極紫外波段發射效率測量裝置的製作方法

2023-04-28 05:52:36 3

專利名稱：極紫外波段發射效率測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種新型的雷射與物質作用產生的極紫外光(Extreme Ultraviolet,以下簡稱EUV)發射效率的測量裝置。在本裝置中，採用掠入射 的柱面金鏡對EUV進行收集成像，並用平場光柵對EUV進行色散，再用X 射線面陣電荷藕合器件圖像傳感器(Charge Coupled Device,以下簡稱CCD) 進行採集，最後計算機分析處理數據。能對5 40納米波長範圍內的EUV在 任意波段的效率進行單次測量。
背景技術：
強雷射與物質相互作用會產生等離子體並輻射出X射線，可以認為是一
個高效的x射線源，這在許多方面有著廣泛的應用，如x光照相、光刻，也
可作為稠密物質的短脈衝探針。極紫外光刻(Extreme UltravioletL池ography) 是以波長為10 14納米的EUV (也稱為軟X射線)為曝光光源的微電子光 刻技術，出於安全性的考慮， 一般採用13.5納米的EUV，極紫外光刻是深紫 外光刻(Deep Ultraviolet Lithography)向更短波長的自然延伸，本質上與光學 光刻十分相似，只是在材料的強烈吸收中存在差異，使光學系統必須採用反 射式。極紫外光刻是首選的下一代光刻技術，能將光刻解析度提高到優於50 納米[參見SilfVastWT， CeglioNM 1993Appl. Opt. 32 68952]。與其它以電 子或離子束作為光刻源的新型光刻技術相比，它的優勢在於能最大限度地繼 承深紫外光刻的關鍵技術和工藝。商用的光刻機要求EUV源在波長為13.5 納米(帶寬為0.27納米)處能產生300瓦的功率。這就要求EUV要有非常高 的發射效率， 一個能高效快速準確測量EUV發射效率的系統對於EUV光刻 技術的發展是非常必要的。目前已有商用EUV光刻機投入使用。
發明內容
本實用新型的目的是為了準確迅速測量EUV的發射效率，提供一種極紫 外波段發射效率測量裝置，該裝置對EUV波長的測量範圍是5 40納米。由於空氣對EUV有強烈的吸收，所以整個系統必須工作在真空中。
本實用新型的技術解決方案如下
一種極紫外波段發射效率測量裝置，其特點是該裝置的結構包括沿極 紫外光前進方向依次是鋁膜、水平狹縫、第一柱面金鏡、第二柱面金鏡、平 面金鏡、豎直狹縫、平場光柵、X射線CCD和計算機，其位置關係如下由 S點發射的待測的極紫外光，經由所述的鋁膜、水平狹縫掠入射在第一柱面金 鏡上，該第一柱面金鏡的柱面軸線平行於光學平臺，並被反射到所述的第二 柱面金鏡上，該第二柱面金鏡的柱面軸線垂直於所述的光學平臺，再由所述 的平面金鏡反射，經過所述的平場光柵色散後將一級衍射譜線成像在所述的X 射線CCD上，這些部件置於真空中，各元件的位置和參數必須滿足一定關係 假設第一柱面金鏡到靶點s和X射線CCD的距離分別為m和Vl，第二柱面
金鏡到靶點S和豎直狹縫的距離分別為U2和V2，所述的平場光柵到豎直狹縫
和X射線CCD的距離分別為u3和v3， EUV在第一柱面金鏡、第二柱面金鏡、
平場光柵上的入射角分別為ep e2， e3，第一柱面金鏡、第二柱面金鏡、平場
光柵的曲率半徑為Ri、 R2、 R3，則w、 Vl、 0i和U2、 v2、 02必須滿足柱面鏡 斜入射成像公式
1 + 1 — 2cos《
^ 、 A ，
1 i 1 一 2 w2 v2i 2 cos《2
和幾何關係
A += w2 + v2 + w3 + v3, 所述的X射線CCD的輸出端接所述的計算機。
所述的第一柱面金鏡、第二柱面金鏡、平面金鏡和平場光柵均採用掠入 射結構，以提高對所述的被測的極紫外光的反射效率。
