CN112799288A - 用于光学系统的控制器 - Google Patents

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Abstract

光刻系统包括：被配置为发射脉冲式光束的光源；包括光学系统的光刻设备，光学系统被定位为在光学系统的第一侧处接收来自光源的脉冲式光束并且在光学系统的第二侧处发射脉冲式光束；以及耦合到光源和光刻设备的控制系统，控制系统被配置为：接收光学系统的第二侧处的脉冲式光束中的能量的量的指示；确定能量误差；访问初始控制序列，初始控制序列与光源相关联；基于所确定的能量误差和初始控制序列来确定第二控制序列；以及将第二控制序列应用于光源。

Description

用于光学系统的控制器
本申请是申请日为2016年10月20日、申请号为201680063279.5、发明名称为“用于光学系统的控制器”的中国发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年10月27日提交的题为“用于光学系统的控制器(CONTROLLERFOR OPTICAL SYSTEM)”的美国序列号14/924,576的权益，其通过引用整体并入本文。
技术领域
所公开的主题涉及用于光学系统的控制器。
背景技术
光刻是通过其在诸如硅晶片的衬底上对半导体电路进行图案化的过程。光刻光源提供用于对晶片上的光致抗蚀剂进行曝光的深紫外(DUV)光。用于光刻的DUV光由准分子光源生成。通常，光源是激光源，并且脉冲式光束是脉冲式激光束。光束穿过射束输送单元、掩模版或掩模，然后投影到所制备的硅晶片上。以这种方式，将芯片设计图案化到光致抗蚀剂上，然后将光致抗蚀剂蚀刻并清洁，然后重复该过程。
发明内容
在一个总体方面，光刻系统包括：被配置为发射脉冲式光束的光源；包括光学系统的光刻设备，光学系统被定位为在光学系统的第一侧处接收来自光源的脉冲式光束并且在光学系统的第二侧处发射脉冲式光束；以及耦合到光源和光刻设备的控制系统，控制系统被配置为：接收光学系统的第二侧处的脉冲式光束中的能量的量的指示；确定能量误差，能量误差基于所接收的能量的量的指示；访问初始控制序列，初始控制序列与光源相关联；基于所确定的能量误差和初始控制序列来确定第二控制序列；以及将第二控制序列应用于光源。
实现可以包括以下特征中的一个或多个。控制系统可以进一步被配置为访问目标能量和先前控制序列。控制系统被配置为确定能量误差可以包括控制系统被配置为根据所接收的能量的量的指示和预期能量来确定能量误差，预期能量基于所访问的目标能量以及来自先前控制序列的至少一个值。先前控制序列可以包括在确定第二控制序列之前被应用于光源的控制序列。先前控制序列可以包括在确定第二控制序列之前未被应用于光源的至少一个预定值。当光源或光学系统中不存在干扰时，目标能量可以是在光学系统的第二侧处的脉冲式光束中的能量。
光源可以包括激光器。光源可以包括两级激光系统，两级激光系统包括主振荡器和功率放大器。
光源可以包括放电电极，第二控制序列可以包括表示电压的至少一个值，并且控制系统被配置为将第二控制序列应用于光源可以包括控制系统被配置为将表示电压的至少一个值应用于放电电极。
控制系统可以包括一个或多个电子处理器以及耦合到一个或多个电子处理器中的一个或多个电子处理器的非瞬态计算机可读存储介质，计算机可读存储介质具有存储在其上的指令，指令在由一个或多个电子处理器执行时使得一个或多个处理器执行操作。
在另一总体方面，方法包括：访问光学系统的第二侧处的脉冲式光束中的能量的量的指示，脉冲式光束由光学系统的第一侧上的光源产生；确定能量误差，能量误差基于所接收的能量的量的指示；基于所确定的能量误差和初始控制序列来确定第二控制序列，初始控制序列与光源相关联；以及将第二控制序列应用于光源。
实现可以包括以下特征中的一个或多个。基于所接收的能量的量的指示来确定能量误差可以包括根据所接收的能量的量的指示和预期能量来确定能量误差，预期能量基于目标能量和来自先前控制序列的至少一个值。先前控制序列可以包括在确定第二控制序列之前应用于光源的控制序列。先前控制序列可以包括在确定第二控制序列之前未被应用于光源的至少一个预定值。
将第二控制序列应用于光源可以减小剂量误差，剂量误差基于目标能量与所接收的能量的量的指示之间的差。
将第二控制序列应用于光源可以减小剂量误差和控制指标中的一个或多个，剂量误差基于目标能量与所接收的能量的量的指示之间的差，并且控制指标基于应用于光源的控制序列中的值的变化。
一些实现还可以包括：访问光学系统的第二侧处的能量的量的第二指示；基于能量的量的第二指示和预期能量来确定第二能量误差，预期能量包括第二控制序列的至少一个值和目标能量；基于所确定的第二能量误差和初始控制序列来确定第三控制序列；以及将第三控制序列应用于光源。第二控制序列可以在光源产生第一脉冲之前应用于光源，并且第三控制序列可以在光源产生第二脉冲之前应用于光源，第一脉冲和第二脉冲是脉冲式光束的任何两个相继脉冲。
可以通过以下步骤来确定初始控制序列：访问与光源相关联的模型；基于所访问的模型来确定模型化剂量误差，模型化剂量误差包括N个值；确定候选控制序列，候选控制序列包括M个值；确定能量指标的值，能量指标的值与模型化剂量误差的N个值的变化相关联；确定控制指标的值，控制指标的值与候选控制序列的M个值的变化相关联；以及确定成本指标的初始值，成本指标基于能量指标的值和控制指标的值。
在另一总体方面，光刻系统包括：光源，被配置为发射包括多个光脉冲的脉冲式光束；包括光学系统的光刻设备，光学系统被定位为在光学系统的第一侧处接收来自光源的脉冲式光束并且在光学系统的第二侧处发射脉冲式光束；以及耦合到光源和光刻设备的控制系统，控制系统包括：多个控制器，每个控制器与增益值序列、下限值和上限值相关联；以及一个或多个电子处理器和耦合到一个或多个电子处理器的非瞬态计算机可读存储介质，计算机可读存储介质具有存储在其上的指令，指令在由一个或多个电子处理器执行时使得一个或多个处理器：接收光学系统的第二侧处的脉冲式光束的脉冲子集中的能量的量的指示；基于所接收的脉冲子集中的能量的量的指示来确定能量误差；确定与所确定的能量误差相关的能量指标；访问存储在计算机可读存储介质中的先前生成的控制序列；生成与所确定的能量误差有关的多个控制序列以及与多个控制器中的每个控制器和所访问的先前选择的控制序列相关联的增益值序列；通过将每个控制序列与上限值和下限值进行比较来从所生成的多个控制序列中选择控制序列，以及将所选择的控制序列应用于光源以降低能量指标。
