Изготовление и аттестация проекционного объектива для ЭУФ-литографа на длину волны 13. 5 нм

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Радиофизика
Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского, 2014, № 1 (2), с. 178−184
УДК 681. 787
ИЗГОТОВЛЕНИЕ И АТТЕСТАЦИЯ ПРОЕКЦИОННОГО ОБЪЕКТИВА ДЛЯ ЭУФ-ЛИТОГРАФА НА ДЛИНУ ВОЛНЫ 13.5 нм
© 2014 г. И. В. Малышев, 12 М. Н. Торопов, 1 Н. И. Чхало 1
1 Институт физики микроструктур РАН, Нижний Новгород 2 Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского
ilya-malyshev-wot@ya. ru
Поступила в редакцию 25. 09. 2013
Предлагаются модификация объектива литографа и методика аттестации асферических зеркал объектива без корректора волнового фронта.
Ключевые слова: объектив ЭУФ-литографа, асферические зеркала, интерферометрия.
В 2011 году в ИФМ РАН был запущен в работу стенд ЭУФ-литографа (экстремальный ультрафиолетовый диапазон длин волн, 10−100 нм) [1] на длину волны 13.5 нм с расчетным разрешением 30 нм. Уменьшенное в 5 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, выпуклого М1 и вогнутого М2, зеркал. Асферическая форма зеркал обеспечивает поле зрения объектива на маске 3×3 мм2 (под полем зрения понимается область на маске, которая передаётся проекционным объективом с разрешением 30 нм).
Пространственное разрешение объектива определяется как
5х =
0. 61х А, 0. 61×13. 5
= 271
(1)
Рис. 1. Схема объектива литографа. М1 — выпуклое сферическое зеркало, М2 — вогнутое асферическое зеркало. ?1 = 308 мм, Ь2 = 336 мм, Ь3 = 510. 477 мм
т о. з
где X — длина волны и КЛ — числовая апертура проекционного объектива. Для того чтобы получить такое разрешение, необходимо, чтобы среднеквадратическое отклонение волнового фронта от идеального сферического на выходе из объектива, согласно критерию Марешаля, было rmsob & lt- А/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/л/2 = 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: 1) на исследуемое зеркало падала боковая часть лепестка диаграммы направленности волоконного источника сферической волны, которая наиболее аберрирована- 2) для преобразования сферического фронта в асферический, по форме совпадающий с расчётной 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 шероховатости зеркал в среднечастотном диапазоне (латеральные размеры 1−1000 микрометров [3]), которые не позволили получить расчетное разрешение литографа в 30 нм [4].
Кроме того, из-за использования большого количества силиконового клея при установке зеркал в металлические оправы конструкция объектива оказалась механически не жесткой и была подвержена расстройке юстировки в процессе эксплуатации из-за теплового расширения элементов конструкции.
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 жёсткостью.
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 [5]. Процесс аттестации-травления является многоэтапным.
Корпус объектива сделан из инвара (температурный коэффициент линейного расширения, ТКЛР, равен 10−6) и представляет собой металлические оправы, соединённые стойками. Расстояние между зеркалами и их наклон относительно друг друга можно изменять с микронной точностью с помощью микровинтов и с нано-метровой точностью с помощью пьезотолкате-лей. Наклонное положение стоек увеличивает механическую жесткость конструкции. В новом объективе зеркала крепятся в оправу в трёх точках опоры (рис. 2).