強雷射與靶相互作用的區域很小， 一般在100微米以下，作用產生的EUV 發射可以看成點光源。在光路中放置0.5微米的鋁膜可以利用鋁的吸收邊對 EUV的波長進行定標，測量EUV發射效率時，將所述的鋁膜移走。EUV經 由水平狹縫限制後掠入射在第一柱面金鏡上，並被反射到第二柱面金鏡上， 再由平面金鏡反射，經過豎直狹縫被平場光柵色散到X射線CCD上，最後由 計算機採集並分析數據。水平狹縫的作用是EUV在豎直方向上進行限制，改變狹縫寬度可以調節 對EUV的收集角；第一柱面金鏡的柱面軸線平行於光學平臺，其作用是收集
EUV，並將在豎直方向的EUV成像到X射線CCD上；第二柱面金鏡的柱面 軸線垂直於所述的光學平臺，其作用是將EUV在水平方向線聚焦到豎直狹縫 上；豎直狹縫在水平方向對豎直線聚焦的EUV進行限制，其作用是濾去雜散 光，提高系統對光譜的分辨能力；平場光柵對經過豎直狹縫的線聚焦的EUV 進行色散，並將譜線成像在X射線CCD上，其作用是使EUV的收集具有波 長分辨能力，也能進一步濾去雷射和其他波長的散射光。 本實用新型有如下幾個特點
1、 利用X射線CCD和計算機系統，可以迅速採集數據和處理數據。
2、 EUV採集的靈敏度高，可以對強雷射脈衝與物質相互作用產生的 EUV進行單次測量。
3、 釆用柱面金鏡成像系統，可以有效濾除雜碎光和雷射，提高測量的 準確性。
4、 採用光柵進行色散，可以得到EUV的光譜，可單獨對5 40納米 波長範圍內任意波段的效率進行測量。 '
5、 利用鋁膜產生的吸收邊對EUV光譜進行定標，方便快捷。


圖1是本實用新型EUV發射效率測量裝置示意圖
圖2.是平場光柵衍射示意圖
圖3是定標計算得到的EUV光譜曲線
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，但不應以此限制本 實用新型的保護範圍。
先請參閱圖l，圖1是本實用新型EUV發射效率測量裝置示意圖，也是 本實用新型實施例EUV發射效率測量裝置示意圖，由圖可見，本實用新型極 紫外波段發射效率測量裝置，該裝置的結構包括沿極紫外光前進方向依次 是鋁膜l、水平狹縫2、第一柱面金鏡3、第二柱面金鏡4、平面金鏡5、豎直狹縫6、平場光柵7、 X射線CCD8和計算機9，其位置關係如下由S點發 射的極紫外光，經由所述的鋁膜l、水平狹縫2掠入射在第一柱面金鏡3上， 該第一柱面金鏡3的柱面軸線平行於光學平臺，並被反射到第二柱面金鏡4 上，該第二柱面金鏡4的柱面軸線垂直於所述的光學平臺，再由所述的平面 金鏡5反射，經過所述的平場光柵7色散後並將一級衍射譜線成像在所述的X 射線CCD8上，整個系統置於真空中，該X射線CCD8的輸出端接所述的計 算機9。
所述的第一柱面金鏡3、第二柱面金鏡4、平面金鏡5和平場光柵7均採 用掠入射結構，以提高對所述的被測的極紫外光的反射效率。
本實施例所採用的平場光柵7是日本日立公司生產的平焦場變刪距凹面 光柵，閃耀角為3.2。，曲率半徑為5649毫米，大小尺寸為30x50xlQ毫米3， 平焦場入射角87。，物距237毫米，譜線成像在距光柵中心235.3毫米的平面 上；所述的X射線CCD8是美國普林斯頓儀器(Princeton Instruments)公司 的產品，型號為PI-SX-7386-0002，單個象素大小為20微米，CCD大小為 1340x400象素。
系統的參數設置和原理如下 (1)裝置參數
由於系統中存在成像元件以及平場光柵本身參數的限制，故裝置中各元 件的位置和參數必須滿足一定關係。假設第一柱面金鏡3到靶點和CCD的距 離分別為Ul和Vl，第二柱面金鏡4到靶點和狹縫6的距離分別為112和v2,平 場光柵7到狹縫6和X射線CCD8的距離分別為u3和v3， EUV在第一柱面金
鏡3、第二柱面金鏡4、平場光柵7上的入射角分別為ep e2， e3，第一柱面
金鏡3、第二柱面金鏡4、平場光柵7的曲率半徑為R^ R2、 R3。其中113=237 毫米，V3二235.3毫米，e3 = 87°, R屍15毫米，R2=4732毫米，R產5649毫米 為已知參數，則ut、 Vl、 e!和U2、 v2、 62必須滿足柱面鏡斜入射成像公式
112cos《 m 一 + _ = ~^， (1)
w2 v2 i 2cos《2
和幾何關係