实现可以包括以下特征中的一个或多个。光刻系统还可以包括晶片保持器，晶片保持器被配置为接纳位于光学系统的第二侧上的晶片，其中所接收的、所述光学系统的第二侧处的脉冲式光束的脉冲中的能量的量的指示包括晶片保持器处的脉冲式光束的脉冲中的能量的量的指示。
在另一总体方面，控制光刻系统的方法包括：接收多个光脉冲中的能量的量的指示，多个光脉冲是从光源发射的脉冲式光束中的脉冲子集；基于所接收的指示确定能量指标，能量指标表示脉冲子集中的所测量的能量的量；将所确定的能量指标与参考能量值进行比较；基于比较来确定能量误差；根据能量误差确定多个控制序列，多个控制序列中的每一个是基于增益值和能量误差确定的；将所确定的控制序列与控制限度进行比较；以及从所确定的多个控制序列中选择在控制限度内的控制序列。
实现可以包括以下特征中的一个或多个。控制限度可以包括多个控制限度。所确定的控制序列中的每一个可以与多个控制限度中的一个进行比较。
在另一总体方面，方法包括：访问能量误差，能量误差是与光源相关联的预测能量误差；访问光源的模型；基于所访问的能量误差和光源的模型来确定估计剂量误差，估计剂量误差包括多个值；访问第一候选控制序列，第一候选控制序列包括多个值；基于估计剂量误差的值来确定能量指标的值；基于第一候选控制序列的值来确定控制指标的第一值；基于能量指标的值和控制指标的第一值来确定成本指标的第一值；访问第二候选控制序列，第二候选控制序列包括多个值；基于第二候选控制序列的值来确定控制指标的第二值；基于能量指标和控制指标的第二值来确定成本指标的第二值；如果成本指标的第二值小于成本指标的第一值，则选择第二候选控制序列作为所选择的控制序列；以及如果成本指标的第二值等于或大于成本指标的第一值，则选择第一候选控制序列作为所选择的控制序列。
实现可以包括以下特征中的一个或多个。可以访问权重因子，并且确定成本指标的第一值和成本指标的第二值也可以基于权重因子。成本指标的第一值可以基于控制指标的第一值与能量指标的和以及权重因子，并且成本指标的第二值可以基于控制指标的第二值与能量指标的和以及权重因子。
所选择的控制序列可以应用于光源。
上述任何技术的实现可以包括方法、过程、设备、存储在计算机可读介质上的可执行指令、包括电子处理器和计算机可读介质的控制器，控制器被配置为控制产生光脉冲突发的光源或设备。在附图和下面的描述中阐述了一个或多个实现的细节。其他特征将从说明书和附图以及权利要求中显而易见。
附图说明
图1A是光刻系统的一个示例的框图。
图1B是图1A的光刻系统中使用的掩模的一个示例的框图。
图2是另一示例性光刻系统的框图。
图3A、图3B和图3C是用于控制作为光刻系统的一部分的光源的信号的示例的曲线图。
图4是光源的能量相对于电压的曲线图的一个示例，曲线图示出了能量和电压之间的非线性关系。
图5是可以在诸如图1的光刻系统之类的光刻系统中使用的控制系统的一个示例的框图。
图6是用于控制光源的示例性过程的流程图。
图7是可以在图5的框图中使用的控制器的一个示例的框图。
图8是用于确定控制序列的示例过程的流程图。
图9是可用于诸如图1的光刻系统之类的光刻系统中的可切换控制系统的一个示例的框图。
图10是用于控制图9的可切换控制系统的选择器模块的示例性过程的流程图。
具体实施方式
参考图1A，光刻系统100包括向光刻曝光设备115提供光束160的光学(或光)源105，光刻曝光设备115处理晶片120。光束160是包括在时间上彼此分离的光脉冲的脉冲式光束。光刻曝光设备115包括投影光学系统125，光束160在到达晶片120之前穿过投影光学系统125。光刻系统100还包括控制系统150。控制系统150从检测器122接收晶片120处能量的量的指示并且使用该指示来确定或选择控制序列152，控制序列152在被应用于源105时控制光束160的能量。
通过例如使用光束160将晶片120上的辐射敏感光致抗蚀剂材料层曝光而在晶片120上形成微电子特征。也参考图1B，投影光学系统125包括狭缝126、掩模124和投影透镜127。在到达投影光学系统125之后，光束160穿过狭缝126。在图1A和图1B的示例中，狭缝126是矩形的并且将光束160成形为细长矩形形状的光束。该成形的光束穿过掩模125。在掩模125上形成图案，并且该图案确定成形光束的哪些部分被掩模125透射以及哪些部分被掩模125阻挡。由将在晶片120上形成的特定微电子电路设计来确定图案的设计。成形光束的由掩模125透射的部分穿过投影透镜127(并且可以被其聚焦)并将晶片120曝光。
在曝光时间内由每单位面积的光束160递送到晶片120的能量的量(或光束160的特定数量的脉冲)被称为剂量或曝光能量(例如，以焦耳为单位)。微电子特征在晶片120上的形成取决于到达晶片120的适当剂量(“目标剂量”)。如果在曝光时间内太少的能量到达晶片120(剂量太低并且低于目标剂量)，则未激活晶片120的辐射敏感材料且在晶片120上未形成或未完全形成微电子特征。如果在曝光时间内太多能量到达晶片120(剂量太高并且大于目标剂量)，则晶片120的辐射敏感材料可能在狭缝图案的图像边界之外被曝光，并且在晶片120上不适当地形成微电子特征。因此，作为剂量与目标剂量之间的差的剂量误差的最小化或减小对于光刻系统100的准确且有效的性能是重要的。
可能由光束160中的能量的量的变化引起剂量误差，并且这些变化可能源自例如光源105中的噪声和/或光源105内部或外部的干扰。反馈控制器可用于将这些影响最小化或减小；然而，典型的线性控制器可能会将不稳定性引入光刻系统100中，从而增加剂量误差。例如，常规侵入式(高增益)线性控制器可能能够实现减小的剂量误差，但是以降低稳定性为代价，例如使得光源105的受控部件变得饱和并且因此不能够修正剂量误差。
