基于等离子体约束的LPP-EUV光源系统
技术领域
本发明涉及激光等离子体型极紫外(以下简称为LPP-EUV)光刻光源，特别是一种基于等离子体约束的LPP-EUV光源系统。
背景技术
随着电子信息产业的飞速发展，半导体制造工艺水平大幅度提升，光刻技术正在迈向10nm乃至7nm以下的分辨尺寸节点。光刻光源波长已从436nm(Hg-g)、365nm(Hg-i)发展到248nm(KrF)、193nm(ArF)和157nm(F2)，正在向13.5nm(EUV)甚至6.X nm等更短波长发展。根据EUV光源的产生方式，其类型主要包括同步辐射型光源、放电等离子体型光源和激光等离子体(LPP)型光源等。同步辐射型光源通过改变磁场中带电粒子的运动状态而产生EUV辐射，其装置体积庞大、结构复杂且造价较高。放电等离子体型光源通过高压放电击穿物质形成等离子体的方式产生EUV辐射，其装置结构较简单，但碎屑污染程度较为严重。LPP-EUV光源则通过高功率激光照射靶材(Sn或Gd等)形成等离子体的方式产生EUV辐射。此类光源具有发光区域小、EUV收集效率较高等特点，已成为最具应用潜力的EUV光刻光源(NaturePhotonics,2010,4(1):24-26)。LPP-EUV光源的功率输出能力不足，一直是限制其产业化应用的主要因素。另外，激光作用于靶材所产生的大量碎屑也将对光学元件造成污染，从而影响LPP-EUV光源的长期运行稳定性。因此，为保障EUV光刻系统的高效稳定运行，既需要尽量提升LPP-EUV光源的功率输出能力，同时还需抑制LPP所产生的碎屑污染。
发明内容
本发明提供一种基于等离子体约束的LPP-EUV光源系统，旨在通过应用等离子约束技术提高LPP-EUV光源的功率输出能力并抑制LPP所产生的碎屑污染，从而保障EUV光刻系统的高效稳定运行。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于等离子体约束的LPP-EUV光源系统，其特点在于，包括泵浦激光脉冲源、带有光学窗片的真空室、凸透镜、靶材、磁镜装置和椭球面镜，所述的磁镜装置由第一载流线圈和第二载流线圈构成，所述的凸透镜、靶材、磁镜装置和椭球面镜置于所述的真空室内，所述的椭球面镜与所述的凸透镜共轴，且所述的椭球面镜的第一焦点与所述的凸透镜的焦点重合，所述的靶材置于所述的椭球面镜的第一焦点处，沿所述的泵浦激光脉冲源产生的泵浦激光脉冲方向依次是所述的真空室的光学窗片、凸透镜、所述的第一载流线圈、靶材和第二载流线圈；
由所述的泵浦激光脉冲源产生的泵浦激光脉冲通过所述的光学窗片进入所述的真空室，再经所述的凸透镜聚焦而作用于所述的靶材，所述的泵浦激光脉冲作用于靶材而产生等离子体，该等离子体被约束在所述的第一载流线圈和第二载流线圈之间并产生EUV辐射，所产生的EUV辐射经所述的椭球面镜反射而聚焦于椭球面镜的第二焦点处。
磁镜装置对等离子体约束效应的原理可描述为：
等离子体中的带电粒子在非均匀磁场的作用下将沿轴向进行螺旋式运动，当带电粒子由中间较弱磁场区向两端较强磁场区运动时回旋动能增大而轴向动能减小，继而带电粒子将沿轴反向运动，当带电粒子由较强磁场区向中间较弱磁场区运动时回旋动能减小而轴向动能增大，带电粒子将经过中间较弱磁场区再向另一端较强磁场区运动，从而带电粒子被约束在两个载流线圈之间进行沿轴往复的螺旋式运动。
与先技术相比，本发明具有以下显著特点：
1.利用磁镜装置所产生的非均匀磁场对等离子体起到约束作用，可以抑制LPP所产生的碎屑对光学元件造成污染，有利于提高LPP-EUV光源系统的运行稳定性。
2.在非均匀磁场的作用下，大量带电粒子被限制在磁镜装置中剧烈运动，可以增强等离子体中的粒子碰撞效应，进而提高LPP-EUV光源的功率输出能力。
附图说明
图1是本发明基于等离子体约束的LPP-EUV光源系统结构示意图。
图2是本发明中磁镜装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请先参阅图1和图2，图1是本发明基于等离子体约束的LPP-EUV光源系统结构示意图。图2是本发明中磁镜装置的结构示意图。由图可见，本发明基于等离子体约束的LPP-EUV光源系统包括泵浦激光脉冲源1、带有光学窗片2的真空室3、凸透镜4、靶材5、磁镜装置6和椭球面镜7，所述的磁镜装置6由第一载流线圈601和第二载流线圈602构成，所述的凸透镜4、靶材5、磁镜装置6和椭球面镜7置于所述的真空室3内，所述的椭球面镜7与所述的凸透镜4共轴，且所述的椭球面镜7的第一焦点与所述的凸透镜4的焦点重合于O1处，所述的靶材5置于所述的椭球面镜7的第一焦点O1处，沿所述的泵浦激光脉冲源1产生的泵浦激光脉冲L1方向依次是所述的真空室3的光学窗片2、凸透镜4、所述的第一载流线圈601、靶材5和第二载流线圈602；
由所述的泵浦激光脉冲源1产生的泵浦激光脉冲L1通过所述的光学窗片2进入所述的真空室3，再经所述的凸透镜4聚焦而作用于所述的靶材5，所述的泵浦激光脉冲L1作用于靶材5而产生等离子体，该等离子体被约束在所述的第一载流线圈601和第二载流线圈602之间并产生EUV辐射L2，所产生的EUV辐射L2经所述的椭球面镜7反射而聚焦于椭球面镜7的第二焦点(O2)处。
所述的第一载流线圈601和第二载流线圈602之间存在中间较弱、两端较强的非均匀磁场分布。由于磁镜效应，泵浦激光脉冲L1作用于靶材5所产生的等离子体将被约束在第一载流线圈601和第二载流线圈602之间。具体原理可描述为：等离子体中的带电粒子在非均匀磁场的作用下将沿轴向进行螺旋式运动，当带电粒子由中间较弱磁场区向两端较强磁场区运动时回旋动能增大而轴向动能减小，继而带电粒子将沿轴反向运动，当带电粒子由较强磁场区向中间较弱磁场区运动时回旋动能减小而轴向动能增大，带电粒子将经过中间较弱磁场区再向另一端较强磁场区运动，从而带电粒子被约束在第一载流线圈601和第二载流线圈602之间进行沿轴往复的螺旋式运动。
实验表明，本发明利用磁镜装置所产生的非均匀磁场对等离子体起到约束作用，可以抑制LPP所产生的碎屑对光学元件造成污染，有利于提高LPP-EUV光源系统的运行稳定性。
在非均匀磁场的作用下，大量带电粒子被限制在磁镜装置中剧烈运动，可以增强等离子体中的粒子碰撞效应，进而提高LPP-EUV光源的功率输出能力。
总之，本发明利用磁镜装置中非均匀磁场对等离子体的约束作用，提升LPP-EUV光源的功率输出能力并抑制LPP所产生的碎屑污染，从而保障EUV光刻系统的高效稳定运行。
