레이저의 플라즈마 유입 관찰 | 허베이 레이저 마킹 유한 회사

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1825(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

플라즈마 역학은 거시적 흐름뿐만 아니라 전자 밀도(ne), 전자 온도(Te), 복사 에너지 전달에 의해 제어됩니다. 그러나 레이저 생성 플라즈마(LPP) 내부의 플라즈마 유속장(vflow)은 작은 크기(< 1mm)와 짧은 수명(< 100ns)으로 인해 거의 측정되지 않았습니다. 여기서는 집단 Thomson을 사용하여 반도체 리소그래피용 극자외선(EUV) 광원에 대한 Sn-LPP(CO2 레이저를 사용한 "이중 펄스" 방식)의 2차원(2D) vflow 측정을 처음으로 보고합니다. 일반적으로 플라즈마의 ne, Te 및 평균 이온 전하(Z)를 측정하는 데 사용되는 산란 기술입니다. EUV 소스 내부에서는 주변 영역에서 플라즈마 중심축을 향해 104m/s 크기를 초과하는 플라즈마 유입 속도를 관찰했습니다. ne, Te, Z 및 vflow의 시간 분해 2D 프로파일은 플라즈마 유입이 EUV 소스를 고밀도(ne > 3 ×)의 EUV 발광에 적합한 온도(25eV < Te < 40eV)로 유지함을 나타냅니다. 1024 m−3) 그리고 상대적으로 오랜 시간(> 10 ns) 동안 총 EUV 발광이 증가합니다. 이러한 결과는 플라즈마 흐름을 제어하면 EUV 광 출력을 향상시킬 수 있으며 EUV 출력을 더욱 증가시킬 가능성이 있음을 나타냅니다.

IT 사회를 지탱하는 반도체 제조 공정의 미세 가공에는 단파장의 리소그래피 광원이 필요하며, 현재는 레이저로 생성된 주석(Sn) 플라즈마에서 나오는 파장 13.5nm의 극자외선(EUV) 광이 사용되고 있습니다1 ,2,3,4,5,6,7. EUV 리소그래피용 광학계는 반사형 광학계만 있고, 0.67의 높은 반사율을 갖는 Mo/Si 다층 미러를 사용하더라도 현재 EUV 리소그래피 장비에는 12개의 반사 미러가 있기 때문에 매우 높은 광원 출력이 필요하다8 .

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-d1829975e597"> 9,10,11. 주 펄스인 CO2 레이저를 전기-광 변환 효율이 높은 2μm 파장 고체 레이저로 대체하기 위해 광원 효율의 추가 개선이 고려되었습니다. 따라서 이중 펄스 방식이 어떻게 더 높은 변환 효율을 제공할 수 있는지에 대한 자세한 메커니즘을 이해하는 것이 의미가 있습니다. 중요한 문제 중 하나는 매우 작고(< 1mm), 불균일하고, 수명이 짧고(< 100ns) 일시적인 EUV 소스 내부에서 플라즈마 기본 매개변수(전자 밀도, 전자 온도 및 전하 상태 Z)를 측정하기 어렵다는 점입니다. . 이러한 기본 매개변수는 원자 모델링 연구7,17,18에서 지적한 바와 같이 대역 내 EUV(파장 λ = 13.5nm, 2% 전대역폭) 출력을 높이는 데 중요합니다. 이는 8+–12+의 최적 충전 상태를 실현하려면 EUV 소스가 적절한 전자 밀도(ne: 3 × 1024–1025 m−3)와 전자 온도(Te: 25–40 eV)에 있어야 함을 나타냅니다.

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>