научная статья по теме МЕТОДИКА АТТЕСТАЦИИ АСФЕРИЧЕСКИХ ЗЕРКАЛ ОБЪЕКТИВА ЭУФ-ЛИТОГРАФА НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ 13.5 НМ Физика

Текст научной статьи на тему «МЕТОДИКА АТТЕСТАЦИИ АСФЕРИЧЕСКИХ ЗЕРКАЛ ОБЪЕКТИВА ЭУФ-ЛИТОГРАФА НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ 13.5 НМ»

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2015, № 7, с. 87-92

УДК 681.787

МЕТОДИКА АТТЕСТАЦИИ АСФЕРИЧЕСКИХ ЗЕРКАЛ ОБЪЕКТИВА ЭУФ-ЛИТОГРАФА НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ 13.5 нм

© 2015 г. И. В. Малышев1, **, М. Н. Торопов2, Н. И. Чхало2, *

1 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 603950Нижний Новгород, Россия 2Институт физики микроструктур (ИФМРАН), 603950Нижний Новгород, Россия

*Е-таП: chkhalo@ipm.sci-nnov.ru **Е-таИ: ilya-malyshev-wot@ya.ru Поступила в редакцию 28.04.2014 г.

Работа посвящена модификации объектива ЭУФ-литографа и методике аттестации асферических зеркал объектива без использования корректора волнового фронта. На основе интерференционной картины от прошедшего через объектив и эталонного фронтов, восстанавливается карта аберраций объектива. Эта карта содержит информацию о деформациях поверхностей обоих асферических зеркал. Предлагается методика нахождения карты каждого зеркала путем поворотов одного из зеркал и решения систем линейных уравнений.

Ключевые слова: экстремальное ультрафиолетовое излучение, проекционная литография, интерферометрия, аберрации, объектив.

БО1: 10.7868/80207352815070136

ВВЕДЕНИЕ

В 2011 г. в ИФМ РАН был запущен в работу стенд ЭУФ-литографа [1] на длину волны 13.5 нм с расчетным разрешением 30 нм [2]. Уменьшенное в пять раз изображение рисунка маски с помощью проекционного объектива формируется на пластине с фоторезистом (рис. 1). Объектив разработан по схеме Шварцшильда и состоит из двух асферических зеркал: выпуклого М1 и вогнутого М2. Асферическая форма зеркал позволяет скомпенсировать сферическую аберрацию и увеличивает поле зрения объектива на маске 3 х 3 мм (под полем зрения понимается область на маске, которая передается проекционным объективом с разрешением 30 нм).

Пространственное разрешение объектива ограничено дифракцией и определяется как

0.6R 0.61 х 13.5 07 нм ox =-=-= 27 нм,

(1)

NA 0.3

где X — длина волны, NA — числовая апертура проекционного объектива. Для того чтобы достичь дифракционного разрешения, необходимо, чтобы среднеквадратичное отклонение волнового фронта (RMS) от идеального сферического на выходе из объектива, согласно критерию Марешаля, подчинялось условию:

RMSob <V 14 = 0.96 нм. (2)

Для удовлетворения этого условия требуется, чтобы отклонение формы поверхностей асферических зеркал, формирующих фронт, от расчетной [2] было не более

0.96/V2 = 0.7 нм, (3)

так как ошибки, вносимые каждым зеркалом, статистически независимы. Аттестация и коррекция оптики такого качества производится в ИФМ РАН.

Ранее был предложен метод аттестации асферических зеркал с использованием корректора волнового фронта. Метод имел следующие недостатки. На исследуемое зеркало падала боковая часть лепестка диаграммы направленности волоконного источника сферической волны, которая наиболее аберрирована. Для преобразования сферического фронта в асферический, по форме совпадающий с расчетной формой исследуемого зеркала, используется корректор волнового фронта, как правило, толстая линза из прозрачного материала, который сам вносит дополнительные ошибки измерений, связанные с неидеальностью формы поверхностей и неоднородностью коэффициента преломления материала.

Другая проблема, которая была выявлена в процессе эксплуатации предыдущей версии объектива — это большие значения шероховатости среднечастотного диапазона, латеральные размеры 1—1000 мкм [3] зеркал, которые не позволили получить расчетное разрешение литографа 30 нм [4].

Кроме того, из-за использования большого количества силиконового клея при установке зеркал в металлические оправы [5] конструкция объектива оказалась механически нежесткой и была подвержена расстройке юстировки в процессе эксплуатации из-за теплового расширения элементов конструкции.

Маска

Зьпластина

Рис. 1. Схема объектива литографа: М1 — выпуклое асферическое зеркало; М2 — вогнутое асферическое зеркало; ¿1 = 308 мм, ¿2 = 336 мм, Ьз = 510.477 мм.

Данная работа направлена на решение этих проблем. В частности, предложена новая методика аттестации асферических зеркал объектива без использования корректора волнового фронта и разработана новая конструкция объектива, обладающая большей термостойкостью и механической жесткостью.

МЕТОДИКА

Процесс создания объектива можно разделить на три этапа: создание металлического корпуса, аттестация подложек для зеркал с помощью интерферометрии и коррекция формы подложек методом ионно-пучкового травления по полученным интерферометрическим картам [6]. Процесс аттестации—травления является многоэтапным.

