毛細管放電z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統的制作方法
【專利摘要】毛細管放電Z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統，涉及毛細管放電Z箍縮13.5nm極紫外光光刻光源，為了解決多層橢球面反射鏡構成的收集系統的遠場均勻性不好、反射率低的問題。采用WolterI型收集系統實現，包括N層圓桶狀反射鏡，反射鏡依次共軸嵌套，每層反射鏡由回轉橢球面和回轉雙曲面連接而成，回轉橢球面和回轉雙曲面具有一個公共的幾何焦點，各層反射鏡的幾何焦點重合；反射鏡的回轉橢球面的內表面上由中心軸所在平面截取的曲線滿足方程：回轉雙曲面的內表面上由中心軸所在平面截取的曲線滿足方程：本發明的遠場均勻性和反射率都得到改善，適用于收集極紫外光。
【專利說明】
毛細管放電Z箱縮極紫外光光刻光源的收集系統
技術領域
[0001] 本發明涉及毛細管放電Z箍縮13.5nm極紫外光光刻光源，具體涉及該光源的收集 系統。
【背景技術】
[0002] 我國科技發展規劃，2020年計劃實現光刻刻線小于20nm，為此目標，制定了國家重 大科技專項"極大規模集成電路成套裝備和特殊工藝"專項。實現小于20nm光刻刻線，一個 重要的技術手段是用13.5nm極紫外光做為光源進行曝光。當前國際上提出獲取13.5nm極紫 外光源的技術，有三種技術，其中之一是用毛細管放電Z箍縮獲得極紫外光輻射。
[0003] 毛細管放電Z箍縮獲極紫外光輻射的基本原理是:在一陶瓷內徑為毛細管 兩端加上電極；內充工作介質氙氣(Xe)，兩路電極中一路是預脈沖電極，一路是主脈沖電 極。電離是在毛細管管壁附近，隨之加上大電流、快脈沖放電的主脈沖信號，電流峰值在 15KA~40KA，持續時間在120ns左右，主脈沖電流促使預電離的Xe氣進一步深電離，且形成 等離子殼，在存在強電流下形成的強的勞侖磁力作用下，等離子殼將向軸心收縮，這一過程 稱為Z箍縮過程，在向軸心收縮同時，電子間排斥力作用相當于歐姆加熱，產生高溫，電子溫 度在幾十電子伏特以上，高溫電子與管內Xe介質碰撞將使Xe高價電離，達到十價離子以上 離子狀態，Xe 1()+離子在復合退激過程，便輻射出極紫外光，其光譜很豐富，光譜在13.5nm有 峰值。這一輻射過程是自發輻射，將在4π立體角內均勻分布，但是由于毛細管的限制，這一 極紫外光輻射，只有沿軸向方向上小部份由毛細管一端輸出，出射光的立體角為+5°~+ 30°、-5° ~-30°。
[0004] 國際上當前研究結果表明，13.5nm的極紫外光，在鍍有多層反射膜的光學表面的 反射率較其它波段要高的多，且對目前感光膠的敏感性也較其它波段敏感，因此當前進行 極紫外光光刻，通常都是采用13.5nm的極紫外光。
[0005]為了米用這一部分出射的13.5nm的極紫外光進行光刻，一條十分關鍵的技術，便 是將具一定空間均勻分布輸出的13.5nm極紫外光收集起來，并需要對此部分光聚焦。國際 上研究已表明，應采用掠入射反射的光學系統，才能有效的收集這一部分光，通常用Wolter I型掠入射反射技術。而現有的由多層橢球面反射鏡構成的多層橢球面反射鏡內嵌式收集 系統的遠場均勻性不好、反射率低。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的是為了解決多層橢球面反射鏡構成的收集系統的遠場均勻性不好、 反射率低的問題，從而提供毛細管放電Z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統。
[0007] 本發明所述的毛細管放電Z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統，采用Wolter I型 收集系統實現，包括N層圓桶狀反射鏡，反射鏡依次共軸嵌套，每層反射鏡由回轉橢球面和 回轉雙曲面連接而成，回轉橢球面和回轉雙曲面具有一個公共的幾何焦點，各層反射鏡的 幾何焦點重合；
[0008] N層反射鏡由內向外依次為第1層、第2層、…、第N層，N為8、9或10，
[0009] 以圓桶狀反射鏡的中心軸作為X軸，以由反射鏡向幾何焦點延伸的方向為X軸正 向，以幾何焦點為原點，建立直角坐標系，
[0010] 第i層反射鏡的回轉橢球面的內表面上由中心軸所在平面截取的曲線滿足方程：
[0012] 其中 i為1、2、3、···、Ν，單位均為 mm，
[0013] an 為993 · 0206，bii 為 77 · 3949，ai2 為993 · 7421，bi2 為 86 · 1587，ai3 為 994 · 6511，bi3 為 96.0772;&14為995.8050，1314為107.3670;&15為997.2837，1315為120.3110 ;&16為999.2013，1316 為 135.2896;&17為1001.7273，1317為152.8316;&18為1005.1230，1318為173.7018 ;
[0014] 第i層反射鏡的回轉雙曲面的內表面上由中心軸所在平面截取的曲線滿足方程：
[0016] 其中 i為1、2、3、…、N，
[0017] a2i 為 270 · 2532，b2i 為 50 · 8742，a22 為 269 · 1337，b22 為 56 · 4981，a23 為 267 · 7308，b23 為 62 · 8109，a24 為 265 · 9622，b24 為 69 · 9222，a25 為 263 · 7156，b25 為 77 · 9685，a26 為 260 · 8346，b26 為 87 · 1225，a27 為 257 · 0946，b27 為 97 · 6082，a28 為 252 · 1628，b28 為 109 · 7220。
[0018] 在13.5nm極紫外光掠入射照射到反射鏡的光學表面時，便會在光學表面的焦點處 聚焦。一面反射鏡片，只能將空間某一方向上的一部分光聚焦。使毛細管出口處在+5°~+ 30°、-5°~-30°輸出角范圍內這一空間存在的極紫外光輻射輸出的光盡量多的被收集，并 都聚焦到焦點處，這樣才能形成高功率的極紫外光，這才能做為光刻光源。由此原因，收集 鏡片需要有多層，通常為8至10層，盡量在將輸出角范圍內的光都收集起來，因此收集鏡系 統是由多層收集鏡片組成的，本發明采用多層反射鏡構成收集系統，每層采用橢球面加雙 曲面的結構，替代了傳統的多層橢球面反射鏡，遠場的均勻性和反射率都得到改善。
[0019] 本發明適用于收集極紫外光。
【附圖說明】
[0020] 圖1是【具體實施方式】一所述的毛細管放電Z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統的 結構示意圖，〇為原點；
[0021] 圖2是【具體實施方式】一中的收集鏡的結構示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0022] 一：結合圖1和圖2具體說明本實施方式，本實施方式所述的毛細管 放電Z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統，采用Wolter I型收集系統實現，包括N層圓桶狀 反射鏡，反射鏡依次共軸嵌套，每層反射鏡由回轉橢球面1和回轉雙曲面2連接而成，回轉橢 球面1和回轉雙曲面2具有一個公共的幾何焦點，各層反射鏡的幾何焦點重合；
[0023] N層反射鏡由內向外依次為第1層、第2層、…、第N層，N為8、9或10，
[0024]以圓桶狀反射鏡的中心軸作為X軸，以由反射鏡向幾何焦點延伸的方向為X軸正 向，以幾何焦點為原點，建立直角坐標系，
[0025]第i層反射鏡的回轉橢球面1的內表面上由中心軸所在平面截取的曲線滿足方程：
[0027] 其中 i為1、2、3、···、Ν，單位均為 mm，
[0028] an 為993 · 0206，bii 為 77 · 3949，ai2 為993 · 7421，bi2 為 86 · 1587，ai3 為 994 · 6511，bi3 為 96.0772;&14為995.8050，1314為107.3670;&15為997.2837，1315為120.3110 ;&16為999.2013，1316 為 135.2896;&17為1001.7273，1317為152.8316;&18為1005.1230，1318為173.7018 ;
[0029] 第i層反射鏡的回轉雙曲面2的內表面上由中心軸所在平面截取的曲線滿足方程：
[0031]其中 i為1、2、3、…、N，
[0032] a2i 為 270 · 2532，b2i 為 50 · 8742，a22 為 269 · 1337，b22 為 56 · 4981，a23 為 267 · 7308，b23 為 62 · 8109，a24 為 265 · 9622，b24 為 69 · 9222，a25 為 263 · 7156，b25 為 77 · 9685，a26 為 260 · 8346，b26 為 87 · 1225，a27 為 257 · 0946，b27 為 97 · 6082，a28 為 252 · 1628，b28 為 109 · 7220。
[0033] 將經過收集系統聚焦后的光束與后續的曝光機耦合，實現曝光光刻，由圖1可以看 出，每片反射鏡都必需是薄殼結構，因為每片收集鏡片在收集光同時也必然遮擋了一部分 光，只有將收集鏡片做到盡量薄，才能使遮擋的光盡量少，也就是占空比要盡量高。大口徑 端是輻射光光照入射口，極紫外光經兩次掠入射反射，從小口徑端出射，聚焦到焦點上。每 層收集鏡收集的光全部匯聚到同一焦點處。
