用于DUV光源中的逐脉冲波长目标跟踪的波长控制系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请涉及于2016年12月7日提交的美国申请号为15/372,277的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

所公开的主题是在激光控制的领域，并且更具体地是在如可以在半导体光刻工艺中使用的控制激光光源的波长的领域。

相关技术

光刻法是半导体工业中常用的工艺。现代光刻通常使用激光光源(也称为激光系统)来提供非常窄带的光脉冲，该光脉冲照射掩模，从而在步进扫描器装置(也称为扫描器)中的硅晶片(也称为衬底)上曝光光阻材料。然而，半导体器件参数的进步对所使用的激光光源和步进扫描器的性能特性提出了越来越高的要求。越来越需要提高这些器件的精度和操作速度。

如本领域所公知的，步进扫描器装置周期性地将指定波长目标传送到激光光源以生成激光。反过来，激光光源以该指定波长目标生成激光作为脉冲突发(即，串联或序列)，并且将其输出到步进扫描器以用于光刻过程。然而，在执行这些操作时存在很多挑战。例如，激光光源中的干扰会影响它以指定波长目标生成激光的准确程度。已经在激光光源中使用各种反馈操作来解决这些干扰。同样，步进扫描器装置中的干扰影响步进扫描器可以稳定地保持晶片的程度。在步进扫描器中已经使用各种反馈操作来解决这些干扰。所需要的是进一步改进激光光源和步进扫描器如何解决这种干扰。

技术实现要素：

本文中参考多个具体实施例示出和描述了一种用于基于所确定的晶片位置误差使用所接收的波长目标的变化来在激光脉冲突发中逐脉冲地控制激光脉冲的波长的系统和方法。

在一个实施例中，提供了一种激光波长控制的方法，该方法包括：(a)在激光系统控制器中接收新指定的激光波长目标；(b)由激光系统以新指定的激光波长目标生成激光脉冲突发；(c)在激光系统控制器中基于所测量的晶片位置误差接收波长目标的变化；(d)基于所接收的波长目标的变化来调节激光系统中的棱镜位置；(e)由激光系统使用经调节的棱镜位置生成激光脉冲突发中的下一激光脉冲；以及(f)当激光系统接收到波长目标的附加变化时，重复步骤(c)-(e)。在另一实施例中，该方法还包括当接收到另一新指定的激光波长目标时，重复步骤(a)到(f)。在又一实施例中，调节激光系统中的棱镜位置基于前馈操作，并且在又一实施例中，还基于反馈操作。

在另一实施例中，提供了一种用于逐脉冲激光波长控制的激光系统，该系统包括：激光源；包括棱镜的线缩窄模块；压电换能器和驱动电子器件；以及控制器，该控制器被配置为：(a)接收新指定的激光波长目标；(b)引导激光源以新指定的激光波长目标开始生成激光脉冲突发；(c)基于所测量的晶片位置误差接收波长目标的变化；(d)基于所接收的波长目标的变化使用压电换能器和驱动电子器件调节线缩窄模块中的棱镜位置；(e)引导激光源生成穿过经调节的棱镜位置的激光脉冲突发中的下一激光脉冲；以及(f)当接收到波长目标的附加变化时，重复步骤(c)-(e)。在另一实施例中，控制器还被配置为当接收到另一新指定的激光波长目标时，重复步骤(a)到(f)。在又一实施例中，控制器还被配置为基于前馈操作来调节棱镜位置，并且在又一实施例中，还基于反馈操作。

附图说明

在以下详细描述和附图中公开了各种实施例。

图1是可以在一个实施例中使用的示例性激光系统的框图。

图2是可以在一个实施例中使用的示例性步进扫描器的框图。

图3是可以在一个实施例中使用的反馈和前馈操作的框图。

图4是本方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

本文中描述的是一种用于控制激光光源生成的激光脉冲的波长以补偿如可以在半导体光刻中使用的步进扫描器装置中的晶片台移动的系统和方法。除了接收新指定的激光波长目标以用于后续脉冲突发之外，激光光源还接收由步进扫描器确定并且从步进扫描器传送的波长目标的变化，然后激光光源在前馈操作中使用该变化以对于在当前脉冲突发内生成的后续脉冲逐脉冲地调节所生成的激光。在另一实施例中，该前馈操作与反馈操作结合使用以调节所生成的激光。现在将描述该系统和方法的操作和元件。

