毛細(xì)管放電Z箍縮Xe等離子體EUV光源研究.pdf

1、為了實(shí)現(xiàn)更小特征尺寸的集成電路，采用更短曝光波長的下一代光刻技術(shù)被提出來。極紫外(EUV)光刻相比其他下一代光刻技術(shù)，在光學(xué)光刻技術(shù)上的延續(xù)性較好，是目前發(fā)展的一種主要技術(shù)方案。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，目前極紫外光刻光源主要沿著兩條路線發(fā)展：滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)需求的高功率、高重復(fù)頻率光源；用于光刻機(jī)中光學(xué)系統(tǒng)、掩膜版、光刻膠等系統(tǒng)檢測用的中小功率光源。后者要求光源具有較高的功率穩(wěn)定性和適中的光源功率，同時要求光源結(jié)構(gòu)簡單、工作成本較低。毛細(xì)管

2、放電Z箍縮Xe等離子體EUV光源具有結(jié)構(gòu)較為簡單、穩(wěn)定性好、收集效率較高等優(yōu)點(diǎn)，是目前實(shí)現(xiàn)檢測用的中小功率光源主要技術(shù)方案之一。
　　關(guān)于毛細(xì)管放電Z箍縮Xe等離子體EUV光源，系統(tǒng)的機(jī)理研究、良好的放電結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)功率較高、穩(wěn)定性良好的13.5nm(2％帶寬)輻射光輸出的關(guān)鍵。圍繞這一目標(biāo)，本文開展了EUV光源理論分析、實(shí)驗(yàn)裝置的改造、EUV光源實(shí)驗(yàn)研究和1kHz光源設(shè)計(jì)及建造等四方面的研究工作，以實(shí)現(xiàn)較高功率和穩(wěn)定性

3、的13.5nm(2%帶寬)輻射光輸出。
　　在理論方面，本文采用Cowan程序計(jì)算了Xe離子能級參數(shù)。采用碰撞-輻射模型模擬了不同條件下等離子體中不同價態(tài)離子豐度分布。根據(jù)離子能級參數(shù)和豐度分布計(jì)算結(jié)果，考慮譜線展寬的影響，結(jié)合離子豐度分布計(jì)算結(jié)果，模擬了不同條件下輻射光譜的變化。采用雪耙模型模擬了毛細(xì)管放電 Xe等離子體 EUV光源中的Z箍縮過程，分析了箍縮過程中存在的多次箍縮效應(yīng)。同時，深入分析了不同電流、氣壓和毛細(xì)管內(nèi)徑等參

4、數(shù)，對等離子體 Z箍縮過程的影響。結(jié)合光學(xué)收集系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，計(jì)算了不同毛細(xì)管內(nèi)徑和等離子體長度對收集效率和中間焦點(diǎn)處功率的影響。
　　毛細(xì)管放電Z箍縮Xe等離子體EUV光源實(shí)驗(yàn)裝置，主要包括電源系統(tǒng)、放電系統(tǒng)、充配氣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、探測系統(tǒng)等五部分。本文針對光源工作中出現(xiàn)的問題做出了相應(yīng)的改進(jìn)，以滿足放電過程中實(shí)現(xiàn)較高功率和穩(wěn)定性的極紫外輻射的要求。改造后的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)等離子體的有效箍縮，實(shí)現(xiàn)了EUV輻射光輸出。
　　實(shí)驗(yàn)上

5、，系統(tǒng)地研究了預(yù)脈沖放電對輻射光譜和光源的時間及功率穩(wěn)定性的影響，為后續(xù)采用預(yù)-主脈沖聯(lián)合放電提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合理論分析，系統(tǒng)地研究了主脈沖電流幅值、Xe氣流量、毛細(xì)管內(nèi)徑、輔助氣體和等離子體長度等參數(shù)對Xe等離子體EUV光譜的影響，優(yōu)化了上述實(shí)驗(yàn)參數(shù)。詳細(xì)的測量了各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)對13.5nm(2%帶寬)輻射信號時間特性的影響，深入分析了毛細(xì)管放電 Z箍縮 Xe等離子體 EUV光源物理機(jī)制。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大電流、低氣壓時13.5n

6、m(2%帶寬)輻射信號時間特性存在多個峰值，但目前國際上并沒有系統(tǒng)的研究和解釋，本文結(jié)合理論模擬，證實(shí)了多峰現(xiàn)象來源于等離子體的多次箍縮。Xe氣中摻入He氣可以提高13.5nm(2%帶寬)輻射強(qiáng)度，本文通過在Xe氣中摻入不同比例He氣，優(yōu)化了He與Xe的流量比，并對比摻入He、Ne和Ar等氣體時的光譜及13.5nm(2%帶寬)時間特性，解釋了摻入He氣提高13.5nm(2%帶寬)輻射強(qiáng)度的物理機(jī)制。
　　在前期實(shí)驗(yàn)和理論研究的基礎(chǔ)