Разработка методов спектральной фильтрации для источников экстремального ультрафиолетового излучения на основе лазерной плазмы

• Автор: Медведев, Вячеслав Валериевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 71 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Оп тическая литография
1.2. ЭУФ литографии
1.3. Источники ЭУФ излучения
1.4. Проблема спектральной в ЭУФ литографии
1.5. Обзор методов спектральной фильтрации ЭУФ излучения
Глава 2. Фильтры ЭУФ излучения на основе металлических сеточных структур
2.1. Введение
2.2. Расчеты пропускания ИК излучения
2.3. Расчеты пропускания ЭУФ излучения
2.4. Экспериментальные результаты
2.5. Выводы
Глава 3. ЭУФ зеркала, комбинированные с антиотражающими покрытиями для ИК излучения
3.1. Введение
3.2. Расчеты отражения ЭУФ излучения
3.3. Расчеты отражения ИК излучения
3.4. Экспериментальные результаты
3.5. Выводы
Глава 4. Дифракционные фильтры ЭУФ излучения
4.1. Введение
4.2. Теоретическое описание спектральных характеристик фильтра
4.3. Результаты теоретических расчетов
4.4. Экспериментальные результаты
4.5. Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Интенсивное развитие методов проекционной оптической литографии на протяжении последних нескольких десятилетий обуславливало прогресс в технологии изготовления интегральных микросхем и в индустрии полупроводниковой микроэлектроники в целом. Ключевым технологическим параметром в литографии является минимальный характеристический размер элементов интегральных схем, который определяется пространственным разрешением оптической системы литографа. Пространственное разрешение во многом определяется длиной волны источника излучения, используемого в литографе. Первые промышленные машины использовали ц-линию (436 нм) дискретного спектра излучения ртутной лампы. Улучшение пространственного разрешение происходило постепенно по мере усовершенствования используемой оптики, и уменьшения длины волны источника излучения. Современная промышленная технология использует в качестве источников эксимерпые АгР лазеры, работающие на длине волны 193 нм. Эта технология обеспечивает минимальный характеристический размер равный 32 нм. Дальнейшее улучшение разрешения с использованием промышленных машин на основе АгР лазеров усложняет литографический процесс на столько, что он становится коммерчески неоправданным. Поэтому для дальнейшего развития микроэлектроники необходимо создание следующего поколения промышленных литографических систем. Среди существующих альтернативных технологий, наиболее привлекательной является ЭУФ литография - технология проекционной фотолитографии в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне, которая использует излучение с длиной волны 13.5 ±0.135 нм.
Ключевое значение для ЭУФ литографии имеет разработка мощного источника излучения на длине волны 13.5 нм. В настоящее время наиболее перспективными с точки зрения получения высокой средней мощности и возможностей дальнейшего »масштабирования являются источники ЭУФ излучения на основе лазерной плазмы. В качестве рабочего вещества для источника излучения используется олово благодаря сильным резонансным переходам группы ионов 8п+8 - 8п+|3 вблизи длины волны 13.5 нм. Выбор длины волны лазерного излучения определяется эффективностью генерации ЭУФ излучения. Использование СОг лазера (10.6 мкм) обеспечивает наиболее высокий коэффициент конверсии энергии лазерного излучения в “полезное” излучение. Помимо высокой мощности к источнику ЭУФ предъявляются высокие требования на спектральный состав выходного излучения, так как литографический процесс подразумевает использование только узкого спектрально диапазона 13.5 ± 0.135 нм, определяемого полосой пропускания оптической

