專利名稱：基于固體液體組合靶材的極紫外光源產(chǎn)生裝置及光源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光應(yīng)用領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于固體液體組合靶材的極紫外光源產(chǎn)生裝置及光源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著光刻技術(shù)的發(fā)展期所需的線寬必將越來越窄，所面臨的挑戰(zhàn)也將越來越大。目前所用的光源波長已經(jīng)到了 193nm的極紫外波段，并且已經(jīng)突破了 22節(jié)點(diǎn)的途徑，目前國際上正在積極的研究作為下一代光刻技術(shù)中最有前景的方法，以便制造出集成度更高的電路?，F(xiàn)在極紫外(extreme ultraviolet,EUV)光刻技術(shù)不能量產(chǎn)的主要原因是EUV功率低，不能用于大規(guī)模的商業(yè)用途。目前主要通過兩種方法獲得EUV光源:一種是同步輻射，另一種是高密度、高溫等離子體輻射。同步輻射產(chǎn)生EUV光源由于其所需裝備龐大且復(fù)雜，造價(jià)昂貴，因此雖然對光學(xué)系統(tǒng)中的光學(xué)元件沒有污染，壽命也較長但是缺乏靈活性以及實(shí)用性，所以一般采用后者獲得EUV光源?；诟呙芏?、高溫等離子體輻射產(chǎn)生EUV光源的方法有兩種，即氣體放電等離子體(discharge produced plasma, DPP)和激光等離子體(laser produced plasma, LPP)。DPP由于在增加電流輸入的功率提高EUV輸出功率的同時(shí)也增加了絕緣體和電極的腐蝕和熱負(fù)載，也會產(chǎn)生碎屑對整個(gè)系統(tǒng)造成污染?，F(xiàn)在一般采用LPP的方法獲得高功率、高清潔度、高穩(wěn)定性的EUV光源。激光致等離子體極紫外輻射是一種最受歡迎的EUV光源。采用固體靶材會在產(chǎn)生高溫高密度的等離子體的同時(shí)，更多噴出的被激光燒蝕的靶材呈現(xiàn)低溫、高密度中性或者輕微等離子化的碎片形態(tài)。這種碎屑會破壞反射鏡，導(dǎo)致鏡面反射率降低，從而影響EUV的收集，導(dǎo)致低EUV輸出。采用液體靶的原理圖如圖1所示，這種光源主要包括:泵浦激光102，靶材裝置101，收集鏡103。一束或多束激光聚焦后與靶材在收集鏡的一個(gè)焦點(diǎn)處作用。靶材受熱氣化、電離。受激電離的高電離態(tài)離子輻射出13.5nm的極紫外光。這種極端紫外波段的輻射光被收集鏡收集并輸出。如圖1所示的LPP光源中使用液滴錫靶，相比固體靶材有比較低的碎屑。但是液滴靶一般通過將錫熔化后在高壓氣體以及高頻振動的作用下通過小孔噴射形成，技術(shù)復(fù)雜，并且激光與液滴靶必須在空間和時(shí)間上同步，難度大，特別是噴口容易在高頻超聲波的作用下侵蝕，需要經(jīng)常更換。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于固體液體組合靶材的極紫外光源產(chǎn)生裝置，旨在解決現(xiàn)有的固體靶材碎屑多以及現(xiàn)有的液滴靶技術(shù)復(fù)雜且實(shí)現(xiàn)難度大的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種極紫外光源產(chǎn)生裝置，包括聚焦透鏡、電機(jī)、軸承、溫度控制器、液體靶材、器皿和固體靶材；所述固體靶材位于所述聚焦透鏡的焦平面上，所述器皿用于放置所述液體靶材，所述器皿位于所述固體靶材的下方，所述固體靶材部分浸入所述液體靶材中；溫度控制器用于給所述器皿中的液體靶材加熱使之保持液態(tài)；軸承位于所述固體靶材的中心，所述電機(jī)與所述軸承相連，所述電機(jī)用于驅(qū)動所述固體靶材繞所述軸承轉(zhuǎn)動，所述固體靶材轉(zhuǎn)動時(shí)粘附液體靶材；工作時(shí)，激光光束通過聚焦透鏡聚焦后轟擊粘附在所述固體靶材上方的液體靶材，激光與液體靶材相互作用產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射出極紫外光。更進(jìn)一步地，所述固體靶材為圓盤狀，圓盤的中心與軸承機(jī)械相連。更進(jìn)一步地，所述固體靶材的熔點(diǎn)高于所述液體靶材的熔點(diǎn)。更進(jìn)一步地，所述液體靶材的材料為錫。更進(jìn)一步地，所述固體靶材的材料為銅、鐵或不銹鋼。本發(fā)明還提供了一種光源系統(tǒng)，包括脈沖激光器、激光放大器、真空腔室、收集鏡和極紫外光源產(chǎn)生裝置，所述極紫外光源產(chǎn)生裝置為上述的極紫外光源產(chǎn)生裝置。更進(jìn)一步地，收集鏡為鍍有多層膜的橢球面鏡。本發(fā)明因使激光轟擊液體靶材，其產(chǎn)生固體碎屑的可能大大降低，因此能夠極大的消除碎屑對反射鏡以及其他光學(xué)元件的污染；其次，固體-液體組合靶材能夠及時(shí)修復(fù)由于產(chǎn)生EUV消耗的靶材，因此不像固態(tài)靶材，使用時(shí)間過長后靶材表面產(chǎn)生的凹陷影響EUV的產(chǎn)生，造成輸出的不穩(wěn)定，固體-液體組合靶材能保證脈沖激光一直垂直入射到液體靶材上，提高其產(chǎn)生EUV的穩(wěn)定性；而且液體靶材池能循環(huán)使用，降低了使用成本；技術(shù)實(shí)現(xiàn)容易。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的基于液體靶材的激光等離子體極紫外光源的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于固體-液體組合靶材的激光等離子體極紫外光源的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例將現(xiàn)在產(chǎn)生EUV光源中普遍采用的液滴靶用固體與液體組合的靶材代替，能獲得更高功率清潔的EUV輸出。本發(fā)明實(shí)施例提供的極紫外光源產(chǎn)生裝置包括聚焦透鏡、電機(jī)、軸承、溫度控制器、液體靶材、器皿和固體靶材；固體靶材位于聚焦透鏡的焦平面上，器皿用于放置液體靶材，器皿位于固體靶材的下方，固體靶材部分浸入液體靶材中；溫度控制器用于給器皿中的液體靶材加熱使之保持液態(tài)；軸承位于固體靶材的中心，電機(jī)用于驅(qū)動固體靶材繞軸承轉(zhuǎn)動，固體靶材轉(zhuǎn)動時(shí)粘附液體靶材；工作時(shí)，激光光束通過聚焦透鏡聚焦后轟擊粘附在固體靶材上方的液體靶材，激光與液體靶材相互作用產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射出極紫外光。本發(fā)明采用高功率脈沖CO2激光轟擊固體-液體組合靶材，克服了用高功率脈沖CO2激光轟擊固體靶材時(shí)，靶材上不可避免的會出現(xiàn)由于激光轟擊產(chǎn)生等離子體而形成的凹陷。激光在垂直入射在聚焦點(diǎn)處靶材上時(shí)其激光極紫外轉(zhuǎn)換效率(conversionefficiency, CE)是最高的，而凹陷的形成會導(dǎo)致激光有時(shí)不能垂直入射到祀材上,有時(shí)候又能夠垂直入射在靶材上，這種過程是隨機(jī)的。這就造成了 EUV產(chǎn)生的不穩(wěn)定，凹陷的出現(xiàn)還會使靶材不一定處于激光的聚焦點(diǎn)從而對其輸出產(chǎn)生影響，因此需經(jīng)常更換靶材。并且在伴隨著EUV產(chǎn)生的同時(shí)也會產(chǎn)生影響反射鏡反射率的碎屑。還克服了液滴噴射靶技術(shù)復(fù)雜以及激光轟擊液滴噴射靶在時(shí)間和空間上同步難的問題。在本發(fā)明實(shí)施例中，固體靶材可以為圓盤狀，圓盤的中心與軸承機(jī)械相連，軸承由電機(jī)控制。固體靶材的熔點(diǎn)高于液體靶材的熔點(diǎn)。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，液體靶材優(yōu)選錫；固體靶材的材料可以為銅、鐵或不銹鋼。本發(fā)明還提供了一種光源系統(tǒng)，包括脈沖激光器、激光放大器、真空腔室、收集鏡和極紫外光源產(chǎn)生裝置，其中極紫外光源產(chǎn)生裝置為上述的極紫外光源產(chǎn)生裝置，為了節(jié)省篇幅，在此不再贅述。其中，收集鏡可以為鍍有多層膜的橢球面鏡。溫度控制器210可以為感應(yīng)加熱電源。感應(yīng)加熱電源主要由逆變器、諧振單元、變壓器和感應(yīng)器組成。其中逆變器是一個(gè)交-直-交的變流器，將工頻交流電能變成幾千至幾百千赫茲的中頻或高頻電能。諧振單元和變壓器一端連接逆變器，另一端連接感應(yīng)器，將高壓變成隔離的低壓并進(jìn)行阻抗匹配。