功能晶体与激光技术重点实验室
暨南大学科技重点平台清单
究中心
韩博平 聂振华 汪超男 全渝娟 张焕明
生命科学技术学院
理工学院
信息科学技术学院
信息科学技术学院 网络与教育技术中
心
46 广东省舆情大数据工程技术研究中心 林如鹏 新闻与传播学院
工程中心 工程中心 工程中心 工程中心 工程中心 工程中心 工程中心
环境学院
36 广东省互联网医疗工程技术研究中心 陈玉兵 附属第一医院
工程中心
工程中心 工程中心 工程中心 工程中心 工程中心 工程中心 工程中心 工程中心 工程中心 工程中心
37 广东省大数据精准健康工程技术研究中心 胡勇 大数据决策研究所
广东省无线应急通信网络工程技术研究中 38
心 39 广东省智能终端处理器SoC芯片工程技术
研究中心
郑力明 易清明
信息科学技术学院 信息科学技术学院
工程中心 工程中心 工程中心
40 广东省小核酸药物开发工程技术研究中心 费嘉
医学院
41 广东省水库蓝藻水华防治工程技术研究中 心
广东省城市生命线工程灾害大数据工程技 42
术研究中心 广东省基因大数据处理与分析工程技术研 43
究中心 44 广东省大数据协同育人与应用创新工程技
47 广东省数量金融大数据工程技术研究中心 张传林 信息科学技术学院 工程中心
48 广东省电气与智能控制工程技术究中心 刘新东 轨道交通研究院 工程中心
广东省3D打印与增材制造工程技术研究中
先进耐磨蚀及功能
49
王小健
工程中心
心
材料研究院
广东省疾病易感性及中医药研发工程技术 50
研究中心 51 广东省抗体药物与免疫检测工程技术研究
激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展
激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展宗楠, 胡蔚敏, 王志敏, 王小军, 张申金, 薄勇, 彭钦军, 许祖彦引用本文:宗楠, 胡蔚敏, 王志敏, 王小军, 张申金, 薄勇, 彭钦军, 许祖彦. 激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展[J]. 中国光学, 2020, 13(1): 28-42. doi: 10.3788/CO.20201301.0028ZONG Nan, HU Wei-min, WANG Zhi-min, WANG Xiao-jun, ZHANG Shen-jin, BO Yong, PENG Qin-Jun, XU Zu-yan. Research progress on laser-produced plasma light source for 13.5 nm extreme ultraviolet lithography[J]. Chinese Optics, 2020, 13(1): 28-42. doi: 10.3788/CO.20201301.0028在线阅读 View online: https:///10.3788/CO.20201301.0028您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in深紫外光刻光学薄膜Optical coatings for DUV Lithography中国光学. 2015(2): 169 https:///10.3788/CO.20150802.0169高功率皮秒紫外激光器新进展New progress in high-power picosecond ultraviolet laser中国光学. 2015(2): 182 https:///10.3788/CO.20150802.018210kW级直接输出半导体激光熔覆光源的研制与热效应分析10 kW CW diode laser cladding source and thermal effect中国光学. 2019, 12(4): 820 https:///10.3788/CO.20191204.0820大功率半导体激光合束进展Advance on high power diode laser coupling中国光学. 2015(4): 517 https:///10.3788/CO.20150804.0517陶瓷表面放电光泵浦源放电特性研究Discharge characteristics of optical pumping source by ceramic surface discharge中国光学. 2019, 12(6): 1321 https:///10.3788/CO.20191206.1321第１３卷㊀第１期２０２０年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀中国光学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＣｈｉｎｅｓｅＯｐｔｉｃｓ㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.１３㊀Ｎｏ.１㊀Ｆｅｂ.