Корпус объектива сделан из инвара (температурный коэффициент линейного расширения равен 10—6 К-1) и представляет собой металлические оправы, соединенные стойками. Расстояние между зеркалами и их наклон относительно друг друга можно изменять с микрометровой точностью с помощью микровинтов и с нанометровой — с помощью пьезотолкателей. Наклонное положение стоек увеличивает механическую жесткость конструкции. В новом объективе зеркала крепятся в оправу в трех точках опоры (рис. 2).

Благодаря использованию минимального количества клея (к боковой поверхности зеркала приклеиваются только три "уха", а не все зеркало по периметру) и эпоксидной смолы вместо сили-

0*

ч

Рис. 2. Фотография объектива Шварцшильда, собранного в интерферометре со сферической волной сравнения. Показаны зеркала М1 и М2 в оправах.

Рис. 3. Схема аттестации асферических зеркал объектива: 1 — лазер; 2 — система заводки излучения в оптоволокно; 3 — когерентные источники сферической волны; 4 — делитель пучка и поляризаторы; 5 — CCD-камера; 6 — ПК.

конового клея загрязнение поверхности зеркал парами уменьшилось на несколько порядков. Это повысит рабочий вакуум в литографе и, в конечном счете, приведет к большей стабильности источника излучения и коэффициентов отражения зеркал. Клей более подвержен термическому расширению, чем металл, поэтому новая конструкция более устойчива к изменению температуры. Дополнительно в новой конструкции снимаются только зеркала без тяжелых металлических оправ,

что упрощает процедуры коррекции подложек и напыления на них зеркал.

Новая методика аттестации зеркал объектива заключается в следующем. Объектив устанавливается в интерферометр с эталонной сферической волной сравнения (рис. 3). Нижний волоконный источник сферической волны помещается в плоскости изображений объектива. Он излучает расходящийся сферический фронт. Фронт проходит через отверстие в нижнем зеркале М1 и отражается от верхнего зеркала М2 в направлении М1. После этого отражения фронт преобразуется в сходящийся асферический фронт, который несет в себе информацию о неровностях поверхности верхнего зеркала. Далее фронт отражается от зеркала М2 в направлении отверстия зеркала М1, преобразуясь при отражении в квазисферический сходящийся фронт, собирается в предметной плоскости объектива, где находится второй, когерентный с первым, волоконный источник сферической волны. Таким образом, из точки расположения второго источника выходят два расходящихся фронта: один — квазисферический (он несет информацию о неровностях зеркал) и второй — эталонный сферический, когерентный с первым. Они дают интерференционную картину на ССЭ-камере. Матрица камеры (1280 х 1024) преобразует поле интерференции в электрические сигналы, которые идут с пикселей камеры на ПК. Далее программа FPro в амплитудном режиме обрабатывает интерферограмму и строит по ней картину аберраций волнового фронта, прошедшего через объектив (рис. 4). Эта картина включает как аберрации верхнего зеркала, так и аберрации нижнего зеркала, поэтому возникает задача их разделения.

Рис. 4. Типичная интерференционная картина на CCD-камере (а) и карта восстановленных аберраций волнового фронта, прошедшего через объектив (б).

Нижнее зеркало М2

Верхнее зеркало M1

Фронт объектива

Рис. 5. Сегменты зеркал M1 (X1, X2, X3), M2 (Y1, Y2, Y3) и сегменты фронта на выходе из объектива (С1, С2, С3).

(а)

50 100 150 200 250 300 350 400 450

мкм 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0

-0.02 -0.04 -0.06

(б)

50 100 150 200 250 300 350 -400 -

450

50

100 200 300 400 150 250 350 450

50

100 200 300 400 150 250 350 450

мкм 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0

-0.02 -0.04 -0.06

(в)

50 100 150 200 250 300 350 400 450

100 200 300 400 50 150 250 350 450

0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0

-0.02 -0.04 -0.06

Рис. 6. Фронты на выходе из объектива для трех ориентаций нижнего зеркала М1: зеркало не повернуто вокруг оптической оси системы (а); повернуто на 120° по часовой стрелке (б); повернуто на 240° по часовой стрелке (в).

мкм

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для нахождения карты каждого из зеркал, участвующих в формировании фронта, нужно решать систему линейных уравнений, где неизвестные Х и У — это матрицы отклонений точек зеркал М1 и М2 от расчетных асферических поверхностей М1 и М2. Решаются три системы из девяти уравнений с шестью неизвестными Х1, Х2, Х3, У1, У2, У3 (это части зеркал по 120° каждая). Системы составлены для поворотов зеркала М1 вокруг оптической оси на 0°, 120° и 240°. В принципе достаточно сделать один поворот зеркала М1, чтобы однозначно восстановить М1 и М2. Два других поворота дают возможность сравнить результаты вычислений формы зеркал и оценить точность измерений. После поворота зеркала расстояние между зеркалами и его положение относительно оптической оси объектива изменяются, поэтому требуется его юстировка. Юстировка производится однозначным способом за счет минимизации основных аберраций объектива (кома, расфокусировка и сферическая аберрация), контролируемых непосредственно в интерферометре. После юстировки картина аберраций фронта изменяется, так как в процессе ее формирования участвуют другие области на повернутом зеркале.

Чтобы описать это изменение фронта, нужно мысленно разбить зеркала на три части по 120° (рис. 5). В первом опыте, до поворота зеркала М2, можно составить систему уравнений для частей зеркал (левая часть уравнений) и частей волнового фронта объектива (правая часть уравнений):

X 1[i, j ] + Y 1[i, j ] = C1[i, j ]

< X2 [/, m] + Y2 [[, m] = C2 [[, m] (4) X 3 [r, p] + Y

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.

Показать целиком