專利名稱：一種基于圓偏振激光驅(qū)動的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)的制作方法
一種基于圓偏振激光驅(qū)動的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于光刻技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于圓偏振激光驅(qū)動的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)發(fā)展到今天，在芯片刻制等領(lǐng)域已有了廣泛的應(yīng)用。用于光刻的光源早已深入到深紫外波段(193nm)，并成功突破了芯片刻線22nm節(jié)點。然而，隨著對芯片集成度要求的不斷增高，所需的光刻線寬不斷減小，光刻所面臨的挑戰(zhàn)也越來越大。為了制造集成度更高的電路，人們在積極尋找下一代光刻光源。
光刻最小特征尺寸(MFS)是由衍射極限所限制的，滿足以下關(guān)系式MFS=ki* (λ/ NA)，其中Ic1是與光刻工藝相關(guān)的常數(shù)，λ是曝光光源的波長，NA是光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。 由該關(guān)系式可知，為了改善光刻最小特征尺寸有兩種途徑一種是增加光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，另外一種是減小曝光光源的波長。研究人員曾經(jīng)嘗試通過增加光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑的方法來降低最小特征尺寸。但是由于下一代光刻技術(shù)對最小特征尺寸存在非?？量痰囊?， 需要整套光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑非常大，這不僅會使得光學(xué)系統(tǒng)制備和調(diào)試變得異常復(fù)雜， 而且光學(xué)數(shù)值孔徑本身會會受到焦深的限制。
為此，研究人員開始考慮另外一種方式也即減小曝光光源波長的方式的改善光刻最小特征尺寸。例如，極紫外光刻技術(shù)通過采用波長更短(13. 5nm)的遠紫外線(extreme ultraviolet, EUV)來執(zhí)行光刻，能夠有效降低光刻最小特征尺寸，實踐證明，極紫外光刻技術(shù)將成為最有發(fā)展前途的下一代光刻技術(shù)。紫外線L工程測試樣機和樣機的相繼問世，都進一步堅定了人們利用極紫外光刻使摩爾定律得以延續(xù)的信息。
現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生 極紫外光源的主流方式是激光產(chǎn)生等離子輻射方式(LPP)，該方式的原理是利用高峰值功率的驅(qū)動脈沖激光如CO2激光光束來轟擊譬如Sn的靶材，由此激發(fā)等離子體，等離子體所輻射的極紫外光再由收集鏡予以收集，以便作為光刻的曝光光源。 所產(chǎn)生極紫外光的功率隨著驅(qū)動功率的增大而增加，兩者之間存在轉(zhuǎn)換效率CE。然而，這種極紫外光源的產(chǎn)生方式仍然存在以下的問題由于下一代光刻技術(shù)需要功率為115W的極紫外光作為曝光光源，而根據(jù)LPP原理可知，對于目前所能達到的轉(zhuǎn)換效率CE，意味著用于驅(qū)動的激光功率至少到達到15KW的水平，這將給整套驅(qū)動激光系統(tǒng)的研制帶來很大的壓力例如，需要四臺以上的大功率激光器構(gòu)成主振放大系統(tǒng)，而且光路調(diào)整變得復(fù)雜，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。此外，過高的功率也意味著過高的能量消耗，相應(yīng)增加了整體光刻系統(tǒng)的運行成本。相應(yīng)地，在相關(guān)領(lǐng)域中存在著對用于光刻的極紫外光源的產(chǎn)生方式及其設(shè)備作出進一步改進的技術(shù)需求。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷和/或技術(shù)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種基于圓偏振激光驅(qū)動的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)，其通過將高功率的線偏振脈沖CO2激光轉(zhuǎn)換為圓偏振激光，由此可激發(fā)靶材產(chǎn)生能量更高的激發(fā)態(tài)，相應(yīng)能夠以緊湊結(jié)構(gòu)和更高的轉(zhuǎn)換效率來產(chǎn)生極紫外光，并尤其適用于下一代光刻技術(shù)的曝光光源用途。
按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于圓偏振激光驅(qū)動的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括CO2激光器、偏振轉(zhuǎn)換組件、激光放大器以及極紫外光產(chǎn)生與收集裝置，其特征在于
所述CO2激光器用于產(chǎn)生線偏振的主振激光束，所述偏振轉(zhuǎn)換組件用于將該主振激光束轉(zhuǎn)換為圓偏振激光，該圓偏振激光經(jīng)由所述激光放大器予以功率放大處理后，輸出至極紫外光產(chǎn)生與收集裝置；
