一种激光等离子体极紫外光源的液滴靶产生方法及其装置

摘要

本发明公开了一种激光等离子体极紫外光源的液滴靶产生方法及其装置，该方法采用功率大于1KW的激光束连续作用于匀速运动的线状靶材底部，使靶材熔化瞬间产生连续的液滴。装置包括电机、聚焦透镜、真空室和入射光窗；真空室侧壁上设入射光窗；工作时，电机用于控制靶材作匀速运动，聚焦透镜位于入射光窗与靶材之间，靶材底部与透镜的光轴位于同一直线上。靶材的直径≤50um；靶材优选锡丝；锡液滴的直径仅为30～50um。本发明结构简单，易于实现，避免了喷射式液滴发生器实现液滴喷射时要求的高压恒温系统和振动系统，和对喷嘴器材抗腐蚀性的高要求。本发明不仅可作用于熔点较低的金属材料，还可适用于高温难融的金属靶材，扩大了靶材的选择范围。

说明书

技术领域

本发明属于极紫外光源领域，具体涉及一种激光等离子体极紫外光源 的液滴靶产生方法及其装置，本发明将金属丝在激光的作用下熔化形成极 紫外辐射中液滴靶材。本发明主要用于产生均匀稳定的锡或其他金属液滴 靶材。

背景技术

随着光刻现况特征尺寸的不断缩小，光刻技术面临的挑战不断扩大， 波长13.5nm的极端紫外光刻(EUVL)技术目前被国际上广泛认为是下一 代光刻(NGL)最有前途的方法。

获得波长13.5nm极紫外光刻光源的方法主要有三种：1、电子同步辐射 光源(ECR)；2、放电等离子体光源(DPP)；3、激光等离子体光源(LPP)。 由于LPP具有造价较ECR低，收集功率大于DPP的优点，目前各研究团体对 光刻用极紫外(EUV)光源的研究主要集中在LPP上。

LPP光源简单来讲就是利用高能脉冲激光聚焦后辐照固体靶、液体靶 或气体靶，在焦点处产生高温高密的等离子体，激光继续加热产生高度电 离进而发出EUV辐射。其原理图如图1所示，图中包括泵浦激光102、靶 材装置101、聚焦透镜104、收集镜103、液滴靶材105和极紫外光源106。 一束或多束激光通过聚焦透镜104聚焦后与靶材105在收集镜103的一个 焦点处作用。靶材受热气化、电离。受激电离的高电离态离子辐射出13.5nm 的极紫外光源106。这种极端紫外波段的辐射光被收集镜103收集并输出。

激光等离子体光源中激光诱导气体靶或固体靶产生极紫外辐射已被广 泛研究开发。气体靶(通常为Xe靶)由于其气体密度的限制而难以达到更 高的转换效率；固体靶由于在激光与靶材相互作用时会产生很多的中性或 离子化的碎片来损伤收集镜镜面从而降低收集率。相比于气体喷射靶喷射 的气团，液滴喷射靶喷出的液滴密度更大、体积更小，更容易获得高的EUV 辐射转换效率。而且液滴靶本身没有固体杂质，液滴靶在喷射时还能容易 的控制液滴的质量，从而在激光与液滴靶材作用的时候产生的更少碎屑。 液滴喷射靶也不像固体靶需要经常更换，只要存储容器足够大，基本可以 实现无限时操作。另外，液体喷射靶便于材料的回收再利用，这将大大的 降低使用成本。利用锡液体靶作为工作物质有利于制造出稳定、高效的LPP 光源。

目前实现液滴靶的主要方法有喷射式液滴实现装置。其主要方法是通 过对储液器内的固体金属靶材进行加热，在通过加压系统和振动系统使熔 化的液滴通过喷头喷出，形成液滴。此方法的缺点在于只能适用于熔点低 的金属靶材，如金属锡靶，但对于高熔点的金属如Gd则不适用。系统组成 部分多，用于喷头的材料也有很高的要求，喷嘴直径应该尽量细小且有高 的防腐蚀性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光等离子体极紫外光源的液滴靶产生方 法及其装置，本发明结构简单，易于实现，避免了喷射式液滴发生器实现 液滴喷射时要求的高压恒温系统和振动系统，以及对喷嘴器材抗腐蚀性的 高要求。

本发明提供的一种激光等离子体极紫外光源的液滴靶产生方法，该方 法采用功率大于1KW的激光束连续作用于匀速运动的线状靶材底部，使靶 材熔化瞬间产生连续的液滴。

作为上述技术方案的改进，所述靶材的直径小于等于50um；或者所述 靶材为锡丝；或者所述锡液滴的直径为30um～50um。

本发明提供的一种激光等离子体极紫外光源的液滴靶产生装置，该装 置包括电机、聚焦透镜、真空室和入射光窗；真空室的侧壁上设有入射光 窗；工作时，电机用于控制靶材作匀速运动，聚焦透镜位于入射光窗与靶 材之间，靶材底部与聚焦透镜的光轴位于同一直线上。

作为上述技术方案的改进，该装置还包括与真空室连接的真空泵系统。

作为上述技术方案的进一步改进，所述真空室的侧壁上还设有与入射 光窗相对的出射光窗。

本发明装置是基于脉冲CO₂激光束作用于固体金属锡丝产生极紫外光 源的基础上，采用极细的金属丝作为靶材，放置一个电机来控制金属丝底 端的位置，在金属丝受到激光作用前，使用另一束高功率的激光束首先作 用于金属丝，使之熔化为微小的液滴状，再由脉冲激光束作用于微小的液 滴锡，从而得到EUV光源。当底端的金属丝受到来自高功率激光光束作用 熔化为液滴时，电机启动，使得剩余的锡丝向下运动保持稳定高度，重复 以上过程，可以连续产生极紫外光源EUV。

本发明装置对比现有的实现液滴靶的装置最大的点在于其实现装置简 单，便于操作与实现，不需要考虑使用喷射式液滴发生器所要求的加压装 置与喷嘴腐蚀等问题；易于实现，其中要求的用于实现液滴的高功率激光 器与稳定金属丝高度的电机都是已有的简单设备。采用高能量激光束作用 于金属锡丝，不仅易于得到微小的液滴，能达到减少靶材溅射出的碎屑对 光学元件的损害和污染；还可以始终保持被作用的金属靶材是一直处于更 新状态中，不会作用在重复的靶材处，从而保证了转换率的稳定，可适用 于工业化的量产。本发明中采用将固体金属丝转换成液滴靶的方法，不仅 可以作用于熔点较低的金属材料，还可适用于高温难融的金属靶材，扩大 了靶材的选择范围。

附图说明

图1是极紫外光刻机激光致等离子体光源的示意图；

图2是本发明实例提供的液滴靶产生装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明 的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发 明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特 征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明实施例中，锡为产生EUV的最佳材料，本实验优选锡为靶材。 锡丝直径不超过50um。本发明实例提供的液滴靶产生方法是采用功率大于 1KW的激光束连续作用于匀速运动的锡丝的底部，使之熔化瞬间产生连续 的锡液滴。本发明方法所产生的锡液滴的直径可达到30um～50um左右。

如图2所示，本发明实例提供的液滴靶产生装置包括电机208、聚焦透 镜204、真空室202和光窗203。真空室202的侧壁上设有入射光窗203。 靶材205悬挂在真空室202中，并由电机208控制作匀速运动，聚焦透镜 204位于入射光窗203与靶材205之间，靶材205底部与聚焦透镜204的光 轴位于同一直线上。

工作时，电机208控制靶材205的长度，匀速移动锡丝，使锡丝底部 始终保持同一高度。激光束201通过真空室202一侧的入射光窗203，进入 到真空室内，经由聚焦透镜204聚焦后，作用于锡丝底部，使之熔化瞬间 产生连续的微小锡液滴206。

真空泵系统207连接真空室202，其工作时保持室内的真空状态，避免 液滴的氧化、空气的流动对液滴的影响、以及空气对EUV辐射的吸收。整 个实验是连续的，电机208使锡丝匀速运动，使得锡丝底端连续的被高功 率激光连续作用，可得到连续的均匀液滴。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施 例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等 效或修改，都落入本发明保护的范围。