CN111257232A - 一种高效收集euv光的多层膜光学元件碳污染实验装置 - Google Patents

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宋源
卢启鹏
龚学鹏
王依
彭忠琦
徐彬豪
赵晨行
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Abstract

本发明涉及一种高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置，包括EUV光源、光源收集腔、污染腔、真空连接管道、光源照明光路、供气管路、样品台支架、Zr膜滤光片和真空泵组；EUV光源通过真空连接管道与光源收集腔连接，污染腔以部分嵌入的方式与光源收集腔固定连接，样品台支架置于污染腔内，供气管路与污染腔连通；EUV光源的出射光依次经过真空连接管道、多层膜主镜、多层膜次镜和Zr膜滤光片后聚焦至样品上。本发明简化了光路系统，大幅度缩减光路长度，从而减少收集腔背景环境气体对EUV光的吸收损耗，同时能够有效降低样品处光斑放大倍率，从而提高样品处光强，有效提高碳污染效率，降低实验时间和实验成本。

Description

一种高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置
技术领域
本发明涉及EUV多层膜光学元件技术领域，特别是涉及一种高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置。
背景技术
在半导体工业中，极紫外光刻技术是7nm节点以下的主流光刻技术。光刻机内部光学元件表面在工作一段时间后，会在表面生成碳污染，降低光学元件反射率，影响光刻机正常使用。碳污染的形成机理较为复杂，因此建立EUV碳污染实验装置研究碳污染机理对EUV光刻机的有效使用具有重要意义。EUV光源是EUV光刻机的重要组成部件之一，国内EUV光源还处于发展阶段，光源功率较低，实验室通常采用DPP-EUV光源获得13.5nm波段的EUV光。由于光源功率较低，因此给实验时间成本带来了巨大困难，原有的EUV碳污染实验装置对光源的收集效率较低，内部包含三块光学元件，而且光路较长，导致样品点处光功率密度较低，通常10h左右的实验时间下实验效果也不明显，导致EUV碳污染实验的效率较低。
发明内容
针对上述情况，为解决现有技术的缺点，本发明提供一种高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置，可有效解决EUV碳污染实验装置由于对光源的收集效率低而导致实验效率低的问题。
为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：
一种高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置，包括EUV光源、光源收集腔、污染腔、真空连接管道、光源照明光路、供气管路、样品台支架、Zr膜滤光片和真空泵组，位于所述光源收集腔内的所述光源照明光路包括多层膜主镜和多层膜次镜；
所述EUV光源通过所述真空连接管道与所述光源收集腔连接，所述污染腔以部分嵌入的方式与所述光源收集腔固定连接，且所述光源收集腔和所述污染腔形成两个真空独立的腔室，所述样品台支架置于所述污染腔内，所述供气管路用于为所述污染腔提供大分子污染气体；
所述Zr膜滤光片设置在所述污染腔的侧面，所述EUV光源的出射光依次经过所述真空连接管道、所述多层膜主镜、所述多层膜次镜和所述Zr膜滤光片后聚焦至所述样品台支架承载的样品上；
所述真空泵组用于分别将所述光源收集腔和所述污染腔抽至预设的真空度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所提出的一种高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置将污染腔以部分嵌入的方式固定在光源收集腔上，并采用多层膜主镜和多层膜次镜构成光源照明光路，简化了光路系统，节省系统空间，并且大幅度缩减光路长度，从而减少收集腔背景环境气体对EUV光的吸收损耗，同时利用该光源照明光路能够有效降低样品处光斑放大倍率，从而提高样品处光强，有效提高碳污染效率，降低实验时间和实验成本。本发明可有效的应用到EUV多层膜光学元件表面碳污染研究领域中，能够为EUV碳污染实验装置高效提供高亮度的EUV波段实验光。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为光源照明光路示意图；
