极紫外光源

本发明涉及自由电子激光，尤其涉及一种极紫外光源。

背景技术：

1、集成电路制程的先进程度主要取决于制程使用的光刻机光源的波长，后者可以分为紫外（uv）光源、深紫外（duv）光源和极紫外（euv）光源。波长越短，曝光的特征尺寸就越小。波长为193nm的duv光刻机能用于制造7nm及以上制程的芯片。虽然7nm制程已经可以满足大部分数字芯片和几乎所有的模拟芯片，但为了追求芯片更快的处理速度和更优的能效，需要进一步缩短晶体管内部导电沟道的长度，从而需要euv光刻机以达到更小的线宽。euv光刻机大幅度提升了半导体工艺水平，能够实现7nm及以下工艺节点。随着向5nm及以下先进制程进化，euv光刻机成为必需，它覆盖了手机芯片、cpu、gpu、10纳米级工艺dram等多种数字芯片的生产。最先进的极紫外（euv）光刻机有三大核心技术：光源、高精度的物镜系统、精密工件台。

2、euv光刻以波长为10-14nm的极紫外光作为光源，目前主流技术路线为激光照射液相锡靶产生13.5nm的euv光。它采用传统的激光等离子体的技术路线，用高功率二氧化碳激光脉冲照射在直径为30微米的锡滴液靶材上，产生大量激发态的锡离子，后者回到基态的过程中发射出波长为13.5nm的极紫外光。该技术路线对二氧化碳激光的带宽、输出功率、波长、波长及功率稳定性、安全性等都提出了很高的要求。在高重复频率下该技术路线所产生的大量靶材气化，会带来真空室的污染而导致激光无法正常输入和整个euv光源的停止工作。另外由于该技术路线的激光功率转换为euv光的效率小于5%，再加上该发光的方向性差、背景气体带来的传输损失大，这导致激光器的功率需要超过20kw。采用同步辐射光源和自由电子激光器也能够产生高功率的euv光，但是受限于传统加速器的加速梯度，整个设备的尺寸很大。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种极紫外光源，旨在解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种极紫外光源包括：

3、激光器，用于发射激光脉冲；

4、分光组件，用于将所述激光脉冲分光为第一激光脉冲、第二激光脉冲和第三激光脉冲；

5、光阴极注入器，用于接收所述第一激光脉冲以产生电子束团；

6、介质激光加速装置，被配置为接收所述电子束团，并且在所述第二激光脉冲的驱动下生成加速电场，所述加速电场将所述电子束团加速，以得到预设能量值的高能电子束；

7、激光波荡器，被配置为接收所述高能电子束，并且在所述第三激光脉冲的驱动下生成与所述高能电子束传播方向垂直的横向电场，所述高能电子束在所述横向电场的作用下产生极紫外光辐射。

8、可选地，所述光阴极注入器包括金属光阴极，所述光阴极用于在所述第一激光脉冲的作用下产生所述电子束团，所述电子束团的发射度小于1um·mrad。

9、可选地，所述介质激光加速装置包括多个级联的介质激光加速结构，所述第二激光脉冲包括与所述介质激光加速结构一一对应的多个次级激光脉冲。

10、可选地，所述分光组件包括树状介质波导，所述树状介质波导包括多级分支结构，所述树状介质波导用于将所述激光脉冲分光为所述第一激光脉冲、第二激光脉冲和第三激光脉冲，以及将所述第二激光脉冲分光为多个次级激光脉冲。

11、可选地，所述激光器包括与所述介质激光加速结构一一对应的多个锁模激光器，所述锁模激光器用于产生激光脉冲，以驱动相应的所述介质激光加速结构。

12、可选地，所述激光器的谐振腔为法布里-珀罗谐振腔。

13、可选地，所述介质激光加速装置为平面对称双柱结构。

14、可选地，所述介质激光加速装置的介质材料为熔融石英、石英和金刚石中的至少一者。

15、可选地，所述激光波荡器为平面对称双柱结构。

16、可选地，所述激光波荡器的介质材料为熔融石英、石英和金刚石中的至少一者。

17、本发明的有益效果在于：

18、介质激光加速结构通过激光驱动在加速腔体内激发出轴向方向上的电场，用于加速电子束，具有高加速梯度的优点，能够用很短的加速结构将电子束加速到高能量，尺寸比传统加速器大为减小；激光波荡器通过激光驱动产生横向电场，可用于周期性改变高能电子束的方向，在一定条件下激发出极紫外光，相比传统的永磁结构波荡器所需的电子束能量更低，可进一步减小加速结构的尺寸。

19、本申请提出了一种极紫外光源，该极紫外光源的尺寸相比传统极紫外光源大为减小。其技术方案结合了介质激光加速结构和激光波荡器，通过介质激光加速结构加速光阴极注入器产生的电子束团得到高能电子束，高能电子束在激光波荡器的横向电场作用下产生极紫外光。本申请提出的极紫外光源可作为光刻机的极紫外光源。

技术特征：

1.一种极紫外光源，其特征在于，所述极紫外光源包括：

2.如权利要求1所述的极紫外光源，其特征在于，所述光阴极注入器包括金属光阴极，所述金属光阴极用于在所述第一激光脉冲的作用下产生所述电子束团，所述电子束团的发射度小于1um·mrad。

3.如权利要求1所述的极紫外光源，其特征在于，所述介质激光加速装置包括多个级联的介质激光加速结构，所述第二激光脉冲包括与所述介质激光加速结构一一对应的多个次级激光脉冲。

4.如权利要求3所述的极紫外光源，其特征在于，所述分光组件包括树状介质波导，所述树状介质波导包括多级分支结构，所述树状介质波导用于将所述激光脉冲分光为所述第一激光脉冲、第二激光脉冲和第三激光脉冲，以及将所述第二激光脉冲分光为多个次级激光脉冲。

5.如权利要求3所述的极紫外光源，其特征在于，所述激光器包括与所述介质激光加速结构一一对应的多个锁模激光器，所述锁模激光器用于产生激光脉冲，以驱动相应的所述介质激光加速结构。

6.如权利要求1所述的极紫外光源，其特征在于，所述激光器的谐振腔为法布里-珀罗谐振腔。

7.如权利要求1-6中任一项所述的极紫外光源，其特征在于，所述介质激光加速装置为平面对称双柱结构。

8.如权利要求7所述的极紫外光源，其特征在于，所述介质激光加速装置的介质材料为熔融石英、石英和金刚石中的至少一者。

9.如权利要求1-6中任一项所述的极紫外光源，其特征在于，所述激光波荡器为平面对称双柱结构。

10.如权利要求9所述的极紫外光源，其特征在于，所述激光波荡器的介质材料为熔融石英、石英和金刚石中的至少一者。

技术总结本发明公开了一种极紫外光源，包括激光器，用于发射激光脉冲；分光组件，用于将所述激光脉冲分光为多个激光脉冲，分别用于驱动光阴极注入器、介质激光加速装置以及激光波荡器；光阴极注入器，用于在激光脉冲的驱动下产生电子束团；介质激光加速装置，被配置为接收所述电子束团，并且在激光脉冲的驱动下生成加速电场，所述加速电场将电子束团加速，以得到预设能量值的高能电子束；激光波荡器，被配置为接收所述高能电子束，并且在激光脉冲的驱动下生成与所述高能电子束传播方向垂直的横向电场，高能电子束在横向电场的作用下产生极紫外光辐射。相较于现有技术方案，本发明能极大减小极紫外光源的尺寸。技术研发人员：何文龙受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16