一種可調(diào)諧寬波段激光等離子體極紫外光源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種可調(diào)諧寬波段激光等離子體極紫 外光源。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于集成芯片生產(chǎn)的光刻技術(shù)的分辨率受限于所用光刻光源的波長(zhǎng)。使用較短波 長(zhǎng)的光刻光源在提高光刻分辨率的同時(shí)，還有利于進(jìn)一步減小芯片的尺寸。光刻機(jī)光源的 波長(zhǎng)從365nm發(fā)展至248nm，進(jìn)一步發(fā)展至193nm，光刻分辨率也提高到了 16nm節(jié)點(diǎn)。中心 波長(zhǎng)在13. 5nm的極紫外光源的采用，已將光刻分辨率提高至14腹，且荷蘭的ASML公司即將 使用該種極紫外光源的光刻機(jī)投入量產(chǎn)。為進(jìn)一步提高光刻機(jī)分辨率，對(duì)光刻光源的研究 轉(zhuǎn)入了波長(zhǎng)在6.Xnm的極紫外光源。
[0003] 由于極紫外光極易被吸收，對(duì)光刻機(jī)中的光學(xué)器件要求很嚴(yán)格，用極紫外測(cè)試光 源對(duì)極紫外光學(xué)器件的測(cè)試就很有必要。目前的測(cè)試光源波長(zhǎng)多為13. 5nm，例如，用脈沖激 光燒蝕固體錫靶輻射出13. 5nm的極紫外光。但激光燒蝕固體靶產(chǎn)生碎肩較多，極易對(duì)收集 鏡造成損害，所以采用液滴錫靶來產(chǎn)生13. 5nm波段的極紫外光源。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(dòng)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。而波長(zhǎng)在6.Xnm波段的極紫外光源所用的靶材為固體Gd等高熔點(diǎn)金屬靶材， 很難實(shí)現(xiàn)液滴靶材，于是就面臨碎肩污染的問題。目前需要通過更換靶材來實(shí)現(xiàn)極紫外波 長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換，尚且還沒有能同時(shí)實(shí)現(xiàn)13. 5nm和6.Xnm兩個(gè)波段的極紫外測(cè)試光源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種可調(diào)諧寬波段激光等離 子體極紫外光源，以鎵銦錫合金作為靶材，產(chǎn)生的極紫外光在13.Xnm和6.Xnm波段均有 較強(qiáng)輻射，其中13.Xnm波段主要由激光燒蝕錫產(chǎn)生等離子體輻射產(chǎn)生，而6.Xnm主要由 激光燒蝕鎵產(chǎn)生等離子體輻射產(chǎn)生，并且通過控制作用在靶材上的激光功率密度，能有效 控制兩個(gè)波段的輻射強(qiáng)度。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種可調(diào)諧寬波段激光等離子體極紫外光源，其 特征在于，包括脈沖激光器以及設(shè)置在真空腔中的反射鏡、聚焦透鏡、鎵銦錫合金靶材和收 集鏡；工作時(shí)，所述脈沖激光器發(fā)出的激光被所述反射鏡反射后到達(dá)所述聚焦透鏡，在所述 鎵銦錫合金靶材的液面上形成聚焦光斑，激發(fā)所述鎵銦錫合金靶材產(chǎn)生等離子體，等離子 體輻射產(chǎn)生極紫外光，極紫外光被所述收集鏡收集后用作測(cè)試光源。
[0006] 優(yōu)選地，所述收集鏡為將橢球形腔體去除兩端后得到的筒狀結(jié)構(gòu)。
[0007] 優(yōu)選地，通過調(diào)整所述脈沖激光器輸出的激光能量或在所述鎵銦錫合金靶材的液 面上形成的聚焦光斑大小，調(diào)整作用在所述鎵銦錫合金靶材上的激光功率密度，進(jìn)而改變 極紫外光光譜中各波段的光譜強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)光譜的可調(diào)諧。