Благодаря использованию минимального количества клея (к боковой поверхности зеркала приклеиваются только три «уха», а не всё зеркало по периметру) и эпоксидной смолы вместо силиконового 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 коэффи-
Рис. 2. Фотография объектива Шварцшильда, Рис. 3. Схема аттестации асферических зеркал объек-
собранного в интерферометре со сферической тива. 1 — лазер, 2 — система заводки излучения в оптово-
волной сравнения. Внизу показаны зеркала М1 и локно, 3 — когерентные источники сферической волны, 4 —
М2 в оправах делитель пучка и поляризаторы, 5 — CCD камера, 6 — ПК
циентов 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 (ВИСВ) помещается в плоскости изображений объектива под ним. 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, который несёт в себе информацию о неровностях поверхности верхнего зеркала. Далее фронт отражается от М2 в направлении отверстия зеркала М1, преобразуясь при отражении в квазисферический сходящийся фронт, собирается в предметной плоскости объектива, где находится второй, когерентный с первым, ВИСВ. Таким образом, из точки расположения второго источника выходят два расходящихся фронта: один — квазисферический (он несёт информацию о неровностях зеркал) и второй — эталонный сферический, когерентный с первым. Они дают интерференционную картину на CCD-камере. Матрица камеры (1280×1024) преобразует поле интерференции в электрические сигналы, которые идут с пикселей камеры на ПК. Далее программа FPro в амплитудном режиме обрабатывает интерферо-грамму и строит по ней картину аберраций вол-
нового фронта, прошедшего через объектив (рис. 4). Эта картина включает как аберрации верхнего зеркала, так и аберрации нижнего зеркала, поэтому возникает задача разделить их. Для этого нужно решать систему линейных уравнений, где неизвестные Х и Y — это матрицы отклонений точек зеркал М1 и М2 от расчётных асферических поверхностей М1 и М2. Решаются три системы из 9 уравнений с 6 неизвестными Х1, Х2, Х3, Y1, Y2, Y3 (это части зеркал по 120 градусов каждая). Системы составлены для поворотов М1 вокруг оптической оси на 0, 120 и 240 градусов. В принципе, достаточно сделать один поворот М1, чтобы однозначно восстановить М1 и М2. Два поворота дают возможность сравнить результаты вычислений формы зеркал и убедиться, что они совпадают. После поворота зеркала объектив расстраивается, поэтому требуется его юстировка. После поворота и юстировки картина аберраций фронта изменяется.
Чтобы описать это изменение фронта, нужно мысленно разбить зеркала на 3 части по 120 градусов (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):
Х1[1,]] + У1[х,]] = С1[У] & lt-Х2[1,ш] + У2 [1,ш] = С2 [1,т] • (4)
Х3[г, р] + У3[ г, р] = С3[г, р]
Число таких систем равно числу различных комбинаций индексов [1, _]]. Индексы [1, _]], [1, т], [г, р] выражаются друг через друга с помощью преобразования поворота системы координат вокруг центра карт. В точке верхнего фокуса
Рис. 4. Типичная интерференционная картина на CCD камере и карта восстановленных аберраций волнового фронта, прошедшего через объектив
объектива изображение переворачивается, поэтому части фронта С1, С2, С3 находятся не над частями Х1, Х2, Х3 и У1, У2, У3, а напротив них, т. е. отражены относительно центра карты фронта объектива (рис. 6). В программе матрица фронта объектива С вначале отражается относительно центра карты, и для неё уже решается система уравнений
XI] Yl[l, j] = С1'-[1,]] & lt- Х2[1,т] + Y2 [1,т] = С2'-[1,т]. (5) Х3[г, р] + Y3[г, p] = С3'-[г, р]
Дальше индексы 1, 2, 3 опускаются, и вводится индекс номера опыта:
X [1,]] + Y [1,]] = С1'-[1,л] - X[1,т] + Y[1,т] = С1'-[1,т]. (6) X [ г, р] + Y [г, р] = С1'-[ г, р]
Индекс «1» означает, что это фронт, полученный в первом опыте, когда М1 ещё не было повёрнуто. Еще 3 уравнения появляются после поворота нижнего зеркала на 120 градусов по часовой стрелке:
