TW393670B - Laser-illuminated stepper or scanner with energy sensor feedback - Google Patents

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TW393670B
TW393670B TW087112916A TW87112916A TW393670B TW 393670 B TW393670 B TW 393670B TW 087112916 A TW087112916 A TW 087112916A TW 87112916 A TW87112916 A TW 87112916A TW 393670 B TW393670 B TW 393670B
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Igor V Fomenkov
Robert G Ozarski
Palash P Das
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Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 .· ___B7_ 五、發明説明（/ ) 本發明是1 998年3月4日頒佈之案號 09/034,870，”Pulse Energy Control for Excimer Lasers”，以及 1997年8 月 8 日頒佈之案號 08/908，862，“Stepper or Scanner Hiving Two Energy Monitors for a Laser5’的部份延續。本發玥是關於 雷射能量控制設備及方法，並特別關於供積體《路製造用 的步進機與掃描器所用的此種設備與技術。 ~ 雷射照射步進檐與掃描器 雷射常常在供積體電路製造用的掃描器系統 中被當作光源，以便選擇致星凰上的光阻層。光 罩（或光柵）被插入在光及晶圓之間以便允許選擇性的曝 光。符合目前水準的曝光系統包括了相當複雜的光學系統 去導引雷射照至晶圓表面上。 在步進或掃描期間內使光阻適度地曝光所需要之光量 是光強度與光照射於晶圓上之時間長度的乘積。通常，雷 射光以比如每秒率被產生於脈波中，並且 使光阻適度地曝光所需之脈波數是根據雷射光的強度而決 定。習知技藝之印刷製版雷射通常包括了位於或接近雷射 輸出處的脈波能量監視器。這監視器能夠被用於回授配置 中以便控制個別脈波的能量以及整體的劑量能量（預定數 目之脈波內的總能量）。脈波能量監視器亦可位在步進機 或掃描器內並且使用這些對回授信號的監視器去控制雷射 源。然而，這些習知技藝回授控制系統並未證明非常令人 滿意並且會在雷射中生成嚴重的振盪。 能Ms型曲線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) I裝------訂----- 經濟'邓中央標準局員工消費合作社印製 A 7 ··· ___B7_五、發明説明（2 ) 由片語”能量S型曲線"所定義的脈波能量變動對積體 電路印刷製版機是很重要的。能量S型曲線是在一連串脈 波中與脈波能量之平均能量的標準差。能量S型曲線的規 格要求通常是在大約3 %的範圍內，但所要的値也許小很 多。習知技藝準分子雷射包含了回授電壓控制*它根據所 監視之先前脈波或眾脈波的能量.而自動地調整每一脈波的 放電電壓1印刷製版雷射可於連續模式中以比如 1,000Hz的脈波速率操作，這種情況中雷射與光學效果 快速地到達平衡，並且相當容易地利用脈波能量-電壓回 授控翻去保持能量S型曲線很小。 叢發模式操作 積饈電路印刷製版用的連續雷射操作不是常見的。更 常見的操作模式被稱爲叢發模式，其中雷射被以比如 1，000H2L的脈波速率操作維持大約110到250脈波（這一 連串脈波被稱爲”叢發"），接下來是幾分之一秒，比如大 約0.2秒，到數秒或更久的停滯時間。在這些停滯時間期 間內，正受照射的晶圓被步進（亦即移動數公釐），或者已 處理晶圓被替換爲待處理晶圓，或者新的晶圓卡匣被移至 定位。除了控制能量S型曲線之外，在許多情況中控制每 一叢發期間內的總劑量儘可能地接近目標値是更重要的。 如果雷射以固定的電壓被操作於叢發模式中，當它在 叢發的前40毫秒期間內發出雷射時結果是在光束的脈波 能量中之廣闊搖擺。同時，步進機或掃描器內光學元件中 的暫態狀況會造成到達光罩之能量的變動。這些合倂的效 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1 !*1 · 1 - . HV4 —i— 1 . 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS } A4規格（210X297公釐） A7 B7 M濟部中央標準局貝工消f合作社印^ 五、發明説明（今） 果會造成到達光罩之脈波能量中相當的變化。習知技藝能 量回授控制電路只會部份地減少能量變化。已知那些搖擺 在每個叢發中是非常重覆的。因此，已經嘗試著利用隨時 間相依的運算法去設計鼋壓控制程式，以便減少在這些前 4〇個脈波期間內的脈波能量變動》 所需要的是一種能量感測器回授系統，能夠更佳地修 正步進機或If描器透鏡還有雷射系統中的光束擾動。 本發明提供了一種雷射照射晶圓曝光系統，比如步進 機或掃描器，具有第一光強度檢測器位在曝光系統內接近 光罩處，以及第二光強度檢測器位於接近雷射的輸出。回 授控制系統根據由檢測器中至少一者所檢測的信號而控制 雷射的輸出。回授控制系統包括了以計程式之處 _________~:— -·、 —、w- 理器，該運算法用以控制雷射放電電壓以便利用叢發模式 之雷射操作提供在光罩處具有所欲強度之光脈波。運算法 至少利用了下列參數：事先測量的脈波能量、計算 量誤差、計算的劑量誤差*脈波能量對電壓的變化率之 *-—.11.-- —--" — 數値、以及至少一參考電壓。