本發(fā)明實(shí)施例因使激光轟擊液態(tài)Sn，其產(chǎn)生固體碎屑的可能大大降低，因此能夠極大的消除碎屑對反射鏡以及其他光學(xué)元件的污染；其次，固體-液體組合靶材能夠及時(shí)修復(fù)由于產(chǎn)生EUV消耗的靶材，因此不像固態(tài)靶材，使用時(shí)間過長后靶材表面產(chǎn)生的凹陷影響EUV的產(chǎn)生，造成輸出的不穩(wěn)定，固體-液體組合靶材能保證脈沖激光一直垂直入射到液態(tài)Sn上，提高其產(chǎn)生EUV的穩(wěn)定性；而且錫池能循環(huán)使用，降低了使用成本；最后其技術(shù)實(shí)現(xiàn)容易。為了更進(jìn)一步地說明本發(fā)明實(shí)施例提供的光源系統(tǒng)，現(xiàn)結(jié)合圖2詳述如下:光源系統(tǒng)包括脈沖激光器201、激光放大器202、真空腔室206、收集鏡205和極紫外光源產(chǎn)生裝置，其中，極紫外光源產(chǎn)生裝置包括聚焦透鏡204、電機(jī)208、軸承209、溫度控制器210、液體靶材211、器皿212和固體靶材213 ;固體靶材213位于聚焦透鏡204的焦平面上，器皿212用于放置液體祀材211,器皿212位于固體祀材213的下方，固體祀材213部分浸入液體靶材211中；溫度控制器210用于給器皿212中的液體靶材211加熱使之保持液態(tài)；軸承209位于固體靶材213的中心，電機(jī)208用于驅(qū)動固體靶材213繞軸承209轉(zhuǎn)動，固體靶材213轉(zhuǎn)動時(shí)粘附液體靶材211 ;工作時(shí)，激光光束通過聚焦透鏡204聚焦后轟擊粘附在固體靶材213上方的液體靶材211，激光與液體靶材相互作用產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射出極紫外光。在本發(fā)明實(shí)施例中，固體靶材213處于聚焦透鏡204的焦平面處；經(jīng)過激光放大器202放大之后的光束進(jìn)入窗口 203，通過聚焦透鏡204聚焦之后轟擊在粘有液態(tài)錫211的固體靶材213上。激光與液態(tài)錫相互作用產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射出極紫外光。固體靶材213為一圓盤，其中心與軸承209機(jī)械相連，軸承209由電機(jī)208控制。固體靶材213下端浸沒在裝有液態(tài)錫211的器皿212中。器皿212底部裝有溫度控制器210。收集鏡205為鍍有多層膜橢球面鏡。極紫外光源的整個(gè)產(chǎn)生與收集過程均需要在真空的環(huán)境下進(jìn)行。由腔體207包裹的整個(gè)區(qū)域即為真空206。在本發(fā)明實(shí)施例中，C02脈沖激光器201可以為一臺電光調(diào)Q、脈沖為30ns、輸出波長為10.6 μ m的射頻激勵(lì)波導(dǎo)C02脈沖激光器，產(chǎn)生脈沖激光束，經(jīng)過激光放大器202得到高功率的脈沖激光光束，經(jīng)由入射窗口 203，進(jìn)入真空環(huán)境。在本發(fā)明實(shí)施例中，錫為產(chǎn)生EUV的最佳材料，本實(shí)驗(yàn)優(yōu)選錫為液體靶材。由于錫靶的熔點(diǎn)為231.89°C，固體靶材213所選擇的材料必須是熔點(diǎn)高于錫的材料，例如銅、不銹鋼、鐵等熔點(diǎn)高的金屬，所以固體靶材213不會在經(jīng)過液態(tài)錫211時(shí)改變固體靶的表面結(jié)構(gòu)。當(dāng)固體-液體靶材工作時(shí)，電機(jī)208控制軸承209轉(zhuǎn)動，軸承209與固體靶材213機(jī)械相連，帶動固體靶材213在垂直方向轉(zhuǎn)動。由于固體靶材213下端浸沒在液態(tài)錫211中，在固體靶材213轉(zhuǎn)動的時(shí)候就可以粘附液態(tài)錫211，可以將銅靶表面磨砂，這樣更易均勻吸附液態(tài)錫211，在表面形成一層均勻的液體層。由于固體靶材213只是邊緣部分浸沒在液態(tài)錫211中，因此經(jīng)過聚焦之后的激光轟擊處于聚焦透鏡204焦點(diǎn)處的固體靶材213時(shí)，轟擊固體靶材的地方需要粘有液態(tài)錫211.溫度控制器210工作時(shí)，感應(yīng)器中流過強(qiáng)大的高頻電流，在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此導(dǎo)體迅速被加熱，錫吸收熱量處于液態(tài)。由于固體靶材213—直在轉(zhuǎn)動，因而表面粘附的錫由于產(chǎn)生EUV而消耗掉的，可以在經(jīng)過液態(tài)錫池后得到修復(fù)重新形成平面，與入射的激光束垂直。這樣就降低了輸出EUV功率的不穩(wěn)定性，也保證了祀材一直處于激光聚焦的焦點(diǎn)處。激光轟擊液態(tài)錫211產(chǎn)生等離子體由鍍有多層膜橢球面鏡收集鏡205收集，激光轟擊液態(tài)錫211產(chǎn)生等離子體的地方為橢球面鏡的第一個(gè)焦點(diǎn)，等離子體輻射出的極紫外光經(jīng)由橢球面鏡反射之后聚焦于橢球面鏡的第二個(gè)焦點(diǎn)處，從而可以形成EUV的輸出。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種極紫外光源產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括聚焦透鏡、電機(jī)、軸承、溫度控制器、液體靶材、器皿和固體靶材； 所述固體靶材位于所述聚焦透鏡的焦平面上，所述器皿用于放置所述液體靶材，所述器皿位于所述固體靶材的下方，所述固體靶材部分浸入所述液體靶材中；溫度控制器用于給所述器皿中的液體靶材加熱使之保持液態(tài)；軸承位于所述固體靶材的中心，所述電機(jī)與所述軸承相連，所述電機(jī)用于驅(qū)動所述固體靶材繞所述軸承轉(zhuǎn)動，所述固體靶材轉(zhuǎn)動時(shí)粘附液體靶材； 工作時(shí)，激光光束通過聚焦透鏡聚焦后轟擊粘附在所述固體靶材上方的液體靶材，激光與液體靶材相互作用產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射出極紫外光。
2.如權(quán)利要求1所述的極紫外光源產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述固體靶材為圓盤狀，圓盤的中心與軸承機(jī)械相連。
3.如權(quán)利要求1所述的極紫外光源產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述固體靶材的熔點(diǎn)高于所述液體靶材的熔點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的極紫外光源產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述液體靶材的材料為錫。
5.如權(quán)利要求4所述的極紫外光源產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述固體靶材的材料為銅、鐵或不銹鋼。
6.一種光源系統(tǒng)，包括脈沖激光器、激光放大器、真空腔室、收集鏡和極紫外光源產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述極紫外光源產(chǎn)生裝置為權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的極紫外光源產(chǎn)生裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的光源系統(tǒng)，所述收集鏡為鍍有多層膜的橢球面鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種極紫外光源產(chǎn)生裝置，包括聚焦透鏡、電機(jī)、軸承、溫度控制器、液體靶材、器皿和固體靶材；固體靶材位于聚焦透鏡的焦平面上，器皿用于放置液體靶材，器皿位于固體靶材的下方，固體靶材部分浸入液體靶材中；溫度控制器用于給器皿中的液體靶材加熱使之保持液態(tài)；軸承位于固體靶材的中心，電機(jī)與軸承相連，電機(jī)用于驅(qū)動固體靶材繞軸承轉(zhuǎn)動，固體靶材轉(zhuǎn)動時(shí)粘附液體靶材；工作時(shí)，激光光束通過聚焦透鏡聚焦后轟擊粘附在所述固體靶材上方的液體靶材，激光與液體靶材相互作用產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射出極紫外光。本發(fā)明能夠極大的消除碎屑對反射鏡以及其他光學(xué)元件的污染；能提高其產(chǎn)生EUV的穩(wěn)定性；成本低；技術(shù)實(shí)現(xiàn)容易。
文檔編號G03F7/20GK103105740SQ20131001593
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者馬蓉, 王新兵, 左都羅, 盧宏, 陸培祥 申請人:華中科技大學(xué)