CN103079327B - 一种靶源预整形增强的极紫外光发生装置 - Google Patents

一种靶源预整形增强的极紫外光发生装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种靶源预整形增强的极紫外光发生装置，其中，所述极紫外光发生装置包括：真空腔，靶源发生器，靶源预整形增强器，高能发生器，能量注入器，极紫外光收集器，残余靶材收集器，其中，所述靶源预整形增强器包括：靶源运动轨迹控制器，靶源整形器，靶源探测器，极紫外光和/或等离子体探测器，同步控制器，其中同步控制器根据所述靶源探测器及极紫外光和/或等离子体探测器的监测数据，控制所述靶源发生器、靶源运动轨迹控制器、靶源整形器、高能发生器及能量注入器，以达到优化极紫外光输出能量的目的。本发明公开的极紫外光发生装置能够解决现有极紫外光发生装置能量转换效率低的问题，可有效增大装置的极紫外光输出能量。

Description

一种靶源预整形增强的极紫外光发生装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种极紫外光发生装置。
背景技术
由于半导体行业对集成电路(IC，Integrated Circuits)的集成度要求越来越高，传统的可见光或者近紫外光刻机已无法满足行业发展需求，市场需要性能更为优良的光刻设备来维持整个产业的高速发展势头。众所周知，光刻分辨率与投影物镜的数值孔径成反比，与曝光波长成正比。因此，为了提高光刻分辨率，下一代光刻机将采用波长更短的EUV（Extreme Ultraviolet，极紫外，尤其指波长为13.x nm或6.x nm的极紫外）光来取代现有的可见光、近紫外光及深紫外光，以进一步提高光刻分辨率和IC的集成度。
产生EUV光的主要途径是将高能量注入靶材，将其转化成激发态的等离子体，并向外辐射EUV光。目前，靶材的激发方法主要有两种：“激光激发等离子体”(Laser Produced Plasma，LPP)和“放电激发等离子体”(Discharge ProducedPlasma，DPP)。LPP技术主要采用大功率的脉冲激光束轰击靶材来产生EUV光，该技术已趋于成熟，最为人们所看好。
但本发明申请人在实现本申请实施例的发明技术方案过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
目前，光刻用LPP-EUV光源采用大功率脉冲激光束轰击液态金属（如，锡、锑、锂等）靶材来产生受激态等离子体，并向外辐射EUV光。研究表明，EUV光源的能量转换效率与靶材的形状及尺寸有关，当采用球形金属液滴作为被轰击靶时，所能获得的能量转换效率十分有限，导致输出的EUV光能量偏低。
发明内容
为了解决光刻用EUV光源能量转换效率低的问题，本发明提出一种靶源预整形增强的EUV光发生装置。在靶材（尤其指金属液滴靶）被轰击前，通过对其进行适当的整形增强处理，可以有效提高装置的能量转换效率，达到增大装置的EUV光输出能量的目的。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
本发明公开了一种靶源预整形增强的极紫外光发生装置，所述极紫外光发生装置包括：一真空腔，所述真空腔用于维持极紫外光传输路径上的真空环境，以减少所述极紫外光在传输路径上的光能吸收损失；一靶源发生器，所述靶源发生器部分或全部位于所述真空腔内，用于向外输出靶源；一靶源预整形增强器，所述靶源预整形增强器部分或全部位于所述真空腔内，用于接收所述靶源并对所述靶源进行预整形增强及空间位置调整；一高能发生器，所述高能发生器部分或全部位于所述真空腔外，用于产生持续时间短、能量密度高的能量；一能量注入器，所述能量注入器部分或全部位于所述真空腔外，用于将所述高能发生器产生的所述能量注入靶源内，使所述靶源转化受激态等离子体，并向外辐射极紫外光；一极紫外光收集器，所述极紫外光收集器位于所述真空腔内，用于收集所述极紫外光；一残余靶材收集器，所述残余靶材收集器部分或全部位于所述真空腔室内，用于收集和储存未被激发的靶材粒子和/或经激发后残留的靶材离子。