在較佳實施例中該運算法使 用位在接近光罩處之光強度檢測器測量得的脈波能量去提 供回授控制，並且使用位在雷射之輸出的光強度檢测器去 確保雷射之輸出被維€在預定的數圍內。 第1·圖舉例說明了一種雷射系統以及步進機/掃描器 曝光系統，被修正爲包括靠近晶圓的光強度監視器以及雷 射系統內的光強度監視器在內。 第2圖大略地舉例說明了供調整雷射輸出用的回授系 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本貢) .—I* - - 1 - I - I I....... 1....... . ........ *---I- 'Γ.«n *J--i - —I- - - - 1 n I 1 - - Mu 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消费合作社印掣 五、發明说明（4) 統。 第3圖是顯示使用來自兩個檢測器之信號去控制雷射 輸出之第一流程圖。 第4圖是準分子雷射用的較佳脈波功率系統其簡化的 電子電路圖。 第5圖是dE/dV對充電電壓之函數孺》 第6圖是dE/dV對氟濃度之函數圖。 第7圖是提供了使用兩個檢測器去控制雷射之特定運 算法的第二流程圖，一個檢測器在步進機內而另一個在雷 射的输出。 第8圖是類似第7圖之流程圖，除了控制運算法是對 掃描器較佳的之外。 第9圖顯示一種掃描器系統。 第一較佳實施例 步進機 第1圖舉例說明一種納入本發明之供積體電路在矽晶 圓上印刷製版用的步進機系統。第1圖中，準分子雷射系 統10包含了準分子雷射激發室，標示爲雷射12，以及不 同的回授控制電路舆機構以便調整從雷射系統10射出的 雷射光之波長、光譜寬度、強度以及叢發持續時間。這些 控制電路及機構被標示爲雷射控斛器14。調節雷射、控 制其強度、以及控制雷射光之脈波用的方法及構造是爲人 熟知的，並可使用任何適合的方法去控制雷射系統10的 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - -装------訂------{'沐：*--- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印聚 五、發明説明（5 ) 雷射輸出。 步進機20接收了來自雷射系統10的雷射光束21，並 且最終使光罩圖型聚焦到半導體晶圓22的微小區域（大約 2αη2)上以便使晶圓22上的光阻層曝光。在預定數目的雷 射光脈波之後，晶圓22藉由X-Y平台24在X及/或Y方向 步進。在晶圖22每次曝光之後，控制器26反應於軟體程 式而控制XTY平台24的位置。脈波控制器27提供了信號 給雷射系統10去在晶^22每次步進期間內產生預定數目 的脈波（比如大約110)。可以使用形成步進機2 0 —部份之 鍵盤與電腦（未繪示出）去設計控制器26與27的程式以便 自動地加工晶圓22 » 雷射光束 準分子雷射系統10通常被製造爲獨立的單元，並且 不會事先精確地知道雷射系統10的光輸出將如何受步進 機透鏡影響》由雷射系統10輸出的雷射光束21藉由充氮 氣導管30內的鏡28及29被奪引至步進機20的光輸入埠。 氮氣被用以防止濕氣進入導管30$且防止衰減經由導管 3〇傳辑的雷射光。 光束調節透鏡32以及光束聚光鏡34如所需地在光束 應用於含有一或多個光罩圖型的光柵36之前改變了光束 21 »光束調節透鏡32可包括一連串的透鏡（形成均質鏡） 去使雷射光束2 1的空間強度對於光束的面積平均。此一 均質鏡可使用小透鏡的二維陣列，接續一個第二透鏡以使 小透鏡的光輸出平均。調節透鏡32與聚光鏡34亦可在必 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * I I - -I n^i I 、》SJm u I ^n· n T· . n_ __ VI-I ^^^1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印^ Μ ..·· Β7五、發明説明（6 ) 要時擴展光束以形成方型光束。此透鏡32及34可以是傳 統的。 部份反射鏡38，以及若需要的話其它的透鏡，會再 導引光束經過透鏡3分至光柵36上。光柵36上的光罩圖型 通常是鉻或其它不透明材料，.被形成爲將被複製於晶圚 22表面上光阻內的圖型&聚焦透鏡40使穿過光柵36的光 聚焦至晶圚_2-2之2公分2面積上。 照射在部份反射鏡38上之光線的少量百分比被光檢 測器44接收，光檢測器44是具有取樣及保持電路的傳統 光二極體檢測器。一種適合型式的光檢測器是由光二極體 構成，其電流輸出在減去DC偏移之後是舆照射光強度成 正比。此種光檢測器是爲人熟知的。傳統的取樣及保持電 路，會取樣相當於脈波能量的集成信號大約50奈秒期間 並且保持信號直到它能夠被電腦處理器讀取爲止。類似的 鏡45及光檢測器46被用以在雷射12的輸出測量光束2 1之 強度。傳統的快門47受控制•地阻止了光束21進入步進機 20並且是位在鏟45的下游。X-Y平台控制器26被規劃爲 在預定數目的雷射能量脈波之後使晶圓22步進至下一個 位置f這些雷射能量脈波通常具有預定的波長及脈波寬 度。根據在一步期間內照射在晶圓上之光線的所需總能量 而計算脈波數。這需要光線能量的正確判斷。 準分子雷射，包括其電源供應盔、控制電路、及冷卻 -------- -- 系統，是步進機外部一個相當大的裝置。由於步進機20 內不同透鏡所提供的衰減會在使用期間內變化，由雷射系 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 A7 .... _B7__五、發明説明（歹） 統10對特定一步所產生之脈波內的能量會非所欲地大於 或小於曝光晶圓22上光阻所需的最佳値。藉著置放光檢 测器44在會造成袞減之慮的步進機透鏡之後以及在光柵 36之前，並藉著使用光檢測器44供回授能量控制，當調 整雷射輸出的光強度時會自動地考慮到步進機透鏡的任何 衰減或失真。然而，車獨使用光檢測器44不能辨識出任 何能量暫態_的原因究竟是因爲透鏡或是因爲雷射系統1〇 本身而起。 