CN117311099A - 激发源阵列与辐射源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种激发源阵列与辐射源装置，主要涉及极紫外光刻技术领域。激发源阵列，包括：多个激发源，激发源用于产生光辐射；第一激发源与第二激发源之间的间距，与第一激发源和第二激发源的电功率之和成正相关关系，第一激发源与第二激发源为多个激发源中相邻的两个激发源；其中每个激发源的电功率小于或等于对应的电功率上限值。本发明中，增加了产生的光辐射的输出功率，使得辐射收集面处的光辐射通量得到叠加和增加，同时将功率分散输入到多个激发源，使得产生的热量分配到更大的空间中容易消散，在增大光辐射的输出功率的同时降低了单个激发源位置的温度。
Description
技术领域
本发明涉及光辐射源的产生，尤其包括极紫外光刻技术领域，具体涉及一种激发源阵列与辐射源装置。
背景技术
极紫外光刻(Extreme Ultra-violet，简称EUV光刻)采用波长为13.5纳米的极紫外光作为光源的下一代光刻技术，可使曝光波长一下子降到13.5纳米，它能够把光刻技术扩展到32纳米以下的特征尺寸，极紫外光光源是14纳米制程以下的芯片制造光刻机的核心组件。
EUV光源主要通过以下5种技术方案获得，分别是：同步辐射源、自由电子激光器、激光等离子体(Laser Produced Plasma，LPP)、气体放电等离子体(Discharged ProducedPlasma，DPP)和激光辅助放电等离子体(Laser-assisted Discharge Plasma，LDP)。
极紫外光辐射在光束整形聚焦时需要通过多个反射镜，以使极紫外光辐射适用于光刻，但是反射镜会吸收大部分的极紫外光辐射，造成极紫外光辐射的功率大大降低。
以DPP极紫外光源为例，为了获取高功率的极紫外光辐射，常用的方法是加大供给到电极对的高压交变电功率，但是电功率增大会导致电极对瞬态发热增大，严重的甚至会烧毁电极对；除了散热问题以外，还会产生电极碎片飞向极紫外光功率收集的目标方向。虽然可以通过水冷等方式来带走电极对所产生的热量，起到一定的散热效果。但是散热效果较差，无法根本性地解决电极产生的瞬态热量的积聚的问题。
基于上述问题的存在，单纯增加DPP极紫外光源的功率存在着明显的上限，导致DPP极紫外光源的输出光功率无法得到真正的提升，使得DPP极紫外光源目前仅能在实验环境下使用，无法真正应用到芯片制作中。
发明内容
本发明的目的是提供了一种激发源阵列与辐射源装置，集成了多个激发源的激发源阵列增加了激发源阵列的总功率，即增加了产生的光辐射的输出功率，使得辐射收集面处的光辐射通量得到叠加和增加，同时将功率分散输入到多个激发源，使得产生的热量分配到更大的空间中，在增大光辐射的输出功率的同时降低了单个激发源的热量。
为实现上述目的，本发明提供了一种激发源阵列，包括：多个激发源，所述激发源用于产生光辐射；第一激发源与第二激发源之间的间距，与所述第一激发源和所述第二激发源的电功率之和成正相关关系，所述第一激发源与所述第二激发源为所述多个激发源中相邻的两个所述激发源；其中每个所述激发源的电功率小于或等于对应的电功率上限值。
本发明还提供了一种辐射源装置，包括：激发腔体、上述的激发源阵列以及辐射收集面；所述激发腔体上设置有开口，所述激发源阵列设置在所述激发腔体中，所述辐射收集面正对所述开口。
本发明实施例中，在激发源阵列中，相邻的两个激发源之间的间距，决定了输入到这两个激发源的电功率，两个激发源之间的间距越大，这两个激发源的电功率之和越大。基于此，将总的激发功率分散到多个激发源的激发源阵列会增加了激发源阵列的总功率，从而增加了产生的光辐射的输出功率，使得辐射收集面处的光辐射通量得到叠加和增加，同时将功率分散输入到多个激发源，使得产生的热量分配到更大的空间中，在增大光辐射的输出功率的同时相对降低了单个激发源的热量。
