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定的方法，涉及光譜識別領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的采用Hg燈對8nm～20nm范圍內(nèi)的線狀譜進行標定，譜線的標定準確性差，導(dǎo)致對光譜的識別性差的問題。本發(fā)明第一步采用真空紫外陰極燈對羅蘭圓譜儀進行初步標定，工作氣體為He氣；第二步采用He氣和Ar氣介質(zhì)毛細管放電機制工作，通過He氣和Ar氣的線狀譜對羅蘭圓譜儀進行精確地標定。它用于對光譜進行標定。
【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定的 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及毛細管放電極紫外光刻光源中譜線標定的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 毛細管機制放電等離子體(DPP)極紫外(EUV)光刻光源是指采用Xe介質(zhì)，在毛細管 放電Z箍縮機制獲得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。在毛細管放電過程中，高電壓會使毛細管內(nèi)沿著內(nèi)表壁形成一 層Xe等離子體殼層，主脈沖放電時通過等離子體的強電流，受自身磁場作用，產(chǎn)生強大的洛 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 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)生更高價態(tài)的Xe離子，等離 子體壓縮到半徑最小時~300μπι，此時將會實現(xiàn)EUV輻射光輸出。等離子體壓縮到最小半徑 時毛細管內(nèi)的等離子體是一個很細的等離子體柱，將這個等離子體柱中的每一個微小段均 可視為一個點光源，這個點光源將向四周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（IF)點，從而實現(xiàn) IF點一定功率的13.5nm( 2 %帶寬)輻射光輸出。IF點輻射光作為后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)的光源，最終 對光刻膠曝光實現(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 于一個合適的區(qū)間，這就需要對等離子體狀態(tài)進行分析，而光譜是分析等離子體狀態(tài)的一 個最合適的方法。因而，必須設(shè)計一種方案，對8nm~20nm范圍內(nèi)的線狀譜進行標定。常規(guī)的 光譜儀采用Hg燈進行標定，由于Hg燈的線狀譜較少，這會導(dǎo)致譜線的標定變得不準確，從而 影響光譜的分析。本發(fā)明設(shè)計了一種新的方法，能夠大幅度的提高譜儀的標定準確度，從而 實現(xiàn)對光譜的準確識別。

【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8nm~20nm范圍內(nèi)的線狀譜進行標定，譜線 的標定準確性差的問題?，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l(T 2Pa量級；
[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)，進行降 溫并去噪，此時準備工作就緒；
[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，同時對比He的特征譜線，初步判定該初始曲線的各條譜線對 應(yīng)的波長值;通過控制步進電機轉(zhuǎn)動，使得步進電機連接的羅蘭圓光譜儀上的光柵轉(zhuǎn)動，使 羅蘭圓光譜儀運動到內(nèi)部設(shè)定的中心波長λ處，觀察該中心波長λ是否實際出現(xiàn)在CCD中心 像素點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、該譜線對應(yīng)的波長即為此時中心波長值；
[0010] 步驟五、手動調(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像素 與波長的對應(yīng)關(guān)系，完成羅蘭圓光譜儀對極紫外光刻光源光譜的初步標定工作；
[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定的波長與像素的關(guān)系 數(shù)據(jù)量少，此時，在毛細管內(nèi)充入He氣，對充入的毛細管施加脈沖電源，使毛細管放電，然后 測量輻射譜，將步驟一至步驟五得到的像素與波長的對應(yīng)關(guān)系與真實波長進行對比，確定 測量譜線中強度較強的譜線對應(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羅蘭圓譜儀進行初步標定，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像素與波長的對應(yīng)關(guān) 系，完成羅蘭圓光譜儀對極紫外光刻光源光譜的初步標定工作；由于陰極燈譜線較少，這導(dǎo) 致標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)毛細管放電機制工作，通 過He氣和Ar氣的線狀譜對羅蘭圓譜儀進行精確地標定，從而實現(xiàn)5nm~60nm大范圍內(nèi)的像 素對應(yīng)的波長。采用該方法使譜線的像素均對應(yīng)相應(yīng)的波長，從而實現(xiàn)使譜線的標定準確 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 譜標定及識別的方法的流程圖；
[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。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0020] 一：參照圖1至圖3具體說明本實施方式，本實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l(T2Pa量級；
[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)，進行降 溫并去噪，此時準備工作就緒；
[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，同時對比He的特征譜線，初步判定該初始曲線的各條譜線對 應(yīng)的波長值;通過控制步進電機轉(zhuǎn)動，使得步進電機連接的羅蘭圓光譜儀上的光柵轉(zhuǎn)動，使 羅蘭圓光譜儀運動到內(nèi)部設(shè)定的中心波長λ處，觀察該中心波長λ是否實際出現(xiàn)在CCD中心 像素點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、該譜線對應(yīng)的波長即為此時中心波長值；