[0034] 為了進行粗加工，應留一定的加工余量。采用本課題組提出的"極紫外光刻光光學 收集鏡直接車削加工粗加工方法"（專利號ZL201310438498.5)進行收集鏡粗加工，依據"電 脈沖提高化學鍍鎳磷合金厚度的方法"（專利號ZL201410062341.1)在收集鏡內表面化學鍍 厚膜，鎳磷膜厚度大于200μπι，依據"極紫外光刻光源中光學收集鏡直接車削加工精加工方 法"（專利號ZL201310435460.2)對收集鏡內表面進行精加工。對薄殼結構大口徑收集鏡片 內表面精加工時，為防止工件顫抖采用加固裝置套固在待加工收集鏡的外壁。
【具體實施方式】 [0035] 二:本實施方式是對一所述的毛細管放電Ζ箍縮極紫 外光光刻光源的收集系統作進一步說明，本實施方式中，Ν為9, a19為1009.8146, b19為 199 · 0615，a29 為 245 · 5243，b29 為 123 · 8662。
【具體實施方式】 [0036] 三:本實施方式是對一所述的毛細管放電Z箍縮極紫 外光光刻光源的收集系統作進一步說明，本實施方式中，N為10，a 19為1009.8146，b19為 199.0615，&29為245.5243兒29為123.8662，&11〇為1016.5439，1311()為230.7847，&21〇為 236.3406，b 2iQ 為 140.5991。
[0037]以上給出的如上^^^的值均精確到小數點后的第四位"下給出更精確的數 值，
[0038] aii的 i 由 10至 l，aii 分別為 1. 0941、1.0098、 1·0059、1·0059、0·999201318345033、0.997283681940113、 0·995805041632346、0.994651111131359、0·993742077351524、0· 993020633331076,單位 為 103mm;
[0039] bii的i 由 10至 1，bii分別為2 · 307846713785493、1 · 9906、 1.7370、1.5283、1.352895952483114、1.2032、 1 · 073670384261286、0 · 960772234967651、0· 8656、0 · 773949495849201，單位 為 102mm;
[0040] a2i的 i 由 10至 1，a2i分別為2 · 36340601 1768428、2 · 455242838088956、 2.5277、2.570946207976127、2.608345531800932、2.6374、 2 · 659621761099479、2 · 677308224683968、2 · 6933、2 · 702532399740083，單位 為 102mm;
[0041] b2i的i 由 10至1，b2i分別為1 · 405991473493653、1 · 238661618850317、 1·0972、0·976081756664458、0·8729、0·779685070693119、 0 · 699222488115270、0 · 6284、0 · 564980624170183、0 · 508742202254844，單位 為 102mm〇
[0042]
【具體實施方式】四：本實施方式是對【具體實施方式】一、二或三所述的毛細管放電Z箍 縮極紫外光光刻光源的收集系統作進一步說明，本實施方式中，反射鏡為LY-12鋁合金反射 鏡。
[0043]【具體實施方式】五:本實施方式是對【具體實施方式】一、二或三所述的毛細管放電Z箍 縮極紫外光光刻光源的收集系統作進一步說明，本實施方式中，第i層反射鏡的回轉橢球面 1的外表面上由中心軸所在平面截取的曲線滿足方程：
[0045] 其中 i為1、2、3、…、N，
[0046] a3i 為993 · 0206，b3i 為 80 · 4215，a32 為993 · 7421，b32 為 89 · 1851，a33 為 994 · 6511，b33 為 99.1〇36 034為995.8〇5〇沁34為11〇.3934 035為997.2837沁35為123.3373 036為999.2〇13沁36 為 138.3158;&37為1001.7273沁37為155.8576;&38為1005.1230沁38為176.8684;
[0047] 第i層反射鏡的回轉雙曲面2的外表面上由中心軸所在平面截取的曲線滿足方程：
[0049] 其中 i為1、2、3、…、N，