X [1,т] + Y [1,]] = С2'-[1,]]
— X [г, р] + Y [1,т] = С2'-[1,т]. (7) X [1,]] + Y [г, р] = С2'-[г, р]
Для поворота М2 на 240 градусов по часовой стрелке получим
X [ г, р] + Y [1,]] = С3'-[1,]]
— X[1,]] + Y[1,т] = С3'-[1,т]. (8) X [1,т] + Y [г, р] = С3'-[ г, р]
Решаем системы (6) и (7), (6) и (8), (7) и (8), получаем три карты для нижнего зеркала М1 и три для верхнего М2 и усредняем их. Решение производится в пакете МЛТЬЛБ с помощью функцииг (Л, Б, «погрешность метода», «максимальное число итераций»). Она находит решение Х линейной системы уравнений АХ = Б по методу наименьших квадратов с заданной точностью. Итерации начинаются от начальной оценки, по умолчанию представляющей собой вектор размера п, состоящий из нулей. Итерации производятся либо до сходимости метода, либо до появления ошибки, либо до достижения максимального числа итераций. Сходимость метода достигается, когда относительный остаток погт (Б — АХ)/погт (Б) меньше или равен погрешности метода или когда ите-
Рис. 5. Сегменты зеркал М1 (Х1, Х2, Х3), М2 (У1, У2, У3) и сегменты фронта на выходе из объектива (С1, С2, С3)
Рис. 6. Фронты на выходе из объектива для трёх ориентаций нижнего зеркала М1: (а) М1 не повёрнуто вокруг оптической оси системы- (б) М1 повёрнуто на 120 градусов по часовой стрелке- (в) М1 повёрнуто на 240 градусов по часовой стрелке. Цветовая шкала в микронах
рации перестают сходиться, т. е. относительный остаток с каждой новой итерацией не падает, а растёт. Погрешность метода задаётся из требований к качеству зеркал. На данном этапе она была выбрана на уровне 1 нм, или 0. 001 мкм, поэтому «погрешность метода» = 0. 001.
В ходе экспериментов относительный остаток (программа выдаёт его значение на каждом шаге) для каждой точки матрицы Х[у] и У[у] находится в интервале [1−80] нм, а в среднем составляет 30 нм. С учетом наблюдаемого на практике максимального размаха в 190 нм между минимумом и максимумом отклонений фронта от идеального этот разброс объясняется относительной ошибкой измерений ±15%, что является типичной для интерферометрического метода и удовлетворительной погрешностью для отработки методики аттестации.
Среднее квадратичное отклонение (ЯМБ) карт аберраций фронта для различных поворотов М1 по данным БРго составило 41, 40 и 41 нм. Параметр максимального перепада высот (РУ) составил 189, 182 и 200 нм.
Рассчитанные карты зеркал М1 и М2 для поворотов М1 на 0, 120 и 240 градусов по часовой стрелке представлены на рисунке 7 и рисунке 8 соответственно. РУ (М1) = 95 нм, РУ (М2) = = 105 нм, КМБ (М1) = 23.6 нм, ЯМ8(ш) = = 17.5 нм. М1 и М2 похожи как визуально, так и по параметрам РУ и ЯМБ.
По усреднённым картам зеркал (рис. 9) производится их коррекция методом ионно-пучко-вого травления, и дальше процесс аттестации-травления повторяется, пока субнанометровые параметры ЯМБ не будут получены.
Для коррекции поверхности зеркал по восстановленным картам необходимо знать размер
Рис. 7. Восстановленные карты верхнего зеркала М2 по данным фронтов (а) и (б), (а) и (в), (б) и (в)
Рис. 8. Восстановленные карты нижнего зеркала М1 по данным фронтов (а) и (б), (а) и (в), (б) и (в)
Рис. 9. Усреднённые карты зеркал объектива М1 и М2
Рис. 10. Взаимное расположение осей камеры, то есть осей восстановленных карт М1 и М2, и самих зеркал в интерферометре
рабочих областей зеркал. Размер восстановленных карт составляет 475×475 точек. Рабочая поверхность М2, которая участвует в формировании фронта, ограничена окружностями с диаметрами 76 мм и 190 мм, они были найдены в программе 2етах. Внутренний и внешний контуры рабочей области нижнего зеркала соответственно 22.9 мм и 57.4 мм. Ориентация осей восстановленных карт поверхности зеркал относительно самих зеркал представлена на рисунке 10.
