УДК: 533.9.07

Двухимпульсное биспектральное лазерное возбуждение и инициация плазмы в источнике экстремально-ультрафиолетового излучения для нанолитографии

Сейсян Р.П., Беспалов В.Г., Жевлаков А.П., Макаров Е.А., Родионов А.Ю.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Сейсян Р.П., Беспалов В.Г., Жевлаков А.П., Макаров Е.А., Родионов А.Ю. Двухимпульсное биспектральное лазерное возбуждение и инициация плазмы в источнике экстремально-ультрафиолетового излучения для нанолитографии // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 11. С. 45–54.

Seysyan R.P., Bespalov V.G., Zhevlakov A.P., Makarov E.A., Rodionov A.Yu. Dual-pulse bispectral laser excitation and plasma initiation in an extreme-UV radiation source for nanolithography [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2017. V. 84. № 11. P. 45–54.

Ссылка на англоязычную версию:

R. P. Seĭsyan, V. G. Bespalov, A. P. Zhevlakov, E. A. Makarov, and A. Yu. Rodionov, "Dual-pulse bispectral laser excitation and plasma initiation in an extreme-UV radiation source for nanolithography," Journal of Optical Technology. 84(11), 753-760 (2017). https://doi.org/10.1364/JOT.84.000753

Аннотация:

Рассматривается лазерная система, обеспечивающая двухимпульсное биспектральное возбуждение лазерной плазмы в источнике экстремально-ультрафиолетового излучения для нанолитографа этого спектрального диапазона. Конвертор излучения строится на основе маломощного YAG:Nd- и силового СО2-лазеров. Инжекция насыщающего сигнала в силовой каскад СО2-усилителя осуществляется субнаносекундными импульсами на длине волны 9,2 мкм от усилителя на вынужденном комбинационном рассеянии при накачке излучением оптического параметрического генератора с использованием излучения YAG:Nd твердотельного лазера (задающего генератора). Теоретически и экспериментально исследованы механизмы формирования высокоэффективной конверсии лазерного излучения в экстремально-ультрафиолетовый диапазон (13,4 или 6,7 нм). Лазерная система позволяет осуществить независимое установление оптимального времени задержки между импульсами с целью увеличения выхода экстремально-ультрафиолетового излучения.

Ключевые слова:

лазерная плазма, источник экстремально-ультрафиолетового излучения, YAG:Nd-лазер, вынужденное комбинационное рассеяние

Благодарность:

Данная работа выполнена при частичной поддержке МНТЦ в рамках Грантов № 0991 и № 3857.
Авторы считают своим приятным долгом выразить благодарность О.Б. Данилову за участие в оценках и предоставление данных о «щелевом» СО2-лазере.

Коды OCIS: 350.5400, 340.7480, 140.3550

Список источников:

1. Attwood D. Soft X-rays and extreme ultraviolet radiation. N.Y.: Cambridge University Press, 1999. 470 p.
2. Andreev A.A., Ueda T., Limpouch J. Optimal lithium targets for laser-plasma lithography // Proc. SPIE. 2001. V. 4343. P. 789.
3. Андреев А.А., Николаев В.Г., Платонов К.Ю., Куракин Ю.А. Ключевые методы увеличения высвета мягкого рентгеновского излучения из лазерной плазмы для литографии // ЖТФ. 2007. Т. 77. № 6. С. 62–69.
4. EVUV Nanolithography for VLSI / Japan-Russia Advanced Science and Technology Forum. Tokyo, Japan. 2000. P. 164–172.
5. Андреев А.А., Николаев В.Г., Платонов К.Ю, Сейсян Р.П. Лазер-плазменный ЭУФ и МР источники для нанолитографии // Сб. тезисов Международного форума по нанотехнологиям «RUSNANOTECH 08». М., 2008. С. 209.
6. Komori H., Ueno Y., Hoshino H., Ariga T., Soumagne G., Endo A., Mizoguchi H. EUV radiation characteristics of a CO2 laser produced Xe plasma // Appl. Phys. B. 2006. V. 83. № 2. P. 213–218.
7. Endo A. CO2 laser-produced Sn plasma source for EUV lithography // Internat. Symp. Extreme Ultraviolet Lithography. 2008.
8. Zhevlakov A.P., Seisyan R.P., Bespalov V.G., Elizarov V.V., Grishkanich A.S., Kascheev S.V. High efficiency bispectral laser for EUV // Proc. SPIE. 2015. V. 9512. P. 95121W-1–95121W-14.
9. Zhevlakov A.P., Seisyan R.P., Bespalov V.G., Elizarov V.V., Grishkanich A.S., Kascheev S.V. High-efficiency bispectral laser source for EUV lithography // Proc. SPIE. 2016. V. 9735, Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing (LAMOM) XXI. P. 97351F-1–97351F-10.

