极紫外光产生的方法和激光等离子体极紫外光源的装置

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别是涉及极紫外光产生的方法和激光等离子体极紫外光源的装置。

背景技术

随着半导体技术的发展，光刻技术越来越受到人们的重视。但是随着半导体芯片集成度越来越高，要求曝光波长越来越短，用于光刻的光源从最早的可见光波段436纳米和紫外波段365纳米，到后来的深紫外波段248纳米和193纳米，又经过浸润式技术，将特征尺寸减小到了22纳米，而到目前为止，13.5纳米的极紫外光源被认为是下一代最具潜力的光刻光源。产生13.5纳米的极紫外光的方法有：同步辐射源技术、放电等离子体技术和激光等离子体技术。而由于同步辐射原技术的复杂性、不稳定性和放电等离子体技术的热效应，导致前两种方案存在很大的缺陷，严重阻碍了其发展；相对而言，激光等离子体技术由于其自身装置简便、稳定性好、输出功率高等优势，成为产生极紫外光源的最佳技术手段。目前公开激光等离子体技术，需要先探测液滴后再通过同步技术控制激光器发出激光脉冲实现打靶，在高频下很难实现激光脉冲与液滴同步，使大部分激光能量被损耗，同时装置复杂，操作不易，极紫外光源的转换效率非常低。

因此，使用激光等离子体技术作为极紫外光源，如何在高频下实现激光脉冲与液滴精确同步，以及提高等离子体极紫外光源的转换效率，已成为此领域中亟待解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，本发明提供了一种能在高频下实现激光脉冲与液滴精确同步，以及提高等离子体极紫外光源的转换效率的极紫外光产生的方法以及激光等离子体极紫外光源的装置。

一种极紫外光产生的方法，包括如下步骤：

液滴驱动处理：将激光脉冲信号转化为驱动信号，扰动液体，产生液滴；

信号检测处理：检测所述液滴的极紫外辐射强度；

位置处理：通过计算获取所述激光脉冲的位置及所述液滴的位置信息，调节所述激光脉冲的位置，使所述激光脉冲聚焦于所述液滴上，产生极紫外光。

在其中一个实施例中，在所述位置处理中，通过所述激光脉冲在三维方向上平移，使所述激光脉冲聚焦于所述液滴上。

一种激光等离子体极紫外光源的装置，包括：

液滴驱动组件：用于将激光脉冲信号转化为驱动信号，扰动液体，产生液滴；

信号检测器：用于检测所述液滴的极紫外辐射强度；

激光器，用于产生激光脉冲及激光脉冲信号；以及

位置处理组件：连接所述液滴驱动组件以及所述信号检测器，用于接收所述电信号并通过计算获取所述激光脉冲的位置及所述液滴的位置信息，调节所述激光脉冲的位置，使激光脉冲聚焦于液滴上，产生极紫外光。

在其中一个实施例中，所述信号检测器包括极紫外能量计，所述极紫外能量计用于检测所述液滴的极紫外辐射强度。

在其中一个实施例中，所述液滴驱动组件包括压电陶瓷驱动器、压电陶瓷以及液滴靶发生器，所述压电陶瓷的一端连接所述压电陶瓷驱动器，另一端连接所述液滴靶发生器，所述压电陶瓷驱动器连接于所述激光器。

在其中一个实施例中，所述液滴驱动组件还包括温度控制模块，所述温度控制模块连接于所述压电陶瓷并用于调节所述压电陶瓷温度。

在其中一个实施例中，所述位置处理组件包括光学透镜组、三维移动平移台以及位置控制模块，所述激光器及所述光学透镜组同轴安装于所述三维移动平移台上，所述位置控制模块连接于所述三维移动平移台，及所述信号检测器。

在其中一个实施例中，所述光学透镜组包括预设数量的透镜。

在其中一个实施例中，所述激光器包括主动调Q激光器和被动调Q激光器中的任意一种。

在其中一个实施例中，所述激光等离子体极紫外光源的装置还包括真空靶室，所述真空靶室用于为产生极紫外光提供真空环境。

上述极紫外光产生的方法以及激光等离子体极紫外光源的装置，将激光脉冲信号作为触发信号，驱动液滴的产生，不需要增加同步控制装置，即可在高频下实现激光脉冲与液滴的精确同步，而且通过调节激光脉冲的位置，实现精确打靶，极大提高了等离子体极紫外光源的转化效率，其次所述方法和装置都简便易操作。

