一、研究背景

隨著半導體工業的發展，光刻分辨率限制了極大規模集成電路制造集成度的進一步提升。在采用193 nm光刻技術實現32 nm甚至22 nm節點后，光刻技術的發展遇到了瓶頸。為了進一步減小芯片的特征尺寸，采用更短波長的極紫外（EUV）光刻技術應運而生。EUV光刻目前采用13.5 nm（2%帶寬）波長極紫外光作為曝光光源，這是綜合考慮靶材利用率、光譜純度、極紫外轉化效率等因素最終選定的波長。其中，錫已經成為EUV光源最主要的靶材。激光等離子體（LPP）和激光誘導放電等離子體（LDP）是產生EUV光源最主要的兩種技術手段，分別通過不同能量注入的方式使得固體錫靶氣化、電離，從而產生小尺寸、高溫、高密度的等離子體，電子和高價錫離子進而頻繁碰撞輻射產生EUV。近年來雖然LDP技術在曝光光源中的應用逐步被LPP 技術取代，但LDP 結構簡單、成本低，可以直接將電能轉換成等離子體，具有較高的能量利用效率，在掩模檢測、顯微成像、光譜計量等方面已有重要應用。LDP技術有自身獨特的物理機制，相關的理論和實驗研究尚待發掘，激光脈沖、放電脈沖的參數及其延時等如何優化，還有很多物理和技術問題需要深入研究。

二、創新研究

廣東大灣區空天信息研究院玄洪文課題組與華中科技大學、俄羅斯研究中心庫恰托夫研究所等聯合研究，搭建了一套激光誘導放電等離子體極紫外輻射特性研究的實驗裝置，如圖1所示。采用脈沖CO2激光波聚焦后轟擊旋轉圓盤錫靶，誘導電極間擊穿，探測回路的放電特性以及光源的極紫外輻射特性。

圖1 激光誘導放電等離子體實驗裝置圖

實驗采用掠入射極紫外光柵測得LPP光譜儀和LDP的EUV光譜，如圖2所示，隨著電壓的升高，13.5 nm帶寬內光譜強度得到顯著提升，LDP輻射光譜峰值相比于LPP光譜有明顯的紅移。相對于LPP光源，LDP光源的電子溫度更高，高價Sn10+、Sn11+、Sn12+離子占據主導地位，多重激發態之間的躍遷逐漸取代單激發態到基態的躍遷，從而成為13.5 nm帶內輻射的主要來源。

圖2 LPP和不同電壓下LDP的EUV光譜

采用輻射磁流體程序Z*對實驗過程中等離子體動力學特性以及極紫外輻射特性進行模擬。模擬得到激光作用階段和放電階段等離子體輻射總功率和EUV帶內輻射功率與激光、放電電流的關系，如圖3所示。LPP輻射總功率和EUV帶內輻射功率與激光功率密度的變化規律一致；而在LDP中，由于電流周期性衰減振蕩，EUV時域信號有著多峰值結構。LDP-EUV輻射總能量可以達到65 mJ，轉化效率可以達到0.23%，光譜純度可以達到1.69%。目前，本研究中LDP光源輻射面積過大，導致LDP-EUV輻射功率密度仍然較低。

圖3 等離子體總輻射功率和EUV輻射功率（左）激光等離子體；（右）激光誘導放電等離子體

三、總結與展望

本文從實驗和模擬兩個方面研究對比了激光等離子體和激光誘導放電等離子體的EUV輻射特性，探討了放電電流對EUV輻射特性的影響。后續團隊將從兩個方面對激光誘導放電等離子體極紫外光源進行優化：（1）研究激光與放電參數對箍縮機制的影響，減少等離子體尺寸；（2）減小放電回路的電感，縮短電流上升時間，提升電容儲能，提高電流上升速率。

參考文獻： 中國光學期刊網

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