在线性设置中，可以对线性二次调节器/线性二次高斯(LQR/LQG)控制器进行设计来减小剂量误差。然而，由于存在于光源105中的非线性，如果在控制系统150中使用这种线性LQR/LQG控制器可能面临挑战。因此，在存在非线性系统约束的情况下，控制系统150采用将剂量成本函数最小化或减小的控制器，该控制器基于剂量误差和被配置用于应用于光源105的控制序列152中的变化。在光刻系统100的上下文中，非线性系统约束基于光源105中的非线性。在一些实现中，控制系统150包括多个切换式控制器，每个控制器被设计为具有某些稳定属性。例如，多个控制器中的每个控制器可以被设计用于特定尺寸的能量误差或能量误差范围或增益余量。相对于图9和图10来示出并讨论该实现的一个示例。
如下面更详细讨论的，控制系统150从检测器122接收能量的量的指示151。指示151是由检测器122测量的能量值系列，其中每个能量值表示在特定时间在晶片120处的能量的量(例如，晶片120处由特定光脉冲或光脉冲系列递送的能量)。控制系统150将控制序列152应用于光源105，以调整射束160中的能量的量。控制序列152是值序列，其中每一个值在应用于光源105时，对从光源105发射的一个光脉冲的能量进行调整。基于控制器来确定或选择控制序列152，该控制器基于光源105的特性进行设计并且可以被认为是经优化的控制器。从成本函数导出控制器，成本函数将应用于光源105的控制序列的值的变化和/或递送到晶片120的能量的量的变化最小化或减小。换言之，控制系统150将剂量误差最小化或减小，同时还将光源105的稳定性最大化或提高。以此方式，控制系统150改进了光刻系统100的性能。
还参考图2，示出了一个示例性光刻系统200的框图。在光刻系统200中，示例性光源205被用作光源105(图1)。光源205产生提供给光刻曝光设备115的脉冲式光束260。光源205可以是例如准分子光源，其输出脉冲式光束260(其可以是激光束)。随着脉冲式光束260进入光刻曝光设备115，其被引导穿过投影光学系统125并被投影到晶片120上。这样，一个或多个微电子特征被图案化到晶片120上的光致抗蚀剂上，然后进行蚀刻和清洁，并重复该过程。
光刻系统200还包括控制系统150，在图2的示例中，控制系统150被连接到光源205的部件以及光刻曝光设备115，以对系统200的各种操作进行控制。控制系统150与光源205相互作用，使得将递送到晶片120的剂量维持在误差范围内。
在图2所示的示例中，光源205是两级激光系统，两级激光系统包括主振荡器(MO)212，主振荡器(MO)212向功率放大器(PA)230提供种子光束224。功率放大器230从主振荡器212接收种子光束224并将种子光束224放大，以生成用于光刻曝光设备115中的光束260。例如，主振荡器212可以发射脉冲式种子光束(具有约为每个脉冲1毫焦耳(mJ)的种子脉冲能量)，并且这些种子脉冲可以被功率放大器230放大到大约10至15mJ。
主振荡器212包括放电室214，放电室214具有两个细长电极217、作为气体混合物的增益介质219以及用于使气体在电极217之间循环的风扇。谐振器形成在放电室214一侧上的线缩窄模块216和放电室214第二侧上的输出耦合器218之间。线缩窄模块216可以包括衍射光学器件(例如，对放电室214的光谱输出进行精细调谐的光栅)。主振荡器212还包括接收来自输出耦合器218的输出光束的线中心分析模块220以及根据需要对输出光束的大小或形状进行修改而形成种子光束224的射束修改光学系统222。线中心分析模块220是可以用于测量或监测种子光束224的波长的测量系统。线中心分析模块220可以放置在光源205中的其他位置处，或者它可以被放置在光源205的输出处。
在放电室214中使用的气体混合物可以是适于产生应用所需的波长和带宽的光束的任何气体。例如，对于准分子源，气体混合物可以含有惰性气体(稀有气体，例如，氩或氪)、卤素(例如，氟或氯)、以及除作为缓冲气体的氦和/或氖之外的微量氙。气体混合物的具体示例包括发射波长约193nm的光的氟化氩(ArF)、发射波长约248nm的光的氟化氪(KrF)或发射波长约为351nm的光的氯化氙(XeCl)。通过向细长电极217施加电压而在高电压放电中使用短(例如，纳秒)电流脉冲来泵送准分子增益介质(气体混合物)。
功率放大器230包括射束修改光学系统232，射束修改光学系统232接收来自主振荡器212的种子光束224并且将光束引导穿过放电室240并引导至射束转向光学元件252，射束转向光学元件252修改或改变种子光束224的方向，使得其被传送回到放电室240中。放电室240包括成对的细长电极241、作为气体混合物的增益介质219以及用于使气体混合物在电极241之间循环的风扇。
输出光束260被引导穿过带宽分析模块262，其中可以测量射束260的各种参数(例如，带宽或波长)。输出光束260也可以被引导穿过脉冲展宽器，其中输出光束260的每个脉冲例如在光学延迟单元中在时间上被拉伸，以调整撞击光刻曝光设备115的光束的性能属性。
控制系统150可以连接到光源205的各个部件。例如，控制系统150可以通过向光源205发送一个或多个信号来控制光源205何时发射光脉冲或包括一个或多个光脉冲的光脉冲突发。光束260可以包括在时间上彼此分离的一个或多个突发。每个突发可以包括一个或多个光脉冲。在一些实现中，突发包括数百个脉冲(例如，100-400个脉冲)。
还参考图3，示出了表示晶片曝光时间、脉冲突发和脉冲的控制方案的曲线图集合。图3A示出了根据时间变化的晶片曝光信号300的幅度，图3B示出了根据时间变化的门信号315的幅度，图3C示出了根据时间变化的触发信号的幅度。
控制系统150可以被配置为将晶片曝光信号300发送到光源205来控制光源205产生光束260。在图3A所示的示例中，晶片曝光信号300在光源205产生光脉冲突发的时间段307期间具有高电平值305(例如，1)。当晶片120未被曝光时，晶片曝光信号300另外具有低电平值310(例如，0)。
参考图3B，光束260是脉冲式光束，并且光束260包括脉冲突发。控制系统150还通过向光源205发送门信号315来控制脉冲突发的持续时间和频率。在脉冲突发期间，门信号315具有高电平值320(例如，1)，并且在相继的突发之间的时间期间具有低电平值325(例如，0)。在所示的示例中，门信号315具有高电平值的持续时间也是突发316的持续时间。
