测量和处理从软X射线到红外波长的XUV光源的光谱的方法、设备和计算机程序与流程

本发明涉及一种通过宽带光谱仪测量和处理从软x射线到红外波长的波长范围内的光谱的方法。

背景技术：

通常来说，宽带光谱仪是测量xuv源发射的光的光谱的适合于特定源的波长范围的光谱仪。xuv源的波长范围包括大约0.1nm到5nm的软x射线波长范围、大约5nm到40nm的极紫外(euv)波长范围、大约30nm至120nm的真空紫外(vuv)范围波长、大约120nm至400nm的紫外(uv)波长范围等等。在文献中，没有明确定义这些范围的命名，并且对于部分重叠的范围可以使用不同的名称。

xuv光源目前在诸如自由电子激光研究、天文学、元素荧光分析和光刻之类的许多科学和高科技应用领域具有非常好的前景。

例如，软x射线源用于材料分析，材料分析使用材料特定的吸收和荧光来确定具有未知材料成分的样品的成分。在这种分析中，源的光射到待分析的样品上，部分光从其反射，并由光谱仪进行光谱记录。

特别地，euv光刻工具需要优化其光源，以在大约13.5nm波长的窄带(中心波长的2％)内发射(即带内光谱)，以最大化其晶片生产量。在这方面，euv光刻工具的光谱监测是实现这些工具的最佳生产力的关键步骤。目前，使用过滤源发射的euv反射镜和光电二极管来监测euv光刻的光源。这个测量方案可以精确测量带内euv功率，但不能精确测量目标euv波段之外的发射功率。带外辐射的波长范围非常宽，从软x射线(<5nm)到红外波长(>700nm)，带外辐射还可能具有不良效果，例如光致抗蚀剂的寄生曝光和euv反光镜上的过度热负荷。为了评估带外辐射，需要宽带检测方案。

由于固有特性，因而衍射光栅的光谱带宽有限。根据光栅方程mλ＝d(sinθi+sinθm)，光栅把入射辐射衍射成一组衍射阶次。这里，m是表示衍射阶次的整数，λ是波长，d是光栅周期，θi是入射角，θm是波长mλ的衍射角。光栅方程的一种指示就是短波长的较高衍射阶次(即第二衍射阶次或更高的衍射阶次)的衍射角与较长波长的第一衍射阶次的衍射角相同。明确来说，λ1的第二衍射阶次的衍射角与波长2λ1的第一衍射阶次的衍射角相同。这种波长重叠妨碍了准确评估完整的带外光谱。

市场上可买到的euv光谱仪的另一个问题是由光谱仪使用的ccd相机的有限数量的强度计数引起的。通常来说，带内13.5nm峰的强度水平比带外光谱的强度水平大几个数量级。因此，带内光谱可以很容易使相机饱和，妨碍了记录带外范围内的非常低的强度。

us2009/0046273a1公开了用于监测和控制半导体制造中使用的euv源的操作的系统和方法。一种方法包括：设置具有光源的半导体制造设备，光源发射带内和带外辐射；进行第一带外辐射测量；进行第二带外辐射测量；以及至少部分基于第一带外测量和第二带外测量的比较来控制光源的带内辐射。一种设备包括：检测器，该检测器可操作来检测euv等离子体源发射的带外euv辐射；光谱仪，该光谱仪耦合到电磁检测器，可操作来基于检测到的带外euv辐射来检测至少一个带外辐射参数；以及控制器，耦合到光谱仪，可操作来基于带外测量监测和控制euv等离子体源的操作。

根据us2009/0046273a1，对于深uv光谱，使用了掠摄-入射-角反射-光谱仪，这使设计笨重、对准过程困难、对光栅和检测器的污染高度敏感。该方法包括：进行第一带外辐射测量和第二带外辐射测量。从示出的表中可以看出，这些现有技术的方法和设备没有提到大约30nm至160nm的带外范围，其对辐射功率的贡献可能相对较大，可能具有不良效果，例如光致抗蚀剂的寄生曝光和euv反光镜上的过度热负荷。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种通过宽带光谱仪测量和优化从软x射线到红外波长的euv光源的光谱的设备，其结构紧凑，易于对准，并且减轻由于较高衍射阶次引起的不良污染。

