EUV 光源的工作机理

这张图是 EUV 光源系统的标准原理图我按图上的标注顺着光和锡的流动路径把整个机理讲一遍。一、先看整体结构分三层图上从上到下分三层空间Fab Floor洁净厂房层以上主体是 Vessel光源腔体和右边的 Scanner扫描光刻机主体这是产生和使用 EUV 光的地方。Sub-fab Floor下层设备层放的是 CO₂ systemCO₂ 激光系统包括 Power Amplifiers功率放大器和 PPMP Seed unit种子激光单元。两层之间用 Beam Transport光束传输连接。这种激光在楼下、产光在楼上的布局正是 EUV 光源系统的典型结构。下面按工作流程讲。二、第一步CO₂ 激光的产生图下方 CO₂ system看图最下面的 CO₂ systemPPMP Seed unit产生种子激光。PP 是 Pre-Pulse预脉冲MP 是 Main Pulse主脉冲——图上明确标出了这两种脉冲的种子源对应的是双脉冲技术。Power Amplifiers功率放大器把种子激光一级一级放大到极高功率几十 kW 级。图上画了好几个方块串联就是多级放大。所以这一层的作用是产生并放大出高功率的 CO₂ 激光。三、第二步光束传输到腔体Beam Transport图左边蓝色粗线标着 Beam Transport从楼下的 CO₂ 系统一路向上、拐进腔体。作用是把楼下产生的高功率 CO₂ 激光通过反射镜精密引导传输到楼上的光源腔体Vessel里最终对准腔体中心的焦点。激光要走这么长的路还保持精准对焦本身就是精密工程。四、第三步锡液滴的供给图上方绿框 Droplet Generator看图上方绿框里的 Droplet Generator液滴发生器它把熔融的锡喷成微米级液滴图上画的是液滴从上往下、经过喷嘴射入腔体中心。液滴连续、高频地喷向腔体中心的焦点位置图中心红色星标处。作用连续稳定地供给锡液滴作为发光材料精准送到激光焦点。五、第四步激光轰击液滴、产生等离子体发光图中心红色星标这是最核心的一步。看图正中心的红色星形——那就是等离子体发光点也是整个系统的焦点。在这里发生的过程锡液滴落到焦点先被预脉冲PP打成薄饼状再被主脉冲MP高功率 CO₂ 激光轰击把锡电离成高温高电离态等离子体高电离态锡离子Sn⁸⁺~Sn¹⁴⁺的电子跃迁在 13.5nm 强烈发光。图上从左边水平射入焦点的那条线就是 CO₂ 激光红星就是激光打中锡滴、产生 EUV 光的位置。图上还标了坐标轴 z水平和 x垂直表示这个焦点的空间位置。六、第五步收集镜聚焦 EUV 光红框 Collector看图中心的红框弧形镜面 Collector收集镜它是一个椭球面的多层膜反射镜放在等离子体发光点后方左侧。等离子体向四面八方发出的 EUV 光被这个弧形收集镜反射、聚焦汇聚成一束向右会聚的光。图上从红星发出、经收集镜反射后向右会聚的红色线条就是被收集的 EUV 光路。作用把点光源发散的 EUV 光收集起来聚焦到一个点送往光刻机。七、第六步通过中间焦点送进光刻机Intermediate Focus Unit看图中间偏右的 Intermediate Focus Unit中间焦点单元IF画成一个蝴蝶结/漏斗形状收集镜聚焦后的 EUV 光在这里汇聚成一个中间焦点穿过一个小孔。这个点是光源腔体和扫描光刻机Scanner之间的分界和衔接点——EUV 光从这里离开光源、进入右边的光刻机主体。八、第七步进入 Scanner右边光刻机主体看图右边的大框 ScannerEUV 光穿过中间焦点后进入扫描光刻机后续经过照明系统、反射式掩模、投影物镜都是反射镜最终曝光晶圆。图上还标了 metrology for source to scanner alignment光源到光刻机的对准量测用来保证光源发出的 EUV 光和光刻机光路精确对准。FIBTEMSEM打样代工