参考图3C，控制系统150还利用触发信号330来控制每个突发内的脉冲的重复速率。触发信号330包括触发340，将触发340中的一个提供给光源205，以使光源205产生光脉冲。每当要产生脉冲时，控制系统150可以向源205发送触发340。因此，由光源205产生的脉冲的重复速率(两个相继脉冲之间的时间)可以由触发信号330设定。
如上所述，当通过向电极217施加电压来对增益介质219进行泵送时，增益介质219发射光。当以脉冲将电压施加到电极217时，从介质219发射的光也是脉冲式的。因此，脉冲式光束260的重复速率由电压施加到电极217的速率确定，其中每个电压的施加产生光脉冲。光脉冲穿过增益介质219传播并穿过输出耦合器218离开室214。因此，通过向电极217周期性地重复施加电压来产生脉冲串。触发信号330例如可以用于控制对电极217的电压施加以及脉冲的重复速率(对于大多数应用，可以在约500Hz至6000Hz之间的范围内)。在一些实现中，重复速率可以大于6000Hz，并且可以是例如12000Hz或更大。
来自控制系统150的信号也可以用来分别控制主振荡器212和功率放大器230内的电极217、241，用于控制主振荡器212和功率放大器230的相应脉冲能量，并且因此控制光束260的能量。重复脉冲式光束260可以具有在几十瓦(例如，从约50W到约130W)的范围内的平均输出功率。光束260在输出处的辐照度(即，每单位面积的平均功率)可以在60W/cm2至80W/cm2的范围内
由光源205产生的脉冲中的能量的量(以焦耳为单位)可以从预期量变化，导致剂量误差。可以通过改变施加到电极217和/或电极241的电压的量来调整由光源205产生的能量的量。由光源产生的脉冲中的能量的量和施加到电极217和/或电极241的电压之间的关系是非线性的。还参考图4，曲线图400示出了由光源205在垂直(y)轴上产生的能量(以任意单位)与水平(x)轴上施加的电压(以任意单位)之间的示例性关系。所产生的能量与施加的电压之间的关系是非线性的。
如上所述，控制系统150向光源205提供控制序列152，以控制光源205在光脉冲中产生的能量的量。控制序列152包括多个值，并且可以包括针对由光源205产生的每个脉冲的特定值的电压。控制系统150可以通过控制序列152来调整由光源205产生的能量的量。如下面所讨论的，确定或选择控制序列152，以将光源205中的非线性效应最小化或减小，同时也将剂量误差最小化或减小。
参考图5，示例性光刻系统包括生成脉冲式光束260的光源205(图2)，脉冲式光束260通过光刻曝光设备115被提供给晶片120(图1)。检测器122测量在晶片120处接收的能量的量并且向控制系统550提供所测量的能量的量的指示551。控制系统550生成控制序列552，控制序列552被应用于光源205，以调整由光源205产生的光的能量，从而将到达晶片120的光的剂量误差最小化或减少。
控制序列552是当应用于光源205时改变由光源205产生的一个或多个光脉冲中的能量的量的值或值的序列。控制序列552可以是M个值的向量，其中每个值表示在光束260中产生光脉冲之前应用于光源205的信号的值(例如，电压量)。换言之，M个值中的每一个可以是用于在产生单个光脉冲时控制光源205的值。即使在产生脉冲之前将控制序列522应用于光源205，在控制序列522的实例中的M个值可以被用于控制光源205来产生下一光脉冲以及随后的M-1个光脉冲。脉冲的特性(例如，能量)由控制序列552中的信号的值部分地确定。如下面所讨论的，可以在正在进行的基础上确定并更新控制序列552中的值，以允许对光源205进行逐脉冲控制。
控制系统550包括误差确定模块553、控制器554、控制序列确定模块556、电子处理器558和电子存储装置559。电子处理器558是适合于执行计算机程序的一个或多个处理器(例如，通用或专用微处理器)以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。电子处理器558可以是任何类型的电子处理器。电子存储装置559可以是易失性存储器(例如，RAM)或非易失性存储器。在一些实现中，电子存储装置559可以包括非易失性和易失性部分或部件。电子存储装置559存储可能作为计算机程序的指令，指令在被执行时使得处理器558与控制系统550中的其他部件进行通信。
控制系统500还可以包括存储控制序列552的缓冲器557。在图5的示例中，缓冲器557是电子存储装置559的一部分。在其他实现中，缓冲器557可以是单独的存储器模块，其不是电子存储装置559的一部分。缓冲器557存储控制序列552的一个或多个实例，其中控制序列的实例是特定的M个值的集合。控制序列552中的值在光源205的操作期间被更新和/或改变。因此，控制序列552的各个实例中的每一个包括M个值，但是值本身可以在实例之间变化。通过存储控制序列552的一个或多个实例，可以使用与先前(或较早发生的)光脉冲相关联的控制序列552的实例的一个或多个值来确定针对稍后发生的光脉冲的控制序列552的实例的一个或多个值。在一些实现中，缓冲器557具有M个值或更少的值，并且通过从缓冲器移除与先前脉冲相关联的值、将其余值移位并且将更新的值插入缓冲器557中来存储控制序列522的当前实例。在一些实现中，针对由光源205产生的每个光脉冲，控制序列552的值被更新。换言之，在这些实现中，在产生每个光脉冲之前确定控制序列552的实例，从而允许对光源205的逐脉冲控制。
如下所述，控制系统550根据检测器122(经由指示551)提供的数据、目标能量值562以及来自控制序列552的先前实例的值来确定能量误差563。例如，来自控制序列552的先前实例的值可以是与紧邻的前一个光脉冲相关联的控制序列552的值。换言之，来自控制序列552的先前实例的值可以是被提供给光源205以产生紧接在当前光脉冲之前产生的光脉冲的值。如果控制序列552的先前实例的值是未知的(例如，在当前光脉冲是由光源205产生的第一光脉冲时)，用户提供的值或预定值(例如，诸如0)可以用作来自控制序列552的先前实例的值。
