[发明专利]一种激光等离子体极紫外光源靶材的优化方法

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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Sn⁸⁺-Sn¹³⁺，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。

发明内容

针对上述问题，本发明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。

为实现上述目的，本发明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。

进一步的，所述固体薄膜靶材包括工作物质和衬底两部分。

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。

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。

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。

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。

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。

有益效果：本发明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。本发明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

图1为本发明一个实施例的薄膜靶制取设备；

图2为本发明一个实施例搭建的极紫外光源的结构示意图；