轉載台，其包括稜鏡668所固定的安 裝表面及使安裝表面旋轉之馬達。該致動器668a之馬達可為壓電馬達，其與先前線性步進馬達及彎曲部組合設計相比速度快至五十倍。致動器668a亦可包括為控制系統185提供角位置回饋之旋轉編碼器。
參看圖7，光微影系統100(在控制系統185且視情況控制器140控制下)執行用於控制由光學源105產生之光束110之頻寬的程序700。
程序700包括自脈衝光學源105以一脈衝重複率產生脈衝光束110(705)。舉例而言，控制系統185可發送信號至光學源105以產生脈衝光束110，且此外，控制器140可將所要之脈衝重複率提供至控制系統185。
引導脈衝光束110朝向收納於掃描器115中之基板120以使基板120曝露於脈衝光束110(710)。舉例而言，憑藉光束製備系統112將自光學源105發出之光束110引導至掃描器115。
在脈衝光束110對基板120曝光時，修改該脈衝光束之脈衝重複率(715)。舉例而言，在光束110對基板120曝光時，控制器140發送信號至控制系統185以致使光學源105改變光束110之脈衝的重複率，如上文所論述。因此，控制系統185可接收來自控制器140之指令以在脈衝光束110對基板120曝光時將該脈衝光束之脈衝重複率修改一特定值。以此方式，控制系統185基於所請求而判定如何調整自光源致動模組550輸出之信號。
接下來，判定對脈衝光束110之頻寬之調整量(720)，其中此調整量補償脈衝光束110之頻寬之變化，該變化係由修改脈衝光束110之脈衝重複率導致。在脈衝光束110對基板120曝光時，使脈衝光束110之頻寬改變此經判定之調整量，以藉此補償該頻寬變化(770)。
在一些實施中，控制系統185藉由執行例示性程序820來判定對脈衝光束110之頻寬之調整量(720)。程序820包括：存取重複率與頻寬之間的 一相關性變因(822)；判定該變因中之與經修改脈衝重複率相關的頻寬(824)；及計算抵消與經修改脈衝重複率相關之頻寬的頻寬之調整量(826)。
控制系統185存取可儲存於記憶體500內之相關性變因(822)。該相關性變因定義光學源105的重複率與頻寬之間的相關性。舉例而言，該相關性變因可指示光束110針對特定重複率具有特定頻寬，且該相關性變因亦可指示光束110之頻寬在重複率經修改時如何改變。舉例而言，參看圖9，曲線900(虛線)展示第一例示性相關性變因，其係第一光學源105a的光束110之頻寬與光束110之重複率之間的關係。曲線950(點虛線)展示第二相異的例示性相關性變因，其係第二光學源105b的光束110之頻寬與光束110之重複率之間的關係。
在一些實施中，針對各別脈衝光學源105a、105b建立諸如900或950之相關性變因，之後引導由彼光學源產生之脈衝光束110朝向基板120。在其他實施中，在脈衝光束110之一對脈衝叢發之間經過的時間期間，針對各別光學源105a、105b建立諸如900或950之相關性變因。該相關性變因可在製造光學源105時預先載入至記憶體500中及/或在維護期間或在光學源105操作時經更新。
藉由在修改光束110之重複率時量測由光學源105產生的光束110之頻寬的值而判定該相關性變因。光束110之頻寬可藉由度量衡系統170來量測。
舉例而言，參看圖10，可藉由執行程序1000來判定或建立該相關性變因。最初，在照明系統在線上時，但不在其輸出(脈衝光束110)由掃描器115使用時，以重複率R操作照明系統150(1002)。接下來，在照明系統 150以重複率R操作時，藉由照明系統150來量測光學源105之一或多個效能參數(諸如光譜特徵，例如，頻寬)(1004)。將該等量測到之效能參數及量測該等效能參數時所用之重複率R儲存於例如記憶體500內(1006)。
若照明系統150已用所有感興趣的重複率R操作(1008)，則針對照明系統150，程序1000完成。否則，將重複率R改變至新重複率(1010)，且藉由照明系統150來量測光學源105之一或多個效能參數(例如，光束110之頻寬)(1004)。可藉由使直接先前值遞增一固定量而獲得新重複率R，或可使用其他方法來改變重複率R之值，該等其他方法包括：使重複率R減小一固定量、使重複率R增加或減小一可變或隨機量或藉由測試預期最感興趣的重複率R之值。
