一種雙脈沖碰撞等離子體極紫外光刻光源產生裝置的制作方法

本實用新型涉及一種等離子體光源的產生裝置，具體指一種雙脈沖碰撞等離子體極紫外光刻光源產生裝置。

背景技術：

光刻技術是大規模集成電路生產中的關鍵技術之一，其中光刻光源的研發又是首要問題。光刻技術中一個重要的指標就是光刻系統的特征尺寸； 通常，光刻系統的特征尺寸（線寬）由下面的公式來表示：

R=k₁λ/NA （1）

式中：k₁為工藝因子，與光刻膠材料的性質、加工技術及光學系統成像技術有關,NA為數值孔徑，λ為曝光波長。為了有效減小線寬工藝，從式（1）可以看出最直接有效的方式就是減小光刻中所使用的曝光波長。光刻技術曝光波長的縮短沿著可見光436 nm(高壓水銀弧光燈g線)?遠紫外365 nm (高壓水銀弧光燈i線)?深紫外248 nm (KrF受激準分子激光器)?深紫外193 nm (ArF受激準分子激光器)的路線進行著。而增大NA是另一種提高分辨率的途徑；在現有193nm曝光技術的基礎上，通過兩次成像浸入式光刻技術能夠實現特征尺寸為22 nm節點晶圓的制造。通過浸入式方法雖然增大了NA，但其增大畢竟有限，因此分辨率的進一步提高仍需要在減小波長的方面尋找出路。目前，對于解決特征尺寸小于22 nm技術節點的方案而言，193 nm多次成像光刻技術尚不成熟，因為多次成像意味著比兩次成像更高的成本，另外多次成像的掩膜技術也需要很大的成本投入；因此，193 nm多次成像光刻技術所遇到的困局為研究極紫外(EUV:extreme ultraviolet)光刻技術打開了大門。

極紫外和更短波長的光會被空氣和傳統的透鏡吸收，所以傳統的棱鏡透射式光學系統或鏡面反射光學系統將不能適用，需要用全反射式光學系統或基于干涉效應的多層膜結構來實現反射式光學系統,且必須安裝在真空腔室里；此外，波長必須控制得非常窄，不然會破壞圖像的對比度。

由于基于多層Mo/Si反射鏡在13.5nm波長上2%帶寬內(即所謂的“內帶”)能夠獲得70%以上的反射率，人們選擇了13.5nm的EUV光源作為下一代光刻技術光源的波長。13.5 nm極紫外光刻技術本來擬于22 nm節點晶圓的制造上被引入，但由于光源效率和掩模開發等方面的問題而一再被推遲。

光源等離子體的生成大致分為利用激光照射方式(LPP: Laser produced plasma)和放電等離子(DPP: Discharge produced plasma)兩種方式。目前最有效的光源等離子體生成方式是雙脈沖激光照射錫液滴靶(Sn droplet)。然而，該技術的一個缺陷是目前能夠獲得的最高功率為250W，距離量產要求仍有一定的距離；另一個缺陷是生產錫液滴需要很高的工程技術要求；因此，亟需設計一種新型等離子體產生裝置，以解決上述技術問題。

技術實現要素：

針對上述技術問題，本實用新型提供了一種成本低、效率高的雙脈沖碰撞等離子體極紫外光刻光源產生裝置，顯著提高了EUV光源的效率。

本實用新型通過以下技術方案來實現：

一種雙脈沖碰撞等離子體極紫外光刻光源產生裝置，包括激光器光源、真空靶室及位于真空靶室內的靶系統和聚焦透鏡，所述激光器光源包括驅動光源和輔助光源，驅動光源由CO₂激光器產生，輔助光源由用于產生等離子體的Nd:YAG激光器產生；所述真空靶室內靶系統設置在中心位置，兩個光源入射聚焦透鏡成角度設置在靶系統的外側；所述Nd:YAG激光器與其光源對應入射的聚焦透鏡之間設置有楔形棱鏡，Nd:YAG激光器光源經楔形棱鏡分裂成兩束后，照射靶系統產生兩個等離子體，與CO₂激光器光源照射靶系統作用產生碰撞等離子體。

作為本案的優化方案，所述Nd:YAG激光器與楔形棱鏡之間依次設置有半波片和偏振片。

作為本案的優化方案，所述CO₂激光器與其光源對應入射的聚焦透鏡之間依次設置有準直透鏡、鍍金硅鏡面和ZnSe鏡片，鍍金硅鏡面位于兩片準直透鏡之間。

作為本案的優化方案，所述靶系統由固體靶和液體靶組成，固體靶為鍍膜不銹鋼轉輪，液體靶盛裝在容器內并設置在固體靶下方，固體靶的下半部分豎直浸入液體靶內；步進電機通過齒輪傳動機構帶動固體靶旋轉，固體靶旋轉過程中附著液體靶。

作為本案的優化方案，所述液體靶為液態合金Galinstan或錫液滴。

作為本案的優化方案，所述靶系統通過一支撐架固定在真空靶室的中心位置。

作為本案的優化方案，所述CO₂激光器光源的脈寬為30 ns，輸出波長為10600 nm。

作為本案的優化方案，所述Nd:YAG激光器光源的脈寬為10 ns，輸出波長為1064 nm，能量為300 mJ。

本實用新型的有益效果是：

1、針對現有技術中EUV光源效率不足，通過設置驅動光源和輔助光源結合產生碰撞等離子體，利用碰撞等離子體可以產生更有效的EUV輻射，顯著提高了EUV光源的效率；

2、設置固體靶和液體靶相結合的靶系統，相較于液滴靶系統具有成本低、可控性高的特點；

3、結構合理，操作便捷，與現有技術相較有更好的經濟效益和市場前景，適于推廣應用。

附圖說明

圖1為本實用新型雙脈沖碰撞等離子體極紫外光刻光源產生裝置的結構示意圖；

圖2為本實用新型雙脈沖碰撞等離子體極紫外光刻光源產生裝置中靶系統的結構示意圖；

圖中：1-Nd:YAG激光器，2-半波片，3-偏振片，4-楔形棱鏡，5-聚焦透鏡，6-靶系統，7-CO₂激光器，8-準直透鏡，9-鍍金硅鏡面，10-ZnSe鏡片，11-真空靶室，12-固體靶，13-液體靶，14-步進電機，15-齒輪傳動機構，16-支撐架，17-信號發生器。

具體實施方式

下面將結合附圖及實施例對本實用新型及其效果作進一步闡述。

如圖1所示，一種雙脈沖碰撞等離子體極紫外光刻光源產生裝置，包括激光器光源、真空靶室及位于真空靶室內的靶系統和聚焦透鏡，所述激光器光源包括驅動光源和輔助光源，驅動光源由CO₂激光器7產生，輔助光源由用于產生等離子體的Nd:YAG激光器1產生；其中，CO₂激光器光源采用脈寬為30 ns，輸出波長為10600 nm的光，Nd:YAG激光器光源采用脈寬為10 ns，輸出波長為1064 nm，能量為300 mJ的光；真空靶室11內靶系統6通過一支撐架16設置在靶室的中心位置，兩個聚焦透鏡5成一定角度設置在靶系統6的外側，分別用于驅動光源和輔助光源的入射聚焦；其中，Nd:YAG激光器1與其光源對應入射的聚焦透鏡5之間設置有楔形棱鏡4，Nd:YAG激光器1光源經楔形棱鏡4分裂成兩束后，照射靶系統6產生兩個等離子體，與CO₂激光器7光源照射靶系統6作用產生碰撞等離子體，進而輻射產生EUV光被收集，兩束激光器的脈沖產生時間則由信號發生器17和延遲發生器控制；針對現有技術中EUV光源效率不足，通過設置驅動光源和輔助光源結合產生碰撞等離子體，利用碰撞等離子體可以產生更有效的EUV輻射，顯著提高了EUV光源的效率。

進一步地，為了優化光源的各項參數，Nd:YAG激光器1與楔形棱鏡4之間依次設置有半波片2和偏振片3。CO₂激光器7與其光源對應入射的聚焦透鏡5之間依次設置有準直透鏡8、鍍金硅鏡面9和ZnSe鏡片10，以減小實驗室所用的CO₂激光器的Tail效應；其中鍍金硅鏡面9位于兩片準直透鏡8之間，ZnSe鏡片的焦距一般為10 cm, 鍍金硅鏡面9位于焦點處。

更進一步地，如圖2所示，所述靶系統6由固體靶12和液體靶13兩部分組成，固體靶12為鍍膜不銹鋼轉輪，其通過齒輪傳動機構15可在豎直平面內旋轉，液體靶13盛裝在容器內并位于固體靶12下方，且固體靶12鍍膜不銹鋼轉輪的下半部分豎直浸入液體靶13內；液體靶13和齒輪傳動機構15均固定在支撐架16上，步進電機14通過齒輪傳動機構15帶動鍍膜不銹鋼轉輪旋轉，鍍膜不銹鋼轉輪旋轉過程中附著液體靶，且步進電機的轉速由信號發生器來調節。所述液體靶為液態合金Galinstan或錫液滴；其中，液態合金Galinstan是鎵、銦和錫的合金，成分的質量百分比一般為68% Ga, 22% In 和 10% Sn，熔點為?19℃，即室溫時為液體；若液體靶13為錫液滴時，則容器下方要進一步安裝電容為加熱裝置，以保證錫為液體狀態。

以上實施例僅是示例性的，并不會局限本實用新型，應當指出對于本領域的技術人員來說，在本實用新型所提供的技術啟示下，所做出的其它等同變型和改進，均應視為本實用新型的保護范圍。