专利名称：极紫外波段发射效率测量装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种新型的激光与物质作用产生的极紫外光(Extreme Ultraviolet,以下简称EUV)发射效率的测量装置。在本装置中，采用掠入射 的柱面金镜对EUV进行收集成像，并用平场光栅对EUV进行色散，再用X 射线面阵电荷藕合器件图像传感器(Charge Coupled Device,以下简称CCD) 进行采集，最后计算机分析处理数据。能对5 40纳米波长范围内的EUV在 任意波段的效率进行单次测量。
背景技术：
强激光与物质相互作用会产生等离子体并辐射出X射线，可以认为是一个高效的x射线源，这在许多方面有着广泛的应用，如x光照相、光刻，也可作为稠密物质的短脉冲探针。极紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography) 是以波长为10 14纳米的EUV (也称为软X射线)为曝光光源的微电子光 刻技术，出于安全性的考虑， 一般采用13.5纳米的EUV，极紫外光刻是深紫 外光刻(Deep Ultraviolet Lithography)向更短波长的自然延伸，本质上与光学 光刻十分相似，只是在材料的强烈吸收中存在差异，使光学系统必须采用反 射式。极紫外光刻是首选的下一代光刻技术，能将光刻分辨率提高到优于 纳米[参见SilfVastWT， CeglioNM 1993Appl. Opt. 32 68952]。与其它以电 子或离子束作为光刻源的新型光刻技术相比，它的优势在于能最大限度地继 承深紫外光刻的关键技术和工艺。商用的光刻机要求EUV源在波长为13.5 纳米(带宽为0.27纳米)处能产生300瓦的功率。这就要求EUV要有非常高 的发射效率， 一个能高效快速准确测量EUV发射效率的系统对于EUV光刻 技术的发展是非常必要的。目前已有商用EUV光刻机投入使用。发明内容本发明的目的是为了准确迅速测量EUV的发射效率，提供一种极紫外波 段发射效率测量装置，该装置对EUV波长的测量范围是5 40纳米。由于空气对EUV有强烈的吸收，所以整个系统必须工作在真空中。
本发明的技术解决方案如下
一种极紫外波段发射效率测量装置，其特点是该装置的结构包括沿极 紫外光前进方向依次是铝膜、水平狭缝、第一柱面金镜、第二柱面金镜、平 面金镜、竖直狭缝、平场光栅、X射线CCD和计算机，其位置关系如下由 S点发射的待测的极紫外光，经由所述的铝膜、水平狭缝掠入射在第一柱面金 镜上，该第一柱面金镜的柱面轴线平行于光学平台，并被反射到所述的第二 柱面金镜上，该第二柱面金镜的柱面轴线垂直于所述的光学平台，再由所述 的平面金镜反射，经过所述的平场光栅色散后将一级衍射谱线成像在所述的x 射线CCD上，这些部件置于真空中，各元件的位置和参数必须满足一定关系
假设第一柱面金镜到靶点s和X射线CCD的距离分别为Ui和Vl，第二柱面
金镜到耙点S和竖直狭缝的距离分别为112和V2，所述的平场光栅到竖直狭缝
和X射线CCD的距离分别为u3和v3， EUV在第一柱面金镜、第二柱面金镜、
平场光栅上的入射角分别为ep e2， e3，第一柱面金镜、第二柱面金镜、平场
光栅的曲率半径为Ri、 R2、 R3，则Ui、 Vl、 6i和U2、 v2、 92必须满足柱面镜 斜入射成像公式
■11 2cos《 —+ — =-L ，
1 , 1 一 2 m2 v2i 2 cos P2
和几何关系
+ 、 = w2 + v2 + w3 + v3 ， 所述的X射线CCD的输出端接所述的计算机。
所述的第一柱面金镜、第二柱面金镜、平面金镜和平场光栅均采用掠入 射结构，以提高对所述的被测的极紫外光的反射效率.。
强激光与靶相互作用的区域很小， 一般在100微米以下，作用产生的EUV 发射可以看成点光源。在光路中放置0.5微米的铝膜可以利用铝的吸收边对 EUV的波长进行定标，测量EUV发射效率时，将所述的铝膜移走。EUV经 由水平狭缝限制后掠入射在第一柱面金镜上，并被反射到第二柱面金镜上， 再由平面金镜反射，经过竖直狭缝被平场光栅色散到X射线CCD上，最后由 计算机采集并分析数据。水平狭缝的作用是EUV在竖直方向上进行限制，.改变狭缝宽度可以调节