在一个实施例中，所述多个激发源排列形成的阵列关于一个平面对称，所述平面与辐射收集面的垂直，使得所述多个激发源产生的光辐射在所述辐射收集面处形成垂直于所述辐射收集面预设长度内的平行光辐射。
在一个实施例中，所述多个激发源位于同一条直线上，所述多个激发源所在的直线垂直穿过辐射收集面。
在一个实施例中，若第一激发源与第二激发源之间的间距小于预设间距阈值，第一激发源与第二激发源之间的间距，与所述第一激发源和所述第二激发源的电功率之和成正比的比值为第一预设比例值；若第一激发源与第二激发源之间的间距大于或等于预设间距阈值，第一激发源与第二激发源之间的间距，与所述第一激发源和所述第二激发源的电功率之和成正比的比值为第二预设比例值；所述第一预设比例值小于所述第二预设比例值。
在一个实施例中，所述多个激发源形成二维矩形阵列。
在一个实施例中，所述多个激发源包括多个激发源组，每个所述激发源组中包含的多个所述激发源在一条直线上，且对应于辐射收集面上的一个辐射收集点。
在一个实施例中，每个所述激发源组中包含的位于同一条直线上的多个所述激发源等间距排列。
在一个实施例中，多个所述激发源组中包含的位于同一条直线上的多个所述激发源对应于辐射收集面上的同一个辐射收集点。
在一个实施例中，所述多个激发源中相邻的两个激发源之间的间距在1毫米与100毫米之间。
在一个实施例中，所述光辐射为光子、电子或者离子。
在一个实施例中，所述激发源包括：相对设置的两个电极，所述两个电极之间的间隙中设置有激发介质；所述激发源中的两个所述电极产生高压交变电脉冲激发所述激发介质形成光辐射。
在一个实施例中，所述多个激发源形成在相对设置的两个电极层上。
在一个实施例中，每个所述电极包括：依次接触设置的冷却单元、控制单元以及发射场源；在同一所述激发源中的两个所述电极的所述发射场源相对设置。
在一个实施例中，每个所述电极中的冷却单元为以下任意一种类型：气体循环冷却，液体循环冷却和固体导热冷却。
在一个实施例中，所述激发源包括激光源与靶材；所述激光源发射激光辐照到所述靶材上形成光辐射。
附图说明
图1是本发明一个实施例的激发源阵列的示意图；
图2是本发明一个实施例的激发源阵列应用在辐射源装置中的示意图；
图3是本发明一个实施例的激发源阵列中相邻两个激发源之间的间距与输入总功率(电功率之和)IInput以及输出总功率(辐射功率之和)Ioutput成正相关关系的示意图；
图4是本发明另一个实施例的激发源阵列应用在辐射源装置中的示意图；
图5是本发明一个实施例的激发源阵列中单个激发源的示意图；
图6是本发明一个实施例的激发源阵列应用在辐射源装置中光辐射示意图；
图7是图6中激发源阵列所产生的光辐射的示意图；
图8是本发明另一个实施例的激发源阵列的示意图；
图9是图8中的激发源阵列应用在辐射源装置中的示意图；
图10是本发明另一个实施例的激发源阵列应用在辐射源装置中所产生的光辐射的示意图；
图11是本发明另一个实施例的激发源阵列应用在辐射源装置中所产生的示意图，其中多个激发源组对应于不同的辐射收集点；
图12是本发明另一个实施例的激发源阵列应用在辐射源装置中所产生的示意图，其中多个激发源组对应于同一个辐射收集点。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的各实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。
除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。
在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。