附图标记：1、EUV光源，2、光源收集腔，3、污染腔，4、真空连接管道，5、供气管路，6、样品台支架，7、Zr膜滤光片，8、真空泵组，8-1、第一真空泵，8-2第二真空泵，9、多层膜主镜，10、多层膜次镜。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
在其中一个实施例中，如图1所示，本发明公开一种高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置，该装置包括EUV光源1、光源收集腔2、污染腔3、真空连接管道4、光源照明光路、供气管路5、样品台支架6、Zr膜滤光片7和真空泵组8，其中光源照明光路位于光源收集腔2的内部，光源照明光路包括两块EUV多层膜反射镜，分别为多层膜主镜9和多层膜次镜10。
EUV光源1通过真空连接管道4与光源收集腔2连接，真空连接管道4与EUV光源1、光源收集腔2之间采用胶圈密封，其漏率低于≤1×10-10Torr l/s。为了配合光源照明光路，保证样品在EUV光的光斑聚焦点处，将污染腔3内馈入收集腔2中，即污染腔3以部分嵌入的方式与光源收集腔2固定连接，并且光源收集腔2和污染腔3形成两个真空独立的腔室。样品台支架6置于污染腔3内，并且样品台支架6所承载的样品处于光源照明光路的EUV光斑聚焦处。供气管路5与供气装置连接，从而为污染腔3提供实验用大分子污染气体。
Zr膜滤光片7设置在污染腔3的侧面，Zr膜滤光片7将光源收集腔2和污染腔3隔开形成两个封闭的真空室。真空泵组8包括第一真空泵8-1和第二真空泵8-2，第一真空泵8-1和第二真空泵8-2分别用于将光源收集腔2和污染腔3抽至预设的真空度。光源收集腔2的初始真空度为1×10-6pa，工作气体为Xe和N2，真空度保持在0.015Pa，污染腔3的初始真空度为1×10-6pa，工作过程中通过供气管路5充入大分子碳污染气体，真空度保持在1×10-2pa到1×10-4pa之间。
在真空泵组8将光源收集腔2和污染腔3抽至预设的真空度后，通光测试样品处光斑面积以及光强大小，EUV光源1的出射光经过真空连接管道4后入射至多层膜主镜9，经过多层膜主镜9和多层膜次镜10的反射后，EUV光通过Zr膜滤光片7后聚焦至样品台支架6承载的样品上。EUV光源1发出的EUV光聚焦至样品上之后，供气管路5向污染腔3通入大分子污染气体，EUV光对样品表面进行辐照，形成碳污染，从而可以研究不同条件下碳污染的形成机理。多层膜主镜9、多层膜次镜10结合Zr膜滤光片7将13.5nm波段的EUV光高效收集并聚焦到样品表面，为碳污染实验提供高亮度的EUV光，提高了样品处13.5nm波段的光功率密度，从而有效提高EUV碳污染实验装置的污染效率，节约实验时间和实验成本。
进一步地，多层膜主镜9和多层膜次镜10均为基于卡塞格林系统设计的表面镀有Mo/Si多层膜的超光滑反射镜，并且多层膜主镜9为中间带有孔洞的凹面镜，多层膜次镜10为凸面镜。多层膜主镜9和多层膜次镜10的位置关系如图1-2所示，EUV光源1的出射光经过真空连接管道4后入射至多层膜主镜9，多层膜主镜9将EUV光反射至多层膜次镜10，多层膜次镜10对EUV光进行反射，反射光通过多层膜主镜9上的孔洞并通过Zr膜滤光片7后聚焦至样品上。
优选地，多层膜主镜9上的孔洞的直径为60mm，多层膜主镜9的曲率半径为281.409mm，多层膜次镜10的曲率半径为176.014mm，多层膜主镜9与多层膜次镜10之间的距离为150mm。多层膜主镜9为中间带有直径为60mm的孔洞的凹面镜，光学曲率半径为281.409mm，距离EUV光源1中心点为400mm，Si基底，表面粗糙度为0.3nm，表面镀有50周期结构的Mo/Si多层膜。多层膜次镜10与多层膜主镜9之间的距离为150mm，曲率半径为176.014mm，同样以Si为基底，表面粗糙度为0.3nm，表面镀有50周期结构的Mo/Si多层膜。多层膜次镜10与Zr膜滤光片7之间的距离为255mm，Zr膜滤光片7与样品之间的距离为11mm。经过多层膜主镜9和多层膜次镜10之后，EUV光在样品表面可以形成2mm圆形光斑，光强功率可达0.28mW/mm2。
