專利名稱：一種激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置及方法。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)主要用于芯片制造，隨著集成度的提高。所需的光刻線寬也要降低。對光刻光源提出了更高的要求，為了提高芯片的集成度，研究人員在尋找新一代的光刻光源。光刻的最小特征尺寸(Minimum Feature Size, MFS)是和衍射極限有關(guān)的。滿足
以下關(guān)系式:= ;其中kl是與光刻工藝相關(guān)的常數(shù)，λ是曝光光源的波長，NA是
光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。由該關(guān)系式可知，為了改善光刻最小特征尺寸有兩種途徑:一種是增加光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，另外一種是減小曝光光源的波長。人們曾經(jīng)嘗試通過增加光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑的方法來降低最小特征尺寸。但是由于下一代光刻技術(shù)對最小特征尺寸存在非?？量痰囊?，需要整套光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑非常大，這不僅會使得光學(xué)系統(tǒng)制備和調(diào)試變得異常復(fù)雜，而且光學(xué)數(shù)值孔徑本身會會受到焦深的限制。所以人們采用減少曝光光源的波長來改善光刻的最小特征尺寸。目前極紫外光源的主流方式是激光等離子體(Laser-Produced Plasma,LPP)極紫外光源，激光等離子體極紫外光源主要由以下部分組成:脈沖激光光源驅(qū)動系統(tǒng)，靶材系統(tǒng)和極紫外收集鏡系統(tǒng)。采用液滴靶技術(shù)，靶材材料主要是Sn元素靶。液滴靶中要求液滴有穩(wěn)定大小，球體形狀和穩(wěn)定的降落速度，這些會使實(shí)現(xiàn)方式相對復(fù)雜，液滴不容易和脈沖CO2激光的同步。并且靶材只能選擇低熔點(diǎn)的材料，直接導(dǎo)致有些范圍的光譜是無法獲得的。更換不同材料的靶材時就需要更換其它的一些裝置，比如液滴產(chǎn)生裝置等。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于簡化激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置，擴(kuò)大靶材的選擇范圍，旨在解決液滴靶的裝置和實(shí)現(xiàn)方式復(fù)雜，以及靶材材料選擇范圍狹窄的問題。本發(fā)明提供了一種激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置，包括真空腔室以及位于所述真空腔室內(nèi)的收集鏡、聚焦鏡、固體靶材和電機(jī)；還包括驅(qū)動光源和輔助光源；所述輔助光源用于產(chǎn)生輔助激光，所述輔助激光輻射所述固體靶材并使得所述固體靶材的熱影響區(qū)域的溫度升高至溫度閾值；所述電機(jī)用于帶動所述固體靶材旋轉(zhuǎn)，所述驅(qū)動光源用于產(chǎn)生驅(qū)動激光，所述驅(qū)動激光通過所述聚焦鏡聚焦后輻射所述固體靶材的所述熱影響區(qū)域并產(chǎn)生等離子體輻射出極紫外光。更進(jìn)一步地，所述產(chǎn)生裝置還包括:位于驅(qū)動激光光路上的反射鏡以及位于所述輔助激光光路上的合束鏡，輔助激光經(jīng)反射鏡反射至合束鏡，再經(jīng)合束鏡反射后經(jīng)聚焦鏡聚焦并輻射固體靶材，使得所述固體靶材的熱影響區(qū)域的溫度升高至溫度閾值；驅(qū)動激光經(jīng)合束鏡透射后經(jīng)聚焦鏡聚焦并輻射至所述固體靶材的所述熱影響區(qū)域，產(chǎn)生等離子體輻射出極紫外光。更進(jìn)一步地，所述溫度閾值的范圍為低于所述固體靶材熔點(diǎn)5° C — 10° C。更進(jìn)一步地，所述驅(qū)動光源為脈沖激光器，所述輔助光源為連續(xù)激光器或脈沖激光器。更進(jìn)一步地，所述產(chǎn)生裝置還包括設(shè)置在真空腔室外部且位于所述收集鏡的反射聚焦光路上的濾片，用于濾除非極紫外光。更進(jìn)一步地,所述固體靶材為金屬靶材。