现在参考图1，可以看到可以用于现代深紫外(“duv”，例如，波长为248纳米(nm)或193nm)光刻工艺的激光光源或激光系统100的框图。激光系统100中的光源是主振荡器(mo)室120。

如本领域中已知的，当mo室120发射时，所产生的激光进入线缩窄模块(lnm)110，在那里它通过棱镜(实际上是几个棱镜)照射到lnm110内的光栅上。这充当了波长选择器，因为改变lnm110中的棱镜的位置改变了激光的波长，这在本领域中也是已知的，进而影响扫描器中成像平面处的焦点。该经改变的波长激光通过mo室120返回到输出耦合器(oc)130，然后返回到负责处理和曝光半导体晶片的步进扫描器装置(未示出)。虽然这里的示例使用单室系统，但是该过程在双室系统中类似，并且根据本文中的教导，本方法同样适用于单室系统或双室系统。

应当注意，激光系统100、特别是lnm110(包括棱镜和光栅)中的元件和操作在本领域中是已知的(参见例如美国申请号14/794,508，该申请由本申请的受让人共同拥有并且该申请的全部内容通过引用并入本文)。

输出耦合器130还将从mo室120输出的激光传递到线中心分析模块(lam)170。lam170是波长采样器，其测量从mo室120输出的光的波长。然后，激光输出测量从lam170传递到激光系统控制器160。

在反馈操作中，激光系统控制器160使用从lam170接收的光输出测量来确定需要进行哪些改变以重新定位lnm110中的棱镜以减小波长误差。波长误差从指定的波长目标来计算。lnm110中的棱镜的位置由施加到连接到lnm110中的棱镜的压电换能器(pzt)140的电压控制。激光系统控制器160因此确定应当将什么电压施加到pzt140以实现新的期望棱镜位置。

激光系统控制器160向pzt驱动电子器件150输出指示要施加到pzt140的期望电压的数字信号。pzt驱动电子器件150包括数模转换器(dac)和模拟低通滤波器，dac将控制器160数字信号转换为模拟电压信号，模拟低通滤波器降低高频电噪声并且放大模拟dac电压信号。然后，该模拟电压信号从pzt驱动电子器件150传递到pzt140，pzt140将棱镜在lnm110中重新定位，这又导致在下一激光发射事件时通过输出耦合器130从mo室120输出的光的波长发生变化。

激光系统控制器160已经使用其他已知的算法和方法来根据上述反馈回路引导lnm110中的棱镜位置。如本领域中已知的，激光系统110中的各种干扰使得激光系统的所生成的激光波长在突发期间波动和/或改变，并且由于pzt的动态，激光系统控制器160不能简单地将棱镜定位在lnm110中以拒绝这些干扰。在美国专利no.8,254,420(通过引用整体并入本文)中公开的一种现有方法通过激光系统控制器160来解决这些干扰，激光系统控制器160使用棱镜的运动特性和激光干扰的模型来预测激光波长，并且计算降低预测的激光波长误差所需要的pzt电压。然后，当由lam170获取激光输出波长测量时，模型状态被更新。由于pzt电压是基于预测的波长误差计算的，因此该方法允许以与生成脉冲的速率不同的速率(通常是更高的速率)施加pzt电压。

对于当前激光脉冲突发中的每个激光脉冲，该整个过程继续。在某个时间点(例如，通常是每隔几秒)，步进扫描器以新指定的波长目标传送来自激光系统的对另一光脉冲突发的请求。结果，激光系统然后使用新指定的波长目标生成新的激光脉冲突发。

如上所述，所得到的激光最终从激光系统100传递到步进扫描器，该步进扫描器负责处理和曝光半导体晶片。现在参考图2，可以看到示例性步进扫描器200的框图。步进扫描器200将来自激光系统的激光脉冲接收到照明器系统201中，该照明器系统201包括一系列光学元件，这些光学元件控制并且将所接收的激光引导到并且通过位于掩模台205上的光刻掩模203。掩模台205和掩模203然后由掩模台定位装置207定位。激光穿过掩模203(并且穿过投影系统，未示出但在本领域中已知)到达位于晶片台211上的晶片209。晶片台211和晶片209由晶片定位装置213定位。位置传感器215(例如，一个或多个干涉仪或平面编码器)通过测量晶片台211的位置直接或间接地测量晶片209的位置。