所述極紫外光產(chǎn)生與收集裝置用于將來自所述功率放大器的激光聚焦照射至Sn 靶材處以激發(fā)等離子體，并對該等離子體所產(chǎn)生的極紫外輻射予以收集。
按照本發(fā)明的另一方面，還提供了另外一種基于圓偏振激光驅(qū)動的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括圓偏振CO2激光器、激光放大器以及極紫外光產(chǎn)生與收集裝置，其特征在于
所述圓偏振CO2激光器產(chǎn)生圓偏振的主振激光束，該圓偏振激光經(jīng)由所述激光放大器予以功率放大處理后，輸出至極紫外光產(chǎn)生與收集裝置；
所述極紫外光產(chǎn)生與收集裝置用于將來自所述功率放大器的激光聚焦照射至Sn 靶材處以激發(fā)等離子體，并對該等離子體所產(chǎn)生的極紫外輻射予以收集。
通過以上構(gòu)思，由于圓偏振激光與線偏振激光相比，與靶材相互作用時能夠產(chǎn)生能量更高的超熱電子，該超熱電子可以更容易地將離子從基態(tài)碰撞激發(fā)至能量較高的激發(fā)態(tài)，而更高的激發(fā)態(tài)則能自發(fā)輻射出能量更高、波長更短的電磁波，在此情況下，尤其對于需要產(chǎn)生極紫外光刻光源的場合而言，這樣即 便在相對較低的激光功率和脈寬水平下，也能以較高的轉(zhuǎn)換效率來獲得極紫外光，而無需構(gòu)建復(fù)雜的主振放大系統(tǒng)；相應(yīng)地，能夠低成本、便于操控的方式來獲得極紫外光刻曝光光源，同時提高加工效率。
作為進一步優(yōu)選地，所述CO2激光器為脈寬30ns、輸出波長為10. 6 μ m的射頻機理波導(dǎo)CO2激光器。
作為進一步優(yōu)選地，所述主振激光束的重復(fù)頻率被設(shè)定為ΙΟΚΗζ，脈沖能量為 100mJ，脈沖寬度為50ns。
作為進一步優(yōu)選地，所述偏振轉(zhuǎn)換組件為原偏振片。
作為進一步優(yōu)選地，所述激光放大器由2臺連續(xù)輸出功率為4000W的工業(yè)級射頻軸快流激光器共同組成。
作為進一步優(yōu)選地，所述極紫外光產(chǎn)生與收集裝置包括內(nèi)部為真空腔的殼體，設(shè)置在殼體一側(cè)用于供來自激光放大器的激光束進入的入射窗口、設(shè)置在真空腔中并處于激光束入射方向上的聚焦透鏡、設(shè)置在真空腔中的多個Sn靶材，以及同樣設(shè)置在真空腔中并呈球面鏡形式的極紫外光收集單元。
總體而言，按照本發(fā)明的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點
1、由于利用圓偏振激光來執(zhí)行光刻用極紫外光的產(chǎn)生過程，這樣即便在相對較低的激光功率和脈寬水平下，也能以較高的轉(zhuǎn)換效率來獲得極紫外光，而無需構(gòu)建復(fù)雜的主振放大系統(tǒng)；
2、通過對整套系統(tǒng)各個功能組件的參數(shù)和規(guī)格進行研究，大量的實際測試表明， 其能夠以低成本、便于操控的方式來獲得極紫外光刻曝光光源，并便于對現(xiàn)有極紫外線光源產(chǎn)生設(shè)備的改造和利用；
3、按照本發(fā)明的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中無法有效獲得光刻用極紫外光源的技術(shù)問題，并具備結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)穩(wěn)定性高，便于調(diào)試等特點，因而尤其適用于下一代光刻技術(shù)的曝光光源用途。


圖1是按照本發(fā)明一個優(yōu)選實施方式所構(gòu)建的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖2是按照本發(fā)明另一優(yōu)選實施方式所構(gòu)建的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中
1-CO2激光器 2-主振激光束 3-偏振轉(zhuǎn)換組件 4-圓偏振激光束 5_激光放大器 6-予以功率放大后的圓偏振激光束 7-入射窗口 8-聚焦透鏡 9-Sn靶材 10-極紫外光收集單元11-殼體12-真空腔具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
圖1是按照本發(fā)明一個優(yōu)選實施方式所構(gòu)建的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1中所示，按照本發(fā)明的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)主要包括CO2激光器1、偏振轉(zhuǎn)換組件3、激光放大器5以及極紫外光產(chǎn)生與收集裝置等。CO2激光器I譬如為一臺電光調(diào)Q、脈沖為30ns、輸出波長為10. 6 μ m的射頻機理波導(dǎo)CO2激光器,用于產(chǎn)生線偏振的主振激光束。所產(chǎn)生的主振激光束2的重復(fù)頻率設(shè)定為ΙΟΚΗζ，低功率的線偏振激光。 當(dāng)該主振激光束2傳送至譬如圓偏振片的偏振轉(zhuǎn)換組件3時，轉(zhuǎn)換變?yōu)閳A偏振激光束4。圓偏振激光束4接著被注入到激光放大器5中進行功率放大處理，并輸出高功率高重復(fù)率脈寬圓偏振激光。在一個優(yōu)選實施例中，激光放大器5由2臺連續(xù)輸出功率為4000W的工業(yè)級射頻軸快流激光器共同組成。然后激光束6經(jīng)由入射窗口 7進入極紫外光產(chǎn)生與收集裝置。
