EUV光刻光源收集镜制造与量测取得重要进展

摘要： 

为滤除极紫外光刻（EUVL）光源系统中来自于驱动光源的红外光，需要在收集镜表面制造矩形光栅结构。然而，收集镜光栅在制造过程中通常会出现变形，导致滤波效率下降，光栅高度和上底角的工艺误差需分别控制在±13nm和0.016°以内，这对计量方法提出极高要求。本文对收集镜光栅变形结构提出一种快速无损的测量方法，以应对其极端制造要求。

用于红外滤波的EUV收集镜光栅结构（背景介绍）

目前，最先进的商用EUV光刻机采用的是激光产生等离子体光源系统。在该系统中，来自于红外（IR）波段的驱动激光器两次击打液滴锡靶，使其发生完全电离并产生EUV辐射。经过收集镜的收集和反射后，EUV辐射被聚焦到中心焦点以进入后续的光学系统中。

然而，在收集和聚焦EUV的过程中，通常会引入来自于驱动激光器的IR光。IR光的能量极高，并会随着整个EUV光刻机系统进行传播，直到晶圆表面。这不仅会导致光学元件受损，还会使最终的光刻图案出现严重的光学失真和图案精度下降[1]。为了滤除IR，在收集镜衬底上需要制作矩形光栅，以将IR从0级衍射到更高级次，并采用光阑对高级次衍射光进行阻挡[2]，如图1(a)。然而，矩形形状在制造过程中极容易发生变形，导致不对称的梯形结构，如图1(b)，从而降低了光栅的红外滤波能力。因此，有必要对收集镜光栅的变形结构展开分析以确定其容差范围，并建立模型以实现快速准确的无损测量。 

图1 EUVL光源系统示意图及收集镜光栅变形结构：(a) 收集镜光栅滤波原理图, (b) 收集镜光栅变形结构示意图。

EUV收集镜光栅变形结构的测量模型（文章核心内容）

近日，中国科学院上海光机所林楠团队就EUV收集镜光栅变形结构提出了一种快速准确的无损测量方法。文章首先针对光栅变形结构建立了一种高效、准确的标量衍射模型，用于收集镜光栅的变形分析。其次，提出两步测量方法。第一步，对光栅关键尺寸参数是否满足容差要求进行快速筛选；第二步，对筛选结果为不合格的光栅进行尺寸参数的定量重构。该方法为收集镜光栅测量的逆散射问题提供了一种新的解决方案。它无需复杂的数值计算和对大型数据集的依赖，同时仍然提供准确的测量结果，有利于实现收集镜光栅结构的在线无损测量。

成果发表在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

为获得IR小于0.2%的反射率大小，针对收集镜光栅的常见变形结构（即，非对称梯形结构）建立了标量衍射模型以实现容差分析。该模型相比起矢量衍射方法，计算速度提升近5个数量级，同时其归一化均方根误差仅在10-3量级。分析结果表明光栅高度和顶部倾角对IR反射率的影响极大，并且高度的容差大小为±13 nm，顶角的容差大小仅为0.016°。

为满足收集镜光栅的极端测量要求，基于光学散射法提出了一个两步法测量模型，如图2所示。该模型将光栅的0级和±1级作为测量信号进行重构。第一步，先建立了基于短时傅里叶变换（STFT）的“Go, No-Go”模型，通过分析时频图中的光谱突变位置和突变数量，来检测光栅的关键尺寸参数是否满足容差要求。检测合格的光栅将不再做定量重建，从而减少不必要的计算。在500：1的信噪比条件下，该模型能够获得91.3%的准确率，如图3(a)所示，并将整体模型效率提高了至少一个数量级。第二步，对于检测不合格的光栅，进一步建立了改进的多目标粒子群优化（MOPSO）模型，以实现对光栅关键尺寸参数的定量重建。在同等噪声环境下，该模型重构高度的相对误差仅为0.19%，顶角的相对误差仅为0.84%，如图3(b)和(c)所示，其结果完全满足收集镜光栅的容差要求。 

图2.两步测量方法的流程图

图3.重构结果: (a) “Go-No Go”模型的检测结果, (b) MOPSO对光栅高度的重建结果, (b) MOPSO对光栅顶角的重建结果

总结与展望（未来发展前景，继续改进的方向）

本文对EUV收集镜光栅结构测量中的逆散射测量方法进行了全面的研究，包括光栅结构的表征、光学衍射模型和光栅重建方法。所提出的方法避免了复杂的数值计算、对大型数据集的依赖以及对模型训练的需求，同时确保了高精度和高效率，使其成为在线测量收集镜光栅结构参数的理想方案。与此同时，提出的方法具有非常广泛的应用范围，特别是在短波测量领域，例如以EUV和x射线作为测量光源等。

[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.