如关于图7和图8进一步讨论的，控制器554确定初始控制序列555，初始控制序列555被优化、制作或以其他方式设计用于光源205。根据初始控制序列555、所确定的能量误差563和来自控制序列552的先前实例的值，确定应用于光源205的控制序列552的实例。所确定的控制序列552然后被应用于光源205。
还参考图6，示出了用于将剂量误差减少或最小化的示例性过程600的流程图。过程600可以由电子处理器558执行，并且参考光刻系统500来讨论过程600。
接收针对光脉冲所测量的能量的量的指示551(610)。检测器122感测晶片120表面处的射束260，并将晶片120表面处的能量的量的指示551提供给控制系统550。指示551可以包括：数值，指示在晶片120处的光束560的单个脉冲中的能量的量；数值系列，指示到达晶片120的光束560的多个脉冲中的能量的量或者在晶片120处的光束560的多个脉冲中的能量的平均量。
确定能量误差563(620)。根据指示551和预期能量来确定能量误差563，预期能量是目标能量562和来自控制序列552的先前实例的值的和。控制序列552的先前实例的值可以是提供给光源205以产生紧邻的前一个光脉冲的控制序列552的值。目标能量562是在理想或最佳条件下(即，当不存在干扰且没有发生剂量误差时)，光束560的脉冲递送到晶片120的能量的量。
目标能量562可以根据应用和在晶片120上被图案化的特征类型而变化。能量误差563是实际到达晶片120的能量的量与预期能量之间的差。因此，能量误差563是针对特定光脉冲的预期能量和指示551之间的差。能量误差563可以在逐脉冲的基础上变化。换言之，到达晶片120的一个光脉冲可以具有与到达晶片120的下一脉冲不同的能量误差。目标能量562可以是存储在电子存储装置559上的一个或多个值，或者目标能量562可以由操作员或自动化过程提供给控制系统550。
访问初始控制序列555(630)。初始控制序列555是响应于单位能量误差而应用于光源205的控制序列，并被设计为使得光刻系统的由单位能量误差导致的剂量误差最小化。单位能量误差是在设计或确定初始控制序列555时使用的假定能量误差。能量误差的单位可以是例如1mJ或1J，或者取决于应用的任何其他预定值。初始控制序列555被优化、制作或以其他方式设计用于光源205和/或光刻曝光设备115。初始控制序列555是使成本函数最小化的控制序列，成本函数取决于由预定能量误差和/或控制序列552的方差产生的剂量误差的方差(在晶片120处的积分能量读数)。换言之，初始控制序列555是使剂量误差最小化的控制序列，同时也使控制工作量最小化并考虑光刻系统500特定的约束条件。
可以从电子存储装置559或控制器554访问初始控制序列555。在一些实现中，当光刻系统500操作时，控制系统550和控制器554确定初始控制序列555。备选地，可以将初始控制序列555作为电子输入提供给控制系统550。
还参考图7，示出了控制器554的一个示例实现的框图。控制器554基于预定能量误差763来确定初始控制序列555。预定能量误差763表示针对应用在晶片120处的能量被假定或预期与目标能量不同(例如，大于或小于)的量。控制器554制作或构造光刻系统500的描述性或表示性模型700，并使用模型700来确定或估计当预定数量的能量误差763传播通过光刻系统500的全部或部分时在晶片120处存在的剂量误差信号751(能量误差的积分量)。预定数量的能量误差对应于光刻系统500中的狭缝126的尺寸。在模型700中，狭缝窗口被建模为狭缝滤光器模型774(下面讨论)。狭缝的大小确定传播通过系统500的能量误差的数量。数量可以是例如41。换言之，模型700估计了已知能量误差(能量误差763)对晶片120处的剂量误差的影响。
附加地，模型700允许控制器554确定初始控制序列555，初始控制序列555在应用于光源205的情况下，将减小估计剂量误差信号751的方差。以这种方式，初始控制序列555是输入系列或输入序列，输入系列或输入序列在被提供给光源205时，抵消能量(其为大于或小于晶片120处期望能量的已知量)的存在的影响。
如下面更详细讨论的，在过程600中，基于从所测量的能量指示551和预定能量误差763导出的能量误差来将初始控制序列555缩放，以生成经缩放的初始控制序列。然后将经缩放的初始控制序列添加到控制序列552尚未应用于光源205的部分。结果是更新的控制序列552。来自更新的控制序列552的第一值被应用于光源205并重复该过程。因此，过程600将优化的初始控制序列555与测量的数据组合，以便以将剂量误差最小化的合适方式来控制光源205。在返回到过程600之前，讨论图7中所示的控制器554的框图以及使用控制器554确定初始控制序列555的过程800。
例如，模型700在数学上表示光源205和与光束560相互作用的光刻曝光设备115的一些或全部部件的行为。在图7的示例中，模型700包括非线性模型772和狭缝滤光器模型774。非线性模型772基于并表示光源205中的非线性。例如，非线性模型772可以是曲线图400(图4)的表示，模型772将由光源205产生的脉冲的能量与施加到电极217的电压量相关联。如图4所示，由光源205产生的脉冲的能量与施加到电极217的电压之间的关系是非线性的。
模型700还包括表示光刻设备115中的狭缝126和/或另一孔的狭缝滤光器模型774。光束260穿过光刻曝光设备115中的孔(包括狭缝126)。狭缝126是在不以其他方式传递光束260的材料中形成的一个或多个物理孔。狭缝滤光器模型774表示狭缝126对晶片160接收的剂量的影响。狭缝126通过仅传递光束560的一部分并通过改变透射光束的强度分布而对射束560进行滤波。强度变化由通过狭缝边缘产生的光衍射引起。由晶片160上的小区域接收的剂量可以由光束560所测量的脉冲能量序列与狭缝滤光器模型774的卷积来表示。狭缝126由其有限冲激响应f来表征。狭缝126对射束260的能量的影响被建模为狭缝滤光器模型774，狭缝滤光器模型774可以是具有响应f(包含N项)的有限冲激响应(FIR)滤光器。
非线性模型772和狭缝滤光器模型774一起描述了光刻系统500并且可以用于预测系统500的行为。
