CN105333953B - 一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源 - Google Patents
一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105333953B CN105333953B CN201510671260.6A CN201510671260A CN105333953B CN 105333953 B CN105333953 B CN 105333953B CN 201510671260 A CN201510671260 A CN 201510671260A CN 105333953 B CN105333953 B CN 105333953B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gallium
- laser
- indium
- extreme ultraviolet
- light source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 8
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 31
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 4
- 238000002211 ultraviolet spectrum Methods 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N indium tin Chemical compound [In].[Sn] RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 2
- 241000931526 Acer campestre Species 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000012611 container material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- GALOTNBSUVEISR-UHFFFAOYSA-N molybdenum;silicon Chemical compound [Mo]#[Si] GALOTNBSUVEISR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- X-Ray Techniques (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源。包括脉冲激光器以及设置在真空腔中的反射镜、聚焦透镜、镓铟锡合金靶材和收集镜；工作时，所述脉冲激光器发出的激光被所述反射镜反射后到达所述聚焦透镜，在所述镓铟锡合金靶材的液面上形成聚焦光斑，激发所述镓铟锡合金靶材产生等离子体，等离子体辐射产生极紫外光，极紫外光被所述收集镜收集后用作测试光源。产生的极紫外光在13.X nm和6.X nm波段均有较强辐射，并且通过控制作用在靶材上的激光功率密度，能有效控制两个波段的辐射强度。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域，更具体地，涉及一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源。
背景技术
用于集成芯片生产的光刻技术的分辨率受限于所用光刻光源的波长。使用较短波长的光刻光源在提高光刻分辨率的同时，还有利于进一步减小芯片的尺寸。光刻机光源的波长从365nm发展至248nm，进一步发展至193nm，光刻分辨率也提高到了16nm节点。中心波长在13.5nm的极紫外光源的采用，已将光刻分辨率提高至14nm，且荷兰的ASML公司即将使用该种极紫外光源的光刻机投入量产。为进一步提高光刻机分辨率，对光刻光源的研究转入了波长在6.X nm的极紫外光源。
由于极紫外光极易被吸收，对光刻机中的光学器件要求很严格，用极紫外测试光源对极紫外光学器件的测试就很有必要。目前的测试光源波长多为13.5nm，例如，用脉冲激光烧蚀固体锡靶辐射出13.5nm的极紫外光。但激光烧蚀固体靶产生碎屑较多，极易对收集镜造成损害，所以采用液滴锡靶来产生13.5nm波段的极紫外光源。但是液滴靶一般通过将锡熔化后在高压气体以及高频振动的作用下通过小孔喷射形成，技术复杂，并且激光与液滴靶必须在空间和时间上同步，难度大，特别是喷口容易在高频超声波的作用下侵蚀，需要经常更换。而波长在6.X nm波段的极紫外光源所用的靶材为固体Gd等高熔点金属靶材，很难实现液滴靶材，于是就面临碎屑污染的问题。目前需要通过更换靶材来实现极紫外波长的转换，尚且还没有能同时实现13.5nm和6.X nm两个波段的极紫外测试光源。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源，以镓铟锡合金作为靶材，产生的极紫外光在13.X nm和6.X nm波段均有较强辐射，其中13.X nm波段主要由激光烧蚀锡产生等离子体辐射产生，而6.X nm主要由激光烧蚀镓产生等离子体辐射产生，并且通过控制作用在靶材上的激光功率密度，能有效控制两个波段的辐射强度。
为实现上述目的，本发明提供了一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源，其特征在于，包括脉冲激光器以及设置在真空腔中的反射镜、聚焦透镜、镓铟锡合金靶材和收集镜；工作时，所述脉冲激光器发出的激光被所述反射镜反射后到达所述聚焦透镜，在所述镓铟锡合金靶材的液面上形成聚焦光斑，激发所述镓铟锡合金靶材产生等离子体，等离子体辐射产生极紫外光，极紫外光被所述收集镜收集后用作测试光源。