对EUV的收集角；第一柱面金镜的柱面轴线平行于光学平台，其作用是收集
EUV，并将在竖直方向的EUV成像到X射线CCD上；第二柱面金镜的柱面 轴线垂直于所述的光学平台，其作用是将EUV在水平方向线聚焦到竖直狭缝 上；竖直狭缝在水平方向对竖直线聚焦的EUV进行限制，其作用是滤去杂散 光，提高系统对光谱的分辨能力；平场光栅对经过竖直狭缝的线聚焦的EUV 进行色散，并将谱线成像在X射线CCD上，其作用是使EUV的收集具有波 长分辨能力，也能进一步滤去激光和其他波长的散射光。 ' 本发明有如下几个特点
1、 利用X射线CCD和计算机系统，可以迅速采集数据和处理数据。
2、 EUV采集的灵敏度高，可以对强激光脉冲与物质相互作用产生的 EUV进行单次测量。
3、 采用柱面金镜成像系统，可以有效滤除杂碎光和激光，提高测量的 准确性。
4、 采用光栅进行色散，可以得到EUV的光谱，可单独对5 40纳米 波长范围内任意波段的效率进行测量。
5、 利用铝膜产生的吸收边对EUV光谱进行定标，方便快捷。
图1是本发明EUV发射效率测量装置示意图
图2.是平场光栅衍射示意图
图3是定标计算得到的EUV光谱曲线
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明 的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明EUV发射效率测量装置示意图，也是本发 明实施例EUV发射效率测量装置示意图，由图可见，本发明极紫外波段发射 效率测量装置，该装置的结构包括沿极紫外光前进方向依次是铝膜l、水平 狭缝2、第一柱面金镜3、第二柱面金镜4、平面金镜5、竖直狭缝6、平场光栅7、 X射线CCD8和计算机9，其位置关系如下由S点发射的极紫外光， 经由所述的铝膜l、水平狭缝2掠入射在第一柱面金镜3上，该第一柱面金镜 3的柱面轴线平行于光学平台，并被反射到第二柱面金镜4上，该第二柱面金 镜4的柱面轴线垂直于所述的光学平台，再由所述的平面金镜5反射，经过 所述的平场光栅7色散后并将一级衍射谱线成像在所述的X射线CCD8上， 整个系统置于真空中，该X射线CCD8的输出端接所述的计算机9。所述的第一柱面金镜3、第二柱面金镜4、平面金镜5和平场光栅7均采 用掠入射结构，以提高对所述的被测的极紫外光的反射效率。本实施例所采用的平场光栅7是日本日立公司生产的平焦场变删距凹面 光栅，闪耀角为3.2。，曲率半径为5649毫米，大小尺寸为30x50x10毫米3， 平焦场入射角87。，物距237毫米，谱线成像在距光栅中心235.3毫米的平面 上；所述的X射线CCD8是美国普林斯顿仪器(Princeton Instruments)公司 的产品，型号为PI-SX-7386-0002,单个象素大小为20微米，CCD大小为 1340x400象素。系统的参数设置和原理如下 (1)装置参数由于系统中存在成像元件以及平场光栅本身参数的限制，故装置中各元件的位置和参数必须满足一定关系。假设第一柱面金镜3到靶点和CCD的距 离分别为Ul和Vl，第二柱面金镜4到靶点和狭缝6的距离分别为化和v2，平 场光栅7到狭缝6和X射线CCD8的距离分别为u3和v3， EUV在第一柱面金 镜3、第二柱面金镜4、平场光栅7上的入射角分别为e2， e3，第一柱面 金镜3、第二柱面金镜4、平场光栅7的曲率半径为Ri、 R2、 R3。其中113=237 毫米，V3二235.3毫米，e3 = 87°, R产15毫米，R2=4732毫米，R3 = 5649毫米 为已知参数，则Up Vl、 6i和U2、 v2、 62必须满足柱面镜斜入射成像公式1<formula>formula see original document page 6</formula>和几何关系<formula>formula see original document page 6</formula>， (3) 只需选取适当的参数，使之满足方程(l)， (2)和(3)即可。(2)谱线定标