本發(fā)明還提供了一種激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生方法，包括下述步驟:S1:通過輔助激光輻射固體靶材，并將所述固體靶材的熱影響區(qū)域的溫度升高至溫度閾值；S2:通過驅(qū)動激光輻射所述固體靶材的所述熱影響區(qū)域并產(chǎn)生激光等離子體。更進(jìn)一步地，所述溫度閾值的范圍為低于所述固體靶材熔點(diǎn)5° C — 10° C。更進(jìn)一步地，當(dāng)輔助激光為脈沖激光時，在步驟S2之后還包括下述步驟:電機(jī)帶動所述固體靶材旋轉(zhuǎn)，并重復(fù)步驟SI和步驟S2。更進(jìn)一步地，當(dāng)輔助激光為連續(xù)激光時，在步驟S2之前還包括下述步驟:電機(jī)帶動所述固體靶材旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明提供的激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置及方法采用兩束激光來輻射固體靶材，其中的一束激光做輔助光源，用來對固體靶材一個局部區(qū)域進(jìn)行加熱。使加熱區(qū)域的溫度接近熔點(diǎn)，另外一束脈沖C02激光做驅(qū)動激光使用，當(dāng)靶材的局部的溫度較高，接近熔點(diǎn)時，驅(qū)動激光可以較容易地形成激光等離子體。而且本發(fā)明也適用于高溫難融的金屬靶材，擴(kuò)大了靶材的選擇范圍。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，由于采用輔助光源來加熱固體靶材，能夠取得簡化裝置和實(shí)現(xiàn)方式以及擴(kuò)大靶材材料選擇范圍的有益效果。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置中電機(jī)旋轉(zhuǎn)固體靶材示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置中激光輻射到固體靶材上的位置分布示意圖；圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的Sn固體靶材熱影響區(qū)域的溫度上升至設(shè)定的溫度閾值的時間與輔助激光功率大小關(guān)系曲線示意圖。
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)施例針對Sn液滴靶技術(shù)存在的材料選擇范圍限制和系統(tǒng)裝置的復(fù)雜等問題，提出一種激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置，可以將靶材選擇為固體靶材，采用兩束激光來輻射固體靶材，一束為驅(qū)動激光，用來產(chǎn)生激光等離子；另外一束做輔助激光，用來對靶材的局部區(qū)域進(jìn)行加熱；先用輔助激光將靶材局部區(qū)域溫度升高到接近熔化的溫度，然后讓驅(qū)動激光輻射該區(qū)域產(chǎn)生激光等離子體。這樣可以擴(kuò)大靶材的選擇范圍。以及更換不同材料的靶材時，不需要改變裝置。圖1示出了本發(fā)明第一實(shí)施例提供的激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置的模塊結(jié)構(gòu)；為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下:激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置包括真空腔室10、位于真空腔室10內(nèi)的收集鏡5、聚焦鏡6、固體祀材7、電機(jī)8、驅(qū)動光源I和輔助光源2 ;輔助光源2用于產(chǎn)生輔助激光，輔助激光輻射所述固體靶材7并使得固體靶材7的熱影響區(qū)域的溫度升高至溫度閾值；電機(jī)8用于帶動固體靶材7旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動光源I用于產(chǎn)生驅(qū)動激光，驅(qū)動激光通過所述聚焦鏡6聚焦后輻射固體靶材7的熱影響區(qū)域并產(chǎn)生等離子體輻射出極紫外光。在本發(fā)明實(shí)施例中，產(chǎn)生裝置還包括設(shè)置在真空腔室10外部且位于收集鏡5的反射聚焦光路上的濾片9，用于濾除非極紫外光。極紫外光的波長范圍為13-14nm。驅(qū)動光源可以為脈沖激光器，輔助光源可以為連續(xù)激光器或脈沖激光器。溫度閾值的范圍為低于固體靶材7熔點(diǎn)5° C—10。C。固體靶材7可以是金屬靶材，比如Sn，Ga，Au等。圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置中電機(jī)旋轉(zhuǎn)固體靶材；圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置中激光輻射到固體靶材上的位置分布；現(xiàn)結(jié)合圖1、圖2和圖3詳述其工作原理如下:當(dāng)輔助激光和驅(qū)動激光輻射在固體靶材的同一個位置時；輔助光源產(chǎn)生的輔助激光輻射在位置11上，因?yàn)楣鉄嶙饔?，固體靶材在位置11的區(qū)域溫度會上升，形成熱影響區(qū)域。等到熱影響區(qū)域的溫度上升至設(shè)定的溫度閾值(低于靶材熔點(diǎn)5° C — 10° C)，輔助光源關(guān)閉，驅(qū)動激光開始輻射熱影響區(qū)域，生成等離子體，等離子體輻射極紫外光；電機(jī)8帶動靶材旋轉(zhuǎn)，使輔助激光輻射到靶材的位置12上。同理，位置12產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射極紫外光后，電機(jī)旋轉(zhuǎn)靶材使輔助激光輻射到位置13上。這樣可以延長靶材的使用時間。本過程中的輔助光源必須等待驅(qū)動光源關(guān)閉后才可以開啟，所以兩次等離子體產(chǎn)生的時間較長。當(dāng)輔助激光和驅(qū)動激光輻射在靶材的不同位置時；輔助光源產(chǎn)生的輔助激光輻射在位置11上，因?yàn)楣鉄嶙饔茫腆w靶材在位置11的區(qū)域溫度會上升，形成熱影響區(qū)域。等到熱影響區(qū)域的溫度上升至設(shè)定的溫度閾值(低于靶材熔點(diǎn)5° C — 10° C)，電機(jī)8旋轉(zhuǎn)靶材7，是輔助激光輻射到位置12上，開啟驅(qū)動激光輻射到位置11上，產(chǎn)生等離子體，輻射出極紫外光。等到位置12上的熱影響區(qū)域的溫度上升至設(shè)定的溫度閾值(低于靶材熔點(diǎn)5° C 一 10° C)，電機(jī)8旋轉(zhuǎn)靶材7，是輔助激光輻射到位置13上，開啟驅(qū)動激光輻射到位置12上。本過程和之前描述的過程的區(qū)別在于本過程采用的輔助光源是連續(xù)激光器，所以兩次等離子體產(chǎn)生的時間相對之前的兩次等離子體產(chǎn)生時間較短。
圖4示出了本發(fā)明第二實(shí)施例提供的激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置的模塊結(jié)構(gòu)，在第一實(shí)施例的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生裝置還包括:位于驅(qū)動激光光路上的反射鏡3以及位于輔助激光光路上的合束鏡4，輔助光源2輻射的輔助激光經(jīng)過反射鏡3反射，反射的輔助激光經(jīng)過合束鏡4反射后經(jīng)過聚焦鏡6聚焦輻射至固體靶材7，使得固體靶材7熱影響區(qū)域的溫度上升至設(shè)定的溫度閾值(低于靶材熔點(diǎn)5° C — 10° C)，驅(qū)動光源I輻射的驅(qū)動激光通過合束鏡4透射至聚焦鏡6聚焦輻射至所述固體靶材7的所述熱影響區(qū)域，產(chǎn)生的等離子體，等離子體輻射極紫外光被收集鏡5收集后聚焦形成極紫外光源；電機(jī)8帶動固體靶材7轉(zhuǎn)動使得輔助光源2輻射至所述固體靶材的其它位置，避免靶材消耗太快。在本發(fā)明實(shí)施例中，產(chǎn)生裝置還包括濾片9，設(shè)置在真空腔室10外的收集鏡的聚焦光路上，用于濾除13nm-14nm外的光源。在本發(fā)明實(shí)施例中，驅(qū)動光源I可以為脈沖激光器，比如采用平均功率1.5KW，脈寬20ns，重復(fù)頻率10KHZ的CO2激光器，輔助光源2可以為脈沖激光器，也可以為連續(xù)激光器；當(dāng)輔助光源2為脈沖激光器時，可以采用脈沖CO2激光器，脈沖ND激光器或YAG激光器等，對脈沖激光器的脈寬，重復(fù)頻率等參數(shù)沒有特別要求；但與所需的平均功率、靶材的材料以及將靶材熱影響區(qū)域溫度升高到接近熔化溫度的時間有關(guān)，對于Sn靶，平均功率和達(dá)到接近熔化溫度的時間關(guān)系見圖5所示。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生方法，包括下述步驟:S1:通過輔助激光輻射固體靶材，并將所述固體靶材的熱影響區(qū)域的溫度升高至溫度閾值；S2:通過驅(qū)動激光輻射所述固體靶材的所述熱影響區(qū)域并產(chǎn)生激光等離子體。其中，溫度閾值的范圍為低于所述固體靶材熔點(diǎn)5° C—10。C。在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)輔助激光為脈沖激光時，在步驟S2之后還包括下述步驟:電機(jī)帶動所述固體祀材旋轉(zhuǎn)，并重復(fù)步驟SI和步驟S2。在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)輔助激光為連續(xù)激光時，在步驟S2之前還包括下述步驟:電機(jī)帶動所述固體靶材旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)結(jié)合附圖詳述其激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生方法具體如下:當(dāng)驅(qū)動光源I采用的脈沖激光器，輔助光源采用的是連續(xù)激光器。輔助光源2輻射出的輔助激光輻射在靶材7上，假定為靶材上位置11，使得固體靶材7位置11的溫度上升至設(shè)定的溫度閾值(低于靶材熔點(diǎn)5° C — 10° C)。電機(jī)8帶動靶材7旋轉(zhuǎn)，讓輔助激光輻射在位置12上，驅(qū)動光源I開始輻射驅(qū)動激光，驅(qū)動激光經(jīng)過聚焦鏡6輻射在此時的靶材的位置11上，產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射出極紫外光，驅(qū)動光源I關(guān)閉。等位置12的溫度上升至設(shè)定的溫度閾值(低于靶材熔點(diǎn)5° C — 10° C)。電機(jī)8帶動靶材7旋轉(zhuǎn)，讓輔助激光輻射在位置13上。驅(qū)動光源I開始輻射驅(qū)動激光，驅(qū)動激光經(jīng)過聚焦鏡6輻射在此時的靶材的位置12上，產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射極紫外光。當(dāng)驅(qū)動光源I采用的脈沖激光器，輔助光源采用的是脈沖激光器。輔助光源2輻射出的輔助激光輻射在靶材7上，假定為靶材上位置11，使得固體靶材7位置11的溫度上升至設(shè)定的溫度閾值(低于靶材熔點(diǎn)5° C — 10° C)。輔助光源2關(guān)閉，驅(qū)動光源I開始輻射驅(qū)動激光，驅(qū)動激光經(jīng)過聚焦鏡6輻射在靶材的位置11上，產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射出極紫外光。電機(jī)8旋轉(zhuǎn)靶材7，是輔助激光輻射至靶材位置12上。開啟輔助光源，等位置12的溫度上升至設(shè)定的溫度閾值(低于靶材熔點(diǎn)5° C — 10° C)。關(guān)閉輔助光源，開啟驅(qū)動光源1，驅(qū)動激光經(jīng)聚焦鏡6輻射在靶材的位置12上，產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射極紫外光。關(guān)閉驅(qū)動激光，電機(jī)8旋轉(zhuǎn)靶材7，讓輔助激光輻射至靶材位置13上。當(dāng)驅(qū)動光源I采用脈沖激光器，輔助光源2采用的是脈沖激光器。輔助光源2輻射出的輔助激光經(jīng)反射鏡4反射到合束鏡3，經(jīng)過聚焦鏡6輻射在靶材7上，假定為靶材上位置11，使得固體靶材7位置11的溫度上升至設(shè)定的溫度閾值(低于靶材熔點(diǎn)5° C —10° C)。輔助光源2關(guān)閉，驅(qū)動光源I開始輻射驅(qū)動激光，驅(qū)動激光經(jīng)過合束鏡3，聚焦鏡6輻射在靶材的位置11上，產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射出極紫外光。電機(jī)8旋轉(zhuǎn)靶材7，是輔助激光輻射至靶材位置12上。開啟輔助光源，等位置12的溫度上升至設(shè)定的溫度閾值(低于靶材熔點(diǎn)5° C — 10° C)。關(guān)閉輔助光源，開啟驅(qū)動光源1，驅(qū)動激光經(jīng)合束鏡3，聚焦鏡6輻射在靶材的位置12上，產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射極紫外光。關(guān)閉驅(qū)動激光，電機(jī)8旋轉(zhuǎn)靶材7，讓輔助激光輻射至靶材位置13上。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
1.一種激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置，包括真空腔室以及位于所述真空腔室內(nèi)的收集鏡、聚焦鏡、固體靶材和電機(jī)；其特征在于，還包括驅(qū)動光源和輔助光源；所述輔助光源用于產(chǎn)生輔助激光，所述輔助激光輻射所述固體靶材并使得所述固體靶材的熱影響區(qū)域的溫度升高至溫度閾值；所述電機(jī)用于帶動所述固體靶材旋轉(zhuǎn)，所述驅(qū)動光源用于產(chǎn)生驅(qū)動激光，所述驅(qū)動激光通過所述聚焦鏡聚焦后輻射所述固體靶材的所述熱影響區(qū)域并產(chǎn)生等離子體輻射出極紫外光。
2.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述產(chǎn)生裝置還包括:位于驅(qū)動激光光路上的反射鏡以及位于所述輔助激光光路上的合束鏡，輔助激光經(jīng)反射鏡反射至合束鏡，再經(jīng)合束鏡反射后經(jīng)聚焦鏡聚焦并輻射固體靶材，使得所述固體靶材的熱影響區(qū)域的溫度升高至溫度閾值；驅(qū)動激光經(jīng)合束鏡透射后經(jīng)聚焦鏡聚焦并輻射至所述固體靶材的所述熱影響區(qū)域，產(chǎn)生等離子體輻射出極紫外光。
3.如權(quán)利要求1或2所述的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述溫度閾值的范圍為低于所述固體靶材熔點(diǎn)5° C—10。C。
4.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述驅(qū)動光源為脈沖激光器，所述輔助光源為連續(xù)激光器或脈沖激光器。
5.如權(quán)利要求1或2所述的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述產(chǎn)生裝置還包括設(shè)置在真空腔室外部且位于所述收集鏡的反射聚焦光路上的濾片，用于濾除非極紫外光。
6.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述固體靶材為金屬靶材。
7.一種激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生方法，其特征在于，包括下述步驟: 51:通過輔助激光輻射固體靶材，并將所述固體靶材的熱影響區(qū)域的溫度升高至溫度閾值； 52:通過驅(qū)動激光輻射所述固體靶材的所述熱影響區(qū)域并產(chǎn)生激光等離子體。
8.如權(quán)利要求7所述的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述溫度閾值的范圍為低于所述固體靶材熔點(diǎn)5° C— 10° C。
9.如權(quán)利要求7所述的產(chǎn)生方法，其特征在于，當(dāng)輔助激光為脈沖激光時，在步驟S2之后還包括下述步驟:電機(jī)帶動所述固體靶材旋轉(zhuǎn)，并重復(fù)步驟SI和步驟S2。
10.如權(quán)利要求7所述的產(chǎn)生方法，其特征在于，當(dāng)輔助激光為連續(xù)激光時，在步驟S2之前還包括下述步驟:電機(jī)帶動所述固體靶材旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種激光等離子體極紫外光源的產(chǎn)生裝置及方法，該產(chǎn)生裝置包括真空腔室以及位于真空腔室內(nèi)的收集鏡、聚焦鏡、固體靶材和電機(jī)；還包括驅(qū)動光源和輔助光源；輔助光源用于產(chǎn)生輔助激光，輔助激光輻射所述固體靶材并使得固體靶材的熱影響區(qū)域的溫度升高至溫度閾值；電機(jī)用于帶動固體靶材旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動光源用于產(chǎn)生驅(qū)動激光，驅(qū)動激光通過聚焦鏡聚焦后輻射固體靶材的熱影響區(qū)域并產(chǎn)生等離子體輻射出極紫外光。本發(fā)明由于采用輔助光源來加熱固體靶材，使得整個裝置簡化、實(shí)現(xiàn)方式簡單且擴(kuò)大了靶材材料的選擇范圍。
文檔編號G03F7/20GK103163743SQ201310062528
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者許瑞, 王新兵, 左都羅, 盧宏, 陸培祥 申請人:華中科技大學(xué)