利用序言中阐述的该类型的方法，实现了这一目的，并获得了其它优点，在该方法中，根据本发明，处理包括以下步骤：(a)在测量的光谱中评估最长波长λ0，使得比最长波长λ0短的波长的光谱的较高衍射阶次对光谱的比最长波长λ0长的波长的那部分的贡献低于预定值。可以把预定值值选择为例如比最长波长λ0短的波长的较高衍射阶次对比最长波长λ0长的波长的光谱的那部分的贡献的百分比。

已经发现，基于评估所述最长波长来处理光谱，可以重建完整光谱，而不排除任何波长，例如范围为30-160nm的波长，而上文提到的现有技术方法把这一范围的波长排除了。

在根据本发明的方法的一个实施例中，其中宽带光谱仪包括挡板、针孔和狭缝中的一个、至少一个透射光栅和相机，该处理还包括以下步骤：(b)对于λ0<λ<2λ0范围内的波长λ，去除由于针孔或狭缝引起的相机记录的光强度的变宽，用得到的波长范围内的强度除以光栅和相机的效率，从而获得第一光谱范围内的恢复光谱；(c)计算λ0<λ<2λ0范围内的所有较高衍射阶次对于2λ0<λ<4λ0范围的贡献，把相机(6)记录的光的强度减去这些贡献，从而获得2λ0<λ<4λ0范围内的波长λ的恢复光谱范围；(d)对下一个相邻波长范围重复步骤(b)和(c)的计算，从而获得下一个相邻范围内的波长λ的下一个相邻恢复光谱范围，直到处理了相机记录的完整光谱并恢复了源的光谱。

在一实施例中，光谱仪还包括至少一个光谱滤光器，该方法的步骤(b)还包括把得到的波长范围内的强度除以滤光器的效率。

根据本发明的方法在计算机上记录之前考虑了影响光谱的四个物理过程的影响。第一个物理过程是由于光谱滤光器引起的光谱衰减。第二个过程是由于针孔/狭缝引起的光谱特征的变宽。第三个过程是由于透射光栅引起的光谱衍射成几个衍射阶次。第四个过程是通过相机(例如ccd相机)进行检测。这四个过程可以在数学上写成：

其中，ir是记录强度，s是空间坐标的针孔/狭缝函数，这会导致ccd上的光谱线变宽。这种变宽由方程(1)中的卷积运算*来表示。字母m表示衍射阶次，n表示光栅可达到的最高衍射阶次。因子1/m表示分散随着衍射阶次增加而增加。ii是入射到光谱仪的光的强度，ηm是第m阶光栅的衍射效率，ηf是滤光器的透射效率，ηccd是ccd的量子效率。

根据后一实施例的方法以步骤(a)开始：得出一波长范围，该波长范围对于较长波长的高阶贡献低于预定值。通常来说，接近零阶的短波长的强度较低，这些短波长的高阶贡献甚至更低，由于高阶的衍射效率小于第一阶。如果将高阶贡献低于预定值的最长波长表示为λ0，那么就可以得出这样的结论：光谱范围λ0<λ<2λ0具有可忽略不计的高阶污染。在这一光谱范围内，可以通过仅考虑方程式(1)中的第一衍射阶次来计算入射强度。对于这种情况，方程式(1)可以转化为：

根据步骤(d)，在方程式(2)中，记录的强度首先与针孔/狭缝函数的反函数s^-1卷积，应用用于噪声抑制的正则化技术来去除针孔/狭缝的影响，然后除以光栅、滤光器和ccd的效率。

根据步骤(c)，计算波长范围λ0<λ<2λ0的高阶贡献，把其与记录的强度相减：

这一步骤恢复2λ0<λ<4λ0范围内的记录强度，通过这一恢复强度irc，可以使用方程式(2)来计算入射强度。

根据步骤(d)，通过重复步骤(b)和(c)延长恢复的光谱范围，直到恢复完整的光谱。

在一实施例中，光是euv光，测量euv光的光谱的步骤包括通过使用光谱滤光器来测量带外光谱，光谱滤光器对于波长为13.5nm的辐射具有较低的透射特性，对于带外波长具有较高的透射特性。使用这种滤光器可以让光谱记录具有更长的曝光时间，而不会让相机饱和。增加曝光时间导致信噪比(snr)增加，因此可以记录带外光谱中的较低强度。这样，可以更有效地利用有限数量的相机。

在一实际有利的实施例中，通过在光谱仪内把针孔或狭缝和光栅定位在离相机的最大距离处，可最大化光谱仪的光谱分辨率。在实际情况中，优选把光栅/针孔耦合件和针孔设置在光谱仪的入口处。

本发明的方法可以实现为具有程序代码的计算机程序产品，计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码可操作来执行这些方法之一。例如，程序代码可以存储在机器可读载体上。

因此，本发明方法的一个实施例是一种具有程序代码的计算机程序，计算机程序在计算机上运行时，该程序代码用于执行这里描述的方法之一。

本发明还涉及一种用于测量和处理从软x射线到红外波长的波长范围内的光谱的设备，该设备包括宽带光谱仪，该宽带光谱仪包括根据上述方法的挡板、针孔和狭缝中的一个、至少一个透射光栅和相机，该设备设置有处理装置，处理装置在测量的光谱中评估最长波长λ0，使得比最长波长λ0短的波长的光谱的较高衍射阶次对比最长波长λ0长的波长的光谱的那部分的贡献低于预定值。

优选地，光谱仪包括至少一个光谱滤光器。

在根据本发明的设备的一实施例中，挡板固定在托架中，托架安装在机动平移台上，机动平移台相对于入射光束沿横向方向移动。

为了便于记录带外光谱中的较低强度，实施例中的至少一个光谱滤光器对于带内波长的光具有较低的透射特性，对于带外波长具有较高的透射特性。

这一实施例中的光谱仪例如是euv光谱仪，带内表示13.5nm的中心波长附近的2％的带宽。

优选地，光谱滤光器是从一组滤光器中选择的一个滤光器，该组滤光器固定在托架中。

例如，固定该组光谱滤光器的托架安装在相对于入射光束在横向方向上移动的机动平移台上。

在又一个实施例中，针孔或狭缝固定在托架中，托架安装在机动平移台上，机动平移台相对于入射光束沿横向方向和纵向方向移动。

在一有益实施例中，透射光栅是从一组透射光栅中选择的一个透射光栅，该组透射光栅固定在托架中。

固定该组透射光栅的托架可以安装在相对于入射光束在横向方向和纵向方向上移动的机动平移台上。

该组透射光栅可以由微芯片设置而成，微芯片显示包含各个透射光栅的阵列，其中该阵列例如是3×7的矩阵，其中各个透射光栅的线密度分别为每毫米500、780、1000、1500、1850、2000、2500根线，从每毫米3000根线开始每毫米增加1000根线直到每毫米10000根线中的多个线密度。

在优选实施例中，针孔或狭缝和光栅相对于相机布置在远端位置。

为了减少杂散光，在一实施例中，相机包括ccd芯片，宽带光谱仪包括黑化板(blackenedplate)，该黑化板具有与ccd芯片的表面尺寸相对应的孔，布置在光栅和相机之间，与光束的路径垂直的位置处。