铝膜1对小于17.08纳米波长的EUV有强烈的吸收，使EUV光谱形成陡 峭的吸收边，这可以用于对谱线的定标。图2为平场光栅衍射示意图。其中Z 是光栅中心到X射线CCD8面的距离，"是EUV在平场光栅上的入射角，假 设A是波长为zl的谱线在X射线CCD8上对应的位置，A则是相应的衍射角，-x。和&是波长已知为义。的定标谱线在X射线CCD8对应的位置及衍射角。根 据光栅方程可得
d(sin"-sin^)二义 d(sin or - sin P0) = /10 其中^是光栅刻槽间距。由图2中的几何关系容易得出
JC义=丄cot ^ JC0 = Z cot P0
由方程(4)， (5)， (6)， (7)可以解得光谱中波长;i与相对位置( 为
(4)
(5)
(6)
(7)
义-JC。)的关系
义=d <J sin a — sin
arc cot
0 丄
(8)
就可以通过上
只要知道谱线在X射线CCDS上与已知定标谱线的相对位置， 式算出对应的波长。 (3)效率计算 在测量EUV的发射效率主要考虑了以下几个因素
1、 不同形式靶EUV的发射特性；
2、 装置的接收效率w;
3、 传播损耗效率％;
4、 X射线CCD的采集效率;^ 。
强激光与靶的作用区域大小在100微米以下，可以认为EUV源是个点光 源。对于气体靶，可以认为EUV在整个空间的发射是均匀的，发射立体角是 4兀；对于固体，可以认为EUV辐射强度随空间角度的分布是Lambertian分布 [参见Nieto-Vesperinas M 1982 Qpf.丄e". 7 165]，即= /(0)cos 0 ，其中
是与靶面法线方向之间夹角为S方向上的发射强度，/(0)是EUV源在靶面法线方向的发射强度，不考虑背向的EUV辐射时，各向同性的EUV源发射的 立体角是2tt，对于Lambertian分布来说，其有效立体角是兀。 装置的接收立体角Q取决于三个因素1、 第一柱面金镜3 (或第二柱面金镜4，取两者中对光源张角较小者) 在水平方向对EUV光源点的张角& ，2、 水平狭缝2在垂直方向对光源点的张角^，3、 接受方向与靶面法线方向的夹角^ (气体靶则不用考虑)。QcOS《—6^"2 COS^ (固体)由于^和A很小，故接收效率为/A二'、4;r 4;r平场光栅在EUV光刻常用的13.5纳米波长附近的一级衍射效率为10%， 镀金反射镜在2。掠入射的反射率0.90。由于装置采用了三个反射镜，由光学 元件引起的传播损耗效率％ =0.1 x0.903=0.0729 。X射线CCD8采集效率仏包括量子效率/7e和计数效率7c:，即W = 7e7c 。 在13.5纳米波长附近，X射线CCD8的量子效率/72=0.4; —个X射线光子转换成X射线CCD8计数的效率化=，其中是X光子的能量(以3.65电子伏为单位)。可算得，在13.5纳米附近，采集效率;;^0.110^^f0因此，如果X射线CCD8探测到波长 i附近EUV的总计数为，则EUV 发射的总能量- 罕"们 x :lx2.00x10-17 (焦耳)， 仏于是EUV的转换效率<formula>formula see original document page 8</formula>， (9)p则p 仏五其中五 为泵浦激光单发脉冲的能量。根据成像公式(l)， (2)和几何关系(3)设置各个元件的位置和入射角，装置选用的参数是u!二594毫米，v产678毫米，e广88.6。; 112 = 659毫米，v2=141 毫米，02 = 87.2°，参见图l。由于系统采用掠入射结构，故对EUV的入射角 度的精确度要求比较高。调节时采用的方法是用一束准直的氦氖激光模拟 EUV，在后方几米远的地方放一个光屏，然后按量好的位置依次放入各个光 学元件，根据屏上光斑偏转的距离就可以精确计算出入射角。X射线CCD8 放在一个二维平移调节架上，以便于调节成像面位置'和EUV测量波段。定标时，在狭缝2之前放入铝膜1，根据拍得的光谱图确定吸收边在X 射线CCD8水平方向上的位置。由于X射线CCD8上每个象素长度为已知(20 微米)，于是很容易算出X射线CCD8上任意位置与吸收边的水平相对距离 (x,-x。)，代入公式(8)就可以计算出光谱图在这个位置上波长。以脉冲能量 为0.25焦耳的激光电离平板锡靶产生EUV发射源，X射线CCD8上测到的具 有一维空间分辨的EUV谱线，利用吸收边进行定标，并在竖直方向(谱线耷 间成像方向)做积分可以得到EUV发射谱，如图3所示。测量时，调节水平狭缝2的宽度可以调节EUV的收集角。对于图3中拍 得的平板锡靶的谱线图，影响其收集角的参数是水平狭缝2的宽度5=0.1毫 米，到EUV源的距离a=560毫米，第一柱面金镜3的长度L=28毫米，入射 角ei二88.6。，到EUV源的距离Ul = 594毫米，收寒方向和靶面法线的夹角0=30°，因此接收立体角为Q = f.，i = "1 x 28 x eos88'6° = 2 0 x 1()_7 ，因此a ^ 560x594接收效率为仏== 2.07 x IO-7環3(T = 5 67 x 1()一8 。计算发射效率时，对EUV谱某波段(对于EUV光刻，感兴趣的波段是 13.5±1.35纳米)进行积分，得到总计数A^，已知泵浦激光的能量^，和接收 效率仏，根据公式(9)就可以计算出发射效率。对图4曲线在13.5±1.35纳米范 围内积分，得到总计数A^二1.13xl07，脉冲能量&，=0.25焦耳，由(9)式有
权利要求
1、一种极紫外波段发射效率测量装置，其特征在于该装置的结构包括沿极紫外光前进方向依次是铝膜(1)、水平狭缝(2)、第一柱面金镜(3)、第二柱面金镜(4)、平面金镜(5)、竖直狭缝(6)、平场光栅(7)、X射线CCD(8)和计算机(9)，其位置关系如下由S点发射的极紫外光，经由所述的铝膜(1)、水平狭缝(2)掠入射在第一柱面金镜(3)上，该第一柱面金镜(3)的柱面轴线平行于光学平台，并被反射到第二柱面金镜(4)上，该第二柱面金镜(4)的柱面轴线垂直于所述的光学平台，再由所述的平面金镜(5)反射，经过所述的平场光栅(7)色散后并将一级衍射谱线成像在所述的X射线CCD(8)上，这些部件置于真空中，各元件的位置和参数必须满足一定关系假设第一柱面金镜(3)到靶点s和X射线CCD(8)的距离分别为u1和v1，第二柱面金镜(4)到靶点s和竖直狭缝(6)的距离分别为u2和v2，所述的平场光栅(7)到竖直狭缝(6)和X射线CCD(8)的距离分别为u3和v3，EUV在第一柱面金镜(3)、第二柱面金镜(4)、平场光栅(7)上的入射角分别为θ1，θ2，θ3，第一柱面金镜(3)、第二柱面金镜(4)、平场光栅(7)的曲率半径为R1、R2、R3，则u1、v1、θ1和u2、v2、θ2必须满足柱面镜斜入射成像公式<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>θ</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>θ</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math></maths>和几何关系u1+v1＝u2+v2+u3+v3，所述的X射线CCD(8)的输出端接所述的计算机(9)。
2、 根据权利要求l所述的极紫外波段发射效率测量装置，其特征在于所 述的第一柱面金镜(3)、第二柱面金镜(4)、平面金镜(5)和平场光栅(7) 均采用掠入射结构，以提高对所述的被测极紫外光的反射效率。
全文摘要
一种极紫外波段发射效率测量装置，该装置的结构包括沿极紫外光前进方向依次是铝膜、水平狭缝、第一柱面金镜、第二柱面金镜、平面金镜、竖直狭缝、平场光栅、X射线CCD和计算机，该装置的优点是采用计算机采集和处理数据，迅速准确；灵敏度高可实现单次测量；成像系统和光栅可有效滤除杂散光，结果精确度高；可单独对5-40纳米波长范围内任意波段的效率进行测量。
文档编号G01J11/00GK101319936SQ20081004061
公开日2008年12月10日 申请日期2008年7月16日 优先权日2008年7月16日
发明者丽 刘, 刘建胜, 夏长权, 李儒新, 王文涛, 懿 蔡, 璞 邹 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所