Заключение
В данной работе представлены новый объектив для нанолитографии на длине волны 13. 5 нм и методика восстановления формы поверхностей асферических зеркал объектива по суммарным аберрациям волнового фронта, прошедшего через объектив, которая не требует использования корректоров волнового фронта. В настоящее время начата работа по коррекции формы подложек для зеркал объектива.
Работа поддержана грантами РФФИ и Министерства образования и науки РФ.
Список литературы
1. Волгунов Д. Г., Забродин И. Г., Закалов А. Б. и др. Стенд проекционного ЭУФ-нанолитографа-мультипликатора с расчетным разрешением 30 нм // Известия РАН. Серия физическая. 2011. Том 75. № 1. С. 54−56.
2. Зуев С. Ю., Пестов А. Е., Салащенко Н. Н. и др. Двухзеркальный проекционный объектив нанолитографа на X = 13.5 нм // Известия РАН. Серия физическая. 2011. Том 75. № 1. С. 61−64.
3. Барышева М. М., Вайнер Ю. А., Грибков Б. А. и др. Развитие шероховатости сверхгладких поверхностей при ионно-пучковом травлении // Известия РАН. Серия физическая. 2012. Том 76. № 2. С. 190−195.
4. Волгунов Д. Г., Пестов А. Е., Салащенко Н. Н. и др. Формирование наноструктур на стенде ЭУФ-литографа-мультипликатора. Первые результаты // Известия РАН. Серия физическая. 2013. Том 77. № 1. С. 4−8.
5. Клюенков Е. Б., Пестов А. Е., Полковников В. Н. и др. Измерение и коррекция формы оптических элементов с субнанометровой точностью // Российские нанотехнологии. 2008. Т. 3. № 9−10.
FABRICATION AND CERTIFICATION FOR EUV LITHOGRAPHY PROJECTION LENS
AT A WAVELENGTH OF 13.5 nm
I.V. Malyshev, M.N. Toropov, N.I. Chkhalo
In this paper, we discuss the modification of a lithography lens and the certification of aspheric mirrors without the wavefront correction.
Keywords: EUV lithography lens, aspheric mirrors, interferometry.
References
1. Volgunov D.G., Zabrodin I.G., Zakalov A.B. i dr. Stend proekcionnogo JeUF-nanolitografa-mul'-tiplikatora s raschetnym razresheniem 30 nm // Izvestija RAN. Serija fizicheskaja. 2011. Tom 75. № 1. S. 54−56.
2. Zuev S. Ju., Pestov A.E., Salashhenko N.N. i dr. Dvuhzerkal'-nyj proekcionnyj ob'-'-ektiv nanolitografa na X = 13.5 nm // Izvestija RAN. Serija fizicheskaja. 2011. Tom 75. № 1. S. 61−64.
3. Barysheva M.M., Vajner Ju.A., Gribkov B.A. i dr. Razvitie sherohovatosti sverhgladkih poverhnostej pri ionno-puchkovom travlenii // Izvestija RAN. Serija fizicheskaja. 2012. Tom 76. № 2. S. 190−195.
4. Volgunov D.G., Pestov A.E., Salashhenko N.N. i dr. Formirovanie nanostruktur na stende JeUF-litografa-mul'-tiplikatora. Pervye rezul'-taty // Izvestija RAN. Serija fizicheskaja. 2013. Tom 77. № 1. S. 4−8.
5. Kljuenkov E.B., Pestov A.E., Polkovnikov V.N. i dr. Izmerenie i korrekcija formy opticheskih jelementov s subnanometrovoj tochnost'-ju // Rossijskie nanotehnologii. 2008. T. 3. № 9−10.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой