ปัจจุบัน การพิมพ์หิน EUV เชิงพาณิชย์ใช้ระบบแหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตระดับรุนแรงชนิดเลเซอร์พลาสมา (LPP-EUV) ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยเลเซอร์ขับเคลื่อน เป้าหมายดีบุกหยด และกระจกสะสม หลังจากการทิ้งระเบิดเป้าหมายดีบุกหยดอย่างแม่นยำสองครั้งด้วยเลเซอร์ไดรฟ์ ดีบุกจะถูกแตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์และสร้างรังสี EUV พลังงานสูง ซึ่งจะถูกสะท้อนและโฟกัสไปที่จุดโฟกัส (จุด IF) โดยกระจกสะสม จากนั้นจึงเข้าสู่ การส่งผ่านเส้นทางแสงในภายหลัง
กระบวนการกระตุ้นและการมุ่งเน้นของ EUV มักมาพร้อมกับการสร้างและการบรรจบกันของแถบแสงอื่นๆ (Out-of-band, OoB) ไฟเหล่านี้บางส่วนสามารถถอดออกได้โดยใช้ไฮโดรเจนในพื้นหลัง หรือไม่ไวต่อสารต้านทานแสง ดังนั้นผลกระทบจึงน้อยมาก อย่างไรก็ตาม ยังมีแถบแสงอื่นๆ ที่สร้างความเสียหายร้ายแรงต่อระบบการพิมพ์หินทั้งหมด และส่งผลต่อประสิทธิภาพการถ่ายภาพขั้นสุดท้าย เช่น แสงอัลตราไวโอเลตระดับลึก (DUV) และแสงอินฟราเรด (IR) ที่ต่ำกว่า 300 นาโนเมตร แบบแรกเกิดจากการยิงเลเซอร์ใส่เป้าหมายดีบุก ซึ่งทำให้ความเปรียบต่างของรูปแบบการพิมพ์หินลดลง เนื่องจากตัวต้านทานแสงไวต่อแถบแสงนี้มาก ในขณะที่อย่างหลังเกิดจากการขับเลเซอร์ ซึ่งพลังงานสูงจะทำให้เกิดความร้อนที่แตกต่างกันขององค์ประกอบออปติคอล หน้ากาก และเวเฟอร์ ซึ่งจะลดความแม่นยำของรูปแบบและทำให้องค์ประกอบทางแสงเสียหาย นอกจากนี้ การสะท้อนของพื้นผิวกระจกสะสมบนชิ้นแรกเกือบจะเหมือนกับของ EUV ในขณะที่การสะท้อนแสงของพื้นผิวกระจกคอลเลกชันหลังอยู่ใกล้ 100% ดังแสดงในรูปที่ 1 ใช้ IR เป็นตัวอย่างเป็นไฟส่องสว่างขณะขับขี่ ความต้องการพลังงานเลเซอร์แหล่งที่มาสำหรับ 20 กิโลวัตต์ หลังจากการสะท้อนกระจกคอลเลกชันและการบรรจบกัน พลังงานในการเข้าถึงจุด IF ยังคงเกือบ 10% นั่นคือประมาณ 2 กิโลวัตต์; แต่เพื่อให้ IR ทั้งระบบแทบไม่มีผลใดๆ เลย จำเป็นต้องลดกำลังที่จุด IF ลงอีกอย่างน้อย 1% ซึ่งก็คือต่ำกว่า 20 W เท่านั้น เนื่องจากมีความต้องการสูง จึงจำเป็นต้องกรองรังสี OoB ออกไป ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของระบบแหล่งกำเนิดแสงลดลงอย่างมาก หากไม่ได้กรองออก เพื่อให้กระจกสะสมสะท้อนและเข้าสู่เส้นทางแสงที่ตามมา
รูปที่ 1 การสะท้อนแสงที่คำนวณได้ของแถบความยาวคลื่นต่างๆ ของแสงจาก 50-ชั้นโมลิบดีนัม/ซิลิคอนหลายชั้นที่มีคาบ 6.9 นาโนเมตร และอัตราส่วนโมลิบดีนัม/ซิลิคอนที่ 0.4 บนพื้นผิวของกระจกสะสม .
โครงสร้างตัวกรองในระบบแหล่งกำเนิดแสงการพิมพ์หิน EUV
ทีมงานของ Nan Lin และ Yuxin Leng จาก State Key Laboratory of Intense Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optical Machinery, Chinese Academy of Sciences (SIOM) ได้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับเทคโนโลยีที่สำคัญ ความท้าทายหลัก และแนวโน้มในอนาคตของระบบกรอง EUVL อย่างเป็นระบบด้วย คำนึงถึงความยาวคลื่นนอกย่านความถี่ในระบบแหล่งกำเนิดแสงการพิมพ์หิน EUV
ผลลัพธ์ได้รับการตีพิมพ์ในบทความของ High Power Laser Science and Engineering 2023, No. 5 (Nan Lin, Yunyi Chen, Xin Wei, Wenhe Yang, Yuxin Leng. ระบบความบริสุทธิ์ทางสเปกตรัมที่ใช้กับพลาสมาที่ผลิตด้วยเลเซอร์ แหล่งกำเนิดการพิมพ์หินอัลตราไวโอเลตสุดขั้ว: ทบทวน[J] วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์เลเซอร์กำลังสูง, 2023, 11(5): 05000e64)
ในระบบแหล่งกำเนิดแสง EUVL DUV ที่สร้างด้วยพลาสมาและ IR ที่มาจากแหล่งกำเนิดแสงขับเคลื่อนมักจะมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการพิมพ์หินและอายุการใช้งานของระบบออปติคัล และโครงสร้างฟิล์มหลายชั้นโมลิบดีนัม/ซิลิคอนบนพื้นผิวของ กระจกสะสมมีการสะท้อนแสงสูง ดังนั้นระบบกรองแหล่งกำเนิดแสง EUVL จึงได้รับการออกแบบมาเพื่อกระจกเหล่านี้เป็นหลัก ความเข้มของพลังงานต่ำ DUV การใช้โครงสร้างฟิล์มอิสระแบบส่งผ่านหรือสะท้อนแสงสามารถบรรลุผลการกรองที่ดี แต่เนื่องจากความแข็งแรงเชิงกลต่ำของโครงสร้างฟิล์มจึงง่ายต่อการนำไปสู่การแตกของฟิล์มและปัญหาอื่น ๆ อายุการใช้งานจึงสั้นลง ในทางตรงกันข้าม IR ที่มีพลังงานสูงไม่สามารถกรองได้ง่ายๆ โดยใช้ฟิลเตอร์แบบฟิล์มบาง ในทางกลับกัน โครงสร้างตะแกรงหลายชั้นจำเป็นต้องได้รับการประมวลผลและเคลือบบนพื้นผิวกระจกสะสม (แสดงในรูปที่ 2) เพื่อที่จะกรอง IR ของความยาวคลื่นจำเพาะโดยการเลี้ยวเบนและรักษารังสี EUV ให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (แสดงในรูปที่ 3 ). วิธีการนี้มีความต้องการสูงมากในการออกแบบ การประมวลผล และการวัดโครงสร้างตะแกรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการควบคุมความหยาบของพื้นผิวตะแกรงและความสม่ำเสมอของฟิล์มหลายชั้น เช่นเดียวกับอิทธิพลของพารามิเตอร์ตามความสูงของโครงสร้างตะแกรง การสะท้อนแสงซึ่งเราต้องวัดได้เพียงไม่กี่นาโนเมตรหรือต่ำกว่านาโนเมตรด้วยซ้ำ ในแง่ของระบบแหล่งกำเนิดแสง EUVL ทั้งหมด วัตถุกรองจะกำหนดว่าระบบกรองสุดท้ายมีอยู่ยากในโครงสร้างเดียว ซึ่งจำเป็นต้องพิจารณาทั้งโครงสร้างฟิล์มบางแบบแยกอิสระและโครงสร้างตะแกรงในตัวของกระจกสะสม เพื่อให้ทราบถึงผลกระทบต่อประสิทธิภาพการพิมพ์หินของ OoB สำหรับการกรองโดยรวม เพื่อให้มั่นใจในความบริสุทธิ์ของแหล่งกำเนิดแสง EUV
รูปที่ 2 แผนผังของโครงสร้างตะแกรงที่ติดตั้งอยู่ในกระจกสะสม
รูปที่ 3 แผนผังหลักการกรอง IR โดยโครงสร้างตะแกรงในตัวของกระจกสะสม
บทความนี้สรุปโซลูชันทางเทคนิคกระแสหลักของระบบกรองแหล่งกำเนิดแสง EUVL วิเคราะห์เทคโนโลยีที่สำคัญในการกรองรังสี OoB และอภิปรายการความท้าทายหลักและแนวโน้มการพัฒนาในอนาคตในแง่ของการใช้งานจริง ประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดแสง EUV จะกำหนดประสิทธิภาพของการพิมพ์หิน และเพื่อให้ได้แหล่งกำเนิดแสง EUV ที่มีความบริสุทธิ์สูงในที่สุด จำเป็นต้องปรับปรุงการออกแบบระบบกรอง กระบวนการผลิตขั้นสูง และวิธีการวัดขั้นสูง เพื่อให้ได้แหล่งกำเนิดแสง EUV ที่มีความบริสุทธิ์สูง การปรับปรุงการออกแบบระบบการกรอง กระบวนการผลิต และวิธีการตรวจวัดจึงเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้
