681.2.082/.083:535.23:621.384.4
Разработка и исследование измерительного комплекса энергетической яркости в области вакуумного и ближнего ультрафиолета на
основе ПЗС-матриц
С. И. АНЕВСКИЙ-, Б. С. ВОЛКОВ*, И. В. ДРОБКОВ*, Д. Н. ЛАШКОВ*, О. А. МИНАЕВА*, Р. В. МИНАЕВ*, Д. С. СЕНИН** , Ю. В. ЦВЕТКОВ*
* Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений,
Москва, Россия, e-mail: anevsky@vniiofi.ru ** Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия
Описаны разработанные методы и аппаратура для измерения распределения энергетической яркости по излучающей области плазменных излучателей в области экстремального вакуумного ультрафиолета. В состав компаратора энергетической яркости вакуумного и ближнего ультрафиолетового излучения входят зеркальный телескоп на основе высокоотражающих наноструктур, комплект фильтров для исключения влияния рассеянного света и высших порядков дифракции и охлаждаемая ПЗС-матрица.
Ключевые слова: энергетическая яркость, вакуумный и ближний ультрафиолетовые диапазоны, ПЗС-матрица, спектрорадиометрия, нанолитография, лазерная плазма, многослойные высокоотражающие наноструктуры.
This article describes the developed methods and equipment for energetic radiance spatial distribution measurement by radiation region of plasma sources in the EUV and VUV. The VUV and UV energetic radiance comparator consists of mirror telescope based on high reflecting nanostructures, the set of restriction filters to avoid the influence of stray light and high order diffraction, and the cooled CCD array
Key words: energetic radiance, vacuum and near ultraviolet, CCD-cameras, spectroradiometry, nanolithography, laser plasma, multilayer highreflecting nanostructures.
Многие задачи ультрафиолетовой (УФ) спектрорадиомет-рии связаны с необходимостью разработки методов и средств для передачи размера единицы энергетической яркости с высоким пространственным разрешением, получения информации о распределении энергетической яркости плазменных излучателей, создания методов формирования высокоэффективных отражающих покрытий и зеркал для выделения спектральных диапазонов, использования циклических электронных ускорителей для генерации потока синхротронного излучения.
Исследования в области спектрорадиометрии экстремального вакуумного ультрафиолета (ВУФ) показали, что наиболее перспективными источниками излучения для на-нолитографии в этой спектральной области являются плазменные излучатели на основе лазерной плазмы и плазменного фокуса при разряде в ксеноне. Основные параметры плазменных излучателей — эффективность преобразования электрической мощности в поток оптического излучения в диапазоне длин волн 13—14 нм, размер излучающей области, стабильность и угловое распределение излучения. Важным требованием также является исключение загрязнения фокусирующей оптики продуктами плазменной струи.
Применение для нанолитографии излучателей на основе лазерной плазмы и плазмы, образующейся при мощном газовом разряде в ксеноне в области экстремального ВУФ, требует технологического контроля с использованием прецизионной аппаратуры с высоким пространственным разрешением. Излучатель на основе лазерной плазмы содер-
жит мощный импульсный лазер, работающий с частотой порядка 10 кГц, систему формирования газовой ксеноновой струи, являющейся мишенью для лазерного излучения, систему сверхвысоковакуумной откачки и охлаждаемую ловушку для захвата плазменной струи. Плазменный источник на основе газового разряда имеет диодный блок, инжектор рабочего газа, плазменную камеру, содержащую область высокотемпературной плазмы, сжатой магнитным полем разрядного тока, и систему вывода экстремального УФ-излуче-ния.
Излучатель на основе лазерной плазмы обладает рядом преимуществ. Полуширина распределения энергетической яркости по излучающей области лазерной плазмы, определяющая минимальный размер элементов структуры, формируемой на фоторезисте, составляет около 300 мкм, в то время как минимальные размеры плазменного фокуса 1,5 мм. Недостатком газоразрядной плазмы является испарение материала электродов и осаждение металлической пленки на оптических элементах коллиматора, что требует разработки специальных высокоэффективных защитных ловушек. В то же время использование лазерной плазмы не позволяет в настоящее время получить в диапазоне длин волн 13—14 нм силу излучения более 0,3 Вт/ср, тогда как излучение источника типа плазменный фокус достигает 25 Вт/ср. Коэффициент преобразования электрической мощности в поток излучения для лазерной плазмы составляет 0,5 %, а для источника типа плазменный фокус — 1 %.