控制器554还包括成本函数模块776和候选控制序列模块778。候选控制序列模块778向成本函数模块776提供候选控制序列779。成本函数模块776将成本函数J(其为估计剂量信号751和候选控制序列779的函数)最小化或减小，以确定初始控制序列555。
控制器554还可以包括电子处理器758(可以是一个或多个电子处理器)和电子存储装置759。电子存储装置759可以存储描述狭缝滤光器模型774和非线性模型772的候选控制序列和数据。在一些实现中，控制器554不包括电子处理器758和电子存储装置759，而是使用控制系统550(图5)的电子处理器558和电子存储装置559。
还参考图8，示出了用于确定来自控制器554的初始控制序列555的过程800。过程800由电子处理器758或558中的一个或多个执行。
访问预定能量误差763(810)。预定能量误差763可以是假定或预期在光刻系统500的操作期间发生的能量误差。预定能量误差763可以是存储在电子存储装置559和/或电子存储装置759上的数值，或者预定能量误差763可以通过操作员介入或自动化过程输入到控制器554中。
确定与预定能量误差763相关联的估计剂量误差信号751(820)。通过将非线性模型772(与光源205相关联)和狭缝滤光器模型774(与光刻曝光设备115相关联)应用于预定能量误差763来确定估计剂量误差信号751。针对光脉冲的估计剂量误差信号751包括N个值，其中N是整数，该整数等于用于表示狭缝126的项的数量与候选控制序列中的项的数量之和。定义狭缝滤光器模型774的滤光器的项不一定在值上相等并且可以被加权。
从候选控制序列模块778确定初始候选控制序列779(830)。初始候选控制序列具有M个值，其中M是表示应用候选控制序列的脉冲的数目的整数。初始候选控制序列可以是任何数值序列，其中每个值表示施加到光源205(建模为非线性模型772)的输入的值。例如，初始候选控制序列可以是全部为零的M个值的向量。这将指示没有输入被施加到光源205或者施加到光源205的输入对光源205产生的能量没有影响。
确定能量指标的值(840)。能量指标的值可以与估计剂量误差信号751中的N个值之间的变化相关联。能量指标可以是例如估计剂量误差信号751中的值的平方和。其他能量指标是可能的。例如，估计剂量误差信号751可以包括正值和负值，并且能量指标可以是估计剂量误差信号751的绝对值的平方和。确定控制指标的值(850)。控制指标的值可以与初始候选控制序列中的M个值之间的变化相关联。控制指标可以是例如初始候选控制序列的M个值的二阶(2阶)导数的平方和。
确定成本指标的初始值(860)。成本指标的值是包括能量指标和控制指标之和的函数J。通过将能量指标和控制指标的和最小化，能量指标和控制指标中的一个或两个被减小或最小化。最小化的能量指标的物理效应是到达晶片120的能量的总量(图5)中的误差较小并且因此剂量误差较小，导致光刻系统500的改进的性能。针对控制指标的较高值指示提供给光源205的输入信号的幅度在脉冲之间变化更大。减少该变化减少了光源205和/或光刻系统100变得不稳定的机会，并且还可以通过不使光源205在输入信号中经受大的摆动而提高系统性能。控制指标提供了控制序列如何平滑地向光源205施加输入的测量，其中控制指标的较低值指示更平滑和更稳定的控制。
等式(1)中提供了成本函数J的一个示例：
Figure BDA0002897624050000181
其中k对模型化光束的脉冲进行索引，f是狭缝126的有限冲激响应，d是估计剂量误差信号751(由预定误差763产生的剂量误差信号)，h是初始候选控制序列，并且Q是数值，该数值指定控制的平滑度(与控制指标有关)和剂量误差的方差(与能量指标有关)如何加权。当Q大于1时，控制的平滑度的权重大于剂量误差的变化，而当Q小于1时，剂量误差的变化的权重大于控制的平滑度。
估计剂量误差信号(d)751的N个项中的每一个由等式(2)确定：
Figure BDA0002897624050000182
其中d(n)是估计剂量信号721的第n项，k对模型化光束的脉冲进行索引，并且f(k)是狭缝126的有限冲激响应。光学系统505的非线性和约束可以被并入到估计剂量信号721的确定中并最终用于确定初始控制序列555。在这些实现中，估计剂量信号(d)751的N个项中的每一个由等式(3)确定：
Figure BDA0002897624050000191
其中EV是包括在非线性模型772中的光源205的非线性传递函数(输入-输出关系)。
使用能量指标(840)、控制指标(850)和值Q来确定成本函数J的初始值(Jo)。如上所述，过程800将成本函数J的值减小或最小化。初始候选控制序列ho被用于确定成本函数J的初始值。可以使用候选控制序列模块778来调整初始候选控制序列。候选控制序列模块778可以将扰动应用于初始候选控制序列，以生成新的候选控制序列h'。可以根据等式4从初始候选控制序列来确定新的候选控制序列h'：
ht-ho+X1×MΔ (4)
其中ho是初始候选控制序列，X是属于集合{-1,0,1}的值的随机向量(用于定义扰动的方向或使扰动无效)，并且作为很小的值(例如，10-4)或扰动的Δ定义了可能的控制序列的邻域。
使用h'代替ho(初始候选控制序列)来计算成本函数(等式1)，并将结果与成本函数的初始值(Jo)进行比较。如果使用新的候选控制序列的成本函数小于成本函数的初始值(Jo)，则选择新的候选控制序列作为初始控制序列555。扰动Δ是M维度，使得控制序列中的每个值被扰动直至成本函数J最小化。可以计算空间中的所有可能的扰动，直到确定初始控制序列555(其是导致成本函数J的最小值的控制序列)。在一些实现中，可以在数百或数千次迭代内确定初始控制序列555。
返回到图6，确定第二控制序列(640)。第二控制序列是控制序列552的实例并且基于初始控制序列555、所确定的能量误差563以及来自控制序列552的先前实例的值。所确定的能量误差563是预期能量(目标能量562与来自控制序列552的先前实例的一个或多个值的和)与所测量的能量的指示511(晶片120处的能量的量的测量值)之间的差。