^ + vL = w2 + v2 + w3 + v3 ， (3)只需選取適當的參數，使之滿足方程(l)， (2)和(3)即可。
(2) 譜線定標
鋁膜1對小於17.08納米波長的EUV有強烈的吸收，使EUV光譜形成陡 峭的吸收邊，這可以用於對譜線的定標。圖2為平場光柵衍射示意圖。其中Z 是光柵中心到X射線CCD8面的距離，"是EUV在平場光柵上的入射角，假 設^是波長為;i的譜線在X射線CCD8上對應的位置，^則是相應的衍射角， x。和《是波長已知為&的定標譜線在X射線CCD8對應的位置及衍射角。根
據光柵方程可得 ' d (sin a - sin ^ )=義 (4)
d(sin a - sin P0)=義。 (5)
其中"是光柵刻槽間距。由圖2中的幾何關係容易得出
A"cot&， (6) A"cot《， (7)
由方程(4)， (5)， (6)， (7)可以解得光譜中波長義與相對位置(xA-x。)的關係
為
formula see original document page 7 (8) 只要知道譜線在X射線CCD8上與已知定標譜線的相對位置，就可以通過上 式算出對應的波長。
(3) 效率計算 在測量EUV的發射效率主要考慮了以下幾個因素
1、 不同形式靶EUV的發射特性；
2、 裝置的接收效率仏；
3、 傳播損耗效率/72;
4、 X射線CCD的採集效率仏。
強雷射與靶的作用區域大小在100微米以下，可以認為EUV源是個點光 源。對於氣體靶，可以認為EUV在整個空間的發射是均勻的，發射立體角是 4兀；對於固體，可以認為EUV輻射強度隨空間角度的分布是Lambertian分布 [參見Nieto-VesperinasM 1982 C^. 7 165]，即/(e) = /(0)cos6 ，其中/(0)是與靶面法線方向之間夾角為^方向上的發射強度，/(0)是EUV源在靶面法
線方向的發射強度，不考慮背向的EUV輻射時，各向同性的EUV源發射的 立體角是2tt，對於Lambertian分布來說，其有效立體角是兀。 裝置的接收立體角Q取決於三個因素
1、 第一柱面金鏡3 (或第二柱面金鏡4，取兩者中對光源張角較小者) 在水平方向對EUV光源點的張角％ ，
2、 水平狹縫2在垂直方向對光源點的張角《2，
3、 接受方向與靶面法線方向的夾角^ (氣體靶則不用考慮)。
由於^和A很小，故接收效率為仏二
_9_ = ^(氣體) 、4;r 4;r
(固體)
平場光柵在EUV光刻常用的13.5納米波長附近的一級衍射效率為10%， 鍍金反射鏡在2。掠入射的反射率0.90。由於裝置採用了三個反射鏡，由光學 元件弓I起的傳播損耗效率％ =0.1 x0.903=0.0729 。
X射線CCD8採集效率w包括量子效率/7e和計數效率/7c ，即仏=7e7c 。 在13.5納米波長附近，X射線CCD8的量子效率7/e =0.4; —個X射線光子
轉換成X射線CCD8計數的效率T7c; = ，其中是X光子的能量(以
3.65
電子伏為單位)。可算得，在13.5納米附近，採集效率/73=0.110.^(#)
因此，如果X射線CCD8探測到波長X附近EUV的總計數為，則EUV 發射的總能量
仏x 0.0729 x 0.110 x^(eK)
Ax2.00x10-17 (焦耳)， 仏
xl.60xl0—
於是EUV的轉換效率
"jg^二 ^ x2.00x10-17 ， (9)
仏五 戶mp
其中A,，為泵浦雷射單發脈衝的能量。根據成像公式(l)， (2)和幾何關係(3)設置各個元件的位置和入射角，裝置 選用的參數是u產594毫米，Vi二678毫米，9! = 88.6°; 112 = 659毫米，v2=141' 毫米，02=87.2°，參見圖l。由於系統採用掠入射結構，故對EUV的入射角 度的精確度要求比較高。調節時採用的方法是用一束準直的氦氖雷射模擬 EUV，在後方幾米遠的地方放一個光屏，然後按量好的位置依次放入各個光 學元件，根據屏上光斑偏轉的距離就可以精確計算出入射角。X射線CCD8 放在一個二維平移調節架上，以便於調節成像面位置和EUV測量波段。
