2. E95 的定义与影响

何谓 E95

何谓 E95

图 1:何谓 E95

这里将会对 E95 进行详细的说明。图 1 代表了典型的激光光谱形状。众所周知,用于半导体制造的激光因需要微细化,故放射出紫外线。KrF 激光的波长为 248 nm,ArF 激光则为 193 nm。此波长乃是由光谱中心值所规定,因此,光谱是从中心波长的向外传播的宽度。

以往,制造装置行业人员之间都知道激光光谱会影响 CD。然而究竟是光谱中的哪一部分容易造成影响,则没有充分的证据。因而以最简单的方式,定义光谱宽度为半峰值宽,也就是称做半高宽(FWHM)的定义。半高宽较能有效模拟发生外界干扰的光谱变动量,过去只需控制半高宽即可抑制对 CD 的影响。

到了近年,出现了新的光谱定义。这就是 E95,俗称光谱纯度。这同样是对于宽度的定义,却是指集合 95 %能量的光谱宽度。这项定义的诞生原因,是由于 NA 上升、k1 减低,仅靠半高宽概念已无法充分模拟 CD 变化。运用模拟聚焦镜特性的工具,能求出各种光谱形状与聚焦镜的对比,最能影响对比的因素则定义为 E95。

激光的 E95,被认为是最难以掌控的性能之一。最大的理由是测量困难,更谈不上控制了。以图 1 所示激光的光谱形状而言,必须测量强度十分小的边缘部分。因此,需要前所未有的高精密分光器(关于 E95 的测量详情,将于后续章节介绍)。

E95 的变动原因

E95 的变动原因

图 2:E95 的变动原因

图 2 显示了 E95 易于发生变动的条件。横轴显示激光的运转脉冲,纵轴显示 E95 的大小。

首先,第一个变动原因可以说是气体(图中原因 1)。各位都知道,KrF 激光使用一定比例的氪(Kr)、氖(Ne)、氟(F2)混合气体。ArF 则使用氩(Ar)、氖(Ne)、氟(F2)混合气体。气体的混合比将大大左右着激光的性能,因而准分子激光将气体控制视为重要技术之一。通常的气体控制,是控制输出功率在一定范围内。在封闭的共振腔内,激光用气体重复承受着 2 支电极每秒达数千次的脉冲放电。放电将使气体逐渐劣化。尤其是氟(F2)的活性大,浓度会越来越低,使得输出功率下降。这将左右着曝光装置的产能,成为重要问题。

因为氟浓度减低的原因导致输出功率低落时,可灌入氟气恢复成原本甚或更高的输出功率。但最近的调查中,发现氟气浓度对 E95 造成影响。不断灌注氟气以弥补激光输出功率的低落是好,但浓郁的氟气将使 E95 往增大方向变化。激光用气体约每周更换一次。刚更换好的气体,其混合比最为理想,E95 也会变小,CD 也能符合设计值。但若以输出功率为中心进行气体控制,氟气浓度将逐渐变浓,E95 数值也会变大。最常见的例子,就是更换气体过后与更换前的 CD 变化。原因是气体更换前,氟气浓度偏高,E95 增大,CD 朝正方向偏移。因此,显著劣化的气体寿命末期可说是 E95 的关键时刻。

第二个变动原因,则是长期使用下的光学系统劣化(原因 2)。为了达到窄域 E95,激光会使用缩带宽模块(LNM)。LNM 中配置有棱镜、光栅等多个分散波长用的光学组件,通过这个模块,广泛的 E95 会变窄。LNM 与曝光装置的照明系统一样长期暴露在强烈紫外线下,一旦出现畸变,将导致光通率低落,性能也将逐渐下滑。此一过程中,E95 呈现慢慢扩大的趋势。CD 经过长时间产生变化的原因之一就是 E95 的变化,因此应重新检讨曝光装置端的照明条件。目前,LNM 性能已提升至超过 20 Bpls 的境地,对于每年消耗 10 Bpls 的一般使用者而言,2 年之间均会受到影响。

第三个变动原因则出现在更换模块的时机。(原因 3)。前述两项变化原因属于渐进改变,但此项变化则是突然爆发,因而更加严重。其现像为劣化模块导致 E95 变宽,更换新模块后则返回设计值。大半的用户均体验过激光模块造成的 CD 变化,但却无法特定其原因,目前只能变更曝光装置端的条件应对。换一个角度看,模块更换前因为调整了曝光装置以应对变宽的 E95,将会牺牲分辨率等重要性能。