Osservazione degli afflussi di plasma nel laser
Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1825 (2023) Citare questo articolo
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La dinamica del plasma è governata dalla densità elettronica (ne), dalla temperatura elettronica (Te) e dal trasferimento di energia radiativa, nonché dai flussi macroscopici. Tuttavia, i campi di velocità del flusso del plasma (vflow) all'interno dei plasmi prodotti dal laser (LPP) sono stati misurati raramente, a causa delle loro piccole dimensioni (< 1 mm) e della breve durata (< 100 ns). Qui riportiamo, per la prima volta, misurazioni del vflow bidimensionale (2D) di Sn-LPP (schema a doppio impulso con un laser a CO2) per sorgenti di luce ultravioletta estrema (EUV) per litografia a semiconduttore utilizzando il metodo collettivo Thomson tecnica di scattering, che viene tipicamente utilizzata per misurare ne, Te e la carica ionica media (Z) dei plasmi. All'interno della sorgente EUV, abbiamo osservato una velocità di afflusso di plasma superiore a 104 m/s verso l'asse centrale del plasma dalle sue regioni periferiche. I profili 2D risolti nel tempo di ne, Te, Z e vflow indicano che gli afflussi di plasma mantengono la sorgente EUV a una temperatura adatta (25 eV < Te < 40 eV) per l'emissione di luce EUV ad alta densità (ne > 3 × 1024 m−3) e per un tempo relativamente lungo (> 10 ns), con conseguente incremento dell'emissione luminosa EUV totale. Questi risultati indicano che il controllo del flusso di plasma può migliorare l'emissione di luce EUV e che esiste il potenziale per aumentare ulteriormente l'emissione di EUV.
Per la lavorazione fine nel processo di produzione dei semiconduttori che supporta la società informatica è necessaria una sorgente luminosa litografica con una lunghezza d'onda corta, mentre attualmente viene utilizzata la luce ultravioletta estrema (EUV) con una lunghezza d'onda di 13,5 nm proveniente dal plasma di stagno (Sn) generato dal laser1 ,2,3,4,5,6,7. Il sistema ottico per la litografia EUV ha solo un sistema ottico riflettente e, anche se viene utilizzato uno specchio multistrato Mo/Si con un'elevata riflettanza di 0,67, è necessaria un'emissione di sorgente luminosa molto elevata perché ci sono 12 specchi di riflessione in un attuale strumento di litografia EUV8 .
High-density plasma is desired to obtain high output, however, self-absorption cannot be ignored when the density is too high. Therefore, it is necessary to maintain plasma of appropriate density for a relatively long time. It has been clarified that a "double-pulse method" is effective to generate EUV sources with high conversion efficiency (CE) of converting drive laser light into usable in-band EUV photons5. In this method, a small (20–30 µm diameter) tin droplet is irradiated with a pre-pulse laser and a main laser pulse for generating a light source plasma. Various papers have already pointed out that the double-pulse method is effective in improving CE3,300W high power LPP-EUV source with long mirror lifetime-III for semiconductor HVM. In Extreme Ultraviolet (EUV) Lithography XII 48th edn (eds Felix, N. M. & Lio, A.) (SPIE, 2021). https://doi.org/10.1117/12.2581910 ." href="#ref-CR9" id="ref-link-section-d1829975e597"> 9,10,11. Sono stati presi in considerazione ulteriori miglioramenti nell'efficienza delle sorgenti luminose per sostituire il laser a CO2 come impulso principale con un laser a stato solido con lunghezza d'onda di 2 μm dotato di un'elevata efficienza di conversione da elettrico a ottico12,13,14,15,16. Pertanto, è significativo comprendere il meccanismo dettagliato di come il metodo a doppio impulso può fornire una maggiore efficienza di conversione. Uno dei problemi cruciali è la difficoltà di misurare i parametri fondamentali del plasma (densità elettronica, temperatura elettronica e stato di carica Z) all'interno di sorgenti EUV molto piccole (< 1 mm), non uniformi, di breve durata (< 100 ns) e transitorie. . Questi parametri fondamentali sono cruciali per aumentare l'uscita EUV in banda (lunghezza d'onda λ = 13,5 nm, 2% di larghezza di banda completa), come sottolineato dagli studi di modellazione atomica7,17,18. Indicano che la sorgente EUV dovrebbe avere una densità elettronica adeguata (ne: 3 × 1024–1025 m−3) e una temperatura elettronica (Te: 25–40 eV) per realizzare uno stato di carica ottimale di 8+–12+.