Описываемые здесь исследования направлены на разработку источника рабочего излучения для возможной ветви EUV литографии с длиной волны около 11 нм. В качестве такого источника рассматривается лазерная искра на Xe газовой струе. Этот вариант литографии обладает существенным преимуществом перед современной промышленной литографией с длиной волны 13.5 нм и металлическим оловом в качестве материала мишени – он не порождает загрязнений, приводящих к деградации многослойных брэгговских зеркал, из которых состоит оптическая система литографа. Кроме того, такой источник намного проще и дешевле и потребляет намного меньше электроэнергии и охлаждающей воды.

В ранее выполненных экспериментах было обнаружено, что Xe лазерная плазма в несколько раз больше поглощает лазерной энергии и излучает энергии EUV диапазона не тогда, когда она возбуждается в фокусе лазерного луча с диаметром (и, соответственно, диаметром плазмы) Øbeam ≈ Øpl = 45-50 мкм, а тогда, когда газоструйная мишень освещается расфокусированным лучом с диаметром Øbeam ≈Øpl = 350-400 мкм. Это явление было объяснено на основе гипотезы о гидродинамическом истечении вещества горячей плазмы с ионной тепловой скоростью за пределы облучаемой лазером области. В соответствии с гипотезой, время жизни плазмы (время спада плотности плазмы в e = 2.72 раз) линейно зависит от размера плазменного образования (его диаметра) и при ожидаемой температуре плазмы Tpl ≈ 40 эВ должно варьировать в пределах τpl = 10-11 нс. Для подтверждения этой гипотезы следовало в прямых экспериментах измерить это время.

В первой половине 2024 г. была закончена начатая еще в конце 2023 г. обширная серия измерений с высоким разрешением по времени (около 0.5 нс), в ходе которой поставленная задача была решена. Один из ее результатов показан на рисунке.

Видно, что при условиях эксперимента и поглощение плазмой лазерной энергии, и EUV эмиссия появляются с самого начала лазерного импульса, когда интенсивность излучения лазера составляет 3-4% от ее максимального значения, но исчезают задолго до его окончания – время жизни плазмы составляет всего около 60% полной длительности импульса. Это наблюдение опровергает устоявшееся представлению о длительности существования плазмы в течение всего лазерного импульса и открывает новые возможности оптимизации энергетики возбуждения лазерной искры за счет управления длительностью лазерного импульса.

Публикации

1. [1] Буторин П.С., Калмыков С.Г. Оптимизация условий возбуждения ксеноновой лазерной плазмы в источнике экстремального ультрафиолетового излучения для нанолитографии с целью повышения его эффективности // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 5. С. 95–104.