CN113471804A - 一种激光器绝对波长在线校准方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种激光器绝对波长在线校准方法及装置，所述校准方法包括：激光器产生激光束，通过分束镜将激光束分成第一激光光束和第二激光光束；使第一激光光束穿过所述阴极灯，并照射到光强探测器上，通过控制器计算并记录光强探测器检测的最小能量值Ev；控制第二激光光束照射到FP标准具上，从FP标准具射出之后汇聚到成像元件上，得到干涉条纹，以计算第二激光光束的中心波长λv；计算中心波长漂移量dλ，dλ＝λth‑λv，以对所述激光器的中心波长λv进行修正。该方法适用于激光器绝对波长的在线校准，可实时修正激光器绝对波长值，抑制检测模块中心波长测量的漂移，可保持激光器中心波长的长期稳定。
Description
技术领域
本发明涉及波长测量技术领域，具体涉及一种激光器绝对波长在线校准方法及装置。
背景技术
光刻机是半导体芯片加工的核心设备，随着对IC芯片特征尺寸要求越来越小，对光刻机性能要求也越来越高，激光中心波长的变化会引起光刻机成像面的位置变化，从而引起曝光线条变宽，芯片的良品率下降。因此，光刻机要求准分子激光器的中心波长必须保持稳定。
在线测量准分子激光器中心波长的方法主要是基于FP标准具的测量方法(如专利US6480275，US6539046)，因为体积比较小，光谱分辨率高，是准分子激光器在线测量中心波长的理想选择，激光器经过FP标准具后，产生干涉条纹，根据干涉条纹峰值的位置，得到入射激光器的中心波长。
在FP标准具测量准分子激光器中心波长时，FP标准具在受到激光器的照射和环境参数(激光器框架内温度、湿度、压强)变化后，其参数(内部气体折射率，反射镜间距等)会发生改变，从而引起中心波长测量结果的温度漂移，可以通过采用实时测量FP标准具温度进行反馈(如专利EP0801829B1，US6667804)，同时在一定的时间内进行中心波长绝对校准(如专利：US6317448)，对中心波长测量结果进行修正，该方法可以一定程度的抑制中心波长的漂移，但在两次绝对波长校准的之间这段时间内，只能依靠中心波长校准模型和参数对中心波长进行修正，无法保证激光器中心波长的实时准确性。
鉴于此，为了提高准分子激光器中心波长的稳定性和准确性，解决检测模块中心波长测量的漂移和校准误差问题，保持激光器中心波长在线稳定性和实时准确性成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光器绝对波长的校准方法和激光器，可以实时保证激光器中心波长的稳定性和准确性。
本发明实施例的第一方面提供一种激光器绝对波长在线校准方法，所述校准方法应用于一校准装置，所述校准装置包括校准模块和控制器；
所述校准模块中包括：FP标准具、分束镜、阴极灯及光强探测器；
相应地，所述校准方法包括：
A1：调整激光器至指定工作模式后，打开出光开关，产生激光束；
A2：通过所述分束镜将所述激光束分成第一激光光束和第二激光光束；调整所述阴极灯位置，使第一激光光束穿过所述阴极灯，出射后照射到光强探测器上，通过控制器计算并记录光强探测器检测的最小能量值Ev；
A3：控制第二激光光束照射到FP标准具上，从FP标准具射出之后汇聚到成像元件上，得到干涉条纹，控制器根据所述干涉条纹的分布位置计算第二激光光束的中心波长λv，λv即为所述光强探测器探测到能量为最小能量值Ev时激光器的中心波长；
A4：计算中心波长漂移量dλ，dλ＝λth-λv，其中，λth为所述激光器的理论中心波长；
A5：根据所述中心波长漂移量dλ对所述激光器的中心波长λv进行修正。
可选地，所述步骤A1具体包括：
