一种极紫外光源收集镜的制备方法及加工设备

本发明涉及极紫外光刻，特别涉及一种极紫外光源收集镜的制备方法及加工设备。

背景技术：

1、极紫外光刻(euvl)技术是半导体领域实现7nm以下节点的大规模量产和工业化不可或缺的光刻技术，euv光刻机是工艺制程延续发展的保障。euv光源系统作为euv光刻机最为核心的分系统，应具有较高的输出功率和转换效率，满足为曝光系统提供高纯度13.5nm极紫外光的功能。euv光源收集镜是euv光源系统中最重要的光学元件，在光源的收集效率和稳定性方面有着决定性的作用。

2、在euv光源系统中，光源收集镜的种类由euv光源的产生方式决定。激光等离子体(lpp)光源和放电等离子体(dpp)光源是最主流的两种光源。对于dpp光源来说，在发射极紫外光的同时会产生大量的碎屑随极紫外光的出射而发出，为避免这些碎屑撞击到极紫外光刻照明系统及投影系统的反射镜上形成污染而影响系统的使用寿命，dpp光源系统采用掠入射式收集镜并配有消碎屑系统，但很大程度上限制了对极紫外光的收集效率。

3、激光等离子体光源系统采用高强度激光器轰击液体微滴获得极紫外光，产生的碎屑较少，且lpp光源收集镜采用一片椭球面反射镜就能达到较高的极紫外光收集效率，所以国外主流的极紫外光刻机上使用了此类光源。但由于使用了红外波段的驱动光源激发极紫外光，部分红外激光会被收集镜反射后进入照明系统，这部分红外光会对照明及投影系统重要的光学元件造成严重的热损伤，需要为此设计红外光滤除元件。

4、当下用于极紫外光刻的红外滤除方式主要有反射式光栅滤光、透过式光栅薄膜滤光和带有光栅结构的euv收集镜滤光。由于13.5nm的极紫外光波长极短，极易被物质吸收，导致使用反射式光栅滤光装置和透过式光栅薄膜滤光片会对极紫外光造成较大的损耗。而带有光栅结构的收集镜对极紫外光的损耗主要来自于收集镜表面的微结构，损耗相对较小，需要重点研发能在滤除红外辐射的同时减小极紫外光损耗的带有光栅结构的反射式euv光源收集镜。

5、目前，比较成熟的制备方法有两种，一种技术方案是国外使用铝合金的反射镜基底制备去除10.6μm红外辐射的收集镜，在基底表面镀镍层并进行抛光，然后在超精密车床上使用金刚石车刀加工反射镜表面的光栅结构，最后进行镀膜，收集镜的直径为400mm，表面制作周期为1mm的相位光栅。另一种技术方案是德国iof设计的带有双层相位光栅的收集镜样镜，双层相位光栅的周期分别为1mm和100μm。反射镜基底是硅铝合金，先对基底光学表面进行金刚石车削并镀镍层，再对镍层进行金刚石车削加工出周期为1mm的光栅并进行抛光，随后采用离子束刻蚀直接在alsi基底上的ni层制备二进制第二周期为100μm的光栅。

6、现有技术的缺点主要是收集镜加工工艺及设备方面：使用单点金刚石车削收集镜表面的光栅结构有两种方式，其一，对收集镜表面抛光后进行光栅结构的加工，这种方式极易破坏收集镜原有的表面质量，且难以保证光栅底部的加工精度。其二，先加工出光栅结构，再对光栅的顶部和底部同时进行抛光，这种方式不易控制抛光时间，难以保证光栅的尺寸。设备方面，现有技术方案对加工以及抛光设备精度要求过高，且难以加工更适合做收集镜材料的硅和碳化硅等脆硬材料。

技术实现思路

1、本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种极紫外光源收集镜的制备方法及加工设备。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

