本發(fā)明屬于等離子體極紫外超連續(xù)光源系統(tǒng)，特別是半導(dǎo)體先進(jìn)節(jié)點量檢測裝置的極紫外寬譜光源及其產(chǎn)生方法。

背景技術(shù)：

1、目前半導(dǎo)體先進(jìn)工藝節(jié)點已經(jīng)實現(xiàn)了7nm工藝節(jié)點的量產(chǎn)，并且更高節(jié)點工藝技術(shù)已趨于成熟。在先進(jìn)工藝節(jié)點制造工藝中，微芯片制造工藝向三維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)帶來了芯片量檢測方面的困難。為了保持較高的良品率，需要引入更先進(jìn)的量檢測方案。

2、基于極紫外(euv)超連續(xù)輻射的散射量檢測技術(shù)在3d輪廓測量和overlay(對準(zhǔn)疊層)方面的優(yōu)勢，展現(xiàn)出了在芯片量檢測的的應(yīng)用潛力。然而，當(dāng)前euv超連續(xù)輻射的產(chǎn)生方式仍面臨諸多限制，影響了其在量檢測領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。首先，同步輻射光源因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且裝置龐大，不僅成本高昂，而且難以集成到桌面式量檢測系統(tǒng)中，限制了其在半導(dǎo)體生產(chǎn)線上的便捷應(yīng)用。其次，放電等離子體光源雖能提供euv輻射，但其較大的等離子區(qū)域?qū)е掳l(fā)光區(qū)域過于寬泛，不利于高效收集輻射能量，進(jìn)而影響了量檢測的精度與效率。

3、相比之下，激光等離子體光源以其小尺寸的等離子體區(qū)域、高轉(zhuǎn)換效率以及良好的功率擴(kuò)展性，被視為理想的euv超連續(xù)輻射源。然而，現(xiàn)有的激光等離子體技術(shù)主要采用單脈沖方式產(chǎn)生euv超連續(xù)輻射，盡管這種方式能達(dá)到較高的瞬時發(fā)光效率，但在許多量檢測應(yīng)用中，卻要求較高的激光平均功率來維持持續(xù)的、穩(wěn)定的euv輸出。而高平均功率激光器的制造成本極為高昂。

4、因此，當(dāng)前euv超連續(xù)輻射技術(shù)在量檢測領(lǐng)域的應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)在于：如何在不顯著增加成本的前提下，提高激光平均功率的利用率，以降低對高成本激光器的依賴，從而推動euv超連續(xù)輻射技術(shù)在半導(dǎo)體量檢測領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種多脈沖極紫外超連續(xù)光源及其產(chǎn)生方法，通過多脈沖激光激發(fā)等離子體，在實現(xiàn)比單脈沖更高的轉(zhuǎn)換效率的同時，更有效的提高極紫外超連續(xù)光源的功率可擴(kuò)展性。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

3、本發(fā)明提供一種多脈沖極紫外超連續(xù)光源，其特點在于，包括：

4、真空腔室，通過真空泵組抽氣維持內(nèi)部真空度在10-4-10-5帕斯卡范圍內(nèi)；

5、錫靶材，安裝在所述真空腔室內(nèi)的可移動平臺或旋轉(zhuǎn)臺上，用于產(chǎn)生等離子體；

6、激光聚焦透鏡，用于將激光脈沖聚焦到所述錫靶材上；

7、收集鏡組，用于收集由錫等離子體發(fā)射的極紫外超連續(xù)輻射；

8、至少兩個激光器，分別發(fā)出主加熱激光脈沖和輔助加熱激光脈沖，通過所述激光聚焦透鏡轟擊所述錫靶材產(chǎn)生錫等離子體并發(fā)射極紫外超連續(xù)輻射，該極紫外超連續(xù)輻射的波長范圍為10-20nm；

9、其中，所述主加熱激光脈沖用于加熱錫等離子體，以產(chǎn)生極紫外超連續(xù)輻射，所述輔助加熱激光脈沖用于加熱所述主脈沖激光產(chǎn)生的等離子體的邊界冷區(qū)。

10、進(jìn)一步，還包括：

11、偏振分束器和第一半波片組合，用于調(diào)節(jié)主加熱脈沖的激光能量；

12、偏振分束器和第二半波片組合，用于調(diào)節(jié)輔助加熱脈沖的激光能量；

13、激光擴(kuò)束鏡，用于改變輔助加熱脈沖的激光光斑形狀和尺寸。

14、進(jìn)一步，通過調(diào)整所述激光聚焦透鏡的焦距和離焦距離，從而改變所述主加熱脈沖的激光光斑形狀和尺寸。

15、進(jìn)一步，所述收集鏡組包括輪胎鏡和平面鏡，所述輪胎鏡用于收集等離子體發(fā)射的極紫外超連續(xù)輻射并實現(xiàn)聚焦，所述平面鏡用于調(diào)整出射光的角度。