照明系統150可在相對短的時間段(例如，約一分鐘)中執行此程序1000。此外，照明系統150可經組態以針對變化之解析度執行此程序1000，以便控制程序1000之總持續時間或提供頻寬與重複率R之間的更細化相關性。舉例而言，重複率R可在1010遞增10Hz以用於高解析度分析或相關性，或重複率R可在1010遞增20Hz以用於較低解析度分析或相關性。
藉由調整光譜特徵選擇設備130之一或多個光學組件，脈衝光束110之頻寬可至少部分地改變該經判定之調整量(770)。舉例而言，控制系統185可判定發送至光源致動模組550之調整信號，此信號發指令給模組452以發送特定信號至致動系統454、456、468中之一或多者，以藉此修改一或多個光學特徵460、462、464。藉由利用快速致動器660a使稜鏡660旋轉，頻寬可快速地改變(770)。此外，頻寬可在小於或等於脈衝光束110之脈衝叢發之間的時間中快速地改變(770)。舉例而言，稜鏡660在小於或等 於50毫秒之時間中自第一穩定平衡位置旋轉至第二穩定平衡位置。因為快速致動器660a為旋轉載台，所以稜鏡660有可能旋轉至全360°旋轉範圍內之任何角度。
藉由在脈衝光束110對基板曝光時，使該脈衝光束之頻寬改變該經判定之調整量，光微影系統100能夠補償脈衝光束110之頻寬之變化，該變化係由修改脈衝光束110之脈衝重複率導致，且脈衝光束110之頻寬可因此保持在預定穩定範圍內，即使光束110之重複率在掃描期間改變。此外，藉由將頻寬保持在預定穩定範圍中，形成於基板120中之特徵之臨界尺寸亦可保持在預定可接受範圍內。
其他實施在以下申請專利範圍之範疇內。
舉例而言，在其他實施中，稜鏡662係安裝至其自身的使稜鏡662旋轉之致動器662a，且此旋轉改變照射在光柵670上的光束611之入射角且可用以提供對光束611之波長的精細控制。致動器662a可為壓電旋轉載台。在此等其他實施中，稜鏡664可安裝至致動器664a，該致動器提供對光束611之頻寬的精細控制。此致動器664a可為步進馬達旋轉載台。
在其他實施中，稜鏡660可經安裝以使得其力矩軸不與致動器662a之旋轉軸線對準。在此等實施中，稜鏡軸線沿著垂直於致動器662a之旋轉軸線的方向自致動器662a之軸線偏移。延伸臂可在一端安裝至致動器662a之旋轉軸線且在第二末端安裝至稜鏡660之力矩軸。

Claims (21)

  1. 一種控制由一光學源產生之一脈衝光束(pulsed light beam)之一光譜特徵(spectral feature)的方法，該方法包含：自該光學源以一脈衝重複率(pulse repetition rate)產生一脈衝光束；引導該脈衝光束朝向收納於一微影曝光設備(lithography exposure apparatus)中之一基板，以使該基板曝露於該脈衝光束；接收一指令以在該脈衝光束對該基板曝光時修改該脈衝光束之該脈衝重複率；基於該經接收指令在該脈衝光束對該基板曝光時，修改該脈衝光束之該脈衝重複率；判定該脈衝光束之該光譜特徵之一變化，該變化與該脈衝光束之該脈衝重複率之該修改相關；判定對該脈衝光束之一光譜特徵之一調整量，該調整量補償該脈衝光束之該光譜特徵之該經判定變化，該變化與該脈衝光束之該脈衝重複率的該修改相關；及在該脈衝光束對該基板曝光時，藉由該經判定之調整量改變該脈衝光束之該光譜特徵，以補償由該脈衝重複率之該修改引起之該光譜特徵之該變化。
  2. 如請求項1之方法，其中判定對該光譜特徵之該調整量包含：存取一相關性變因，該相關性變因定義該光學源的該重複率與該光譜特徵之間的一關係；判定該變因中之與該經修改脈衝重複率相關的該光譜特徵；及計算抵消與該經修改脈衝重複率相關之該光譜特徵的該光譜特徵之該調整量。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包含在引導該脈衝光束朝向該基板之前，針對該光學源建立該相關性變因。
  4. 如請求項2之方法，其進一步包含在該脈衝光束之一對脈衝叢發之間，針對該脈衝光學源建立該相關性變因。
  5. 如請求項1之方法，其中改變該脈衝光束之該光譜特徵包含：調整該光學源之一或多個組件。
