CN113703287A - 减少准分子光源中的散斑 - Google Patents

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Abstract

一种减少准分子光源中的散斑的方法包括：产生由具有深紫外范围中的波长的脉冲构成的光束，每个脉冲具有由第一时间相干长度定义的第一时间相干性，并且每个脉冲由脉冲持续时间定义；对于一个或多个脉冲，在脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位以产生具有由第二时间相干长度定义的第二时间相干性的修改的脉冲，该第二时间相干长度小于脉冲的第一时间相干长度；至少从修改的脉冲形成脉冲光束；并且将形成的脉冲光束朝向光刻曝光设备内的衬底引导。

Description

减少准分子光源中的散斑
本申请是国际申请日为2017年12月04日、国际申请号为PCT/US2017/064556、国家申请号为201780083474.9、发明名称为“减少准分子光源中的散斑”的专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年1月16日提交的美国申请No.15/407,153的优先权，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
所公开的主题涉及用于减少准分子光源中的散斑的设备和方法，光源例如是用于半导体光刻的深紫外(DUV)光源。
背景技术
在半导体光刻(或光蚀刻)中，集成电路(IC)的制造包括在半导体(例如，硅)衬底(其也被称为晶片)上执行各种物理和化学过程。光蚀刻曝光设备或扫描仪是将所期望图案应用到衬底的目标部分上的机器。通过沿轴向延伸的光束辐照晶片，并且晶片被固定到台上，使得晶片通常沿着与轴向基本正交的横向平面延伸。光束具有深紫外(DUV)范围内的波长，例如，从约10纳米(nm)至约400nm。
发明内容
在一些一般方面，一种方法包括产生由具有深紫外范围中的波长的脉冲构成的光束，其中每个脉冲具有由第一时间相干长度定义的第一时间相干性，并且每个脉冲由脉冲持续时间定义。对于一个或多个脉冲，在脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位以产生具有由第二时间相干长度定义的第二时间相干性的修改的脉冲，所述第二时间相干长度小于所述脉冲的所述第一时间相干长度。所述方法包括至少从所述修改的脉冲形成脉冲光束；并且将所形成的脉冲光束朝向光刻曝光设备内的衬底引导。
实施方式可以包括以下一个或多个特征。例如，由脉冲构成的光束可以通过以下方式产生：产生由脉冲构成的种子光束；以及通过使种子光束的脉冲重复通过谐振器来通过光学放大所述种子光束的脉冲以产生由放大的脉冲构成的光束。通过在所述放大的脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位，可以在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位，以产生所述修改的脉冲。通过在所述种子光束的脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位，可以在脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位，以产生修改的脉冲；并且可以通过光学放大所述修改的脉冲来产生由所述放大的脉冲构成的所述光束。通过将由所述放大的脉冲构成的所述光束朝向所述衬底引导，可以将由所述修改的脉冲形成的所述脉冲光束朝向所述衬底引导。
该方法还可以包括在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位之前减小光束的脉冲的带宽以产生所述修改的脉冲。可以在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位，以引起所述脉冲的所述带宽增加但保持在目标带宽的范围内。
通过与在所述脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位有关的傅立叶变换对所述脉冲的电场的频谱进行卷积，可以在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位。可以在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位，从而减小朝向所述衬底引导的所述脉冲光束的动态散斑对比度。
该方法还可以包括增加朝向所述衬底引导的所述光束中的所述脉冲的持续时间。所述光束中的所述脉冲的持续时间可以通过以下方式增加：将所述光束的每个脉冲的幅度分裂成分裂部分，在这些分裂部分之间引入时间延迟以产生脉冲的时间延迟部分，并且重新组合所述脉冲的这些时间延迟部分以提供所述光束的时间展宽脉冲。通过在所述脉冲的一个或多个分裂部分的脉冲持续时间上调制所述光学相位，可以在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位。
可以在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位，以引起所述光束的脉冲带宽增加。
所述方法还可以包括选择在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位的频率范围。
可以通过以下方式选择频率范围：确定将产生所述修改的脉冲的目标带宽的目标频率范围；并且将所述频率范围保持在确定的目标频率范围内，从而将所述修改的脉冲的带宽保持在所述目标带宽的范围内。所述方法可以包括在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位之前测量所述脉冲的带宽，以确定所述修改的脉冲是否将具有在所述目标带宽的范围内的带宽。所述方法可以包括在下一个脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位之前测量所述修改的脉冲的带宽，以确定所述修改的脉冲是否具有在所述目标带宽的范围内的带宽。所述方法可以包括基于多个先前修改的脉冲的测量带宽来计算针对特定下一脉冲的目标带宽。
可以通过选择针对光束中的每个脉冲在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位的频率范围来选择频率范围。
通过调制脉冲被引导通过的材料的折射率，可以在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位。
所述方法可以包括通过调节所述光学相位被调制的速率来调节朝向所述衬底引导的脉冲的带宽。
该方法可以包括：估计所述修改的脉冲的带宽；确定估计的带宽是否在目标带宽的范围内；并且如果确定所述估计的带宽在所述目标带宽的范围之外，那么调节所述光学相位被调制的频率范围，从而调节下一个修改的脉冲的带宽。
通过在脉冲的脉冲持续时间上将所述光学相位随机化，可以在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位。
光学脉冲可以与波形相关联，所述波形由时间点表示，并且通过将不同的时间延迟应用于所述波形的不同点，可以在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位。通过使光学脉冲通过介质并在脉冲通过介质时改变介质的折射率，可以将不同的时间延迟应用于波形的不同点。
调制的幅度可以在脉冲的脉冲持续时间上随机变化。调制的幅度可以以减小朝向所述衬底引导的所述脉冲光束的动态散斑和带宽中的一个或多个的方式而变化。
每个脉冲可以具有由第一空间相干长度定义的第一空间相干性，并且所述方法可以包括在所述脉冲被调制时减小所述脉冲的空间相干性，使得所述修改的脉冲具有由第二空间相干长度定义的第二空间相干性，所述第二空间相干长度小于所述脉冲的所述第一空间相干长度。
在其他一般方面，一种设备包括光源、相位调制器系统、测量设备和控制系统。所述光源被配置为产生由具有深紫外范围中的波长的脉冲构成的光束，每个脉冲具有由第一时间相干长度定义的第一时间相干性，并且每个脉冲由脉冲持续时间定义。相位调制器系统处于所述脉冲光束的路径中，并且被配置为对于至少一个脉冲，在脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位以产生具有由第二时间相干长度定义的第二时间相干性的修改的脉冲，所述第二时间相干长度小于所述第一时间相干长度。测量设备被配置为测量测试脉冲的特性。所述测试脉冲是具有所述第一时间相干性的脉冲或具有所述第二时间相干性的修改的脉冲。所述控制系统与所述测量设备和所述相位调制器系统通信。所述控制系统被配置为：从所述测量设备接收所述测试脉冲的测量特性；基于所接收的测量特性确定所述修改的脉冲的带宽是否在目标带宽的范围内；并且，如果确定修改脉冲的带宽在所述目标带宽的所述范围之外，那么调节在产生所述修改的脉冲的所述脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位的频率。
实施方式可以包括以下一个或多个特征。例如，所述设备可以包括在由所述修改的脉冲形成的脉冲光束的路径中的光束引导设备。所述光束引导设备可以被配置为将由所述修改的脉冲形成的所述脉冲光束朝向光刻曝光设备内的衬底引导。所述相位调制器系统可以在所述光刻曝光设备内。所述相位调制器系统可以包括相位调制器的二维阵列。所述相位调制器的二维阵列可以位于光束均化器内。所述相位调制器的二维阵列还可以被配置为针对每个脉冲减小所述脉冲的空间相干性，使得所述修改的脉冲具有小于所述脉冲的所述空间相干性的第二空间相干性。
