EUV光源系統(tǒng)中的帶外光

目前，商用EUV***采用激光等離子體型-極紫外（LPP-EUV）光源系統(tǒng)，主要由驅(qū)動(dòng)激光器、液滴錫靶、收集鏡組成。在驅(qū)動(dòng)激光器兩次精確轟擊液滴錫靶后，錫將被完全電離并產(chǎn)生高能量的EUV輻射，由收集鏡反射并聚焦到一個(gè)焦點(diǎn)（IF點(diǎn)）后進(jìn)入后續(xù)光路的傳輸。

在激發(fā)和聚焦EUV的過程中，往往伴隨著其它波段光（Out-of-band, OoB）的產(chǎn)生與匯聚。這些光有的可以使用背景氫氣去除，有的對(duì)光刻膠不敏感，因此它們帶來的影響很小。但是，還有些波段的光卻會(huì)對(duì)整個(gè)光刻系統(tǒng)造成嚴(yán)重的損傷并影響最終的成像性能，如：300 nm以下的深紫外光（deep ultraviolet, DUV）和紅外光（infrared, IR）。前者產(chǎn)生于激光轟擊錫靶的過程，由于光刻膠對(duì)該波段光非常敏感，因此會(huì)導(dǎo)致光刻圖案對(duì)比度的降低；而后者則來源于驅(qū)動(dòng)激光，其高能量將使光學(xué)元件、掩膜、晶圓出現(xiàn)不同程度的加熱現(xiàn)象，從而降低圖案精度并損傷光學(xué)元件。不僅如此，收集鏡表面對(duì)前者的反射率大小幾乎與EUV相同，而對(duì)后者反射率則接近100%，如圖1所示。以IR為例，作為驅(qū)動(dòng)光源的激光器功率要求為20 kW，在經(jīng)過收集鏡反射與匯聚后，其達(dá)到IF點(diǎn)的功率仍有近10%，也就是約2 kW；然而，若要使IR對(duì)整個(gè)系統(tǒng)幾乎不產(chǎn)生影響，則需要再將其IF點(diǎn)處的功率縮小至少1%，也就是僅20 W以下。在如此高要求下，倘若不對(duì)這些OoB輻射進(jìn)行濾除，使其都經(jīng)過收集鏡反射并進(jìn)入到后續(xù)光路，將會(huì)極大地降低光源系統(tǒng)的性能，因此濾除OoB輻射是非常必要的。

圖1 收集鏡表面鉬/硅多層膜（周期為6.9 nm，鉬/硅比為0.4的50層鉬/硅多層膜）對(duì)不同波段光的反射率計(jì)算結(jié)果 ^[^ ^1]^

EUV***光源系統(tǒng)中的濾波結(jié)構(gòu)

中國科學(xué)院上海光機(jī)所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室林楠、冷雨欣團(tuán)隊(duì)就EUV***光源系統(tǒng)中存在的帶外波段問題，系統(tǒng)闡述了EUVL光源濾波系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、主要挑戰(zhàn)和未來趨勢(shì)。

在EUVL光源系統(tǒng)中，由等離子體產(chǎn)生的DUV和源于驅(qū)動(dòng)光源的IR通常會(huì)對(duì)光刻性能和光學(xué)系統(tǒng)壽命產(chǎn)生較大的影響，并且收集鏡表面的鉬/硅多層膜結(jié)構(gòu)對(duì)其均具有高反射率，因此EUVL光源濾波系統(tǒng)主要針對(duì)這二者展開設(shè)計(jì)。DUV的能量強(qiáng)度較低，使用透射式或反射式的獨(dú)立薄膜結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)良好的濾波效果，但由于薄膜結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度較低的特點(diǎn)容易導(dǎo)致薄膜破裂等問題，使用壽命較短。與之相比，具有高能量的IR無法簡(jiǎn)單使用薄膜濾波器來濾除，而是需要在收集鏡襯底上加工多層光柵結(jié)構(gòu)并鍍膜（如圖２所示），以將特定波長(zhǎng)的IR通過衍射的方式實(shí)現(xiàn)濾除并保留盡可能多的EUV輻射（如圖３所示）。該方法對(duì)光柵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、加工與量測(cè)均提出了非常高的要求，尤其體現(xiàn)在對(duì)光柵表面粗糙度與多層膜均勻性的控制，以及以高度為主的光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)反射率的影響，其對(duì)我們量測(cè)的要求需要達(dá)到僅幾納米甚至亞納米量級(jí)。就整個(gè)EUVL光源系統(tǒng)而言，其濾波對(duì)象決定了最終的濾波系統(tǒng)難以單一結(jié)構(gòu)形式存在，其需要同時(shí)考慮獨(dú)立式的薄膜結(jié)構(gòu)與收集鏡內(nèi)置光柵結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)光刻性能產(chǎn)生影響的OoB作整體濾除，從而保證EUV光源的純度。

圖2 收集鏡內(nèi)置光柵結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 收集鏡內(nèi)置光柵結(jié)構(gòu)對(duì)IR濾波的原理示意圖

總結(jié)與展望

文章綜述了EUVL光源濾波系統(tǒng)的主流技術(shù)方案，分析了濾除OoB輻射的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，探討了目前面臨的主要挑戰(zhàn)與未來發(fā)展趨勢(shì)。EUV光源的性能決定了光刻圖案的性能，為最終獲得高純度EUV光源，無論是在提升濾波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、工藝制造上的先進(jìn)性，還是在提升量測(cè)方式上的先進(jìn)性，其都是缺一不可的。

審核編輯：劉清