[0050] a4i 為 270 · 2532，b4i 為 52 · 8636，a42 為 269 · 1337，b42 為 58 · 4827，a43 為 267 · 7308，b43 為 64 · 7894，a44 為 265 · 9622，b44 為 71 · 8932，a45 為 263 · 7156，b45 為 79 · 9297，a46 為 260 · 8346，b46 為 89 · 0713，a47 為 257 · 0946，b47為 99 · 5408，a48 為 252 · 1628，b48為 111 · 6333。
【具體實施方式】 [0051] 六:本實施方式是對五所述的毛細管放電Z箍縮極紫 外光光刻光源的收集系統作進一步說明，本實施方式中，第1至8層反射鏡的大口徑端的內 徑D1 依次分別為：153 · 4mm、170 · 8mm、190 · 5mm、212 · 9mm、238 · 5mm、268 · 2mm、303mm、344.4mm〇
【具體實施方式】 [0052] 七:本實施方式是對六所述的毛細管放電Z箍縮極紫 外光光刻光源的收集系統作進一步說明，本實施方式中，第1至8層反射鏡的小口徑端的內 徑 D2 依次分別為：125 · 9mm、139 · 9mm、155 · 5mm、173mm、192 · 9mm、215 · 4mm、241 · 2mm 和 271mm〇
[0053]回轉橢球面1的一端的內側端點為B、回轉雙曲面2的一端的內側端點為A，回轉橢 球面1和回轉雙曲面2交接處的內側端點為R，第10至1層反射鏡的A、R、B的坐標如表1所示， xA、xR和xB依次為A、R和B的橫坐標，yA、yR和yB依次為A、R和B的縱坐標，單位為mm。
[0054]表1、第10至1層反射鏡的A、R、B的坐標
[0056]表1中的坐標值精確到小數點后的第四位，以下給出更精確的坐標值，
[0057] 第10至1層反射鏡的A的橫坐標依次為：-6.500000000000000、-6.648979613932229、-6.756770007163100、-6.836899722386165、-6.897693527461802、_ 6.944542433513106^-6.9810^-7.009858624279612^-7.032686487001705^-7 · 050905113230284,單位為 102mm;
[0058] 第 10 至 1 層反射鏡的 A 的縱坐標依次為：1.732050807568877、1.528035502854224、 1·354876579923052、1·2062、1·0772、0.964375046897646、 0 · 8651 0 · 777331655297261、0· 699342396922357、0 · 629827347240341，單位 為 102mm;
[0059] 第10至1層反射鏡的B的橫坐標均為:-8.588445067614257,單位為102mm;
[0000] 第1 〇至1層反射鏡的B的縱坐標依次為：2 . 2 8 8 5 5 7 4 1 7 7 1 1 1 1 1、 1.9737538298551921.7227、1.5614、1.3457、 1.0660^1.0643^0.952383004946020^0.854049696445667^ 0 · 7675，單位為 102mm;
[0061 ] 第10至1層反射鏡的R的橫坐標依次為：-7.7858、-7.2834、-7.362966778904816、-7.4269、-7.465437003564350、_ 7.4999、-7.525288958929889、-7.5458、-7.562044040682771、-7 · 574970543883865，單位為 102mm;
[0062]第 10 至 1 層反射鏡的 R 的縱坐標依次為：2 · 2233、1 · 922628141868611、 1.680773900658342、1.480794434016410、1.3796、1.0180、 1·042694457337939、0·933473282499927、0·837402441295029、0· 752436482372154,單位 為 102mm〇
【主權項】
1. 毛細管放電Z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統，其特征在于，采用Wolter I型收集 系統實現，包括N層圓桶狀反射鏡，反射鏡依次共軸嵌套，每層反射鏡由回轉橢球面(1)和回 轉雙曲面(2)連接而成，回轉橢球面(1)和回轉雙曲面(2)具有一個公共的幾何焦點，各層反 射鏡的幾何焦點重合； N層反射鏡由內向外依次為第1層、第2層、…、第N層，N為8、9或10， 以圓桶狀反射鏡的中心軸作為X軸，以由反射鏡向幾何焦點延伸的方向為X軸正向，以 幾何焦點為原點，建立直角坐標系， 第i層反射鏡的回轉橢球面(1)的內表面上由中心軸所在平面截取的曲線滿足方程：其中i為1、2、3、···、Ν，單位均為mm， &11為993.0206，1311為77.3949,312為993.7421，1312為86.1587,313為994.6511，1313為 