所述光源可以包括：第一级光源，所述第一级光源被配置为产生由脉冲构成的种子光束，并且包括用于调谐所述种子光束的一个或多个光谱特征的光谱调谐设备，以及具有带增益介质的谐振器的第二级光学放大器，所述光学放大器被配置为接收所述种子光束的所述脉冲并产生由放大的脉冲构成的光束。所述第一级光源可以配置为产生由脉冲构成的种子光束，包括固态增益介质。所述相位调制器系统可以在所述第一级光源和所述第二级光学放大器之间。
所述测试脉冲可以是修改的脉冲。
所述控制系统可以与所述光源通信，并且所述控制系统可以被配置为，如果确定所述修改的脉冲的所述带宽在所述目标带宽范围之外，则向所述光源发送信号以调节所述脉冲的所述带宽。
由所述测量设备测量的所述测试脉冲的特性可以是所述测试脉冲的带宽。
所述设备可以包括光学时间脉冲展宽器，其被配置为增加所述修改的脉冲的持续时间。所述光学时间脉冲展宽器可以是无源光学元件。
相位调制器系统可以包括普克尔斯盒，其包括脉冲光束通过的介质。通过调制所述普克尔斯盒的所述介质的折射率，可以在脉冲的脉冲持续时间上调制所述光学相位。
所述相位调制器系统可以包括单个相位调制器或多个相位调制器。
附图说明
图1是产生脉冲光束的光蚀刻系统的框图，该脉冲光束指向光蚀刻曝光设备；
图2是由图1的光蚀刻系统产生的脉冲光束的示例性光谱的曲线图；
图3是脉冲光束的示例性光谱的曲线图，其中光谱包括不想要的结构；
图4是针对图3的光谱的示例性干涉可见性的曲线图；
图5是图1的示例性相位调制器系统的框图；
图6是从图5的相位调制器系统输出的修改的脉冲光束的示例性光谱的曲线图；
图7是针对图6的光谱的示例性干涉可见性的曲线图；
图8A是作为时间的函数应用到脉冲光束的脉冲上的示例性相位调制的曲线图；
图8B是图8A的示例性相位调制的频率内容的曲线图；
图9是包括一个或多个相位调制器的示例性相位调制器系统的框图；
图10是示例性相位调制器系统的框图，其中光学地串联布置一个或多个相位调制器；
图11是示例性相位调制器系统的框图，其中光学地并联布置一个或多个相位调制器；
图12是相位调制器系统的示例性相位调制器的框图，其中示例性相位调制器被设计为普克尔斯盒(Pockels cell)；
图13A是示例性光蚀刻系统的框图，其中将相位调制器系统放置在光源内；
图13B是将相位调制器系统放置到其中的示例性光源的框图；
图14是示例性光蚀刻系统的框图，其中将相位调制器系统放置在光源和光蚀刻曝光设备之间的光束准备系统内；
图15A是示例性光蚀刻系统的框图，其中将相位调制器系统放置在光源和光蚀刻曝光设备之间的光束准备系统的光学时间脉冲展宽器内；
图15B是将相位调制器系统放置在其中的示例性光学时间脉冲展宽器的框图；
图16A是示例性光蚀刻系统的框图，其中将相位调制器系统放置在光蚀刻曝光设备的光学布置内；
图16B是将相位调制器系统放置在其中的示例性光学布置的框图；
图17A是示例性光蚀刻曝光设备的框图；
图17B是图17A的光蚀刻曝光设备内的示例性照射模块的框图；
图18是图1的光蚀刻系统内的示例性光谱特征测量系统的框图；
图19是图1的光蚀刻系统内的示例性光源的框图；
图20是图1的光蚀刻系统内的示例性光谱特征选择系统的框图；
图21是图1的光蚀刻系统内的示例性控制系统的框图；
图22是由光蚀刻系统执行的用于减小光束脉冲的时间相干性的示例性过程的流程图；以及
图23是由光蚀刻系统执行的用于选择频率范围的示例性过程的流程图，在该频率范围内，脉冲的脉冲持续时间上的光学相位被调制，从而减小脉冲的时间相干性。
具体实施方式
参照图1，光蚀刻系统100包括光源105(诸如准分子光源)，其在控制系统185的控制下产生脉冲的光束110。光束110的脉冲具有波长，其名义上在深紫外(DUV)范围内的中心波长处，例如在约10纳米(nm)至约400nm之间。在一些实施方式中，脉冲的波长为约248nm，而在其它实施方式中，脉冲的波长为约193nm。光源105不是以连续波而是以光脉冲的形式发射光。因此，光源105发射具有短持续时间的能量脉冲。这些周期性脉冲可以被认为是脉冲序列并形成光束110。脉冲的持续时间(也被称为脉冲宽度或长度)可以被定义为脉冲功率持续保持高于其最大值的某个百分比(例如，一半)的时间。
通过光束准备系统112将光束110引导到光蚀刻曝光设备(或扫描仪)115，光束准备系统112可以包括光束引导和光束修改光学器件。具体地，在光蚀刻曝光设备115内，脉冲光束110被引导通过光学布置113，光学布置113被配置为在将光束110朝向晶片台121上的半导体衬底(晶片)120引导之前根据需要准备和修改光束110。在光刻控制器140的控制下，光束110和晶片120相对于彼此被扫描(移动)，从而在晶片120上图案化微电子特征。在晶片上图案化的微电子特征的大小120取决于光束110的波长，较低的波长导致微电子特征的最小大小较小。当光束110的波长为248nm或193nm时，微电子特征的最小大小例如可以是50nm或更小。在晶片120处的光束110的脉冲的焦点位置与光束110的波长相关。此外，光束110的带宽可以影响这些特征的临界尺寸(CD)。
各种干扰(诸如例如，温度梯度、压力梯度、光学畸变)作用在光源105和光束110上以修改诸如光束110的光谱属性或特征(诸如带宽和波长)或能量之类的特性。例如，由与光束110相互作用的光学组件引起的色差会导致光束110的带宽的增加。因此，光蚀刻系统100包括其他组件，诸如例如，光谱特征选择系统130(其被配置为调节光束110的一个或多个光谱特征)和计量系统170(其被配置为测量光束110的一个或多个特性)。与控制系统185一起，组合使用这些组件来确定干扰对光束110的影响并校正这种干扰对光束110的影响。
由于光源105的设计，光束110的脉冲具有相干性——时间相干性和空间相干性二者，并且这种相干性(时间和空间中的任一个或两者)可以导致晶片120处的散斑图案。散斑图案是由光束110的波前集合的相互干涉所产生的强度图案，并且随着相干性(时间相干性和空间相干性二者)的水平越高则干涉越高。在晶片120处产生的散斑图案是不想要的，因为它们会导致CD均匀性(CDU)的降低，并因此导致模糊晶片120上产生的微电子特征。
静态散斑是由光束110中的空间相干性引起的，并且动态散斑是由光束110中的时间相干性引起的。光蚀刻系统100包括被放置在光束的路径中的相位调制器系统145。相位调制器系统145被配置为，对于每个脉冲，产生具有时间相干性的修改的脉冲，该时间相干性小于进入相位调制器系统145的脉冲的时间相干性，从而减少在晶片处引起的动态散斑。可以将相位调制器系统145放置在从光源105输出的光束110的路径中，或者可以将它放置在诸如在光源105内产生的种子光束之类的光束的路径中，如下所讨论的。从这些修改的脉冲(其具有降低的时间相干性)形成脉冲光束110；将该所形成的脉冲光束110朝向光蚀刻曝光设备115内的晶片120引导。
参考图2，光束110的每个脉冲展现光谱200。光谱200可以被称为光束110的光谱形状或光谱。光谱200包含关于光束110的光功率或光能量在不同波长(或频率)202上如何分布的信息。光束110的光谱200以图表的形式被描绘，其中光谱强度201被绘制为波长或光频率202的函数。光束110的光谱属性或特征包括该光谱200的任何方面或表示。例如，带宽是光谱特征。光束110的带宽是该光谱200的宽度W的量度，并且该宽度W可以根据激光的波长或频率而被给出。与光谱200的细节相关的任何合适的数学结构(例如，度量)可以被用来估计表征光束的带宽的值。例如，光谱200在光谱形状的最大峰值强度的分数(X)处的全宽(称为FWXM)可以被用来表征光束带宽。作为一个示例，在常用的光谱形状表征中，分数X为50％，并且相应的度量被称为半高全宽(FWHM)。作为另一示例，包含积分光谱强度的分数(Y)的光谱200的宽度(称为EY)可以被用来表征光束带宽。在一个示例中，在用于表征光束110的光谱属性的通常使用中，分数Y为95％。
光束110的脉冲具有时间相干性，因为纵向腔模式由光源105内的一个或多个谐振器的几何形状和配置来产生，并且这些纵向腔模式彼此干涉并在每个脉冲的光谱中产生不想要的结构。在图3中示意性地描绘了具有不想要的结构的示例性光谱300。而且，光束110的每个脉冲可以产生不同的不想要的结构。通过对光蚀刻曝光设备115用于照射晶片120上的单个位置的脉冲数进行平均，(例如，利用计量系统170)可以测量光束110的脉冲带宽。带宽的平均值是有效带宽，并且它可以是波长的平滑函数。
脉冲的时间相干性的量是在任何一对时间处脉冲的电场波形的值与其延迟了量τ的自身之间的平均相关性的量度。电场波形的相位以显著量漂移的延迟(因此相关性显著量地减少)被定义为相干时间TC。在延迟τ为0时，相干程度是完美的，但随着延迟τ接近TC，相干程度显著下降。可以在诸如迈克尔逊干涉仪之类的干涉仪中测量时间相干性，其中脉冲的电场波形与其自身被延迟了时间τ的副本组合。检测器测量离开干涉仪的光的时间平均强度，并且所得到的干涉可见性给出了在延迟τ处的时间相干性。在图4中示出了针对图3的光谱300的示例性干涉可见性400。干扰可见性被计算为脉冲的归一化功率谱密度的傅立叶变换，并且相干时间TC(从中可以计算出相干性长度)被计算为
Tc＝∫|visibility|2dτ.