如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“或/和”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。
在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
本发明一个实施方式涉及一种激发源阵列，用于产生垂直于辐射收集面的光辐射。其中，光辐射为光子(例如为极紫外光子)、电子或者离子。
本实施例中，请参考图1至图11，激发源阵列包括：多个激发源1，激发源1用于产生光辐射；第一激发源11与第二激发源12为多个激发源1中相邻的两个激发源1，第一激发源11与第二激发源12之间的间距，与第一激发源11和第二激发源12的电功率之和成正相关关系，其中每个激发源1的电功率小于或等于对应的电功率上限值，激发源阵列中所包含的多个激发源1的电功率上限值可以相等也可以不相同，本实施例中以及激发源阵列中所包含的每个激发源1的电功率上限值相等且为Im为例进行说明。
在激发源阵列中，相邻的两个激发源1之间的间距D，决定了输入到这两个激发源的最大电功率，因为电功率等同于电功率在电极处产生的热量，巨大的热量形成电极处温升，导致电极的损坏，即热量限制了最大电功率之和的总量的增加。两个激发源1之间的间距越大，散热效果越好，电极处温升越小，这两个激发源就能输入更大的功率，即电功率之和越大；相邻两个激发源1之间的间距与输入到这两个激发源1的电功率之和的关系为：两个激发源1之间的间距的大小，需要确保输入到这两个激发源1任一激发源1中的电功率所产生的热量的扩散不会引起输入到另一个激发源1处热量的叠加，导致其达到甚至超过最高热量或者温度阈值，使电极提前损坏。所以当两个激发源太为靠近时，输入电功率由于阈值限制无法过高输入。适当拉开激发源之间的距离，能够增加总体的输入电功率的输入，才能产生更大的最大输入功率，形成最大输出功率(辐射功率)。基于此，将总的激发功率分散到多个激发源的激发源阵列会增加了激发源阵列的总功率，从而增加了产生的光辐射的输出功率，使得辐射收集面S处的光辐射通量得到叠加和增加，同时将功率分散输入到多个激发源1，使得产生的热量分配到更大的空间中，在增大光辐射的输出功率的同时相对降低了单个激发源的热量。
本实施例中的激发源阵列应用于辐射源装置，辐射源装置包括上述的激发源阵列、激发腔体20以及辐射收集面S，激发源阵列设置在激发腔体20中，激发腔体20上设置有开口201，辐射收集面S正对开口201，由此辐射收集面S能够通过开口201收集激发源阵列所产生的极紫外光辐射；其中，激发腔体20由不透光材料制成，辐射收集面S与开口201平行且中心对齐。
在一个例子中，若第一激发源11与第二激发源12之间的间距小于预设间距阈值，第一激发源11与第二激发源12之间的间距，与第一激发源11和第二激发源12的电功率之和成正比的比值为第一预设比例值；若第一激发源11与第二激发源12之间的间距大于或等于预设间距阈值，第一激发源11与第二激发源12之间的间距，与第一激发源11和第二激发源12的电功率之和成正比的比值为第二预设比例值；第一预设比例值小于第二预设比例值。
举例来说，请参考图3，输入到第一激发源11的电功率为I1，输入到第二激发源12的电功率为I2，第一激发源11与第二激发源12的电功率之和I3＝I1+I2，第一激发源11与第二激发源12之间的间距D小于预设间距阈值a时，间距D与电功率I3之间的正比例关系如图2中第一阶段所示；当第一激发源11与第二激发源12之间的间距D大于预设的间距阈值a时，间距D与电功率I3之间的正比例关系如图3中第二阶段所示，第一阶段的直线的斜率小于第二阶段直线的斜率；另外，在第三阶段中，第一激发源11和第二激发源12的电功率之和无限接近2Im(Im为单个激发源能够获得的最大输入电功率)。基于图3的相邻两个激发源(第一激发源11和第二激发源12)之间的间距D与两个激发源(第一激发源11和第二激发源12)的电功率之和IInput(即输入总功率)成正相关关系的示意图；另外，还可以用图3来表示相邻两个激发源(第一激发源11和第二激发源12)之间的间距D与两个激发源(第一激发源11和第二激发源12)的辐射功率之和Ioutput(即输出总功率)成正相关关系的类似的示意图。
