一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源制造技术

本发明专利技术公开了一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源。包括脉冲激光器以及设置在真空腔中的反射镜、聚焦透镜、镓铟锡合金靶材和收集镜；工作时，所述脉冲激光器发出的激光被所述反射镜反射后到达所述聚焦透镜，在所述镓铟锡合金靶材的液面上形成聚焦光斑，激发所述镓铟锡合金靶材产生等离子体，等离子体辐射产生极紫外光，极紫外光被所述收集镜收集后用作测试光源。产生的极紫外光在13.X nm和6.X nm波段均有较强辐射，并且通过控制作用在靶材上的激光功率密度，能有效控制两个波段的辐射强度。

【技术实现步骤摘要】
一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源
本专利技术属于激光
，更具体地，涉及一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源。
技术介绍
用于集成芯片生产的光刻技术的分辨率受限于所用光刻光源的波长。使用较短波长的光刻光源在提高光刻分辨率的同时，还有利于进一步减小芯片的尺寸。光刻机光源的波长从365nm发展至248nm，进一步发展至193nm，光刻分辨率也提高到了16nm节点。中心波长在13.5nm的极紫外光源的采用，已将光刻分辨率提高至14nm，且荷兰的ASML公司即将使用该种极紫外光源的光刻机投入量产。为进一步提高光刻机分辨率，对光刻光源的研究转入了波长在6.Xnm的极紫外光源。由于极紫外光极易被吸收，对光刻机中的光学器件要求很严格，用极紫外测试光源对极紫外光学器件的测试就很有必要。目前的测试光源波长多为13.5nm，例如，用脉冲激光烧蚀固体锡靶辐射出13.5nm的极紫外光。但激光烧蚀固体靶产生碎屑较多，极易对收集镜造成损害，所以采用液滴锡靶来产生13.5nm波段的极紫外光源。但是液滴靶一般通过将锡熔化后在高压气体以及高频振动的作用下通过小孔喷射形成，技术复杂，并且激光与液滴靶必须在空间和时间上同步，难度大，特别是喷口容易在高频超声波的作用下侵蚀，需要经常更换。而波长在6.Xnm波段的极紫外光源所用的靶材为固体Gd等高熔点金属靶材，很难实现液滴靶材，于是就面临碎屑污染的问题。目前需要通过更换靶材来实现极紫外波长的转换，尚且还没有能同时实现13.5nm和6.Xnm两个波段的极紫外测试光源。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源，以镓铟锡合金作为靶材，产生的极紫外光在13.Xnm和6.Xnm波段均有较强辐射，其中13.Xnm波段主要由激光烧蚀锡产生等离子体辐射产生，而6.Xnm主要由激光烧蚀镓产生等离子体辐射产生，并且通过控制作用在靶材上的激光功率密度，能有效控制两个波段的辐射强度。为实现上述目的，本专利技术提供了一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源，其特征在于，包括脉冲激光器以及设置在真空腔中的反射镜、聚焦透镜、镓铟锡合金靶材和收集镜；工作时，所述脉冲激光器发出的激光被所述反射镜反射后到达所述聚焦透镜，在所述镓铟锡合金靶材的液面上形成聚焦光斑，激发所述镓铟锡合金靶材产生等离子体，等离子体辐射产生极紫外光，极紫外光被所述收集镜收集后用作测试光源。优选地，所述收集镜为将椭球形腔体去除两端后得到的筒状结构。优选地，通过调整所述脉冲激光器输出的激光能量或在所述镓铟锡合金靶材的液面上形成的聚焦光斑大小，调整作用在所述镓铟锡合金靶材上的激光功率密度，进而改变极紫外光光谱中各波段的光谱强度，实现光谱的可调谐。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：采用常温下呈液态的镓铟锡合金作为靶材，能减少等离子体碎屑污染，与液态金属锡等靶材相比，不需要高温加热，无需高温防冷却装置，简化了实验装置，降低了实验成本；激光烧蚀产生的镓铟锡合金的等离子体辐射出的光谱覆盖了2～20nm波段，相比以镓为靶材辐射的6～7nm波段的光谱以及以锡为靶材辐射出的中心波长在13.5nm的光谱，实现了宽波段光谱辐射；由仿真结果可以看出，通过改变外界实验条件，如激光能量、激光在靶面上的聚焦效果等，能改变产生的等离子体的电子温度，进而改变等离子体中离子的种类和比例，最终改变等离子体辐射产生的光谱中各波段的光谱强度，即实现了光谱的可调谐；将产生的极紫外辐射通过收集镜收集，即可作为测试光源。综上，本专利技术的有益效果是用相对简单的实验装置实现了可调谐的宽光谱光源的产生。