可以从相干时间TC计算相干长度LC；具体地，相干长度LC是脉冲波在相干时间TC中行进的距离。在图3和图4的示例中，相干长度LC高得令人无法接受。光束110的每个脉冲的光谱300(图3)中的结构导致可见性中的边带(图4)，并且因此导致比基于狭缝平均带宽所预期的更大的时间相干长度LC。通过使脉冲通过脉冲调制器系统145，脉冲的相干长度LC减小到可接受的水平，如参考图5-图7所讨论的。
参考图5，特别地，进入相位调制器系统145的脉冲505具有由第一时间相干长度LC1定义的第一时间相干性。例如，进入相位调制器系统145的脉冲505可以是在光谱300中展现不想要的结构的脉冲(并且还具有大于期望的时间相干长度LC，诸如图4中所示)。相位调制器系统145通过在脉冲505的脉冲持续时间上调制光学相位来减小脉冲505的时间相干性，以产生具有由第二时间相干长度LC2定义的第二时间相干性的修改的脉冲510，第二时间相干长度LC2小于第一时间相干长度LC1。可以将修改的脉冲510的电场描述为传入脉冲505的电场乘以由相位调制器系统145引入的相位旋转或延迟。通过由相位调制器系统145提供的相位调制的傅立叶变换对修改的脉冲510的电场的光谱进行卷积或平均。
第二时间相干长度LC2可以是第一时间相干长度LC1的分数或百分比。例如，第二时间相干长度LC2可以在第一时间相干长度LC1的50-95％之间。时间相干长度的这种减小可以导致晶片120处的散斑总体减少在5-30％之间，例如约18％。如下面更详细地讨论的，时间相干性降低的量受到通过对脉冲执行相位调制而受影响的脉冲的其他特性(诸如带宽)的限制。
图6中示出了修改的脉冲510的示例性修改的光谱600，并且图7中示出了修改的光谱600的干涉可见性700。光谱300中存在的结构在修改的光谱600中大部分被去除或大大地被减小。此外，相对于传入脉冲505的相干长度LC，修改的光谱600(和修改的脉冲510)的时间相干长度LC减小。具体地，基于时间相干时间TC计算修改的光谱600的时间相干长度LC，该时间相干时间TC是根据图7中所示的干涉可见性700计算出的。
通常，脉冲的时间相干长度与脉冲的瞬时带宽成反比。因此，通常，如果时间相干长度减小(通过执行本文所讨论的相位调制)，则在相位调制器系统145的输出处的脉冲510的瞬时带宽相对于在相位调制器系统145的输入处的脉冲505的瞬时带宽增加。然而，如本文所讨论的，由于两个原因，整个狭缝平均带宽(晶片120所见的带宽)保持恒定或在可接受带宽的范围内。首先，减小传入脉冲505的带宽以抵消向传出脉冲510的瞬时带宽的一些偏移。其次，晶片120经历狭缝平均带宽，其在脉冲到脉冲的基础上不受瞬时带宽的偏移的影响，因为偏移值是在狭缝上取平均值。
参考图8A，示出了示例性相位调制800。在图8A中，相位调制示出了作为时间的函数应用到脉冲505的相位的幅度。相位调制的频率是脉冲的光学相位被修改或延迟的速率。因此，频率f可以被认为是1/Δt，其中Δt是相位调制的峰值之间的时间。实际上，将一系列频率应用到相位调制器系统145。图8B示出了应用到脉冲505的相位调制800的频率内容。具体地，图8B可以被认为是相位调制800的傅立叶变换。在该示例中，如图所示，应用了许多频率，并且频率的限制值以任意单位(例如，1GHz)为1。可以通过滤波来改变频率的限制值(其是允许的最大允许频率)，以便改变相位调制800的频率内容。随着相位调制的最大允许频率增加并且因此更大的频率范围被应用的情况下，修改的脉冲510的带宽增加。因此，选择相位调制的最大允许频率(例如，通过信号滤波)，以便不增加修改的脉冲510的带宽超过目标带宽。
参考图9，示例性相位调制器系统945包括一个或多个相位调制器945A、945B、945C等。在相位调制器系统945包括多个相位调制器945A、945B、945C等的实施方式中，然后可以光学地串联布置相位调制器945A、945B、945C等，使得每个脉冲串联(或顺序)通过每个相位调制器945A、945B、945C等。这样的布置如图10中所示。在这种布置中，可以将其他光学元件布置在两个或更多相位调制器945A、945B、945C等之间。
另一方面，在相位调制器系统945包括多个相位调制器945A、945B、945C等的实施方式中，然后可以光学地并联布置相位调制器945A、945B、945C等，使得每个脉冲的一部分通过相位调制器945A、945B、945C等中的一个，并且每个部分同时通过相位调制器945A、945B、945C等。这种布置在图11中示出，其示出了并联布置的六个相位调制器945A、945B、945C、945D、945E、945F。这种布置可以是相位调制器的二维阵列，其中阵列沿着横向于脉冲505的方向的方向延伸。
参考图12，示例性相位调制器1245i可以被设计为普克尔斯盒1246。普克尔斯盒1246包括电光晶体1247，脉冲1205(诸如脉冲505)通过该电光晶体传播。可以通过向连接到晶体1247的电极1248、1249施加可变电压来调制晶体1247中的相位延迟。电极1248、1249被连接到电压源1257，电压源1257由控制系统185控制。应用到晶体1247的示例性电压范围从千伏到几千伏或几十千伏。电光晶体1247的折射率与由电极1248、1249施加的电场成比例地变化，并且折射率随折射率而变化。因此，通过改变或调制晶体1247中的折射率，可以调制相位延迟。
普克尔斯盒1246内的电极1248、1249的几何布置决定了相对于脉冲505行进的方向的电场的布置方式。例如，普克尔斯盒1246可以是纵向设备，其中将电极1248、1249布置在晶体1247的输入面1251和输出面1252处，并且在这种情况下，产生的电场是沿着纵向方向，其平行于脉冲505的方向。作为另一个示例，普克尔斯盒1246可以是横向设备，其中将电极1248、1249布置在晶体1247的一个或多个侧面1253、1254处，并且在这种情况下，产生的电场是沿着横向方向，该方向垂直于脉冲505的方向。
晶体1247由通过使用电极1248、1249控制通过晶体1247的电场来改变其折射率的材料制成。晶体1247的材料应该在脉冲1205的波长处是透射的，并且因此，它应该透射DUV光。此外，晶体1247的材料应该由对光学损伤具有高阈值的材料制成，因为穿过晶体1247的脉冲1205具有高光学功率。例如，参考图19，由主振荡器(MO)1900输出的种子光束1910A中的脉冲可以是大约1-6瓦(W)(例如，以6000Hz的脉冲重复率，每个脉冲具有1毫焦耳(mJ)的瞬时能量)，而在功率放大器1925的输出处的光束110中的脉冲可以是大约10-200W。例如，晶体1247可以由磷酸二氢钾(KDP)、氘代KDP(DKDP)、磷酸二氢铵(ADP)、β-硼酸钡(BBO)或石英制成。
参考图13A和图13B，在一些实施方式中，将相位调制器系统145放置在光源105内。具体地，光源105可以被设计为双级光源1305，并且在这种情况下，将相位调制器系统145放置在第一级光源1300和第二级光学放大器1310之间并且位于由第一级光源1300产生的脉冲种子光束1310A的路径中可能是有益的。这种双级设计将功率发生器(第二级光学放大器1310)与带宽和波长控制发生器(第一级光源1300)分开。种子光束1310A的功率远低于从第二级光学放大器1310输出的光束110的功率。因此，通过将相位调制器系统145放置在种子光束1310A的路径中，进入调制器系统145的脉冲的通量和功率水平较小(相对于输出光束110的功率水平)并且降低了相位调制器系统145内的材料损坏的可能性。
参考图14，在其他实施方式中，相位调制器系统145在脉冲的光束110行进通过光束准备系统112时被放置在光束准备系统112内并且位于脉冲的光束110的路径中。
例如，参考图15A和图15B，将相位调制器系统145放置在光束准备系统112内的光学时间脉冲展宽器114内。时间脉冲展宽器114被配置为增加通过它的脉冲的持续时间。时间脉冲展宽器114光学地作用于光束110的脉冲，以增加脉冲的持续时间而不引入显著的损耗，从而减小光束110的峰值功率而不减小其平均功率。时间脉冲展宽器114是光学元件的光学和无源配置，其将光束110的脉冲的幅度分裂成具有一个或多个光束分离器1501的分裂部分1503，在这些分裂部分之中引入光学延迟器1502，并且然后(例如，使用光束分离器1501)重新组合脉冲的这些时间延迟部分以在输出处提供光束110的时间展宽脉冲。因此，时间脉冲展宽器114可以包括光学组件，诸如分束器(用于光束分离器1501)和反射光学器件(其形成光学延迟器1502)。反射光学器件可以是平面镜或可以共焦的曲面(例如，凹面或凸面)镜。由时间脉冲展宽器114产生的脉冲的分裂部分中引入的延迟等于或长于光束110的快速时间分量。可以将相位调制器系统145放置在光束110的脉冲的分裂部分中。通过将光学相位调制应用于分裂部分内的光束110的脉冲，相位调制器系统145上的通量水平可以更低(例如，是没有被分裂开的光束110的通量水平的50％)。此外，通过将相位调制器系统145放置在光束110的脉冲的分裂部分中，时间脉冲展宽器114内的脉冲的重新组合部分可以彼此独立，并从而减小脉冲的时间相干性。具体地，相位调制器系统145作用于脉冲的分裂和延迟部分，并确保在重新组合之前这些分裂部分与未延迟部分不相干。