控制雷射輸出 電腦處理器48接收來自光檢測器44與46的信號，還 有其它關於雷射脈波與叢發之計時的訊息，並且使用特殊 的運算法處理光檢測器44與46的輸出以便決定雷射的調 整量而達成所要的個別脈波能量及整體劑量能量。處理器 48的輸出更由雷射控制器14內的電路予以處理，以便控 制雷射12的操作電壓而控制雷射輸出。 準2圖大略舉例說明了在·雷射系統10內的回授電路， 用以控制雷射光在每一脈波期間內的強度以及調整雷射的 其它特性，若需要的話。 來自步進機20內光檢測器44的信號通常是類比信 號。這信號首先對一個比脈波持續時間更長的時間區間積 分並且使用取樣及保持電路56去取樣，所以有效地獲得 每一脈波之光能量的測量。結果所得的信號然後使用類比 至數位轉換器5 8而轉換爲數位信號。取樣計時器5 9被提 供給取樣及保持電路56並且測量了類比至數位轉換器58 I n n n * I n i l—^Λ n I n n n I ^ I 1 u n n (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） -10 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印聚 A7 ·- —__B7_ .-五、發明説明（g ) 中所有的能量，所以在適當的時間得出讀數以便測量在大 約3 0至5 0奈秒脈波內所有的能量。 轉換器58的數位輸出然後被施加給由軟體61規劃程 式的處_器6〇，這能鞞是個人電腦，以便使代表光強度 的數位信號與用以控制雷射本身的控制信號相關。處 理器60亦能夠是硬體連線的AS1C »來自雷射系統1〇內 光檢測器46·的類比信號被相同的取樣及保持電路62以及 類比至數位轉換器64加以處理並且被施加給處理器60。 雷射控制器14接收了來自處理器60的控制信號並且 使用已知方法調整雷射12的特性。用以調整雷射之光強 度輸出的一種已知方法是調整雷射12的充電電壓，它繼 而被壓縮並且放大以便產生大約與充電電壓成正比之更甚 高的放電電壓。 脈波輿劑量能童控制 這實施例中，雷射12操作於每秒10 00脈波的重複速 率。每一脈波的能量通常是•大約10毫焦耳。典型的照射 步驟如下： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 時間 移動晶圓‘ 0. 1秒 照射 0. 1 1秒（1 10脈波） 移動晶圓 〇· 1秒 照射 0.11秒（tio脈波） 移動晶圓 0. 1秒 照射 0.1 1秒（1 1 0脈波） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公麓） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（7 ) 移動晶圓 0.1秒 照射 0.11秒（110脈波） 交換晶圓 ip秒 移動晶圓 0.1秒 照射 o.ll秒（Η0脈波） 因此，正常操作是大約110毫秒內的110個脈波叢 發，接著是大約0.1秒以及偶而大約10秒的停滯時間。在 不同的時刻，將提供較長的停滯時間以便能夠執行其它的 操作。道基本程序持續一天24小時，每週7天，維持數個 月，故雷射通常產生每天幾百萬個脈波以及幾千次叢發。 在上述叢發模式中，晶圓的每個區域在每次叢發接收相同 的照射能量通常是很重要的。同時，晶片製造商希望每個 脈波間的變化（能量S型曲線ί被最小化。 本赛明此較佳實施例使用了設備及軟體去監視每一脈 波（脈波Ν-1)的能量，然後根據以下之結果去控制下一個 脈波（脈波Ν>的能量： 1) 脈波Ν-1所測得能量與目標脈波能量的it較，以 及 2) 經過脈波N-1所累積之叢發劑量與輕過脈波N-1 之目標脈波劑量的比較。 此一叢發模式中的操作在雷射本身內以及在步進機裝 本紙張尺度.適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） J.--—*----.裝------訂------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（) 置的透鏡列中皆生成了顯著的暫態。申請人已經發現主要 的暫態在叢發開始之後的首先30至40毫秒內發生於雷射 中。在步進機透鏡列中，主要的暫態發生在叢發的首先 10至15毫秒期間內。 藉由雷射及光學元件的適當選取，已經努力去消除這 些暫態；然而，儘管這些努力，顯著的暫態仍維持著並且 它們必須被_處理。申請人已經用本發明使這些暫態的影響 最小化，這提供了主動的脈波至脈波之脈波-能量萆視以 及雷射輸出的脈波至脈波控制。這些脈波能量値，配合先 前記載的脈波能量値與充電電壓，還有能量對電壓的變化 率値dE/dV，然後被用以在每次脈波之前調整充電電 壓，以便改進能量S型曲線並且控制劑量能量在所要的範 圍內。 正確之dE/dV的重要性 控制輸出脈波能量的習知技藝方法通常測量距所要的 目標能量之誤差，然後計算對下一個脈波之充電電歴的修 正，期望這修正會產生所要之能量昨更佳逼近。習知技藝 中修正的量是電壓的画定增量（或減量)，或者與能量誤差 成正比的增量》這比例常數在習知技藝中是固定的：例如 對於能量中每個+ 1毫焦耳誤差，充電電壓會減少50伏 特。在這些控制計劃中，比例常數是控制軟體之固定參 數，並且在事先由雷射設計者實驗性地決定。這比例常數 的理想値是從能量對電壓曲線，dE/dV，的局部微分（斜 率）推論出。給定一能量誤差，電屋修正應該爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210；<297公釐） J---r------裝------订------c.^· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央標率局員工消費合作社印製 、發明説明（丨I ) DV = DE/(dE/dV)，此處l/(dE/dV)是先前所討論的比 例常數。 由於dE/dV値影響了控制運算法會多麼快速及正確 地收歛至目標能量，dE/dV値被正確地設定是重要的。 1/( dE/dV)的値若太小將會導致緩慢並且不正確的收 歛。相反地，l/(dE/dV)的値若太大會導致控制運算法 中極端的不'穩定。不幸地，dE/dV不是個常數，但會由 於不同的因子而隨時間變動，比如操作電壓、氟濃度、氣 體溫度、元件老化等等。第5圖顯示對於不同的氟濃度而 言dE/dV當做充電電壓之函數的表示圖（能量不是個常 數）。第6圖顯示dE/dV在三個不同的電壓位準當做氟濃 度之函數。結果，習知技藝中所述控制方法會被迫去設定 比例常數比最佳値小很多，以便確保運算法不會在某些狀 況下變成不穩定。 本專利中所述的控制方法期望提供一種方法，以一種 不需要中斷雷射之操作的方式去以半連續的方式直接地測 量參數dE/dV，藉以在所有時刻背提供雷射能量的最佳 控制。 重返衡擊與光學路徑能量搖播 在印刷製版時所用典型的氟化氪準分子雷射中，雷射 室中氣體從反應室週圍的電極完成一環繞行程並回到該等 電極所需要的時間爲大約30毫秒。申請人已經確知利用 以1,000Hz操作的雷射，平均而言對於在叢發開始之後 大約30毫秒發生的脈波（比如N = 28,29,30，31與32之脈 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2IOX297公釐）-Η - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .Λ-裝. 訂 f级- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 一 __ B7__ 五、發明説明（\Z ) 波），能量输出在固定的充電電壓時有相當的降低。申請 人相信脈波能量這降低（用固定的充電電Μ)是與叢發的首 先幾個脈波期間內在電極之間的氣體返回到電極相關。這 論點的證據是寅驗結果顯示輸出之急降的時刻能夠藉由減 緩氣體循環速率而予以延遲。申請人稱呼這來自第一脈波 的氣體返回爲“重返衝擊”。同時，叢發之第一脈波的能 量通常是非黑地不同於叢發的後續脈波。在第一脈波接下 來大約40毫秒之後，在固定電屋時的脈波能量是相當固 定的。處理這些早期的擾動時，申請人將叢發分離成兩個 時間上的區域，稱爲區域的第一區域（由一些較早期 脈波組成，例如40個脈波）以及申請人在這專利申請書中 稱之爲“L”區域的第二區域（由Κ區域隨後的脈波組成）。 當每一療發的首先幾個脈波穿過步進機透鏡的光學路 徑時，它們在退化的程度上經歷了相當的變動。這些影響 據信是由於振動及/或光學元件中的熱暫態而起。在進入 叢發大約10脈波之後，這些變化有實質上變弱的傾向。 設備 本發明此實施例利用了供脈波能量控制用的傳統準分 子雷射零備•每一叢發中每個脈波的脈波能量是由光二極 體44與46測量。光二極體46測量僅只在其輸出連接器上 方的雷射12其輸出，因此來自這檢測器的信號對於在雷 射内比如由衝擊效應所致之擾動很靈敏，但不會見到透鏡 列內的擾動。光二極體44見到在雷射與透鏡列內的擾 動，因而提供了光栅上能量的較佳表示。這些光二極體的 本紙乐尺，適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210X297公釐〉-15 - (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ί-_裝. 訂 •f線- A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（θ) 反應時間是少於1毫秒。每個大約20奈秒脈波所致的累積 信號被儲存，並且這信號在脈波開始之後大約1.0微秒被 電腦控制器22讀取。在一叢發中所有先前的個別脈波之 累積能量被稱爲叢發劑量値。電腦控制器利用了代表脈波 N之脈波能量的信號還有目標脈波能量舆叢發劑量値，以 便指定脈波N+1用的高電壓》這計算需要大約2 00微秒。 當N+1之高'電壓値被決定時，電腦控制器送出信號給高 電壓電源供應器11以確定脈波N+1用的充電電屋，這花 費數微秒。 電腦控制器22命令高電壓電源供應器11去使電容器 Co充電到指定的電壓。（在高重複速率時會期望在計算完 成之前便開始充電。）充電需要大約400微秒，故Co在它 於脈波N的觸發信號之後1.0毫秒從觸發電路13接收脈波 N+1的觸發信號時被完全地充電並備妥。在觸發信號 時，電容器Co把它的大約650伏特放電給第4圖中所示磁 性壓縮電路超過大約5微秒盼時間長度，並且脈波被磁性 壓縮電路壓縮及放大以便在電容器Co上產生大約16,000 伏特的放電電壓，這在大約1〇〇奈秒內跨越電極6放電而 產生大約10毫焦耳以及持續期間大料75奈秒（95 %積分） 的雷射脈波。 較隹的運算法 以下描述一種當操作於叢發模式時調整充電電壓以便 充分地達到所要脈波能量用的特殊較隹程序。 該程序利用南種電壓調整運算法。叫做PI運算法的 ^^^1 ^—^1 ^ϋι. - —4 - I HL— I -- i ml (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本纸張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐）-16 · 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（⑷） 第一運算法在叢發的脈波數目40("L區域_’）之後應用於脈 波。第二運算法應用於首先40個脈波並且叫做KPI運算 法。字首”PI”標示"比例積分”，並且“KPI”內的"K"標 示叢發的” K區域"。 KPI運算法 K區域包含了脈波1到k，此處對這較佳實施例 k = 40。設定:脈波N之充電電壓的運算法是：
Vn=(Vb)n-(VC)n-i N=l,2.......，k 其中： VN =第N個脈波的充電電壓
(VB) N = k個所儲存電壓的陣列，這些電壓代表要爲K 區域內第N脈波產生目標能量Ετ所需電壓其目 前最佳的估測。這陣列在每次叢發之後依據以 下方程式被更新》 (VC) N_1=根據先前脈波的能量誤差以及在叢發內到脈 波Ν-1爲止的先·前脈波所發生的能量誤差而 得的電壓修正 =^(Α-ε,+Β-Ρ^ =ft (dE/dV) 由定義，（vc)0=o A，B =通常在0與1之間的分數，在這較崔實施例中a 與B皆爲0.5 A =第i脈波的能量誤差 = Α-ΕΤ，此處巧是第i脈波的能量，並且Ετ是目 ^-------Ι--1-Λ—裝------訂-----^ 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺咚適用中國國家標隼（CMS〉Μ規格（210X297公釐） -17 - 五、發明説明（、*5 ) A7 B7 標能量 恥=叢發的累增劑量誤差，包括從1到i的所有脈波=Σε^ k=l dE/dV =脈波能量對於充電電壓的變化率。（這實施 例中，在每次叢發期間內由實驗決定dE/dV _的一或多個値，並且這些値的連續平均被用 於計算） 所儲存的値（VB)N在每次叢發期間內或在其之後依據 下列關係而更新： ，其中指標Μ代 表叢發數目 c =通常在0與1之間的分數，在這較佳實施例中爲 0.3 〇 PI蓮算法 L區域包含了脈波k+Ι到舅發的末端（對於一較佳實施 例，脈攀數目41及更高者）。設定脈波N之充電電壓的運 算法是*
VN (Α.εΝ-ι +B.Dn-i) N = k + l,k + 2, I - . I) n IT n —L·. I A *装-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
,1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 (dE/dV) 其中： VN =第N脈波的充電雩屋 VN-1 =第N-l(前一偁）脈波的充鼋電壓 變數Α、Β、ει、D!、及dE/dV皆是定義如前 dE/dV的決定 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐} - 18 - 五、發明説明（ι (?) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 爲了追蹤雷射的特性中相當緩慢的變化，週期性地決 定dE/dV的新値。在較佳實施例中，藉由在L區域中兩個 連續脈波的期間內以受控制方式變化或”顏動"電壓而測 量dE/dV。對這兩個脈波，暫時地停止普通PI能量控制 運算法並且替換如下： 對脈波j二 —Y _ y (A.sj-l+B.Dj-l) v w pTd^j~~+V〇i細 其中VDither=固定的電壓增量，通常是數伏特 對酿波j + 1 ·· W.Vd^ 在脈波j+1之後，計算dE/dV : (E；+j — Ε；) dE/dV= ——l- 2，VDitfaer 由於因顏動電壓而起的預期能量變化能夠舆雷射之普 通能童變動有相同的振幅大小，dE/dV的計算會包含許 多噪訊=較佳實施例中，實際上在PI與KPI運算法中使用 最新50.個dE/<tV計算的連續平均。 選取的較佳方法是指定所要的能量顫動’ 通常是能量目標Ετ的百分之幾，然後使用dE/dV目前的 (平均的）値去計算 ^Dither ' VDi*er ^Dither (dE/dV) 脈波j + 2(立刻接在兩個顫動脈波之後）未被顫動，但 右_鮮秩値： WW-；B.Dj+I)(脈波 n ::1 n 1-- I ml -1 - n 1^11，一-9JHI i n^— f (請先閱讀背面之注意事項再填寫本貢) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -19 - 經濟部中央標隼局員工消费合作社印聚 A7 … _B7____ 五、發明説明（、了） Vj+2的這特殊値是爲了所施電壓顫動以其脈波j+l的 預期能量顏動而修正。脈波能量檢測 如第1圖中所示，光檢測器46在雷射12的輸出處取 樣了雷射光束並且光檢測器4 4.就在光柵的上游處取樣了 雷射光束。能夠使用光檢測器中任一或兩者去提供脈波能 量信號給JT述的控制運算法以便控制脈波能量及叢發能 量。較佳實施例中，申請人在接近光柵處使用光檢測器 44。使用這檢測器的優點是整個系統根據光柵所接收的 能量而予以控制。缺點是透鏡列中的問題會導致控制運算 法請求太多來自雷射的能量》爲了使這潛在問題最小化， 藉由安置額外的電壓控制而修正上述運算法，以便限制由 光檢測器46測量的脈波能量在例如10毫焦耳之目標輸出 Ετ週圍的±2毫焦耳範圍內。超過上限便暗示透鏡列中有 問題。下限讀數便暗示檢測器之一有問題。可以爲雷射或 步進機控制設計程式使得如果到達了這些限制之一就提供 警告信號，或者能夠修正電壓控制運算法使得如果檢測器 所測得之脈波能量逼近上限就根據光檢測器46而限制充 電電壓》第二較佳實施例 掃描器系統 第9圖是積體電路之照相製版印刷用的掃描盔系統其 圖示。該圖代表了叫做掃描器系統亦稱爲步進及掃描系統 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --f I 裝 _ 訂 線· 本紙乐尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格〈210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 A7 一 B7__五、發明説明（θ) 之型式的系統。在掃描器系統以及步進及掃描系統中，在 晶圓水平面的透鏡視野被形成爲長矩形之形狀，比如23 所示的大約2 6x8公釐。在照射期間內，光柵與晶圓皆同 時地在相對的位置被掃描以便曝光如22所示之比如大約 26x3 3公釐的影像視野。在掃.描器系統中，晶圓從晶圓 的一側連續地掃描到另一側而光柵於雷射叢發期間內在相 反的方向歩連地掃描以便照射光柵反射的影像視野。在步 進及掃描系統中，晶圓與光柵皆在照射之間被步進，然後 於照射時間長度期間內在相反方向被掃描。 ΙΟΟΟΡζ及10毫焦耳脈波的典型照射時間長度是大約 2 5 0毫秒。晶圓掃描速度是在大約2 0 0公釐/秒或大約.2 公釐/毫秒的範圍內》由於透鏡視野是大約8公釐寬，晶 圓上每一點的照射時間是大約40毫秒，所以晶圓之目標 區域上的每一斑點見到大約40個脈波。這些脈波集中在 步進機透鏡視野的大約1/3橫截面積，所以晶圓上每一斑 點的總劑量能量對於步進機及掃描器是大約相同的。 步進$能量控制 第7圖是顯示使用步進機與雷射中的光檢測器去控制 步進機所用的較佳脈波能量控制運算法其主要步驟的流程 圖。爲了設定脈波Ν的充電電壓，如5〇所示地測章步進機 的脈波能量Es，以及雷射的脈波能量EL。在52中計算Ν-1脈波的能量誤差ε以及到N-1脈波爲止的劑量誤差。 在道實施例中，申請人對各自的首先40脈波有4組儲 存値，各組的儲存値是根據在叢發之間的時間區間而選 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---^ 裝- 、?τ 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210 X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製. A7 B7 五、發明説明（) 取，而且該儲存値對每個雷射是唯一的並且隨壽命.變化^ 儲存値藉由能量控制運算法在雷射運作時被持續地更新* 如果N等於K或更少，在這例中40脈波，如在54所示 地使用劑量誤差及能量誤差還有使用充電電壓的儲存値與 <iE/dV的平均値去計算％。如果N大於K，如在56所示 地使用先前的電壓値而非儲存値。在58顯示dE/dV的測 量。這較佳實施例中，當在雷射處測量得時控制單元會檢 査脈波能量，並且如果先前的脈波從目標能量偏移超過 ±2毫焦耳，將會如60所示地選取下一個脈波用的電壓組 以便確保偏移量不會再次超出±2毫焦耳。亦會報告低E 或高E給步進機軟體》 掃描器能童控制運算法 第8圖顯示控制掃描器之脈波能量用的類似計劃。它 大致上是與第7圖中所示供步進機用者相同。差異爲（如 62所示）在K脈波（在一較佳實施例中K = 40)之後，只使 用40個最新的脈波完成劑量計算D*N_i。這是根據一種其 掃描速率使得晶圓上每一點接收4Q脈波用的掃描計劃而 來。 變化 上述運算法中有許多變化是可能的。例如，位在雷射 之輸出的脈波能量検測器可被用於第7及8匾所示運算法 中以及被用於60所示之計算中，也許用更狹窄的範圍。 在本專利申請文件中所述一般主旨內之運算法的許多其它 修正對於熟知此技藝者是顯而易見的。關於運算法，能夠 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X 297公釐） ----Γ —=--^--^ -裝------訂-----| 線 (請先閱讀背面之注意事項再填离本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A 7 — B7___ 五、發明説明（之。） 在L區域還有K區域中決定d6/dV。在每個叢發中能夠執 行一次或數次顫動。顫動順序可以如上所述地以固定的脈 波數目j執行，或者可以用隨每次叢發變化之隨機選取的 脈波數目開始。 讀者應瞭解A、B及C是收斂因子，它們能爲其它許 多値。比以上指定値更高的値會提供更快速的收斂但會導 致漸增的不··穩定性。在另一較佳實施例中，A=#。這 關係是從去產生嚴格阻尼效應的公認技術而發展出。在沒 有任何劑量修正的情況下B可爲零；然而，A不應爲零因 爲它提供了運算法之劑量傳遞部份用的阻尼項。 如果dE/dV的決定値變成太小，上述運算法會造成 過度修正。因此較隹的技術是如果能量S型曲線値超出臨 界値則任意地使dE/dV加倍。V及dE/dV的預設値是提 供給叢發的第一脈波用。在每個叢發開始時設定D爲零。 預設的dE/dV被設定在所期望dE/dV的大約三倍以避免 初始的過度修正。 · 決定dE/dV而無以上所提及之顫動的替換方法是只 在雷射操作期間內測量及儲存能量和電壓値。（亦能夠使 用測得的而非指定的電屋値。）這些資料能夠用以對固定 的脈波能量決定dE/dV爲V的函數。讀者應注意dE/dV 的每一偁別値將含有非常大的不確定性，因爲諸値的成份 是具有明顯不確定性之測量値其差。然而，使大量的 dE/dV値平均能夠減少這些不確定性。 決定dE/dV之顫動運動不需要在每個叢發皆進行， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公廣）·妇_ I--.------f 袭------訂------f竦 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中夫標隼扃負工消費合作社印取 A7 B7 五、發明説明（之/) 但能週期性地完成比如每Μ個叢發一次。供％+1之計算用 的先前脈波之dE/dV的測量能夠由電腦所執行的計算予 以取代，或者dE/dV的値能夠由操作員人工插入。替代 方案是爲這控制系統使用VN的實際測量値。同時VBIN的 値是從指定値計算，而非上述實施例中的真實測量値。明 顯的替代是使用測得的電壓値。Ετ通常是比如1〇毫焦耳 的固定値，i它不是必定固定的。例如，最後十個脈波的 Ετ可比名義脈波能量小，故距離這些脈波之目標Ετ的偏 差百分比將會對整體的脈波劑量有較小的影響。同時，在 某些情況下設計電腦控制器22去提供隨叢發而變動的£1· 値是較佳的。 可以根據EL而非Es來做計算的劑量控制，或者可省 略根據的限制，或者範圍可變成較小或較長。如以上 所指出，電腦控制器最好被設計爲在雷射運轉時根據實際 收集的資料自動地更新儲存値V。知道了 dE/dV、％與 EN，電腦便很容易決定將霡特定的脈波N產生Ετ所用的 電壓。叢發中早期的暫態會受叢發之間的時間區間影響。 因此，最好建立至少三組儲存値並且根據這時間區間而使 用。例如，爲下列在叢發之間的時間區間各自建立獨立一 組的儲存値：（1)0到秧，（2) 1.0秒到10秒，（3) 10秒 到60秒；以及（4)超過60秒。 