Излучатель на основе лазерной плазмы отличается наибольшей стабильностью углового и пространственного распределения излучения. При этом для достижения необходимой производительности литографической машины в диапазоне длин волн 13—14 нм требуется создать поток излучения порядка 100 Вт при частоте следования импульсов 7—10 кГц. Излучатель должен обеспечивать энергетическую экспозицию фоторезиста за 50 импульсов при среднем квадратическом отклонении (СКО) экспозиции не более 0,3 %. Требования к угловому распределению излучения плазменного источника ограничивают максимальный телесный угол значением 0,2 ср. Характерный параметр излучателя, определяемый как произведение размера излучающей области плазменного источника на рабочий телесный угол, должен составлять не более 3 мм2 ср.
Использование струи ксенона в плазменном излучателе обеспечивает необходимую плотность мишени и высокую эффективность преобразования лазерного излучения в поток при относительно высокой стабильности пространственного положения излучающей области и требуемой чистоте излучателя. Применение чистого источника на основе ксе-ноновой лазерной плазмы позволяет использовать коллиматоры экстремального УФ-излучения без замены с наработкой в миллион импульсов.
Существенные требования к пространственным и энергетическим характеристикам излучателей диктуют необходимость метрологического обеспечения технологических процессов нанолитографии на основе разработки методов и аппаратуры для измерения распределения энергетической яркости по излучающей области плазменных излучателей в диапазоне экстремального ВУФ. В ведущих метрологических центрах РТВ (Германия) и NIST (США) работы по метрологическому обеспечению в области экстремального ВУФ являются одним из главных направлений исследований в оптической радиометрии и проводятся с использованием современных электронных накопительных колец (ЭНК) BESSY-II, MLS и SURF-III.
Методы диагностики плазмы, основанные на анализе спектрозональных изображений плазменных объектов, требуют абсолютной калибровки в единицах энергетической яркости и силы излучения компаратора, включающего систему формирования изображения и позиционно-чувстви-тельный детектор.
Главные проблемы при спектрозональном компариро-вании энергетической яркости плазменных объектов с высоким пространственным разрешением связаны с реализацией метода передачи размера единицы энергетической яркости от эталонного источника синхротронного излучения, обеспечением диапазона линейности позиционно-чувстви-тельного детектора, выполнением условий спектральной коррекции чувствительности, учетом поглощения и рассеяния излучения на трассе при дистанционных измерениях.
В состав компаратора энергетической яркости вакуумного и ближнего УФ-излучения входят зеркальный телескоп на основе высокоотражающих многослойных наноструктур, комплект оптических фильтров для исключения влияния рассеянного света и высших порядков дифракции и охлаждаемая ПЗС-матрица. В области ВУФ для выделения спектральных интервалов применяются многослойные интерференционные покрытия на основе МоВ4 в диапазоне длин волн 6,7—12 нм, NiC, Fe/C в диапазоне 4,4—6,7 нм, Cr/Sc в диапазоне 3,1—4,5 нм, W/Sb в диапазоне 2,3—3,1 нм, обес-
печивающие высокий коэффициент отражения в заданном спектральном интервале. В диапазоне длин волн менее 2,3 нм применяют пары W/C, W/B4C, W/Si, М/С при скользящем падении излучения [1].
В УФ-диапазоне использование ПЗС-матриц ограничено непрозрачностью проводящих поликристаллических затворов излучения с длиной волны менее 400 нм. В области ближнего и вакуумного, в том числе экстремального ультрафиолета, применяют ПЗС-матрицы с обратной экспозицией, а также с люминесцентным преобразователем на основе салицилата натрия. ПЗС-матрицы с обратной засветкой отличаются равномерной тонкой подложкой порядка 10 мкм. Изображение излучающей области формируется на обратной стороне параллельного регистра, не имеющей затворов. ПЗС-матрица с обратной экспозицией позволяет более чем вдвое увеличить эффективную передачу зарядов по сравнению с прямым облучением в диапазоне от мягкого рентгеновского до ближнего ИК-излучения.
Для определения передаточной функции компаратора применяют источник синхротронного излучения, спектральную плотность энергетической яркости которого рассчитывают с высокой точностью. Спектральная коррекция обеспечивает необходимое значение чувствительности в рабочих спектральных интервалах и подавление ее вне этих интервалов, а также исключение влияния рассеянного излучения и высших порядков дифракции. Для выделения спектрального интервала используют интерференционные фильтры, тороидальные дифракционные решетки и многослойные высокоотражающие наноструктуры, нанесенные на сферические поверхности. Погрешность спектральной коррекции определяют с использованием комплекта фильтров. При диагностике внутренних высокотемпературных слоев плазмы учитывают спектральные коэффициенты поглощения и рассеяния внешних низкотемпературных слоев, а также остаточного газа вдоль измерительной трассы по результатам измерений относительной интенсивности линий компонентов плазмы. Рассеяние излучения на трассе определяет минимальную энергетическую яркость, регистрируемую компаратором. Для повышения точности коррекции в спектральных областях Шумана и Лаймана в составе компаратора используется вакуумный монохроматор нормального падения с дифракционной решеткой, позволяющий измерять спектра
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.