《Vacuum》：Study on debris contamination characteristics and control methods of DPP-type EUV light source
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DPP型EUV光源中通过原位监测与氩等离子体清洗验证了污染物沉积控制策略，并设计了集成真空差压与污染抑制功能的DM装置。
郭阳|朱新建|郑家乐|周晨浩|黄冠军|凌晓|江琳|张建华
上海大学微电子学院，中国上海201800
摘要
作为先进半导体制造的关键技术，极紫外光刻（EUVL）需要高曝光功率以实现高生产率和低成本。然而，碎片引起的污染和EUV光学元件的退化仍然是光刻效率和系统稳定性的主要限制因素，尤其是在放电产生等离子体（DPP）的EUV光源中。在这项工作中，我们展示了原位监测和控制与DPP光源相关的碎片污染的有效性。首先，我们通过原位收集和表征实验分析了碎片的材料特性和沉积行为。通过改变曝光条件，我们确定了影响碎片沉积的关键参数。此外，我们评估了使用操作兼容的氩（Ar）等离子体清除碎片的有效性和局限性。最后，我们设计了一个集成了真空差分和碎片抑制功能的碎片抑制（DM）单元，用于DPP系统。这项工作为减少DPP EUV光源中的碎片提供了实用策略，这对于提高其功率可扩展性和在先进光刻系统中的运行稳定性至关重要。
引言
极紫外光刻（EUVL）是延续摩尔定律并实现更小特征尺寸集成电路的核心技术[1]，[2]。它使用13.5纳米的EUV光将掩模图案转移到光刻胶上，这对EUV光源的稳定性和高输出功率提出了严格的要求[3]，[4]。EUV真空系统内的污染不仅会在传输过程中吸收EUV光，降低光刻胶上的光子通量，还会沉积并吸附在多层镜（MLMs）等光学元件上。这种污染会通过污染光学系统来降低光源的输出功率。因此，控制EUV系统内的污染对于保持高光源输出功率至关重要[5]，[6]，[7]，[8]，[9]。
目前，行业中的主流EUV光源包括基于高功率激光脉冲的LPP光源和基于高压脉冲放电的DPP光源[10]，[11]，[12]。LPP光源通过用高能激光照射液态锡滴来实现高效的EUV光辐射，但其系统结构复杂，并且在运行过程中容易产生大量目标碎片[13]。相比之下，使用氙气（Xe）作为目标材料的DPP光源因其简单便携的结构以及在放电过程中几乎不产生固体碎片而受到广泛关注。然而，产生的高能Xe等离子体仍可能从周围组件（如电极）溅射出各种碎片产物，包括溅射颗粒、中性原子团簇和高能离子[14]，[15]，[16]，[17]。根据它们的形态和能量，这些碎片会通过物理溅射和化学沉积作用于MLMs表面，导致表面粗糙度增加和反射率降低，最终影响光刻系统的成像质量和生产效率[18]，[19]，[20]。
因此，为了减少碎片污染，研究人员开发了多种技术方法，每种方法都有其独特的机制和适用场景。机械方法（如安装金属箔陷阱）通过惯性碰撞来拦截高能颗粒，在优化配置下报告的碎片减少率超过97.5% [16]，[21]。缓冲气体（例如H2、He、Ar）通过碰撞耗散碎片的动能，有效减少中性和大颗粒的通量和沉积[22]，[23]。此外，电场和磁场用于偏转带电颗粒（离子），在控制离子碎片方面具有高效率[24]，[25]。然而，这些场对中性颗粒无效，通常需要与二次等离子体结合进行重新电离[26]，[27]。虽然这些方法在不同程度上有效，但它们通常针对特定类型的碎片（例如离子与中性颗粒）或针对特定光源架构进行优化。实际上，DPP光源产生的碎片是多种物种（离子、中性原子、团簇）的复杂混合物，具有广泛的能量范围，主要来源于电极溅射。因此，单一的缓解技术不足以提供全面保护。因此，结合多种机制的集成方法是有效应对这一复杂性的关键。现有的研究主要集中在优化单个组件或测试两种方法的简单组合上，缺乏对多机制碎片去除策略的设计、集成和实验验证的系统性研究。
本研究不仅阐明了DPP光源中碎片污染的特性和生成机制，还提出并验证了一种全面的缓解策略。为此，我们使用自制的DPP型EUV光源平台进行了一系列关于碎片收集、表征和清洁的实验（图1）。首先，收集并表征了光源产生的碎片，从而能够对污染进行定性和定量分析。随后进行了清洁实验，以研究碎片的物理特性及其从光学表面去除的挑战。这些测试还评估了清洁过程中对光学元件的潜在损害风险，并评估了非原位清洁方法的可行性。为了有效减少DPP光源运行过程中的碎片污染，我们开发了一种与整体光源架构和实际功能需求相匹配的碎片抑制（DM）装置。介绍了DM装置的设计和关键功能模块，并对其基本功能和碎片去除能力进行了初步验证。这项工作为高效碎片去除系统的进一步优化和工程应用提供了实验基础。
部分摘录
碎片监测与分析
本实验中的核心光源是一个实验室制造的DPP型EUV光源。它使用氙气（Xe）作为目标材料，电极组件由不锈钢和钼合金制成。在电极之间施加高电压使氙气电离，形成高能等离子体[28]。这种高能Xe等离子体随后轰击电极组件，产生EUV辐射并释放碎片。
在实验装置上安装了一个观察窗口组件（图S1a）
结论
总之，本研究通过实验表征、参数分析和缓解策略的开发，系统地研究了DPP型EUV光源中的碎片污染。主要由铁氧化物和钼颗粒（100–1000纳米）组成的碎片来自电极溅射，对其沉积行为进行了全面表征。发现其沉积行为受关键操作参数的影响：在较低频率下的放电过程（同时保持……
CRediT作者贡献声明
黄冠军：资源、方法论、调查、数据管理。周晨浩：资源、方法论、调查、数据管理。凌晓：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理。郭阳：撰写——初稿、验证、软件、方法论、调查、正式分析、数据管理。郑家乐：资源、方法论、调查、数据管理。朱新建：资源、方法论、调查、正式分析、数据管理。张建华：
数据和材料的可用性
本研究中生成或分析的所有数据均包含在本文及其补充信息文件中。
出版同意
所有作者均已批准手稿并同意其在本期刊上的发表。
声明
在准备这项工作时，作者使用了ChatGPT来提高语言表达和可读性。使用后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容负全责。
资助
本工作得到了国家自然科学基金（资助编号：52371229和22090013）以及上海市科学技术委员会（资助编号YDZX20213100002672）的支持。LJ感谢上海高层次人才启动资金的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作
致谢
感谢国家自然科学基金和上海市科学技术委员会的财政支持。感谢张建华教授和江琳教授的指导。
