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CN114563929A - 对脉冲光束的光谱特性的控制 - Google Patents

对脉冲光束的光谱特性的控制 Download PDF

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Abstract

本公开的实施例涉及对脉冲光束的光谱特性的控制。由光源产生的脉冲光束的光谱特征由一种方法来控制。该方法包括以脉冲重复率产生脉冲光束；将脉冲光束导向光刻曝光装置中接收的衬底，以使衬底暴露于脉冲光束；当脉冲光束曝光衬底时，修改脉冲光束的脉冲重复率。该方法包括确定对脉冲光束的光谱特征的调整量，该调整量补偿脉冲光束的光谱特征的变化，该变化与脉冲光束的脉冲重复率的修改相关。该方法包括在曝光衬底时，通过所确定的调整量来改变脉冲光束的光谱特征，从而补偿光谱特征的变化。

Description

对脉冲光束的光谱特性的控制
本申请是申请日为2017年10月4日、申请号为201780063849.5、发明名称为“对脉冲光束的光谱特性的控制”的中国发明专利的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请与2016年10月17日提交的美国申请No.15/295,280有关，该申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开的主题涉及控制从向光刻曝光装置提供光的光源输出的光束的光谱特征，诸如，例如，带宽或波长。
背景技术
在半导体光刻(或光刻)中，集成电路(IC)的制造需要在半导体(例如，硅)衬底(也称为晶片)上执行各种物理和化学过程。光刻曝光装置或扫描仪是将所需图案施加到衬底的目标部分上的机器。晶片被固定到台上，使得晶片通常沿着由扫描仪的正交XL和YL方向限定的平面延伸。通过具有深紫外(DUV)范围内的波长的光束辐射晶片。光束沿与扫描仪的ZL方向相对应的轴向传播。扫描仪的ZL方向与横向XL-YL平面正交。
准确地了解从诸如激光器的光源输出的光束的光谱特征或特性(例如，带宽)在许多科学和工业应用中是重要的。例如，使用对光源带宽的准确了解来使得能够控制深紫外(DUV)光刻中的最小特征尺寸或关键尺寸(CD)。关键尺寸是印刷在半导体衬底(也称为晶片)上的特征尺寸，因此CD可能需要精细尺寸控制。在光学光刻中，衬底由光源产生的光束辐射。通常，光源是激光源，并且光束是激光束。
发明内容
在一些一般方面，由光源产生的脉冲光束的光谱特征由一种方法来控制。该方法包括从光源以脉冲重复率产生脉冲光束；将脉冲光束导向光刻曝光装置中接收的衬底，以使衬底暴露于脉冲光束；当脉冲光束曝光衬底时，修改脉冲光束的脉冲重复率。方法包括确定对脉冲光束的光谱特征的调整量，该调整量补偿脉冲光束的光谱特征的变化，该变化与脉冲光束的脉冲重复率的修改相关。方法包括在脉冲光束曝光衬底时，通过所确定的调整量来改变脉冲光束的光谱特征，从而补偿光谱特征的变化。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，可以通过以下方式确定对光谱特征的调整量：访问相关性菜单，该相关性菜单定义重复率与光源的光谱特征之间的关系；在菜单中确定与修改的脉冲重复率相关的光谱特征；以及计算偏移与修改的脉冲重复率相关的光谱特征的光谱特征的调整量。
方法可以包括在将脉冲光束导向衬底之前，为光源创建相关性菜单。方法可以包括在脉冲光束的一对脉冲突发之间创建脉冲光源的相关性菜单。
可以通过调节光源的一个或多个部件来改变脉冲光束的光谱特征。可以通过调整与脉冲光束相互作用的光谱特征选择装置的一个或多个光学部件来调整光源的一个或多个部件。可以通过旋转光谱特征选择装置的棱镜来调整光谱特征选择装置的一个或多个光学部件。可以旋转光谱特征选择装置的棱镜，从而通过在小于或等于50毫秒的时间内将棱镜从第一稳定平衡位置旋转到第二稳定平衡位置来改变光谱特征。通过将棱镜从第一角度旋转到第二角度，可以旋转光谱特征选择装置的棱镜，其中第一角度和第二角度可以是360°旋转中的任何角度。
通过改变脉冲光束的脉冲突发之间的光谱特征，可以改变脉冲光束的光谱特征。
方法可以包括在脉冲光束曝光衬底时，接收以特定值修改脉冲光束的脉冲重复率的指令，其中修改脉冲光束的脉冲重复率包括以特定值修改脉冲光束的重复率。
在脉冲光束曝光衬底时，可以通过所确定的调整量来改变脉冲光束的光谱特征从而补偿光谱特征变化，使脉冲光束的光谱特征保持在预定的稳定范围内。
光谱特征可以保持在预定的稳定范围内，并且在衬底中形成的特征的关键尺寸可以保持在预定的可接受范围内。
光谱特征可以是脉冲光束的带宽。
