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#20135;生差异[13-19].这给从图像中提取各种信息造成了困难和不便.因此,在对图像测量之前要进行各种预处理,以降低噪声的干扰.常见的图像噪声包括光学成像及采样过程中常会出现的混叠噪声,插入噪声,抖动噪声,电子噪声等.而边缘的检测和提取往往对噪声比较敏感,因此需要在检测前对图像进行滤波降噪处理.随着13.5nmEUV光刻光源研究的逐渐成熟,世界上最大的光刻机生产商—荷兰的ASML公司为代表的众多公司和研究机构又开始了新一轮更短工作波长,分辨率优于8nm的超极紫外光刻的研究工作(BeyondEUVL,BEUVL).在BEUVL的工作波长的选择上,以短于10nm可获得高反射率的多层膜元件为原则.从2016年开始,国际上开始了输出波长为6.xnm(6.5-6.7nm)的台式激光等离子体光源研究[38].目前,在6.7nm处已制备出反射率为46.2%的La/B4C多层膜[39],而且,这个波段工作的多层膜的反射率仍存在着较大的提升空间(其反射率的理论值可超过74%)[40].2016年,AkiraSasaki等人[41]通过等温膨胀模型理论计算了来自Tb高价离子的4d-4f跃迁产生的6.5nmEUV发射情况,结果获得比13.5nm处高一个数量级的EUV发射强度,并且与实验测量结果进行了比较,如图7所示.不难发现使用6.xnm波长会给极紫外光源应用带来更多的潜在优势:6.xnm的极紫外光相对于13.5nm而言,穿透能力大幅提高[42],带内EUV强度比13.5nm更强,可以通过采用更高气压环境气体阻止碎屑传播,使光源洁净度进一步提高.这些都激起了研究人员对6.xnm光刻光源的极大研究热情.图7激光产生Tb等离子体的计算和测量比较(激光强度(5-8)×1011W/cm2,光斑直径:50μm)[41]
Fig.7Comparisonbetweencalculatedandmeasuredemissionspectraoflaser-producedTbplasma(laserintensity:(5-8)×1011W/cm2,spotdiameter:50μm)[41]
图8在相同的1.6×1012W/cm2激光强度(激光能量为320mJ/脉冲,光斑直径为50μm)下,激光波长分别为1064,532和355nm的EUV光谱[49]
Fig.8EUVspectraatlaserwavelengthsof1064,532,and355nmforthesamelaserintensityof1.6×1012W/cm2(laserenergy:320mJperpulse,spotdiameter:50μm),respectively.[49]
2016年,TakamitsuOtsuka等人[50]通过在不同聚焦光斑尺寸和不同激光强度下比较Gd等离子体光谱特征来研究电子温度和等离子体流体动力学膨胀损耗对光源的影响.实验表明较大的聚焦光斑直径有效的抑制了等离子体动力学膨胀损失,从而可以提高EUV发射强度.
此外,人们也通过改变初始靶材密度方式,以减少自吸收的影响,研究其对提高6.7nmEUV转化效率的作用.
2016年,TakamitsuOtsuka等人[51]对比了采用纯固体Gd靶和低密度Gd2O3靶中产生6.7nmEUV辐射的情况,显示低密度靶由于减少了自吸收使带内EUV转化效率提高了近0.2%,说明在6.7nm光源中仍然需要降低等离子体的初始密度,以有效减少自吸收的影响.
2016年,该研究组又进一步对不同初始密度的Gd靶产生的6.7nmEUV转化效率进行了测量[52],如图9所示,得到在2%带宽内,初始密度为10%和30%的Gd靶CE接近,比传统纯Gd靶的CE增加了1.4倍.同时,实验还也表明通过双脉冲入射方案可使CE比单脉冲增加1.2倍.
图9初始浓度分别为10%,30%和100%的固体Gd靶材在相同激光强度为5.6×1012W/cm2(激光能量为400mJ/脉冲,光斑直径为30μm)的激光产生EUV光谱[52]
Fig.9LaserproducedEUVspectrafromtargetswithinitialdensitiesof10%,30%,and100%ofsolidGdforthesamelaserintensityof5.6×1012W/cm2(laserenergy:400mJperpulseandspotdiameter:30μm)[52]
目前为止的研究结果表明,激光强度在1011~1015W/cm2范围时,可得到Gd12+~Gd25+在6.7nm附近的强共振发射[48-52].而Gd12+~Gd25+产生的6.7nmEUV辐射,对入射激光的波长,脉冲宽度,聚焦条件,以及靶材的初始密度都存在依赖关系,这说明6.7nm的Gd靶等离子体光源中自吸收效应对光源的转化效率有很大影响,光源中形成的等离子体条件对6.7nm波长是光学厚的,发射光谱的转换效率(CE)同EUV辐射的自吸收是一个竞争的平衡过程.研究还表明产生有效的6.7nmEUV的Gd12+~Gd25+范围的离子态所对应的等离子体的电子温度在100eV左右[53],6.7nm最佳Gd等离子体的电子温度是在13.5nm处Sn等离子体最佳电子温度的3倍,基于Gd靶产生的Nd:YAGLPPEUV光源已经被证实是需要在高功率下运行[54],相比13.5nm,产生的高密度等离子体导致不透明效应增加,从而使共振强度减弱,限制了EUV源的输出.因此,对于6.xnm的EUV光源,如何有效降低自吸收,提高其在带内的转化效率,还是研究中的一个关键问题.同时,Gd等离子体光源产生的碎屑问题同样值得关注.
因此在未来的研究中,如何优化等离子体参数来平衡Gd离子体光源的自吸收与光发射能力之间的关系,进而获得6.xnm附近极紫外光的高转化效率,以及解决光源碎屑对周期性多层膜反射镜的污染,以达到工业量产所需要光源功率和长时间稳定工作的要求仍是这个方向研究的主要焦点问题,更多的研究将还在这些方面陆续展开.
4在极紫外光源和极紫外光刻掩膜缺陷检测等方面的研究工作
为了提高测量的精度,可在同一放大倍率下,对直径不同的圆的直径进行测量并分别计算出每一个像素所代表的长度然后求平均值作为在该放大倍率下的比例尺.近年来,本研究组的工作人员在极紫外光刻关键技术方面开展了一定的研究工作.在激光等离子体光源研究的方面,为了能够尽量满足未来工业化紫外光源的高工作重复频率,高单发EUV转化效率的要求,2016年,林景全与日本产业技术综合研究所合作[55]开展了粒子掺杂的液滴靶极紫外光源的研究.该方案采用水作为载体,包含氮化硼(BN)悬浮液滴的新型靶形式,克服了低碎屑的液体和气体靶材所存在的EUV转化效率不高的缺陷.实验优化了液滴靶的速度,振动频率等主要实验参数,使液滴靶光源EUV发射光强的稳定性从17.3%提高到4.1%(如图10所示),并产生稳定的4.86nm处EUV光辐射.
同时,为了进一步提高EUV光的转化效率,他们采用预激光脉冲汽化并干燥纳米粒子包含的水滴[56],使纳米粒子能够更有效地吸收主脉冲激光能量,即采用双激光脉冲的方式打靶(如图11所示).
图10液滴靶等离子体的EUV光辐射峰值强度随EUV光脉冲数的变化.(a)图是利用压电驱动器电源的外触发信号同步控制YAG激光脉冲时获得的结果,图(b)是利用检测液滴的He-Ne激光同步信号触发YAG激光时获得的结果[55]
Fig.10(a)Themea
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