附图说明图1是本专利技术实施例的可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源的结构示意图；图2是镓的等离子体电子温度随激光功率密度的变化曲线；图3是本专利技术实施例的极紫外光源在等离子体电子温度在15～35eV时辐射出的极紫外光光谱；图4是本专利技术实施例的极紫外光源在等离子体电子温度在40～60eV时辐射出的极紫外光光谱。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-脉冲激光器，2-真空腔，3-反射镜，4-聚焦透镜，5-镓铟锡合金靶材，6-靶材容器，7-等离子体，8-极紫外光，9-收集镜。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本专利技术实施例的可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源包括脉冲激光器1、真空腔2、反射镜3、聚焦透镜4、镓铟锡合金靶材5和收集镜9。反射镜3、聚焦透镜4、镓铟锡合金靶材5和收集镜9设置在真空腔2中，工作时，脉冲激光器1发出的激光通过真空腔2的窗口入射至反射镜3，被反射镜3反射后到达聚焦透镜4，由聚焦透镜4输出的光在镓铟锡合金靶材5的液面上形成聚焦光斑，其作用于镓铟锡合金靶材5，产生等离子体7，等离子体7辐射产生极紫外光8，极紫外光8被收集镜9收集后用作测试光源。具体地，脉冲激光器1为CO2激光器或Nd:YAG激光器；镓铟锡合金靶材5盛放在靶材容器6中，镓铟锡合金没有镓的化学性质活跃，能与多种金属和塑料共存，比较常用的盛放镓铟锡合金的容器材料为不锈钢，因此，靶材容器6采用不锈钢靶池；收集镜9为将椭球形腔体去除两端后得到的筒状结构，筒内壁镀有多层钼硅反射膜，这种结构使得收集镜9有一个广口朝向等离子体7，因而能提高极紫外辐射的收集效率。通过调整脉冲激光器1输出的激光能量或在镓铟锡合金靶材5的液面上形成的聚焦光斑大小，调整作用在镓铟锡合金靶材5上的激光功率密度，进而改变等离子体辐射产生的光谱中各波段的光谱强度，实现光谱的可调谐。具体地，可通过如下方式调整脉冲激光器1输出的激光能量：一是调整脉冲激光器1的参数，如脉冲激光器1的延时，实验装置不必移动；二是在脉冲激光器1的输出端依次设置分束器和半波片，调整半波片的偏振方向。可通过如下方式调整镓铟锡合金靶材5的液面上的聚焦光斑大小：一是调整聚焦透镜4与镓铟锡合金靶材5的液面之间的距离；二是选用不同焦距的聚焦透镜，聚焦光斑大小随聚焦透镜焦距的增大而增大。镓的等离子体电子温度随激光功率密度的变化曲线如图2所示。当已知激光的功率密度时，可根据公式(1)计算激光与靶材作用后产生的等离子体电子温度Te，再由公式(2)计算等离子体中各价态离子所占比例。其中，A为靶材原子序数，λ为激光波长，为激光功率密度。其中，z为离子化合价，nz为z价离子在等离子体中所占的比例，nz+1为z+1价离子在等离子体中所占的比例，ne为等离子体密度，S(z,Te)为z价离子在等离子体电子温度Te下的碰撞电离系数，αr(z+1,Te)和α3b(z+1,Te)分别为z+1价离子在等离子体电子温度Te下的辐射耦合系数和三体耦合系数。利用考恩代码(CowanCode)计算出镓、铟、锡不同离子的辐射光谱，综合计算出各离子的分布比例，以及镓铟锡合金中镓、铟、锡的比例，最后计算出镓铟锡合金在不同的等离子体电子温度Te下，即不同的激光功率密度下的光谱。镓铟锡合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源，其特征在于，包括脉冲激光器以及设置在真空腔中的反射镜、聚焦透镜、镓铟锡合金靶材和收集镜；工作时，所述脉冲激光器发出的激光被所述反射镜反射后到达所述聚焦透镜，在所述镓铟锡合金靶材的液面上形成聚焦光斑，激发所述镓铟锡合金靶材产生等离子体，等离子体辐射产生极紫外光，极紫外光被所述收集镜收集后用作测试光源。

【技术特征摘要】
1.一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源，其特征在于，包括脉冲激光器以及设置在真空腔中的反射镜、聚焦透镜、常温下呈液态的镓铟锡合金靶材和收集镜；工作时，所述脉冲激光器发出的激光被所述反射镜反射后到达所述聚焦透镜，在所述镓铟锡合金靶材的液面上形成聚焦光斑，激发所述镓铟锡合金靶材产生等离子体，等离子体辐射产生极紫外光，极紫外光被所述收集镜收集后用作测...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘璐宁，王新兵，左都罗，陆培祥，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42