２０２０㊀㊀收稿日期:２０１９￣０４￣１１ꎻ修订日期:２０１９￣０５￣１４㊀㊀基金项目:国家重点研发项目(Ｎｏ.２０１６ＹＦＢ０４０２１０３)ꎻ中科院关键技术团队项目(Ｎｏ.ＧＪＪＳＴＤ２０１８０００４)ꎻ国家重大科研装备研制项目(Ｎｏ.ＺＤＹＺ２０１２￣２)ꎻ国家重大科学仪器设备开发专项(Ｎｏ.２０１２ＹＱ１２００４８)ꎻ国家自然科学重点基金项目(Ｎｏ.６１５３５０１３)ꎻ中科院理化所所长基金(Ｎｏ.Ｙ８Ａ９０２１Ｈ１１)ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.２０１６ＹＦＢ０４０２１０３)ꎻＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏ￣ｇｙＴｅａｍＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ(Ｎｏ.ＧＪＪＳＴＤ２０１８０００４)ꎻＮａｔｉｏｎａｌＭａｊｏｒＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌ￣ｏｐｍｅｎｔＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.ＺＤＹＺ２０１２￣２)ꎻＮａｔｉｏｎａｌＭａｊｏｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.２０１２ＹＱ１２００４８)ꎻＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.６１５３５０１３)ꎻＦｕｎｄｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ(Ｎｏ.Ｙ８Ａ９０２１Ｈ１１)文章编号㊀２０９５￣１５３１(２０２０)０１￣００２８￣１５激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光刻光源进展宗㊀楠１ꎬ２∗ꎬ†ꎬ胡蔚敏１ꎬ３ꎬ†ꎬ王志敏１ꎬ王小军１ꎬ张申金２ꎬ薄㊀勇１ꎬ彭钦军１ꎬ２∗ꎬ许祖彦１ꎬ２(１.中国科学院固体激光重点实验室ꎬ中国科学院理化技术研究所ꎬ北京１００１９０ꎻ２.中国科学院功能晶体与激光技术重点实验室ꎬ中国科学院理化技术研究所ꎬ北京１００１９０ꎻ３.中国科学院大学ꎬ北京１０００４９)†共同贡献作者摘要:半导体产业是高科技㊁信息化时代的支柱ꎮ光刻技术ꎬ作为半导体产业的核心技术之一ꎬ已成为世界各国科研人员的重点研究对象ꎮ本文综述了激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光刻的原理和国内外研究发展概况ꎬ重点介绍了其激光源㊁辐射靶材和多层膜反射镜等关键系统组成部分ꎮ同时ꎬ指出了在提高激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光源输出功率的研究进程中所存在的主要问题ꎬ包括提高转换效率和减少光源碎屑ꎮ特别分析了目前已实现百瓦级输出的日本Ｇｉｇａｐｈｏｔｏｎ公司和荷兰的ＡＳＭＬ公司的极紫外光源装置ꎮ最后对该项技术的发展前景进行了总结与展望ꎮ关㊀键㊀词:１３.５ｎｍ极紫外光刻技术ꎻ激光等离子体ꎻ极紫外光源ꎻ转换效率ꎻ光源碎屑ꎻ预脉冲激光中图分类号:Ｏ４３２.１㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀ｄｏｉ:１０.３７８８/ＣＯ.２０２０１３０１.００２８Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｌａｓｅｒ￣ｐｒｏｄｕｃｅｄｐｌａｓｍａｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｆｏｒ１３.５ｎｍｅｘｔｒｅｍｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＺＯＮＧＮａｎ１ꎬ２∗ꎬ†ꎬＨＵＷｅｉ￣ｍｉｎ１ꎬ３ꎬ†ꎬＷＡＮＧＺｈｉ￣ｍｉｎ１ꎬＷＡＮＧＸｉａｏ￣ｊｕｎ１ꎬＺＨＡＮＧＳｈｅｎ￣ｊｉｎ２ꎬＢＯＹｏｎｇ１ꎬＰＥＮＧＱｉｎ￣Ｊｕｎ１ꎬ２∗ꎬＸＵＺｕ￣ｙａｎ１ꎬ２(１.ＫｅｙＬａｂｏｆＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＬａｓｅｒｓꎬＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１００１９０ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＫｅｙＬａｂｏｆＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＣｒｙｓｔａｌｓａｎｄＬａｓｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１００１９０ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００４９ꎬＣｈｉｎａ)†Ｔｈｅｓｅａｕｔｈｏｒｓｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｄｅｑｕａｌｌｙ∗ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｚｏｎｇｎａｎ＠ｍａｉｌ.