调整所述激光器处于Burst工作模式，当光刻机在进行硅片切换时，关闭所述激光器的快门，打开激光器的出光开关，产生激光束。
可选地，所述步骤A2中还包括：
调整所述激光器波长，在理论中心波长λth附近扫描，并通过所述光强探测器记录所有波长的能量值。
可选地，所述激光器在理论中心波长两侧±5pm范围内扫描。
可选地，所述步骤A5中根据波长漂移量dλ对中心波长进行修正具体为：
对激光器的检测模块测量参数进行修正，修正后使激光器的中心波长等于λth。
可选地，在步骤A5之后还包括：
A6：将激光器波长调到光刻机定制波长，激光器停止出光，关闭阴极灯，打开激光器快门，等待光刻机下一次曝光的命令；
重复执行步骤A1-A6，完成下一次中心波长的自动校准。
本发明实施例的第二方面提供一种激光器绝对波长在线校准装置，所述在线校准装置通过上述第一方面提供的任一项校准方法进行绝对波长的校准。
本发明的有益效果在于提供了一种激光器绝对波长在线校准装置和方法，可以在线实时对激光器的波长进行校准和修正，可以实现激光器中心波长实时准确性和长期稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例的激光器中心波长测量用FP标准具的原理图；
图2是本发明实施例的激光器绝对波长在线校准装置结构图；
图3是本发明实施例的激光器绝对波长在线校准流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
图1展示了本发明实施例的激光器中心波长测量用FP标准具的原理图。FP标准具是一种高精密的光学元件，它由两个高度平行的光学镜片组成，镜片一面镀有高反射膜，膜层的反射系数一般大于95％。激光器的激光光束入射到FP标准具上，被高反膜多次反射，经过会聚镜，在成像元件得到干涉条纹，根据干涉条纹的位置分布，即可得到激光器的中心波长。
其中干涉条纹的峰值位置r，满足如下方程：
其中λ为激光器输出波长，n为FP标准具内气体的折射率，d为FP标准具的间距，m为干涉条纹的级次。
图2展示了本发明实施例的激光器绝对波长在线校准装置结构图。如图2所示，激光器1出射激光光束入射到检测模块3中，被检测模块3中的第一分束镜5反射到第二分束镜6上。第一分束镜5和第二分束镜6均为CaF2或熔石英材料，为平行平板玻璃，表面不镀膜。经过第二分束镜6反射的第一激光光束进入阴极灯12中，穿过阴极灯12照射到光强探测器13上。当激光器为KrF时，空心阴极灯一般含有Fe元素，其吸收峰为248.32710nm，当激光器为ArF时，空心阴极灯一般含有Pt元素，其吸收峰为193.43690nm。光强探测器13用于检测穿过空心阴极灯后的第一激光光束的能量变化，控制器4计算并记录光强探测器探测到的最小能量Ev。透过第一分束镜6的第二激光光束进入匀光镜7，经过匀光镜7后均匀进入FP标准具8，第二激光光束经过FP标准多次反射后形成干涉条纹，干涉条纹通过会聚镜9会聚后，会聚镜9将光束会聚到成像元件，如相机11上，在相机11上就得到FP标准具干涉条纹，相机11可以为深紫外CCD或者CMOS或PDA。控制器4根据干涉条纹的位置分布，按照公式(1)即可计算得到第二激光光束的中心波长λv，λv即是当光强探测器能量为Ev时，通过FP标准具测得的激光器的中心波长。为了减少体积，光路上可以设置反射镜10反射，反射镜10上面镀高反膜，反射镜10可以设于会聚镜9和相机11之间，也可以设于光路上其他适宜位置。
其中，由于FP标准具受环境(温度、湿度、压强)以及激光照射的影响，测量结果存在着误差，因此，用FP标准具测得的对应能量为Ev时的中心波长λv，与阴极灯理论吸收谱线的中心波长λth相比较，即可获得FP标准具测得的中心波长修正量dλ，dλ等于λth-λv。