优选地，所述收集镜为将椭球形腔体去除两端后得到的筒状结构。
优选地，通过调整所述脉冲激光器输出的激光能量或在所述镓铟锡合金靶材的液面上形成的聚焦光斑大小，调整作用在所述镓铟锡合金靶材上的激光功率密度，进而改变极紫外光光谱中各波段的光谱强度，实现光谱的可调谐。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：采用常温下呈液态的镓铟锡合金作为靶材，能减少等离子体碎屑污染，与液态金属锡等靶材相比，不需要高温加热，无需高温防冷却装置，简化了实验装置，降低了实验成本；激光烧蚀产生的镓铟锡合金的等离子体辐射出的光谱覆盖了2～20nm波段，相比以镓为靶材辐射的6～7nm波段的光谱以及以锡为靶材辐射出的中心波长在13.5nm的光谱，实现了宽波段光谱辐射；由仿真结果可以看出，通过改变外界实验条件，如激光能量、激光在靶面上的聚焦效果等，能改变产生的等离子体的电子温度，进而改变等离子体中离子的种类和比例，最终改变等离子体辐射产生的光谱中各波段的光谱强度，即实现了光谱的可调谐；将产生的极紫外辐射通过收集镜收集，即可作为测试光源。综上，本发明的有益效果是用相对简单的实验装置实现了可调谐的宽光谱光源的产生。
附图说明
图1是本发明实施例的可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源的结构示意图；
图2是镓的等离子体电子温度随激光功率密度的变化曲线；
图3是本发明实施例的极紫外光源在等离子体电子温度在15～35eV时辐射出的极紫外光光谱；
图4是本发明实施例的极紫外光源在等离子体电子温度在40～60eV时辐射出的极紫外光光谱。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-脉冲激光器，2-真空腔，3-反射镜，4-聚焦透镜，5-镓铟锡合金靶材，6-靶材容器，7-等离子体，8-极紫外光，9-收集镜。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例的可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源包括脉冲激光器1、真空腔2、反射镜3、聚焦透镜4、镓铟锡合金靶材5和收集镜9。反射镜3、聚焦透镜4、镓铟锡合金靶材5和收集镜9设置在真空腔2中，工作时，脉冲激光器1发出的激光通过真空腔2的窗口入射至反射镜3，被反射镜3反射后到达聚焦透镜4，由聚焦透镜4输出的光在镓铟锡合金靶材5的液面上形成聚焦光斑，其作用于镓铟锡合金靶材5，产生等离子体7，等离子体7辐射产生极紫外光8，极紫外光8被收集镜9收集后用作测试光源。
具体地，脉冲激光器1为CO2激光器或Nd:YAG激光器；镓铟锡合金靶材5盛放在靶材容器6中，镓铟锡合金没有镓的化学性质活跃，能与多种金属和塑料共存，比较常用的盛放镓铟锡合金的容器材料为不锈钢，因此，靶材容器6采用不锈钢靶池；收集镜9为将椭球形腔体去除两端后得到的筒状结构，筒内壁镀有多层钼硅反射膜，这种结构使得收集镜9有一个广口朝向等离子体7，因而能提高极紫外辐射的收集效率。
通过调整脉冲激光器1输出的激光能量或在镓铟锡合金靶材5的液面上形成的聚焦光斑大小，调整作用在镓铟锡合金靶材5上的激光功率密度，进而改变等离子体辐射产生的光谱中各波段的光谱强度，实现光谱的可调谐。具体地，可通过如下方式调整脉冲激光器1输出的激光能量：一是调整脉冲激光器1的参数，如脉冲激光器1的延时，实验装置不必移动；二是在脉冲激光器1的输出端依次设置分束器和半波片，调整半波片的偏振方向。可通过如下方式调整镓铟锡合金靶材5的液面上的聚焦光斑大小：一是调整聚焦透镜4与镓铟锡合金靶材5的液面之间的距离；二是选用不同焦距的聚焦透镜，聚焦光斑大小随聚焦透镜焦距的增大而增大。
镓的等离子体电子温度随激光功率密度的变化曲线如图2所示。当已知激光的功率密度时，可根据公式(1)计算激光与靶材作用后产生的等离子体电子温度Te，再由公式(2)计算等离子体中各价态离子所占比例。
其中，A为靶材原子序数，λ为激光波长，为激光功率密度。
其中，z为离子化合价，nz为z价离子在等离子体中所占的比例，nz+1为z+1价离子在等离子体中所占的比例，ne为等离子体密度，S(z,Te)为z价离子在等离子体电子温度Te下的碰撞电离系数，αr(z+1,Te)和α3b(z+1,Te)分别为z+1价离子在等离子体电子温度Te下的辐射耦合系数和三体耦合系数。
利用考恩代码(Cowan Code)计算出镓、铟、锡不同离子的辐射光谱，综合计算出各离子的分布比例，以及镓铟锡合金中镓、铟、锡的比例，最后计算出镓铟锡合金在不同的等离子体电子温度Te下，即不同的激光功率密度下的光谱。
镓铟锡合金靶材5中，Ga:In:Sn＝68.5％:21.5％:10％(摩尔比)，利用上述方法仿真得到上述极紫外光源在不同等离子体电子温度下辐射出的极紫外光光谱如图3和图4所示。可以看出，镓铟锡合金的光谱在13.X nm及6.X nm波段都有较强的辐射，且等离子体电子温度Te在25eV附近时，13.X nm波段的光谱辐射达到最强，在20eV附近时，6.X nm波段的光谱辐射达到最强，因而通过改变等离子体电子温度，能改变两个波段的光谱的辐射强度，从而实现可调谐的宽波段光谱辐射。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源，其特征在于，包括脉冲激光器以及设置在真空腔中的反射镜、聚焦透镜、常温下呈液态的镓铟锡合金靶材和收集镜；工作时，所述脉冲激光器发出的激光被所述反射镜反射后到达所述聚焦透镜，在所述镓铟锡合金靶材的液面上形成聚焦光斑，激发所述镓铟锡合金靶材产生等离子体，等离子体辐射产生极紫外光，极紫外光被所述收集镜收集后用作测试光源；
通过调整所述脉冲激光器输出的激光能量或在所述镓铟锡合金靶材的液面上形成的聚焦光斑大小，调整作用在所述镓铟锡合金靶材上的激光功率密度，进而改变极紫外光光谱中各波段的光谱强度，实现光源在2-20nm光谱范围内辐射波段的可调谐。
