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“开云app官方网站登录”深紫外准分子激光实时曝光剂量控制算法研究

2023-12-10 00:28:02

本文摘要:1 章节  曝光剂量是光刻机极为重要的一个特征,是所指在曝光过程中硅片单位面积上光刻胶所吸取的特定波长的光能量,即硅片面上某一点处曝光透射对曝光时间的分数:  式中D为曝光剂量;T为曝光时间;I为曝光透射,是时间t的函数。

1 章节  曝光剂量是光刻机极为重要的一个特征,是所指在曝光过程中硅片单位面积上光刻胶所吸取的特定波长的光能量,即硅片面上某一点处曝光透射对曝光时间的分数:  式中D为曝光剂量;T为曝光时间;I为曝光透射,是时间t的函数。曝光剂量直接影响光刻机的性能指标,如关键尺寸(Criticaldimension,CD)、关键尺寸均匀分布性、生产效率等,必需加以严格控制,才能构建最佳的曝光均匀分布性和稳定性。  目前光刻技术已从Q曝光方式发展为扫瞄曝光方式,广泛使用波长248nm和193nm的浅紫外准分子激光。由于加压、气体发育或改版、以及运行时间等因素影响,准分子激光器总会不存在单脉冲能量波动和平均值脉冲能量飘移,除此之外还有能量超调(overshot)现象。

能量超调是指一组脉冲与一组脉冲之间气体正处于不静电状态,造成每一组脉冲的前若干个脉冲在完全相同的高电压下输入能量值要低很多,超强调幅度平均20%。扫瞄曝光时,曝光场内各点直线运动经过曝光狭缝,从而接管到一定数量的脉冲,其积累值就是该点处的曝光剂量。似乎,脉冲能量波动尤其是超调现象直接影响最后的曝光剂量,多个脉冲则能起着光滑效应,且理论上脉冲个数越大效果就越好;但在实际光刻应用于中,全然减少脉冲个数往往通过调整波动片角度来构建,其结果是减少光刻生产率且减少激光器能耗。

  单脉冲能量波动和超调现象是准分子激光器的固有特性,通过提高激光器本身性能尤其就是指光学上提高其性能尚能足以避免这种现象及其有利影响,必需使用算法掌控展开补偿。为此,本文明确提出一种动态剂量控制算法,使用闭环反馈控制方式对激光器收到的每个脉冲展开严格控制,以诱导单脉冲能量的随机波动尤其是超调现象;同时尽量使用较少的脉冲个数,以确保在符合剂量精度拒绝的情况下,尽量提升光刻生产率和激光器用于效率。  2 动态剂量控制算法  2.1 光刻机扫瞄曝光模型  扫瞄曝光过程的抽象化模型如图1右图。激光器收到的脉冲光束经过光路传输系统,从开口大小固定式的狭缝中投影到工件台上,构成投影光斑。

当曝光场前沿与光斑前沿重合时,扫瞄开始;此后曝光场直线运动经过投影光斑;当曝光场后沿与光斑后沿重合时,扫瞄完结。  图1Q扫瞄投影光刻机扫瞄曝光过程抽象化模型  在扫瞄曝光过程中,激光器的反复频率f相同,狭缝等效宽度L为定值,工件台以直线运动v经过扫瞄狭缝,则曝光场中每个点经过狭缝时都接管到完全相同数量的脉冲,其个数N为  曝光场中第i点取得的总能量即为曝光剂量Di:  其中N为脉冲个数,为光传输效率,A为狭缝等效面积;E(k)为第k个脉冲的单脉冲能量。曝光剂量的性能一般用剂量精度来取决于:  其中Dr为剂量市场需求值;max回应所取最大值;Di为曝光场中第i点的实际剂量值。光刻分辨力为100nm时的剂量精度拒绝不多达1%。

  2.2 光刻机剂量控制器结构  扫瞄投影光刻机剂量控制系统如图2右图,从准分子激光器收到的脉冲激光,再行经过底端灯光光路(还包括光束扩展镜组、定位定向镜组、图形锥形镜组等)和星型利用亲率波动片,抵达能量传感器,再行经过顶端灯光光路(还包括光能量均匀分布棒、扫瞄狭缝、灯光镜组等)、凌模板和投影物镜,最后感应到硅片表面。光路中加装有一个能量传感器,测量每个激光脉冲的能量并融合动态调节算法,计算出来出有下一个单脉冲能量的设定值;最后通过能量电压切换关系将能量设定值转换成电压设定值,以超过掌控激光器单脉冲能量并确保剂量精度的目的。  图2Q扫瞄投影光刻机剂量控制器结构  剂量控制器的结构如图2中虚框右图,其中,能量电压切换关系是通过校准和标定流程来取得的。激光器一般有三个指标:大于、仅次于和标称能量,校准时使激光器分别以这三个量值收到一定数量的脉冲,统计资料所特电压,近似于指出在这个范围内电压与能量为线性关系,通过在两极值点间线性插值,获得一组电压与能量的给定关系。

经过校准后,若等价某个脉冲能量E,则其对应的电压值V为  其中EN为标称能量测算均值,VN为标称能量对应的电压测算均值,Emax为仅次于能量实测值,Emin为大于能量实测值,Vmax为仅次于电压实测值,Vmin为大于电压实测值,E为测算仅次于与大于能量差值;V为仅次于与大于能量对应的测算电压差值。  2.3 激光器单脉冲能量实时控制算法  实时控制算法还包括随机波动和能量超调两部分动态调节算法。

随机波动动态调节算法的目的是增大单脉冲能量的随机波动。挂机脉冲能量的设定值偏差源于一组脉冲能量实测值与标称能量值的偏差积累,而一组脉冲的个数不多达各点经过扫瞄狭缝所需的激光脉冲个数N。挂机的每个脉冲因此都受到之前已放多个脉冲的调节,从而增大了偶然性因素的影响。

明确算法如下:  式中Es(i)为考虑到随机波动的第i个脉冲的能量设定值偏差;ks为随机波动掌控调节系数;为测算能量等效为激光器输入能量的系数;Em(f)为第f个脉冲的测算能量;N为硅片上每个点经过扫瞄狭缝所需的激光脉冲个数。  超调算法的目的是诱导脉冲能量超调现象。

超调相对而言是一种局部不道德,其调节可以使用权重移动平均值。明确算法如下:  式中Es(i)为考虑到超调的第i个脉冲能量设定值偏差;ko为超调掌控调节系数;Es(g)为第g个脉冲的能量设定值;M为超调移动平均值个数,一般给定为5。综合两部分算法,可以获得准分子激光器单脉冲能量动态调节的综合控制算法:  3 实验研究与结果分析  为研究准分子激光器的单脉冲能量特性并检验上述控制算法,在一台ArF准分子激光器上展开了涉及实验,其波长为193nm,标称脉冲能量5mJ,仅次于反复频率4kHz,功率20W。该ArF准分子激光器上测算的脉冲能量变化曲线如图3右图。

工作模式为恒电压掌控方式,低电压(HV)设定值恒定为1690V,反复频率为4kHz。图3(a)表明了光刻机Q扫瞄曝光过程的数据,每个硅片有70个曝光场(图中表明了其中的20个),每个曝光场的脉冲总数为375,曝光场之间的时间间隔为100ms(图中以符号+回应曝光场间隔),即每个曝光场的扫描时间为93.75ms,Q时间为100ms。图3(b)表明了单个曝光场的脉冲能量变化细节。


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