3、一种极紫外光源收集镜的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：镜坯制作；

5、制作收集镜的基底；

6、步骤2：基底表面初步加工；

7、加工到面型精度误差均方根值为λ/10；

8、步骤3：制备硅改性层；

9、在碳化硅收集镜基底表面镀一定厚度的硅改性层；

10、步骤4：硅改性层表面抛光；

11、对硅改性层进行精密抛光加工；

12、步骤5：对收集镜的面型精度与粗糙度进行检测；

13、步骤6：光刻加工收集镜表面的光栅结构；

14、步骤7：光栅结构加工精度检测；

15、步骤8：在光栅结构表面镀膜；

16、步骤9：检测收集镜的参数。

17、在上述技术方案中，步骤6具体包括：

18、step01：收集镜镀层清洁及表面预处理；先通过去离子水进行湿法清洗，去除吸附在收集镜硅改性层表面的污染物和残留物杂质；再经过增粘处理提高镀层与光刻胶之间的粘附程度；

19、step02：涂胶、匀胶；将满足使用要求的光刻胶均匀摊开在基板上，让光刻胶的厚度均匀稳定；

20、step03：前烘；减少光刻胶中的溶剂含量，让光刻胶变坚固且提升光刻胶膜的抗腐蚀能力；

21、step04：曝光；使用曲面曝光设备对收集镜进行曝光；

22、step05：后烘；对曝光后的收集镜表面进行烘焙，通过烘焙让光刻胶中的光化学反应充分完成；

23、step06：显影和冲洗；先用去离子水润湿收集镜，后将显影液均匀喷淋在收集镜的光刻胶表面或者将基板置于显影液中，使光刻中被曝光的部分充分溶解，再用去离子水冲洗；

24、step07：坚膜烘焙；进一步减少光刻胶中的溶剂含量以提升光刻胶膜的抗刻蚀能力；

25、step08：刻蚀；使用干法刻蚀，让收集镜表面未被光刻胶覆盖的部分在化学气体的离子轰击下被快速腐蚀；

26、step09：除胶与清洗；去除剩余附着在收集镜硅改性层上的光刻胶，并清洗整个收集镜表面，获得第一层光栅的结构。

27、在上述技术方案中，step04具体为：将收集镜定位并装夹在曝光设备上，通过控制曝光设备的激光器与装夹收集镜的轴进行联动，使激光焦斑在光刻胶表面进行精确扫描，获得设计所需的光栅图案。

28、在上述技术方案中，在step09之后，如需制作二进制光栅结构，则重复步骤：step02-step09。

29、在上述技术方案中，步骤7具体包括：使用白光干涉仪对收集镜的光栅的尺寸精度进行检测，使用原子力显微镜对光栅的不同位置的粗糙度进行检测，粗糙度值小于0.25nmrms。

30、在上述技术方案中，步骤8具体包括：使用磁控溅射法在光栅结构表面沉积mo/si多层膜。

31、在上述技术方案中，步骤9具体包括：对收集镜的极紫外收集率和红外辐射去除率进行评估。

32、一种极紫外光源收集镜的加工设备，包括：设置在底部的底座，底座上方设有z轴和x轴；x轴和z轴分别做直线往复运动；

33、z轴上方设有b轴，b轴上连接有激光器装调架，激光器装调架的上方连接有激光器；b轴控制激光器绕y轴方向旋转；通过调整激光器装调架保证激光器发出的光线中心在需要的高度，且稳固支撑激光器运行；

34、x轴上方连接有c轴，c轴与气动卡盘连接，收集镜装夹在气动卡盘上；c轴带动收集镜做绕z轴方向旋转；

35、收集镜包括：基底，该基底的表面设有硅改性层，基底的中心设有通光孔；硅改性层上方设有光栅结构，光栅结构的表面镀有多层膜。

36、在上述技术方案中，所述多层膜的材料为mo/si。

37、在上述技术方案中，所述多层膜的周期数为42～48，单个周期厚度约为6～7nm。

38、本发明具有以下有益效果：

39、本发明的极紫外光源收集镜的制备方法及加工设备，采用碳化硅材料制作收集镜基底，减小了收集镜基底工作中的热变形，并使用硅在基底表面进行改性，提升了收集镜基底与改性层的线膨胀系数的一致性。同时采用光刻加工收集镜表面光栅结构，降低对超精密加工设备的要求，解决了超精密车床加工经过硅改性的收集镜表面光栅结构精度不足的问题。并且设计使用专用的曲面曝光设备，解决曲面曝光难题，进一步提升光栅结构加工精度。