定標時，在狹縫2之前放入鋁膜1，根據拍得的光譜圖確定吸收邊在X 射線CCD8水平方向上的位置。由於X射線CCD8上每個象素長度為已知(20 微米)，於是很容易算出X射線CCD8上任意位置與吸收邊的水平相對距離 (義，-x。)，代入公式(8)就可以計算出光譜圖在這個位置上波長。以脈衝能量
為0.25焦耳的雷射電離平板錫耙產生EUV發射源，X射線CCD8上測到的具 有一維空間分辨的EUV譜線，利用吸收邊進行定標，並在豎直方向(譜線空 間成像方向)做積分可以得到EUV發射譜，如圖3所示。
測量時，調節水平狹縫2的寬度可以調節EUV的收集角。對於圖3中拍 得的平板錫靶的譜線圖，影響其收集角的參數是水平狹縫2的寬度5=0.1毫 米，到EUV源的距離a二560毫米，第一柱面金鏡3的長度L=28毫米，入射 角9i二88.6。，到EUV源的距離Ul = 594毫米，收集方向和靶面法線的夾角
0=30°，因此接收立體角為Q = i，& = 0' 1 x 28 x cos88'6° = 2 Q7 x 1Q-7 ，因此
a ^ 560x594
接收效率為仏== 2.07x10-7環30° = 5 67 x 1_8 。
計算發射效率時，對EUV譜某波段(對於EUV光刻，感興趣的波段是 13.5±1.35納米)進行積分，得到總計數iV,，已知泵浦雷射的能量^，和接收
效率仏，根據公式(9)就可以計算出發射效率。對圖4曲線在13.5士1.35納米範 圍內積分，得到總計數A^二1.13xl07，脈衝能量&，=0.25焦耳，由(9)式有
權利要求1、一種極紫外波段發射效率測量裝置，其特徵在於該裝置的結構包括沿極紫外光前進方向依次是鋁膜(1)、水平狹縫(2)、第一柱面金鏡(3)、第二柱面金鏡(4)、平面金鏡(5)、豎直狹縫(6)、平場光柵(7)、X射線CCD(8)和計算機(9)，其位置關係如下由S點發射的極紫外光，經由所述的鋁膜(1)、水平狹縫(2)掠入射在第一柱面金鏡(3)上，該第一柱面金鏡(3)的柱面軸線平行於光學平臺，並被反射到第二柱面金鏡(4)上，該第二柱面金鏡(4)的柱面軸線垂直於所述的光學平臺，再由所述的平面金鏡(5)反射，經過所述的平場光柵(7)色散後並將一級衍射譜線成像在所述的X射線CCD(8)上，這些部件置於真空中，各元件的位置和參數必須滿足一定關係假設第一柱面金鏡(3)到靶點s和X射線CCD(8)的距離分別為u1和v1，第二柱面金鏡(4)到靶點s和豎直狹縫(6)的距離分別為u2和v2，所述的平場光柵(7)到豎直狹縫(6)和X射線CCD(8)的距離分別為u3和v3，EUV在第一柱面金鏡(3)、第二柱面金鏡(4)、平場光柵(7)上的入射角分別為θ1，θ2，θ3，第一柱面金鏡(3)、第二柱面金鏡(4)、平場光柵(7)的曲率半徑為R1、R2、R3，則u1、v1、θ1和u2、v2、θ2必須滿足柱面鏡斜入射成像公式和幾何關係u1+v1＝u2+v2+u3+v3，所述的X射線CCD(8)的輸出端接所述的計算機(9)。
2、 根據權利要求1所述的極紫外波段發射效率測量裝置，其特徵在於所 述的第一柱面金鏡(3)、第二柱面金鏡(4)、平面金鏡(5)和平場光柵(7) 均採用掠入射結構，以提高對所述的被測極紫外光的反射效率。
專利摘要一種極紫外波段發射效率測量裝置，該裝置的結構包括沿極紫外光前進方向依次是鋁膜、水平狹縫、第一柱面金鏡、第二柱面金鏡、平面金鏡、豎直狹縫、平場光柵、X射線CCD和計算機，該裝置的優點是採用計算機採集和處理數據，迅速準確；靈敏度高可實現單次測量；成像系統和光柵可有效濾除雜散光，結果精確度高；可單獨對5-40納米波長範圍內任意波段的效率進行測量。
文檔編號G01J11/00GK201251487SQ20082015087
公開日2009年6月3日 申請日期2008年7月16日 優先權日2008年7月16日
發明者麗 劉, 劉建勝, 夏長權, 李儒新, 王文濤, 懿 蔡, 璞 鄒 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所