脈沖CO2激光燒蝕錫靶等離子體的數(shù)值模擬研究.pdf

1、13.5 nm極紫外輻射被認(rèn)為是最有前景的下一代半導(dǎo)體光刻光源，13.5 nm極紫外輻射產(chǎn)生于激光燒蝕錫等離子體，提高激光的轉(zhuǎn)換效率、降低等離子體碎屑是光源的關(guān)鍵技術(shù)。等離子體的電子溫度、電子密度決定了其輻射特性，離子溫度、離子密度決定了碎屑特性，因此研究激光燒蝕錫靶的具體過程具有非常重要的參考價(jià)值。本文使用一維輻射流體力學(xué)程序 MULTI模擬了脈沖激光照射期間，激光等離子體電子溫度、電子密度、離子溫度、離子密度、膨脹速度等參數(shù)的分布情

2、況，討論了靶材的種類、密度，激光脈沖的波長、能量、脈寬、拖尾等對(duì)等離子體輻射與碎屑特性的影響。
　　首先，介紹了輻射流體力學(xué)程序MULTI，隨后模擬了脈沖CO2與Nd：YAG兩種激光器燒蝕錫靶的具體過程，比較了兩種等離子體的輻射與碎屑特性，發(fā)現(xiàn)靶材吸收激光的主要機(jī)制為逆韌致吸收，激光能量大部分沉淀在等離子體臨界密度點(diǎn)附近，CO2與Nd：YAG激光器的臨界電子密度分別約為1019 cm-3和1021 cm-3，因此Nd：YAG激光器

3、形成了一種高溫、高密等離子體，這加劇了極紫外再吸收與電子-離子復(fù)合過程，所以脈沖CO2激光器的轉(zhuǎn)換效率與光譜純度更高，更有利于極紫外輻射的產(chǎn)生。
　　由于脈沖CO2激光在激光等離子體極紫外光源應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)，論文主要研究了脈沖CO2激光等離子體的特性，首先對(duì)脈沖CO2激光燒蝕錫靶與氙靶等離子體進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)氙等離子體電子溫度更高，輻射中心波長更短。
　　再次，模擬了脈沖CO2激光燒蝕不同密度錫靶的過程，發(fā)現(xiàn)降低靶材初始密度不

4、會(huì)改變激光的吸收機(jī)制與等離子體的主要參數(shù)，因此不會(huì)改變 EUV輻射與碎屑特性。
　　最后，研究了 CO2激光的功率密度、脈寬、拖尾等對(duì)錫等離子體特性的影響。高功率CO2激光器能提高電子溫度，從而提高極紫外輻射的強(qiáng)度，并且不降低輻射譜純度；長脈寬CO2激光器能延長極紫外輻射時(shí)間，從而提高紫外輻射的強(qiáng)度，并且不降低轉(zhuǎn)換效率。雖然高功率、長脈寬的CO2激光器會(huì)增加碎屑的產(chǎn)量，但是碎屑可以通過電磁場(chǎng)、緩沖氣體、降低靶材尺寸等方法有效除去，