[0025] 步驟五、手動調(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像素 與波長的對應(yīng)關(guān)系，完成羅蘭圓光譜儀對極紫外光刻光源光譜的初步標定工作；
[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定的波長與像素的關(guān)系 數(shù)據(jù)量少，此時，在毛細管內(nèi)充入He氣，對充入的毛細管施加脈沖電源，使毛細管放電，然后 測量輻射譜，將步驟一至步驟五得到的像素與波長的對應(yīng)關(guān)系與真實波長進行對比，確定 測量譜線中強度較強的譜線對應(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應(yīng)的波長。
[0027]本實施方式中，真實波長能夠根據(jù)NIST數(shù)據(jù)庫得到。
【具體實施方式】 [0028] 二:本實施方式是對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定的方法作進一步說明，本實施方式中，步驟二中的中心 波長為 13 · 500nm、30 · 378nm 或 58 · 433nm。
[0029] 本實施方式中，具體標定時我們分別完成了中心波長為13.500nm、30.378nm和 58.433nm時譜儀的標定工作，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 考慮到了以后實驗的需要。各標定結(jié)果如下所示：
[0030] 中心波長13.50nm
[0031] 在陰極譜燈中充入He氣，點亮后逐漸降低氣壓，在10Pa時各條譜線強度最大，記錄 下此輻射譜，如圖2所示。
[0032] 實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)點只有三個，而且范圍太?。?4.30nm~30.38nm)，因而對其作了改 進。在實際的放電室放電實驗過程中，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應(yīng)的 初始擬合的波長位置，觀察是否在512像素點，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。
[0033]表一為中心波長13.50nm數(shù)據(jù)點及擬合曲線，
[0035]由于數(shù)據(jù)點波長范圍為12.81nm~30.38nm，因而認為此范圍內(nèi)的波長標定比較準 確，此中心波長標定短波長誤差小。
[0036]毛細管放電機制的精確標定：
[0037]在主脈沖放電初期，由于趨膚效應(yīng)，電流會沿著毛細管內(nèi)壁形成一層薄的電流殼 層。同時，電流脫離毛細管管壁也需要一定的時間，在此時間內(nèi)，主脈沖電流就會燒蝕毛細 管內(nèi)壁，從而產(chǎn)生一定量的碎肩。同時，放電過程中電流幅值高達幾十千安，會產(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箍縮過程中會產(chǎn)生 一定電離度的雜質(zhì)離子，從而產(chǎn)生一定強度的雜質(zhì)譜線，影響了整個輻射譜的分析。在此條 件下，通過分析整個放電過程中雜質(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管管壁燒蝕。同時， 在此放電條件下，Ar氣放電時lOnm~18nm范圍內(nèi)僅能觀察到Ar 7+離子3s 2S2-4p 2P4、2P2躍 迀，其強度非常弱，比〇離子譜線低1個數(shù)量級。
[0042]為了證實上述實驗結(jié)果，將純He和純Ne放電譜線進行了比較，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，進一步證實了此部分譜線來源于雜質(zhì)離子。同時，Ne氣放電時會產(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)識別的譜線，便可完成對羅蘭圓譜儀的精確標定。標定 完成后，分析lOnm~12.5nm范圍內(nèi)Xe介質(zhì)放電的詳細光譜，結(jié)果如圖7所示。Xe氣放電時 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。整個譜線包 括兩個主要的躍迀: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+離子譜線強度非常弱，僅觀察到波長為17.09nm的4d-5p躍迀譜線。
【主權(quán)項】
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l(T 2Pa量級； 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)，進行降溫并 去噪，此時準備工作就緒； 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，同時對比He的特征譜線，初步判定該初始曲線的各條譜線對應(yīng)的 波長值;通過控制步進電機轉(zhuǎn)動，使得步進電機連接的羅蘭圓光譜儀上的光柵轉(zhuǎn)動，使羅蘭 圓光譜儀運動到內(nèi)部設(shè)定的中心波長λ處，觀察該中心波長λ是否實際出現(xiàn)在CCD中心像素 點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、該譜線對應(yīng)的波長即為此時中心波長值； 步驟五、手動調(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像素與波 長的對應(yīng)關(guān)系，完成羅蘭圓光譜儀對極紫外光刻光源光譜的初步標定工作； 步驟六、由于陰極燈譜線較少，這導(dǎo)致步驟一至步驟五標定的波長與像素的關(guān)系數(shù)據(jù) 量少，此時，在毛細管內(nèi)充入He氣，對充入的毛細管施加脈沖電源，使毛細管放電，然后測量 輻射譜，將步驟一至步驟五得到的像素與波長的對應(yīng)關(guān)系與真實波長進行對比，確定測量 譜線中強度較強的譜線對應(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】G01J3/20GK106092317SQ201610415737
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月7日 公開號201610415737.9, CN 106092317 A, CN 106092317A, CN 201610415737, CN-A-106092317, CN106092317 A, CN106092317A, CN201610415737, CN201610415737.9
【發(fā)明人】徐強, 趙永蓬, 王騏
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)