附图说明

图1为本发明一实施例的激光等离子体极紫外光源的装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施例的激光等离子体极紫外光源的装置的结构示意图；

图3为本发明一实施例的极紫外光产生的方法的流程示意图。

附图标记：10、激光等离子体极紫外光源的装置；11、液滴驱动组件；111、压电陶瓷驱动器；112、压电陶瓷；113、液滴靶发生器；114、温度控制模块；12、信号检测器；13、激光器；14、位置处理组件；141、光学透镜组；142、三维移动平移台；143、位置控制模块；15、真空靶室。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1，图1示出了本发明一实施例的激光等离子体极紫外光源的装置10的结构示意图，其中，激光等离子体技术是一种极紫外光源，本发明所述的激光等离子体极紫外光源的装置10是指利用激光等离子体技术作为极紫外光源产生极紫外光的一种装置，主要包括液滴驱动组件11、信号检测器12、激光器13以及位置处理组件14。

其中，液滴驱动组件11，用于将激光脉冲信号转化为驱动信号，扰动液体，产生液滴；在一个实施例中，液滴驱动组件11包括压电陶瓷驱动器111、压电陶瓷112以及液滴靶发生器113，压电陶瓷112的一端连接压电陶瓷驱动器111，另一端连接液滴靶发生器113，所述压电陶瓷驱动器111连接于所述激光器13。

在一个实施例中，压电陶瓷驱动器111用于接收激光脉冲信号并驱动压电陶瓷112，压电陶瓷驱动器111主要包括信号发生部件、阻抗变换部件和高压放大部件。

在一个实施例中，压电陶瓷112用于产生振动。一般而言，压电陶瓷驱动器111接收激光脉冲信号后，可将激光脉冲信号转变为驱动压电陶瓷112的信号，产生交变电压来驱动压电陶瓷112产生振动。具体而言，压电陶瓷驱动器111在压电陶瓷112极化中轴两端施加不同极性的交变电压，使压电陶瓷112产生振动。其中，压电陶瓷112并无特别限制，例如可以为小于20千赫兹的声学陶瓷，又例如可以为大于20千赫兹的超声陶瓷，优选40千赫兹的超声陶瓷。

在一个实施例中，液滴靶发生器113用于产生液滴，具体而言，液滴靶发生器113将压电陶瓷112产生的振动传递到液体中，从而扰动液体，产生液滴。其中，液滴靶发生器113中所用的液滴靶材并无特别限制，优选为锡液体。

在一个实施例中，如图2所示，液滴驱动组件11还包括温度控制模块114，温度控制模块114与压电陶瓷112连接，温度控制模块114用于调节压电陶瓷112温度，维持压电陶瓷112的特征振动频率。进一步地，通过温度控制模块114调节温度，可使压电陶瓷112工作在居里温度以下。具体而言，温度控制模块114通过测量压电陶瓷112的振动频率的变化而相应地调节温度，使压电陶瓷112在特征振动频率下工作，实现压电匹配，使液滴的产生更为稳定。其中，居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。

其中，信号检测器12用于检测所述液滴的极紫外辐射强度，并将检测到的极紫外辐射强度转化为电信号传输至位置处理组件。在一个实施例中，信号检测器12包括极紫外光能量计，极紫外能量计用于检测所述液滴的极紫外辐射强度。

其中，激光器13用于产生激光脉冲及激光脉冲信号。具体而言，激光器13发射激光脉冲的同时，还会产生一种信号(即激光脉冲信号)，该激光脉冲信号用于驱动压电陶瓷驱动器111，而激光脉冲则通过光学透镜组141聚焦于液滴上。所述信号是指数据的电磁编码或电子编码，所述激光脉冲信号是指激光器13发射激光脉冲的同时所产生的一种用于驱动压电陶瓷驱动器111的电磁编码或电子编码。

