EUV光刻机的13.5nm光源是如何实现的?

作者&投稿:丑任 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
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现在ASMLEUV光刻机使用的是波长13.5nm的极紫外光光源。

EUV(极紫外)光刻机使用的13.5纳米光源是通过一种称为极紫外辐射(EUV radiation)的技术来实现的。EUV光源的产生涉及到多个复杂的步骤。

首先,EUV光源使用的是一种称为锡蒸气光源(tin vapor source)的装置。这个装置中含有微小的锡滴,通过激光或者电子束来蒸发这些锡滴,产生高温的锡蒸气。

接下来,高能量的脉冲激光或电子束被用来瞄准锡蒸气,激发锡蒸气中的原子。这些激发的原子会发射出13.5纳米的极紫外辐射。

然而,由于极紫外辐射在大气中传播时会被吸收,所以需要在光刻机内部建立一个真空环境,以便极紫外辐射能够到达光刻机的光学系统。

至于为什么是13.5nm不是其他的波长,引用一篇论文:

目前,极大规模集成电路芯片的工业生产主要采用193nn激光光刻技术,其刻线的最小尺寸已小于16nm,已经接近理论极限。为了进一步减小刻线的最小尺寸以提高芯片的集成度,下一代光刻采用波长更短的曝光光源。

所有固体材料对波长短于100nm的光都有强烈的吸收,故下一代光刻机需要采用反射式光学系统。Mo/si多层膜反射镜对13.5nm附近光的反射率最高(接近70%山),因此下一代光刻机采用波长13.5nn附近0.27nn带宽的极紫外荧光光源,该技术被称为极紫外光刻技术。

带宽0.27nm为中心波长13.5nm的2%,因此称其为“13.51m(2%带宽)”。Mo/si多层膜反射镜的反射率通常小于70%,反射过程中13.5nm光的能量损失严重,因此极紫外光刻机对光源的功率要求很高。

极紫外光刻机的光源主要采用激光辅助放电等离子体(LDP)或激光等离子体(LPP)中高价Sn离子辐射的13.5pm荧光。在极紫外光刻技术的发展过程中,极紫外光源的输出功率较低,普长期是极紫外光刻机不能实现大规模工业生产的主要原因之一。

为了达到工业上每小时100片的产能,要求极紫外光刻光源在中间焦点(IF点)处的功率大于200W21。在国际上处于领先地位的荷兰阿斯麦(ASML)公司已经推出了两代极紫外光刻机样机。

第一代光刻样机NXE3100主要采用LDP极紫外光源,最初其光源I点的功率只有4-5W3;第二代光刻样机NXE3300主要采用LPP极紫外光源,其光源I点功率已经达到210W2,能够满足工业生产的要求。

产生13.5nm辐射除了采用高价Sn离子的能级跃迁以外,也可以采用xe10+离子的能级跃迁。采用高价Sn离子时能量转换效率高,故需要高功率光源的极紫外光刻机一般采用Sn等离子体光源。

但Sn常温下为固体,需要采用预脉;冲激光将Sn气化,然后在主脉冲电流或主脉冲激光的作用下产生放电等离子体或LPP,其装置相对复杂,造价昂贵。

而xc在常温下为气体,可以直接对其放电产生等离子体,其光源结构简单、造价低,更适合用作极紫外光学系统、掩模版、光刻胶等系统检测的中小功率光源。

所以2005年之后,EUV光源的商业化技术毫无悬念地选择了锡。

在确定了锡作为电离材料后,实现电离的方法也出现了3个分支。

1、激光激发等离子体技术(LPP)。

2、气体放电等离子技术(DPP)。

3、激光辅助放电技术(LDP)。

当然现在有另外一个技术可能:SSMB技术。

清华大学工程物理系教授唐传祥研究组与来自亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心(HZB)以及德国联邦物理技术研究院(PTB)的合作团队在Nature上发表了题为《稳态微聚束原理的实验演示》(Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching)的论文。

该研究描述了一种新型光源整合技术,首次展示了同步辐射光源与自由电子激光这两种主要加速器光源结合后的特性,或可用于实现大功率EUV光源。

SSMB技术:整合两种光源优势,或能用于改良EUV光源。

该论文报告了一种新型粒子加速器光源稳态微束(SSMB)的首个原理验证实验,展示了同步辐射光源与自由电子激光这两种主要加速器光源结合后的特性。该技术之所以被关注,是因为SSMB可能被用作未来大功率EUV技术的光源。




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