液滴錫靶激光等離子體碎屑和極紫外輻射特性研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著電子產(chǎn)品爆發(fā)式的增長(zhǎng)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷追求縮小芯片刻蝕的特征尺寸以提升產(chǎn)品的性能，芯片生產(chǎn)所采用的光刻技術(shù)正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。極紫外光刻技術(shù)采用中心波長(zhǎng)13.5 nm(2％帶寬以內(nèi))的極紫外光進(jìn)行刻蝕，它為人們提供了半導(dǎo)體生產(chǎn)10 nm及以下節(jié)點(diǎn)的解決方案，該技術(shù)被業(yè)界廣泛認(rèn)為是最有前途的下一代光刻技術(shù)之一。基于液滴錫靶的激光等離子體光源由于其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，轉(zhuǎn)換效率高，碎屑產(chǎn)量低等特點(diǎn)被人們認(rèn)為是最有潛力的極紫外光源。由此，本論文

2、搭建了基于瑞利斷裂理論的液滴錫靶發(fā)生裝置，并基于該裝置開(kāi)展了激光誘導(dǎo)錫液滴產(chǎn)生等離子體極紫外輻射的實(shí)驗(yàn)研究。
　　液滴錫靶是激光等離子體光源連續(xù)、穩(wěn)定工作的關(guān)鍵，是激光等離子體光源能否勝任極紫外光刻的決定性因素之一。本論文根據(jù)瑞利斷裂理論，得到了射流斷裂的最佳條件，并研發(fā)、設(shè)計(jì)了一套錫液滴發(fā)生裝置。根據(jù)錫的噴射條件，該裝置能夠耐錫腐蝕；能在不超過(guò)5 MPa的氣體壓力、不超過(guò)500℃的條件下恒溫、持續(xù)工作。通過(guò)改變液滴發(fā)生裝置的噴嘴

3、、背景氣壓和擾動(dòng)頻率，該裝置能夠獲得不同大小、不同速度以及不同頻率的液滴。此外，本論文還搭建了基于背光LED照明的CCD成像系統(tǒng)和激光-光電二極管液滴追蹤系統(tǒng)，在液滴發(fā)生裝置進(jìn)行水、錫的噴射實(shí)驗(yàn)中對(duì)液滴的參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量。
　　隨后，本論文分析了激光與液滴錫靶作用后等離子體的形成、膨脹過(guò)程以及影響等離子體特征參數(shù)的關(guān)鍵因素。基于液滴發(fā)生器開(kāi)展了脈沖CO2激光誘導(dǎo)錫液滴產(chǎn)生等離子體羽輝膨脹的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了激光同步打靶的可行性，并利用IC

4、CD相機(jī)記錄了時(shí)間分辨的等離子體羽輝膨脹圖像。根據(jù)圖像獲得了隨時(shí)間變化的等離子體羽輝橢圓邊界以及等離子體膨脹和持續(xù)的時(shí)間。處理圖像后得到了等離子體在各時(shí)刻、各個(gè)方向上羽輝的膨脹速度以及羽輝橢球的偏心率。論文還對(duì)激光同步打靶的實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行了分析。此外，本論文還比較分析了液滴錫靶和固體平板錫靶激光等離子體羽輝膨脹的特性。
　　第三，本論文基于飛行時(shí)間譜方法對(duì)液滴錫靶激光等離子體離子碎屑的特性進(jìn)行了研究。假設(shè)等離子體粒子數(shù)密度函數(shù)分別滿

5、足橢球Maxwell–Boltzmann分布和橢球Druyvesteyn分布，通過(guò)將上述兩種分布函數(shù)分別與實(shí)驗(yàn)測(cè)量所得的Nd:YAG激光錫液滴靶等離子體離子飛行時(shí)間譜進(jìn)行擬合得出了等離子體離子運(yùn)動(dòng)溫度、等離子體羽輝橢球偏心率、等離子體質(zhì)心平均運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)。此外，根據(jù)離子的飛行時(shí)間譜，本論文還計(jì)算了等離子體碎屑的角向分布特性，比較了CO2激光和Nd:YAG激光作用錫液滴產(chǎn)生的離子碎屑角向分布特性、離子碎屑膨脹速度的差異。
　　最后

6、，本論文對(duì)液滴錫靶激光等離子體極紫外輻射特性進(jìn)行了研究。通過(guò)自主設(shè)計(jì)搭建的掠入射平焦場(chǎng)光柵光譜儀測(cè)量、比較了不同激光誘導(dǎo)液滴錫靶產(chǎn)生的極紫外輻射譜結(jié)構(gòu)。利用極紫外光電二極管測(cè)量、分析了不同激光作用錫液滴產(chǎn)生的極紫外輻射的時(shí)間、空間分布特性。此外，本論文還利用離子飛行時(shí)間譜擬合的粒子數(shù)密度函數(shù)計(jì)算了等離子體對(duì)極紫外輻射的光學(xué)厚度，通過(guò)輻射吸收模型計(jì)算了等離子體對(duì)其輻射中心區(qū)域發(fā)出的極紫外輻射的吸收情況，得到了極紫外輻射的空間分布特性并將其