参考图16A和图16B，在其他实施方式中，将相位调制器系统145放置在光蚀刻曝光设备115内的光学布置113内部。接下来，在讨论在光学布置113内的相位调制器系统145的放置和配置之前，提供关于光蚀刻曝光设备115的细节。
参考图17A，除了其他特征之外，光学布置113还包括照射模块1702、包括掩模版的掩模版台或掩模1734、投影台1704，其除了其他光学器件之外还包括一个或多个投影透镜1730。掩模1734可沿一个或多个方向移动，诸如沿脉冲光束110的光轴1738或在垂直于光轴1738的平面中移动。投影台1704包括投影透镜1730并使得从掩模1734到晶片120上的光致抗蚀剂能够发生图像转移。
照射模块1702在光束110与掩模1734相互作用之前创建光瞳形状，即光束110的状态和形状。例如，照射模块1702调节射在掩模上的光束110的角度范围。照射模块1702包括装置1732，其调整光束110并使光束110在其与掩模1734相互作用之前呈现规定的形状。例如，装置1732可以包括可单独调节的微镜阵列，其可以以快速的方式创建光瞳形状(例如，以秒或分钟为单位)。阵列可以包括数百或数千个微镜，并且可以是可编程的。此外，装置1732可以包括场定义元素(FDE)。阵列的微镜可以被用来照射FDE的入射平面的某些位置。FDE将其入射平面中的每个个体位置转换为掩模版层上的角度，同时产生均匀照射斑点。因此，通过改变微镜，可以使在掩模版级别的任何角度分布(或光瞳)具有均匀强度分布。
照射模块1702还包括光束均化器1736，其使穿过掩模1734的脉冲光束110的强度分布均匀化(使其均匀)。参考图17B，光束均化器1736可以包括一对二维小透镜阵列1742、1744和聚光透镜1746，以在照射平面1748(可以在装置1732处或在其内部)处提供均匀辐照度。与光束110相互作用的第一小透镜阵列1742可以被认为是物镜阵列，并且与光束110相互作用的第二小透镜阵列1744可以被认为是场阵列。物镜阵列在场阵列处对源进行成像，并且场阵列利用聚光透镜对所有场进行重新成像，使得它们在照射平面处重叠并产生均匀辐照度。二维小透镜阵列1742、1744包括布置在垂直于光轴1738延伸的平面中的多个小透镜(小型透镜)。
除了其他特征之外，光刻设备115还可以包括光刻控制器140、空调装置和用于各种电组件的电源。光刻控制器140控制如何在晶片120上印刷层。
晶片120由光束110辐照。处理程序或配方确定晶片120上的曝光长度、所使用的掩模1734以及影响曝光的其他因素。在光刻期间，光束110的多个脉冲照射晶片120的相同面积以形成照射剂量。可以将照射相同面积的光束110的脉冲数N称为曝光窗口或狭缝，并且该狭缝的大小可以由放置在掩模1734之前的曝光狭缝(未示出)来控制。可以将狭缝设计成挡板，并且可以包括多个可以打开和关闭的叶片；并且曝光面积的大小由在非扫描方向上的叶片之间的距离以及还由在扫描方向上的扫描的长度(距离)来确定。在一些实施方式中，N的值为数十个，例如，从10-100个脉冲。在其他实施方式中，N的值大于100个脉冲，例如，从100-500个脉冲。掩模1734、投影台1704和晶片120中的一个或多个可以在曝光期间相对于彼此移动，以在曝光场上扫描曝光窗口。曝光区域是在曝光狭缝或窗口的一次扫描中曝光的晶片120的面积。
如上所提及，可以将相位调制器系统145放置在光蚀刻曝光设备115内的光学布置113内部。可以将相位调制器系统145放置在照射模块1702中。例如，如图16B中所示，将相位调制器系统145放置在光束均化器1736内部。
在一些实施方式中，将相位调制器系统145放置在二维小透镜阵列1742、1744中的一者附近或二维小透镜阵列1742、1744之间。在此示例中，相位调制器系统145可以是彼此并联地光学布置的相位调制器的二维阵列1745(为清楚起见，其中仅一个在图16B中被标记)。这种设计类似于图11中所示的设计。将相位调制器1745布置在沿垂直于光轴1738的方向延伸的平面中，同时光束110的脉冲沿着光轴1738的该方向行进通过相位调制器1745。此外，相位调制器系统145的阵列中的相位调制器的数量可以对应于阵列1742、1744中的小透镜的数量，并且每个相位调制器1745与来自相应阵列1742、1744的一对小透镜对准。通过将相位调制器系统145放置在光束均化器1736内，可以更进一步减少散斑，因为可以减小或去除阵列1742、1744的小透镜之间存在的相关性。
在其他实施方式中，可以将相位调制器系统145放置在小透镜阵列1744和聚光透镜1746之间或放置在小透镜阵列1742之前。在其他实施方式中，将相位调制器系统145放置在装置1732中或靠近可单独调节的微镜阵列。可以将相位调制器系统145放置在聚焦透镜阵列(未示出)的顶部或附近，该聚焦透镜阵列将来自光束均化器1736的光聚焦在装置1732的每个个体微镜上，以确保在微镜上没有光泄漏。例如，可以将相位调制器系统145放置在光束均化器1736和装置1732中的透镜聚焦阵列之间。
由于干扰，在晶片120处的光束110的脉冲的实际光谱特征(诸如带宽或波长)可能与期望的光谱特征不对应或不匹配。因此，计量系统170通过从测量的光谱200估计度量值来测量或感测光束110在光源105工作期间的实际光谱特征(诸如带宽或波长)(如图2中所示)。操作员或自动系统(例如，控制系统185)可以使用光束110的测量或感测带宽来调节光源105的属性(例如，通过向光谱特征选择系统130发送信号)并由此调节光束110的光谱(和光谱特征)。控制系统185接收计量系统170的输出并分析所感测的光谱轮廓并基于此分析来估计光束110的一个或多个光谱特征。
参考图18，计量系统170包括具有光束分离器1860和诊断设备1865的光谱特征测量系统1801。诊断设备1865接收由光束分离器1860而与光束110分开的脉冲光束110'。将光束分离器1860放置在光源105和光蚀刻曝光设备115之间的路径中。光束分离器1860将脉冲光束110'(其为脉冲光束110的第一部分或百分比)引导到诊断设备1865中并且将脉冲光束110的第二部分或百分比朝向光蚀刻曝光设备115引导。在一些实施方式中，大部分脉冲光束110在第二部分中朝向光蚀刻曝光设备115引导。例如，光束分离器1860将脉冲光束110的一部分(例如，1-2％)引导到诊断设备1865中并且因此，脉冲光束110'具有脉冲光束110的大约1-2％的功率。光束分离器1860例如可以是分束器。
诊断设备1865包括光谱检测系统1810，其基于关于脉冲光束110'的光谱200的信息来测量脉冲光束110的一个或多个光谱特征(诸如带宽和/或波长)。如本文所讨论的，光谱检测系统1810包括：光谱仪1848(诸如标准具光谱仪)，其与脉冲光束110'相互作用并输出与光束110'的光谱分量相对应的空间分量；以及传感器1850，其基于输出的空间分量来估计一个或多个光谱特征。
为了在传感器1850处均匀地采样光束110'的光谱内容，以在传感器1850处均匀地分布光束110'的强度，并且从传感器1850提供更准确的光谱特征测量，诊断设备1865包括光束准备系统1800，其除了其他特征之外还包括光束均化器1805。光束均化器1805减少散斑噪声并改善射在光谱检测系统1010的传感器1850上的脉冲光束110'的光束均匀化。
光束准备系统1800可以包括用于修改脉冲光束110'的各方面的其他元件或组件。例如，光束准备系统1800还可以包括一个或多个脉冲展宽器系统、一个或多个扩散器系统以及一个或多个空间调节系统。脉冲展宽器系统是脉冲展宽器，其光学地作用在脉冲光束110'上，以增加脉冲光束110”中的脉冲的持续时间，而不会引入显著的损耗，从而减小光束110'的峰值功率而不减小其平均功率。漫射器系统包括一个或多个光学元件，其被配置为均匀地漫射脉冲光束110'。漫射器系统使光束110'均匀地分散在横向于光束110'行进方向的平面上，从而最小化或去除高强度亮点。漫射器系统可以改变脉冲光束110'的角度发散。漫射器系统平滑或以其他方式减轻有时会在光束均化器内产生的衍射尖峰。漫射器系统可以是微透镜阵列或衍射光学器件(其可以是透射的或反射的)。空间调节系统用于折射脉冲光束110'以散开可在光束均化器内产生的衍射尖峰之间的间隔。空间调节系统可以是这样的透镜，该透镜的定位使得其焦平面与光束均化器产生的光束均匀化平面重叠。
光谱检测系统1810包括孔径1849(脉冲光束110'通过孔径1849被引导)以及输入透镜1862、光学频率分离设备(诸如标准具)1863和输出透镜1864。孔径1849可以被放置在输入透镜1862的焦平面上，使得来自焦平面的每个点用作点光源，并且因此，输入透镜1862用于在进入标准具1863之前准直脉冲光束110'。将输出透镜1864定位于标准具1863的出口处，使得输出透镜1864的焦平面与传感器1850的有效面积重叠。
