放电Xe等离子体13.5nm极紫外光源研究

极大规模集成电路芯片的工业生产,目前主要采用193nm激光光刻技术,其刻线的最小尺寸达到16nm以下,已接近理论极限。为了进一步减小刻线的最小尺寸,提高芯片的集成度,要求光刻采用波长更短的曝光光源。

极紫外光刻采用波长更短的13.5nm(2%带宽)极紫外荧光作为曝光光源。与激光Sn等离子体光源相比,放电Xe等离子体13.5nm极紫外光源具有结构相对简单、造价较低等优点,成为用于极紫外光刻机中的反射镜、掩模版、光刻胶等系统检测的中小功率的理想光源。

为此,哈尔滨工业大学王骐教授和赵永蓬教授课题组开展了放电Xe等离子体极紫外光源的研究工作,是国内首家开展此工作的单位。

该课题组建立了极紫外光源实验装置,实验中采用预-主脉冲联合放电技术,研究了实验参数对13.5nm(2%带宽)辐射强度影响。实验结果表明,随着主脉冲电流、陶瓷管内径和等离子体长度的增加,13.5nm辐射强度增加;存在最佳的气体流量,对应最强的13.5nm辐射;在Xe气中适当掺入He气,13.5nm辐射强度明显提高。

根据上述实验规律,该课题组建造了重复频率1kHz的13.5nm极紫外光源样机。样机采用喷气和多层金属箔片相结合的方式去除放电时产生的碎屑,以减少对光收集系统的污染;样机极紫外光收集系统采用Wolter-I型反射镜结构,以掠入射方式将陶瓷管内发出的13.5nm极紫外辐射聚焦到中间焦点(IF点)。该课题组对极紫外光源样机进行了系统集成和调试,获得了中心波长位于13.5nm的极紫外辐射。在重复频率1kHz时,2π立体角内13.5nm(2%带宽)辐射光功率约为1.4W,经估算此时IF点的功率约为100mW。该极紫外光源研究的研制,为未来我国建造更高功率的极紫外光刻机奠定了一定的基础。

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图1 重复频率1kHz电源主脉冲电压、电流典型波形      图2 Xe和He等离子体辐射的极紫外光谱
 

具体研究成果点击查看:http://www.opticsjournal.net/Articles/abstract?aid=OJ1811150000315B8EaG。