与超极紫外光刻光源(6.x nm)相关的原子和辐射过程

The search for the optimum radiation source at 6.x nm for beyond extreme ultraviolet lithography (BEUVL) has gained considerable research interest in both laboratory and in high-volume manufacturing. In this work, the atomic and radiative processes of complex Gd/Tb and Galinstan plasmas as well as pure target plasmas will be investigated in order to couple the higher reflectivity multilayer mirror. Investigation will be carried out for the conversion efficiency for plasmas containing Gd/Tb, Galinstan and pure targets, available data for experimental observations will be used to benchmark the theoretical calculations, to find both the optimum plasmas temperature and source conditions. If successful, 6.x nm sources will be employed in manufacturing under 8 nm node.

超极紫外光刻光源（6.x nm）的研发现在是实验室和半导体制造工业界的一个研究热点。本项目拟研究Gd/Tb, Galinstan等相关的复合靶和纯靶原子和辐射过程，通过改变等离子体条件和复合靶成分比重实现可调波长的6.x nm波段光刻光源，结合多层反射镜的反射效率，计算等离子体的转化效率，并与实验结果比较，寻找能够对感兴趣的波段的辐射产生贡献的高亮度超极紫外光刻光源所需的最佳条件，为工业上实现大规模量产提供理论依据和基础数据。如果光源效率太低等技术瓶颈问题能获得突破性进展，超极紫外光刻技术将于8 nm节点工艺投入量产。

光刻技术是大规模集成电路生产中的关键技术之一，而光刻光源又是光刻技术的首要问题。13.5nm和6.x nm的EUV光源是下一代光刻技术光源的可能替代者。本项目就光刻光源中感兴趣的原子和辐射过程进行了研究，测量和计算了Ga和Ge的辐射光谱，获得了Ge等离子体在6.88 nm波段0.6%带宽和13.5 nm 2%带宽范围内0.29%和0.4%的转换效率(Galinstan的转化效率会远远高于这个实验值，因为Ga、In及Sn在13.5 nm波段附近都有较强的辐射)，这一效率和原来提出的基于Gd/Tb等离子体的转换效率相似。我们分析了Ga的化合物Galinstan的辐射光谱性质，预言了获得理想等Galinstan离子体光源所需要的等离子体温度约为60 eV，远远低于Gd等离子体光源所需的100 eV。此外，和Gd的熔点(1312 C)相比，Galinstan作为靶材更容易被移植到现有的液滴靶技术（熔点为-19 C，即室温时为液体）。我们发展了基于1维流体动力学模拟程序Med103的辐射输运计算程序，结合多层反射镜的反射效率，可以计算等离子体的转化效率随激光等离子体强度等条件和复合靶成分比重的变化关系。进一步，我们提出了基于碰撞等离子体的可调波长的极紫外光源产生方式，并申请了相关的专利，该方法也可用于“水窗”x射线生物样品成像谱仪光源，对其需要进一步的研究。除此之外，在本项目的支持下，我们还研究了Pb、Pt、Hf和Ta等离子体1-7 nm的辐射光谱,分析了双脉冲激光对Hf和Ta等离子体辐射强度随脉冲延迟时间的变化关系；推广了我们在Gd双电子复合过程的相关工作，计算了磁约束聚变感兴趣的Ne-, Pd-及Ag-like W的双电子复合截面和速率系数；分析了LHD和激光产生高Z元素x射线的光谱性质。.通过该研究我们发现，基于Galinstan等离子体的13.5纳米光源可能是目前通用的基于Sn等离子体的一个可靠替代光源，尤其是基于Sn的13.5 纳米光源日美和欧洲相关机构和研究所已申请了大量的专利保护情况下，这点对于我国发展自己的光刻机技术尤为重要。