[发明专利]先进的激光器波长控制

说明书

背景

发明领域

所公开的本主题属于激光器光控制的领域，且尤其属于控制可被用于半导体光刻工艺中的激光源的波长的领域。

相关领域

光刻法是半导体工业中通常使用的工艺。现代光刻法通常使用激光源来提供非常窄频段的光脉冲，该光脉冲照射掩模因而使得硅晶片上的光阻抗材料曝光。然而，半导体设备参数的进步已经对所使用的激光源的性能特性提出了不断增加的要求。越来越多地需要对操作的精度和速度的改进。

现在参见图1，可以看见可被用于现代光刻工艺的激光器系统100的框图。激光器系统100中的光源是主振荡器(MO)腔120。

已知当MO腔120发射时，所得到的光进入谱线窄化模块(LNM)110，在那之中光照射通过棱镜(实际上是若干棱镜)并照射在LNM 110内的光栅上。这充当光波长选择器，这是由于改变LNM 110中的棱镜的位置改变了激光器的波长。这种改变了波长的激光通过MO腔120返回到输出耦合器(OC)130，并随后传送到例如负责处理和曝光半导体晶片的步进器-扫描器(未示出)上。

输出耦合器130也将从MO腔120输出的激光传送到谱线中心分析模块(LAM)170。LAM 170是测量从MO腔120输出的光的波长的波长采样器。然后，将激光器光输出测量从LAM 170发送到控制计算机160。

控制计算机160使用该光输出测量来判断需要做出什么改变来重新定位LNM 110中的棱镜，以便获得针对下一激光器发射事件的所期望的激光器输出波长。LNM 110中棱镜的位置由施加到连接于LNM 110中棱镜的压电换能器(PZT)140上的电压来控制。控制计算机160因此确定应将什么电压施加到PZT 140以获得新的所期望的棱镜位置。

控制计算机160向PZT驱动电子设备150输出数字信号，该数字信号指示对LNM 110中棱镜将要做出的所期望的电压改变。PZT驱动电子设备包括将控制计算机160的数字信号转换成模拟电压信号的数模转换器(DAC)以及减少高频电噪声并放大模拟DAC电压信号的模拟低通滤波器。然后，将这一模拟电压信号从PZT驱动电子设备150传送到PZT 140，PZT 140重新定位LNM 110中的棱镜，这又引起在下一激光器发射事件中通过输出耦合器130从MO腔120输出的光的波长的改变。

当步进器-扫描器要求来自激光器系统的处于指定的脉冲频率、开始时间和波长的进一步的光脉冲的序列或猝发时，这个过程继续。

随着多年来光刻工艺的发展，出现了各种挑战。例如，半导体特征尺寸的减少已经使得所期望的激光源波长的减少，以维持所期望的焦距。减少波长要求在输出激光器光中的甚至更高的精度。

进一步的挑战由从167微秒改变到600微秒的脉冲周期所产生。在高脉冲频率下，很少的时间可供LAM 170用来进行测量、将该测量传送到控制计算机160；很少的时间可供控制计算机160用来为LNM 110中的棱镜计算新的电压值、将该电压值传送到PZT驱动电子设备150；很少的时间可供PZT驱动电子设备150用来进行模拟转换并对新的电压值进行滤波、将该电压值传送给PZT140；并且很少的时间可供PZT 140用来改变棱镜位置以便在下一激光器光脉冲发生之前改变来自MO腔120的光的波长。

现在参见图2，可以看见以上序列的时序图。示出了来自猝发形式的这些脉冲的序列的两个激光器发射事件，第一个被指示为在时间t₀发生且第二个被指示为在时间t₃发生。在时间t₀的第一激光器发射事件之后，由LAM 170测量所得到的输出波长(再次参见图1)。在图中将LAM 170处理中用于测量输出波长并将其提供给控制计算机160的延时示出为从时间t₀到时间t₁的LAM延时。将新的控制信号随后施加到LNM 110的棱镜的时间被示出为时间t₂。在时间t₁和t₂之间的延时是控制计算机160用来计算新的电压并使得该新电压通过PZT驱动电子设备150传播到PZT 140以便在t₃的激光器发射之前重新定位棱镜。