2.如权利要求1所述的可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源，其特征在于，所述收集镜为将椭球形腔体去除两端后得到的筒状结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510671260.6A CN105333953B (zh) | 2015-10-13 | 2015-10-13 | 一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510671260.6A CN105333953B (zh) | 2015-10-13 | 2015-10-13 | 一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105333953A CN105333953A (zh) | 2016-02-17 |
| CN105333953B true CN105333953B (zh) | 2017-09-15 |
Family
ID=55284609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510671260.6A Active CN105333953B (zh) | 2015-10-13 | 2015-10-13 | 一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105333953B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105739249A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-07-06 | 哈尔滨工业大学 | 激光辅助放电极紫外光源预电离等离子体电子温度测量方法 |
| CN106370645A (zh) * | 2016-08-17 | 2017-02-01 | 华中科技大学 | 一种激光诱导液体锡靶放电的等离子体装置 |
| CN108521066A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-09-11 | 费勉仪器科技（上海）有限公司 | 一种激光放大装置及方法 |
| CN109632727A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-16 | 厦门大学 | 一种基于气相激光等离子体可调真空紫外单光子电离装置 |
| EP3726940A3 (en) * | 2019-04-16 | 2020-11-11 | Okinawa Institute of Science and Technology School Corporation | Laser-driven microplasma xuv source |
| CN115103499B (zh) * | 2022-06-09 | 2024-03-22 | 大连理工大学 | 一种水下镓铟锡液态金属成丝放电爆炸装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101319936A (zh) * | 2008-07-16 | 2008-12-10 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 极紫外波段发射效率测量装置 |
| CN201203477Y (zh) * | 2008-05-04 | 2009-03-04 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | 满足空间极紫外仪器定标测试用实验室19.5nm极紫外光源系统 |
| CN102791331A (zh) * | 2010-03-10 | 2012-11-21 | 西默股份有限公司 | 激光产生的等离子体euv光源 |
| CN104885161A (zh) * | 2012-10-16 | 2015-09-02 | Asml荷兰有限公司 | 极紫外光源的靶材料供应装置 |
-
2015
- 2015-10-13 CN CN201510671260.6A patent/CN105333953B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201203477Y (zh) * | 2008-05-04 | 2009-03-04 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | 满足空间极紫外仪器定标测试用实验室19.5nm极紫外光源系统 |
| CN101319936A (zh) * | 2008-07-16 | 2008-12-10 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 极紫外波段发射效率测量装置 |
| CN102791331A (zh) * | 2010-03-10 | 2012-11-21 | 西默股份有限公司 | 激光产生的等离子体euv光源 |
| CN104885161A (zh) * | 2012-10-16 | 2015-09-02 | Asml荷兰有限公司 | 极紫外光源的靶材料供应装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 脉冲激光辐照液滴锡靶等离子体极紫外辐射的实验研究;陈鸿等;《物理学报》;20150405;第64卷(第7期);第075202页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105333953A (zh) | 2016-02-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105333953B (zh) | 一种可调谐宽波段激光等离子体极紫外光源 | |
