现货交付的高精度极紫外(EUV)镜片应用系列之：微曝光工具EUV-LET 2.0

图1. 德国 Jena Tower，象征着耶拿150多年的光学工业历史

在此前的文章“隐藏在德国Jena的小巨人：optiX fab.”中,我们从极紫外的定义、反射原理、极紫外光刻的发展引入了德国optiXfab的发展历史、关键成就并介绍了众星联恒的好伙伴，极具个人魅力与领导力、让人印象深刻的optiX fab. CEO——Torsten Feigl博士，他如同耶拿夏日的阳光，温暖而不刺眼。时至今日，摩尔定律没有停止的迹象——每个芯片上的晶体管数量持续增长，而生产世界上最小、最高性能芯片的竞争仍在继续。整个半导体行业的发展是无数个像Torsten一样对梦想有着无尽热爱与执着追求的有趣灵魂推动的。

在本系列报道中，我们会基于我们用户最新的研究成果，简要、快速、直观地给大家展示，我们的用户是如何将我们的性能保证的、高精度极紫外(EUV)镜片用于他们的研究。

在上一篇的系列文章《现货交付的高精度极紫外(EUV)镜片应用系列之：LPP光源诊断》中，我们介绍了来自爱尔兰都柏林城市大学、希腊约阿尼纳大学和爱尔兰Intel的研究团队构建的一套激光（1064 nm，8 ns，870 mJ）驱动等离子体EUV光源平台，研究W靶材的辐射时空特征，并与半导体光刻方案种的Sn靶材进行了对比。在今天的文章中，我们将一起探究极紫外多层膜反射镜在微曝光工具中的应用。

随着极紫外光刻技术的发展，光刻胶及相关材料供应商需要能够在接近实际工业曝光条件下，对EUV光刻胶开展快速研发、性能评价和质量控制。然而，大型工业EUV曝光设备结构复杂、成本高昂，难以作为材料企业和科研机构的常规研发工具。

研究团队此前研制的EUV-LET系统主要工作于10.9 nm波长，侧重于大面积周期性纳米结构制备，已实现亚30 nm图形曝光。但对于工业EUV光刻胶研究而言，需要将系统工作波长调整至与工业EUV曝光相匹配的13.5 nm，以开展光刻胶灵敏度、对比度、分辨率、释气特性以及EUV透射率等方面的评价。

图2 工作波长为13.5 nm的实验室曝光设备实物图（a）及实验装置与主要组成部件示意图（b）。（缩写：PSD＝位置敏感探测器；CCD＝电荷耦合器件；OoB＝带外；ML＝多层膜。）

如上图2，来自德国亚琛工业大学、德国弗劳恩霍夫激光技术研究所、于利希—亚琛研究联盟未来信息技术基础研究中心及RI公司的研究团队基于放电等离子体（DPP）EUV光源，开发了新一代EUV-LET 2.0曝光系统。系统通过氙等离子体产生13.5 nm附近EUV辐射，并结合：

▪ 剂量检测器： 用于检测光源功率或能力稳定性

▪ 针孔+ Nb/SiN带外滤光片带外滤光片：用于限束并滤除带外光谱

▪ 45度入射13.5 nm钼/硅多层膜反射镜：

▪ 高精度相移透射掩模；

▪ EUV敏感CCD相机；

实现了窄带13.5 nm EUV曝光。该系统专门面向工业光刻胶研发、性能测试和质量控制应用。通过对宽谱氙等离子体辐射进行选择性反射，实现了中心波长13.5 nm的带内EUV输出，使实验室平台能够模拟工业EUV曝光环境。

研究团队对升级后的EUV光源进行了系统表征，包括：

▪ 光谱分布；

▪ 光源尺寸； 

▪ 空间相干性；

▪ 曝光区域均匀性。

图3 图2. 采用氙气运行时，使用平场光栅光谱仪测得光谱（a）；采用针孔相机装置测得的光源空间强度分布（b）。插图为相应的CCD图像。

经过多层膜反射镜和滤光系统优化后，获得：

▪ 中心波长：13.5 nm；

▪ 光谱带宽：约4%；

▪ 空间相干长度：13.4 μm；

▪ 曝光光强：约0.1 mW/cm²。

图4 经多层膜反射镜反射后，使用能量标定过的平场光栅光谱仪晶圆平面处的曝光光谱（a）；实测曝光光斑（b），其中标出了90%和95%的强度阈值，并以虚线框示出1 × 1 mm²和2 × 2 mm²的单个掩模区域。