根据本发明的设备尤其适用于控制xuv光源，例如，euv光刻的装置中使用的euv光源。

因此，在优选实施例中，根据本发明的设置中的控制装置适于控制xuv光源，以优化这种光源的光谱。

在后一实施例中，可以例如通过调整源参数来优化源光谱，例如驱动激光功率、脉冲持续时间、时序脉冲形状、聚焦尺寸、聚焦形状、光束定位、偏振、预脉冲和主脉冲之间的时间延迟以及气压。

附图说明

下面参考附图在示例性实施例的基础上阐述本发明。

在图中：

图1示出了根据本发明的方法的实施例的流程图；

图2示出了euv源发射的且入射到euv光谱仪的euv光束的光谱；

图3示出了由euv光谱仪记录的图2所示的光谱；

图4a-图4h示出了根据本发明的各个中间处理步骤之后的图3的光谱；

图5示出了根据本发明的经过处理恢复的图2的光谱；

图6示出了euv光谱仪的示意图；以及

图7示出了根据本发明的图6所示的euv光谱仪与euv源和控制器组合起来的框图。

图中用相同的附图标记表示相应的部件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的方法的实施例的流程图，其中步骤(i)至(xiii)可以实现为计算机程序。

图2示出了euv源发射的且入射到euv光谱仪1(图6-图7中示意性示出)的euv光束的光谱。根据本发明的方法，这一光谱是待恢复的光谱。

图3示出了由euv光谱仪1(图6-图7中示意性示出)的ccd相机6记录的图2中的光谱。该光谱示出了由于euv光谱仪1中的光栅5引起的若干个高阶贡献以及由于针孔4引起的增宽。把ccd相机6记录的光谱(由图7中的线17表示)输入到控制器、cpu(中央处理单元)18中，从而为第一步骤“(i)开始”提供数据，来进行图1的流程图所示的处理。

图4a至图4h示出了几个中间步骤(v)和(viii)，在示出所记录的光谱的处理的图1的流程图的处理过程中，参数k从k＝1增加到k＝8，λ0＝5nm。

图5示出了足够数量的迭代后获得的恢复入射光谱。

图6示出了euv光谱仪1。euv光谱仪1包括位于其入口处的挡板2、从源光谱中选择特定波段的滤光器阵列3、狭缝或针孔4、分散光7的透射光栅芯片5以及用于检测光谱的检测器6(检测器6为背照式ccd相机)。挡板2固定在托架22中，托架22安装在机动平移台32上，机动平移台32相对于入射光束7沿横向方向(如箭头8所示)移动。来自euv源的光7导向光栅5，光栅5以不同的角度向ccd相机6衍射每个波长。以较大的角度来衍射波长较长的光。因此，可以通过ccd相机6记录的图像反演计算入射光束7的光谱内容。光谱仪的所有部件都包含在真空室(未示出)中。滤光器3是从一组滤光器中选择的一个滤光器，该组滤光器固定在托架23中，托架23安装在机动平移台33、43上，机动平移台33、43相对于入射光束7沿横向方向(如箭头8、9所示)移动。针孔4或狭缝固定在托架24中，托架24安装在机动平移台34上，机动平移台34相对于入射光束7沿横向方向8和纵向方向(如箭头11所示)移动。透射光栅5是从一组透射光栅中选择的一个透射光栅，该组透射光栅固定在托架25中，托架25安装在机动平移台35、45上，机动平移台35、45相对于入射光束7沿横向方向8、9和纵向方向11移动。所述平移台32、33、43、34、35、45、55的移动是机动的(motorized)、真空兼容的，并可以通过计算机使用图形用户界面(如图7中示意性示出的)来控制。控制系统可自动地原位对准。

图7示出了与euv源20和控制器18结合的euv光谱仪1(虚线)，它们都产生分别控制挡板2、滤光器阵列3、针孔4、光栅5和ccd相机6的控制信号12、13、14、15、16，并根据本发明的方法通过ccd相机6的输出信号17计算恢复光谱(由输出信号19表示)。此外，控制器18产生控制信号21，控制信号21用于控制光源20，以优化该光源发射的光的光谱。