其中，激发源阵列中包含的多个激发源1中单个激发源1的电功率上限值为Im，则Im≤I3≤2Im；对于相邻的第一激发源11与第二激发源12来说，如果相距为零，由于散热限制，输入到同一地点的两个激发源1的功率最多等于Im，即输入的电功率之和最多等于Im。设置输入到第一激发源11与第二激发源12的电功率相等，即输入到单个激发源1的电功率为Im/2。也可以优先确保输入到其中一个激发源1的电功率为Im，则输入到另一个激发源1的电功率为(I3-Im)。
需要说明的是，对于一个激发源1来说，若该激发源1周围包括多个激发源1则需要保证该激发源1与相邻的任意一个激发源1之间的电功率和与这两个激发源1之间的间距满足上述的正相关关系。
另外，多个激发源1中相邻的两个激发源1之间的间距在1毫米与100毫米之间；如，预设间距阈值a为[1毫米，20毫米]范围中的任意一个值。
本实施例中，激发源1可以采用气体放电等离子体DPP技术或者激光等离子体LPP技术的激发源。
在一个实施例中，请参考图4与图5，采用气体放电等离子体DPP技术的激发源1包括：相对设置的两个电极13，两个电极13之间的间隙中设置有激发介质14(例如为氙气)；激发源1中的两个电极13产生高压交变电脉冲激发激发介质14形成光辐射。其中，请参考图4，多个激发源1可以形成在相对设置的两个电极层2上，即在单个激发源1中，相对设置的两个电极13分别形成在相对设置的两个电极层2上，由此可以将多个激发源1形成在相对设置的两个电极层2上，每个激发源1的激发介质14设置在两个电极13之间的间隙中。
在一个例子中，每个电极层2包括：冷却层21、与冷却层21接触设置的控制单元层22以及形成在控制单元层22上的多个发射场源23，控制层22中设置了与各发射场源23一一对应的控制单元，两块电极层2上的发射场源23的数量相等且空间位置一一对应，由此在两个电极层2上的形成了多对相对设置的发射场源对，即在两个电极层2之间形成了多个相对设置的电极对；每个发射场源对包含的两个发射场源23之间存在间隙，多个激发介质14分别设置在多对发射场源对之间的间隙中。相邻两个激发源1所产生的高压交变电脉冲可以在时间上同时或者错开。其中，冷却层21由散热材料制成，能够对控制单元层22以及多个发射场源133进行冷却，尽可能的减小热量的聚集。
在一个例子中，在单个激发源1所包含的相对设置的两个电极13中，请参考图5，每个电极13包括依次接触设置的冷却单元131、控制单元132以及发射场源133；在同一激发源1中的两个电极13的发射场源133相对设置。其中，冷却单元131由散热材料制成，能够对控制单元132以及发射场源133进行冷却，尽可能的减小热量的聚集；控制单元132用于接收控制信号，并基于控制信号控制流入发射场源133的电流；两个相对的发射场源133基于输入的电流产生高压交变电脉冲对激发介质14进行激发，产生的等离子体辐射即为激发源1所产生的光辐射。其中，每个电极13中的冷却单元131为以下任意一种类型：气体循环冷却，液体循环冷却和固体导热冷却。
需要说明的是，本实施例以及之后的实施例中均以激发源为采用气体放电等离子体DPP技术的激发源为例进行说明。
