隨著芯片制造進(jìn)入3 nm制程，極紫外（EUV）光刻機(jī)已成為芯片大規(guī)模量產(chǎn)和工業(yè)化的設(shè)備，目前僅有荷蘭ASML公司能夠制造但對(duì)中國(guó)禁售。EUV光刻機(jī)中最核心的分系統(tǒng)是激光等離子體（LPP）EUV光源，其研發(fā)的主要挑戰(zhàn)之一是提高激光到13.5 nm EUV光的能量轉(zhuǎn)換效率（CE）。CO₂激光器由于可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率、高重頻和窄脈寬激光輸出，且其激發(fā)的Sn等離子體具有較高CE（>5%），被選定為商業(yè)LPP-EUV光刻光源的驅(qū)動(dòng)光源。

近期研究表明，1 μm固體激光激發(fā)Sn等離子體的CE有可能滿(mǎn)足EUV光刻光源的工程化指標(biāo)。此外，固體脈沖激光器經(jīng)過(guò)近十年的快速發(fā)展已實(shí)現(xiàn)千瓦級(jí)功率輸出，并在未來(lái)有望達(dá)到萬(wàn)瓦級(jí)，又由于其體積緊湊、電光轉(zhuǎn)換效率高（~20%），有望替代CO₂激光成為新一代LPP-EUV光刻光源的驅(qū)動(dòng)光源。基于此，發(fā)展固體激光驅(qū)動(dòng)的LPP-EUV光源對(duì)我國(guó)自主開(kāi)展EUV光刻及其關(guān)鍵器件與技術(shù)的研發(fā)具有重要意義。

為系統(tǒng)性研究固體激光驅(qū)動(dòng)的LPP-EUV光源，中國(guó)科學(xué)上海光學(xué)精密機(jī)械研究所林楠研究員團(tuán)隊(duì)建立了固體激光驅(qū)動(dòng)等離子體極紫外光源實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（圖1）。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用一臺(tái)輸出波長(zhǎng)為1064 nm的Nd: YAG激光器作為Sn等離子體的驅(qū)動(dòng)激光。Sn等離子體的EUV光譜采用實(shí)驗(yàn)室自研的平場(chǎng)光柵光譜儀進(jìn)行測(cè)量，Sn等離子體13.5 nm（帶寬2%）的輻射能量由實(shí)驗(yàn)室自研的帶內(nèi)輻射能量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。

CE的定義是2π立體角內(nèi)13.5 nm（2%帶寬）輻射能量與驅(qū)動(dòng)激光能量的比值。光譜純度（SP）是LPP-EUV光源研究中常關(guān)注的另一個(gè)參數(shù)，定義是帶內(nèi)輻射能量與EUV波段的總輻射能量之比。圖3展示了不同峰值功率密度激光作用下Sn等離子體的SP和CE，CE的大值為3.42%。由圖可見(jiàn)，SP和CE對(duì)于激光峰值功率密度的變化敏感，因此在固體激光驅(qū)動(dòng)等離子體EUV光源的工程化研發(fā)中，需要對(duì)作用于Sn靶材的激光峰值功率密度進(jìn)行精細(xì)優(yōu)化。

圖4展示了本工作中獲得的大CE和國(guó)際上各團(tuán)隊(duì)與公司對(duì)1 μm固體激光驅(qū)動(dòng)等離子體EUV光源CE的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖可見(jiàn)，本工作所獲得的CE大值3.42%已處于國(guó)際靠前水平，并超過(guò)商業(yè)化CO₂激光驅(qū)動(dòng)EUV光刻光源CE值的一半。

本文建立了固體激光驅(qū)動(dòng)等離子體EUV光源實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開(kāi)展了1 μm固體激光激發(fā)Sn等離子體EUV輻射特性實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)3.42%的1 μm固體激光到13.5 nm極紫外光的能量轉(zhuǎn)換效率，主焦點(diǎn)13.5 nm極紫外單脈沖能量超20 mJ, 處于國(guó)際靠前、國(guó)內(nèi)水平。相關(guān)研究結(jié)果對(duì)于我國(guó)自主開(kāi)展EUV光刻及其關(guān)鍵器件與技術(shù)的研發(fā)工作具有重要意義。

參考文獻(xiàn)： 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)

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