然而，由于本领域中已知的并且如本申请的受让人共同拥有并且通过引用整体并入本文的美国专利no.8.705,004中所描述的各种原因，晶片并不总是在暴露于激光的同时保留在步进扫描器内的稳定位置。例如，尽管步进扫描器(例如，步进扫描器200)可以理想地沿着垂直于激光束的光轴的平面来移动晶片(例如，晶片209)，但是晶片的保持器(例如，晶片台211)的位置可能存在不希望的变化，或者晶片的保持器的定位装置(例如，晶片台定位装置213)的位置可能存在沿着激光束的光轴(通常称为“z轴”并且如图2所示)的不期望的变化。因此，诸如一个或多个干涉仪的测量装置(例如，位置传感器215)通常用在步进扫描器中以测量沿着z轴的衬底(例如，晶片209)的位置。步进扫描器内的控制器(例如，步进扫描器控制器217)使用该位置测量来确定如何在步进扫描器内的反馈操作中沿着z轴重新定位晶片以获取晶片上的激光的期望曝光。

在一些情况下，还已知这种步进扫描器反馈操作考虑步进扫描器中的各种干扰以进一步改善控制器确定如何沿着z轴重新定位晶片。除了或代替简单地重新定位晶片，步进扫描器可以最终确定需要全新的激光波长目标，并且因此将新指定的激光波长目标传送到激光系统以用于要由激光系统生成下一光脉冲突发。然而，可能存在很多激光脉冲要在电流突发中生成，这些脉冲不会被新指定的激光波长改变，并且因此这些剩余的激光脉冲将不能解决或克服当前的晶片台移动或位置误差。因此，对于这些剩余的激光脉冲，将不能获取晶片上的期望的激光聚焦。相反，本方法解决了这个问题，现在将对此进行解释。

本方法如下操作。步进扫描器中的一个或多个测量装置(例如，干涉仪或平面编码器)测量晶片沿着z轴的当前位置。步进扫描器中的控制器使用该测量的晶片位置来计算波长误差校正以补偿晶片台移动。在当前的激光脉冲突发期间，步进扫描器将这种波长误差校正作为波长目标的变化实时地传送给激光系统，或者经由步进扫描器用来传送新指定的激光波长目标的相同的通信机制或者经由新的通信机制，诸如高速串行接口。此外，激光系统使用波长目标的变化作为前馈操作中的时变设定点，并且在优选实施例中，结合任何现有的反馈操作，将棱镜在线缩窄模块中重新定位从而导致在主振荡器室中生成的激光是稳定的并且具有扫描器期望的波长目标。因此，这个生成的激光经由现有的反馈操作补偿激光系统内的任何干扰，并且还经由前馈操作补偿步进扫描器中的晶片台移动。该一系列事件对于整个脉冲突发继续，以逐脉冲地连续调节所生成的光的波长，以补偿晶片衬底沿着z轴的移动或位置误差。

现在参考图3，现在将进一步描述反馈和前馈操作的框图。如图所示，包括图1的激光系统100的lnm110、mo室120和lam170的设备311与图1的激光系统100的激光系统控制器160通信以执行本文所述的各种操作。

如图所示并且如已知的，现有技术的反馈操作基于致动器(例如，pzt)动力学和激光系统内的已知干扰的模型，该模型由估计模型状态的估计器309表示。该估计器基于卡尔曼滤波器范例，并且当激光波长测量可用时(例如，来自lam170)更新估计。然后，将全状态反馈增益(k)307乘以状态估计以计算反馈致动信号(例如，pzt电压的变化(δufb))，其由积分器303积分并且发送到设备311中的pzt。该控制系统形成本领域已知的反馈方法。

本文中描述的方法保留了该现有控制器结构和性能，同时还能够遵循动态参考轨迹r，该轨迹是从步进扫描器接收的波长目标变化。为了实现动态目标跟踪功能，使用前馈环路，该前馈环路与现有的反馈操作和控制器交互操作，而无需改变其底层结构。本方法将期望参考r乘以时变增益301以获取pzt电压变化的前馈分量δuff。然后将该δuff在加法器305中与δufb相加以获取pzt电压的总变化δu，其然后在发送到设备311中的致动器(例如，pzt)之前在积分器303中积分。计算可变增益使得从目标(＝r)到波长(＝y)的环路传递函数具有单位增益。因此，该增益计算如下：

其中a是系统矩阵，b是输入矩阵，c是输出矩阵，i是单位矩阵，k是全状态反馈增益矩阵，并且l是估计器增益矩阵。

相对于每隔几秒接收新指定的波长目标，以非常高的速率(例如，20khz或更高，因此每50毫秒)接收从步进扫描器传送的波长目标的变化，并且在优选实施例中，组合的反馈和前馈控制器也以相同的速率执行。由于前馈回路仅使用最新的轨迹值，而不是实际的波长测量，因此该方法对于测量延迟或丢失的测量是稳健的。

如此清楚的是，每隔几秒钟接收新指定的波长目标，而约每50毫秒接收该波长目标的变化。此外，为了减少处理时间和通信延迟，在优选实施例中，图1的激光系统控制器160被实现为处理现有技术的多个控制器的功能的单个控制器(例如，lam170、激光系统控制器160和pzt驱动电子器件150，每个都是本领域已知的)。更进一步地，在优选实施例中，图1的pzt140使用具有较高谐振频带的pzt以改善性能并且与阶段测量频率隔离。

现在参考图4，可以看到本方法400的一个实施例的流程图。

在操作401中，由激光源(例如，激光系统100)在来自步进扫描器(例如，扫描器200)的通信中接收用于新的激光脉冲突发的指定的波长目标。出于讨论的目的，指定的波长目标在本文中也称为期望的中心波长目标，并且通常每几秒传送新指定的波长目标。

在操作403中，激光源以指定波长目标开始生成脉冲突发，即一系列激光脉冲。

在操作405中，步进扫描器使用一个或多个位置传感器测量晶片位置误差，例如，经由一个或多个干涉仪。

在操作407中，步进扫描器(例如，使用步进扫描器内的控制器)确定波长目标的变化以解决所测量的晶片位置误差。单独地，步进扫描器内的控制器也可以使用该测量的位置误差以使用本领域已知的技术在步进扫描器内执行一些位置误差反馈校正。

在操作409中，由激光源在来自步进扫描器的通信中接收波长目标的变化。

在操作411中，使用所接收的波长目标的变化来运行前馈算法，以创建用于调节激光系统中的棱镜的新值。在一个实施例中，该算法在激光源中的控制器(例如，激光系统控制器160)中运行。在优选实施例中，在操作411中，还使用本领域已知的技术在激光源的控制器内运行反馈算法，并且组合前馈算法和反馈算法的结果以创建用于调节激光源中的棱镜的新值。

在操作413中，激光源使用新的棱镜调节值在当前突发中生成新的激光脉冲。换言之，使用新的棱镜调节值调节棱镜，并且激光源生成穿过经调节的棱镜的新的激光脉冲。

在操作415中，确定是否已经达到当前突发的结束(或者，等效地，新的突发开始时间)。如果不是，则该过程继续进行到步骤409以在当前脉冲突发中生成另外的激光脉冲(应当注意，其可以基于在重复步骤405和407中进一步的扫描器测量和确定，以及因此波长目标的进一步的改变)。否则，该过程返回到步骤401以接收新指定的波长目标并且开始生成新的激光脉冲突发。

本文中讨论的实施例是对本发明的说明。由于参考图示描述了本发明的这些实施例，所描述的方法和/或特定结构的各种修改或适配对于本领域技术人员而言将变得很清楚。依赖于本发明的教导并且这些教导已经使本领域发展的所有这些修改、改编或变化被认为是在本发明的精神和范围内。因此，描述和附图不应当被视为具有限制意义，因为应当理解，本发明决不仅限于所示的实施例。

还应当理解，可以在本文所述的本发明的精神和意义内使用替代序列和数学公式。

同样，应当理解，激光系统控制器160可以是包括处理器和存储器的任何计算系统，包括个人计算机、服务器或其他处理系统，该系统运行用于执行所描述的操作的软件指令，这些指令本身来自或驻留在计算机可读存储介质上。备选地，激光系统控制器160可以是专门被配置为执行所描述的操作的任何专用硬件，诸如专用集成电路(asic)或其他硬连线设备，具有或不具有固件。