如上所述，控制序列552包括M个值，其中每个值对应于施加到光源205来控制由光源205产生的特定光脉冲中的能量的量的值。控制系统550包括缓冲器557，缓冲器557存储控制序列552的实例。缓冲器557中的第一值是控制序列552的所存储的实例的值(在生成脉冲(例如，脉冲k)之前被施加到光源205)。在将第一值施加到光源205之后，从控制序列552中删除第一值，并且将所存储的控制序列552中剩余的值移位。移位使得控制序列552中的第二值成为第一值。因此，缓冲器557可以存储控制序列552的先前实例的值。
为了确定第二控制序列，通过所确定的能量误差563对初始控制序列555进行缩放，以生成经缩放的初始控制序列H(k)。如以上关于图8所讨论的，使用预定的或假定的能量误差763来确定初始控制序列555。假定的能量误差763可以不同于所确定的能量误差563(基于所测量的数据)。该差值可以通过对初始控制序列555进行缩放来进行考虑。初始控制序列555被缩放，以基于所确定的能量误差563来产生经缩放的初始控制序列H(k)，如等式5所示：
H(k)＝he(k) (5)
其中h是从过程800确定的初始控制序列555，k对光束560的脉冲进行索引，并且e(k)是所确定的能量误差563。
经缩放的初始控制序列H(k)可以是包括M个值(在初始控制序列555和控制序列552中相同数量的值)的向量。M个值中的每一个表示施加到光源205以产生光脉冲的输入。如上所述，从初始控制序列555、所确定的能量误差563和来自控制序列552的先前实例的值来确定第二控制序列。应用于光源205的第二控制序列可以如等式6所示来确定：
X(k+1)＝TX(k)+H(k) (6)
其中X(k+1)是第二控制序列，X(k)是控制序列552的先前实例(存储在缓冲器557上)，H(k)是在等式(5)中确定的经缩放的初始控制序列，并且T是对控制序列X(k)的先前示例进行运算的传递函数。传递函数T可以是任何类型的传递函数(对控制序列的先前实例内的值的布置进行运算，但不会改变这些值本身)。例如，传递函数T可以是左移运算符(将缓冲器557中的所有值移位某个量)，使得所存储的控制序列的一些值从缓冲器557移除。
第二控制序列部分地根据施加到光源205以产生紧邻的前一个脉冲的控制序列552来确定。因此，可以在光源205生成的每个脉冲之前确定第二控制序列，并且过程600可以提供对光源205的逐脉冲控制。
第二控制序列被应用于光源205(650)。第二控制序列中的M个值中的每一个可以是施加到电极217以产生由第二控制序列确定的能量脉冲的电压的值。附加地，如(640)中所讨论的，可以更新控制序列552(或者可以确定控制序列552的另一实例)。可以在产生第(k+1)个脉冲之前立即将所更新的控制序列的值应用于光源205。控制序列552可以在下一光脉冲(在该示例中为第k+2个脉冲)之前被再次更新。以这种方式，可以基于逐脉冲来控制光源205。
如上所述，第二控制序列具有M个值。因此，将第二控制序列施加到光源205产生脉冲k+1，并且还可以根据第二控制序列来管理后续顺序脉冲(k+1)到(M-1)的产生。在这些实现中，M个脉冲的能量由控制序列552确定，但是控制序列552不必在产生每个脉冲之前进行更新。
参考图9，示出了控制系统950的一个示例实现的框图。控制系统950与光源205和光刻曝光设备115一起使用。控制系统950与控制系统550类似(除了控制系统950包括控制器954)，控制器954包括多个控制器954A至954N以及选择器模块957，选择器模块957产生所选择的控制序列956。控制器954可以包括任何数量的控制器。基于上面讨论的过程800分别使用假定的能量误差值963A至963N来生成控制器954A至954N中的每一个。控制器954A至954N中的每一个与成本函数J(诸如上面讨论的等式1中示出的成本函数)相关联。控制器954A至954N通过参数Q彼此不同，参数Q如上面关于等式1所讨论的是数值，该数值指定控制的平滑度和剂量误差的方差的相对权重。具体而言，参数Q针对控制器954A至954N中的每一个具有不同的值。参数Q的较大值指示与剂量误差的方差相比，成本函数赋予控制平滑度更大的权重。在图9的示例中，控制器954A在所有控制器954A至954N之中具有最小值Q。对于每个后续控制器954B到954N，参数Q的值大于先前控制器，其中控制器954N具有所有控制器954A至954N的最大值Q。Q的不同值允许控制器954A至954N中的每一个处理能量波动的变化范围。以这种方式，即使在能量波动存在很大变化的情况下，控制系统950也可以将剂量误差维持在预期限度内并维持控制系统950的稳定性。
控制器954A至954N中的每一个根据过程800产生初始控制序列。控制器954根据以上在图6的(640)处讨论的过程，通过所确定的能量误差963，将每个初始控制序列进行缩放，以分别产生控制序列952A至952N。所确定的能量误差963类似于所确定的能量误差563(图5)。根据指示551、目标能量值562和来自所选择的控制序列956的先前实例的值，找到所确定的能量误差963。所选择的控制序列956的实例可以被存储在缓冲器557中，使得所选择的控制序列956的先前实例的一个或多个值可以用于确定后续选择的控制序列956，以应用于光源205。
选择器模块975应用控制准则来从控制序列952A至952N中选择一个控制序列。所选择的控制序列956被应用于光源205。
参考图10，示出了用于生成所选择的控制序列956的过程1000的一个示例。过程1000可以由控制系统950的电子处理器558执行。
接收光脉冲中的能量的量的指示551。能量的量由检测器122测量并且是由于从光源205发射并穿过光刻曝光设备115的单个光脉冲而在晶片120处接收的能量的量。根据所接收的指示551、目标能量值562和所选择的控制序列956的先前实例来确定能量误差963(1010)。
以类似于确定初始控制序列555(图5)的方式通过过程800确定多个初始控制序列中的每一个。根据多个初始控制序列和所确定的能量误差963来确定多个控制序列952A至952N。如在(640)处所讨论的，通过所确定的能量误差963以及针对图6讨论的过程600的等式5，对多个控制序列952A至952N中的每一个进行缩放。例如，可以通过将所确定的能量误差963应用于由控制器954A生成的初始控制序列来确定第一控制序列952A(1020)。附加地，所选择的控制序列956的先前实例可以被添加到经缩放的控制序列952A至952N。