10. Zhevlakov A.P., Seisyan R.P., Bespalov V.G., Elizarov V.V., Grishkanich A.S., Kascheev S.V., Sidorov I.S. Energy effective dual-pulse bispectral laser for EUV lithography // Proc. SPIE. 2016. V. 9776, Extreme Ultraviolet (EUV) Lithography VII. P. 97760Q-1–97760Q-10.
11. Bespalov V.G., Krylov V.N., Mikhailov V.N., Parfenov V.A., and Staselko D.I. Generating tunable radiation with high spectral luminance based on vibrational and rotational stimulated Raman scattering in gases // Opt. Spectrosc. 1991. V. 70. P. 193–196.
12. Бутылкин B.C., Каплан A.E., Хронопуло И.Г., Якубович E.M. Резонансные взаимодействия света с веществом. М.: Наука, 1977. 351 с.
13. Бутылкин B.C., Венкин Г.В., Кулюк Л.Л, Малеев Д.И., Хранопуло Ю.Г., Шаляев М.Ф. Роль параметрического и комбинационных процессов при генерации осевой второй стоксовой компоненты ВКР // Квант. электрон. 1977. Т. 4. № 7. C. 1537–1546.
14. Соколовская А.И., Бреховских Г.Л., Кудрявцева А.Д. Восстановление ВФ световых пучков при ВКР света // ДАН СССР. 1977. Т. 233. № 3. С. 356–361.
15. Arisholm G., Lippert E., Rustad G., Stenersen K. Efficient conversion from 1 to 2 μm by a KTP-based ring optical parametric oscillator // Opt. Lett. 2002. V. 27. P. 1336–1338.
16. Cheo P.K., Abrams R.L. Rotational relaxation rate of CO2 laser levels // Appl. Phys. Lett. 1969. V. 14. № 2. P. 47–49.
17. Abrams R.L., Cheo P.K. Collisional relaxation of CO2 rotational levels by N2 and He // Appl. Phys. Lett. 1969. V. 15. № 6. P. 177–178.
18. Jacobs R.R., Pettipiece K.J., Thomas S.J. Rotational relaxation rate constants for CO2 // Appl. Phys. Lett. 1974. V. 24. № 8. P. 375–377.
19. Feldman B.J. Multiline short pulse amplification and compression in high gain carbon dioxide laser amplifiers // Opt. Commun. 1975. V. 14. № 1. P. 13–16.
20. Fomenkov I.V., Brandt D.C., Farrar N.R., LaFontaine B., Browering N.R., Brown D.J., Ershov A.I., Myers D.W. Laser produced plasma EUV light source for EUVL patterning at 20 nm node and beyond // Proc. SPIE. 2013. V. 8679. P. 86792I-1–86792I-8.
21. Stoeldraijer Ju., Ockwell D., Wagner Ch. Update on ASML’s NXE platform // EUVL Symposium. Prague, 2009.
22. Сейсян Р.П. Источник экстремального ультрафиолетового излучения с лазерной плазмой на длине волны 13,4 нм // Патент России № 94003. 2009.
23. Murakami K. Laser plasma EUV light source, target member, production method for target member, target supplying method, and EUV exposure system // Патент Японии № ЕР1837897. 2005.
24. Сейсян Р.П., Беспалов В.Г., Жевлаков А.П. Лазерно-плазменный источник экстремально короткого ультрафиолетового излучения // Патент России № 114524. 2011.
25. Higashiguchi Т., Otsuka Т., Yugami Т., Jiang W., Endo A., Dunne P., Li B., O’Sullivan G. Shorter-wavelength extreme-UV sources below 10 nm // SPIE Newsroom. 2011. doi: 10.1117/2.1201109.003765
26. Vasil’ev O.S., Veĭko V.P., Gornyĭ S.G., and Ruzankina Yu.S. Laser apparatus for microstructuring a metal surface, using a fiber laser // J. Opt. Technol. 2015. V. 82. P. 831–836.
27. Dutov A.I., Evstratov I.Yu., Kuleshov A.A., Motovilov S.A., Novoselov N.A., Semenov V.E., Smirnov P.E., Sokolov A.A., Yur’ev M.S. Slab waveguide high-power pulsed rf-excited CO2 laser // Proc. SPIE. 1998. V. 3574. P. 171–178.
28. Дутов А.И., Кулешов А.А., Новосёлов Н.А., Орлов Н.Л., Соколов А.А., Мотовилов С.А. Коэффициент усиления активной среды и параметры генерации щелевого СО2 лазера с высокой импульсной мощностью // Известия РАН. Сер. Физическая. 2002. Т. 66. № 8. C. 1179–1181.
29. Danilov O.B., Lyubimov V.V., Rozanov N.N. Regenerative amplification of laser-injector signal with given wavefront and problem of multislab phasing // Proc. SPIE. 1997. V. 3092. doi: 10.1117/12.270257
30. Забродский В.В., Задиранов Ю.М., Калмыков С.Г., Можаров А.М., Петренко М.В., Сасин М.Э., Сейсян Р.П. Воздействие УФ предионизационного импульса на выход коротковолнового излучения из лазерно-плазменного источника с Xe газоструйной мишенью // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40. № 15. С. 38–44.
31. Калитеевская Н.А., Сейсян Р.П. Моделирование фотохимических превращений и фотопотемнения пленок фоторезистов под действием импульсного вакуумного ультрафиолетового излучения // ФТП. 2000. Т. 34. Вып. 7. С. 857.
32. Калитеевская Н.А., Сейсян Р.П. Эффект усиления контраста передачи изображения при взаимодействии ультрафиолетового излучения с пленками неорганических фоторезистов // Известия РАН. Сер. Физическая. 2001. Т. 65. № 4. С. 475–477.
33. Kirilenko V.V., Zhigarnovskiĭ B.M., Malkerova I.P., Samokhov V.A., Beĭrakhov A.G., Mikhaĭlov A.V., and Baranov A.N. Optical and performance properties of fluoride and oxide films produced by vacuum evaporation // J. Opt. Technol. 2016. V. 83. P. 565–568.