在另一个实施例中，采用激光等离子体LPP技术的激发源1为激光源；激光源发射激光辐照到靶材上，在靶材表面形成等离子体，造成等离子体的极紫外光辐射；多个激光源发射的多个激光辐射同时或先后辐照到靶材上，导致多个辐射点的光辐射辐照到到辐射收集面S后的辐射功率增强。
在一个实施例中，多个激发源1位于同一条直线上，多个激发源1所在的直线穿过辐射收集面S，位于同一条直线上的多个激发源1中相邻两个激发源1之间的间距大小可以相同或不同。在一个例子中，多个激发源1位于同一条直线上，多个激发源1所在的直线垂直穿过辐射收集面S。请参考图6与图7，多个激发源1所在的直线L1与辐射收集面S垂直，且穿过辐射收集面S，直线L1与辐射收集面S的交点为辐射收集点，多个激发源1产生的光辐射在在光辐射叠加区域中叠加，使得辐射收集点处得到光辐射叠加和增强，相对于单个激发源，多个激发源1产生的辐射光束穿过激发腔体20的开口201在辐射收集点处形成趋向于与辐射收集面S垂直的平行光，由此辐射收集面S能够收集到更加适用于光刻的辐射光线；需要说明的是，图6与图7中以位于同一条直线上的多个激发源1中相邻两个激发源1之间的间距大小为同一固定值为例。
在一个实施例中，多个激发源1排列形成的阵列关于一个平面对称，平面与辐射收集面S的垂直，使得多个激发源1产生的光辐射在辐射收集面S处形成垂直于辐射收集面S预设长度内的平行光辐射。即多个激发源1形成二维阵列是一个对称阵列，对称面为与辐射收集面S的垂直的平面，由此多个激发源1产生的光辐射在辐射收集面S叠加形成的光辐射为垂直于辐射收集面S预设长度内的平行光辐射。
请参考图8至图10(以多个激发源1形成在相对设置的两个电极层上为例)，多个激发源1形成的阵列为二维矩形阵列(图中仅示意性画出了激发源1的数量)，二维矩形激发源阵列关于平面M对称，平面M为辐射收集面S的中垂面，由此二维矩形激发源阵列中的多个激发源1产生的光辐射在辐射收集面S处叠加形成的光辐射为垂直于辐射收集面S预设长度内的平行光辐射。
在一个实施例中，多个激发源1包括多个激发源组，每个激发源组中包含的多个激发源1在一条直线上，且对应于辐射收集面S上的一个辐射收集点，多个激发源组中的多个激发源1产生的光辐射在辐射收集面S处叠加形成的光辐射为垂直于辐射收集面S的平行光辐射。即每个激发源组中所包含的多个激发源1均在一条直线上，该直线穿过辐射收集面S上的一个点，该点即为该激发源组对应的辐射收集点；其中，各激发源组所包含的激发源1的数量可以相同或不同，各激发源组所对应的辐射收集面S上的辐射收集可以相同或不同。
在一个例子中，每个激发源组中包含的位于同一条直线上的多个激发源1等间距排列。对于每个激发源组来说，该激发源组中包含的位于同一条直线上的多个激发源1中任意相邻的两个激发源1之间的距离均为一个固定值。
请参考图11，激发源阵列包括5个激发源组1，每个激发源组包括位于一条直线上的5个激发源1，5个激发源组分别对应于对应的辐射收集面S上不同的辐射收集点，激发源阵列关于平面M对称，多个激发源1产生的光辐射在辐射收集面S处叠加形成的光辐射为垂直于辐射收集面S的平行光辐射。
请参考图12，激发源阵列包括5个激发源组1，每个激发源组包括位于一条直线上的多个激发源1，5个激发源组对应于对应的辐射收集面S上同一个辐射收集点，激发源阵列关于平面M对称，多个激发源1产生的光辐射在辐射收集面S处叠加形成的光辐射为垂直于辐射收集面S的平行光辐射。
本发明另一实施例提供了一种辐射源装置，请参考图1至图12，辐射源装置包括前述实施例中的激发源阵列，激发腔体20以及辐射收集面S，激发源阵列设置在激发腔体20中，激发腔体20上设置有开口201，辐射收集面S正对开口201，由此辐射收集面S能够通过开口201收集激发源阵列所产生的极紫外光辐射；其中，激发腔体20由不透光材料制成，辐射收集面S与开口201平行且中心对齐。
