毛細管放電Z箍縮Xe等離子體EUV光源研究.pdf

1、為了實現(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)實際應用需求，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、高重復頻率光源；用于光刻機中光學系統(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，是目前實現(xiàn)檢測用的中小功率光源主要技術(shù)方案之一。
　　關于毛細管放電Z箍縮Xe等離子體EUV光源，系統(tǒng)的機理研究、良好的放電結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)，是實現(xiàn)功率較高、穩(wěn)定性良好的13.5nm(2％帶寬)輻射光輸出的關鍵。圍繞這一目標，本文開展了EUV光源理論分析、實驗裝置的改造、EUV光源實驗研究和1kHz光源設計及建造等四方面的研究工作，以實現(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)和豐度分布計算結(jié)果，考慮譜線展寬的影響，結(jié)合離子豐度分布計算結(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。同時，深入分析了不同電流、氣壓和毛細管內(nèi)徑等參

4、數(shù)，對等離子體 Z箍縮過程的影響。結(jié)合光學收集系統(tǒng)相關參數(shù)，計算了不同毛細管內(nèi)徑和等離子體長度對收集效率和中間焦點處功率的影響。
　　毛細管放電Z箍縮Xe等離子體EUV光源實驗裝置，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)的問題做出了相應的改進，以滿足放電過程中實現(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)可以實現(xiàn)等離子體的有效箍縮，實現(xiàn)了EUV輻射光輸出。
　　實驗上

5、，系統(tǒng)地研究了預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-主脈沖聯(lián)合放電提供了實驗依據(jù)。在此基礎上，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)化了上述實驗參數(shù)。詳細的測量了各種實驗參數(shù)對13.5nm(2%帶寬)輻射信號時間特性的影響，深入分析了毛細管放電 Z箍縮 Xe等離子體 EUV光源物理機制。實驗發(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)輻射強度的物理機制。
　　在前期實驗和理論研究的基礎