一种用于放电等离子体极紫外光刻光源的介质及其应用系统

摘要

一种用于放电等离子体极紫外光刻光源的介质及其应用系统，它涉及放电等离子体光源的介质及其应用系统。本发明要解决现有放电等离子体EUV光源采用Xe介质导致其辐射光功率过低和稳定性差以及现有放电等离子体EUV光源系统不能调控不同气体流量的问题。本发明的介质是体积流量比为(0.2～2)∶(1～20)∶(1～20)的Xe气、He气和Ar气的混合气，其应用系统由Xe气瓶、He气瓶、Ar气瓶、Xe气气体流量计、He气气体流量计、Ar气气体流量计、毛细管、电极和高压脉冲电源组成。本发明将13.5nm辐射光输出功率提高2％，同时提高了气体击穿性能和辐射光输出功率稳定性。本发明用于放电等离子体极紫外光刻光源。

说明书

技术领域

本发明涉及放电等离子体光源的介质及其应用系统。

背景技术

放电等离子体极紫外(EUV)光刻光源是指采用Xe介质，在毛细管放电Z箍缩机制下 获得波长为13.5nm(2％带宽)的辐射光并输出，所述波长为13.5nm(2％带宽)的辐射光能够 实现22nm甚至更小的光刻线。EUV光刻机实际工作时要求中间焦点(IF点)功率稳定性良 好，这也就要求提高毛细管放电时13.5nm辐射光输出稳定性。

常规的毛细管放电极紫外(EUV)光刻光源中采用纯Xe作为放电介质，13.5nm辐射光 输出转换效率，即2％带宽13.5nm辐射光输出能量与输入单脉冲能量之比低。采用在Xe 中掺入He后能够提高13.5nm辐射光输出转换效率，但与此同时在Xe气流量较低时放电， 毛细管两端的电压不能保证气体能够有效的击穿，同时电流稳定性变差，使得输出光功率 稳定性变差，因而总体上不能获得较高功率、稳定的13.5nm辐射光输出。现有的放电等 离子体极紫外光刻光源系统采用单一气体流量计，不能调控不同气体流量。

发明内容

本发明要解决现有放电等离子体极紫外光刻光源采用Xe介质导致其13.5nm辐射光 功率过低和输出稳定性差以及现有的放电等离子体极紫外光刻光源系统不能调控不同气 体流量的问题，而提供一种用于放电等离子体极紫外光刻光源的介质及其应用系统。

本发明一种用于放电等离子体极紫外光刻光源的介质是Xe气、He气和Ar气的混合 气，所述Xe气、He气和Ar气的流量比为(0.2～2)∶(1～20)∶(1～20)。

上述介质的应用系统由Xe气瓶、He气瓶、Ar气瓶、Xe气气体流量计、He气气体 流量计、Ar气气体流量计、毛细管、电极和高压脉冲电源组成，其中Xe气瓶通过Xe气 气体流量计与毛细管相连，He气瓶通过He气气体流量计与毛细管相连，Ar气瓶通过气 气体流量计与毛细管相连，两个电极分别位于毛细管的两端，高压脉冲电源通过电极与毛 细管相联。

在毛细管放电过程中，高电压会使毛细管内沿着内表壁形成一层Xe等离子体壳层， 主脉冲放电时通过等离子体的强电流，受自身磁场作用，产生强大的洛仑兹力，使等离子 体沿径向箍缩(Z箍缩)。在等离子体压缩的过程中，等离子体同时受到排斥力、欧姆加热， 使得等离子体温度升高，碰撞Xe离子产生更高价态的Xe离子，等离子体压缩到半径最 小时达到300μm，此时能够实现EUV辐射光输出。等离子体压缩到最小半径时毛细管内 的等离子体是一个很细的等离子体柱，这个等离子体柱中的每一个微小段均可视为一个点 光源，这个点光源将向四周4π立体角范围内均匀的辐射EUV辐射光，毛细管放电形成 的EUV辐射光，经过后续的极紫外光学收集系统，成像在中间焦点(IF)点，从而实现IF 点一定功率的13.5nm(2％带宽)辐射光输出。EUV光刻机实际工作时要求IF点功率稳定性 良好，这也就要求提高毛细管放电时13.5nm辐射光输出稳定性。

在Xe气流量为0.2sccm～1sccm时，采用纯Xe或Xe+He气放电时，气体不易击穿， 此时不能获得稳定的13.5nm辐射光输出，在毛细管内充入Ar气后，气体能够击穿，此 时等离子体良好压缩能够获得13.5nm辐射光输出。同时由于击穿性能变良好，使得放电 电流变稳定，而电流与13.5nm辐射光强近似成线性变化，因而可以认为提高了13.5nm 辐射光输出功率稳定性。

本发明的有益效果是：本发明通过在Xe气中掺入He气，将13.5nm辐射光输出功率 提高了2％；同时，通过在毛细管内同时充入Ar气，提高了气体放电时气体击穿性能和 13.5nm辐射光输出功率稳定性；本发明中Xe、He、Ar三种气体的流量通过三个气体流 量计控制，可根据实际需要改变三者在毛细管内的气压，获得较高输出功率及稳定的 13.5nm辐射光。

本发明用于放电等离子体极紫外光刻光源。

附图说明

图1是本发明用于放电等离子体极紫外光刻光源的介质的应用系统结构图，1是Xe 气瓶，2是He气瓶，3是Ar气瓶，4是Xe气气体流量计、5是He气气体流量计、6是 Ar气气体流量计，7是毛细管，8是电极片，9是高压脉冲电源，10是EUV辐射光；图 2是采用本发明实施例二的介质放电所得的辐射光谱和采用纯Xe气放电所得的辐射光 谱，实线谱图代表放电所采用的是实施例二的介质，虚线谱图代表放电所采用的是纯Xe 气介质。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的 任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种用于放电等离子体极紫外光刻光源的介质是Xe气、 He气和Ar气的混合气，所述Xe气、He气和Ar气的体积流量比为(0.2～2)∶(1～20)∶(1～20)。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：Xe气、He气和Ar气的 体积流量比为(0.5～1)∶(2～10)∶(2～10)。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：用于放电等离子体极紫外光刻光源的介质的应用系统由Xe气瓶1、 He气瓶2、Ar气瓶3、Xe气气体流量计4、He气气体流量计5、Ar气气体流量计6、毛 细管7、电极8和高压脉冲电源9组成，其中Xe气瓶1通过Xe气气体流量计4与毛细 管7相连，He气瓶2通过He气气体流量计5与毛细管7相连，Ar气瓶3通过Ar气气 体流量计6与毛细管7相连，两个电极8分别位于毛细管7的两端，高压脉冲电源9通过 电极8与毛细管7相联。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：通过Xe气气体流量计(4)、 He气气体流量计(5)和Ar气气体流量计(6)的气体的体积流量比为(0.2～2)∶(1～20)∶(1～20)。 其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三不同的是：通过Xe气气体流量计(4)、 He气气体流量计(5)和Ar气气体流量计(6)的气体的体积流量分别为：Xe气 0.2sccm～2sccm，He气：1sccm～20sccm，Ar气：1sccm～20sccm。其它与具体实施方式三 相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三不同的是：通过Xe气气体流量计(4)、 He气气体流量计(5)和Ar气气体流量计(6)的气体的体积流量分别为：Xe气： 0.5sccm～1sccm，He气：2sccm～10sccm，Ar气：2sccm～10sccm。其它与具体实施方式三 相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是：所述毛细管(7) 的材质为三氧化二铝，毛细管(7)的内径为2mm～10mm，长度为5mm～12mm。其它与具体 实施方式三或六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是：所述高压脉冲电 源(9)的输出电压为20kV～40kV。其它与具体实施方式三至七之一相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例一种用于放电等离子体极紫外光刻光源的介质是Xe气、He气和Ar气的混 合气，所述气体的体积流量分别为Xe气：2sccm、He气：4sccm、Ar气：4sccm。

实施例二：(请参考附图1)

本实施例用于放电等离子体极紫外光刻光源的介质的应用系统由Xe气瓶1、He气瓶 2、Ar气瓶3、Xe气气体流量计4、He气气体流量计5、Ar气气体流量计6、毛细管7、 电极8和高压脉冲电源9组成，其中Xe气瓶1通过Xe气气体流量计4与毛细管7相连， He气瓶2通过He气气体流量计5与毛细管7相连，Ar气瓶3通过Ar气气体流量计6 与毛细管7相连，两个电极8分别位于毛细管7的两端，高压脉冲电源9通过电极8与毛 细管7相联。

本实施例用于放电等离子体极紫外光刻光源的介质的应用系统的使用方法是：打开气 瓶，将Xe气、He气和Ar气分别通过Xe气气体流量计4、He气气体流量计5和Ar气 气体流量计6同时充入到毛细管7内，高压脉冲电源9的输出电压为25kV，得到EUV 辐射光10；所述气体的体积流量分别为Xe气1为2sccm、He气2为4sccm、Ar气3为 4sccm。

本实施方式的气体流量计是北京七星华创电子股份有限公司生产的、型号为 D07-19B；毛细管的材质为三氧化二铝，毛细管的内径为5mm，长度为10mm，毛细管结 构稳定，保证气体放电时不影响输出光功率。

采用本实施例的介质和纯Xe气介质放电，与纯Xe气介质(Xe气的流量为0.7sccm) 相比，如图1所示，实线谱图代表放电所采用的是实施例二的介质，虚线谱图代表放电所 采用的是纯Xe气介质，采用纯Xe气放电时，气体不易击穿，不能获得稳定的13.5nm辐 射光输出，本实施例中通过三个气体流量计控制Xe、He、Ar三种气体的流量，采用本实 施例的介质后，气体较易击穿，此时等离子体良好压缩能够获得13.5nm辐射光输出，输 出功率提高了2％；同时由于击穿性能变良好，使得放电电流变稳定，而电流与13.5nm 辐射光强近似成线性变化，提高了13.5nm辐射光输出功率稳定性。