Наблюдение притоков плазмы в лазере | Хэбэйская компания лазерной маркировки, ООО

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1825 (2023) Цитировать эту статью

1350 Доступов

1 Цитаты

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Динамика плазмы определяется плотностью электронов (ne), температурой электронов (Te) и радиационной передачей энергии, а также макроскопическими потоками. Однако поля скорости потока плазмы (vflow) внутри лазерной плазмы (LPP) редко измерялись из-за их малых размеров (< 1 мм) и короткого времени жизни (< 100 нс). Здесь мы впервые сообщаем о двумерных (2D) измерениях vflow Sn-LPP (двухимпульсная схема с CO2-лазером) для источников крайнего ультрафиолета (EUV) для полупроводниковой литографии с использованием коллективного томсона метод рассеяния, который обычно используется для измерения ne, Te и среднего ионного заряда (Z) плазмы. Внутри ЭУФ-источника мы наблюдали скорость притока плазмы, превышающую 104 м/с, к центральной оси плазмы из ее периферийных областей. Двумерные профили ne, Te, Z и vflow с временным разрешением показывают, что потоки плазмы поддерживают источник EUV при температуре, подходящей (25 эВ < Te < 40 эВ) для излучения EUV-света с высокой плотностью (ne > 3 × 1024 м-3) и в течение относительно длительного времени (> 10 нс), что приводит к увеличению общего EUV-излучения. Эти результаты показывают, что управление потоком плазмы может улучшить выход EUV-света и что существует потенциал для дальнейшего увеличения выхода EUV-излучения.

Для точной обработки в процессе производства полупроводников, который поддерживает ИТ-сообщество, необходим источник света для литографии с короткой длиной волны, а в настоящее время используется ультрафиолетовый (EUV) свет с длиной волны 13,5 нм из генерируемой лазером плазмы олова (Sn)1 ,2,3,4,5,6,7. Оптическая система для EUV-литографии имеет только отражающую оптическую систему, и даже если используется многослойное зеркало Mo/Si с высоким коэффициентом отражения 0,67, требуется очень высокая мощность источника света, поскольку в современном инструменте EUV-литографии имеется 12 отражающих зеркал8. .

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-d307982577e597"> 9,10,11. Дальнейшее повышение эффективности источников света было рассмотрено за счет замены CO2-лазера в качестве основного импульса твердотельным лазером с длиной волны 2 мкм, имеющим высокую эффективность электро-оптического преобразования12,13,14,15,16. Поэтому важно понять подробный механизм того, как метод двойных импульсов может обеспечить более высокую эффективность преобразования. Одной из важнейших проблем является сложность измерения фундаментальных параметров плазмы (электронная плотность, электронная температура и зарядовое состояние Z) внутри очень маленьких (< 1 мм), неоднородных, короткоживущих (< 100 нс) и переходных ЭУФ-источников. . Эти фундаментальные параметры имеют решающее значение для увеличения выхода внутриполосного EUV (длина волны λ = 13,5 нм, 2% полной полосы пропускания), как указано в исследованиях атомного моделирования7,17,18. Они указывают, что источник EUV должен иметь достаточную плотность электронов (ne: 3 × 1024–1025 м-3) и температуру электронов (Te: 25–40 эВ), чтобы реализовать оптимальное состояние заряда 8+–12+.

100 µm, the flow is in the positive x direction. In addition, there is a velocity component perpendicular to the x-axis, (i.e., the y-axis or the radial direction), although the plasma flow has a large component parallel to the x-axis. Regarding (ii), the flow components toward central axis were observed in the region close to the plasma central axis (y = r < 150 µm). In the region of y = r > 200 µm, the radial component of vflow were in the direction away from the central axis. Because the magnitude of vflow increased as further away from a specific local region (50 µm < x < 100 µm and 100 µm < y = r < 150 µm), it is expected that plasma flows out from the specific local region to its peripheral regions./p> 4 × 107 Pa) was formed around the position of (xp,yp) = (30 µm, 150 µm). Generally, pressure gradient can be a main force to generate plasma flows, i.e., the 2D-vflow profiles shown in Fig. 3a–c are considered to be formed by pressure gradient forces and plasma flows from higher pressure regions to lower pressure regions. However, the spatial distribution of the direction of the velocity vector shown in Fig. 3b indicates that the plasma is flowing outward from around the position (xv,yv) = (90 µm, 150 µm), which is 60 µm away from the peak pressure position (xp,yp) = (30 µm, 150 µm). This discrepancy is due to the phase difference between acceleration (pressure gradient) and flow velocity, i.e., the difference in definition time. We measured time-resolved peak pressure position at t = 5, 15 ns. As a results, we confirmed that the peak pressure position moved from (x,y) = (70 µm, 150 µm) at t = 5 ns to (x,y) = (10 µm, 150 µm) at t = 15 ns. The plasma flows toward the plasma central axis were observed only when the hollow-like pressure structure appeared. For example, there is no plasma inflow for the case of the 1.3 µs-plasma, in which no hollow-like pressure structure was observed [Fig. 3a]./p> 10 ns) and at a high ion density, i.e., The plasma inflows play an important role in improving the total EUV light emission./p>

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./p>