Ксеноновая лазерная плазма как источник излучения для литографии на длинах волн вблизи 11 нм

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Калмыков С.Г., Буторин П.С. Ксеноновая лазерная плазма как источник излучения для литографии на длинах волн вблизи 11 нм // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 6. С. 47–61. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-06-47-61

Kalmykov S.G., Butorin P.S. Xe laser plasma as a radiation source for lithography at wavelengths near 11 nm [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 6. P. 47–61. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-06-47-61

Ссылка на англоязычную версию:

Serguei G. Kalmykov and Pavel S. Butorin, "Laser-excited Xe plasma as a radiation source for lithography at wavelengths near 11 nm," Journal of Optical Technology. 91(6), 387-395 (2024). https://doi.org/10.1364/JOT.91.000387

Аннотация:

Предмет исследования. Лазерная плазма, возбуждаемая на газоструйной мишени из Xe. Цель работы. Достижение излучательной способности Xe плазмы на длине волны 11,2 нм, удовлетворяющей требованиям промышленной литографии. Кроме выраженно прикладной, работа имеет и диагностическую составляющую, целью которой было исследование внутренней структуры лазерной плазмы и определение её внутренних параметров: температуры, концентрации и среднего ионного заряда. Методология. Обзор содержит анализ работ, посвящённых комплексному исследованию лазерной плазмы с Хе газоструйной мишенью. В ходе этого исследования были разработаны и апробированы измерительные и диагностические методы: многозеркальная брэгговская спектрометрия, зондирование плазмы создающим её инфракрасным излучением лазера, определение среднего ионного заряда неравновесной короткоживущей лазерной плазмы на основании данных о сечении ионизации электронным ударом. Основные результаты. Разработана и апробирована методика многозеркальной брэгговской спектрометрии. С её помощью получены количественно калиброванные спектры Xe лазерной плазмы. Найден эффективный режим облучения мишени широким, расфокусированным лучом, позволивший получить значение коэффициента конверсии энергии лазерного излучения в энергию излучения плазмы в узкой полосе длин волн вокруг 11,2 нм, приблизительно равное 4%, что на сегодняшний день является мировым рекордом для плазмы такого типа. Разработан базирующийся на экспериментальных измерениях аналитический метод определения температуры и ионного заряда плазмы. Практическая значимость. Достигнутая конверсия энергии лазера в энергию излучения самого коротковолнового ультрафиолетово го поддиапазона с длиной волны 11,2 нм для лазерной плазмы, возбуждаемой на Xe газоструйной мишени, является достаточной для её применения в высокопроизводительном, промышленном литографическом процессе. Использование в нём простого и «чистого» источника излучения на Xe плазме позволило бы избежать ряда проблем, с которыми сталкивается современная литография с длиной волны 13,5 нм и источником с мишенью из металлического олова.

Ключевые слова:

лазерная плазма, ксенон, газоструйная мишень, лазерный импульс, поглощение, излучение самого коротковолнового ультрафиолетового поддиапазона, брэгговская спектрометрия, оптимизация, диагностический метод

Благодарность:

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

Коды OCIS: 120.5240, 260.5210, 260.7200, 300.6170, 300.6190

Список источников:

1. Lapedus M. Battling fab cycle times. Semiconductor engineering. Article. [Electronic resource]. Access mode: http://semiengineering.com/battling-fab-cycletimes/ , free. in English (accessed 08/10/2023)
2. Yeap G., Lin S.S., Chen Y.M. et al. 5nm CMOS production technology platform featuring full-fledged EUV, and high mobility channel FinFETs with densest 0.021 μm2 SRAM cells for mobile SoC and high performance computing applications // 2019 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM). San Francisco, USA. December 07–11. 2019. P. 36.7.1–36.7.4 https://ieeexplore.ieee.org/document/8993577
3. Banine V., Moors R. EUV lithography and EUVL sources // 2011 International Workshop on EUV and Soft X-Ray Sources. Report. [Electronic re-source]. Access mode: https://www.euvlitho.com/2011/S8.pdf , free. in English (accessed 08/10/2023).
4. Chkhalo N.I., Salashchenko N.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
5. Chkhalo N.I., Salashchenko N.N. BEUV nanolithography: 6.7 or 11 nm? // 2013 International Workshop on EUV and Soft X-Ray Sources. Report. [Electronic resource]. Access mode: https://www.euvlitho.com/2013/S19.pdf , free. in English (accessed 08/10/2023).
6. Fahy K., Dunne P., McKinney L. et al. UTA versus line emission for EUVL: studies on xenon emission at the NIST EBIT // J. Phys. D: Appl. Phys. 2004. V. 37. P. 3225–3232. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/37/23/003
7. Bogachev S.A., Chkhalo N.I., Kuzin S.V. et al. Advanced materials for multilayer mirrors for extreme ultraviolet solar astronomy // Appl. Optics. 2016. V. 55. № 9. P. 2126–2135. https://doi.org/10.1364/AO.55.002126
8. Буторин П.С., Задиранов Ю.М., Зуев С.Ю. и др. Абсолютно калиброванные спектрально разрешенные измерения интенсивности излучения Xe лазерной плазмы в дальнем ультрафиолетовом диапазоне // ЖТФ. 2018. Т. 88. № 10. С. 1554–1558. https://doi.org/10.21883/JTF.2018.10.46501.2477
9. 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
10. 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

11. 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