在一些实施方式中，标准具1863包括一对部分反射的玻璃或光学平板1863A、1863B，其可以间隔开短距离(例如，毫米到厘米)，其中反射表面彼此面对。在其他实施方式中，标准具1863包括具有两个平行反射表面的单个板。可以将平板1863A、1863B制成楔形，以防止后表面产生干涉条纹；后表面通常还具有抗反射涂层。当脉冲光束110'穿过成对的平板1863A、1863B时，它被多次反射，并产生多个透射光线，这些光线由输出透镜1864收集并被带到传感器1850的有源区域。光谱检测系统1810还可以根据需要在输出透镜1864和传感器1850之间包括光学中继器，以确保传感器1850位于输出透镜1864的焦平面处。
标准具1863与光束110'相互作用并输出多个空间分量1874(其在图18中以示意图的形式被示出)，其对应于脉冲光束110'的光谱分量。光束110'的光谱分量在脉冲光束110'的光谱1872中；因此，它们对应于脉冲光束110'的光能量或功率值(光谱强度)如何在不同的波长上分布。空间分量1874对应于映射到二维空间的这些强度。因此，标准具1863将脉冲光束110'的光谱信息(诸如波长)变换成可由传感器1850感测或检测的空间信息。该变换将光谱信息(诸如波长)映射到在空间中的不同位置，使得传感器1850可以观察到光谱信息。
标准具1863产生干涉图案作为空间分量1874，其呈现一组同心环的外观。如果孔径1849上的脉冲光束110'的强度分布更均匀，则干涉图案呈现出更均匀的强度分布。特别地，环的锐度取决于标准具1863的平板1863A、1863B的反射率。因此，如果平板1863A、1863B的反射率高(使得标准具具有高质量(Q)因子)当脉冲光束110'是单色光束时，则标准具1863产生一组相对于深色背景的狭窄亮环。在所得的条纹图案1871中示出标准具1863作为波长函数的透射，其产生被引导到控制系统185的光谱1872。不需要完整的干涉图案来执行计算或估计；或者，可以在比传感器1850的有效面积略大的区域内仅生成条纹。传感器1850接收并感测输出空间分量1874。传感器1850可以由通常指示其传感区域的有效面积的平面来定义。感测区域的平面可以垂直于空间组件1874的传播方向。
传感器1850可以是接收和感测输出空间分量1874的检测器。例如，可以被用来沿一个维度测量的一种类型的合适检测器是线性光电二极管阵列。线性光电二极管阵列由相同大小的多个元件组成，在一个封装中以等间距线性布置而形成。光电二极管阵列对光束110'的波长敏感，并且如果光束110'具有在深紫外范围内的波长，那么光电二极管阵列对波长在深紫外范围内的光敏感。作为另一示例，传感器1850可以是二维传感器，诸如二维电荷耦合器件(CCD)或二维互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。传感器1850应该能够以足够快的速率读出数据，例如以大约6kHz读出数据。
控制系统185被连接到传感器1850的输出以及光学源105和光学特征选择系统130，光学特征选择系统130光学地耦合到脉冲光束110。控制系统185测量空间分量1874的属性，并且分析这些测量的属性以计算脉冲光束110的光谱特征的估计。控制系统185可以对光束110的每个脉冲或者对光束110的一组脉冲执行测量、分析和计算。
被测量的空间分量1874的属性可以是单独的标量(其由幅度或数值完全描述)或矢量(其由幅度和方向两者完整描述)。标量属性的示例是诸如光谱1872的宽度W之类的度量。在该示例中，光谱1872的整个形状可能是未知的但是度量是已知的并且这被用来估计光谱1872的形状。矢量属性的示例是描述光谱1872的整个波形。在该示例中，人们可以从整个光谱计算任何度量，并且通过具有整个光谱，人们可以进行更准确的计算。可以针对脉冲光束110'的一个或多个脉冲的范围测量所感测的空间分量。
控制系统185可以测量作为属性的光谱1872的宽度W。光谱1872的宽度W可以提供光束110'的带宽(光谱特征)的估计。在一些实施方式中，使用诸如FWXM(光谱1872在最大峰值强度的分数X处的全宽度)的度量来确定光谱1872的宽度W。在其他实施方式中，使用诸如EY之类的度量(包含积分光谱强度的分数Y的光谱的宽度)来确定光谱1872的宽度W。其他度量适合于测量光谱1872的属性。
参考图19，在一些实施方式中，光源105是示例性光源1905。光源1905是脉冲激光源，其产生脉冲激光束作为光束110。光源1905是两级激光系统，其包括主振荡器(MO)1900，其将种子光束1910A提供给功率放大器(PA)1910。主振荡器1900通常包括在其中发生放大的增益介质和诸如光学谐振器之类的光学反馈机构。功率放大器1910通常包括增益介质，当用来自主振荡器1900的种子激光束接种时在增益介质中发生放大。功率放大器1910可以是功率环放大器(PRA)，其被设计为再生环形谐振器。在这种情况下，可以从环形设计提供足够的光学反馈。光谱特征选择设备130从主振荡器1900接收光束110A，以使得能够以相对低的输出脉冲能量对诸如光束110A的中心波长和带宽之类的光谱参数进行微调。功率放大器1910从主振荡器1900接收光束1910A并放大该输出以获得在光蚀刻中使用的输出所需的功率。
在一些实施方式中，主振荡器1900包括具有两个细长电极的放电室、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。激光谐振器形成在放电室一侧上的光谱特征选择设备130和放电室第二侧上的输出耦合器1915之间，以将种子光束1910A输出到功率放大器1910。
在其他实施方式中，主振荡器1900包括固态材料作为增益介质。可以使用的固态介质包括掺杂有稀土或过渡金属离子的晶体或玻璃，或半导体激光器。使用固态增益介质的主振荡器1900生成种子光束1910A。固态增益介质可以用闪光灯或弧光灯、或使用激光二极管或钛(Ti)蓝宝石(Ti：蓝宝石)激光器进行光学泵浦。
示例性固态增益介质可以是钕掺杂的钇铝石榴石(Nd：YAG)、钕掺杂的氟化钇锂(Nd：YLF)或Ti：蓝宝石。固态增益介质能够产生单模输出，其是高度时间(和空间)相干的并且还具有窄带宽。从主振荡器1900的固态增益介质输出的种子光束1910A可以在不是期望波长的波长处(例如，它可以在DUV波长范围之外)。在这种情况下，种子光束1910A可以被引导通过一个或多个波长转换元件，以确保被引导到功率放大器1910的种子光束1910A的波长处于期望的DUV波长处。例如，如果从主振荡器1900内的固态增益介质输出的种子光束1910A处于约773.6nm的波长处(例如，对于Ti：蓝宝石增益介质就是这样的情况)，那么可以将种子光束引导通过两个波长转换元件1910A以将波长转换为约193.4nm。一个或多个波长转换元件可以使用诸如和频生成之类的非线性光学技术，来将波长转换成所期望的波长。
可以使用相位调制器系统145来解决主振荡器1900的固态增益介质的高相干属性，相位调制器系统145可以被用来减小由这样的主振荡器1900产生的种子光束1910A的相干性(时间和空间)。此外，相位调制器系统145还具有增加种子光束1910A的带宽的效果；随着种子光束1910A的时间相干性减小，种子光束1910A的带宽增加。因此，相位调制器系统145可以被用来增加种子光束1910A的带宽并且还用于减小种子光束1910A的时间相干性。
光源1905还可以包括接收来自输出耦合器1915的输出的另一光谱特征计量模块(诸如线中心分析模块或LAM)1920，以及根据需要修改光束的大小和/或形状的一个或多个光束修改光学系统1925。光谱特征计量模块1920是计量系统170的一部分，并且是可以被用来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1910包括功率放大器放电室，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1930，其将光束反射回到放电室以形成循环路径。功率放大器放电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。种子光束1910A通过重复穿过功率放大器1910而被放大。光束修改光学系统1925提供一种方式(例如，部分反射镜)以内耦合种子光束1910A并且外耦合来自功率放大器的已放大的辐射的一部分以形成输出光束110。
在主振荡器1900和功率放大器1910的放电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)。
光谱特征计量模块1920监视主振荡器1900的输出(光束1910A)的波长。可以将光谱特征计量模块1920放置在光源1905内的其他位置处，或者可以将其放置在光源1905的输出处。
根据来自光蚀刻曝光设备115中的控制器140的指令，由控制系统185控制主振荡器1900的重复率，从而确定由功率放大器1910产生的脉冲的重复率。从功率放大器1910输出的脉冲的重复率是由光蚀刻曝光设备115看到的重复率。