下列論文在此納入爲參考以提供掃描系統之透鏡以及 劑量控制方法的額外細節：日本應甩物理期刊第34卷 (1995)第 6565 到 6572 頁由 K.Suzuki 等人所著之"Dosage 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 A7 B7 五、發明説明（之之） Control for Scanning Exposure with Pulsed Energy Fluctuation and Exposed Position Jitter”，以及 ί997 年三月號之 SPEE Symposium on Optical Microlithogr^jhy 中由 G.dezwart 等人所著之 Terformance of a Step and Scan System for DUV Lithogiaphy” ° 在已經展示及描述本發明之特定實施例的同時，在不 背離本發明之廣泛論點的前提下，各種變化及修正對於熟 悉此技藝者_將是顯而易見的，因此諸附加申請專利範圍將 在其範疇內包含所有落在本發明的真實精神及範疇內的此 種變化及修正。 vm m^· m% nfll« w In · ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Λ 收-_ 經濟部中央標準局員工消費合作社印^ 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A*規格（21〇χ297公釐） -25 - 五、發明説明（Z3 ) A7 B7 元件標號對照 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 10.... ..雷射系統 11.... ..高電壓電源供應器 1 2 ... ..雷射 1 4..... ..雷射~控制器 2 0 …·. .步進機 2 1..... .雷射光束 2 2..... .晶圓 2 3 …·. .透鏡視野 2 4..... .X-Y平台 2 6..... .X-Y平台控制器 2 7 ..... .脈波控制器 2 8,2 9,45 ......鏡 3 0..... .導管 3 2 ... ·· .光束調節透鏡 3 4..... .光束聚光鏡 3 6...... .光栅 3 8...... .部份反射鏡 3 9...... 1透鏡 4 0...... 聚焦透鏡 44,46 ......光檢測器 4 1...... 快門 I--1.--^---裝------訂-----. (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210/29：/公婕） A7 B7五、發明説明（Μ )48.. ....信號處理器5 6,62……取悸及保持電路 5 8,64......類比至數位轉換器 59.. ....取樣計時器6 &......處理器6 1......軟體 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2】0X297公釐） -27 -

Claims (1)

  1. 經濟部中央梯準局貝工消費合作社印製 A8 B8 -· C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種半導體晶圓製造系統•包含： 具有脈波電源系統的雷射，用以產生雷射光脈波 巧，P2，.··，PN_i，PN，該脈波電源系統具有高電壓充電系統 可定義一充電電壓； 晶圖曝光系統，接收被該雷射產生的光脈波，該曝光 系統在該雷射與一光罩之間提供透鏡元件，其中該等透鏡 元件艇得該~雷射發出的該等光脈波在照射於該光罩上之前 被衰減； .第一光強度檢測器，位在該曝光系統內以便在該等光 脈波照射於該光罩上之前接收離開該等透鏡元件中至少一 者之至少一部份的雷射光脈波； 第二光強度檢測器，位在靠近該雷射，以便接收從該 雷射输出之至少一部份的雷射光脈波， 該第一光強度檢測器與該第二光強度檢測器中至少一 者的輸出被用以控制半導體基圓對雷射光之曝光； .以運算法設計程式之處理器，用以控制來自雷射之定 義目前叢發脈波，Pi，p2,_…，Pn+Pn，的一連串脈波其脈 波能量與整體能量劑量，該雷射具有包括可定義充電電壓 之高電壓充電系統在內的脈波電源系統，該運算法包含諸 步騍： A)測量該脈波叢發中每一脈波的能量， 夺）決定艇波能量對充電電廛的變化奉，dE/dV，， 0)藉著利用由下列運算法髮計程式的電腦處理器去 調節雷射的充電電壓，控制在該脈波叢發中至少 J----r--^--^ —裝------訂-----f 紙.· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙St尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） .28 - ABCD 經濟部中央梯準局貞工消費合作社印製 々、申請專利範圍 多數個脈波內每一脈波Ϊ>Ν的脈波能量： ^ Π根據該叢發中至少一個先前脈波所測得的能 量以及預定的目標脈波能量値，爲每一 ？!^決 定脈波能量誤差Ε， 2)爲每個ΡΝ+1決定該叢發中所有先前脈波巧至 ΡΝ的整體劑量誤差D， 3了使用： i) 該 dE/dV ii) 該 E iii) 該 D iv) 至少一參考電壓 爲該首先多數個脈波中每個脈波PN+i決定充 \ 電電壓..VN+l·。 2 ·如申請專利範圍第I項之系統，其中該曝光系統是步進 機。 · 3.如申請專利範圍第1項之系統’其中該曝光考統是掃描 器。 4·如申請專利範圍第1項之系統，使用該第一檢測器及該第 二檢測器彼此配合去控制該曝光。 5.如申請專利範圍第1項之系統，其中該所測之能量是由該 本纸張尺車適用+國國家標準（CNS > A4规格（210X_297公釐）._ 29 ^^^1 ^^^1 II1 In m I I n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 … C8 D8 六、申請專利範園 第一光強度檢測器測量得的能量。 