системы ЭУФ литографа. Однако используемые плазменные источники излучают и очень широком спектральном диапазоне - от мягкого рентгена до ближнего инфракрасного (ИК) диапазона. Также излучение СОт лазера рассеивается плазмой. Исследования показывают, что интенсивность рассеянного лазерного излучения на выходе из источника даже превосходит по величине интенсивность излучения самой плазмы. Кроме того, многослойная Mo/Si оптика литографа обладает более высоким коэффициентом отражения в ИК диапазоне, чем в рабочей полосе. Поэтому рассеянное лазерное излучение эффективно распространяется вдоль всего оптического пути литографической системы и приводит к чрезмерным тепловым нагрузкам на оптику. Поэтому разработка методов спектральной фильтрации излучения является важной и актуальной задачей для создания источника ЭУФ излучения.
Целый диссертационной работы - разработка систем спектральной фильтрации для подавления рассеянного излучения ССЬ лазера в источниках ЭУФ излучения на основе лазерной плазмы. Согласно технологическим требованиям спектральный фильтр должен подавлять в 100-1000 раз интенсивность излучения с длиной волны 10.6 мкм, при этом фильтр должен обладать низким коэффициентом аттешоации в диапазоне 13.5 ± 0.1-35 нм.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1) Установлен диапазон геометрических параметров сеточного фильтра ЭУФ излучения, обеспечивающих подавление интенсивности излучения с длиной волны 10.6 мкм более чем на два порядка и одновременно обеспечивающих высокую геометрическую прозрачность фильтра.
2) Предложен новый тип двухслойного антиотражающего покрытия, который позволяет достигать полного подавления отражения на заданной длине волны для произвольно выбранных полупроводниковых и/или диэлектрических материалов подложки и верхнего слоя покрытия при помощи введения промежуточного металлического слоя со специально подобранной толщиной,
3) На основе предложенного принципа конструирования двухслойного антиотражающего покрытия бал разработан дизайн ЭУФ зеркала с близким к нулю коэффициентом отражения на длине волны 10.6 мкм.
4) Исследованы спектральные характеристики дифракционной решетки с многослойным интерференционным покрытием, отражающим ЭУФ излучение. Установлены параметры решетки, необходимые для достижения резонансного подавления основного порядка дифракции на заданной длине волны в ИК диапазоне.

Разность фаз между лучами, вышедшими в направлении к' из начала координат и из элемента с1Б определяется скалярным произведением
А<р = /к'г = /ц г, (2.10)
где ц(х,у) - проекция вектора к’ на плоскость ху. Результирующее (суммарное) поле н дифракционной картине представляется интегралом
/:к. = | Е(х, у)е‘с1Б = _[ £ (х, у) е‘кгс1Б , (2.11)
.4 А'
Который в силу соотношения (2.10) совпадает с компонентой двумерного преобразования Фурье в плоскости ху
Еч=$Е(х,у)ещгсЫу. (12)

Интегрирование проводится по той части плоскости ху, где поле Е(х,у) отлично от нуля и равно константе Е0.
Амплитуду недифрагироваппой волны (я = 0) найдем, подставив это значение в (2.12)
= Е (х,у),Ыу = ЕйБт = Е0ТвБ, (2.13)

где 5 - площадь апертуры светового пучка, Б,„ - суммарная площадь отверстий в её пределах. Формула (2.13) сохраняет свою силу в случае, когда геометрическая прозрачность равна единице. В этом случае очевидно Е'у,0 = Е0Б.
Отношение интенсивностей равно отношению квадратов амплитуд поля
г - Ал!

Еч-а
Г-7',;

= Тд . (2.14)
Таким образом, в прошедшей волне (её доля относительно падающей - То), такая же часть (То) остается недифрагироваппой. В результате, по отношению к падающей волне доля недифрагированного излучения составляет 7. Важно отметить, что формула (2.14) выведена для решетки с произвольной геометрией, поэтому оно является универсальным.
Рассмотрим теперь ситуацию, когда МСС фильтр освещается источником излучения, обладающим конечными размерами и размещенным на конечном расстоянии от фильтра. В этом случае дифракция картина во многом определяется размером когерентно освещенной площадки на фильтре — радиусом пространственной когерентности р. Гак в пределе бесконечно малого источника (/?□ р) фильтр работает как обычная амплитудная дифракционная решетка. В пределе бесконечно большого источника (/?□ р) дифракционная картина полностью размывается - энергетическая прозрачность фильтра Т