在其他一般方面，一种系统包括照射系统、光谱特征选择装置和控制系统。照射系统产生脉冲光束并将其导向光刻曝光装置。照射系统包括光源，光源以能够改变的脉冲重复率产生脉冲光束。光谱特征选择装置被配置成选择脉冲光束的光谱特征。光谱特征选择装置包括布置在脉冲光束的路径中的一组光学部件。控制系统可操作地连接到光源和光谱特征选择装置。控制系统被配置成：控制产生脉冲光束的重复率，包括在脉冲光束曝光光刻曝光装置中的衬底时，修改脉冲光束的重复率；确定对脉冲光束的光谱特征的调整量，该调整量补偿脉冲光束的光谱特征的变化，该变化与脉冲光束的脉冲重复率的修改相关；以及在脉冲光束曝光衬底时，向光谱特征选择装置发送信号以移动至少一个光学元件，从而通过该确定的调整量改变脉冲光束的光谱特征，从而补偿光谱特征变化。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，光谱特征选择装置的一组光学部件可以包括至少一个棱镜。控制系统可以被配置成将信号发送到与至少一个棱镜相关联的快速致动器，以使棱镜旋转从而改变光谱特征。光谱特征选择装置的该组光学部件可以包括：布置成与脉冲光束相互作用的色散光学元件，以及布置在色散光学元件和光源之间的脉冲光束的路径中的多个棱镜。
光谱特征选择装置可以包括致动系统，该致动系统具有至少一个致动器，其与棱镜相关联并且被配置成旋转相关联的棱镜，从而调整脉冲光束的光谱特征。
快速致动器可以包括围绕旋转轴旋转的旋转台，并且包括与棱镜机械链接的区域。旋转台可以被配置成围绕旋转轴旋转整个360°的旋转角度。
该照射系统可以包括光束准备系统，该光束准备系统被配置成接收从光源产生的脉冲光束并将脉冲光束导向光刻曝光装置。
附图说明
图1是产生脉冲光束的光刻系统的框图，该脉冲光束被导向光刻曝光装置；
图2是由图1的光刻系统产生的脉冲光束的示例性光谱的图；
图3是可以用于图1的光刻系统的示例性光源的框图；
图4是可以用于图1的光刻系统的示例性光谱特征选择装置的框图；
图5是可以用于图1的光刻系统的示例性控制系统的框图；
图6是可以用于图1的光刻系统的示例性光谱特征选择装置的框图；
图7是由图1的光刻系统执行以快速控制脉冲光束的带宽以补偿脉冲光束的重复率的变化的示例性过程的流程图；
图8是由图1的光刻系统执行以确定对脉冲光束的带宽的调节的示例性过程的流程图；
图9是示出脉冲光束的带宽与两个不同光源的重复率之间的关系的示例图；以及
图10是用于操作图1的光刻系统的示例性过程的流程图。
具体实施方式
参考图1，光刻系统100包括产生脉冲光束110的照射系统150，该脉冲光束110具有名义上处于中心波长的波长并且被引导到光刻曝光装置或扫描仪115。脉冲光束110用于在扫描仪115中接收的衬底或晶片120上图案化微电子特征。照射系统150包括光源105，其以能够改变的脉冲重复率产生脉冲光束110。
照射系统150包括光谱特征选择装置130。光谱特征选择装置130与由光源105产生的光束110相互作用，并被配置成选择脉冲光束110的一个或多个光谱特征(诸如，带宽或波长)。光谱特征选择装置130包括布置在脉冲光束110的路径中的一组光学部件(例如，图4中所示)。照射系统150包括可操作地连接到脉冲光源105和光谱特征选择装置130的控制系统185。此外，扫描仪115包括可操作地连接到控制系统185和扫描仪115内的部件的光刻控制器140。
脉冲光束110的脉冲重复率是光源105产生光束110的脉冲的速率。因此，例如，脉冲光束110的重复率是1/Δt，其中Δt是脉冲之间的时间。控制系统185通常被配置成控制产生脉冲光束110的重复率，包括在脉冲光束曝光光刻曝光装置115中的晶片120时，修改脉冲光束的重复率。
在一些实施方式中，扫描仪115(通过控制器140和控制系统185之间的通信)触发光源105以产生脉冲光束110，因此扫描仪115通过控制器140和控制系统185来控制重复率。例如，控制器140向控制系统185发送信号，以将光束110的重复率保持在可接受速率的特定范围内。扫描仪115通常保持光束110的每个脉冲突发的重复率恒定。光束110的脉冲突发可以对应于晶片120上的曝光场。曝光场是例如在扫描仪115内的曝光狭缝或窗口的一次扫描中曝光的晶片120的区域。脉冲突发可以包括例如10至500个脉冲。
管理扫描仪115的客户希望能够在跨晶片120扫描光束110时修改光束110的脉冲重复率。因此，扫描仪115也可以(通过控制器140和控制系统185)请求对光束110的重复率进行改变或修改，并且这种改变请求可以在脉冲突发之间发生。例如，客户可能更喜欢以较低的重复率操作以允许客户对每个晶片120使用较少的脉冲，而不是简单地衰减扫描仪115内的光束110。
照射系统150的若干性能特征(诸如由照射系统150产生的光束110的参数)对重复率的改变敏感。例如，当光束110的重复率改变时，光束110的一个或多个光谱特征(诸如带宽或波长)可以波动或变化。例如，光束110的带宽取决于光束110的波前，并且当调整光束110的脉冲的重复率时，光束110的波前可能变得失真。带宽的不稳定导致在晶片120处的关键尺寸(CD)的不可接受的变化，并因此导致照射系统150的不可靠的性能。另外，从照射系统150的一种设计到照射系统150的另一种设计，照射系统150的性能特性的变化可以不同。因此，通过对光束110的重复率的调节来稳定照射系统150的性能特性的单一解决方案是不可行的。
