Hiện tại, kỹ thuật in thạch bản EUV thương mại sử dụng hệ thống nguồn sáng cực tím loại plasma (LPP-EUV), hệ thống này chủ yếu bao gồm một tia laser truyền động, một tấm bia thiếc nhỏ giọt và một gương thu. Sau hai lần bắn phá chính xác mục tiêu thiếc nhỏ giọt bằng tia laser truyền động, thiếc sẽ bị ion hóa hoàn toàn và tạo ra bức xạ EUV năng lượng cao, bức xạ này sẽ được gương thu phản xạ và tập trung đến một tiêu điểm (điểm IF) rồi đi vào sự truyền tiếp theo của con đường ánh sáng.
Quá trình kích thích và tập trung của EUV thường đi kèm với sự phát sinh và hội tụ của các dải ánh sáng khác (Out-of-band, OoB). Một số đèn này có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng hydro nền hoặc không nhạy cảm với chất quang dẫn, do đó tác động của chúng là tối thiểu. Tuy nhiên, có những dải ánh sáng khác có thể gây hư hỏng nghiêm trọng cho toàn bộ hệ thống in thạch bản và ảnh hưởng đến hiệu suất chụp ảnh cuối cùng, chẳng hạn như tia cực tím sâu (DUV) và tia hồng ngoại (IR) dưới 300 nm. Nguyên nhân trước đây phát sinh từ việc bắn phá bằng tia laser vào mục tiêu thiếc, làm giảm độ tương phản của mẫu in thạch bản vì chất quang dẫn rất nhạy cảm với dải ánh sáng này; trong khi yếu tố thứ hai phát sinh từ tia laser điều khiển, năng lượng cao của nó sẽ gây ra sự nóng lên ở các mức độ khác nhau của các phần tử quang học, mặt nạ và tấm bán dẫn, làm giảm độ chính xác của mẫu và làm hỏng các phần tử quang học. Ngoài ra, độ phản xạ của bề mặt gương thu thập trên EUV gần giống như của EUV, trong khi độ phản xạ của bề mặt gương sau gần bằng 100%, như trong Hình 1. Lấy IR làm ví dụ, làm đèn lái yêu cầu công suất laser nguồn là 20 kW, sau khi gương thu thập và hội tụ, công suất của nó để đạt đến điểm IF vẫn là gần 10%, tức là khoảng 2 kW; tuy nhiên, để IR trên toàn hệ thống gần như không có tác dụng thì cần phải giảm thêm công suất tại điểm IF ít nhất 1%, tức chỉ dưới 20 W. Với nhu cầu cao như vậy, cần phải lọc bức xạ OoB, điều này sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của hệ thống nguồn sáng nếu không được lọc ra để bị phản xạ bởi gương thu và đi vào đường dẫn ánh sáng tiếp theo.
Hình 1 Độ phản xạ được tính toán của các dải ánh sáng có bước sóng khác nhau từ đa lớp 50-molypden/silicon với chu kỳ 6,9 nm và tỷ lệ molypden/silicon là 0.4 trên bề mặt của gương thu .
Cấu trúc bộ lọc trong hệ thống nguồn sáng in thạch bản EUV
Nhóm của Nan Lin và Yuxin Leng từ Phòng thí nghiệm trọng điểm Nhà nước về Vật lý Laser trường cường độ cao, Viện Máy quang học Thượng Hải, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (SIOM), đã xây dựng một cách có hệ thống các công nghệ chính, những thách thức chính và xu hướng tương lai của hệ thống lọc EUVL với liên quan đến các bước sóng ngoài băng tần trong hệ thống nguồn sáng in thạch bản EUV.
Kết quả được công bố trong bài báo Khoa học và Kỹ thuật Laser công suất cao 2023, số 5 (Nan Lin, Yunyi Chen, Xin Wei, Wenhe Yang, Yuxin Leng. Hệ thống tinh khiết quang phổ áp dụng cho các nguồn quang khắc cực tím plasma được sản xuất bằng laser: a đánh giá[J] Khoa học và Kỹ thuật Laser Công suất Cao, 2023, 11(5): 05000e64).
Trong các hệ thống nguồn sáng EUVL, DUV và IR được tạo ra từ plasma có nguồn gốc từ nguồn sáng truyền động thường có tác động lớn đến hiệu suất in thạch bản và tuổi thọ của hệ thống quang học cũng như cấu trúc màng đa lớp molypden/silicon trên bề mặt của nguồn sáng EUVL. Gương thu có độ phản xạ cao, vì vậy hệ thống lọc nguồn sáng EUVL được thiết kế chủ yếu cho chúng. DUV cường độ năng lượng thấp, việc sử dụng cấu trúc màng độc lập truyền hoặc phản xạ có thể đạt được hiệu quả lọc tốt, nhưng do độ bền cơ học thấp của cấu trúc màng nên dễ dẫn đến vỡ màng và các vấn đề khác, tuổi thọ sử dụng ngắn hơn. Ngược lại, IR có năng lượng cao không thể được lọc đơn giản bằng cách sử dụng bộ lọc màng mỏng. Thay vào đó, các cấu trúc cách tử nhiều lớp cần được xử lý và phủ trên đế gương thu (thể hiện trong Hình 2), để lọc IR của các bước sóng cụ thể bằng nhiễu xạ và giữ lại càng nhiều bức xạ EUV càng tốt (thể hiện trong Hình 3). ). Phương pháp này đặt ra yêu cầu rất cao về thiết kế, xử lý và đo lường cấu trúc lưới, đặc biệt là kiểm soát độ nhám bề mặt lưới và tính đồng nhất của màng đa lớp, cũng như ảnh hưởng của các thông số dựa trên chiều cao của cấu trúc lưới. về độ phản xạ mà chúng ta cần đo chỉ ở mức vài nanomet hoặc thậm chí dưới nanomet. Xét về toàn bộ hệ thống nguồn sáng EUVL, đối tượng lọc xác định rằng hệ thống lọc cuối cùng khó tồn tại trong một cấu trúc duy nhất, cần xem xét cả cấu trúc màng mỏng độc lập và cấu trúc cách tử tích hợp của gương thu , để nhận ra tác động đến hiệu suất in thạch bản của OoB đối với quá trình lọc tổng thể, nhằm đảm bảo độ tinh khiết của nguồn sáng EUV.
Hình 2 Sơ đồ cấu trúc cách tử được tích hợp trong gương thu.
Hình 3. Sơ đồ nguyên lý lọc IR bằng cấu trúc cách tử tích hợp của gương thu.
Bài viết tóm tắt các giải pháp kỹ thuật chủ đạo của hệ thống lọc nguồn sáng EUVL, phân tích công nghệ lọc bức xạ OoB chủ chốt, thảo luận về những thách thức chính và xu hướng phát triển trong tương lai dưới góc độ ứng dụng thực tế. Hiệu suất của nguồn sáng EUV quyết định hiệu suất của in thạch bản và để cuối cùng có được nguồn sáng EUV có độ tinh khiết cao, cần phải cải thiện thiết kế hệ thống lọc, quy trình sản xuất tiên tiến và phương pháp đo lường tiên tiến. Để có được nguồn sáng EUV có độ tinh khiết cao, không thể thiếu việc cải tiến thiết kế hệ thống lọc, quy trình sản xuất và phương pháp đo lường.