可以将第一控制序列952A的值与控制限度(上限值和下限值)进行比较。如果第一控制序列952A中的所有值均在控制限度内，则选择第一控制序列952A作为所选择的控制序列956(1030)。如果第一控制序列中的任何值在控制限度之外(大于上限值或小于下限值)，则过程1000通过将所确定的能量误差963应用于控制器954B生成的初始控制序列来确定第二控制序列952B(1040)。如上所述，与控制器954B相关联的成本函数具有比与控制器954A相关联的成本函数更大的Q值。
将第二控制序列952B的值与控制限度进行比较。如果第二控制序列952B的全部值都在控制限度内，则选择第二控制序列952B作为所选择的控制序列956(1050)。如果第二控制序列中的任何值处于控制限度之外，则过程1000通过将所确定的能量误差963应用于由控制器954C生成的初始控制序列来确定第三控制序列952C(1060)。在图10所示的示例中，选择第三控制序列952作为控制序列956并且过程1000结束(1070)。但是，在其他实现中，可以生成多于三个可能的控制序列并且将其与控制限度进行比较。
其他实现落在所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种光学设备，包括：
光学系统，适于在所述光学系统的第一侧处接收来自光源的脉冲式光束并且在所述光学系统的第二侧处发射所述脉冲式光束；以及
控制系统，被耦合到所述光源，并且被配置为：
接收所述光学系统的所述第二侧处的所述脉冲式光束中的能量的量的指示，
确定能量误差，所述能量误差基于所接收的能量的量的指示，
访问初始控制序列，所述初始控制序列被配置为修正光刻系统的假定能量误差，
基于所确定的能量误差和所述初始控制序列来确定第二控制序列，以及
将所述第二控制序列应用于所述光源。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述控制系统进一步被配置为访问目标能量以及与所述光刻系统相关联的先前控制序列。
3.根据权利要求2所述的光学设备，其中所述控制系统被配置为确定能量误差包括：所述控制系统被配置为根据所接收的能量的量的指示和预期能量来确定所述能量误差，所述预期能量基于所访问的目标能量和来自所述先前控制序列中的至少一个值。
4.根据权利要求3所述的光学设备，其中所述先前控制序列包括在确定所述第二控制序列之前应用于所述光源的控制序列。
5.根据权利要求3所述的光学设备，其中所述先前控制序列包括在确定所述第二控制序列之前未被应用于所述光源的至少一个预定值。
6.根据权利要求2所述的光学设备，其中当所述光源或所述光学系统中不存在干扰时，所述目标能量是所述光学系统的所述第二侧处的所述脉冲式光束中的能量。
7.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述光源包括激光器。
8.根据权利要求1所述的光学设备，其中从所述光源接收的所述脉冲式光束包括多个光脉冲。
9.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述控制系统包括一个或多个电子处理器以及非瞬态计算机可读存储介质，所述非瞬态计算机可读存储介质被耦合到所述一个或多个电子处理器中的一个或多个，所述非瞬态计算机可读存储介质具有存储在其上的指令，所述指令在由所述一个或多个电子处理器执行时使所述一个或多个处理器执行操作。
10.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述第二控制序列包括表示电压的至少一个值，并且
所述控制系统被配置为将所述第二控制序列应用于所述光源包括：所述控制系统被配置为将表示电压的所述至少一个值应用于所述光源的放电电极。
11.根据权利要求2所述的光学设备，其中所述控制系统被配置为将所述第二控制序列应用于所述光源包括：所述第二控制序列减小剂量误差，所述剂量误差是基于所述目标能量与所接收的能量的量的指示之间的差的。
12.一种光学设备，包括：
光学系统，被定位为在所述光学系统的第一侧处接收包括多个光脉冲的脉冲式光束并且在所述光学系统的第二侧处发射所述脉冲式光束；以及
控制系统，包括：
多个控制器，每个控制器与增益值序列、下限值和上限值相关联；以及
一个或多个电子处理器以及非瞬态计算机可读存储介质，所述非瞬态计算机可读存储介质被耦合到所述一个或多个电子处理器，所述非瞬态计算机可读存储介质具有存储在其上的指令，所述指令在由所述一个或多个电子处理器执行时，使所述一个或多个处理器：
接收所述光学系统的所述第二侧处的所述脉冲式光束的脉冲子集中的能量的量的指示，
基于所接收的脉冲子集中的能量的量的指示来确定能量误差，
确定与所确定的能量误差相关的能量指标；
访问存储在所述计算机可读存储介质中的先前生成的控制序列，
生成与所确定的能量误差有关的多个控制序列以及与所述多个控制器中的每个控制器和所访问的先前生成的控制序列相关联的增益值序列，所生成的多个控制序列中的每个控制序列包括一个或多个值，所述一个或多个值被配置为控制所述多个光脉冲中的一个或多个光脉冲中的能量的量，
通过将每个控制序列与所述上限值和所述下限值进行比较来从所生成的多个控制序列中选择控制序列，以及
应用所选择的控制序列以减小所述能量指标。
13.根据权利要求12所述的光学设备，其中所述光学系统被定位为在所述光学系统的所述第一侧处接收来自光源的所述脉冲式光束，并且其中所存储的指令在由所述一个或多个电子处理器执行时，使所述一个或多个处理器将所选择的控制序列应用于所述光源，以减小所述能量指标。
14.根据权利要求13所述的光学设备，其中所述控制系统被耦合到所述光源以及光刻系统。
15.根据权利要求12所述的光学设备，其中所接收的、所述光学系统的所述第二侧处的所述脉冲式光束的脉冲中的能量的量的指示包括光刻系统的晶片保持器处的所述脉冲式光束的脉冲中的能量的量的指示。
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