具体地，关键尺寸(CD)是可以由系统100印刷在晶片120上的最小特征尺寸。CD取决于光束110的波长。为了保持印刷在晶片120上以及在由系统100曝光的其他晶片上的微电子特征的均匀CD，光束110的中心波长应保持在预期或目标中心波长或在目标波长附近的波长范围内。因此，除了将中心波长保持在目标中心波长或在目标中心波长附近的可接受波长范围内之外，还希望将光束110的带宽(光束110中的波长范围)保持在可接受的带宽范围内。
为了将光束110的带宽保持在可接受的范围，控制系统185被配置成确定对脉冲光束110的带宽的调整量，其中对脉冲光束110的带宽的调整补偿由对脉冲光束110的脉冲重复率的修改引起的脉冲光束110的带宽的改变或变化。另外，控制系统185被配置成在脉冲光束110曝光晶片120时，向光谱特征选择装置130发送移动装置130的至少一个光学部件的信号，从而以所确定的调整量改变脉冲光束110的带宽，从而补偿由修改脉冲光束110的脉冲重复率引起的带宽变化。
脉冲光束110的带宽可以在任何两个脉冲突发之间改变。另外，带宽从第一值改变到第二值以及稳定在第二值处所花费的时间应当小于脉冲突发之间的时间。例如，如果突发之间的时间段是50毫秒(ms)，那么将带宽从第一值改变到第二值并稳定在第二值的总时间应当小于50ms。控制系统185和光谱特征选择装置130被设计成使能带宽的这种快速变化，如下面详细讨论的。
在一些实施方式中，扫描仪115不知道光束110的重复率的值；相反，扫描仪115(通过控制系统185)仅向脉冲光源105提供触发，以特定重复率产生脉冲。在其他实施方式中，扫描仪115或照射系统150可以通过测量光束110的连续脉冲之间的时间来监控脉冲重复率，并使用该信息来控制或修改光束110的重复率。例如，可以通过测量(量测)系统170来执行这些测量。
扫描仪115的控制器140向控制系统185发送信号，以调整或修改跨晶片120扫描的脉冲光束110的重复率。发送到控制系统185的信号可以使控制系统185修改发送到脉冲光源105的电信号。例如，如果脉冲光源105包括气体激光放大器，则电信号向脉冲光源105的一个或多个气体放电腔室内的电极提供脉冲电流。
接下来提供关于光刻系统100的细节。具体地，再次参考图1，晶片120被放置在晶片台上，该晶片台被构造成保持晶片120并连接到定位器，定位器被配置成根据某些参数并在控制器140的控制下精确定位晶片120。
光束110被引导通过光束准备系统112，光束准备系统112可以包括修改光束110的多个方面的光学元件。例如，光束准备系统112可以包括反射和/或折射光学元件、光学脉冲展宽器和光学孔径(包括自动快门)。
光束110的脉冲以深紫外(DUV)范围内的波长(例如，具有248纳米(nm)或193nm的波长)为中心。在晶片120上图案化的微电子特征的尺寸取决于脉冲光束110的波长，较低的波长导致较小的最小特征尺寸或关键尺寸。当脉冲光束110的波长为248nm或193nm时，微电子特征的最小尺寸可以是例如50nm或更小。用于分析和控制脉冲光束110的带宽可以是其光谱200(或发射光谱)的实际瞬时带宽，其包含关于光束110的光能或功率如何在不同波长(或频率)上分布的信息，如图2中所示。
光刻系统100还可以包括量测系统170，其可以包括测量光束110的一个或多个光谱特征(诸如带宽或波长)的子系统。在操作期间，由于施加到光刻系统100的各种干扰，晶片120处的光束110的光谱特征(诸如带宽或波长)的值可能与期望的光谱特征(即，扫描仪115期望的光谱特征)不对应或不匹配。因此，在操作期间通过估计光谱的度量的值来测量或估计光束110的光谱特征(诸如特征带宽)，使得操作员或自动系统(例如，反馈控制器)能够使用所测量或估计的带宽来调整光源105的特性并调整光束110的光谱。量测系统170的子系统基于该光谱来测量光束110的光谱特征(诸如带宽和/或波长)。
量测系统170接收从光束分离设备重定向的光束110的一部分，该光束分离设备放置在光源105和扫描仪115之间的路径中。光束分离设备将光束110的第一部分或第一百分比导向到量测系统170中并将光束110的第二部分或第二百分比导向扫描仪115。在一些实施方式中，在第二部分中将光束110中的大部分导向扫描仪115。例如，光束分离设备将光束110的一部分(例如，1-2％)导向到量测系统170中。光束分离设备可以是例如分束器。
扫描仪115包括光学装置，该光学装置具有例如一个或多个聚光透镜、掩模和物镜装置。掩模可沿一个或多个方向(诸如沿光束110的光轴或在垂直于光轴的平面中)移动。物镜装置包括投影透镜并且使得能够发生从掩模到晶片120上的光致抗蚀剂的图像转移。照射器系统调节照射在掩模上的光束110的角度范围。照射器系统还使光束110的强度分布跨掩模均匀化(使其均匀)。
除了其他特征之外，扫描仪115可以包括光刻控制器140、空气调节装置和用于各种电气部件的电源。除了控制光束110的脉冲的重复率(如上面所讨论的)之外，光刻控制器140还控制如何在晶片120上印刷层。光刻控制器140包括存储诸如工艺菜单的信息并且还存储关于可以使用或优选哪些重复率的信息的存储器，如下面更全面地描述的。
由光束110辐射晶片120。工艺程序或菜单确定晶片120上的曝光长度、所使用的掩模以及影响曝光的其他因素。在光刻期间，如上面所讨论的，光束110的多个脉冲照射晶片120的相同区域以构成照射剂量。照射相同区域的光束110的脉冲数N可以被称为曝光窗口或狭缝，并且可以通过放置在掩模之前的曝光狭缝来控制狭缝的尺寸。在一些实施方案中，N的值以10计，例如，从10至100个脉冲。在其他实施方式中，N的值大于100个脉冲，例如，从100至500个脉冲。
在曝光期间，掩模、物镜装置和晶片120中的一个或多个可以相对于彼此移动，以跨曝光场扫描曝光窗口。曝光场是在曝光狭缝或窗口的一次扫描中曝光的晶片120的区域。
参考图3，示例性光源305是脉冲激光源，其产生脉冲激光束作为光束110。光源305是两级激光系统，其包括向功率放大器(PA)310提供种子光束611的主振荡器(MO)300。主振荡器300通常包括其中发生放大的增益介质和诸如光学谐振器的光学反馈机构。功率放大器310通常包括增益介质，其中当用来自主振荡器300的种子激光束作为种子时发生放大。如果功率放大器310被设计为再生环形谐振器，则其被描述为功率环放大器(PRA)，并且在这种情况下，可以从环的设计提供足够的光学反馈。主振荡器300使得能够在相对低的输出脉冲能量下微调光谱参数(诸如中心波长和带宽)。功率放大器310接收来自主振荡器300的输出并放大该输出来获得用于输出的所需的功率以用于光刻。
主振荡器300包括具有两个细长电极的放电腔室、用作增益介质的激光气体以及在电极之间循环气体的风扇。激光谐振器形成在光谱特征选择装置130(在放电腔室的一侧并接收种子光束611)和输出耦合器315(在放电腔室的第二侧以将种子光束611输出到功率放大器310)之间。
光源305还可以包括接收来自输出耦合器315的输出的线中心分析模块(LAM)320，以及根据需要修改光束的尺寸和/或形状的一个或多个光束修改光学系统325。线中心分析模块320是可以用于测量种子光束的波长(例如，中心波长)的一种类型的测量系统的示例。
功率放大器310包括功率放大器放电腔室，并且如果它是再生环形放大器，则功率放大器还包括光束反射器或光束转向装置330，其将光束反射回放电腔室以形成循环路径。功率放大器放电腔室包括一对细长电极、用作增益介质的激光气体以及用于在电极之间循环气体的风扇。通过重复穿过功率放大器310来放大种子光束。光束修改光学系统325提供内耦合种子光束并且外耦合来自功率放大器的经放大的辐射的一部分以形成输出光束110的方式(例如，部分反射镜)。
在主振荡器300的放电腔室和功率放大器310的放电腔室中使用的激光气体可以是用于产生围绕所需波长和带宽的激光束的任何合适的气体。例如，激光气体可以是发射波长为约193nm的光的氟化氩(ArF)，或发射波长为约248nm的光的氟化氪(KrF)。
线中心分析模块320监视主振荡器300的输出的波长。线中心分析模块320可以被放置在光源305内的其他位置，或者它可以被放置在光源305的输出处。
光谱特征选择装置130从光源105(或305)接收种子光束611，并基于来自控制系统185的输入微调光源105、305的光谱输出。参见图4，其示出了耦合到来自光源105、305的光的示例性光谱特征选择装置430。在一些实施方式中，光谱特征选择装置130接收来自主振荡器300的光以使得能够微调光谱特征，诸如主振荡器300内的波长和带宽。
光谱特征选择装置430可以包括控制模块452，控制模块452包括固件和软件的任何组合形式的电子设备。模块452连接到一个或多个致动系统454、456、458。致动系统454、456、458中的每个可以包括连接到光学系统466的相应的光学特征460、462、464的一个或多个致动器。光学特征460、462、464被配置成调整所生成的光束110的特定特性，从而调整光束110的光谱特征。控制模块452从控制系统185接收控制信号，控制信号包括操作或控制致动系统454、456、458中的一个或多个的特定命令。可以选择和设计致动系统454、456、458以协同工作。
每个光学特征460、462、464光学地耦合到由光源105产生的光束110。致动系统454、456、458的致动器中的每一个是用于移动或控制光学系统466的相应的光学特征460、462、464的机械装置。致动器从模块452接收能量，并将该能量转换成施加到光学系统466的光学特征460、462、464的某种运动。例如，致动系统可以是用于旋转扩束器的棱镜中的一个或多个的力施加装置和旋转台中的任何一种。致动系统454、456、458可以包括例如电机，诸如步进电机、阀、压力控制装置、压电装置、线性电机、液压致动器、音圈等。
光谱特征选择装置130可以被设计为类似于2016年10月17日提交的美国申请No.15/295,280(其全部内容通过引用并入本文)的图3A、图3B、图4A-图4C、图5A-图5C、图6A-图6D和图7中示出和关于其描述的装置130、430、530、630、730。
参考图5，其提供了关于涉及本文描述的系统和方法的各方面的控制系统185的细节。控制系统185可以包括图5中未示出的其他特征。通常，控制系统185包括数字电子电路系统、计算机硬件、固件和软件中的一个或多个。
控制系统185包括存储器500，其可以是只读存储器和/或随机存取存储器。适合于有形地体现计算机程序指令和数据的存储设备包括所有形式的非易失性存储器，例如包括半导体存储器设备(诸如EPROM、EEPROM和闪存设备)、磁盘(诸如内部硬盘和可移除磁盘)、磁光盘和CD-ROM盘。控制系统185还可以包括一个或多个输入设备505(诸如键盘、触摸屏、麦克风、鼠标、手持输入设备等)和一个或多个输出设备510(诸如扬声器或显示器)。
控制系统185包括一个或多个可编程处理器515，以及有形地体现在机器可读存储设备中以用于由可编程处理器(诸如处理器515)执行的一个或多个计算机程序产品520。一个或多个可编程处理器515均可以执行指令程序，以通过对输入数据进行操作并生成适当的输出来执行期望的功能。通常，处理器515从存储器500接收指令和数据。前述中的任何一个都可以由专门设计的ASIC(专用集成电路)补充或并入其中。
除了其他部件之外，控制系统185还包括光谱特征分析模块525、光刻分析模块530、决策模块535、光源致动模块550、光刻致动模块555和光束准备致动模块560。这些模块中的每个可以是由诸如处理器515的一个或多个处理器执行的一组计算机程序产品。另外，模块525、530、535、550、555、560中的任何一个可以访问存储在存储器500中的数据。
光谱特征分析模块525接收来自量测系统170的输出。光刻分析模块530接收来自扫描仪115的光刻控制器140的信息。决策模块535接收来自分析模块(诸如模块525和530)的输出并基于来自分析模块的输出确定需要激活哪个或哪些致动模块。光源致动模块550连接到光源105和光谱特征选择装置130中的一个或多个。光刻致动模块555连接到扫描仪115，并且具体地连接到光刻控制器140。光束准备致动模块560连接到光束准备系统112的一个或多个部件。
虽然图5中仅示出了几个模块，但控制系统185可以包括其他模块。另外，尽管控制系统185被表示为其中所有部件看起来共同定位的盒子，但是控制系统185可以由物理上彼此远离的部件构成。例如，光源致动模块550可以与光源105或光谱特征选择装置130物理地共同定位。
通常，控制系统185从量测系统170接收关于光束110的至少一些信息，并且光谱特征分析模块525对该信息执行分析以确定如何调整提供给扫描仪115的光束110的一个或多个光谱特征(例如，带宽)。基于该确定，控制系统185将信号发送到光谱特征选择装置130和/或光源105，以控制光源105的操作。
通常，光谱特征分析模块525执行估计光束110的一个或多个光谱特征(例如，波长和/或带宽)所需的所有分析。光谱特征分析模块525的输出是光谱特征的估计值。
光谱特征分析模块525包括比较块，其被连接成接收估计的光谱特征并且还被连接成接收光谱特征目标值。通常，比较块输出表示光谱特征目标值和估计值之间的差的光谱特征误差值。决策模块535接收光谱特征误差值并确定如何最佳地对系统100进行校正以便调整光谱特征。因此，决策模块535向光源致动模块550发送信号，光源致动模块550确定如何基于光谱特征误差值来调整光谱特征选择装置130(或光源105)。光源致动模块550的输出包括发送到光谱特征选择装置130的一组致动器命令。例如，光源致动模块550将命令发送到光谱特征控制模块452，光谱特征控制模块452连接到光谱特征致动系统454、456、458。
控制系统185使光源105以给定的重复率操作。更具体地，扫描仪115针对每个脉冲(即，基于脉冲到脉冲)向光源105发送触发信号，并且这些触发信号之间的时间间隔可以是任意的，但是当扫描仪115以规则的间隔发送触发信号时，则这些信号的速率就是重复率。重复率可以是扫描仪115请求的速率。
通过在扫描仪115中的控制器140的指令的控制下由控制系统185控制主振荡器300的重复率来确定由功率放大器310产生的脉冲的重复率。从功率放大器310输出的脉冲的重复率是扫描仪115看到的重复率。
光刻系统100可以向(操作扫描仪115的)用户或客户提供根据特定应用的需要而选择多种重复率中的任何一种的能力。如上面所讨论的，性能特性(例如，诸如光束110的带宽的光谱特征)可以随重复率而变化。
参考图6，示例性光学系统666是线窄化模块，其包括一组色散光学元件，诸如由四个折射光学器件(棱镜660、662、664、668)制成的扩束器600和衍射光学器件(光栅670)。种子光束611在进入线窄化模块666时穿过孔径605，并且当其离开线窄化模块666时也穿过孔径605。
线窄化模块666被设计成通过调整照射在光栅670的衍射表面671上的种子光束611的入射角来调节在主振荡器300的谐振器内产生的种子光束611的波长。具体地，这可以通过调整由光栅670提供的角度色散来实现。可以旋转光栅670和棱镜660、662、664、668中的一个或多个以调整种子光束611的入射角，并且因此调整由主振荡器300产生的种子光束611的波长。
通过调整光栅670反射种子光束611的角度来选择种子光束611的波长。光栅670反射在主振荡器300的增益介质的发射带内的光束611的不同光谱分量。以较大的角度从光栅670反射到主振荡器300的谐振器的光轴的那些波长分量在随后的往返行程中遭受更大的损耗，并且因此提供了带宽的窄化。因为以大于主振荡器300的谐振器的固定接收角的角度从棱镜出射的光束611的那些波长分量在光束谐振时从光束611中消除，所以发生带宽窄化。因此，光束611的带宽由光栅670的色散以及由扩束器600(四个棱镜660、662、664、668)提供的放大确定，因为较小范围的波长以主振荡器300的谐振器的接受角度内的角度从扩束器600发出。