| Ganeev et al. | Harmonic generation from indium-rich plasmas | |
| Harilal et al. | Spectral control of emissions from tin doped targets for extreme ultraviolet lithography | |
| US8009350B2 (en) | Laptop-size high-order harmonic generation apparatus using near field enhancement | |
| Ganeev | Generation of high-order harmonics of high-power lasers in plasmas produced under irradiation of solid target surfaces by a prepulse | |
| Keenan et al. | Efficient pumping schemes for high average brightness collisional x-ray lasers | |
| Teubner et al. | X‐ray spectra from high‐intensity subpicosecond laser produced plasmas | |
| Ohashi et al. | Tuning extreme ultraviolet emission for optimum coupling with multilayer mirrors for future lithography through control of ionic charge states | |
| Coons et al. | Comparison of EUV spectral and ion emission features from laser-produced Sn and Li plasmas | |
| EP3357081B1 (en) | Laser sustained plasma light source with graded absorption features | |
| Ganeev et al. | Low-and high-order nonlinear optical characterization of C 60-containing media | |
| CN114509924A (zh) | 一种激光等离子体方式的极紫外光源发生及表征装置 | |
| Dunne et al. | Prepulse-enhanced narrow bandwidth soft x-ray emission from a low debris, subnanosecond, laser plasma source | |
| Otsuka et al. | A 6.7-nm beyond EUV source as a future lithography source | |
| Ruchon et al. | Macroscopic effects in attosecond pulse generation | |
| Cabasse et al. | Collection and spectral control of high-order harmonics generated with a 50 W high-repetition rate Ytterbium femtosecond laser system | |
| CN105699363A (zh) | 一种增强激光诱导击穿光谱强度的方法 | |
| Fomenkov et al. | Laser-produced plasma source system development | |
| Singhal et al. | High-order harmonic generation in a plasma plume of in situ laser-produced silver nanoparticles | |
| Cocco et al. | The FERMI@ Elettra FEL photon transport system | |
| Takeyasu et al. | Emission spectrum of hard x-rays, generated from iron, copper, and molybdenum targets by subpicosecond KrF laser pulses | |
| Hasegawa et al. | High-precision measurement of the wavelength of a nickel-like silver x-ray laser | |
| Rocca et al. | Demonstration of saturated high repetition rate tabletop soft x-ray lasers at wavelengths down to 13.2 nm | |
| Suman et al. | Analysis of the damage effect of femtosecond-laser irradiation on extreme ultraviolet Mo/Si multilayer coating | |
| Li et al. | Interferometry Based EUV Spectrometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |