一種高精度Xe介質(zhì)放電等離子體極紫外光刻光源光譜標(biāo)定的方法
【專利摘要】一種高精度Xe介質(zhì)放電等離子體極紫外光刻光源光譜標(biāo)定的方法，涉及光譜識(shí)別領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的采用Hg燈對(duì)8nm～20nm范圍內(nèi)的線狀譜進(jìn)行標(biāo)定，譜線的標(biāo)定準(zhǔn)確性差，導(dǎo)致對(duì)光譜的識(shí)別性差的問題。本發(fā)明第一步采用真空紫外陰極燈對(duì)羅蘭圓譜儀進(jìn)行初步標(biāo)定，工作氣體為He氣；第二步采用He氣和Ar氣介質(zhì)毛細(xì)管放電機(jī)制工作，通過He氣和Ar氣的線狀譜對(duì)羅蘭圓譜儀進(jìn)行精確地標(biāo)定。它用于對(duì)光譜進(jìn)行標(biāo)定。
【專利說明】
一種高精度Xe介質(zhì)放電等離子體極紫外光刻光源光譜標(biāo)定的 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及毛細(xì)管放電極紫外光刻光源中譜線標(biāo)定的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 毛細(xì)管機(jī)制放電等離子體(DPP)極紫外(EUV)光刻光源是指采用Xe介質(zhì)，在毛細(xì)管 放電Z箍縮機(jī)制獲得13.5nm (2 %帶寬）輻射光輸出，13.5nm( 2 %帶寬)波長的輻射光能夠?qū)?現(xiàn)22nm甚至更小的光刻線。在毛細(xì)管放電過程中，高電壓會(huì)使毛細(xì)管內(nèi)沿著內(nèi)表壁形成一 層Xe等離子體殼層，主脈沖放電時(shí)通過等離子體的強(qiáng)電流，受自身磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的洛 侖茲力，使等離子體沿徑向箍縮(稱之為Z箍縮）。在等離子體壓縮的過程中，等離子體同時(shí) 受到排斥力、歐姆加熱，使得等離子體溫度升高，碰撞Xe離子產(chǎn)生更高價(jià)態(tài)的Xe離子，等離 子體壓縮到半徑最小時(shí)~300μπι，此時(shí)將會(huì)實(shí)現(xiàn)EUV輻射光輸出。等離子體壓縮到最小半徑 時(shí)毛細(xì)管內(nèi)的等離子體是一個(gè)很細(xì)的等離子體柱，將這個(gè)等離子體柱中的每一個(gè)微小段均 可視為一個(gè)點(diǎn)光源，這個(gè)點(diǎn)光源將向四周431立體角范圍內(nèi)均勻的輻射EUV輻射光，毛細(xì)管放 電形成的EUV輻射光，經(jīng)過后續(xù)的極紫外光學(xué)收集系統(tǒng)，成像在中間焦點(diǎn)（IF)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn) IF點(diǎn)一定功率的13.5nm( 2 %帶寬)輻射光輸出。IF點(diǎn)輻射光作為后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)的光源，最終 對(duì)光刻膠曝光實(shí)現(xiàn)32nm甚至更窄的線寬。
[0003] 在這一過程中，13.5nm附件的EUV輻射來源非常復(fù)雜，主要來源于Xe8+~Xe 11+離子 4d-5p躍迀，此外還有4d-4f和4p-4d躍迀，這些因素導(dǎo)致8nm~20nm范圍內(nèi)的線狀譜有幾萬 條。為了獲得較高功率的13.5nm(2%帶寬)輻射光輸出，需要等離子體溫度和密度等參數(shù)位 于一個(gè)合適的區(qū)間，這就需要對(duì)等離子體狀態(tài)進(jìn)行分析，而光譜是分析等離子體狀態(tài)的一 個(gè)最合適的方法。因而，必須設(shè)計(jì)一種方案，對(duì)8nm~20nm范圍內(nèi)的線狀譜進(jìn)行標(biāo)定。常規(guī)的 光譜儀采用Hg燈進(jìn)行標(biāo)定，由于Hg燈的線狀譜較少，這會(huì)導(dǎo)致譜線的標(biāo)定變得不準(zhǔn)確，從而 影響光譜的分析。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新的方法，能夠大幅度的提高譜儀的標(biāo)定準(zhǔn)確度，從而 實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜的準(zhǔn)確識(shí)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的采用Hg燈對(duì)8nm~20nm范圍內(nèi)的線狀譜進(jìn)行標(biāo)定，譜線 的標(biāo)定準(zhǔn)確性差的問題?，F(xiàn)提供一種高精度Xe介質(zhì)放電等離子體極紫外光刻光源光譜標(biāo)定 的方法。
[0005] -種高精度Xe介質(zhì)放電等離子體極紫外光刻光源光譜標(biāo)定的方法，它包括以下步 驟：
[0006] 步驟一、調(diào)整真空紫外陰極燈和羅蘭圓光譜儀的位置，保證真空紫外陰極燈出射 的光能垂直入射到羅蘭圓光譜儀的入射狹縫正中心，然后將羅蘭圓光譜儀和真空紫外陰極 燈通過波紋管連接好，在陰極譜燈中充入He氣，抽真空到達(dá)l(T 2Pa量級(jí)；
[0007] 步驟二、將羅蘭圓光譜儀調(diào)到某一特定中心波長λ處，打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)行降 溫并去噪，此時(shí)準(zhǔn)備工作就緒；
[0008] 步驟三、打開真空紫外陰極燈，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按照真空紫外陰極燈輻射出的 輻射譜擬合出一條初始曲線，同時(shí)對(duì)比He的特征譜線，初步判定該初始曲線的各條譜線對(duì) 應(yīng)的波長值;通過控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得步進(jìn)電機(jī)連接的羅蘭圓光譜儀上的光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，使 羅蘭圓光譜儀運(yùn)動(dòng)到內(nèi)部設(shè)定的中心波長λ處，觀察該中心波長λ是否實(shí)際出現(xiàn)在CCD中心 像素點(diǎn)512像素處，如果是，則執(zhí)行步驟四，如果否，則執(zhí)行步驟五；
[0009] 步驟四、該譜線對(duì)應(yīng)的波長即為此時(shí)中心波長值；
[0010] 步驟五、手動(dòng)調(diào)節(jié)中心波長直至該譜線出現(xiàn)在512像素處，重復(fù)步驟三至步驟五確 定最初記錄光譜圖像上各像素對(duì)應(yīng)的波長值，再通過二次擬合的方法建立在某一中心波長 處像素與波長的對(duì)應(yīng)關(guān)系，改變中心波長，重復(fù)步驟三至步驟五得到不同中心波長時(shí)像素 與波長的對(duì)應(yīng)關(guān)系，完成羅蘭圓光譜儀對(duì)極紫外光刻光源光譜的初步標(biāo)定工作；
[0011] 步驟六、由于陰極燈譜線較少，這導(dǎo)致步驟一至步驟五標(biāo)定的波長與像素的關(guān)系 數(shù)據(jù)量少，此時(shí)，在毛細(xì)管內(nèi)充入He氣，對(duì)充入的毛細(xì)管施加脈沖電源，使毛細(xì)管放電，然后 測(cè)量輻射譜，將步驟一至步驟五得到的像素與波長的對(duì)應(yīng)關(guān)系與真實(shí)波長進(jìn)行對(duì)比，確定 測(cè)量譜線中強(qiáng)度較強(qiáng)的譜線對(duì)應(yīng)的波長作為中心波長，重復(fù)操作步驟二至步驟五，得到5nm ~60nm范圍內(nèi)羅蘭圓光譜儀像素對(duì)應(yīng)的波長。
[0012] 本發(fā)明的有益效果:采用真空紫外陰極燈對(duì)羅蘭圓譜儀進(jìn)行初步標(biāo)定，工作氣體 為He氣，具體為:通過將羅蘭圓光譜儀調(diào)到某一特定中心波長λ處，不斷調(diào)節(jié)中心波長直至 羅蘭圓譜儀輻射出的譜線均出現(xiàn)在512像素處，得到不同中心波長時(shí)像素與波長的對(duì)應(yīng)關(guān) 系，完成羅蘭圓光譜儀對(duì)極紫外光刻光源光譜的初步標(biāo)定工作；由于陰極燈譜線較少，這導(dǎo) 致標(biāo)定的波長與像素的關(guān)系數(shù)據(jù)量少，所以，采用He氣和Ar氣介質(zhì)毛細(xì)管放電機(jī)制工作，通 過He氣和Ar氣的線狀譜對(duì)羅蘭圓譜儀進(jìn)行精確地標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)5nm~60nm大范圍內(nèi)的像 素對(duì)應(yīng)的波長。采用該方法使譜線的像素均對(duì)應(yīng)相應(yīng)的波長，從而實(shí)現(xiàn)使譜線的標(biāo)定準(zhǔn)確 性同比現(xiàn)有技術(shù)的提高了 7倍以上。
【附圖說明】
[0013] 圖1為【具體實(shí)施方式】一所述的一種高精度Xe介質(zhì)放電等離子體極紫外光刻光源光 譜標(biāo)定及識(shí)別的方法的流程圖；
[0014] 圖2為紫外陰極燈輻射譜原始圖像；
[0015]圖3為中心波長13.50nm的擬合曲線圖；
[0016]圖4為Ar氣和He氣的光譜比較圖；
[0017]圖5為Ne氣和He氣的光譜比較圖；
[0018] 圖6為10nm~12.5nm波段范圍內(nèi)Ne氣和He氣光譜比較圖；
[0019] 圖7為Xe氣和He氣光譜比較圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0020] 一：參照?qǐng)D1至圖3具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種高 精度Xe介質(zhì)放電等離子體極紫外光刻光源光譜標(biāo)定的方法，它包括以下步驟：
[0021] 步驟一、調(diào)整真空紫外陰極燈和羅蘭圓光譜儀的位置，保證真空紫外陰極燈出射 的光能垂直入射到羅蘭圓光譜儀的入射狹縫正中心，然后將羅蘭圓光譜儀和真空紫外陰極 燈通過波紋管連接好，在陰極譜燈中充入He氣，抽真空到達(dá)l(T2Pa量級(jí)；
[0022]步驟二、將羅蘭圓光譜儀調(diào)到某一特定中心波長λ處，打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)行降 溫并去噪，此時(shí)準(zhǔn)備工作就緒；
[0023]步驟三、打開真空紫外陰極燈，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按照真空紫外陰極燈輻射出的 輻射譜擬合出一條初始曲線，同時(shí)對(duì)比He的特征譜線，初步判定該初始曲線的各條譜線對(duì) 應(yīng)的波長值;通過控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得步進(jìn)電機(jī)連接的羅蘭圓光譜儀上的光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，使 羅蘭圓光譜儀運(yùn)動(dòng)到內(nèi)部設(shè)定的中心波長λ處，觀察該中心波長λ是否實(shí)際出現(xiàn)在CCD中心 像素點(diǎn)512像素處，如果是，則執(zhí)行步驟四，如果否，則執(zhí)行步驟五；
[0024]步驟四、該譜線對(duì)應(yīng)的波長即為此時(shí)中心波長值；
[0025] 步驟五、手動(dòng)調(diào)節(jié)中心波長直至該譜線出現(xiàn)在512像素處，重復(fù)步驟三至步驟五確 定最初記錄光譜圖像上各像素對(duì)應(yīng)的波長值，再通過二次擬合的方法建立在某一中心波長 處像素與波長的對(duì)應(yīng)關(guān)系，改變中心波長，重復(fù)步驟三至步驟五得到不同中心波長時(shí)像素 與波長的對(duì)應(yīng)關(guān)系，完成羅蘭圓光譜儀對(duì)極紫外光刻光源光譜的初步標(biāo)定工作；
[0026]步驟六、由于陰極燈譜線較少，這導(dǎo)致步驟一至步驟五標(biāo)定的波長與像素的關(guān)系 數(shù)據(jù)量少，此時(shí)，在毛細(xì)管內(nèi)充入He氣，對(duì)充入的毛細(xì)管施加脈沖電源，使毛細(xì)管放電，然后 測(cè)量輻射譜，將步驟一至步驟五得到的像素與波長的對(duì)應(yīng)關(guān)系與真實(shí)波長進(jìn)行對(duì)比，確定 測(cè)量譜線中強(qiáng)度較強(qiáng)的譜線對(duì)應(yīng)的波長作為中心波長，重復(fù)操作步驟二至步驟五，得到5nm ~60nm范圍內(nèi)羅蘭圓光譜儀像素對(duì)應(yīng)的波長。
[0027]本實(shí)施方式中，真實(shí)波長能夠根據(jù)NIST數(shù)據(jù)庫得到。
【具體實(shí)施方式】 [0028] 二:本實(shí)施方式是對(duì)一所述的一種高精度Xe介質(zhì)放電 等離子體極紫外光刻光源光譜標(biāo)定的方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，步驟二中的中心 波長為 13 · 500nm、30 · 378nm 或 58 · 433nm。
[0029] 本實(shí)施方式中，具體標(biāo)定時(shí)我們分別完成了中心波長為13.500nm、30.378nm和 58.433nm時(shí)譜儀的標(biāo)定工作，取這些中心波長一方面是考慮到He的特征譜線，另一方面以 考慮到了以后實(shí)驗(yàn)的需要。各標(biāo)定結(jié)果如下所示：
[0030] 中心波長13.50nm
[0031] 在陰極譜燈中充入He氣，點(diǎn)亮后逐漸降低氣壓，在10Pa時(shí)各條譜線強(qiáng)度最大，記錄 下此輻射譜，如圖2所示。
[0032] 實(shí)際的擬合過程分為兩步完成的：首先按照陰極譜燈輻射譜擬合出一條初始曲 線，我們可以看出數(shù)據(jù)點(diǎn)只有三個(gè)，而且范圍太小（24.30nm~30.38nm)，因而對(duì)其作了改 進(jìn)。在實(shí)際的放電室放電實(shí)驗(yàn)過程中，我們將中心波長調(diào)到13.50nm處，在多次放電過程中 找到比較穩(wěn)定并且強(qiáng)度比較大的幾條譜線記錄下其像素位置，在將中心波長移到其對(duì)應(yīng)的 初始擬合的波長位置，觀察是否在512像素點(diǎn)，若不在則調(diào)節(jié)中心波長直至位于512像素處， 重復(fù)此過程便可得到上述數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0033]表一為中心波長13.50nm數(shù)據(jù)點(diǎn)及擬合曲線，
[0035]由于數(shù)據(jù)點(diǎn)波長范圍為12.81nm~30.38nm，因而認(rèn)為此范圍內(nèi)的波長標(biāo)定比較準(zhǔn) 確，此中心波長標(biāo)定短波長誤差小。
[0036]毛細(xì)管放電機(jī)制的精確標(biāo)定：
[0037]在主脈沖放電初期，由于趨膚效應(yīng)，電流會(huì)沿著毛細(xì)管內(nèi)壁形成一層薄的電流殼 層。同時(shí)，電流脫離毛細(xì)管管壁也需要一定的時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，主脈沖電流就會(huì)燒蝕毛細(xì) 管內(nèi)壁，從而產(chǎn)生一定量的碎肩。同時(shí)，放電過程中電流幅值高達(dá)幾十千安，會(huì)產(chǎn)生大量的 熱量，沉積在電極表面，燒蝕電極，產(chǎn)生一定量的碎肩。碎肩在等離子體Z箍縮過程中會(huì)產(chǎn)生 一定電離度的雜質(zhì)離子，從而產(chǎn)生一定強(qiáng)度的雜質(zhì)譜線，影響了整個(gè)輻射譜的分析。在此條 件下，通過分析整個(gè)放電過程中雜質(zhì)譜線的來源，并與Xe等離子體理論譜線相結(jié)合，可以判 斷出各真實(shí)放電條件下各波長的譜線來源，這為后續(xù)不同放電條件下光譜變化的分析提供 依據(jù)。
[0038] 通過對(duì)He、Ar和Xe氣放電光譜的比較，結(jié)合NIST數(shù)據(jù)庫，分析10nm~18nm范圍內(nèi)光 譜來源。如圖4所示為放電電流30kA、純He和純Ar流量均為6sccm條件下放電光譜比較。在此 放電條件下，He已經(jīng)被完全電離，變成裸核，因此其放電形成光譜均應(yīng)來源于毛細(xì)管管壁和 電極的燒蝕產(chǎn)生的雜質(zhì)。通過比較純Ar和純He光譜，分析重合譜線的波長，可以初步判斷出 雜質(zhì)譜的來源。表二為Ar和He光譜比較及分析，
[0039]表二
[0041 ]表二為光譜的分析結(jié)果，分析時(shí)參考NIST數(shù)據(jù)庫。由圖3和表一可以看出，lOnm~ 18nm范圍內(nèi)，雜質(zhì)譜線主要有4組，分別來自于05+2s-np(n = 3~5)、05+2p-md(m = 3~6)躍 迀、04+2p-gd(g = 4~5)躍迀和Al4+2p-3d躍迀，其來源于放電過程中毛細(xì)管管壁燒蝕。同時(shí)， 在此放電條件下，Ar氣放電時(shí)lOnm~18nm范圍內(nèi)僅能觀察到Ar 7+離子3s 2S2-4p 2P4、2P2躍 迀，其強(qiáng)度非常弱，比〇離子譜線低1個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0042]為了證實(shí)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將純He和純Ne放電譜線進(jìn)行了比較，如圖4所示為放電電 流30kA、純He和純Ne流量均為6sccm條件下放電光譜比較。由圖5可以看出，Ne和He放電的重 合譜線與圖4基本相同，進(jìn)一步證實(shí)了此部分譜線來源于雜質(zhì)離子。同時(shí)，Ne氣放電時(shí)會(huì)產(chǎn) 生豐富的Ne離子譜線，主要存在于lOnm~12.5nm范圍內(nèi)，圖6為此波段范圍內(nèi)譜線的詳細(xì)分 析，結(jié)合NIST數(shù)據(jù)庫分析可知，此部分譜線主要來源于Ne 5+離子和Ne6+離子。
[0043]利用圖4、圖5和圖6中已經(jīng)識(shí)別的譜線，便可完成對(duì)羅蘭圓譜儀的精確標(biāo)定。標(biāo)定 完成后，分析lOnm~12.5nm范圍內(nèi)Xe介質(zhì)放電的詳細(xì)光譜，結(jié)果如圖7所示。Xe氣放電時(shí) lOnm~18nm范圍內(nèi)光譜主要來自于Xe 8+~Xe12+離子4d-5p、4d-4f及4p-4d躍迀。整個(gè)譜線包 括兩個(gè)主要的躍迀:Xe 8+~Xe11+離子4d_5p躍迀（12nm~18nm)和Xe9+~Xe 12+離子4d_4f及4p-4d躍遷（10 · 5nm~12nm)。在4d_5p躍遷寬帶（broad band)內(nèi)主要存在12 · 40nm、13 · 51nm和 15 · OOnm三組譜線，每一個(gè)譜帶的寬度約為0 · 5nm~lnm，其分別來自于Xe11+、Xe1Q+和Xe9+離子 的4d n~4dn-Sp躍迀;Xe8+離子的4dn~4d n-Sp躍迀主要包括兩條譜線：16.17nm和16.53nm; Xe7+離子譜線強(qiáng)度非常弱，僅觀察到波長為17.09nm的4d-5p躍迀譜線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高精度Xe介質(zhì)放電等離子體極紫外光刻光源光譜標(biāo)定的方法，其特征在于，它 包括以下步驟： 步驟一、調(diào)整真空紫外陰極燈和羅蘭圓光譜儀的位置，保證真空紫外陰極燈出射的光 能垂直入射到羅蘭圓光譜儀的入射狹縫正中心，然后將羅蘭圓光譜儀和真空紫外陰極燈通 過波紋管連接好，在陰極譜燈中充入He氣，抽真空到達(dá)l(T 2Pa量級(jí)； 步驟二、將羅蘭圓光譜儀調(diào)到某一特定中心波長λ處，打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)行降溫并 去噪，此時(shí)準(zhǔn)備工作就緒； 步驟三、打開真空紫外陰極燈，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按照真空紫外陰極燈輻射出的輻射 譜擬合出一條初始曲線，同時(shí)對(duì)比He的特征譜線，初步判定該初始曲線的各條譜線對(duì)應(yīng)的 波長值;通過控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得步進(jìn)電機(jī)連接的羅蘭圓光譜儀上的光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，使羅蘭 圓光譜儀運(yùn)動(dòng)到內(nèi)部設(shè)定的中心波長λ處，觀察該中心波長λ是否實(shí)際出現(xiàn)在CCD中心像素 點(diǎn)512像素處，如果是，則執(zhí)行步驟四，如果否，則執(zhí)行步驟五； 步驟四、該譜線對(duì)應(yīng)的波長即為此時(shí)中心波長值； 步驟五、手動(dòng)調(diào)節(jié)中心波長直至該譜線出現(xiàn)在512像素處，重復(fù)步驟三至步驟五確定最 初記錄光譜圖像上各像素對(duì)應(yīng)的波長值，再通過二次擬合的方法建立在某一中心波長處像 素與波長的對(duì)應(yīng)關(guān)系，改變中心波長，重復(fù)步驟三至步驟五得到不同中心波長時(shí)像素與波 長的對(duì)應(yīng)關(guān)系，完成羅蘭圓光譜儀對(duì)極紫外光刻光源光譜的初步標(biāo)定工作； 步驟六、由于陰極燈譜線較少，這導(dǎo)致步驟一至步驟五標(biāo)定的波長與像素的關(guān)系數(shù)據(jù) 量少，此時(shí)，在毛細(xì)管內(nèi)充入He氣，對(duì)充入的毛細(xì)管施加脈沖電源，使毛細(xì)管放電，然后測(cè)量 輻射譜，將步驟一至步驟五得到的像素與波長的對(duì)應(yīng)關(guān)系與真實(shí)波長進(jìn)行對(duì)比，確定測(cè)量 譜線中強(qiáng)度較強(qiáng)的譜線對(duì)應(yīng)的波長作為中心波長，重復(fù)操作步驟二至步驟五，得到5nm~ 60nm范圍內(nèi)羅蘭圓光譜儀像素對(duì)應(yīng)的波長。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度Xe介質(zhì)放電等離子體極紫外光刻光源光譜標(biāo)定的 方法，其特征在于，步驟二中的中心波長為13 · 500nm、30 · 378nm或58 · 433nm。
【文檔編號(hào)】G01J3/20GK106092317SQ201610415737
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日 公開號(hào)201610415737.9, CN 106092317 A, CN 106092317A, CN 201610415737, CN-A-106092317, CN106092317 A, CN106092317A, CN201610415737, CN201610415737.9
【發(fā)明人】徐強(qiáng), 趙永蓬, 王騏
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)