一种激光等离子体极紫外光源靶材的优化方法技术

一种激光等离子体极紫外光源靶材优化方法，通过电子束蒸发的方式在产生激光等离子体的靶材衬底上生长锡薄膜，形成有限质量的固体薄膜靶，通过控制锡层的厚度来控制激光单次作用所消耗的锡量；当高能量脉冲激光与靶材作用产生等离子体时，通过控制薄膜靶的锡量进而优化极紫外光产生的效率和碎屑的产生。通过控制薄膜厚度调整靶材表面生长的锡燃料的量，使其在单次激光脉冲下，光斑作用下的锡可以充分利用，进而可以有效提高激光转化效率和靶材工作物质利用率，并减少碎屑对光学系统的污染。并减少碎屑对光学系统的污染。并减少碎屑对光学系统的污染。

【技术实现步骤摘要】
一种激光等离子体极紫外光源靶材的优化方法


[0001]本专利技术涉及一种激光等离子体极紫外光源靶材优化方法，涉及极紫光光刻激光产生领域。

技术介绍

[0002]极紫外光，又称软X射线，通常指波长在10
‑
124nm之间的电磁辐射，其对应光子能量在10
‑
124eV。其中，波长为13.5nm的光常被使用在半导体光刻工艺中，用于将掩模版上的电路图案缩放转移到硅晶圆上。
[0003]目前，通常采用激光产生等离子体(Laser Produced Plasma)的方法作为极紫外光刻技术的光源，即在高真空的环境下使用高能红外激光轰击固体锡靶材，靶材熔化、气化并生成等离子体。等离子体中的锡高度电离至Sn
8+
‑
Sn
13+
，释放大量高速运动的自由电子。高能自由电子与锡离子中尚未完全电离的带内电子相互碰撞，将带内电子激发至较高能级；高能级的带内电子会自发向低能级跃迁，其中的4d
‑
4f的密集跃迁会形成类似连续的跃迁阵列，即所谓不可分辨跃迁阵列，进而产生一系列在13.5nm及附近波长的原子发射光谱，辐射极紫外光。但是，现有的极紫外光源在工作时，高能激光作用在靶材表面，靶材气化生成等离子体时也会向四周溅射离子碎屑，因而靶材的工作物质无法完全转化，光源的转换效率和靶材工作物质的利用效率不高。而且生成等离子时产生的碎屑会污染光源乃至投影和照明系统，降低极紫外光源光学系统的寿命。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种激光等离子体极紫外光源靶材的优化方法，用于提高光源的转换效率和靶材工作物质的利用率，并减缓现有固体靶材碎屑对光学系统的污染问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种激光等离子体极紫外光源靶材的优化方法，通过电子束蒸发的方式在产生激光等离子体的靶材衬底上生长锡薄膜，形成有限质量的固体薄膜靶，通过控制锡层的厚度来控制激光单次作用所消耗的锡量。进一步，当高能量脉冲激光与靶材作用产生等离子体时，通过控制薄膜靶的锡量进而优化极紫外光产生的效率和碎屑的产生。
[0006]进一步的，所述固体薄膜靶材包括工作物质和衬底两部分。
[0007]进一步的，所示固体薄膜靶材的工作物质为在极紫外光子能量范围中存在能级差的材料，并在所述高能红外激光作用下可以辐射对应能级差的光子，通常为锡。
[0008]进一步的，所示固体薄膜靶材的工作物质通过电子束蒸发的方法固定在衬底表面，所述电子束蒸发通过控制蒸发速率和蒸发时间的方式控制薄膜厚度；其中，所述蒸发速率由电子枪电流控制，通过石英晶振监测；使用计算机按时间积分蒸发速率来确认在衬底表面生长的锡薄膜厚度。
[0009]进一步的，所示固体薄膜靶材的衬底表面的工作物质厚度范围在1
‑
1000nm。
[0010]进一步的，所述固体薄膜靶材的衬底可以为金属、半导体或非导体。
[0011]进一步的，所述等离子体由高能量的纳秒脉冲激光聚焦作用于薄膜靶材后产生。
[0012]有益效果：本专利技术用于解决在激光等离子体中，固体锡靶产生碎屑过多，靶材利用率和转换效率不高的问题。本专利技术采用薄膜靶材作为激光作用目标，通过控制薄膜厚度调整靶材表面生长的锡燃料的量，使其在单次激光脉冲下，光斑作用下的锡可以充分利用，进而可以有效提高激光转化效率和靶材工作物质利用率，并减少碎屑对光学系统的污染。
附图说明
[0013]图1为本专利技术一个实施例的薄膜靶制取设备；
[0014]图2为本专利技术一个实施例搭建的极紫外光源的结构示意图；
[0015]图3是本专利技术选用不同衬底的靶材所产生的极紫外光谱图；
[0016]图4为本专利技术在不同锡层厚度下所产生的极紫外光谱图。
具体实施方式
[0017]为了使本专利技术的目的、技术方案更加清晰，下面结合附图及实施例对本专利技术作更进一步的说明。
[0018]本专利技术提供一种激光等离子体极紫外光源靶材的优化方法，所述方法为：通过电子束蒸发的方式在产生激光等离子体的靶材衬底上生长锡薄膜，形成有限质量的固体薄膜靶来替代固体锡靶，通过控制锡层的厚度来控制激光单次作用所消耗的锡量。通过控制薄膜靶的锡量，在激光与靶材作用产生等离子体时，优化极紫外光产生的效率和减少碎屑的产生。
[0019]图1所示为本专利技术实施例所采用的薄膜靶制取设备，为一电子束蒸发源，包括电子枪11，磁铁12，坩埚13和靶材衬底14。电子枪11产生高速电子流形成电子束16，电子束16经磁铁12偏转后聚焦至坩埚13内，并将能量转移到装在坩埚13中的蒸发材料锡，加热锡形成蒸汽流15，蒸发至靶材衬底14表面，从而获得高质量锡薄膜靶。
[0020]本专利技术采用电子束蒸发的方式获取薄膜锡靶，通过控制蒸发速率和蒸发时间的方式控制薄膜厚度。调节电子枪11的电流来调控电子束16的电子动能，进而控制锡受热蒸发的速率。通过石英晶振监测锡的实时蒸发速率，并通过按时间积分蒸发速率来计算在衬底表面已生长的锡薄膜厚度，以便调整蒸发时间，从而获取所需厚度的薄膜锡靶。
[0021]本专利技术还提供一种基于固体薄膜靶的极紫外光源装置。如图2所示，包括：高能脉冲激光器21、聚焦系统22、真空腔室23、固体薄膜靶24、薄膜生长装置25和靶材移动设备26。其中，薄膜生长装置25为上述靶材制取设备。所述脉冲激光器21产生高能纳秒激光。激光经聚集系统22进行整形和会聚后进入真空腔室23，与其中的固体薄膜靶材24相互作用，形成等离子体并辐射极紫外光。固体薄膜靶材24安装在激光的聚焦点上。靶材移动装置26用于转动靶材衬底，将薄膜靶制取设备即薄膜生长装置25制得的锡薄膜移动至激光作用点，保证每次激光轰击时，均有合适数量的锡与激光作用，保证足够的极紫外光输出功率。真空腔室23用来确保固体薄膜靶24生长过程和极紫外光源产生过程均在高真空环境下。
[0022]本专利技术采用有限质量的固体薄膜靶，通过控制电子束蒸发形成的锡薄膜厚度来控制激光单次作用所消耗的锡量，进而使得单次激光脉冲下靶材的工作物质充分作用生成等
离子体，防止过多的锡形成固体碎屑溅出而降低极紫外光产生的效率，以及由于碎屑溅出二造成的光学系统的污染，最终达到提高靶材的利用率和光源寿命的目的。同时，电机在每次激光轰击后移动靶材位置，防止激光在同一个地方连续轰击导致工作物质全部消耗掉，确保输出极紫外光的稳定性，也保证激光聚焦的焦点处始终有足够的锡层。
[0023]图3为选用不同衬底的靶材所产生的极紫外光谱。使用上述薄膜生长装置，分别选取硅片、玻璃、铜片三种材料作为衬底，生长100nm厚的锡薄膜。选取波长1064nm、脉冲能量600mJ、脉宽7ns的激光进行轰击。利用光谱仪测得每种靶材的极紫外光谱。从光谱图可见，在三种衬底中，硅衬底的极紫外光纯度和强度最好。
[0024]图4为同种衬底在不同锡层厚度下所产生的极紫外光谱。选取硅片作为衬底，利用上述薄膜生长装置分别生长10、50、10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光等离子体极紫外光源靶材优化方法，其特征是，通过电子束蒸发的方式在产生激光等离子体的靶材衬底上生长锡薄膜，形成有限质量的固体薄膜靶，通过控制锡层的厚度来控制激光单次作用所消耗的锡量；当高能量脉冲激光与靶材作用产生等离子体时，通过控制薄膜靶的锡量进而优化极紫外光产生的效率和碎屑的产生。2.根据权利1要求所描述的一种极紫外光源靶材优化方法，其特征在于，所述固体薄膜靶材包括工作物质和衬底两部分。3.根据权利1要求所描述的一种极紫外光源靶材优化方法，其特征在于，所述固体薄膜靶材的工作物质为锡。4.根据权利1要求所描述的一种极紫外光源靶材优化方法，其特征在于，所述固体薄膜靶材的衬底为金属或半导体或非导体。5.根据权利1
‑
4要求任一项所描述的一种极紫外光源靶材优化方法，其特征在于，所述固体薄膜靶材的工作物质通过电子束蒸发的方法生长在衬底表面。6.根据权利1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永兵，陈笑，黎遥，钟文彬，严羽，侯鉴波，何亮，陆显扬，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：