以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。
考虑到上文的详细描述，能对实施例做出这些和其它变化。一般而言，在权利要求中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。
Claims (16)
1.一种激发源阵列，其特征在于，包括：多个激发源，所述激发源用于产生光辐射；
第一激发源与第二激发源之间的间距，与所述第一激发源和所述第二激发源的电功率之和成正相关关系，所述第一激发源与所述第二激发源为所述多个激发源中相邻的两个所述激发源；其中每个所述激发源的电功率小于或等于对应的电功率上限值。
2.根据权利要求1所述的激发源阵列，其特征在于，所述多个激发源排列形成的阵列关于一个平面对称，所述平面与辐射收集面的垂直，使得所述多个激发源产生的光辐射在所述辐射收集面处形成垂直于所述辐射收集面预设长度内的平行光辐射。
3.根据权利要求1所述的激发源阵列，其特征在于，所述多个激发源位于同一条直线上，所述多个激发源所在的直线垂直穿过辐射收集面。
4.根据权利要求1所述的激发源阵列，其特征在于，若第一激发源与第二激发源之间的间距小于预设间距阈值，第一激发源与第二激发源之间的间距，与所述第一激发源和所述第二激发源的电功率之和成正比的比值为第一预设比例值；
若第一激发源与第二激发源之间的间距大于或等于预设间距阈值，第一激发源与第二激发源之间的间距，与所述第一激发源和所述第二激发源的电功率之和成正比的比值为第二预设比例值；所述第一预设比例值小于所述第二预设比例值。
5.根据权利要求2所述的激发源阵列，其特征在于，所述多个激发源形成二维矩形阵列。
6.根据权利要求2所述的激发源阵列，其特征在于，所述多个激发源包括多个激发源组，每个所述激发源组中包含的多个所述激发源在一条直线上，且对应于辐射收集面上的一个辐射收集点。
7.根据权利要求6所述的激发源阵列，其特征在于，每个所述激发源组中包含的位于同一条直线上的多个所述激发源等间距排列。
8.根据权利要求6所述的激发源阵列，其特征在于，多个所述激发源组中包含的位于同一条直线上的多个所述激发源对应于辐射收集面上的同一个辐射收集点。
9.根据权利要求1所述的激发源阵列，其特征在于，所述多个激发源中相邻的两个激发源之间的间距在1毫米与100毫米之间。
10.根据权利要求1所述的激发源阵列，其特征在于，所述光辐射为光子、电子或者离子。
11.根据权利要求1所述的激发源阵列，其特征在于，所述激发源包括：相对设置的两个电极，所述两个电极之间的间隙中设置有激发介质；
所述激发源中的两个所述电极产生高压电脉冲激发所述激发介质形成光辐射。
12.根据权利要求11所述的激发源阵列，其特征在于，所述多个激发源形成在相对设置的两个电极层上。
13.根据权利要求11所述的激发源阵列，其特征在于，每个所述电极包括：依次接触设置的冷却单元、控制单元以及发射场源；在同一所述激发源中的两个所述电极的所述发射场源相对设置。
14.根据权利要求13所述的激发源阵列，其特征在于，每个所述电极中的冷却单元为以下任意一种类型：气体循环冷却，液体循环冷却和固体导热冷却。
15.根据权利要求1所述的激发源阵列，其特征在于，所述激发源包括激光源与靶材；所述激光源发射激光辐照到所述靶材上形成光辐射。
16.一种辐射源装置，其特征在于，包括：激发腔体、权利要求1至15中任一项所述的激发源阵列以及辐射收集面；所述激发腔体上设置有开口，所述激发源阵列设置在所述激发腔体中，所述辐射收集面正对所述开口。
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2022
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