如上所讨论的，可以仅使用光学元件粗略地和精细地控制带宽。另一方面，通过控制主振荡器1900和功率放大器1910内的电极的激活之间的差分定时，可以快速地在精细和窄的范围内控制带宽，同时通过调节光谱特征选择系统130内的棱镜的角度来在粗略和宽范围内控制带宽。
参考图20，在一些实施方式中，光谱特征选择设备130包括被布置为与脉冲光束110A光学地相互作用的一组光学特征或组件2000、2005、2010、2015、2020以及包括固件和软件的任意组合形式的电子产品的控制模块2050。光学组件2000、2005、2010、2015、2020可以被配置为提供粗略光谱特征调节系统；并且，如果这样的组件的调节足够快，则其可以被配置为提供精细光谱特征调节系统。尽管未在图20中示出，但是光谱特征选择设备130可以包括其他光学特征或其他非光学特征以用于提供精细光谱特征控制。
控制模块2050被连接到一个或多个致动系统2000A、2005A、2010A、2015A、2020A，其物理耦合到相应光学组件2000、2005、2010、2015、2020。设备130的光学组件包括可以是光栅的色散光学元件2000以及由可以是棱镜的一组折射光学元件2005、2010、2015、2020制成的光束扩展器2001。光栅2000可以是反射光栅，其被设计用于分散和反射光束110A；因此，光栅2000由适于与波长在DUV范围内的脉冲光束110A相互作用的材料制成。棱镜2005、2010、2015、2020中的每一个是透射棱镜，其用于在光束110A穿过棱镜体时分散和重定向光束110A。每个棱镜可以由允许光束110A的波长透射的材料(诸如例如，氟化钙)制成。尽管示出了四个折射光学元件2005、2010、2015、2020，但是在光束扩展器2001中可以使用少于四个或多于四个。
脉冲光束110A通过孔径2055进入设备130，并且然后在射在光栅2000的衍射表面2002之前，依次行进穿过棱镜2020、棱镜2010和棱镜2005。光束110A每次穿过接连的棱镜2020、2015、2010、2005，光束110A都被光学放大并重定向(以一定角度折射)朝向下一个光学组件。当光束110A离开设备130时，光束110A在穿过孔径2055之前从光栅2000衍射并反射，依次回通过棱镜2005、棱镜2010、棱镜2015和棱镜2020。随着从光栅2000每次穿过接连的棱镜2005、2010、2015、2020，光束110A在其朝向孔径2055行进时被光学压缩。
光束扩展器2001的棱镜(其可以是棱镜2005、2010、2015、2020中的任何一个)的旋转改变了光束110A射在该旋转棱镜的入射表面上的入射角。此外，通过该旋转棱镜的光束110A的两个局部光学性能，即光学放大率和光束折射角，是光束110A射在该旋转棱镜的入射表面上的入射角的函数。光束110A通过棱镜的光学放大率是离开该棱镜的光束110A的横向宽度与进入该棱镜的光束110A的横向宽度的比率。
光束110A在光束扩展器2001内的一个或多个棱镜处的局部光学放大率的变化引起光束110A通过光束扩展器2001的光学放大率OM 2065的整体变化。光束110A通过光束扩展器2001的光学放大率OM 2065的角度是离开光束扩展器2001的光束110A的横向宽度Wo与进入光束扩展器2001的光束110A的横向宽度Wi的比率。另外，通过光束扩展器2001内的一个或多个棱镜的局部光束折射角的变化引起光束110A在光栅2000的表面2002处的入射角2062的整体变化。
可以通过改变光束110A射到光栅2000的衍射表面2002上的入射角2062来调节光束110A的波长。可以通过改变光束110的光学放大率2065来调节光束110A的带宽。
设备130被设计成通过调节光束110A射到光栅2000的衍射表面2002上的入射角2062来调节在光源105的一个或多个谐振器内产生的光束110A的波长。具体地，这可以通过旋转一个或多个棱镜2005、2010、2015、2020和光栅2000来完成，从而调节光束110A的入射角2062。
此外，通过调节光束110A的光学放大率OM 2065来调节由光源105产生的光束110A的带宽。因此，可以通过旋转棱镜2005、2010、2015、2020中的一个或多个来调节光束110A的带宽，这使得光束110A的光学放大率2065改变。因为特定棱镜的旋转引起该棱镜处的局部光束折射角和局部光学放大率的变化，所以在该设计中耦合了波长和带宽的控制。
另外，光束110A的带宽对棱镜2020的旋转相对敏感，并且对棱镜2005的旋转相对不敏感。这是因为由于棱镜2020的旋转引起的光束110A的局部光学放大率的任何变化乘以了其他棱镜2015、2010和2005中的光学放大率的变化的乘积，因为那些棱镜位于旋转的棱镜2020和光栅2000之间，并且光束110A在穿过棱镜2020之后必须行进穿过这些其他棱镜2015、2010和2005。另一方面，光束110A的波长对棱镜2005的旋转相对敏感，并且对棱镜2020的旋转相对不敏感。
例如，为了在不改变波长的情况下改变带宽，应该在不改变入射角2062的情况下改变光学放大率2065，这可以通过将棱镜2020旋转一个较大的量并且通过将棱镜2005旋转一个较小的量来实现。
控制模块2050被连接到一个或多个致动系统2000A、2005A、2010A、2015A、2020A，所述致动系统物理地耦合到相应的光学组件2000、2005、2010、2015、2020。尽管针对每个光学组件示出了致动系统，但是在设备130中的一些光学组件可以保持静止或者不物理地耦合到致动系统。例如，在一些实施方式中，光栅2000可以保持静止，并且棱镜2015可以保持静止并且不物理地耦合到致动系统。
致动系统2000A、2005A、2010A、2015A、2020A中的每一个包括一个或多个致动器，所述致动器被连接到其相应光学组件。光学组件的调节引起光束110A的特定光谱特征(波长和/或带宽)的调节。控制模块2050从控制系统185接收控制信号，该控制信号包括用以操作或控制一个或多个致动系统的特定命令。可以选择并设计致动系统以协同工作。
致动系统2000A、2005A、2010A、2015A、2020A的每个致动器是用于移动或控制相应光学组件的机械装置。致动器从模块2050接收能量，并将该能量转换成赋予相应光学组件的某种运动。例如，致动系统可以是力装置和旋转台中的任何一个，用于旋转光束扩展器的一个或多个棱镜。致动系统例如可以包括马达诸如步进马达、阀门、压力控制装置、压电装置、线性马达、液压致动器、音圈等。
光栅2000可以是高闪耀角阶梯光栅，并且以任何满足光栅方程的入射角2062入射在光栅2000上的光束110A将被反射(衍射)。光栅方程提供光栅2000的光谱级、衍射波长(衍射光束的波长)、光束110A在光栅2000上的入射角2062、光束110A衍射离开光栅2000的出射角、入射到光栅2000上的光束110A的垂直发散、和光栅2000的衍射表面的凹槽间距之间的关系。此外，如果使用光栅2000使得光束110A到光栅2000上的入射角2062等于光束110A从光栅2000的出射角，那么光栅2000和光束扩展器(棱镜2005、2010、2015、2020)以Littrow配置布置并且从光栅2000反射的光束110A的波长是Littrow波长。可以假设入射到光栅2000上的光束110A的垂直发散接近零。为了反射标称波长，光栅2000相对于入射到光栅2000上的光束110A对准，使得标称波长通过光束扩展器(棱镜2005、2010、2015、2020)被反射回来在光源105中被放大。然后，通过改变光束110A到光栅2000上的入射角2062，可以在光源105内的谐振器的整个增益带宽上调谐Littrow波长。
棱镜2005、2010、2015、2020中的每一个沿光束110A的横向方向足够宽，使得光束110A被包含在其所通过的表面内。每个棱镜在从孔径2055朝向光栅2000的路径上光学地放大光束110A，并且因此每个棱镜的大小从棱镜2020到棱镜2005连续变大。因此，棱镜2005比棱镜2010大，棱镜2010比棱镜2015大，而棱镜2020是最小的棱镜。
如上所讨论的，光束110A的带宽对棱镜2020的旋转相对敏感，并且对棱镜2005的旋转相对不敏感。这是因为由于棱镜2020的旋转引起的光束110A的局部光学放大率的任何变化乘以了其他棱镜2015、2010和2005中的光学放大率的变化的乘积，因为那些棱镜位于旋转的棱镜2020和光栅2000之间，并且光束110A在穿过棱镜2020之后必须穿过这些其他棱镜2015、2010和2005。另一方面，光束110A的波长对棱镜2005的旋转相对敏感，并且对棱镜2020的旋转相对不敏感。因此，通过旋转棱镜2005可以粗略地改变波长，并且棱镜2020可以被旋转(以粗略的方式)。光束110A的入射角2062由于棱镜2005的旋转而改变，并且棱镜2020的旋转抵消了由棱镜2005的旋转引起的放大率的变化。棱镜2020可以被用于粗略、大范围、慢带宽控制。相比之下，通过控制棱镜2010，可以在精细和窄范围内并且甚至更快地控制带宽。
参考图21，提供了关于控制系统185的细节，其涉及本文描述的系统和方法的各方面。控制系统185可以包括图21中未示出的其他特征。通常，控制系统185包括数字电子电路、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2100，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动磁盘；磁光盘；和CD-ROM磁盘。控制系统185还可以包括一个或多个输入设备2105(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2110(诸如扬声器或监视器)。
控制系统185包括一个或多个可编程处理器2115，以及有形地体现在机器可读存储设备中用于由可编程处理器(诸如处理器2115)执行的一个或多个计算机程序产品2120。一个或多个可编程处理器2115每个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2115从存储器2100接收指令和数据。前述任何一个可以由专门设计的ASIC(专用集成电路)补充或并入其中。
除了其他组件之外，控制系统185还包括光谱特征分析模块2125、光刻分析模块2130、决策模块2135、相位调制模块2140、光源致动模块2150，光刻致动模块2155和光束准备致动模块2160。这些模块中的每一个可以是由诸如处理器2115之类的一个或多个处理器执行的一组计算机程序产品。此外，模块2125、2130、2135、2140、2150、2155、2160中的任何一个都可以访问存储在存储器2100中的数据。
光谱特征分析模块2125接收来自计量系统170的输出。相位调制模块2140与相位调制器系统145进行接口连接，以控制提供给电压源1257的信号，以用于控制相位调制器系统145的电极1248、1249。光刻分析模块2130从光蚀刻曝光设备115的光刻控制器140接收信息。决策模块2135接收来自分析模块(诸如模块2125和2130)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(诸如相位调制模块2140或光源致动模块2150)。
光源致动模块2150被连接到光源105和光谱特征选择设备130中的一个或多个。光刻致动模块2155被连接到光蚀刻曝光设备115，并且具体地被连接到光刻控制器140。光束准备致动模块2160被连接到光束准备系统112的一个或多个组件。控制系统185内的模块之间以及控制系统185内的模块与光蚀刻系统100的其他组件之间的连接可以是有线的或无线的。
虽然图21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被表示为其中所有组件看起来定位在一起的盒子，但是控制系统185可以由物理上彼此远离的组件构成。例如，光源致动模块2150可以与光源105或光谱特征选择设备130物理地共同定位在一起。
通常，控制系统185从计量系统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2125对信息执行分析以确定如何调节供应给光蚀刻曝光设备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设备130和/或光源105，以经由控制模块2050控制光源105的操作。通常，光谱特征分析模块2125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)所需的分析。光谱特征分析模块2125的输出是发送到决策模块2135的频谱特征的估计值。
光谱特征分析模块2125包括比较块，该比较块连接以接收估计的光谱特征并且还连接以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异的光谱特征误差值。决策模块2135接收光谱特征误差值并确定如何最佳地对系统100进行校正以便调节光谱特征。因此，决策模块2135向光源致动模块2150发送信号，光源致动模块2150基于光谱特征误差值确定如何调节光谱特征选择设备130(或光源105)。光源致动模块2150的输出包括被发送到光谱特征选择设备130的一组致动器命令。例如，光源致动模块2150将命令发送到控制模块2050，控制模块2050被连接到图20中示出的示例性设备130内的致动系统。
另外，光刻分析模块2130可以接收来自光蚀刻曝光设备115的光刻控制器140的指令，例如，以便改变脉冲光束110的一个或多个光谱特征或者改变光束110的脉冲重复率。光刻分析模块2130对这些指令执行分析以确定如何调节光谱特征并将分析结果发送到决策模块2135。控制系统185使光源105以给定的重复率操作，给定的重复率是产生脉冲的速率。更具体地，光蚀刻曝光设备115针对每个脉冲(即，以脉冲到脉冲为基础)向光源105发送触发信号(通过控制系统(通过光刻分析模块2130))，并且这些触发信号之间的时间间隔可以是任意的，但是当光蚀刻曝光设备115以规则的间隔发送触发信号时，那么那些信号的速率是重复率。重复率可以是光蚀刻曝光设备115所请求的速率。
相位调制模块2140可以(例如，从决策模块2135)接收关于如何修改提供给电压源1257的信号的指令，以用于控制相位调制器系统145的电极1248、1249。通过调节提供给电压源1257的信号，脉冲的光学相位的调制频率被调节。
参考图22，由光蚀刻系统100执行过程2200。产生由脉冲构成的光束110(2205)。每个脉冲具有深紫外范围内的波长，并且每个脉冲具有由第一时间相干长度所定义的第一时间相干性。每个脉冲由脉冲持续时间来定义。脉冲持续时间可以被定义为脉冲功率保持持续地高于其最大值的某个百分比(例如一半)的时间。
对于这些脉冲中的一个或多个，在脉冲的脉冲持续时间上调制脉冲的光学相位以产生修改的脉冲(2210)。修改的脉冲具有由第二时间相干长度定义的第二时间相干性，该第二时间相干长度小于脉冲的第一时间相干长度(即，未修改的脉冲)。例如，在脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位，以通过傅立叶变换对脉冲的电场的频谱进行卷积来产生修改的脉冲(2210)，该傅立叶变换与在脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位有关。
可以通过调制脉冲被引导通过的材料的折射率来调制(2210)脉冲的光学相位。例如，通过调制脉冲1205传播所通过的电光晶体1247的折射率来调制脉冲1205的光学相位。可以在位于频率范围内的频率处调制光学相位。
通过在脉冲的脉冲持续时间上对光学相位进行随机化，可以调制(2210)脉冲的光学相位。可以通过改变脉冲的电波形上的时间点的位置来调制(2210)脉冲的光学相位。
光学脉冲与波形相关联，波形由时间点表示，并且可以通过将不同的时间延迟应用于波形的不同点来调制(2210)脉冲的光学相位。通过使光学脉冲通过介质(或诸如电光晶体1247之类的材料)并在脉冲通过介质时改变介质的折射率，来将不同的时间延迟应用于波形的不同点。光学相位的调制的幅度可以在脉冲的脉冲持续时间上随机变化。
从一个或多个修改的脉冲形成光束(2215)，并且将所形成的脉冲光束朝向光蚀刻曝光设备115内的晶片120引导(2220)。
在脉冲的脉冲持续时间上调制(2210)光学相位以产生修改的脉冲，从而减少朝向衬底引导的脉冲光束的动态散斑(其也被称为动态散斑对比度)。
可以通过产生由脉冲构成的种子光束1910A来产生由脉冲构成的光束。可以通过使种子光束的脉冲重复地通过谐振器(例如，在功率放大器1910内)来光学放大种子光束1910A的脉冲从而来产生由放大脉冲构成的光束110。通过在放大的脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位，可以在脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位，以产生修改的脉冲。通过在种子光束1910A的脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位，可以在脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位，以产生修改的脉冲。可以通过光学放大修改的脉冲来产生由放大的脉冲构成的光束110。
过程2200还可以包括在每个脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位之前减小光束脉冲的带宽以产生修改的脉冲。在脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位引起脉冲的带宽增加但仍低于目标带宽。这种现象(其中修改的脉冲的带宽随着光学相位调制的频率增加而增加)可以被用来通过调节该脉冲的光学相位被调制的速率或频率来调节朝向晶片120引导的脉冲的带宽。