  6. 如請求項5之方法，其中調整該光學源之該一或多個組件包含：調整一光譜特徵選擇設備的與該脈衝光束相互作用之一或多個光學組件，該調整包括使該光譜特徵選擇設備之一稜鏡旋轉。
  7. 如請求項6之方法，其中使該光譜特徵選擇設備之該稜鏡旋轉以藉此改變該光譜特徵包含在小於或等於50毫秒之一時間中，使該稜鏡自一第一穩定平衡位置旋轉至一第二穩定平衡位置。
  8. 如請求項6之方法，其中使該光譜特徵選擇設備之該稜鏡旋轉包含：使該稜鏡自一第一角度旋轉至一第二角度，其中該第一角度及該第二角度可為一360°旋轉中之任何角度。
  9. 如請求項1之方法，其中改變該脈衝光束之該光譜特徵包含：在該脈衝光束之脈衝叢發之間改變該光譜特徵。
  10. 如請求項1之方法，其中接收該指令以修改該脈衝光束之該脈衝重複率包含接收該指令以將該脈衝重複率修改一特定值，且修改該脈衝光束之該脈衝重複率包含將該脈衝光束之該重複率修改該特定值。
  11. 如請求項1之方法，其中在該脈衝光束對該基板曝光時，使該脈衝光束之該光譜特徵改變該經判定調整量以藉此補償該光譜特徵變化致使該脈衝光束之該光譜特徵保持在一預定穩定範圍內。
  12. 如請求項11之方法，其中將該光譜特徵保持在該預定穩定範圍中亦將形成於該基板中之一特徵的一臨界尺寸保持在一預定可接受範圍內。
  13. 如請求項1之方法，其中該光譜特徵為該脈衝光束之頻寬。
  14. 一種系統，其包含：一照明系統(illumination system)，其產生一脈衝光束(pulsed light beam)且引導該脈衝光束朝向一光微影曝光設備(photolithography exposure apparatus)，該照明系統包括以能夠改變之一脈衝重複率(pulse repetition rate)產生該脈衝光束的一光學源；一光譜特徵(spectral feature)選擇設備，其經組態以選擇該脈衝光束之一光譜特徵，該光譜特徵選擇設備包含配置於該脈衝光束之路徑中的一組光學組件；及一控制系統，其以操作方式連接至該光學源及該光譜特徵選擇設備，該控制系統經組態以：接收一請求以在該脈衝光束在該光微影曝光設備中對一基板曝光時修改產生該脈衝光束所用之該重複率；發送一控制信號至該照明系統以藉此在該脈衝光束在該光微影曝光設備中對該基板曝光時，修改該脈衝光束之該重複率；判定該脈衝光束之該光譜特徵之一變化，該變化與該脈衝光束之該脈衝重複率之該修改相關；判定對該脈衝光束之一光譜特徵之一調整量，該調整量補償該脈衝光束之該光譜特徵之該經判定變化，該變化與該脈衝光束之該脈衝重複率的該修改相關；及發送一信號至該光譜特徵選擇設備以使至少一個光學組件移動，以在該脈衝光束對該基板曝光時，藉由該經判定之調整量改變該脈衝光束之該光譜特徵，以藉此補償該光譜特徵變化。
  15. 如請求項14之系統，其中該光譜特徵選擇設備之該組光學組件包含至少一個稜鏡，且該控制系統經組態以發送一信號至與該至少一個稜鏡相關聯之一快速致動器以使該稜鏡旋轉，以藉此改變該光譜特徵。
  16. 如請求項15之系統，其中該光譜特徵選擇設備之該組光學組件包含：一色散光學元件，其經配置以與該脈衝光束相互作用，及複數個稜鏡，該複數個稜鏡在該色散光學元件與該光學源之間配置於該脈衝光束之路徑中。
  17. 如請求項15之系統，其中該光譜特徵選擇設備包含一致動系統，該致動系統包含與一稜鏡相關聯且經組態以使該相關聯稜鏡旋轉以藉此調整該脈衝光束之一光譜特徵的至少一個致動器。
  18. 如請求項15之系統，其中該快速致動器包含一旋轉載台，該旋轉載台關於一旋轉軸線旋轉且包括以機械方式連結至該稜鏡之之一區域。
  19. 如請求項18之系統，其中該旋轉載台經組態以沿著一全360°旋轉角關於該旋轉軸線旋轉。
  20. 如請求項14之系統，其中該照明系統包含一光束準備系統，該光束準備系統經組態以接收由該光學源生產之該脈衝光束且引導該脈衝光束朝向該光微影曝光設備。
  21. 如請求項14之系統，其中該光譜特徵為該脈衝光束之頻寬。
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