一、研究背景

隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，光刻分辨率限制了極大規(guī)模集成電路制造集成度的進(jìn)一步提升。在采用193 nm光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)32 nm甚至22 nm節(jié)點(diǎn)后，光刻技術(shù)的發(fā)展遇到了瓶頸。為了進(jìn)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(shù)應(yīng)運(yùn)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(zhuǎn)化效率等因素最終選定的波長。其中，錫已經(jīng)成為EUV光源最主要的靶材。激光等離子體（LPP）和激光誘導(dǎo)放電等離子體（LDP）是產(chǎn)生EUV光源最主要的兩種技術(shù)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(chǎn)生小尺寸、高溫、高密度的等離子體，電子和高價錫離子進(jìn)而頻繁碰撞輻射產(chǎn)生EUV。近年來雖然LDP技術(shù)在曝光光源中的應(yīng)用逐步被LPP 技術(shù)取代，但LDP 結(jié)構(gòu)簡單、成本低，可以直接將電能轉(zhuǎn)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(jì)量等方面已有重要應(yīng)用。LDP技術(shù)有自身獨(dú)特的物理機(jī)制，相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)研究尚待發(fā)掘，激光脈沖、放電脈沖的參數(shù)及其延時等如何優(yōu)化，還有很多物理和技術(shù)問題需要深入研究。

二、創(chuàng)新研究

廣東大灣區(qū)空天信息研究院玄洪文課題組與華中科技大學(xué)、俄羅斯研究中心庫恰托夫研究所等聯(lián)合研究，搭建了一套激光誘導(dǎo)放電等離子體極紫外輻射特性研究的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示。采用脈沖CO2激光波聚焦后轟擊旋轉(zhuǎn)圓盤錫靶，誘導(dǎo)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(dǎo)放電等離子體實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)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(nèi)光譜強(qiáng)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(jù)主導(dǎo)地位，多重激發(fā)態(tài)之間的躍遷逐漸取代單激發(fā)態(tài)到基態(tài)的躍遷，從而成為13.5 nm帶內(nèi)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(shí)驗(yàn)過程中等離子體動力學(xué)特性以及極紫外輻射特性進(jìn)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(nèi)輻射功率與激光、放電電流的關(guān)系，如圖3所示。LPP輻射總功率和EUV帶內(nèi)輻射功率與激光功率密度的變化規(guī)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(jié)構(gòu)。LDP-EUV輻射總能量可以達(dá)到65 mJ，轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到0.23%，光譜純度可以達(dá)到1.69%。目前，本研究中LDP光源輻射面積過大，導(dǎo)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(dǎo)放電等離子體

三、總結(jié)與展望

本文從實(shí)驗(yàn)和模擬兩個方面研究對比了激光等離子體和激光誘導(dǎo)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(xù)團(tuán)隊(duì)將從兩個方面對激光誘導(dǎo)放電等離子體極紫外光源進(jìn)行優(yōu)化：（1）研究激光與放電參數(shù)對箍縮機(jī)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(xiàn)： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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