Оптимизация условий возбуждения ксеноновой лазерной плазмы в источнике экстремального ультрафиолетового излучения для нанолитографии с целью повышения его эффективности

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

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. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-05-95-104

Butorin P.S., Kalmykov S.G. An optimization of conditions for excitation of xenon laser plasma in a source of extreme ultraviolet radiation for nanolithography in order to increase its efficiency [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 5. P. 95–104. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-05-95-104

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Лазерная плазма, возбуждаемая на ксеноновой газовой струе-мишени. Цель работы. Разработка методов увеличения выхода излучения экстремального ультрафиолетового диапазона из такой плазмы для использования в качестве источника рабочего излучения в новой ветви литографии с длиной волны вблизи 11,2 нм до уровня, удовлетворяющего требованиям промышленного производства. Метод. Основным использованным методом было изменение диаметра лазерного луча посредством перемещения Хе газоструйной мишени вдоль его оси, что приводило к изменению размера области взаимодействия луча с мишенью и, соответственно, к изменению размера лазерной искры. Измерение интенсивности излучения плазмы с длинами волн 11,2 и 13,5 нм осуществлены с помощью поверхностно-барьерного Si-фотодатчика и брэгговского зеркала, также выполнены измерения поглощаемой плазмой энергии лазерного излучения. Основные результаты. При увеличении диаметра лазерного луча, освещающего мишень, с 46 до 344 мкм излучаемая в диапазоне экстремального ультрафиолета энергия возрастает примерно в 5 раз. В найденном режиме облучения эффективность конверсии лазерного излучения в излучение с длиной волны 11,2 нм составила 3,9%. Недавние измерения длительности существования плазмы показали, что она зависит от размеров плазмы и в ряде экспериментов оказывается существенно короче лазерного импульса, что позволяет использовать этот параметр (время жизни плазмы) в качестве оптимизационного при выборе длительности лазерного импульса. Практическая значимость. Полученные результаты демонстрируют рекордную для лазерноплазменных источников излучения с газовой мишенью эффективность конверсии энергии лазерного импульса в энергию экстремального ультрафиолетового излучения, что открывает перспективу применения такого источника в промышленном производстве микросхем.

Ключевые слова:

лазерная плазма, экстремальный ультрафиолет, коэффициент конверсии, нанолитография, лазерный пробой

Благодарность:

настоящая работа выполнена в соответствии с Госзаданием ФТИ (№ 0040-2019-0001)

Коды OCIS: 140.3440, 350.5400, 260.7200

Список источников:

1. Bakshi V. EUV sources for lithography. SPIE Press, 2005. 1057 p.
2. Andreev A.A., Nikolaev V.G., Platonov, K.Y., et. al. Key methods for intensifying soft X-ray emission from a laser plasma for lithography // Tech. Phys. 2007. V. 52. P.739–746. https://doi.org/10.1134/S1063784207060102
3. Schupp R., Behnke L., Bouza Z., et. al. Characterization of angularly resolved EUV emission from 2-μmwavelength laser- driven Sn plasmas using preformed liquid disk targets // J. Phys. D: Appl. Phys. 2021. V.54 P. 365103. https://opscience.iop.org/article/10.1088/1361-6463/ac0b70
4. Fomenkov I. EUV Source for Lithography: Readiness for HVM and Outlook for Increase in Power and Availability. 2018 Source Workshop. Report. [Electronic resource]. Access mode: https://www.euvlitho.com/2018/S1.pdf/, free. in English (accessed 28/09/2023).
5. Fomenkov I. EUV Source for Lithography in HVM: Performance and prospects. Report #S1 on 2019 Source Workshop, Report. [Electronic resource]. Access mode: https://www.euvlitho.com/2019/S1.pdf/, free. in English (accessed 28/09/2023).
6. Chkhalo N., Salashchenko N. Next generation nanolithography based on Ru/Be and Rh/Sr multilayer optics // AIP Adv. 2013. V. 3. P. 082130. https://doi. org/10.1063/1.4820354
7. Gusev S., Nechay A., Pariev D., et. al. High-reflection Mo/Be/Si multilayers for EUV lithography // Opt. Lett. 2017. V. 42. № 24. P. 5070–5073. https://doi. org/10.1364/OL.42.005070
8. Garbaruk A.V., Gritskevich M.S., Kalmykov S.G., et. al. Prepulse-induced shock waves in the gas jet target of a laser plasma EUV radiation source // J. Phys. D: Appl. Phys. 2022. V. 55. P. 025201. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/2/025201
9. de Bruijn R., Koshelev K., Bijkerk F. Enhancement of laser plasma EUV emission by shockwave-plasma interaction // J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. V. 36. P. 88–91. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/36/18/L03
10. de Bruijn R., Koshelev K., Zakharov S., et. al. Enhancement of laser plasma extreme ultraviolet emission by shockwave-laser interaction // Phys. Plasm. 2005. V. 12. P. 042701. https://doi.org/10.1063/1.1857914
11. Буторин П.С., Калмыков С.Г., Сасин М.Э. Новый метод подавления периферического поглощения в лазерно-плазменном источнике коротковолнового излучения с Xe газоструйной мишенью. // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. № 23. С. 111. https://doi.org/10.21883/PJTF.2018.23.47018.17340
12. Kalmykov S., Butorin P., Sasin M. Xe laser-plasma EUV radiation source with a wavelength near 11 nm — Optimization and conversion efficiency // J. Appl. Phys. 2019. V. 126. P. 103301. https://doi.org/10.1063/1.5115785
13. Kalmykov S.G., Butorin P.S., Sasin M.E., et. al. Absorption of laser radiation in a laser-produced plasma of Xe: Hydrodynamic effects and nonequilibrium ionization // J. Phys. D: Appl. Phys. 2022. V. 55. P. 105203. https:// iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6463/ac368c
14. Забродский В.В., Белик В.П., Аруев П.Н. и др. Квантовый выход кремниевого лавинного фотодиода в диапазоне длин волн 120–170 нм // Письма в ЖТФ. 2012. Т. 38. № 17. С. 69–77. http://dx.doi.org/10.21883/JTF.2020.08.49552.44-20
15. Левашов В.Е., Медников К.Н., Пирожков А.С. и др. Оптимизация лазерно-плазменного источника мягкого рентгеновского излучения, возбуждаемого в импульсной струе ксенона // Квантовая электроника. 2006. Т. 36. № 6. С. 549–552. https://doi.org/10.1070/QE2006v036n06ABEH013163
16. Chkhalo N.I., Garakhin S.A., Lopatin A.Ya., et. al. Conversion efficiency of a laser-plasma source based on a Xe jet in the vicinity of a wavelength of 11 nm // AIP Adv. 2018. V. 8. P. 105003. https://doi.org/10.1063/1.5048288