專利名稱：極紫外波段發(fā)射效率測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種新型的激光與物質(zhì)作用產(chǎn)生的極紫外光(Extreme Ultraviolet,以下簡(jiǎn)稱EUV)發(fā)射效率的測(cè)量裝置。在本裝置中，采用掠入射 的柱面金鏡對(duì)EUV進(jìn)行收集成像，并用平場(chǎng)光柵對(duì)EUV進(jìn)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(jiǎn)稱CCD) 進(jìn)行采集，最后計(jì)算機(jī)分析處理數(shù)據(jù)。能對(duì)5 40納米波長(zhǎng)范圍內(nèi)的EUV在 任意波段的效率進(jìn)行單次測(cè)量。
背景技術(shù)：
強(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用會(huì)產(chǎn)生等離子體并輻射出X射線，可以認(rèn)為是一個(gè)高效的x射線源，這在許多方面有著廣泛的應(yīng)用，如x光照相、光刻，也可作為稠密物質(zhì)的短脈沖探針。極紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography) 是以波長(zhǎng)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(shù)，出于安全性的考慮， 一般采用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(zhǎng)的自然延伸，本質(zhì)上與光學(xué) 光刻十分相似，只是在材料的強(qiáng)烈吸收中存在差異，使光學(xué)系統(tǒng)必須采用反 射式。極紫外光刻是首選的下一代光刻技術(shù)，能將光刻分辨率提高到優(yōu)于 納米[參見(jiàn)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(shù)相比，它的優(yōu)勢(shì)在于能最大限度地繼 承深紫外光刻的關(guān)鍵技術(shù)和工藝。商用的光刻機(jī)要求EUV源在波長(zhǎng)為13.5 納米(帶寬為0.27納米)處能產(chǎn)生300瓦的功率。這就要求EUV要有非常高 的發(fā)射效率， 一個(gè)能高效快速準(zhǔn)確測(cè)量EUV發(fā)射效率的系統(tǒng)對(duì)于EUV光刻 技術(shù)的發(fā)展是非常必要的。目前已有商用EUV光刻機(jī)投入使用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了準(zhǔn)確迅速測(cè)量EUV的發(fā)射效率，提供一種極紫外波 段發(fā)射效率測(cè)量裝置，該裝置對(duì)EUV波長(zhǎng)的測(cè)量范圍是5 40納米。由于空氣對(duì)EUV有強(qiáng)烈的吸收，所以整個(gè)系統(tǒng)必須工作在真空中。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種極紫外波段發(fā)射效率測(cè)量裝置，其特點(diǎn)是該裝置的結(jié)構(gòu)包括沿極 紫外光前進(jìn)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(chǎng)光柵、X射線CCD和計(jì)算機(jī)，其位置關(guān)系如下由 S點(diǎn)發(fā)射的待測(cè)的極紫外光，經(jīng)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于光學(xué)平臺(tái)，并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于所述的光學(xué)平臺(tái)，再由所述 的平面金鏡反射，經(jīng)過(guò)所述的平場(chǎng)光柵色散后將一級(jí)衍射譜線成像在所述的x 射線CCD上，這些部件置于真空中，各元件的位置和參數(shù)必須滿足一定關(guān)系
假設(shè)第一柱面金鏡到靶點(diǎn)s和X射線CCD的距離分別為Ui和Vl，第二柱面
金鏡到耙點(diǎn)S和豎直狹縫的距離分別為112和V2，所述的平場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)
光柵的曲率半徑為Ri、 R2、 R3，則Ui、 Vl、 6i和U2、 v2、 92必須滿足柱面鏡 斜入射成像公式
■11 2cos《 —+ — =-L ，
1 , 1 一 2 m2 v2i 2 cos P2
和幾何關(guān)系
+ 、 = w2 + v2 + w3 + v3 ， 所述的X射線CCD的輸出端接所述的計(jì)算機(jī)。
所述的第一柱面金鏡、第二柱面金鏡、平面金鏡和平場(chǎng)光柵均采用掠入 射結(jié)構(gòu)，以提高對(duì)所述的被測(cè)的極紫外光的反射效率.。
強(qiáng)激光與靶相互作用的區(qū)域很小， 一般在100微米以下，作用產(chǎn)生的EUV 發(fā)射可以看成點(diǎn)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(duì) EUV的波長(zhǎng)進(jìn)行定標(biāo)，測(cè)量EUV發(fā)射效率時(shí)，將所述的鋁膜移走。EUV經(jīng) 由水平狹縫限制后掠入射在第一柱面金鏡上，并被反射到第二柱面金鏡上， 再由平面金鏡反射，經(jīng)過(guò)豎直狹縫被平場(chǎng)光柵色散到X射線CCD上，最后由 計(jì)算機(jī)采集并分析數(shù)據(jù)。水平狹縫的作用是EUV在豎直方向上進(jìn)行限制，.改變狹縫寬度可以調(diào)節(jié)
對(duì)EUV的收集角；第一柱面金鏡的柱面軸線平行于光學(xué)平臺(tái)，其作用是收集
EUV，并將在豎直方向的EUV成像到X射線CCD上；第二柱面金鏡的柱面 軸線垂直于所述的光學(xué)平臺(tái)，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?qū)ωQ直線聚焦的EUV進(jìn)行限制，其作用是濾去雜散 光，提高系統(tǒng)對(duì)光譜的分辨能力；平場(chǎng)光柵對(duì)經(jīng)過(guò)豎直狹縫的線聚焦的EUV 進(jìn)行色散，并將譜線成像在X射線CCD上，其作用是使EUV的收集具有波 長(zhǎng)分辨能力，也能進(jìn)一步濾去激光和其他波長(zhǎng)的散射光。 ' 本發(fā)明有如下幾個(gè)特點(diǎn)
1、 利用X射線CCD和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以迅速采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)。
2、 EUV采集的靈敏度高，可以對(duì)強(qiáng)激光脈沖與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的 EUV進(jìn)行單次測(cè)量。
3、 采用柱面金鏡成像系統(tǒng)，可以有效濾除雜碎光和激光，提高測(cè)量的 準(zhǔn)確性。
4、 采用光柵進(jìn)行色散，可以得到EUV的光譜，可單獨(dú)對(duì)5 40納米 波長(zhǎng)范圍內(nèi)任意波段的效率進(jìn)行測(cè)量。
5、 利用鋁膜產(chǎn)生的吸收邊對(duì)EUV光譜進(jìn)行定標(biāo)，方便快捷。


圖1是本發(fā)明EUV發(fā)射效率測(cè)量裝置示意圖
圖2.是平場(chǎng)光柵衍射示意圖
圖3是定標(biāo)計(jì)算得到的EUV光譜曲線
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明EUV發(fā)射效率測(cè)量裝置示意圖，也是本發(fā) 明實(shí)施例EUV發(fā)射效率測(cè)量裝置示意圖，由圖可見(jiàn)，本發(fā)明極紫外波段發(fā)射 效率測(cè)量裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)包括沿極紫外光前進(jìn)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(chǎng)光柵7、 X射線CCD8和計(jì)算機(jī)9，其位置關(guān)系如下由S點(diǎn)發(fā)射的極紫外光， 經(jīng)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的柱面軸線平行于光學(xué)平臺(tái)，并被反射到第二柱面金鏡4上，該第二柱面金 鏡4的柱面軸線垂直于所述的光學(xué)平臺(tái)，再由所述的平面金鏡5反射，經(jīng)過(guò) 所述的平場(chǎng)光柵7色散后并將一級(jí)衍射譜線成像在所述的X射線CCD8上， 整個(gè)系統(tǒng)置于真空中，該X射線CCD8的輸出端接所述的計(jì)算機(jī)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(chǎng)光柵7均采 用掠入射結(jié)構(gòu)，以提高對(duì)所述的被測(cè)的極紫外光的反射效率。本實(shí)施例所采用的平場(chǎng)光柵7是日本日立公司生產(chǎn)的平焦場(chǎng)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30x50x10毫米3， 平焦場(chǎng)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(guó)普林斯頓儀器(Princeton Instruments)公司 的產(chǎn)品，型號(hào)為PI-SX-7386-0002,單個(gè)象素大小為20微米，CCD大小為 1340x400象素。系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和原理如下 (1)裝置參數(shù)由于系統(tǒng)中存在成像元件以及平場(chǎng)光柵本身參數(shù)的限制，故裝置中各元件的位置和參數(shù)必須滿足一定關(guān)系。假設(shè)第一柱面金鏡3到靶點(diǎn)和CCD的距 離分別為Ul和Vl，第二柱面金鏡4到靶點(diǎn)和狹縫6的距離分別為化和v2，平 場(chǎng)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(chǎng)光柵7上的入射角分別為e2， e3，第一柱面 金鏡3、第二柱面金鏡4、平場(chǎng)光柵7的曲率半徑為Ri、 R2、 R3。其中113=237 毫米，V3二235.3毫米，e3 = 87°, R產(chǎn)15毫米，R2=4732毫米，R3 = 5649毫米 為已知參數(shù)，則Up Vl、 6i和U2、 v2、 62必須滿足柱面鏡斜入射成像公式1<formula>formula see original document page 6</formula>和幾何關(guān)系<formula>formula see original document page 6</formula>， (3) 只需選取適當(dāng)?shù)膮?shù)，使之滿足方程(l)， (2)和(3)即可。(2)譜線定標(biāo)
鋁膜1對(duì)小于17.08納米波長(zhǎng)的EUV有強(qiáng)烈的吸收，使EUV光譜形成陡 峭的吸收邊，這可以用于對(duì)譜線的定標(biāo)。圖2為平場(chǎng)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(chǎng)光柵上的入射角，假 設(shè)A是波長(zhǎng)為zl的譜線在X射線CCD8上對(duì)應(yīng)的位置，A則是相應(yīng)的衍射角，-x。和&是波長(zhǎng)已知為義。的定標(biāo)譜線在X射線CCD8對(duì)應(yīng)的位置及衍射角。根 據(jù)光柵方程可得
d(sin"-sin^)二義 d(sin or - sin P0) = /10 其中^是光柵刻槽間距。由圖2中的幾何關(guān)系容易得出
JC義=丄cot ^ JC0 = Z cot P0
由方程(4)， (5)， (6)， (7)可以解得光譜中波長(zhǎng);i與相對(duì)位置( 為
(4)
(5)
(6)
(7)
義-JC。)的關(guān)系
義=d <J sin a — sin
arc cot
0 丄
(8)
就可以通過(guò)上
只要知道譜線在X射線CCDS上與已知定標(biāo)譜線的相對(duì)位置， 式算出對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。 (3)效率計(jì)算 在測(cè)量EUV的發(fā)射效率主要考慮了以下幾個(gè)因素
1、 不同形式靶EUV的發(fā)射特性；
2、 裝置的接收效率w;
3、 傳播損耗效率％;
4、 X射線CCD的采集效率;^ 。
強(qiáng)激光與靶的作用區(qū)域大小在100微米以下，可以認(rèn)為EUV源是個(gè)點(diǎn)光 源。對(duì)于氣體靶，可以認(rèn)為EUV在整個(gè)空間的發(fā)射是均勻的，發(fā)射立體角是 4兀；對(duì)于固體，可以認(rèn)為EUV輻射強(qiáng)度隨空間角度的分布是Lambertian分布 [參見(jiàn)Nieto-Vesperinas M 1982 Qpf.丄e". 7 165]，即= /(0)cos 0 ，其中
是與靶面法線方向之間夾角為S方向上的發(fā)射強(qiáng)度，/(0)是EUV源在靶面法線方向的發(fā)射強(qiáng)度，不考慮背向的EUV輻射時(shí)，各向同性的EUV源發(fā)射的 立體角是2tt，對(duì)于Lambertian分布來(lái)說(shuō)，其有效立體角是兀。 裝置的接收立體角Q取決于三個(gè)因素1、 第一柱面金鏡3 (或第二柱面金鏡4，取兩者中對(duì)光源張角較小者) 在水平方向?qū)UV光源點(diǎn)的張角& ，2、 水平狹縫2在垂直方向?qū)庠袋c(diǎn)的張角^，3、 接受方向與靶面法線方向的夾角^ (氣體靶則不用考慮)。QcOS《—6^"2 COS^ (固體)由于^和A很小，故接收效率為/A二'、4;r 4;r平場(chǎng)光柵在EUV光刻常用的13.5納米波長(zhǎng)附近的一級(jí)衍射效率為10%， 鍍金反射鏡在2。掠入射的反射率0.90。由于裝置采用了三個(gè)反射鏡，由光學(xué) 元件引起的傳播損耗效率％ =0.1 x0.903=0.0729 。X射線CCD8采集效率仏包括量子效率/7e和計(jì)數(shù)效率7c:，即W = 7e7c 。 在13.5納米波長(zhǎng)附近，X射線CCD8的量子效率/72=0.4; —個(gè)X射線光子轉(zhuǎn)換成X射線CCD8計(jì)數(shù)的效率化=，其中是X光子的能量(以3.65電子伏為單位)?？伤愕茫?3.5納米附近，采集效率;;^0.110^^f0因此，如果X射線CCD8探測(cè)到波長(zhǎng) i附近EUV的總計(jì)數(shù)為，則EUV 發(fā)射的總能量- 罕"們 x :lx2.00x10-17 (焦耳)， 仏于是EUV的轉(zhuǎn)換效率<formula>formula see original document page 8</formula>， (9)p則p 仏五其中五 為泵浦激光單發(fā)脈沖的能量。根據(jù)成像公式(l)， (2)和幾何關(guān)系(3)設(shè)置各個(gè)元件的位置和入射角，裝置選用的參數(shù)是u!二594毫米，v產(chǎn)678毫米，e廣88.6。; 112 = 659毫米，v2=141 毫米，02 = 87.2°，參見(jiàn)圖l。由于系統(tǒng)采用掠入射結(jié)構(gòu)，故對(duì)EUV的入射角 度的精確度要求比較高。調(diào)節(jié)時(shí)采用的方法是用一束準(zhǔn)直的氦氖激光模擬 EUV，在后方幾米遠(yuǎn)的地方放一個(gè)光屏，然后按量好的位置依次放入各個(gè)光 學(xué)元件，根據(jù)屏上光斑偏轉(zhuǎn)的距離就可以精確計(jì)算出入射角。X射線CCD8 放在一個(gè)二維平移調(diào)節(jié)架上，以便于調(diào)節(jié)成像面位置'和EUV測(cè)量波段。定標(biāo)時(shí)，在狹縫2之前放入鋁膜1，根據(jù)拍得的光譜圖確定吸收邊在X 射線CCD8水平方向上的位置。由于X射線CCD8上每個(gè)象素長(zhǎng)度為已知(20 微米)，于是很容易算出X射線CCD8上任意位置與吸收邊的水平相對(duì)距離 (x,-x。)，代入公式(8)就可以計(jì)算出光譜圖在這個(gè)位置上波長(zhǎng)。以脈沖能量 為0.25焦耳的激光電離平板錫靶產(chǎn)生EUV發(fā)射源，X射線CCD8上測(cè)到的具 有一維空間分辨的EUV譜線，利用吸收邊進(jìn)行定標(biāo)，并在豎直方向(譜線耷 間成像方向)做積分可以得到EUV發(fā)射譜，如圖3所示。測(cè)量時(shí)，調(diào)節(jié)水平狹縫2的寬度可以調(diào)節(jié)EUV的收集角。對(duì)于圖3中拍 得的平板錫靶的譜線圖，影響其收集角的參數(shù)是水平狹縫2的寬度5=0.1毫 米，到EUV源的距離a=560毫米，第一柱面金鏡3的長(zhǎng)度L=28毫米，入射 角ei二88.6。，到EUV源的距離Ul = 594毫米，收寒方向和靶面法線的夾角0=30°，因此接收立體角為Q = f.，i = "1 x 28 x eos88'6° = 2 0 x 1()_7 ，因此a ^ 560x594接收效率為仏== 2.07 x IO-7環(huán)3(T = 5 67 x 1()一8 。計(jì)算發(fā)射效率時(shí)，對(duì)EUV譜某波段(對(duì)于EUV光刻，感興趣的波段是 13.5±1.35納米)進(jìn)行積分，得到總計(jì)數(shù)A^，已知泵浦激光的能量^，和接收 效率仏，根據(jù)公式(9)就可以計(jì)算出發(fā)射效率。對(duì)圖4曲線在13.5±1.35納米范 圍內(nèi)積分，得到總計(jì)數(shù)A^二1.13xl07，脈沖能量&，=0.25焦耳，由(9)式有
權(quán)利要求
1、一種極紫外波段發(fā)射效率測(cè)量裝置，其特征在于該裝置的結(jié)構(gòu)包括沿極紫外光前進(jìn)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(chǎng)光柵(7)、X射線CCD(8)和計(jì)算機(jī)(9)，其位置關(guān)系如下由S點(diǎn)發(fā)射的極紫外光，經(jīng)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)的柱面軸線平行于光學(xué)平臺(tái)，并被反射到第二柱面金鏡(4)上，該第二柱面金鏡(4)的柱面軸線垂直于所述的光學(xué)平臺(tái)，再由所述的平面金鏡(5)反射，經(jīng)過(guò)所述的平場(chǎng)光柵(7)色散后并將一級(jí)衍射譜線成像在所述的X射線CCD(8)上，這些部件置于真空中，各元件的位置和參數(shù)必須滿足一定關(guān)系假設(shè)第一柱面金鏡(3)到靶點(diǎn)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(diǎn)s和豎直狹縫(6)的距離分別為u2和v2，所述的平場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <mn>1</mn> <msub><mi>u</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <msub><mi>v</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><msub> <mrow><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi> </mrow> <mn>1</mn></msub> </mrow> <msub><mi>R</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <mn>1</mn> <msub><mi>u</mi><mn>2</mn> </msub></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <msub><mi>v</mi><mn>2</mn> </msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <mn>2</mn> <mrow><msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn></msub><mi>cos</mi><msub> <mi>&theta;</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math></maths>和幾何關(guān)系u1+v1＝u2+v2+u3+v3，所述的X射線CCD(8)的輸出端接所述的計(jì)算機(jī)(9)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的極紫外波段發(fā)射效率測(cè)量裝置，其特征在于所 述的第一柱面金鏡(3)、第二柱面金鏡(4)、平面金鏡(5)和平場(chǎng)光柵(7) 均采用掠入射結(jié)構(gòu)，以提高對(duì)所述的被測(cè)極紫外光的反射效率。
全文摘要
一種極紫外波段發(fā)射效率測(cè)量裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)包括沿極紫外光前進(jìn)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(chǎng)光柵、X射線CCD和計(jì)算機(jī)，該裝置的優(yōu)點(diǎn)是采用計(jì)算機(jī)采集和處理數(shù)據(jù)，迅速準(zhǔn)確；靈敏度高可實(shí)現(xiàn)單次測(cè)量；成像系統(tǒng)和光柵可有效濾除雜散光，結(jié)果精確度高；可單獨(dú)對(duì)5-40納米波長(zhǎng)范圍內(nèi)任意波段的效率進(jìn)行測(cè)量。
文檔編號(hào)G01J11/00GK101319936SQ20081004061
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者麗 劉, 劉建勝, 夏長(zhǎng)權(quán), 李儒新, 王文濤, 懿 蔡, 璞 鄒 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所