Observação de fluxos de plasma em laser | Hebei Marcação a Laser Co.,Ltd

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 1825 (2023) Citar este artigo

1350 Acessos

1 Citações

12 Altmétrica

Detalhes das métricas

A dinâmica do plasma é governada pela densidade de elétrons (ne), temperatura de elétrons (Te) e transferência de energia radiativa, bem como por fluxos macroscópicos. No entanto, os campos de velocidade de fluxo de plasma (vflow) dentro de plasmas produzidos a laser (LPPs) raramente foram medidos, devido aos seus tamanhos pequenos (< 1 mm) e vida útil curta (< 100 ns). Aqui, relatamos, pela primeira vez, medições bidimensionais (2D) de vflow de Sn-LPPs (esquema de "pulso duplo" com um laser de CO2) para fontes de luz ultravioleta extrema (EUV) para litografia de semicondutores usando o coletivo Thomson técnica de dispersão, que é normalmente usada para medir ne, Te e carga iônica média (Z) de plasmas. Dentro da fonte EUV, observamos uma velocidade de fluxo de plasma superior a 104 m/s em direção a um eixo central de plasma de suas regiões periféricas. Os perfis 2D resolvidos no tempo de ne, Te, Z e vflow indicam que os influxos de plasma mantêm a fonte EUV a uma temperatura adequada (25 eV < Te < 40 eV) para emissão de luz EUV em alta densidade (ne > 3 × 1024 m−3) e por um tempo relativamente longo (> 10 ns), resultando no aumento da emissão total de luz EUV. Esses resultados indicam que o controle do fluxo de plasma pode melhorar a saída de luz EUV e que há potencial para aumentar ainda mais a saída de EUV.

Uma fonte de luz de litografia com um comprimento de onda curto é necessária para o processamento fino no processo de fabricação de semicondutores que suporta a sociedade de TI, e a luz ultravioleta extrema (EUV) com um comprimento de onda de 13,5 nm de plasma de estanho (Sn) gerado a laser é usada atualmente1 ,2,3,4,5,6,7. O sistema óptico para litografia EUV possui apenas um sistema óptico reflexivo e, mesmo que seja usado um espelho multicamadas Mo/Si com alta refletância de 0,67, é necessária uma saída de fonte de luz muito alta porque há 12 espelhos de reflexão em uma ferramenta de litografia EUV atual8 .

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. Outras melhorias na eficiência das fontes de luz foram consideradas para substituir o laser de CO2 como pulso principal por um laser de estado sólido com comprimento de onda de 2 μm com alta eficiência de conversão elétrica para óptica12,13,14,15,16. Portanto, é significativo entender o mecanismo detalhado de como o método de pulso duplo pode fornecer maior eficiência de conversão. Um dos problemas cruciais são as dificuldades para medir os parâmetros fundamentais do plasma (densidade do elétron, temperatura do elétron e estado de carga Z) dentro de fontes EUV muito pequenas (< 1 mm), não uniformes, de curta duração (< 100 ns) e transientes . Esses parâmetros fundamentais são cruciais para aumentar a saída do EUV dentro da banda (comprimento de onda λ = 13,5 nm, 2% da largura de banda total), conforme apontado por estudos de modelagem atômica7,17,18. Eles indicam que a fonte EUV deve estar em densidade eletrônica adequada (ne: 3 × 1024–1025 m-3) e temperatura eletrônica (Te: 25–40 eV) para realizar o estado de carga ideal de 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>