图3展示了本发明实施例的激光器绝对波长在线校准流程图。此处以准分子KrF激光器为例来说明校准的具体过程：
图3中的激光器处于Burst曝光模式，当光刻机进行硅片切换时，激光器不需要进行工作，此时将激光器快门关上，打开激光器，打开阴极灯，将波长调到248.3271nm附近，让激光器波长从λ1到λ2扫描，λ1小于248.3271nm 5pm左右，λ2大于248.3271nm 5pm左右，此时激光器的检测模块3中的光强探测器13探测经过阴极灯的，控制器计算并记录最小能量值Ev；同时相机11探测到FP标准具8的干涉条纹，控制器根据干涉条纹的位置分布计算光强探测器探测到的最小能量值Ev时刻的第二激光光束的中心波长λv；得到中心波长的修正值dλ，dλ等于λth-λv。
根据所述中心波长修正值dλ对检测模块中心波长测量参数进行修正，使修正后的激光中心波长等于理论吸收峰值λth。
将激光器波长调到光刻机制定波长，然后激光器停止出光，关掉阴极灯，打开快门，等待光刻机下一次曝光的命令。
本方法可用于对激光器中心波长的测量数据进行实时校准，不需要用任何波长校准模型和方法对波长进行反馈。
采用该方法进行激光器参数修正，可以直接从根本上消除检测模块FP标准具测量中心波长带来的漂移，而且可以保持激光器中心波长实时准确性和长期稳定性。
Claims (7)
1.一种激光器绝对波长在线校准方法，其特征在于，所述校准方法应用于一校准装置，所述校准装置包括校准模块和控制器；
所述校准模块中包括：FP标准具、分束镜、阴极灯及光强探测器；
相应地，所述校准方法包括：
A1：调整激光器至指定工作模式后，打开出光开关，产生激光束；
A2：通过所述分束镜将所述激光束分成第一激光光束和第二激光光束；调整所述阴极灯位置，使第一激光光束穿过所述阴极灯，出射后照射到光强探测器上，通过控制器计算并记录光强探测器检测的最小能量值Ev；
A3：控制第二激光光束照射到FP标准具上，从FP标准具射出之后汇聚到成像元件上，得到干涉条纹，控制器根据所述干涉条纹的分布位置计算第二激光光束的中心波长λv，λv即为所述光强探测器探测到能量为最小能量值Ev时激光器的中心波长；
A4：计算中心波长漂移量dλ，dλ＝λth-λv，其中，λth为所述激光器的理论中心波长；
A5：根据所述中心波长漂移量dλ对所述激光器的中心波长λv进行修正。
2.如权利要求1所述的在线校准方法，其特征在于：所述步骤A1具体包括：
调整所述激光器处于Burst工作模式，当光刻机在进行硅片切换时，关闭所述激光器的快门，打开激光器的出光开关，产生激光束。
3.如权利要求1所述的在线校准方法，其特征在于：所述步骤A2中还包括：
调整所述激光器波长，在理论中心波长λth附近扫描，并通过所述光强探测器记录所有波长的能量值。
4.如权利要求2所述的在线校准方法，其特征在于：所述激光器在理论中心波长两侧±5pm范围内扫描。
5.如权利要求1所述的在线校准方法，其特征在于：所述步骤A5中根据波长漂移量dλ对中心波长进行修正具体为：
对激光器的检测模块测量参数进行修正，修正后使激光器的中心波长等于λth。
6.如权利要求1-5任一项所述的在线校准方法，其特征在于：在步骤A5之后还包括：
A6：将激光器波长调到光刻机定制波长，激光器停止出光，关闭阴极灯，打开激光器快门，等待光刻机下一次曝光的命令；
重复执行步骤A1-A6，完成下一次中心波长的自动校准。
7.一种激光器绝对波长在线校准装置，其特征在于，通过如权利要求1-6任一项所述的校准方法进行绝对波长的校准。
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