光栅670可以是高闪耀角阶梯(Echelle)光栅，并且以满足光栅方程的任何角度入射在光栅670上的光束611将被反射(衍射)。光栅方程提供光栅670的光谱级、衍射波长、光束611在光栅670上的入射角、光束611从光栅670衍射的出射角、入射到光栅670上的光束611的垂直发散和光栅670的凹槽间隔之间的关系。另外，如果使用光栅670使得光束611在光栅670上的入射角等于光束611从光栅670的出射角，则光栅670和扩束器600以Littrow配置布置，并且从光栅670反射的光束611的波长是Littrow波长。可以假设入射到光栅670上的光束611的垂直发散接近零。为了反射标称波长，光栅670相对于入射到光栅670上的光束610对准，使得标称波长通过扩束器600反射回来，以在主振荡器300的腔室中被放大。然后，可以通过变化光束611到光栅670上的入射角，在主振荡器300的整个增益带宽上调谐Littrow波长。
距离光栅670最远并且尺寸也最小的棱镜660安装在致动器660a上，致动器660a使棱镜660旋转，并且这种旋转改变照射在光栅上的光束611的光学放大。致动器660a是旋转台，其使得能够快速控制棱镜660的位置，以使得能够快速调整光束611(并因此光束110)的带宽。旋转台660a可以包括固定棱镜660的安装表面(例如板660p)和机械地耦合到安装表面以使得安装表面能够旋转的电机(未示出但安装在壳体660h内)。旋转台660a能够以使得光束611的带宽(并且因此光束110的带宽)能够在光束110的脉冲突发的时间帧内从第一带宽改变到第二带宽并且还稳定在第二带宽内的速度旋转棱镜660。致动器660a的旋转设计向其上安装棱镜660的安装表面施加纯旋转运动，而不使用用于棱镜660的现有致动器上的任何线性运动或弯曲运动。另外，使用旋转台660a使得棱镜660能够旋转大约整个360°，这与使用线性步进电机和弯曲设计的现有致动器(其中棱镜660仅可以是旋转大约根据弯曲确定的角度)不同。
在一些实施方式中，旋转台660a可以使用直接驱动步进电机作为电机来旋转安装表面。直接驱动步进电机是常规的电磁电机，它使用内置的步进电机功能进行位置控制。在可能需要更高运动分辨率的其他实施方式中，旋转台660a可以使用压电电机技术。
旋转台660a可以是通过使用变频驱动控制方法的电机控制器来控制以提供棱镜660的快速旋转的旋转台。
使用棱镜660的旋转对光束611和光束110的带宽的调整可以被认为是粗调；这意味着它能够在较宽的带宽范围(例如，大约250nm的范围)上调整带宽。
下一个棱镜662更靠近光栅670并且其尺寸大于或等于棱镜660的尺寸，在一些实施方式中，棱镜662的空间可以固定。更靠近光栅670的下一个棱镜664的尺寸大于或等于棱镜662的尺寸。
棱镜664可以安装到使棱镜664旋转的致动器664a上，并且棱镜664的这种旋转可以提供对种子光束611的波长的精细控制。致动器664a可以是用压电电机控制的旋转台。压电电机利用逆压电效应进行操作，其中材料产生声学或超声波振动以便产生线性或旋转运动。
最靠近光栅670的棱镜668的尺寸大于或等于棱镜664的尺寸(棱镜668是扩束器600的最大的棱镜)。棱镜668可以安装到使棱镜668旋转的致动器668a，并且棱镜668的这种旋转可以提供对种子光束611的波长的粗略控制。在一些实施方式中，致动器668a是旋转台，其包括固定棱镜668的安装表面和旋转安装表面的电机。致动器668a的电机可以是比现有的线性步进电机和弯曲组合设计快50倍的压电电机。致动器668a还可以包括为控制系统185提供角度位置反馈的旋转编码器。
参考图7，光刻系统100(在控制系统185和可选的控制器140的控制下)执行用于控制由光源105产生的光束110的带宽的过程700。
过程700包括以一脉冲重复率从脉冲光源105产生脉冲光束110(705)。例如，控制系统185可以向光源105发送信号以产生脉冲光束110，另外，控制器140可以向控制系统185提供所需的脉冲重复率。
脉冲光束110被导向在扫描仪115中接收的衬底120，以将衬底120暴露于脉冲光束110(710)。例如，通过光束准备系统112将从光源105发出的光束110引导到扫描仪115。
在脉冲光束110曝光衬底120时，修改脉冲光束110的脉冲重复率(715)。例如，当光束110曝光衬底120时，控制器140向控制系统185发送信号以使光源105改变光束110的脉冲的重复率，如上面所讨论的。因此，控制系统185可以接收来自控制器140的指令，以在脉冲光束110曝光衬底120时，以特定值修改脉冲光束110的脉冲重复率。以这种方式，控制系统185基于请求确定如何调整从光源致动模块550输出的信号。
接下来，确定对脉冲光束110的带宽的调整量(720)，其中这种调整量补偿由脉冲光束110的脉冲重复率的修改引起的脉冲光束110的带宽的变化。在脉冲光束110曝光衬底120时，以该确定的调整量改变脉冲光束110的带宽，从而补偿带宽变化(770)。