ｉｐｃ.ａｃ.ｃｎꎬｐｅｎｇｑｉｎｊｕｎ＠１６３.ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｉｎｄｕｓｔｒｙｉｓｔｈｅｂａｃｋｂｏｎｅｏｆｔｈｅｈｉｇｈ￣ｔｅｃｈａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｇｅ.Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｔｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｙꎬｏｎｅｏｆｔｈｅｃｏｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｉｎｄｕｓｔｒｙꎬｈａｓｂｅｃｏｍｅａｋｅｙｒｅｓｅａｒｃｈｓｕｂｊｅｃｔａｌｌａ￣ｒｏｕｎｄｔｈｅｗｏｒｌｄ.Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｉｎｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｏｆ１３.５ｎｍＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ(ＥＵＶＬ)ｂｙｕｓｉｎｇＬａｓｅｒ￣ＰｒｏｄｕｃｅｄＰｌａｓｍａ(ＬＰＰ).Ｉｔｍａｋｅｓａｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｂｅｈｉｎｄｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｈｉｓｆｉｅｌｄａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ.Ｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｉｎｃｌｕｄｅｔｈｅｍａｔｅｒｉ￣ａｌｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｍｉｒｒｏｒꎬａｎｄｒａｔｉｏｎａｌｅｆｏｒｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓꎬｔｈｅｓｈａｐｅａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔａｎｄｔｈｅｔｙｐｅｏｆｌａｓｅｒ.ＡｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅꎬｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓｆｏｒｔｈｅＥＵＶＬａｒｅｌｉｇｈｔｄｅｂｒｉｓｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＥＵＶｌｉｇｈｔ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｌｓｏｇｉｖｅｓｓｐｅｃｉａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｏｕｔｐｕｔｄｅｖｉｃｅｓｏｆ１３.５ｎｍＥＵＶＬｍａｃｈｉｎｅｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｆａｍｏｕｓｃｏｍｐａ￣ｎｉｅｓ ＧｉｇａｐｈｏｔｏｎｏｆＪａｐａｎａｎｄＡＳＭＬｏｆｔｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓꎬｗｈｉｃｈｃａｎｇｅｎｅｒａｔｅｍｏｒｅｔｈａｎ１００ＷｌｅｖｅｌＥＵＶｐｏｗｅｒ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｓａｎｄｆｏｒｅｃａｓｔｓｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:１３.５ｎｍＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ(１３.