过程2200还可以包括增加朝向晶片120引导的光束中的脉冲的持续时间。朝向晶片120引导的光束中的脉冲的持续时间可以通过以下方式增加：将光束的每个脉冲的幅度分成分裂部分，在这些分裂部分之间引入时间延迟以产生脉冲的时间延迟部分，并且然后重新组合脉冲的这些时间延迟部分，以提供光束的时间展宽脉冲。此外，可以在脉冲的脉冲持续时间上调制(2210)光学相位，以通过在脉冲的一个或多个分裂部分的脉冲持续时间上调制光学相位来产生修改的脉冲。
光束的修改的脉冲的带宽可以大于调制之前光束脉冲的带宽。还参考图23，过程2200还可以包括附加过程2300，用于选择在脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位的频率范围。基本上，过程2300基于可以通过确定目标调制频率来选择调制频率(或最大允许调制频率)的原理来进行操作，该目标调制频率将产生在修改的脉冲的目标带宽范围内的带宽；并且然后将最大允许调制频率保持低于所确定的目标调制频率，从而确保调制频率在目标调制频率内，并且从而将修改的脉冲的带宽保持在目标带宽的范围内。过程2300包括测量测试脉冲的特性(2305)。测试脉冲是具有第一时间相干性(在被调制之前)的脉冲或具有第二时间相干性的修改的脉冲。被测量的测试脉冲的特性可以是测试脉冲的带宽。接收被测量的特性(2310)并且控制系统185基于接收的特性来确定修改的脉冲的带宽是否在目标带宽的范围内(2315)。如果控制系统185确定修改的脉冲的带宽在目标带宽的范围之外，那么调节光学相位被调制的最大允许频率(2320)。通过调节光学相位被调制的最大允许频率，由此可以调节修改的脉冲的带宽。例如，相位调制模块2140可以调节提供给相位调制器系统145的电压源1257的控制信号，以调节调制的最大允许频率。并且，可以通过调节控制信号被引导通过的信号滤波器来调节控制信号。
可以针对光束110的每个脉冲执行过程2300。
其他实施方式在以下权利要求的范围内。

Claims (26)

1.一种设备，包括：
相位调制器系统，在具有深紫外范围中的波长的脉冲的光束的路径中，所述相位调制器系统被配置为，对于所述光束的多个脉冲中的每个脉冲，在所述脉冲的脉冲持续时间上调制光学相位，以产生具有第二时间相干性长度的修改的脉冲，所述第二时间相干性长度小于所述脉冲在被调制之前的第一时间相干性长度；
测量设备，被配置为测量测试脉冲的特性，其中，所述测试脉冲是具有所述第一时间相干性的脉冲或具有所述第二时间相干性的所述修改的脉冲；以及
控制系统，与所述测量设备和所述相位调制器系统通信，所述控制系统被配置为：
从所述测量设备接收所述测试脉冲的所测量特性；
基于所接收的所述所测量特性来确定所述修改的脉冲的带宽是否在目标带宽的范围内；以及
如果确定所述修改的脉冲的所述带宽在所述目标带宽的所述范围之外，则调节在产生所述修改的脉冲的所述脉冲的所述脉冲持续时间上所述光学相位被调制的频率。
2.一种光源，包括：
第一级光源，被配置为产生由脉冲组成的种子光束，并且包括被配置为调谐所述种子光束的一个或多个光谱特征的光谱调谐设备，每个脉冲具有在深紫外范围中的波长，每个脉冲具有由第一时间相干性长度定义的第一时间相干性，并且每个脉冲由脉冲持续时间定义；
相干性降低系统，在所述种子光束脉冲的路径中，并且被配置为，对于所述种子光束的每个脉冲，产生具有由第二时间相干性长度定义的第二时间相干性的修改的种子光束脉冲，所述第二时间相干性长度小于所述第一时间相干性长度；以及
第二级光学放大器，包括谐振器和增益介质，所述第二级光学放大器被配置为接收从所述相干性降低系统输出的所述修改的种子光束脉冲，并且产生由放大的脉冲组成的光束。
3.根据权利要求2所述的光源，其中，所述相干性降低系统包括相位调制器系统，所述相位调制器系统被配置为，对于所述种子光束的每个脉冲，在所述脉冲的所述脉冲持续时间上调制光学相位，以产生具有由所述第二时间相干性长度定义的所述第二时间相干性的所述修改的种子光束脉冲，所述第二时间相干性长度小于所述第一时间相干性长度。
4.根据权利要求3所述的光源，其中，所述相位调制器系统包括相位调制器的二维阵列。
5.根据权利要求3所述的光源，其中，所述相位调制器系统还被配置为，对于所述种子光束的每个脉冲，降低所述脉冲的空间相干性，使得所述种子光束的所述修改的脉冲具有小于所述种子光束脉冲的所述空间相干性的第二空间相干性。
6.根据权利要求3所述的光源，其中，所述相位调制器系统包括普克尔斯盒，所述普克尔斯盒包括脉冲的所述种子光束通过的介质。
7.根据权利要求6所述的光源，其中，所述相位调制器系统被配置为，对于所述种子光束的每个脉冲，在所述脉冲的所述脉冲持续时间上调制所述光学相位以产生所述修改的种子光束脉冲包括调制所述普克尔斯盒的所述介质的折射率。
8.根据权利要求3所述的光源，其中所述相位调制器系统包括单个相位调制器。
9.根据权利要求2所述的光源，其中，所述第一级光源包括主振荡器，所述主振荡器包括增益介质和光学反馈机构，放大被配置为在所述增益介质中发生，并且所述第二级光学放大器包括功率放大器，所述功率放大器包括增益介质，当用来自所述主振荡器的所述种子光束接种时，放大被配置为在所述增益介质中发生。
10.根据权利要求9所述的光源，其中，所述主振荡器包括具有两个电极的气体放电室，并且所述气体放电室被配置为容纳用作所述增益介质的激光气体，其中激光谐振器被形成在所述气体放电室的一侧上的所述光谱调谐设备与所述气体放电室的第二侧上的输出耦合器之间，所述种子光束通过所述输出耦合器离开所述第一级光源。
11.根据权利要求2所述的光源，其中，所述相干性降低系统被配置为，对于每个种子光束脉冲，产生具有大于所述种子光束脉冲的带宽的带宽的所述修改的种子光束脉冲。
12.一种设备，包括：
光源，被配置为产生由脉冲组成的、并且具有在深紫外范围中的波长的光束，每个脉冲具有由第一时间相干性长度定义的第一时间相干性，并且每个脉冲由脉冲持续时间定义；
相干性降低系统，在所述脉冲的光束的路径中，并且所述相干性降低系统被配置为，对于所述光束中的所述脉冲的每个脉冲，在所述脉冲的所述脉冲持续时间内调制光学相位，以产生具有由第二时间相干性长度定义的第二时间相干性的修改的脉冲，所述第二时间相干性长度小于所述脉冲的所述第一时间相干性长度；以及
光束引导设备，在由所述修改的脉冲形成的脉冲的光束的所述路径中，所述光束引导设备被配置成将由所述修改的脉冲形成的所述脉冲的光束朝向光刻曝光设备内的衬底引导。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述第二时间相干性长度在所述第一时间相干性长度的50-95％之间。
14.根据权利要求12所述的设备，其中所述光源包括：第一级光源，被配置为产生由种子光束脉冲组成的种子光束；以及第二级光学放大器，被配置为接收所述种子光束脉冲，并且产生由放大的脉冲组成的光束。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述第一级光源包括固态增益介质。
16.根据权利要求12所述的设备，其中所述光源包括固态增益介质。
17.根据权利要求12所述的设备，其中，所述相干性降低系统包括位于光束均化器内的相位调制器的二维阵列。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述相位调制器的二维阵列还被配置为，对于每个脉冲，降低所述脉冲的空间相干性，使得所述修改的脉冲具有小于所述脉冲的所述空间相干性的第二空间相干性。
19.根据权利要求12所述的设备，还包括光学时间脉冲展宽器，所述光学时间脉冲展宽器被配置为增加所述修改的脉冲的持续时间。
20.根据权利要求12所述的设备，其中，所述相干性降低系统包括普克尔斯盒，所述普克尔斯盒包括所述脉冲的光束通过的介质，并且在所述脉冲的所述脉冲持续时间内调制所述光学相位包括调制所述普克尔斯盒的所述介质的折射率。
21.根据权利要求12所述的设备，其中，所述相干性降低系统包括单个相位调制器。
22.根据权利要求12所述的设备，其中，所述相干性降低系统被配置为，对于所述光束的每个脉冲，产生具有大于所述光束脉冲的带宽的带宽的所述修改的光束脉冲。
23.根据权利要求12所述的设备，其中，所述相干性降低系统包括彼此平行光学布置的相位调制器的二维阵列。
24.根据权利要求23所述的设备，其中所述相干性降低系统位于光束均化器的两个小透镜阵列之间，其中每个相位调制器与一对小透镜对准。
25.根据权利要求23所述的设备，其中所述相干性降低系统在光束均化器的一对小透镜阵列附近，其中每个相位调制器与一对小透镜对准。
26.根据权利要求12所述的设备，还包括与所述相干性降低系统通信的控制系统，所述控制系统被配置为：
确定所述修改的脉冲的带宽是否在目标带宽的范围内；以及
如果确定所述修改的脉冲的所述带宽在所述目标带宽的所述范围之外，则调节在产生所述修改的脉冲的所述脉冲的所述脉冲持续时间上所述光学相位被调制的频率。
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