Перспективы лазерно-плазменного источника излучения для рентгеновской литографии на длине волны 11,2 нм
В Институте физики микроструктур РАН – филиале Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова (ИПФ РАН), создан уникальный стенд, который является прототипом лазерно-плазменного источника рентгеновского литографа нового поколения на длину волны 11,2 нм. Результаты опубликованы в «Журнале технической физики» и в журнале Physical Review Applied.
Экспериментальный стенд предназначен для тестирования ключевых элементов и систем будущего лазерно-плазменного источника и включает в себя основные узлы демо-источника будущего литографа: сверхзвуковое сопло с системами подачи, контроля и откачки ксенона, твердотельный лазер с системой фокусировки излучения, коллектор рентгеновского излучения.
Стенд лазерно-плазменного источника литографа на длину волны 11,2 нм
Стенд также оснащён ключевыми диагностиками для исследования параметров источника рентгеновского излучения: зеркальный брэговский спектрометр, высокоразрешающий спектрограф, квантометр, система ленгмюровских зондов и рентгеновский микроскоп.
Теоретическое обоснование лазерно-плазменного источника с ксеноновой мишенью разработано в отделении физики плазмы и электроники больших мощностей ИПФ РАН.
В ходе экспериментальных исследований на стенде получены следующие результаты: реализован разряд с размером излучающей области 150 × 400 мкм; достигнут коэффициент конверсии лазерного излучения в рентгеновское около 3 %, что уже достаточно для практического использования на промышленном рентгеновском литографе.
Достигнутый коэффициент конверсии лазерного излучения в рентгеновское сопоставим с 7,5 %, полученным путём моделирования идеализированных сценариев горения плазмы.
Зависимость коэффициента конверсии от энергии и длительности лазерного импульса
В ходе экспериментов было показано, что ксеноновый источник не производит потока высокоэнергетичных ионов, разрушающих коллектор (в отличие от оловянного источника, используемого в литографах ASML). Впервые продемонстрирована высокая эффективность конверсии мощности лазерного излучения в рентгеновское при работе с непрерывной ксеноновой струей, что доказывает возможность применения мультикиловаттного лазера. Специально для этой демо-установки в ИПФ РАН создаётся твердотельный лазер с диодной накачкой на основе кристаллов иттрий-алюминиевого граната, легированного иттербием (Yb:YAG), с параметрами лазерного импульса, обеспечивающими максимальную эффективность конверсии мощности лазерного излучения в рентгеновское на рабочей длине волны литографа.
Этот лазер заменит используемый в настоящее время на стенде маломощный коммерческий лазер и сделает возможным проведение ресурсных испытаний, необходимых для разработки лазерно-плазменного источника, таких как время жизни сопла, загрязнение и деградация коллектора, а также моделирование параметров источника, необходимого для промышленного литографа.
Работы выполнены при поддержке Фонда перспективных исследований, Российского научного фонда и Передовой инженерной школы «Космическая связь, радиолокация и навигация» Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.
Источник: пресс-служба ИПФ РАН.
