CN106444295A - 一种双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置，包括激光器光源、真空靶室，激光器光源包括驱动光源CO2激光器光源和辅助光源Nd:YAG激光器光源，真空靶室内两个聚焦透镜成角度设置在靶系统的外侧；Nd:YAG激光器与其对应的聚焦透镜之间设置有半波片、偏振片和楔形棱镜，CO2激光器与其对应的聚焦透镜之间设置有准直透镜、镀金硅镜面和ZnSe镜片；Nd:YAG激光器光源经楔形棱镜分裂成两束后，照射靶系统产生两个等离子体，与CO2激光器光源照射靶系统作用产生碰撞等离子体。设置驱动光源和辅助光源结合产生碰撞等离子体，显著提高了EUV光源的效率，固体靶和液体靶相结合，具有成本低、效率高的特点，适于推广应用。

Description

一种双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体光源的产生装置，具体指一种双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置。
背景技术
光刻技术是大规模集成电路生产中的关键技术之一，其中光刻光源的研发又是首要问题。光刻技术中一个重要的指标就是光刻系统的特征尺寸； 通常，光刻系统的特征尺寸（线宽）由下面的公式来表示：
R=k1λ/NA （1）
式中：k1为工艺因子，与光刻胶材料的性质、加工技术及光学系统成像技术有关,NA为数值孔径，λ为曝光波长。为了有效减小线宽工艺，从式（1）可以看出最直接有效的方式就是减小光刻中所使用的曝光波长。光刻技术曝光波长的缩短沿着可见光436 nm(高压水银弧光灯g线)￫远紫外365 nm (高压水银弧光灯i线)￫深紫外248 nm (KrF受激准分子激光器)￫深紫外193 nm (ArF受激准分子激光器)的路线进行着。而增大NA是另一种提高分辨率的途径；在现有193nm曝光技术的基础上，通过两次成像浸入式光刻技术能够实现特征尺寸为22nm节点晶圆的制造。通过浸入式方法虽然增大了NA，但其增大毕竟有限，因此分辨率的进一步提高仍需要在减小波长的方面寻找出路。目前，对于解决特征尺寸小于22 nm技术节点的方案而言，193 nm多次成像光刻技术尚不成熟，因为多次成像意味着比两次成像更高的成本，另外多次成像的掩膜技术也需要很大的成本投入；因此，193 nm多次成像光刻技术所遇到的困局为研究极紫外(EUV:extreme ultraviolet)光刻技术打开了大门。
极紫外和更短波长的光会被空气和传统的透镜吸收，所以传统的棱镜透射式光学系统或镜面反射光学系统将不能适用，需要用全反射式光学系统或基于干涉效应的多层膜结构来实现反射式光学系统,且必须安装在真空腔室里；此外，波长必须控制得非常窄，不然会破坏图像的对比度。
由于基于多层Mo/Si反射镜在13.5nm波长上2%带宽内(即所谓的“内带”)能够获得70%以上的反射率，人们选择了13.5nm的EUV光源作为下一代光刻技术光源的波长。13.5 nm极紫外光刻技术本来拟于22 nm节点晶圆的制造上被引入，但由于光源效率和掩模开发等方面的问题而一再被推迟。
光源等离子体的生成大致分为利用激光照射方式(LPP: Laser producedplasma)和放电等离子(DPP: Discharge produced plasma)两种方式。目前最有效的光源等离子体生成方式是双脉冲激光照射锡液滴靶(Sn droplet)。然而，该技术的一个缺陷是目前能够获得的最高功率为250W，距离量产要求仍有一定的距离；另一个缺陷是生产锡液滴需要很高的工程技术要求；因此，亟需设计一种新型等离子体产生装置，以解决上述技术问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种成本低、效率高的双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置，显著提高了EUV光源的效率。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置，包括激光器光源、真空靶室及位于真空靶室内的靶系统和聚焦透镜，所述激光器光源包括驱动光源和辅助光源，驱动光源由CO2激光器产生，辅助光源由用于产生等离子体的Nd:YAG激光器产生；所述真空靶室内靶系统设置在中心位置，两个光源入射聚焦透镜成角度设置在靶系统的外侧；所述Nd:YAG激光器与其光源对应入射的聚焦透镜之间设置有楔形棱镜，Nd:YAG激光器光源经楔形棱镜分裂成两束后，照射靶系统产生两个等离子体，与CO2激光器光源照射靶系统作用产生碰撞等离子体。
作为本案的优化方案，所述Nd:YAG激光器与楔形棱镜之间依次设置有半波片和偏振片。
作为本案的优化方案，所述CO2激光器与其光源对应入射的聚焦透镜之间依次设置有准直透镜、镀金硅镜面和ZnSe镜片，镀金硅镜面位于两片准直透镜之间。
作为本案的优化方案，所述靶系统由固体靶和液体靶组成，固体靶为镀膜不锈钢转轮，液体靶盛装在容器内并设置在固体靶下方，固体靶的下半部分竖直浸入液体靶内；步进电机通过齿轮传动机构带动固体靶旋转，固体靶旋转过程中附着液体靶。
作为本案的优化方案，所述液体靶为液态合金Galinstan或锡液滴。
作为本案的优化方案，所述靶系统通过一支撑架固定在真空靶室的中心位置。
作为本案的优化方案，所述CO2激光器光源的脉宽为30 ns，输出波长为10600 nm。
作为本案的优化方案，所述Nd:YAG激光器光源的脉宽为10 ns，输出波长为1064nm，能量为300 mJ。
本发明的有益效果是：
1、针对现有技术中EUV光源效率不足，通过设置驱动光源和辅助光源结合产生碰撞等离子体，利用碰撞等离子体可以产生更有效的EUV辐射，显著提高了EUV光源的效率；
2、设置固体靶和液体靶相结合的靶系统，相较于液滴靶系统具有成本低、可控性高的特点；
3、结构合理，操作便捷，与现有技术相较有更好的经济效益和市场前景，适于推广应用。
附图说明
图1为本发明双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置的结构示意图；
图2为本发明双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置中靶系统的结构示意图；
图中：1-Nd:YAG激光器，2-半波片，3-偏振片，4-楔形棱镜，5-聚焦透镜，6-靶系统，7-CO2激光器，8-准直透镜，9-镀金硅镜面，10-ZnSe镜片，11-真空靶室，12-固体靶，13-液体靶，14-步进电机，15-齿轮传动机构，16-支撑架，17-信号发生器。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明及其效果作进一步阐述。
如图1所示，一种双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置，包括激光器光源、真空靶室及位于真空靶室内的靶系统和聚焦透镜，所述激光器光源包括驱动光源和辅助光源，驱动光源由CO2激光器7产生，辅助光源由用于产生等离子体的Nd:YAG激光器1产生；其中，CO2激光器光源采用脉宽为30 ns，输出波长为10600 nm的光，Nd:YAG激光器光源采用脉宽为10 ns，输出波长为1064 nm，能量为300 mJ的光；真空靶室11内靶系统6通过一支撑架16设置在靶室的中心位置，两个聚焦透镜5成一定角度设置在靶系统6的外侧，分别用于驱动光源和辅助光源的入射聚焦；其中，Nd:YAG激光器1与其光源对应入射的聚焦透镜5之间设置有楔形棱镜4，Nd:YAG激光器1光源经楔形棱镜4分裂成两束后，照射靶系统6产生两个等离子体，与CO2激光器7光源照射靶系统6作用产生碰撞等离子体，进而辐射产生EUV光被收集，两束激光器的脉冲产生时间则由信号发生器17和延迟发生器控制；针对现有技术中EUV光源效率不足，通过设置驱动光源和辅助光源结合产生碰撞等离子体，利用碰撞等离子体可以产生更有效的EUV辐射，显著提高了EUV光源的效率。
进一步地，为了优化光源的各项参数，Nd:YAG激光器1与楔形棱镜4之间依次设置有半波片2和偏振片3。CO2激光器7与其光源对应入射的聚焦透镜5之间依次设置有准直透镜8、镀金硅镜面9和ZnSe镜片10，以减小实验室所用的CO2激光器的Tail效应；其中镀金硅镜面9位于两片准直透镜8之间，ZnSe镜片的焦距一般为10 cm， 镀金硅镜面9位于焦点处。
