放电等离子体极紫外光刻光源关键物理及技术问题研究

Z箍缩放电等离子体极紫外(EUV)光源，巧妙地将惯性约束核聚变中获得高温、高密度等离子体的Z箍缩技术移植到小尺寸放电结构中，产生相同高温的等离子体所需放电电流大幅减少，降低了对放电装置的要求。这种光源具有结构简单紧凑、尺寸小、效率高、投资及运营成本低等特点，是能够应用于极紫外光刻、辐射计量、实验室研究等领域的一种可实用化的软X射线源。.极紫外光刻（13.5nm为工作波长）是下一代实现更小刻线（32nm以下）的光刻技术之一。本项目拟针对极紫外光刻研究一种小型、高效、稳定的Z箍缩放电EUV光源，重点是通过研究Z箍缩高温高密度等离子体产生13.5nm强辐射的物理机制，在优化装置设计、提高转换效率、有效冷却电极，减少碎片产生及提高稳定性上探索新方法、新技术，为国内开展极紫外光刻及辐射计量等相关研究所需的高功率、低碎屑、可连续工作的EUV光源解决关键物理及技术问题。

极紫外光刻（13.5nm为工作波长）是下一代实现更小刻线（32nm以下）的光刻技术之一。而实现极紫外光刻的关键取决于是否有符合应用标准的、适于工业生产的EUV光源。在各中EUV光源方案中，放电等离子体EUV光源有结构简单紧凑、尺寸小、效率高、投资及运营成本低等特点，是一种重要的EUV光源。此外，它还能够应用于辐射计量等实验室研究等领域。.国际上有些技术参数尚保密的情况下，本课题组首先通过自己的理解、理论研究和计算，确定了装置的重要参数。在理论、实验相结合的研究过程中，不断加深对物理过程的理解，不断地改进实验方案和实验装置，最终在现有装置和环境尚存在着很多难以克服的困难下，实现了13.5nm辐射光输出，并通过深入的理论和实验研究，使装置基本达到了比较稳定的工作，同时获得了在现有装置下接近最佳的工作条件。此外，通过在Xe气中掺He等技术大幅提高了13.5nm辐射光功率。在国内技术空白的条件下，创新性思维研制了建造了重频1kHz毛细管放电极紫外光刻光源系统，独立设计、研制了全部的各单元部件，突破了国内相关技术空白。.理论上，利用Cowan程序计算得到了Xe离子实现13.5nm辐射光输出的关键原子参数，并采用碰撞-辐射模型计算得到了Xe离子态分布与气压和电子温度的关系，二者结合模拟出了不同气压和电子温度条件下的辐射谱，为光谱分析和改进放电条件提供了理论指导。同时，采用磁流体力学模型计算了不同毛细管内径、放电电流和气压条件下毛细管内等离子体演变过程，指导改善放电条件，从而实现13.5nm辐射光输出的最佳实验条件。利用雪靶模型，模拟了等离子体压缩过程与放电电流、气压的关系，并与自制的极紫外探测器测量结果相比较，发现了毛细管放电过程中存在多次Z 箍缩的物理过程。