进一步的，所述靶源预整形增强器还包括：一靶源运动轨迹控制器，所述靶源运动轨迹控制器位于所述真空腔内，用于接收所述靶源并控制和稳定所述靶源的运动轨迹；一靶源整形器，所述靶源整形器位于所述真空腔内，用于对所述靶源进行整形增强及空间位置调整；一靶源探测器，所述靶源探测器部分或全部位于所述真空腔内，用于动态监测所述靶源的物理特征信息，所述靶源的物理特征信息包括所述靶源的位置信息和/或形状信息；一极紫外光和/或等离子体探测器，所述极紫外光和/或等离子体探测器部分或全部位于所述真空腔内，用于动态监测所述极紫外光和/或等离子体的物理特征信息，所述极紫外光和/或等离子体的物理特征信息包括所述等离子体的形态信息和/或所述极紫外光的能量信息；
进一步的，所述靶源预整形增强器还包括：一同步控制器，所述同步控制器部分或全部位于所述真空腔外，用于接收和处理所述靶源探测器及所述极紫外光和/或等离子体探测器的监测信息，并根据所述监测信息控制所述靶源发生器、所述靶源运动轨迹控制器、所述靶源整形器、所述高能发生器及所述能量注入器，以达到优化所述极紫外光输出光能量的目的。
进一步的，所述靶源探测器与所述同步控制器通信连接，用于将所述靶源探测器探测到的所述增强靶源的物理特征信息传输给所述同步控制器。
进一步的，所述极紫外光和/或等离子体探测器与所述同步控制器通信连接，用于将所述极紫外光和/或等离子体探测器探测到的极紫外光和/或等离子体的物理特征信息传输给所述同步控制器。
进一步的，所述同步控制器与所述靶源发生器通信连接，用于根据所述监控信息控制所述靶源发生器的靶源出射速度和/或靶源出射频率。
进一步的，所述同步控制器与所述靶源运动轨迹控制器通信连接，用于控制所述靶源运动轨迹控制器的气体流速和/或压力和/或气体流向和/或电场强度和/或电场方向和/或磁场强度和/或磁场方向。
进一步的，所述同步控制器与所述靶源整形器通信连接，用于控制所述靶源整形器的气体压力和/或气体施压方向和/或光子冲击力和/或光子冲击方向和/或电荷冲击力和/或电荷冲击方向。
进一步的，所述同步控制器与所述高能发生器通信连接，用于控制所述高能发生器的输出能量及能量输出时刻。
进一步的，所述同步控制器与所述能量注入器通信连接，用于所述能量注入器的注入能量范围及注入能量密度分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开的靶源预整形增强的EUV光发生装置能够能对靶源进行整形增强及空间位置精确控制，可实现注入能量与增强靶源间的优化匹配，从而有效提高装置的能量转换效率，增大EUV光的输出能量。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种靶源预整形增强的EUV光发生装置框图；
图2为本发明实施例中的一种靶源运动轨迹控制器循环气流的实施示意图；
图3为本发明实施例中的一种靶源整形器的气体压力法靶源整形的实施示意图；
附图标号:
1-真空腔、2-靶源发生器、3-靶源、4-靶源运动轨迹控制器、5-靶源整形器、6-增强靶源、7-高能发生器、8-能量注入器、9-等离子体云、10-EUV光、11-EUV光收集器、12-中间焦点、13-残余靶材收集器、14-靶源探测器、15-EUV光和/或等离子体探测器、16-同步探测器；
41-运动轨迹受控靶源、42-等间距排列气孔、43-等直径的螺旋形气流、44-非等间距排列气孔、45-直径逐渐紧缩的环形气流；
51-充气口一、52-充气口二、53-抽气口一、54-抽气口二。
具体实施方式
本发明技术方案通过提供一种靶源预整形增强装置，解决了现有技术中EUV光源能量转换效率低的问题，提高了EUV发生装置的发光效率，增大了装置的EUV光输出能量。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本发明实施例公开了一种预整形增强方法及装置，应用于EUV光发生装置，所述EUV光发生装置包括：真空腔1、靶源发生器2、靶源3、高能发生器7、能量注入器8、EUV光收集器11、残余靶材收集器13，其中，
真空腔1用于维持EUV光传输路径上的真空环境，以减少EUV光在传输路径上的光能吸收损失。
靶源发生器2部分或全部位于所述真空腔1内，用于产生靶源3（尤其指金属靶，进一步尤其指锡、锑或锂等金属液滴靶），并控制靶源3的输出速度和/或输出频率。
高能发生器7（尤其指高能脉冲激光器或高能电荷发生器）部分或全部位于所述真空腔1外，用于产生持续时间短、能量密度高的能量（尤其指高能脉冲光束或高压电荷）。
能量注入器8（尤其指光束会聚装置或放电装置）部分或全部位于所述真空腔1外，所述能量注入器8可将高能量注入靶源3中，将靶源3转化为受激态等离子体9，并向外辐射EUV光10。进一步的，能量注入器8可控制注入能量的能量密度分布。
EUV光收集器11位于所述真空腔1内，主要用于EUV光的收集。EUV光发生源中心位于所述收集器11的第一焦点处，经所述收集器11收集的EUV光将会聚于所述收集器11的第二焦点（中间焦点12）处。
残余靶材收集器13部分或全部位于所述真空腔1内，用于收集和储存未被激发的靶材粒子和/或经激发后残余的靶材离子。
进一步的，本发明实施例提供的靶源预整形增强装置还包括靶源运动轨迹控制器4、靶源整形器5、靶源探测器14、EUV光和/或等离子体探测器15及同步控制器16，其中，
靶源运动轨迹控制器4位于所述真空腔1内，用于控制和稳定所述靶源3的运动轨迹，较优的可以的在较长的距离上控制和稳定所述靶源3的运动轨迹。进一步的，所述靶源运动轨迹控制器4可以采用循环气流（尤其指氢气、氩气或混合气体）来控制和稳定所述靶源3的运动轨迹。进一步的，用于产生循环气流的气孔可以是等间距排列气孔42，如图2（a）所示，也可以是非等间距排列气孔44，如图2（b）所示，其中，所述循环气流可以是等直径气流43和/或螺旋形气流43，如图2（a）所示，也可以是直径逐渐紧缩的气流45和/或环形气流45，如图2（b）所示。经所述靶源运动轨迹控制器4输出的靶源为运动轨迹受控靶源41。
靶源整形器5位于所述真空腔1内，用于对所述运动轨迹受控靶源41进行整形增强处理和空间位置调整。进一步的，所述靶源整形器5的整形增强和空间位置调整可以采用气体加压的方式实现，如图3所示，其中，输入气流（尤其指氢气、氩气或混合气体）可以由充气口一51和充气口二52充入靶源整形器5内，输出气流可以由抽气口一53和抽气口二54抽离靶源整形器5。进一步的，经由充气口一51和充气口二52的输入气流间可以有一定气压差，最终可将输入的运动轨迹受控靶源41整形为增强（尤其指扁球形、扁柱形、平凹形、平凸形或凹凸形等）靶源6，并可对其输出位置进行细微调整。进一步的，经由充气口一51和充气口二52的输入气流及经由抽气口一53和抽气口二54的输出气流可以为持续气流和/或脉冲气流。进一步的，脉冲气流可以为间隔均匀的脉冲气流，也可为间隔不均匀的脉冲气流。
靶源探测器14部分或全部位于所述真空腔1内，用于动态监测经所述靶源整形器5后，到达能量注入点附近的增强靶源6的物理特征信息，具体来说所述物理特征信息包括靶源3的位置信息和/或形状信息。
EUV光和/或等离子体探测器15部分或全部位于所述真空腔1内，用于动态监测所述整形后的增强靶源6经高能注入后，转化为激发态等离子体云9并向外辐射的所述极紫外光和/或等离子体的物理特征信息，其中，极紫外光和/或等离子体的物理特征信息包括所述等离子体的形态信息和/或所述极紫外光的能量信息。
同步控制器16部分或全部位于所述真空腔1外，用于接收和处理所述靶源探测器14和EUV光和/或等离子体探测器15的监测信息，并根据所述检测信息控制所述靶源发生器2、靶源运动轨迹控制器3、靶源整形器4、高能发生器7及能量注入器8，以实现增强靶源位置与能量注入点的优化匹配，以及增强靶源质量密度分布与注入能量密度分布间的优化匹配，最终达到优化输出EUV光能量的目的。
进一步的，靶源探测器14与同步控制器16通信连接，用于将靶源探测器14探测到的所述增强靶源的物理特征信息传输给同步控制器16。
进一步的，EUV光和/或等离子体探测器15与同步控制器16通信连接，用于将EUV光和/或等离子体探测器15探测到的极紫外光和/或等离子体的物理特征信息传输给同步控制器16。
进一步的，同步控制器16与靶源发生器2通信连接，用于根据所述监控信息控制靶源发生器2的靶源出射速度和/或靶源出射频率。
进一步的，同步控制器16与靶源运动轨迹控制器4通信连接，用于控制靶源运动轨迹控制器4的气体流速和/或压力和/或气体流向和/或电场强度和/或电场方向和/或磁场强度和/或磁场方向。
进一步的，同步控制器16与靶源整形器5通信连接，用于控制靶源整形器5的气体压力和/或气体施压方向和/或光子冲击力和/或光子冲击方向和/或电荷冲击力和/或电荷冲击方向。
进一步的，同步控制器16与高能发生器7通信连接，用于控制高能发生器7的输出能量及能量输出时刻。
进一步的，同步控制器16与能量注入器8通信连接，用于能量注入器8的注入能量范围及注入能量密度分布。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本发明公开的靶源预整形增强的EUV光发生装置能够通过实现注入能量与靶源间的优化匹配，解决现有EUV光发生装置能量转换效率低的问题，从而有效增大EUV光的输出能量。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种靶源预整形增强的极紫外光发生装置，其特征在于，所述极紫外光发生装置包括：
一真空腔，所述真空腔用于维持极紫外光传输路径上的真空环境，以减少所述极紫外光在传输路径上的光能吸收损失；
一靶源发生器，所述靶源发生器部分或全部位于所述真空腔内，用于向外输出靶源；
一靶源预整形增强器，所述靶源预整形增强器部分或全部位于所述真空腔内，用于接收所述靶源并对所述靶源进行预整形增强及空间位置调整；
一高能发生器，所述高能发生器部分或全部位于所述真空腔外，用于产生持续时间短、能量密度高的能量；
一能量注入器，所述能量注入器部分或全部位于所述真空腔外，用于将所述高能发生器产生的所述能量注入靶源内，使所述靶源转化受激态等离子体，并向外辐射极紫外光；
一极紫外光收集器，所述极紫外光收集器位于所述真空腔内，用于收集所述极紫外光；
一残余靶材收集器，所述残余靶材收集器部分或全部位于所述真空腔室内，用于收集和储存未被激发的靶材粒子和/或经激发后残留的靶材离子；
其中，所述靶源预整形增强器还包括：
一靶源运动轨迹控制器，所述靶源运动轨迹控制器位于所述真空腔内，用于接收所述靶源并控制和稳定所述靶源的运动轨迹；
一靶源整形器，所述靶源整形器位于所述真空腔内，用于对所述靶源进行整形增强及空间位置调整；
一靶源探测器，所述靶源探测器部分或全部位于所述真空腔内，用于动态监测所述靶源的物理特征信息，所述靶源的物理特征信息包括所述靶源的位置信息和/或形状信息；
一极紫外光和/或等离子体探测器，所述极紫外光和/或等离子体探测器部分或全部位于所述真空腔内，用于动态监测所述极紫外光和/或等离子体的物理特征信息，所述极紫外光和/或等离子体的物理特征信息包括所述等离子体的形态信息和/或所述极紫外光的能量信息。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述靶源预整形增强器还包括：
一同步控制器，所述同步控制器部分或全部位于所述真空腔外，用于接收和处理所述靶源探测器及所述极紫外光和/或等离子体探测器的监测信息，并根据所述监测信息控制所述靶源发生器、所述靶源运动轨迹控制器、所述靶源整形器、所述高能发生器及所述能量注入器，以达到优化所述极紫外光输出光能量的目的。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述靶源探测器与所述同步控制器通信连接，用于将所述靶源探测器探测到的所述增强靶源的物理特征信息传输给所述同步控制器。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述极紫外光和/或等离子体探测器与所述同步控制器通信连接，用于将所述极紫外光和/或等离子体探测器探测到的极紫外光和/或等离子体的物理特征信息传输给所述同步控制器。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述同步控制器与所述靶源发生器通信连接，用于根据所述监测信息控制所述靶源发生器的靶源出射速度和/或靶源出射频率。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述同步控制器与所述靶源运动轨迹控制器通信连接，用于控制所述靶源运动轨迹控制器的气体流速和/或压力和/或气体流向和/或电场强度和/或电场方向和/或磁场强度和/或磁场方向。
7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述同步控制器与所述靶源整形器通信连接，用于控制所述靶源整形器的气体压力和/或气体施压方向和/或光子冲击力和/或光子冲击方向和/或电荷冲击力和/或电荷冲击方向。
8.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述同步控制器与所述高能发生器通信连接，用于控制所述高能发生器的输出能量及能量输出时刻。
9.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述同步控制器与所述能量注入器通信连接，用于所述能量注入器的注入能量范围及注入能量密度分布。
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