更进一步地，如图2所示，所述靶系统6由固体靶12和液体靶13两部分组成，固体靶12为镀膜不锈钢转轮，其通过齿轮传动机构15可在竖直平面内旋转，液体靶13盛装在容器内并位于固体靶12下方，且固体靶12镀膜不锈钢转轮的下半部分竖直浸入液体靶13内；液体靶13和齿轮传动机构15均固定在支撑架16上，步进电机14通过齿轮传动机构15带动镀膜不锈钢转轮旋转，镀膜不锈钢转轮旋转过程中附着液体靶，且步进电机的转速由信号发生器来调节。所述液体靶为液态合金Galinstan或锡液滴；其中，液态合金Galinstan是镓、铟和锡的合金，成分的质量百分比一般为68% Ga, 22% In 和 10% Sn，熔点为−19℃，即室温时为液体；若液体靶13为锡液滴时，则容器下方要进一步安装电容为加热装置，以保证锡为液体状态。
以上实施例仅是示例性的，并不会局限本发明，应当指出对于本领域的技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，所做出的其它等同变型和改进，均应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置，包括激光器光源、真空靶室及位于真空靶室内的靶系统和聚焦透镜，其特征在于：所述激光器光源包括驱动光源和辅助光源，驱动光源由CO2激光器（7）产生，辅助光源由用于产生等离子体的Nd:YAG激光器（1）产生；所述真空靶室（11）内靶系统（6）设置在中心位置，两个光源入射聚焦透镜（5）成角度设置在靶系统（6）的外侧；所述Nd:YAG激光器（1）与其光源对应入射的聚焦透镜（5）之间设置有楔形棱镜（4），Nd:YAG激光器（1）光源经楔形棱镜（4）分裂成两束后，照射靶系统（6）产生两个等离子体，与CO2激光器（7）光源照射靶系统（6）作用产生碰撞等离子体。
2.根据权利要求1所述的双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置，其特征在于：所述Nd:YAG激光器（1）与楔形棱镜（4）之间依次设置有半波片（2）和偏振片（3）。
3.根据权利要求1所述的双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置，其特征在于：所述CO2激光器（7）与其光源对应入射的聚焦透镜（5）之间依次设置有准直透镜（8）、镀金硅镜面（9）和ZnSe镜片（10），镀金硅镜面（9）位于两片准直透镜（8）之间。
4.根据权利要求1-3任一所述的双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置，其特征在于：所述靶系统（6）由固体靶（12）和液体靶（13）组成，固体靶（12）为镀膜不锈钢转轮，液体靶（13）盛装在容器内并设置在固体靶（12）下方，固体靶（12）的下半部分竖直浸入液体靶（13）内；步进电机（14）通过齿轮传动机构（15）带动固体靶（12）旋转，固体靶（12）旋转过程中附着液体靶（13）。
5.根据权利要求4所述的双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置，其特征在于：所述液体靶（13）为液态合金Galinstan或锡液滴。
6.根据权利要求4所述的双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置，其特征在于：所述靶系统（6）通过一支撑架（16）固定在真空靶室（12）的中心位置。
7.根据权利要求1所述的双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置，其特征在于：所述CO2激光器光源的脉宽为30 ns，输出波长为10600 nm。
8.根据权利要求1所述的双脉冲碰撞等离子体极紫外光刻光源产生装置，其特征在于：所述Nd:YAG激光器光源的脉宽为10 ns，输出波长为1064 nm，能量为300 mJ。
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