16、本發(fā)明還提供一種多脈沖極紫外超連續(xù)光源的產(chǎn)生方法，其特點在于，包括以下步驟：

17、①使用至少兩個激光器分別發(fā)出主加熱脈沖和輔助加熱脈沖；

18、②通過激光聚焦透鏡將主加熱脈沖聚焦到錫靶材上，產(chǎn)生錫等離子體并發(fā)射極紫外超連續(xù)輻射；

19、③在主加熱脈沖達(dá)到最大發(fā)光效率下，同時使用輔助加熱脈沖加熱由主加熱脈沖產(chǎn)生的等離子體的邊界冷區(qū)；

20、④通過收集鏡組收集并聚焦由錫等離子體發(fā)射的極紫外超連續(xù)輻射；

21、其中，通過調(diào)節(jié)主加熱脈沖和輔助加熱脈沖的激光能量和激光光斑尺寸，多維度地調(diào)節(jié)等離子體的電子溫度和密度分布，以提高發(fā)光效率和功率可擴(kuò)展性。

22、主加熱脈沖用于主要加熱錫等離子體，產(chǎn)生euv超連續(xù)輻射。通過激光聚焦透鏡的離焦、偏振分束器和半波片組合，精確控制主加熱激光脈沖的光斑和能量，以達(dá)到最大發(fā)光效率。在主加熱脈沖達(dá)到最佳設(shè)置后，加入輔助加熱脈沖，通過擴(kuò)束鏡、偏振分束器和半波片組合，改變其光斑和能量，有效加熱主脈沖激光產(chǎn)生的等離子體邊界冷區(qū)，進(jìn)一步提高發(fā)光效率和功率可擴(kuò)展性。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

24、1)通過引入雙激光脈沖轟擊錫靶材產(chǎn)生等離子體，并優(yōu)化激光能量、光斑尺寸等參數(shù)，降低了極紫外超連續(xù)光源對激光平均功率的需求。

25、2)通過控制兩個激光脈沖(主加熱脈沖和輔助加熱脈沖)的激光能量和光斑尺寸，能夠多維度地調(diào)節(jié)等離子體的電子溫度和密度分布，獲得了比單脈沖極紫外超連續(xù)光源更高的轉(zhuǎn)換效率，并且增加了極紫外超連續(xù)光源的功率可擴(kuò)展性。

26、3)輔助加熱脈沖的引入，有效加熱了主脈沖激光產(chǎn)生的等離子體邊界冷區(qū)。不僅減少了能量損失，還促進(jìn)了等離子體的均勻加熱，進(jìn)一步提升了euv輻射的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種多脈沖極紫外超連續(xù)光源，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多脈沖極紫外超連續(xù)光源，其特征在于，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多脈沖極紫外超連續(xù)光源，其特征在于，通過調(diào)整所述激光聚焦透鏡的焦距和離焦距離，從而改變所述主加熱脈沖的激光光斑形狀和尺寸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的多脈沖極紫外超連續(xù)光源，其特征在于，所述收集鏡組包括輪胎鏡和平面鏡，所述輪胎鏡用于收集等離子體發(fā)射的極紫外超連續(xù)輻射并實現(xiàn)聚焦，所述平面鏡用于調(diào)整出射光的角度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的多脈沖極紫外超連續(xù)光源，其特征在于，所述輔助加熱激光脈沖為多束。

6.一種多脈沖極紫外超連續(xù)光源的產(chǎn)生方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多脈沖高效極紫外超連續(xù)光源及其產(chǎn)生方法，包括真空腔室、收集鏡組、激光聚焦透鏡、擴(kuò)束鏡、偏振分束器、半波片、錫靶材、多個激光器；通過多個激光脈沖轟擊錫靶材產(chǎn)生錫等離子體發(fā)射極紫外超連續(xù)輻射，由收集鏡組收集極紫外超連續(xù)輻射。通過優(yōu)化兩束激光光束的能量和激光光斑用以多維度調(diào)節(jié)等離子體的電子溫度、電子密度分布，以達(dá)到最佳的極紫外超連續(xù)輻射發(fā)射條件。本發(fā)明對比單脈沖的方式可以實現(xiàn)更高的激光到極紫外超連續(xù)輻射的發(fā)光效率，并且可以更有效的提升極紫外超連續(xù)光源的功率擴(kuò)展性。

技術(shù)研發(fā)人員：林楠,何梁,胡楨麟,王天澤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15