極紫外光產(chǎn)生與收集裝置包括殼體11、入射窗口 7、聚焦透鏡8、Sn靶材9和極紫外光收集單元10。殼體11譬如呈箱體結(jié)構(gòu),其內(nèi)部為真空腔12。殼體11的一側(cè)(圖中所示為左側(cè))具備入射窗口 7，用于供來自激光放大器5的激光束進入。激光束進入到真空腔后，會通過聚焦透鏡8聚焦然后照射到Sn靶材9上以產(chǎn)生等離子體，等離子體相應(yīng)產(chǎn)生極紫外光輻射，并由譬如呈球面鏡或橢球面鏡形式的收集單元10收集。
本發(fā)明的優(yōu)點主要體現(xiàn)在針對現(xiàn)有技術(shù)中無法有效獲得光刻用極紫外光源的不足，利用高功率圓偏振CO2激光束來驅(qū)動極紫外光源，相應(yīng)地，即便在相對較低的激光功率和脈寬水平下，也能以較高的轉(zhuǎn)換效率來獲得極紫外光，而且整體系統(tǒng)具備低成本、便 于操控的特點，并有助于提高光刻加工效率。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同 替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于圓偏振激光驅(qū)動的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括CO2激光器(I)、偏振轉(zhuǎn)換組件(3)、激光放大器(5)以及極紫外光產(chǎn)生與收集裝置，其特征在于 所述CO2激光器(I)用于產(chǎn)生線偏振的主振激光束，所述偏振轉(zhuǎn)換組件(3)用于將該主振激光束轉(zhuǎn)換為圓偏振激光，該圓偏振激光經(jīng)由所述激光放大器(5)予以功率放大處理后，輸出至極紫外光產(chǎn)生與收集裝置； 所述極紫外光產(chǎn)生與收集裝置用于將來自所述功率放大器(5)的激光聚焦照射至Sn靶材處以激發(fā)等離子體，并對該等離子體所產(chǎn)生的極紫外輻射予以收集。
2.一種基于圓偏振激光驅(qū)動的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括圓偏振C02激光器(I)、激光放大器(3)以及極紫外光產(chǎn)生與收集裝置，其特征在于 所述圓偏振C02激光器(I)產(chǎn)生圓偏振的主振激光束，該圓偏振激光經(jīng)由所述激光放大器(3)予以功率放大處理后，輸出至極紫外光產(chǎn)生與收集裝置； 所述極紫外光產(chǎn)生與收集裝置用于將來自所述功率放大器(3)的激光聚焦照射至Sn靶材處以激發(fā)等離子體，并對該等離子體所產(chǎn)生的極紫外輻射予以收集。
3.如權(quán)利要求1或2所述的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述CO2激光器(O為脈寬30ns、輸出波長為10. 6 μ m的射頻機理波導(dǎo)CO2激光器。
4.如權(quán)利要求3所述的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述主振激光束的重復(fù)頻率被設(shè)定為ΙΟΚΗζ，脈沖能量為100mJ，脈沖寬度為50ns。
5.如權(quán)利要求1所述的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述偏振轉(zhuǎn)換組件(3)為原偏振片。
6.如權(quán)利要求1-5任意一項所述的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng),其特征在于,所述激光放大器(5)譬如由2臺連續(xù)輸出功率為4000W的工業(yè)級射頻軸快流激光器共同組成。
7.如權(quán)利要求1-6任意一項所述的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述極紫外光產(chǎn)生與收集裝置包括內(nèi)部為真空腔(12)的殼體(11)，設(shè)置在殼體(11) 一側(cè)用于供來自激光放大器的激光束進入的入射窗口(7)、設(shè)置在真空腔(12)中并處于激光束入射方向上的聚焦透鏡(8)、設(shè)置在真空腔中的多個Sn靶材(9)，以及同樣設(shè)置在真空腔中并呈球面鏡形式的極紫外光收集單元(10)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圓偏振激光驅(qū)動的極紫外光刻光源產(chǎn)生系統(tǒng)，包括CO2激光器、偏振轉(zhuǎn)換組件、激光放大器以及極紫外光產(chǎn)生與收集裝置，其中所述CO2激光器用于產(chǎn)生線偏振的主振激光束，所述偏振轉(zhuǎn)換組件用于將主振激光束轉(zhuǎn)換為圓偏振激光，該圓偏振激光經(jīng)由激光放大器功率放大后，輸出至極紫外光產(chǎn)生與收集裝置；所述極紫外光產(chǎn)生與收集裝置用于將來自所述功率放大器的激光聚焦照射至Sn靶材處以激發(fā)等離子體，并對該等離子體所產(chǎn)生的極紫外輻射予以收集。通過本發(fā)明，能夠在相對較低的激光功率和脈寬水平下，也能以較高的轉(zhuǎn)換效率來獲得極紫外光，而無需構(gòu)建復(fù)雜的主振放大系統(tǒng)，由此能夠以低成本、便于操控的方式來獲得光刻用極紫外光源。
文檔編號G03F7/20GK103048889SQ20121055151
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者易翔宇, 王新兵, 左都羅, 盧宏, 朱海紅, 陸培祥 申請人:華中科技大學(xué)