该光束条件既满足EUV光刻胶测试需求，也支持消色差Talbot干涉光刻技术。

利用EUV-LET 2.0平台，研究人员开展了光刻胶关键性能测试，包括：

▪ 灵敏度测试；

▪ 对比度测试；

▪ 分辨率评价。

图5硅晶圆上的典型系列曝光结果照片（a）。曝光区域按蛇形排列，共8 × 4个曝光场，每个曝光场尺寸为2 × 2 mm²；EUV测试光刻胶在10.9 nm和13.5 nm波长下的实测对比度曲线（b）。

实验结果显示，在13.5 nm曝光条件下，测试光刻胶表现出更高的灵敏度，其完全清除剂量降低至约9.5 mJ/cm²，同时保持与10.9 nm曝光条件相近的对比度。说明利用真实工业波长开展光刻胶评价对于准确判断材料性能具有重要意义。

图7. 已制备透射掩模的俯视扫描电子显微镜图像（a）及获得的曝光结果（b—f）：图形复制（b）；通过改变掩模与晶圆之间的距离，将图形按 √2 倍缩小至35 nm半节距（c、d）；在曝光过程中移动晶圆，实现图形调制，并进一步获得线条—间隔阵列（e、f）。

研究团队进一步利用Talbot干涉光刻方法，对系统高分辨率曝光能力进行了验证。

通过调节掩模—晶圆距离以及曝光过程中晶圆运动方式，实现了：

▪ 50 nm半节距接触孔阵列；

▪ 35 nm半节距接触孔结构；

▪ 35 nm半节距线条—间隔结构。

实验结果证明，该紧凑型EUV平台不仅能够用于材料性能测试，也具备纳米结构加工能力。

🔹 成功开发13.5 nm紧凑型EUV曝光工具

研究团队完成了EUV-LET 2.0系统升级，将工作波长由10.9 nm调整至工业标准13.5 nm，实现了面向工业EUV光刻胶研发和质量控制的实验平台。

🔹 高精度EUV多层膜反射镜是实现带内曝光的核心元件

通过13.5 nm多层膜反射镜对宽谱EUV光源进行精准选频，实现了窄带、高质量EUV照明，为实验室条件下开展工业级光刻材料研究提供了关键光学支撑。

🔹 系统具备接近工业应用需求的材料评价能力

EUV-LET 2.0能够完成光刻胶灵敏度、对比度、分辨率等核心指标测试，为光刻胶研发、工艺优化和质量控制提供快速验证工具。

🔹 验证了高分辨率EUV曝光能力

系统利用Talbot干涉光刻实现最低35 nm半节距结构制备，展示了紧凑型EUV设备在先进纳米加工研究中的应用潜力。

在微曝光工具EUV-LET 2.0中的45°多层膜镜片，是由德国optiXfab制造的。它的PTB实测反射率为非偏反射率为31.7%，半高全款带宽为~7%。为减小由多层膜表面粗糙度引起的曝光光斑散斑，研究人员采用熔融石英基底进行多层膜沉积。该基底的表面均方根粗糙度小于0.25 nm，在632.8 nm波长下测得的面形精度为 λ/20。其中标定反射率的意义在于可以相对准确的估算晶圆处的光强，因为光刻胶曝光效果由晶圆实际接收到的剂量决定，而不是由光源初始输出决定。晶圆平面的EUV能量需要考虑：

论文正是在综合考虑光源到掩模的距离、滤光片和气体透过率、立体角等因素后，计算晶圆平面的单脉冲辐照量，并进一步得到约0.1 mW/cm²的可用光强（光源工作于2.5kHz）。进一步就可以通过曝光时间以控制曝光计量。同时研究人员也提到，通过将平面多层膜反射镜更换为曲面多层膜反射镜，可在掩模平面实现对辐射的准直，从而进一步增大曝光光斑尺寸。此外，还可考虑采用大于45°的入射角（以获得更高的反射率并提高掩模平面处的光强。如下是我们为DPP极紫外光源所制作过的曲面多层膜反射镜。

图9 金属多层膜收集镜，尺寸为260mm，FWHM<0.5nm, Rs>60%

参考链接：

https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie

北京众星联恒科技有限公司作为一家专业的极紫外、X射线核心部件及解决方案提供商。目前我们已储备一定规模的EUV与X射线相关设备与核心部件库存，具备快速交付能力，以更好的服务我们的用户。同时我们创建了设施完善的X射线开放实验室，配备了多套先进的X射线光源系统、光学元件以及探测器，可支持包括X射线成像、相衬成像、衍射分析、荧光检测以及X射线源性能表征在内的多样化的测试、预研和论证工作。

我们是一支对极紫外、X射线技术充满热情的团队，如果你有任何疑问想要交流、探讨，不要犹豫请直接联系我们。

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