摘要： 

為濾除極紫外光刻（EUVL）光源系統(tǒng)中來自于驅(qū)動光源的紅外光，需要在收集鏡表面制造矩形光柵結(jié)構(gòu)。然而，收集鏡光柵在制造過程中通常會出現(xiàn)變形，導(dǎo)致濾波效率下降，光柵高度和上底角的工藝誤差需分別控制在±13nm和0.016°以內(nèi)，這對計量方法提出極高要求。本文對收集鏡光柵變形結(jié)構(gòu)提出一種快速無損的測量方法，以應(yīng)對其極端制造要求。

用于紅外濾波的EUV收集鏡光柵結(jié)構(gòu)（背景介紹）

目前，最先進(jìn)的商用EUV光刻機(jī)采用的是激光產(chǎn)生等離子體光源系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，來自于紅外（IR）波段的驅(qū)動激光器兩次擊打液滴錫靶，使其發(fā)生完全電離并產(chǎn)生EUV輻射。經(jīng)過收集鏡的收集和反射后，EUV輻射被聚焦到中心焦點以進(jìn)入后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)中。

然而，在收集和聚焦EUV的過程中，通常會引入來自于驅(qū)動激光器的IR光。IR光的能量極高，并會隨著整個EUV光刻機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行傳播，直到晶圓表面。這不僅會導(dǎo)致光學(xué)元件受損，還會使最終的光刻圖案出現(xiàn)嚴(yán)重的光學(xué)失真和圖案精度下降[1]。為了濾除IR，在收集鏡襯底上需要制作矩形光柵，以將IR從0級衍射到更高級次，并采用光闌對高級次衍射光進(jìn)行阻擋[2]，如圖1(a)。然而，矩形形狀在制造過程中極容易發(fā)生變形，導(dǎo)致不對稱的梯形結(jié)構(gòu)，如圖1(b)，從而降低了光柵的紅外濾波能力。因此，有必要對收集鏡光柵的變形結(jié)構(gòu)展開分析以確定其容差范圍，并建立模型以實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的無損測量。 

圖1 EUVL光源系統(tǒng)示意圖及收集鏡光柵變形結(jié)構(gòu)：(a) 收集鏡光柵濾波原理圖, (b) 收集鏡光柵變形結(jié)構(gòu)示意圖。

EUV收集鏡光柵變形結(jié)構(gòu)的測量模型（文章核心內(nèi)容）

近日，中國科學(xué)院上海光機(jī)所林楠團(tuán)隊就EUV收集鏡光柵變形結(jié)構(gòu)提出了一種快速準(zhǔn)確的無損測量方法。文章首先針對光柵變形結(jié)構(gòu)建立了一種高效、準(zhǔn)確的標(biāo)量衍射模型，用于收集鏡光柵的變形分析。其次，提出兩步測量方法。第一步，對光柵關(guān)鍵尺寸參數(shù)是否滿足容差要求進(jìn)行快速篩選；第二步，對篩選結(jié)果為不合格的光柵進(jìn)行尺寸參數(shù)的定量重構(gòu)。該方法為收集鏡光柵測量的逆散射問題提供了一種新的解決方案。它無需復(fù)雜的數(shù)值計算和對大型數(shù)據(jù)集的依賴，同時仍然提供準(zhǔn)確的測量結(jié)果，有利于實現(xiàn)收集鏡光柵結(jié)構(gòu)的在線無損測量。

成果發(fā)表在Optics and Lasers in Engineering (Yunyi Chen, Zexu Liu, Nan Lin. Computational metrology method of collector mirror for EUV lithography[J]. Optics and Lasers in Engineering 189 (2025) 108946 )。https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2025.108946

為獲得IR小于0.2%的反射率大小，針對收集鏡光柵的常見變形結(jié)構(gòu)（即，非對稱梯形結(jié)構(gòu)）建立了標(biāo)量衍射模型以實現(xiàn)容差分析。該模型相比起矢量衍射方法，計算速度提升近5個數(shù)量級，同時其歸一化均方根誤差僅在10-3量級。分析結(jié)果表明光柵高度和頂部傾角對IR反射率的影響極大，并且高度的容差大小為±13 nm，頂角的容差大小僅為0.016°。

為滿足收集鏡光柵的極端測量要求，基于光學(xué)散射法提出了一個兩步法測量模型，如圖2所示。該模型將光柵的0級和±1級作為測量信號進(jìn)行重構(gòu)。第一步，先建立了基于短時傅里葉變換（STFT）的“Go, No-Go”模型，通過分析時頻圖中的光譜突變位置和突變數(shù)量，來檢測光柵的關(guān)鍵尺寸參數(shù)是否滿足容差要求。檢測合格的光柵將不再做定量重建，從而減少不必要的計算。在500：1的信噪比條件下，該模型能夠獲得91.3%的準(zhǔn)確率，如圖3(a)所示，并將整體模型效率提高了至少一個數(shù)量級。第二步，對于檢測不合格的光柵，進(jìn)一步建立了改進(jìn)的多目標(biāo)粒子群優(yōu)化（MOPSO）模型，以實現(xiàn)對光柵關(guān)鍵尺寸參數(shù)的定量重建。在同等噪聲環(huán)境下，該模型重構(gòu)高度的相對誤差僅為0.19%，頂角的相對誤差僅為0.84%，如圖3(b)和(c)所示，其結(jié)果完全滿足收集鏡光柵的容差要求。 

圖2.兩步測量方法的流程圖

圖3.重構(gòu)結(jié)果: (a) “Go-No Go”模型的檢測結(jié)果, (b) MOPSO對光柵高度的重建結(jié)果, (b) MOPSO對光柵頂角的重建結(jié)果

總結(jié)與展望（未來發(fā)展前景，繼續(xù)改進(jìn)的方向）

本文對EUV收集鏡光柵結(jié)構(gòu)測量中的逆散射測量方法進(jìn)行了全面的研究，包括光柵結(jié)構(gòu)的表征、光學(xué)衍射模型和光柵重建方法。所提出的方法避免了復(fù)雜的數(shù)值計算、對大型數(shù)據(jù)集的依賴以及對模型訓(xùn)練的需求，同時確保了高精度和高效率，使其成為在線測量收集鏡光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)的理想方案。與此同時，提出的方法具有非常廣泛的應(yīng)用范圍，特別是在短波測量領(lǐng)域，例如以EUV和x射線作為測量光源等。

[1] Lin N, Chen Y, Wei X, Yang W, Leng Y. Spectral purity systems applied for laser-produced plasma extreme ultraviolet lithography sources: a review. High Power Laser Sci 2023;11:e64. 

[2] Kriese M, Platonov Y, Ehlers B, Jiang L, Rodriguez J, Mueller U, et al. Development of an EUVL collector with 432 infrared radiation suppression. In: Extreme Ultraviolet (EUV) Lithography V, vol. 9048. SPIE;2014. p.797-807.