在一些实施方式中，控制系统185通过执行示例性过程820来确定对脉冲光束110的带宽的调整量(720)。过程820包括访问重复率和带宽之间的相关性菜单(822)，确定与菜单中的修改的脉冲重复率相关的带宽(824)，以及计算偏移与修改的脉冲重复率相关的带宽的带宽的调整量(826)。
控制系统185访问可以存储在存储器500中的相关性菜单(822)。相关性菜单定义该光源105的重复率与带宽之间的相关性。例如，相关性菜单可以指示光束110针对特定重复率具有特定带宽，并且相关性菜单还可以指示光束110的带宽如何随着重复率的修改而改变。例如，参考图9，图900(短划线)示出了第一示例性相关性菜单，其是第一光源105a的光束110的带宽与光束110的重复率之间的关系。图950(点划线)示出了第二不同示例性相关性菜单，其是第二光源105b的光束110的带宽与光束110的重复率之间的关系。
在一些实施方式中，在将由光源105a、105b产生的脉冲光束110导向衬底120之前，为相应的脉冲光源105a、105b创建诸如900或950的相关性菜单。在其他实施方式中，在脉冲光束110的一对脉冲突发之间经过的时间期间，为相应的光源105a、105b创建诸如900或950的相关性菜单。可以在制造和/或在维护期间升级光源105时，或者在光源105运行时，将相关性菜单预加载到存储器500中。
当光束110的重复率被修改时，通过测量由光源105产生的光束110的带宽的值来确定相关性菜单。可以由量测系统170测量光束110的带宽。
例如，参考图10，可以通过执行过程1000来确定或创建相关性菜单。最初，在照射系统150在线但其输出(脉冲光束110)没有被扫描仪115使用时，照射系统以重复率R操作(1002)。接下来，在照射系统150以重复率R操作时，由照射系统150测量光源105的一个或多个性能参数(诸如光谱特征，例如，带宽)(1004)。所测量的性能参数和以其测量性能参数的重复率R被存储在例如存储器500内(1006)。
如果照射系统150已经以所有感兴趣的重复率R操作(1008)，那么针对该照射系统150的过程1000完成。否则，将重复率R改变成新的重复率(1010)并且由照射系统150测量光源105的一个或多个性能参数，例如光束110的带宽(1004)。可以通过将紧接在前面的值递增固定量来获得新的重复率R，或者可以使用包括将重复率R减小固定量，将重复率增加或减少可变或随机量的其他方法来改变重复率R的值，或通过测试预期最感兴趣的重复率R的值来改变重复率R的值。
照射系统150可以在相对短的时间段(例如，大约一分钟)内执行该过程1000。另外，照射系统150可以被配置成执行该过程1000以变化分辨率，以便控制过程1000的总持续时间或者提供带宽和重复率R之间的更精细的相关性。例如，对于高分辨率分析或相关性，重复率R可以在1010增加10Hz，或者对于较低分辨率的分析或相关性，重复率R可以在1010增加20Hz。
可以至少部分地通过调整光谱特征选择装置130的一个或多个光学部件来以确定的调整量改变脉冲光束110的带宽(770)。例如，控制系统185可以确定要发送到光源致动模块550的调整信号，这种信号指示模块452将特定信号发送到致动系统454、456、468中的一个或多个，从而修改一个或多个光学特征460、462、464。可以通过用快速致动器660a旋转棱镜660来快速改变带宽(770)。另外，可以在小于或等于脉冲光束110的脉冲突发之间的时间的时间内快速改变带宽(770)。例如，在小于或等于50毫秒的时间内，棱镜660从第一稳定平衡位置旋转到第二稳定平衡位置。因为快速致动器660a是旋转台，所以棱镜660可以旋转到在整个360°旋转范围内的任何角度。
通过在脉冲光束曝光衬底时，以所确定的调整量改变脉冲光束110的带宽，光刻系统100能够补偿由脉冲光束110的脉冲重复率的修改引起的脉冲光束110的带宽的变化，并且因此即使在扫描期间改变光束110的重复率，也可以将脉冲光束110的带宽保持在预定的稳定范围内。另外，通过将带宽保持在预定的稳定范围内，在衬底120中形成的特征的关键尺寸也可以保持在预定的可接受范围内。
其他实施方式在以下权利要求的范围内。
例如，在其他实施方式中，棱镜662安装到其自身的致动器662a，致动器662a使棱镜662旋转，并且这种旋转改变照射在光栅670上的光束611的入射角并且可以用于提供对光束611的波长的精细控制。致动器662a可以是压电旋转台。在这些其他实施方式中，棱镜664可以安装到致动器664a，致动器664a提供对光束611的带宽的精细控制。这种致动器664a可以是步进电机旋转台。
在其他实施方式中，棱镜660可以被安装成使得其力矩轴不与致动器662a的旋转轴对准。在这些实施方式中，棱镜轴沿着垂直于致动器662a的旋转轴的方向偏离致动器662a的轴。延伸臂可以在一端安装到致动器662a的旋转轴，并且在第二端安装到棱镜660的力矩轴。

Claims (18)

1.一种控制脉冲光束的光谱特征的方法，所述方法包括：
将所述脉冲光束导向衬底，以使所述衬底暴露于所述脉冲光束；
