WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. 1 07;12 О возможности применения киноформных элементов в зеркальных проекционных системах для ВУФ-литографии © В.Ю. Венедиктов Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова, 199034 Санкт-Петербург, Россия e-mail: venediktov@pochta.ru (Поступило в Редакцию 30 мая 2006 г.) Проанализированы возможности технологии отражательных дифракционных (голографических) оптических элементов для ВУФ-диапазона и их применения в проекционной фотолитографии.

PACS: 85.85.+j Большинство авторов и групп, работающих в области Голограммный оптический элемент — это обобщапроекционной ВУФ-литографии, рассматривают только ющее название различных оптических элементов, воздействие которых на волновой фронт основано на диотражательные системы. Однако сегодня в оптике ИК-, фракции. По способу получения голограммы могут быть видимого и УФ-диапазонов активно применяются так записываемыми (интерференционными) и синтезированназываемые дифракционные, или голограммные, оптиными. Записываемые голограммы могут быть получены ческие элементы (ДОЭ или ГОЭ). Создание таких в результате регистрации интерференционной картиэлементов на основе отражательных подложек вполне ны, получаемой с помощью специальных оптических возможно и в ВУФ-диапазоне, поэтому представляется устройств — так называемых схем записи, — которые целесообразным проанализировать те возможности, ковключают в себя оптическую систему опорного (рефеторые могло бы дать применение таких элементов в прорентного) и рабочего волновых фронтов. Интерференекционной ВУФ-литографии, и возможные физические и ция этих двух фронтов на поверхности регистрации дает технические ограничения.

периодическую структуру, которая и является основой Прежде всего, заметим, что в современной оптике голограммного элемента. Синтезированные голограммы, возможность применения ГОЭ разделяются на иначе называемые киноформами, изготавливаются без — применение голограмм для коррекции случайных этапа получения интерференционной картины, а дифракискажений, вносимых погрешностями и ошибками изгоционная структура изготавливается иными способами товления других оптических элементов (т. е. для решенепосредственно, на основе того закона распределения ния задач так называемой адаптивной оптики);

фаз, который получен расчетным путем для данной голограммы.

— примерение ГОЭ в качестве собственно элемента По способу модуляции падающего волнового фронта системы, обладающего оптической силой (например, для ГОЭ (ДОЭ) могут быть амплитудными или фазовыми.

замены асферических зеркал).

В амплитудных дифракционных оптических элементах В первом случае используются голографические корпериодическая структура представляет собой элемент ректоры искажений, т. е. собственно голограммы этих с периодически изменяющимся коэффициентом пропусискажений, при освещении которых световым пучком кания (точнее, модулем комплексного коэффициента).

с искаженным волновым фронтом восстанавливается В фазовых ДОЭ периодически изменяется только сонеискаженный. Такого рода системы были рассмотрены общаемая добавленная фаза при сохранении постояни реализованы как в статическом [1], так и динамическом ной амплитуды световых колебаний. В частности, при варианте [2]. В этом случае голограмма записывается создании синтезированных голограмм наиболее удобно при интерференции световых волн в диапазоне длин создавать киноформные элементы, в которых плавный волн, близком к используемому при работе системы.

профиль фазы заменен ступенчатым. Принцип действия Однако технология записи голограмм в ВУФ-диапазоне киноформа иллюстрирует рис. 1.

пока не разработана достаточно, чтобы обсуждать возАберрационные свойства ГОЭ, как интерференциможности данного метода применительно к ВУФ-литоонных, так и синтезированных, дают дополнительные графии.

возможности разработчикам для построения сложных В то же время уже сегодня можно обсуждать приоптических систем различных классов для решения менение ГОЭ в качестве составных элементов оптичевесьма разнообразных задач. С точки зрения применения ских систем, так как такие ГОЭ могут быть записаны для коррекции аберраций на сегодняшний день наиболее в другом спектральном диапазоне или синтезированы перспективными представляются синтезированные кинонеоптическими методами. формы.

О возможности применения киноформных элементов в зеркальных проекционных системах... длине волны = 13.4 nm при отражении от брэгговского зеркала с разным количеством слоев (данные взяты из [5], где также рассматривается возможная технология создания дифракционных элементов). Как видно из этих данных, добавление одной дополнительной пары слоев изменяет фазовую задержку примерно на 0.05.

Иными словами, вполне возможно создать киноформ с числом уровней квантования фазы (количество ступенек в ступенчатой аппроксимации плавной функции при ее изменении на 2) около 10. Как известно из теории киноформов, это позволяет создавать элементы с диРис. 1. Профиль фазовой модуляции в киноформе (синтефракционной эффективностью почти 100%.