在一个实施例中，激光器13为高功率脉冲激光器，包括主动调Q激光器和被动调Q激光器中的任意一种。主动调Q激光器是指可以通过人为控制Q参数，控制激光脉冲输出的激光器13。被动调Q激光器是指通过饱和吸收体来控制Q参数，不能人为控制Q参数的激光器。所述Q参数是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标，具体地，Q＝(2π×谐振腔内储存的能量)/每振荡周期损耗的能量。在一个实施例中，主动调Q激光器和被动调Q激光器并无特别限制，例如主动调Q激光器可以为主动调Q二氧化碳激光器，例如被动调Q激光器可以为被动调Q燃料激光器等。

在一个实施例中，位置处理组件14连接液滴驱动组件11以及信号检测器12，用于接收所述电信号并通过计算获取所述激光脉冲的位置及所述液滴的位置信息，调节所述激光器13的位置，使激光脉冲聚焦于液滴上，产生极紫外光。

其中，位置处理组件14包括光学透镜组141、三维移动平移台142以及位置控制模块143，激光器13及光学透镜组141同轴安装在三维移动平移台142上，位置控制模块143连接于所述三维移动平移台142及所述信号检测器12。其中，激光器13及光学透镜组141同轴安装在三维移动平移台142上是指将激光器13及光学透镜组141安装在三维移动平移台142上，使激光器13的光轴和光学透镜组141的光轴在同一直线上。

在一个实施例中，光学透镜组141包括预设数量的透镜，所述预设数量的透镜并无特别限制，例如可以为3片透镜，又例如可以为4片透镜，又例如可以为5片透镜等，光学透镜组141优选3片或4片透镜。

在一个实施例中，激光脉冲通过光学透镜组141的扩束、准直再聚焦于液滴上。

在一个实施例中，位置控制模块143接收到信号检测器12的电信号，计算判断激光脉冲以及液滴的相对位置后，调节三维移动平移台142在三维方向上平移，使安装在三维移动平移台142上的激光器13和光学透镜组141在三维方向上平移，从而使激光脉冲在三维方向上的平移，进而使激光脉冲精准聚焦于液滴上，液滴通过吸收能量产生等离子体，辐射出极紫外光。

在一个实施例中，所述激光等离子体极紫外光源的装置10还包括真空靶室15，所述真空靶室15用于为产生极紫外光提供真空环境。

在一个实施例中，如图1所示，激光器13为主动调Q二氧化碳激光器13，液滴靶材为锡液体，信号检测器12为极紫外能量计，真空靶室15为产生极紫外光提供真空环境，主动调Q二氧化碳激光器13与压电陶瓷驱动器111连接，压电陶瓷112的一端连接压电陶瓷驱动器111，另一端连接液滴靶发生器113，主动调Q二氧化碳激光器13以及光学透镜组141同轴安装在三维移动平移台142上，位置控制模块143连接于三维移动平移台142，以及极紫外能量计。工作时，主动调Q二氧化碳激光器13发射激光脉冲以及产生激光脉冲信号，并将激光脉冲信号传输至压电陶瓷驱动器111，压电陶瓷驱动器111接收激光脉冲信号，将激光脉冲信号转变为驱动压电陶瓷112的信号，产生交变电压驱动压电陶瓷112，使压电陶瓷112产生振动，液滴靶发生器113将压电陶瓷112的振动传递到锡液体中，扰动锡液体，产生锡液滴，极紫外能量计检测到锡液滴的极紫外辐射强度后，转化为电信号传输至位置控制模块143，位置控制模块143计算获取激光脉冲的位置以及锡液滴的位置信息后，调节三维移动平移台142在三维方向上平移，使主动调Q二氧化碳激光器13以及光学透镜组141在三维方向上平移，调节激光脉冲的位置，使激光脉冲经过光学透镜组141聚焦于锡液滴上，锡液滴通过吸收能量产生等离子体，辐射出极紫外光。从而在高频且无同步控制装置的前提下实现了激光脉冲与液滴的精确同步，同时极大提高了等离子体极紫外光源的转换效率。

