光刻专用激光等离子X射线源优化措施

在半导体曝光技术中，极紫外（EUV）光刻技术是0.1μm以下工艺的候选。在EUV光刻技术中现在的主要构成是将激光等离子X射线源作为光源使用。激光等离子X射线源将脉冲激光照射在目标物上面，使其离子化从而产生软X射线，而EUV光刻技术是用光照明技术将软X射线照射在反射型掩膜板上，用成像法使硅片曝光。

在激光等离子X射线源中，由于等离子中制动辐射和等离子的再结合过程会使载流子有“自由—自由”和“自由—束缚”状态的变化，因此产生连续光谱的X射线。同时，由于等离子的再结合过程会产生特征X射线，可以说由激光等离子X射线源产生的X射线的波长基本是由被照射物的元素组成决定。由于相应的元素有数纳米到数十纳米的变化范围，因此可以得到连续的和辉线状的X射线。另外将激光等离子X射线源用于EUV光刻时，因为EUV光刻技术用的多层镜限制了能够反射的波的波长，所以对能够利用的波长带有限制。目前，Mo／Si的多层镜是最佳选择，当然对于激光等离子X射线源波长带的X射线强度越高越好。

等离子X射线源要满足以下几点：

1）实现软X射线的高输出；

2）减少散射的粒子；

3）脉冲能量的稳定。

以前是将能有效产生13nm波长的固态物质制作成带状来作为激光等离子X射线源的靶，但这会引起由于散射而带来的光学损伤等问题。近年来使用惰性气体作为靶，因此可以抑制散射产生的激光等离子X射线源备受注目。这个方法如下：Fiedorowicz等人将5倍于大气压的混合气体（Kr，SF₆）抽入真空中，最初是测定它们作为激光等离子X射线源的特性。之后，Ku-biak等人进一步将激光等离子X射线源用于EUV光刻技术并研究了将氙气作为靶的情况。图5-50是其示意图，图5-51和图5-52所示为在波长13nm附近用氙气靶可以得到用固体金作为靶大约一半的X射线量，而且据他们报道当达到10⁷的频率时散射的影响就会很小。另外，用这个X射线源进行曝光实验，如图5-53所示，可以得到80nm的线宽和空间。

图5-50 氙气作为靶的示意图(www.xing528.com)

图5-51 使用氙气靶和用金作为靶的X射线谱图

图5-52 钼和硅的镜面反射与X射线脉冲数的关系

图5-53 X射线源进行曝光实验

今后，为了实现这种激光器的量产，正式的研究会继续展开，期待能够生产出高输出，低散射的激光等离子X射线源。