[发明专利]一种激光等离子体方式的极紫外光源发生及表征装置

说明书

一种激光等离子体方式的极紫外光源发生及表征装置，包含高功率纳秒激光器、极紫外光源发生器、掠入射平场光谱仪、极紫外能量探测器和离子碎屑探测器；其中，高功率纳秒激光器发出高能量短脉冲激光，短脉冲激光经过平面反射镜和真空窗片进入极紫外光源发生器，随后短脉冲激光在发生器真空腔内被透镜聚焦并打到靶材上；靶材在短脉冲激光的作用下被加热、蒸发和电离，最终形成高温致密的等离子体，等离子体持续吸收激光能量并向外辐射极紫外光；掠入射平场光谱仪和极紫外能量探测器都与极紫外光源发生器输出窗口相连，分别实现对光源光谱的探测和对光源带内功率的定量测量。

技术领域

本发明涉及一种激光等离子体方式的极紫外光源发生及表征装置，包括光源的发生、光谱探测、带内功率定量测量和碎屑离子的探测。本发明属于极紫外光刻光源领域。

背景技术

光刻是通过涂胶、曝光、显影和刻蚀等一系列生产步骤，按照电路设计将晶圆表面的特定部分去除的工艺。光刻技术是当今半导体芯片制造行业的核心技术之一，它的出现使得电子器件的特征尺寸不断减小，芯片的集成度和性能不断提高。自上世纪80年代问世以来，光刻技术快速迭代，按照曝光光源波长的差异，光刻技术经历了紫外(EV)光刻(436nm、365nm)，深紫外(DUV)光刻(248nm、193nm)和极紫外(EUV)光刻(13.5nm)三个阶段。与上一代深紫外光刻技术相比，极紫外光刻的分辨率大为提高，可以实现10nm以下特征尺寸芯片的大批量加工。

激光等离子体(Laser Produced Plasma,LPP)被认为是产生极紫外光刻光源的最佳方式之一。该方式产生的极紫外光源具有带内功率高、碎屑污染小和系统稳定性强等优点。LPP极紫外光源的原理如下：高功率纳秒脉冲激光激发靶材(如Sn、Li、Xe、Gd等)，靶材表面被加热、汽化和电离后形成了高温致密等离子体，等离子体中的电子与离子相互碰撞并通过韧致辐射向外辐射出极紫外光。LPP过程产生的EUV辐射包含了很多波长不一的极紫外射线，其中只有一部分是光刻过程所需要的，这部分的光功率被称为带内功率。带内功率的高低与光刻的生产能力息息相关，所以提高LPP极紫外光刻光源系统的带内功率是推进极紫外光刻技术的重要一环。另外，LPP过程中还会伴随产生许多碎屑，包括固体微颗粒、中性原子、分子和高能离子等。尤其是高能碎屑离子会通过附着、消融和溅射等方式损坏光刻系统中光学元件的膜层并降低其反射率，这导致光刻系统寿命的急剧减少并大大增加了使用及维护成本，所以研究碎屑特性和缓解碎屑是极紫外光刻光源系统的另一个关键技术。

因此，为提高极紫外光刻光源的带内功率及降低碎屑污染，亟需一套紧凑的极紫外光刻光源产生及表征装置来进行相关的技术研究。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种激光等离子体方式的极紫外光源发生及表征装置，从而实现光谱探测、对光源带内功率的定量测量和对碎屑离子的探测。

本发明可以通过以下技术方案来实现：一种激光等离子体方式的极紫外光源发生及表征装置，包含高功率纳秒激光器、极紫外光源发生器、掠入射平场光谱仪、极紫外能量探测器和离子碎屑探测器。

其中，高功率纳秒激光器发出高能量短脉冲激光，短脉冲激光经过平面反射镜和真空窗片进入极紫外光源发生器，随后短脉冲激光在发生器真空腔内被透镜聚焦并打到靶材上；靶材在短脉冲激光的作用下被加热、蒸发和电离，最终形成高温致密的等离子体，等离子体持续吸收激光能量并向外辐射极紫外光；掠入射平场光谱仪和极紫外能量探测器都与极紫外光源发生器输出窗口相连，分别实现对光源光谱的探测和对光源带内功率的定量测量；离子碎屑探测器放置在极紫外光源发生器腔内，可以收集部分反应过程中产生的高能离子，进而表征离子碎屑的动能和角度分布等特性。

所述极紫外光源发生器包括真空腔、透镜、真空腔内的靶材及其靶材控制装置。透镜安装在真空一维电动平移台上，可以沿着激光入射方向前后移动。靶材被固定在由两维电动平移台上，每当脉冲激光与靶材反应结束，靶材沿着竖直或水平方向移动一定的距离以确保每一发脉冲激光激发的都是新的靶材表面。