毛細(xì)管放電的X光激光若干特性及極紫外光刻光源研究.pdf

1、極紫外光的波長越短，與軟X射線的譜區(qū)重疊越多。在波長重疊的區(qū)域內(nèi)，由于光束相干性的緣故，同樣波長的輻射有時(shí)稱為極紫外光，有時(shí)稱為軟X射線激光，這可能源于人們的習(xí)慣。無論稱謂如何，這些短波長光源的獲得主要來自于高溫高密度等離子體的輻射。毛細(xì)管放電裝置將電能直接轉(zhuǎn)化成等離子體的輻射能，能量轉(zhuǎn)換效率較高。
　　軟X射線激光的波長短，獲得軟X射線激光需要很高的泵浦能量；軟X射線激光很容易被物質(zhì)吸收，建立激光諧振腔幾乎不太可能。這些不利因素

2、長期制約著軟X射線激光器的研制，特別是小型、臺式、高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的軟X射線激光器。毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置的建立和成功運(yùn)行，打破了禁錮其發(fā)展的堅(jiān)冰，有望建成真正實(shí)用的小型高效軟X射線激光器。本文在介紹X射線激光基本理論的基礎(chǔ)上，利用實(shí)驗(yàn)室已出光的毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置，在前期研究工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化了軟X射線激光研究。開展了預(yù)-主脈沖延時(shí)對激光輸出的影響、低氣壓下產(chǎn)生激光的主脈沖電流閾值、46.9nm激光譜線的辨認(rèn)等實(shí)驗(yàn)。發(fā)

3、現(xiàn)了產(chǎn)生激光的預(yù)-主脈沖延時(shí)范圍和最佳延時(shí)段，并揭示了預(yù)-主脈沖延時(shí)與氣壓的關(guān)系；在28~46Pa的氬氣氣壓下，找到了產(chǎn)生激光的主脈沖電流閾值為~19kA；成功辨認(rèn)了毛細(xì)管放電類氖氬46.9nm激光譜線。通過改變主開關(guān)結(jié)構(gòu)，研究了主開關(guān)電感對激光輸出的影響。主開關(guān)支座改進(jìn)后，電感下降了15％，主脈沖電流平均提高了4%，激光平均輸出提高了31%，同時(shí)繼承了改進(jìn)前的高耐壓性和出光穩(wěn)定性。毛細(xì)管放電檢測轉(zhuǎn)接室設(shè)計(jì)將不僅能夠同步檢測激光能量和激

4、光譜線，而且有可能大大提高檢測的準(zhǔn)確性。
　　極紫外光刻技術(shù)是目前國際上的研究熱門之一，使用波長很短的極紫外光將掩模板上的電路圖形縮小成像在光致抗蝕劑上，不用借助分辨率增強(qiáng)技術(shù)，即可獲得30nm以下的分辨率，有望替代ArF浸沒式光刻而成為下一代光刻技術(shù)的主流。毛細(xì)管放電極紫外光源具有較高的輸出功率及能量轉(zhuǎn)換效率，是極紫外光刻的首選曝光光源之一。本文對毛細(xì)管放電極紫外光源的重要參數(shù)和放電條件進(jìn)行了定性計(jì)算，以便為毛細(xì)管放電極紫外光源

5、演示裝置的研制提供參考。之后作者全程參與了毛細(xì)管放電極紫外光源裝置的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、驗(yàn)收及開展的氣體介質(zhì)放電極紫外輻射研究等工作。通過對真實(shí)負(fù)載的放電試驗(yàn)，預(yù)脈沖電源的放電電壓~7kV，電流40~60A，可單次和1~200Hz重復(fù)頻率工作；主脈沖電源的放電電壓~30kV，電流20~40kA，也可單次和1~200Hz重復(fù)頻率工作，各項(xiàng)放電參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在整套裝置驗(yàn)收合格的基礎(chǔ)上，利用已經(jīng)標(biāo)定的羅蘭園譜儀，開展了毛細(xì)管放電極紫外光譜

6、實(shí)驗(yàn)研究，觀察到Ar7+、He+離子30nm左右的極紫外光輻射。最終證實(shí)：已建成的毛細(xì)管放電極紫外光源演示裝置安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，等離子體輻射光譜基本位于極紫外目標(biāo)區(qū)，可以開展進(jìn)一步的極紫外光輸出實(shí)驗(yàn)。
　　國際上有很多科研小組或團(tuán)體進(jìn)行極紫外光刻光源的研究，隨著研究的深入，極紫外光刻光源的輸出功率不斷增大，目前已經(jīng)達(dá)到了應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。但高功率光源的獲得依賴于極高的重復(fù)工作頻率，單次輸出功率并不高。高重復(fù)頻率工作對光刻過程及環(huán)境有很高

7、的要求，這不僅增大了光刻過程的難度，而且提高了生產(chǎn)成本。本文提出了毛細(xì)管放電三束等離子體極紫外環(huán)帶光源的設(shè)計(jì)，正是為了解決光刻光源單次輸出功率小的問題。通過對毛細(xì)管放電三束等離子體形成環(huán)帶光源的過程進(jìn)行受力分析，定性計(jì)算了環(huán)帶光源的輸出參量等比較全面的設(shè)計(jì)、論證。結(jié)果表明：在相同放電總電流條件下，三束等離子體環(huán)帶光源的發(fā)光體積是常用毛細(xì)管的~10倍，光源的最佳收集角提高了~60%，能量轉(zhuǎn)換效率提高了~5倍。這些定性結(jié)果預(yù)示著毛細(xì)管放電三