进一步地，为提高EUV碳污染实验装置的光源亮度，EUV光源1采用气体放电等离子体极紫外(Discharge Produced Plasma-Extreme Ultraviolet，DPP-EUV)光源，DPP-EUV光源的功率为20W。
进一步地，光源收集腔2和污染腔3的材质均为不锈钢。
由于13.5nm波段的光几乎可以被大多数物质所吸收，因此为了提高样品处光强，并且缩减光路所需光学元件数量，本发明设计了以卡塞格林系统为基础的光源照明光路，该光源照明光路采用一块带有孔洞的凹面镜即多层膜主镜9和一块凸面镜即多层膜次镜10形成整个光路系统，经过多层膜主镜9和多层膜次镜10的高效收集，收集的EUV光最终通过Zr膜滤光片7聚焦于样品表面。
本发明所提出的高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置将污染腔以部分嵌入的方式固定在光源收集腔上，并采用多层膜主镜和多层膜次镜构成光源照明光路，简化了光路系统，节省系统空间，并且大幅度缩减光路长度，从而减少收集腔背景环境气体对EUV光的吸收损耗，同时利用该光源照明光路能够有效降低样品处光斑放大倍率，从而提高样品处光强，有效提高碳污染效率，降低实验时间和实验成本。本发明可有效的应用到EUV多层膜光学元件表面碳污染研究领域中，能够为EUV碳污染实验装置高效提供高亮度的EUV波段实验光。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置，其特征在于，包括EUV光源(1)、光源收集腔(2)、污染腔(3)、真空连接管道(4)、光源照明光路、供气管路(5)、样品台支架(6)、Zr膜滤光片(7)和真空泵组(8)，位于所述光源收集腔(2)内的所述光源照明光路包括多层膜主镜(9)和多层膜次镜(10)；
所述EUV光源(1)通过所述真空连接管道(4)与所述光源收集腔(2)连接，所述污染腔(3)以部分嵌入的方式与所述光源收集腔(2)固定连接，且所述光源收集腔(2)和所述污染腔(3)形成两个真空独立的腔室，所述样品台支架(6)置于所述污染腔(3)内，所述供气管路(5)用于为所述污染腔(3)提供大分子污染气体；
所述Zr膜滤光片(7)设置在所述污染腔(3)的侧面，所述EUV光源(1)的出射光依次经过所述真空连接管道(4)、所述多层膜主镜(9)、所述多层膜次镜(10)和所述Zr膜滤光片(7)后聚焦至所述样品台支架(6)承载的样品上；
所述真空泵组(8)用于分别将所述光源收集腔(2)和所述污染腔(3)抽至预设的真空度。
2.根据权利要求1所述的高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置，其特征在于，
所述多层膜主镜(9)和所述多层膜次镜(10)均为基于卡塞格林系统设计的表面镀有Mo/Si多层膜的超光滑反射镜，且所述多层膜主镜(9)为中间带有孔洞的凹面镜，所述多层膜次镜(10)为凸面镜。
3.根据权利要求2所述的高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置，其特征在于，
所述孔洞的直径为60mm，所述多层膜主镜(9)的曲率半径为281.409mm，所述多层膜次镜(10)的曲率半径为176.014mm，所述多层膜主镜(9)与所述多层膜次镜(10)之间的距离为150mm。
4.根据权利要求1或2所述的高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置，其特征在于，
所述EUV光源(1)为气体放电等离子体极紫外光源。
5.根据权利要求1或2所述的高效收集EUV光的多层膜光学元件碳污染实验装置，其特征在于，
所述光源收集腔(2)和所述污染腔(3)的材质均为不锈钢。
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