зированном ГОЭ со ступенчатым профилем). Необходимый плавный профиль заменяется кусочно-непрерывными функ- Одной из наиболее вероятных областей применения циями, в которых фаза меняется в пределах 2, а затем киноформов в ВУФ-оптике может стать замена асфериаппроксимируется ступенчатой функцией с шагами меньшей ческих зеркал сферическими или упрощение профиля глубины.

зеркал. Для анализа возможностей такого подхода в настоящей работе был проведен анализ возможности такой замены применительно к ранее рассчитанному Технология создания отражательных фазовых дифракционных решеток — ГОЭ для ВУФ-диапазона — с теоретической возможностью дифракционной эффективности в рабочий порядок дифракции до 100% от максимальной величины отражения в нулевой порядок запатентована в США [3,4]. Запатентованная идея, впрочем, достаточно близка к хорошо известным и практически освоенным в России еще в 1980-е гг. методам создания металлических отражательных ДОЭ с помощью фотолитографии, использующей проецирование (обычно с уменьшением) на фоторезист заранее изготовленного шаблона (маски). Затем экспонированная деталь подвергается травлению. Фоторезист, используемый в этих технологиях, имеет существенно иную скорость травления, нежели материал подложки, что позволяет формировать рельеф произвольной структуры, например, с профилем штриха, который обеспечивает эффективность ди- Рис. 2. Схематический разрез отражающего слой на поверхности ГОЭ для ВУФ-диапазона.

фракции в первый порядок до 100% от коэффициента отражения материала подложки. Наиболее развиты в настоящее время методы создания ГОЭ на прозрачных подложках из стекла и других материалов (освоенный диаметр — 100-150 mm) с последующим напылением металлического отражающего слоя.

Собственно, отличие технологий, запатентованных в [3,4] от вышеуказанных сводится лишь к тому, что на подложку ГОЭ с нанесенным дифракционным рельефом наносится многослойное отражательное покрытие, подобное используемому на остальных зеркальных элементах ВУФ-схемы. В этом случае зеркальное покрытие на поверхности ГОЭ должно выглядеть примерно так, как это показано на рис. 2, где чередующиеся светлые и темные слои соответствуют парам слоев брэгговского зеркала. Заметим, что речь идет о дополнительных слоях на поверхности брэгговского зеркала с большим числом пар слоев и высоким коэффициентом отражения.

Рис. 3. Зависимость фазового набега отраженного излучения Создание такой структуры вполне возможно. Это на длине волны 13.4 nm в зависимости от количества пар слоев видно из приведенной на рис. 3 зависимости фазового в структуре для разных комбинаций веществ в брэгговской набега, вносимого в волновой фронт ВУФ-излучения на структуре. Данные взяты из работы [5].

9 Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. 132 В.Ю. Венедиктов двухзеркальному ВУФ проекционному объективу [6]. объектива и его аберрации полностью повторяют исходВ этом объективе роль вторичного зеркала играет ный вариант. После оптимизации структура киноформа выпуклое ВУФ-зеркало с асферической поверхностью имеет следующие параметры:

4-го порядка. Были сделаны расчеты вариантов системы, —общее число зон (по 1) 800;

в которых такая поверхность заменялась киноформом, — нарастание фазы от центра к краю монотонное;

нанесенным на сферическую поверхность и асфериче- — пространственная плотность структуры, zon/mm;

скую 2-го порядка. Расчеты производились с помощью вблизи центрального отверстия 260, программного пакета DEMOS [7], обладающего развинаибольшая, вблизи середины световой зоны 350, тыми возможностями моделирования ГОЭ.

наименьшая, на внешней границе световой зоны 82.

В данной работе рассмотрено несколько модификаций Как видим, создание такой системы находится в двухзеркального проекционного объектива для ВУФ- пределах возможностей современной фотолитографии, литографии с применением киноформа. Предполагается, и использование ее не представляется целесообразным.

что киноформ обладает симметрией вращения.