[0008] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效 果：采用常溫下呈液態(tài)的鎵銦錫合金作為靶材，能減少等離子體碎肩污染，與液態(tài)金屬錫等 靶材相比，不需要高溫加熱，無需高溫防冷卻裝置，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置，降低了實(shí)驗(yàn)成本；激光 燒蝕產(chǎn)生的鎵銦錫合金的等離子體輻射出的光譜覆蓋了 2~20nm波段，相比以鎵為靶材輻 射的6~7nm波段的光譜以及以錫為靶材輻射出的中心波長(zhǎng)在13. 5nm的光譜，實(shí)現(xiàn)了寬波 段光譜輻射；由仿真結(jié)果可以看出，通過改變外界實(shí)驗(yàn)條件，如激光能量、激光在靶面上的 聚焦效果等，能改變產(chǎn)生的等離子體的電子溫度，進(jìn)而改變等離子體中離子的種類和比例， 最終改變等離子體輻射產(chǎn)生的光譜中各波段的光譜強(qiáng)度，即實(shí)現(xiàn)了光譜的可調(diào)諧；將產(chǎn)生 的極紫外輻射通過收集鏡收集，即可作為測(cè)試光源。綜上，本發(fā)明的有益效果是用相對(duì)簡(jiǎn)單 的實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧的寬光譜光源的產(chǎn)生。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的可調(diào)諧寬波段激光等離子體極紫外光源的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010] 圖2是鎵的等離子體電子溫度隨激光功率密度的變化曲線；
[0011] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的極紫外光源在等離子體電子溫度在15~35eV時(shí)輻射出的 極紫外光光譜；
[0012] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的極紫外光源在等離子體電子溫度在40~60eV時(shí)輻射出的 極紫外光光譜。
[0013] 在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1_脈沖激光 器，2-真空腔，3-反射鏡，4-聚焦透鏡，5-鎵銦錫合金靶材，6-靶材容器，7-等離子體，8-極 紫外光，9-收集鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 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(duì) 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。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0015] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的可調(diào)諧寬波段激光等離子體極紫外光源包括脈沖激 光器1、真空腔2、反射鏡3、聚焦透鏡4、鎵銦錫合金靶材5和收集鏡9。反射鏡3、聚焦透鏡 4、鎵銦錫合金靶材5和收集鏡9設(shè)置在真空腔2中，工作時(shí)，脈沖激光器1發(fā)出的激光通過 真空腔2的窗口入射至反射鏡3,被反射鏡3反射后到達(dá)聚焦透鏡4,由聚焦透鏡4輸出的 光在鎵銦錫合金靶材5的液面上形成聚焦光斑，其作用于鎵銦錫合金靶材5,產(chǎn)生等離子體 7,等離子體7輻射產(chǎn)生極紫外光8,極紫外光8被收集鏡9收集后用作測(cè)試光源。
[0016] 具體地，脈沖激光器1為0)2激光器或Nd:YAG激光器；鎵銦錫合金靶材5盛放在 靶材容器6中，鎵銦錫合金沒有鎵的化學(xué)性質(zhì)活躍，能與多種金屬和塑料共存，比較常用的 盛放鎵銦錫合金的容器材料為不銹鋼，因此，靶材容器6采用不銹鋼靶池；收集鏡9為將橢 球形腔體去除兩端后得到的筒狀結(jié)構(gòu)，筒內(nèi)壁鍍有多層鉬硅反射膜，這種結(jié)構(gòu)使得收集鏡9 有一個(gè)廣口朝向等離子體7,因而能提高極紫外輻射的收集效率。
[0017] 通過調(diào)整脈沖激光器1輸出的激光能量或在鎵銦錫合金靶材5的液面上形成的聚 焦光斑大小，調(diào)整作用在鎵銦錫合金靶材5上的激光功率密度，進(jìn)而改變等離子體輻射產(chǎn) 生的光譜中各波段的光譜強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)光譜的可調(diào)諧。具體地，可通過如下方式調(diào)整脈沖激光 器1輸出的激光能量：一是調(diào)整脈沖激光器1的參數(shù)，如脈沖激光器1的延時(shí)，實(shí)驗(yàn)裝置不 必移動(dòng)；二是在脈沖激光器1的輸出端依次設(shè)置分束器和半波片，調(diào)整半波片的偏振方向。 可通過如下方式調(diào)整鎵銦錫合金靶材5的液面上的聚焦光斑大?。阂皇钦{(diào)整聚焦透鏡4與 鎵銦錫合金靶材5的液面之間的距離；二是選用不同焦距的聚焦透鏡，聚焦光斑大小隨聚 焦透鏡焦距的增大而增大。
[0018] 鎵的等離子體電子溫度隨激光功率密度的變化曲線如圖2所示。當(dāng)已知激光的功 率密度時(shí)，可根據(jù)公式（1)計(jì)算激光與靶材作用后產(chǎn)生的等離子體電子溫度?；，再由公式 (2)計(jì)算等離子體中各價(jià)態(tài)離子所占比例。
[0019]
(1)
[0020] 其中，A為靶材原子序數(shù)，λ為激光波長(zhǎng)，p為激光功率密度。
[0021]
(2)
[0022] 其中，ζ為離子化合價(jià)，\為ζ價(jià)離子在等離子體中所占的比例，ηZ+1為ζ+1價(jià)離 子在等離子體中所占的比例，I為等離子體密度，S(z，TJ為z價(jià)離子在等離子體電子溫度 ?；下的碰撞電離系數(shù)，aJz+1，TJ和a3b(z+l，Tj分別為z+1價(jià)離子在等離子體電子溫度 ?；下的輻射耦合系數(shù)和三體耦合系數(shù)。
[0023] 利用考恩代碼（CowanCode)計(jì)算出鎵、銦、錫不同離子的輻射光譜，綜合計(jì)算出各 離子的分布比例，以及鎵銦錫合金中鎵、銦、錫的比例，最后計(jì)算出鎵銦錫合金在不同的等 離子體電子溫度?；下，即不同的激光功率密度下的光譜。
[0024] 鎵銦錫合金靶材5中，Ga:In:Sn= 68.5% :21.5% :10% (摩爾比），利用上述方 法仿真得到上述極紫外光源在不同等離子體電子溫度下輻射出的極紫外光光譜如圖3和 圖4所示?？梢钥闯觯夈熷a合金的光譜在13.Xnm及6.Xnm波段都有較強(qiáng)的輻射，且等 離子體電子溫度!；在25eV附近時(shí)，13.Xnm波段的光譜輻射達(dá)到最強(qiáng)，在20eV附近時(shí)，6.X nm波段的光譜輻射達(dá)到最強(qiáng)，因而通過改變等離子體電子溫度，能改變兩個(gè)波段的光譜的 輻射強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的寬波段光譜輻射。
[0025] 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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可調(diào)諧寬波段激光等離子體極紫外光源，其特征在于，包括脈沖激光器以及設(shè) 置在真空腔中的反射鏡、聚焦透鏡、鎵銦錫合金靶材和收集鏡；工作時(shí)，所述脈沖激光器發(fā) 出的激光被所述反射鏡反射后到達(dá)所述聚焦透鏡，在所述鎵銦錫合金靶材的液面上形成聚 焦光斑，激發(fā)所述鎵銦錫合金靶材產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射產(chǎn)生極紫外光，極紫外光被 所述收集鏡收集后用作測(cè)試光源。2. 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧寬波段激光等離子體極紫外光源，其特征在于，所述收 集鏡為將橢球形腔體去除兩端后得到的筒狀結(jié)構(gòu)。3. 如權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)諧寬波段激光等離子體極紫外光源，其特征在于，通過 調(diào)整所述脈沖激光器輸出的激光能量或在所述鎵銦錫合金靶材的液面上形成的聚焦光斑 大小，調(diào)整作用在所述鎵銦錫合金靶材上的激光功率密度，進(jìn)而改變極紫外光光譜中各波 段的光譜強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)光譜的可調(diào)諧。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可調(diào)諧寬波段激光等離子體極紫外光源。包括脈沖激光器以及設(shè)置在真空腔中的反射鏡、聚焦透鏡、鎵銦錫合金靶材和收集鏡；工作時(shí)，所述脈沖激光器發(fā)出的激光被所述反射鏡反射后到達(dá)所述聚焦透鏡，在所述鎵銦錫合金靶材的液面上形成聚焦光斑，激發(fā)所述鎵銦錫合金靶材產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射產(chǎn)生極紫外光，極紫外光被所述收集鏡收集后用作測(cè)試光源。產(chǎn)生的極紫外光在13.X？nm和6.X？nm波段均有較強(qiáng)輻射，并且通過控制作用在靶材上的激光功率密度，能有效控制兩個(gè)波段的輻射強(qiáng)度。
【IPC分類】G01J3/10
【公開號(hào)】CN105333953
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510671260
【發(fā)明人】劉璐寧, 王新兵, 左都羅, 陸培祥
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年10月13日