96.0772;&14為995.8050，1314為107.3670;&15為997.2837，1315為120.3110 ;&16為999.2013，1316 為 135.2896;&17為1001.7273，1317為152.8316;&18為1005.1230，1318為173.7018 ; 第i層反射鏡的回轉雙曲面(2)的內表面上由中心軸所在平面截取的曲線滿足方程： 其中i為1、2、3、…、N，a2i 為 270.2532沁21為50.8742，&22為269.1337沁22為56.4981，323為267.7308沁23為 62 · 8109，a24 為 265 · 9622，b24 為 69 · 9222，a25 為 263 · 7156，b25 為 77 · 9685，a26 為 260 · 8346，b26 為 87 · 1225，a27 為 257 · 0946，b27 為 97 · 6082，a28 為 252 · 1628，b28 為 109 · 7220。2. 根據權利要求1所述的毛細管放電Z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統，其特征在 于，N為 9，ai9 為 1009 · 8146，bi9 為 199 · 0615，a29 為 245 · 5243，b29 為 123 · 8662。3. 根據權利要求1所述的毛細管放電Z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統，其特征在 于，N為 10，ai9 為1009.8146，1319為199.0615,329為245.5243兒29為123.8662,311〇為 1016 · 5439，bii〇 為 230 · 7847，a2iQ 為 236 · 3406，b2iQ 為 140 · 5991。4. 根據權利要求1、2或3所述的毛細管放電Z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統，其特 征在于，反射鏡為LY-12鋁合金反射鏡。5. 根據權利要求1、2或3所述的毛細管放電Z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統，其特 征在于，第i層反射鏡的回轉橢球面（1)的外表面上由中心軸所在平面截取的曲線滿足方 程： 其中i為1、2、3、…、N， a3i 為 993.0206沁31為80.4215,332為993.7421沁32為89.1851，333為994.6511沁33為 99.1〇36 034為995.8〇5〇沁34為11〇.3934 035為997.2837沁35為123.3373 036為999.2〇13沁36 為 138.3158;&37為1001.7273沁37為155.8576;&38為1005.1230沁38為176.8684; 第i層反射鏡的回轉雙曲面(2)的外表面上由中心軸所在平面截取的曲線滿足方程：其中i為1、2、3、…、N， &41為270.2532，匕41為52.8636,342為269.1337沁42為58.4827,343為267.7308沁43為 64 · 7894，a44 為 265 · 9622，b44 為 71 · 8932，a45 為 263 · 7156，b45 為 79 · 9297，a46 為 260 · 8346，b46 為 89 · 0713，a47 為 257 · 0946，b47為 99 · 5408，a48 為 252 · 1628，b48為 111 · 6333。6. 根據權利要求5所述的毛細管放電Z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統，其特征在 于，第1至8層反射鏡的大口徑端的內徑D1依次分別為：153 · 4mm、170 · 8mm、190 · 5mm、 212.9mm、238.5mm、268.2mm、303mm、344.4mm。7. 根據權利要求6所述的毛細管放電Z箍縮極紫外光光刻光源的收集系統，其特征在 于，第1至8層反射鏡的小口徑端的內徑D2依次分別為：125 · 9mm、139 · 9mm、155 · 5mm、173mm、 192·9mm、215·4mm、241·2mm和271mm。
【文檔編號】G03F7/20GK105867075SQ201610444231
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月20日
【發明人】祝東遠, 趙永蓬, 徐強, 王騏
【申請人】哈爾濱工業大學