在一个实施例中，如图2所示，激光器13为被动调Q染料激光器13，液滴靶材为锡液体，信号检测器12为极紫外能量计，真空靶室15为产生极紫外光提供真空环境，被动调Q染料激光器13与压电陶瓷驱动器111连接，压电陶瓷112的一端连接压电陶瓷驱动器111，另一端连接液滴靶发生器113，温度控制模块114连接于压电陶瓷112，被动调Q染料激光器13以及光学透镜组141同轴安装在三维移动平移台142上，位置控制模块143连接于三维移动平移台142以及极紫外能量计。工作时，被动调Q染料激光器13发射激光脉冲以及产生激光脉冲信号，并将激光脉冲信号传输至压电陶瓷驱动器111，压电陶瓷驱动器111接收激光脉冲信号，将激光脉冲信号转变为驱动压电陶瓷112的信号，产生交变电压驱动压电陶瓷112，温度控制模块114通过调节压电陶瓷112的温度，使压电陶瓷112保持在特征振动频率下产生振动，液滴靶发生器113将压电陶瓷112的振动传递到锡液体中，扰动锡液体，产生锡液滴，极紫外能量计检测到锡液滴的极紫外辐射强度后，转化为电信号传输至位置控制模块143，位置控制模块143计算获取激光脉冲的位置以及锡液滴的位置信息后，调节三维移动平移台142在三维方向上平移，使被动调Q染料激光器13以及光学透镜组141在三维方向上平移，调节激光脉冲的位置，使激光脉冲经过光学透镜组141聚焦于锡液滴上，锡液滴通过吸收能量产生等离子体，辐射出极紫外光。通过增加温度控制模块114，实现压电匹配，使液滴的产生更为稳定，从而进一步提高激光脉冲与液滴的精确同步，同时极大提高了等离子体极紫外光源的转化效率。

一种极紫外光产生的方法，包括如下步骤：

液滴驱动处理：将激光脉冲信号转化为驱动信号，扰动液体，产生液滴；

信号检测处理：检测所述液滴的极紫外辐射强度；

位置处理：通过计算获取所述激光脉冲的位置及所述液滴的位置信息，调节所述激光脉冲的位置，使所述激光脉冲聚焦于所述液滴上，产生极紫外光。

在一个实施例中，在所述位置调节处理中，通过所述激光脉冲在三维方向上平移，使所述激光脉冲聚焦于所述液滴上。

在一个实施例中，极紫外光产生的方法主要是以激光脉冲信号作为主信号，触发激光等离子体极紫外光源装置中各组件的信号，从而使各组件在时间上基本达到同步，使激光器13发射的激光脉冲经过光学模组后能精确聚焦于液滴上，实现激光脉冲与液滴的精确同步；其次，通过位置调节的处理，实现精确打靶，可以使液滴极大地吸收激光脉冲的能量，提高光源转换效率，降低激光能量的损耗。

在一个实施例中，光源转换效率是指产生的极紫外辐射能量与激光器13能量的比值，本发明通过所述的极紫外光的产生方法以及所述的激光等离子体极紫外光源装置，能够使光源转换效率大于4％，例如光源转换效率介于4％至5％之间，又例如光源转换效率高达5％。

在一个实施例中，如图3所示，所述极紫外光产生的方法，包括由液滴驱动组件11将激光脉冲信号转化为驱动信号，扰动液体，产生液滴，然后信号检测器12检测液滴的极紫外辐射强度，并将其转化为电信号传输至位置处理组件14，位置处理组件14通过接收的电信号，计算获取所述激光脉冲及所述液滴的位置信息，调节所述激光脉冲的位置，使激光脉冲聚焦于液滴上，产生极紫外光。具体而言，激光器13发射激光脉冲，并将激光脉冲信号传输至压电陶瓷驱动器111，通过压电陶瓷驱动器111以及压电陶瓷112将激光脉冲信号转化为驱动信号，使压电陶瓷112发生振动从而扰动液体，产生液滴，然后信号检测器12检测液滴的极紫外辐射强度，并将其转化为电信号传输至位置处理组件14的位置控制模块143，位置控制模块143计算获取所述激光脉冲及所述液滴的位置信息，通过调节三维移动平移台142的位置，实现调节所述激光脉冲在三维方向上平移，使激光脉冲经过光学透镜组141聚焦于液滴上，产生极紫外光。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。