2. E95 之定義與影響

何謂 E95

何謂 E95

圖 1:何謂 E95

這裡將會對 E95 進行詳細的說明。圖 1 代表了典型的雷射光頻譜形狀。眾所周知,用於半導體製造的雷射光因需要微細化,故放射出紫外線。KrF 雷射的波長為 248 nm,ArF 雷射則為 193 nm。此波長乃是由頻譜中心值所規定,因此,頻譜是從中心波長的向外傳播的寬度。

以往,製造裝置業者間都曉得雷射光頻譜會影響 CD。然而究竟是頻譜中的哪一部分容易造成影響,則沒有充分的證據。因而以最簡單的方式,定義頻譜寬度為半峰值寬,也就是稱做半高寬(FWHM)的定義。半高寬較能有效模擬發生外界干擾的頻譜變動量,過去只需控制半高寬即可抑制對 CD 的影響。

到了近年,出現了的頻譜定義。這就是 E95,俗稱頻譜純度。這同樣是對於寬度的定義,卻是指集合 95 %能量的頻譜寬度。這項定義的誕生原因,是由於 NA 上升、k1 減低,僅靠半高寬概念已無法充分模擬 CD 變化。運用模擬聚焦鏡特性的工具,能求出各種頻譜形狀與聚焦鏡的對比,最能影響對比的因素則定義為 E95。

雷射光的 E95,被認為是最難以掌控的性能之一。最大的理由是量測困難,更談不上控制了。以圖 1 所示雷射的頻譜形狀而言,必須量測強度十分小的邊緣部分。因此,需要前所未有的的高精密分光器(關於 E95 的量測詳情,將於後續章節介紹)。

E95 的變動原因

E95 的變動原因

圖 2:E95 的變動原因

圖 2 顯示了 E95 易於發生變動的條件。橫軸顯示雷射光的稼動脈衝,縱軸顯示 E95 的大小。

首先,第一個變動原因可以說是氣體(圖中原因 1)。各位都知道,KrF 雷射使用一定比例的氪(Kr)、氖(Ne)、氟(F2)混合氣體。ArF 則使用氬(Ar)、氖(Ne)、氟(F2)混合氣體。氣體的混合比將大大左右著雷射光的性能,因而準分子雷射將氣體控制視為重要技術之一。一般性的氣體控制,是控制輸出功率在一定範圍內。在封閉的共振腔內,雷射用氣體重複承受著 2 支電極每秒達數千次的脈衝放電。放電將使氣體逐漸劣化。尤其是氟(F2)的活性大,濃度會越來越低,使得輸出功率下降。這將左右著曝光裝置的產能,成為重要問題。

因為氟濃度減低的原因導致輸出功率低落時,可灌入氟氣恢復成原本甚或更高的輸出功率。但最近的調查中,發現氟氣濃度對 E95 造成影響。不斷灌注氟氣以彌補雷射輸出功率的低落是好,但濃郁的氟氣將使 E95 往增大方向變化。雷射用氣體約每週更換一次。剛更換好的氣體,其混合比最是理想,E95 也會變小,CD 也能符合設計值。但若以輸出功率為中心進行氣體控制,氟氣濃度將逐漸變濃,E95 數值也會變大。最常見的例子,就是更換氣體過後與更換前的 CD 變化。原因是氣體更換前,氟氣濃度偏高,E95 增大,CD 朝正方向偏移。因此,顯著劣化的氣體壽命末期可說是 E95 的關鍵時刻。

第二個變動原因,則是長期使用下的光學系統劣化(原因 2)。為了達到窄域 E95,雷射會使用窄頻譜模組(LNM)。LNM 中配置有稜鏡、光柵等多個分散波長用的光學元件,通過這個模組,廣泛的 E95 會變窄。LNM 與曝光裝置的照明系統一樣長期暴露在強烈紫外線下,一旦出現畸變,將導致光通率低落,性能也將逐漸下滑。此一過程中,E95 呈現慢慢擴大的的趨勢。CD 經過長時間產生變化的原因之一就是 E95 的變化,因此應重新檢討曝光装置端的照明條件。目前,LNM 性能已提升至超過 20 Bpls 的境地,對於每年消耗 10 Bpls 的一般使用者而言,2 年之間均會受到影響。

第三個變動原因則出現在更換模組的時機。(原因 3)。前述兩項變化原因屬於漸進改變,但此項變化則是突然爆發,因而更加嚴重。其現像為劣化模組導致 E95 變寬,更換新模組後則返回設計值。大半的使用者均體驗過雷射模組造成的 CD 變化,但卻無法特定其原因,目前只能變更曝光裝置端的條件因應。換一個角度看,模組更換前因為調整了曝光裝置以因應變寬的 E95,將會犧牲解析度等重要性能。