6·如申請專利範圍第5項之系統，其中該運算法包含了步驟 爲使用由該第二光強.度檢測器測量得的脈波能量去決定該 光楗測器所測量得的脈波能量是否在預定的範夢內。 7.如申請專利篇圍第1項之系統，其中該至少一個先前的脈 波是.PN_1並且該參考電壓是指定供—在目前的叢發中產生該 PN_i用的充電電壓。 8 .如申請專利範圍第1項之系統，其中該目前的叢發跟隨著 並且定義了多數個先前的叢發，而該至少一個先前的脈波 是PN1並且該參考電壓是根據爲多數個先前的叢發中每 個內的PN+1所決定的充電電壓値而計算。 9. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該目前的叢發跟隨著 並且定義了、多數個先前的叢發，該.至少一個先前的脈波是 PN並且該.至少多數個脈波是兩個多數脈波，定義了第一 多數個脈波以及第二多數個脈波，第一參考電壓以及第二 參考電屋，其中該第一參考電壓是使用來自先前叢發的 PN+1之資料而決定的充锩電屋，並且該第二參考電壓是使 用資料來自目前叢發的PN而決定的充電電壓。 '1 10. 如申請專利範圍pi項之系統，其中脈波能量對充電電 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,—^--— 人"裝· 訂 --C泳 本紙張尺度通用中國國家標準（ CNS ) A4洗格（210X297公釐） .30 - A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局負工消费合作社印装 六、申請專利範圍 壓的該變化率是週期性地使用至少兩個在叢發期間內得到 的脈波能量之測量値而決定，該至少兩個測量値各自對應 於不同的充電電壓値。 11.如申請專利範圍第1項之系統，其中脈波能量對充電電 壓的該變化率是在連串的叢發中每一次內決定一次。 1 2 .如申請專利範圍第1項之系統，其中該脈波能量對電壓 的變化率是使用多數個脈波能量的測量値以及與該多數個 脈破能量的測量値中脈波能量的每一測量値對應之充電電 壓的指定値而決定β 13. 如申請專利範圍第1項之系統，其中脈波能量對電壓的 該變化率是使用多數個脈波能量的測量値以及與該多數個 脈波能量的測量値中脈波能量的每一測量値對應之充電電 壓的御I量値而決定。 · 14. 如申請專利範圍第8項之系統，其中脈波能量對充電電 躔的該變化率是採用該變化率中多數個最近値的平均而決 定。 15. 如申請專利範圍第i項之系統，其中該運算法包会了至 少兩個收敛因子。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 本紙-¾尺度通用+國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 ί 6.如申請專利範圍第9項之系統，其中該運算法包含了至 少三個收斂因子。 17.—種控制在來自準分子雷射的脈波叢發中的脈波能量及 整ρ能量劑量用的系統，寧義目前的叢發脈波爲 h，p2,·.·，Ρν-1，ΡΝ…，Pf，該準分子雷射具有一脈波電源 系統包括定售充，電電壓；^高電屋充電系統在內，該運算法 .包含諸步驟.： A) 測量該脈波叢發中每一脈波的能量， B) 決定脈、波能量對充電電壓的變化率dE/dV， ¢)藉著利用以運算法設計程式的電腦處理器去調節 雷射的充電電壓，控制在該靡波叢發內首先琢個脈 波，定義爲Ρκ，中每一脈波PN的脈波能量，該運 算法爲： 1) 稂據該叢發中至少一個先前脈波所測得的能量 >及預定的目標脈波能量値，爲每一 PN+1決定 •脈波能量誤差E » 2) 爲每一PN+1決定該叢發中所有先前脈波巧到巧 的整體劑量誤差D， 3) 使用： i) 該 dE/dV ii) 該E Hi)該 D iv)根據多數個先前叢發中PN+1的，指定電壓 本紙張从適财闕家標準（CNS ) A4«^- ~210 X 297^^) ----*---^--^ —裝 I------'-訂-----線卜 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Α8 Β8 C8 D8 經濟部中央標準局貞工消費合作社印裝 六、申請專利範圍 之參考電壓， 爲該第一多數個脈波中的該脈波中每個PN+1決 定充電電壓vN+1， D)藉著利用以運算法設計程式的電腦處理器去調節 雷射的充電電壓，控制誇脈波叢發中接在Ρκ之後 的脈波中每一脈波ΡΝ+1的脈波能量，該運算法爲： 1) ,根'據該叢發中至少一個先前脈波所測量得的能 童以及預定的目標脈波能量値，爲每一4^+1決 定脈波能量誤差Ε， 2) 爲每一 ΡΝ+1決定該叢發中所有先前脈波巧到ΡΝ 的整體劑量誤差D， 3) 使用： i) 該 dE/dV ii) 該 E ⑴）該D iv)根據脈波％的指定電壓之參考電Μ. .爲該第一多數個脈波中該脈波ΡΝ+1內每一個決 - 定充電電壓VN+1。 Γ8.如申請專利範圍第該運算法更包含了 至少三個各自具有在〇與1間數値的收斂因子。 I9.如申請專利範圍第3項之系統，其中該運弇法包含一程 式去計算該晶圓上多數個空間每個的劑量値，該値代表了 _______,__-L__i__f 袭__ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 .ΛΤ! 本紙ί長尺度適用中國國家標準（CNS )八4規/格（210X297公釐） -33 - 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 照射該多數個空間中每個的所有脈波之整體脈波能量 I.---—^--^--{裝------訂------f 冰 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X 297公釐） -34 -
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