Далее было смоделировано использование выпуклой Несмотря на схожесть влияния на волновой фронт асферической поверхности второго порядка. Использоасферических поверхностей и киноформов, невозможно вание в качестве выпуклой асферической поверхности напрямую заменить асферический элемент в оптической именно поверхности второго порядка (в нашем случае системе киноформным, не изменив остальных оптиче- гиперболоида) может иметь важное значение для упроских элементов. В нашем случае это означает, что, щения процесса изготовления оптических деталей. Дело введя киноформ на одно из зеркал, необходимо внести в том, что для контроля выпуклой асферической поизменения и в уравнение асферической поверхности верхности высшего порядка необходимы сложные схемы второго зеркала даже при отсутствии изменений в контроля, в то время как выпуклый гиперболоид может расстояниях и рабочих отрезках. Для точного воспроиз- быть проконтролирован в схеме Хиндла (свободной от ведения габаритных параметров объектива при расчетах использования асферики), или в паре с параболоидальего киноформных вариантов внесем изменения только ным зеркалом. Рассмотрен вариант, при котором выпукв эксцентриситет и коэффициенты высших порядков лое асферическое зеркало высокого порядка заменяется уравнения асферики, не изменяя радиус при вершине. поверхностью второго порядка с киноформом.

Достаточное количество коэффициентов уравнения Габаритные параметры объектива и его аберрации киноформа позволяет достичь точного воспроизведения полностью повторяют исходный вариант. После оптигабаритных и аберрационных свойств объектива при раз- мизации структура киноформа имеет следующие параличных сочетаниях их значений. Свободные параметры метры:

характеристического уравнения и параметров асферики —общее число зон (по 1) 17.5;

можно использовать для оптимизации пространствен- — нарастание фазы от центра к краю — монотонное;

ных параметров киноформа, например, распределения — пространственная плотность структуры пространственной плотности дифракционной структуры.

0.6 zon/mm.

Управление пространственными параметрами структуры Был также смоделирован и другой вариант исполькиноформа возможно за счет варьирования значений зования выпуклого гиперболоида с киноформом, котокоэффициента, определяющего его оптическую силу, рый имеет немонотонное изменение характеристической совместно с кривизной подложки, с использованием функции по радиусу.

коэффициентов асферики второго (не киноформного) Габаритные параметры объектива и его аберрации зеркала.

полностью повторяют исходный вариант. После оптиОптимальной для киноформного элемента представ- мизации структура киноформа имеет следующие параляется структура с монотонным нарастанием фазы без метры:

смены знака приращения фазы, примерно постоянной —общее число зон (по 1) 5;

плотности при минимально возможном значении плот- — монотонное нарастание фазы от центра к краю ности.

отсутствует;

Заметим, что изменения формы поверхности вогну- — пространственная плотность структуры того асферического зеркала при нанесении киноформа 0.2 zon/mm.

на выпуклое минимальны и не влияют существенно В заключение можно сказать, что применение кинона основные технологические параметры, определяющие формной оптики может удешевить и упростить изготовтрудоемкость изготовления асферики. Отступление от ление выпуклого асферического компонента объектива ближайшей сферы, крутизна поверхности, дифференци- проекционного нанолитографа (за счет применения боал асферизации и другие параметры при пересчетах лее простой асферической поверхности и более простой остаются очень близкими к первоначальному варианту.

схемы ее поверки). Разумеется, в данной работе был расСначала был рассмотрен вариант, при котором выпук- смотрен лишь один из возможных модельных вариантов.

лое асферическое зеркало высокого порядка заменяется В дальнейшем предполагается исследовать технологичена сферическое с киноформом. Габаритные параметры ские возможности изготовления таких киноформов.

Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. О возможности применения киноформных элементов в зеркальных проекционных системах... Автор признателен А.А. Старкову и А.П. Жевлакову за плодотворные обсуждения.

Работа частично основана на результатах, полученных в ходе выполнения гранта МНТЦ № 991.

Список литературы [1] Денисюк Ю.Н., Соскин С.И. // Опт. и спектр. 1971. Т. 31.

Вып. 6. С. 991.

[2] Беренберг В.А., Васильев М.В., Венедиктов В.Ю. и др. // Опт. журн. 1998. Т. 65. Вып. 12. С. 70.

[3] Naulleau P.P. Method of fabricating reflection-mode EUV diffraction elements. USA Patent 6,392,792, 2002.

[4] Sweatt W.C., Ray-Chaudhuri A.K. Diffractive element in extreme-UV lithography condenser. USA Patent 6, 118,577, 2000.

[5] Singh M., Braat J.J.M. Lithographic apparatus, device manufacturing methods, devices manufactured thereby, method of manufacturing a reflector, reflector manufactured thereby and phase shift mask. US Patent 6,777,140.

[6] Voznesensky N.B., Zhevlakov A.P. // Proc. SPIE. 2004.

Vol. 5482. P. 136–144.

[7] Gan M.A., Zhdanov D.D., Novoselsky V. et al. // Opt. Eng.

1992. Vol. 31. P. 696.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.