当所述脉冲光束曝光所述衬底时，接收修改所述脉冲光束的脉冲重复率的指令；
当所述脉冲光束曝光所述衬底时，基于接收到的指令，修改所述脉冲光束的脉冲重复率；
确定与对所述脉冲光束的脉冲重复速率的修改相关的、所述脉冲光束的光谱特征的变化；
确定对所述脉冲光束的光谱特征的调整量，所述调整量补偿确定的所述脉冲光束的所述光谱特征的变化，所述变化与所述脉冲光束的所述脉冲重复率的所述修改相关；以及
当所述脉冲光束曝光所述衬底时，通过确定的调整量来改变所述脉冲光束的所述光谱特征，从而补偿由对所述脉冲重复率的修改导致的所述光谱特征的变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定对所述光谱特征的所述调整量包括：
访问相关性菜单，所述相关性菜单定义所述重复率和所述光谱特征之间的关系；
在所述菜单中确定与修改的脉冲重复率相关的所述光谱特征；以及
计算偏移与所述修改的脉冲重复率相关的所述光谱特征的所述光谱特征的所述调整量。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括在将所述脉冲光束导向所述衬底之前，为光源创建所述相关性菜单。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括在所述脉冲光束的一对脉冲突发之间，为光源创建所述相关性菜单。
5.根据权利要求1所述的方法，其中改变所述脉冲光束的所述光谱特征包括调整光源的一个或多个部件。
6.根据权利要求5所述的方法，其中调整所述光源的所述一个或多个部件包括调整与所述脉冲光束相互作用的光谱特征选择装置的一个或多个光学部件，包括旋转所述光谱特征选择装置的棱镜。
7.根据权利要求1所述的方法，其中改变所述脉冲光束的所述光谱特征包括：改变所述脉冲光束的脉冲突发之间的所述光谱特征。
8.根据权利要求1所述的方法，其中：
接收修改所述脉冲光束的所述脉冲重复率的指令包括：接收以特定值修改所述脉冲光束的所述脉冲重复率的指令，以及
修改所述脉冲光束的所述脉冲重复率包括以所述特定值修改所述脉冲光束的所述重复率。
9.根据权利要求1所述的方法，其中当所述脉冲光束曝光所述衬底时，以所述确定的调整量改变所述脉冲光束的所述光谱特征，从而补偿所述光谱特征的变化，使所述脉冲光束的所述光谱特征保持在预定的稳定范围内。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述光谱特征保持在所述预定的稳定范围内还将在所述衬底中形成的特征的关键尺寸保持在预定的可接受范围内。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述光谱特征是所述脉冲光束的带宽。
12.一种光谱特征选择系统，包括：
光谱特征选择装置，被配置成选择脉冲光束的光谱特征，所述光谱特征选择装置包括布置在所述脉冲光束的路径中的一组光学部件；和
控制系统，可操作地连接到光源和所述光谱特征选择装置，所述控制系统被配置成：
当所述脉冲光束曝光衬底时，接收修改产生所述脉冲光束的重复率的指令；
向所述光源发送控制信号，从而在所述脉冲光束曝光所述衬底时，修改所述脉冲光束的所述重复率；
确定与对所述脉冲光束的重复速率的修改相关的、所述脉冲光束的光谱特征的变化；
确定对所述脉冲光束的光谱特征的调整量，所述调整量补偿所确定的所述脉冲光束的所述光谱特征的变化，所述变化与所述脉冲光束的所述脉冲重复率的所述修改相关；以及
当所述脉冲光束曝光所述衬底时，向所述光谱特征选择装置发送信号以移动至少一个光学部件，从而以确定的调整量改变所述脉冲光束的所述光谱特征，从而补偿所述光谱特征的变化。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述光谱特征选择装置的所述一组所述光学部件包括至少一个棱镜，并且所述控制系统被配置成将信号发送到与所述至少一个棱镜相关联的快速致动器以使所述棱镜旋转，从而改变所述光谱特征。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述光谱特征选择装置的所述一组光学部件包括：
色散光学元件，布置成与所述脉冲光束相互作用，和
多个棱镜，布置在所述色散光学元件和所述光源之间的所述脉冲光束的所述路径中。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述光谱特征选择装置包括致动系统，所述致动系统包括至少一个致动器，所述至少一个致动器与棱镜相关联并且被配置成旋转关联的棱镜，从而调整所述脉冲光束的光谱特征。
16.根据权利要求13所述的系统，其中所述快速致动器包括旋转台，所述旋转台绕旋转轴旋转并且包括与所述棱镜机械链接的区域。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述旋转台被配置成围绕所述旋转轴线旋转整个360°的旋转角度。
18.根据权利要求12所述的系统，其中所述光谱特征是所述脉冲光束的带宽。
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