图1： 实验装置中主要光学元件的示意图。该装置还出现在以下YouTube视频中： LINX EUV无透镜成像装置 - 代尔夫特理工大学。

背景

Sven Weerdenburg 博士最近从代尔夫特理工大学成像物理系的光学研究小组毕业，现在在 ASML 从事 EUV 成像工作。他的论文重点是半导体类结构的 EUV 计量学。常见的计量技术(如电子显微镜)可提供高空间分辨率，但在检测日益复杂的半导体结构时缺乏检索 3D 信息所需的穿透深度。此外，当应用于 EUV 光刻掩模计量时，它们不会直接产生相关的对比度或灵敏度，因为在电子束下观察到的缺陷可能与使用 EUV 光观察到的缺陷截然不同。

EUV 成像提供高空间分辨率和紫外线灵敏度，但是，“EUV 成像的一个大问题是，在这个波长范围(10 至 30 nm)中没有可用的传统光学元件，而具有足够或足够高数值孔径的 EUV 光学元件(反射镜)非常昂贵。

在这里，我们展示了一个已发表的研究项目 [Shao et al. 2024]，其中 Weerdenburg 博士研究了“无镜头成像”的可能性，即使用叠层成像进行下一代 EUV 计量的概念。“我们照亮类似半导体的目标，并使用全真空 EUV CCD 相机捕获衍射图案，”Weerdenburg 博士在讨论图 1 所示的实验装置时说。EUV 光束扫描样品表面并收集衍射图样，从中提取振幅和相位信息，以计算方式检索样品的高分辨率空间图像。这种分析方法允许用户检测半导体或光刻掩模上的缺陷，尤其是 EUV 范围内的缺陷。

EUV 范围内的改进控制利用了此处介绍的方法，作为一种可能有用的质量保证方法，特别是对于半导体生产管道。

挑战

有一系列因素使这种新颖的实验方法成为一项挑战。首先，重建图像的最终空间分辨率在很大程度上取决于成像设置几何形状以及使用传感器采集的衍射图案的质量。此外，由于 EUV 光不会通过空气传播，因此半导体生产过程中的 EUV 工艺(例如光刻)必须在真空条件下进行。

探测器的另一个要求是在 EUV 范围内具有高灵敏度，并结合芯片冷却功能，以实现最小噪声以实现最佳信号采集。Weerdenburg 博士还提到：“从这个意义上说，相机成为无镜头光学系统中唯一的光学部件，然后相机的尺寸主要决定了成像系统的数值孔径，因此相机探测器越大，NA 就越大。

为了优化信号检测，需要具有大物理尺寸、高 EUV 灵敏度、低噪声和真空完全兼容性的传感器。

我真正喜欢 [PI-MTE3] 相机的一点是它附带的 LightField 软件。它是一个强大的软件包，易于控制，并且在主软件包中可以调整的内容方面有很大的自由度。---Sven Weerdenburg 博士

图 2：A+B) 波长为 17.30 nm (A) 和 17.93 nm (B) 的晶圆样品上纳米结构的叠层重建。图像的亮度和色调分别表示复值对象的振幅和相位。当不同波长的探针照亮样品上的不同区域时，重建的物体显示出偏移的视场。C) 具有各种类型结构和制造缺陷的晶圆样品的 SEM 图像，用于比较。D) ROI 1 中啁啾光栅的轮廓，由具有不同间距的 200 nm、100 nm 和 50 nm 线组成。插图：啁啾光栅的最佳部分，间距为 150 nm，线宽为 50 nm。E) 在重新聚焦之前(左)和之后(右)的方形区域 ROI 2(有制造缺陷)和 ROI 3 中的光栅，以增强对比度。F) 在 ROI 4-6 中放大重建的结构。由于反射几何中的样品分辨率不均匀，因此只能解析 2D 光栅的水平光栅和水平部分。摘自 [Shao et al. 2024]。

　　解决方案

PI-MTE3 CCD相机非常适合这个项目的实验需求，提供真空兼容性、从紫外线到软X射线的直接检测窗口，以及在极紫外波段(10-124 eV)的高量子效率峰值。PI-MTE3传感器可以深冷至-50°C，并能以最小噪声进行高灵敏度信号收集。传感器的大物理尺寸对这个项目来说是最佳选择，在ptychography设置中提供了大的数值孔径，从而提高了图像质量。四端口读出架构提供了7到10倍更高的帧率，并且可以用于快速诊断。

PI-MTE3的所有功能以及Teledyne Princeton Instruments的全系列产品都在Lightfield这个用户友好型软件包中进行控制，该软件包足够灵活，可以针对不同的实验进行优化。