５ｎｍ￣ＥＵＶＬ)ꎻＬａｓｅｒ￣ＰｒｏｄｕｃｅｄＰｌａｓｍａ(ＬＰＰ)ꎻｅｘｔｒｅｍｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｓｏｕｒｃｅꎻＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙ(ＣＥ)ꎻｌｉｇｈｔｄｅｂｒｉｓꎻｐｒｅ￣ｐｕｌｓｅｌａｓｅｒ１㊀引㊀言㊀㊀自２０世纪５０年代末起ꎬ半导体行业因集成电路(ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓꎬＩＣｓ)等相关技术的兴起开始突飞猛进地发展[１]ꎮ到目前为止ꎬ该行业俨然已成为当今世界各行各业都不可或缺的 支柱 ꎮ１９６５年ꎬ高登 摩尔(ＧｏｌｄｏｎＭｏｏｒｅ)曾提出ꎬ在半导体行业的发展史上将会出现一条不变的规律 摩尔定律(Ｍｏｏｒｅᶄｓｌａｗ)[２]ꎮ该定律的内容为:每隔约１年半至两年左右ꎬ在价格不变的前提下ꎬ单个芯片上晶体管的数目和性能均会增长１倍[３]ꎮ在过去的几十年中ꎬ半导体行业一直遵循着这条规律高速发展ꎬＩＣｓ中每个硅晶片上的晶体管数目有近乎千万倍的增长ꎮ光刻技术ꎬ作为半导体产业的核心技术之一ꎬ是一种用于ＩＣｓ制造的图案形成技术ꎮ通常ꎬ光刻技术所用到的部件有光刻光源ꎬ掩模版ꎬ光刻胶等ꎮ而其工艺流程一般包括涂胶(光刻胶)ꎬ前烘ꎬ曝光ꎬ显影ꎬ坚膜ꎬ刻蚀和去胶等ꎮ光刻技术的原理是通过改变ＩＣｓ中每个晶圆上节点的最小特征尺寸(最小分辨率)ꎬ来决定每个芯片内晶体管的数目ꎮ电路节点的最小特征尺寸可通过瑞利公式得出[４]ꎮ通过瑞利公式可知ꎬ减小工艺因子常数ｋꎬ增大光学系统的数值孔径ＮＡ以及减小曝光光源的波长λ均可以使最小线宽(节点)ｄ变小ꎮ然而ꎬ前两种方案的技术难度越来越大ꎬ人们几乎已经将其做到了极限ꎮ所以ꎬ通过缩短曝光波长λ来减小线宽已成为目前光刻技术的主要研究方向ꎮ在光刻技术的发展历程中ꎬ科研人员们不断地在探索更短曝光波长的可能性ꎮ上世纪８０年代至９０年代初期ꎬ光刻主要采用高压放电汞灯产生的波长４３６ｎｍ(Ｇ线)和３６５ｎｍ(Ｉ线)作为光源ꎮ汞灯普遍应用于步进曝光机ꎬ从而实现０.３５μｍ的特征尺寸[５]ꎮ自上世纪９０年代中期后ꎬ深紫外光刻技术(ＤｅｅｐＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙꎬＤＵＶＬ)开始逐渐占据光刻技术的主导地位ꎮ工业上开始使用深紫外波段(ＤＵＶＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔꎬＤＵＶ)２４８ｎｍ的ＫｒＦ和１９３ｎｍ的ＡｒＦ准分子激光器作为曝光光源[６]ꎮ随后ꎬ当光源发展为１５７ｎｍ的Ｆ２准分子激光器时ꎬ由于光刻胶和掩模材料的局限ꎬ使得１５７ｎｍ光刻技术受到了很大的限制ꎮ研究人员们发现充入浸没液后ꎬ１９３ｎｍ光源等效波长小于１５７ｎｍꎮ另外１９３ｎｍ光刻机技术相对成熟ꎬ开发者只需重点解决浸没技术相关的问题ꎬ因而采用浸没技术的１９３ｎｍ光源逐渐取代１５７ｎｍ光源继续成为主流技术[５]ꎮ目前ꎬ荷兰ＡｄｖａｎｃｅｄＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭａｔｅｒｉａｌＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ(ＡＳＭＬ)公司于２０１８年生产的ＮＸＴ:２０００ｉ(采用１９３ｎｍ光源)产品为现有最高水平的ＤＵＶ光刻机ꎬ其分辨率为３８ｎｍꎮＮＸＴ:２０００ｉ结合多次曝光套刻技术可将线宽缩小至７~５ｎｍꎮ此外ꎬＮＸＴ:２０００ｉ是ＡＳＭＬ旗下套刻精度(Ｏｖｅｒｌａｙ)最高的ＤＵＶ光刻机产品ꎬ其数值可达１.９ｎｍ(５ｎｍ节点要求Ｏｖｅｒｌａｙ至少为２.４ｎｍꎬ７ｎｍ节点要求Ｏｖｅｒｌａｙ至少为９２第１期㊀㊀㊀㊀㊀宗㊀楠ꎬ等:激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光刻光源进展３.５ｎｍ)[７]ꎮ但是由于多次曝光套刻技术过于复杂ꎬ使得生产成本大幅增加ꎬ而器件的产量却大幅降低[８]ꎮ可以看出ꎬＤＵＶＬ技术已经达到极限ꎬ研究人员们很难再将其所得到的线宽缩至更小的范围ꎮＥＵＶＬ采用极紫外波段(ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔꎬＥＵＶ)光源进行光刻ꎬ是最有潜力实现大规模工业化和商业化生产的光刻技术[９]ꎮＥＵＶＬ通过将曝光波长大幅减小(一个量级以上)来实现更小节点光刻ꎬ其一次曝光线宽的数值可达１０ｎｍ以内[１０]ꎮ在ＥＵＶ波段中ꎬ１３.５ｎｍ的ＥＵＶ(１３.５ｎｍ￣ＥＵＶ)光源的可行性已被理论和实验研究所验证ꎬ并已成功运用到现有的商业光刻机中ꎮ２㊀ＥＵＶＬ技术的历史与现状㊀㊀ＥＵＶＬ技术于上世纪８０年代末由美国和日本的相关研究人员提出ꎬ他们指出用波长为１０~３０ｎｍ的ＥＵＶ光作为光刻机的光源可以大幅缩小ＩＣｓ的最小特征尺寸ꎮ随后ꎬ一些国家的公司和研究机构对ＥＵＶＬ的发光原理ꎬ实现过程以及工业化生产等方面进行了大量研究ꎮ如:国际著名公司(如:ＩｎｔｅｌꎬＧｉｇａｐｈｏｔｏｎꎬＡＳＭＬ等)ꎬ著名研究机构(如:美国ＳａｎｄｉａＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ(ＳＮＬ)ꎬＬａｗｒｅｎｃｅＬｉｖｅｒｍｏｒｅＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ(ＬＬＮＬ)ꎬＬａｗｒｅｎｃｅＢｅｒｋｌｅｙＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ(ＬＢＮＬ)ꎻ日本产业技术综合研究所等)以及许多知名大学(如:美国普渡大学ꎬ加利福尼亚大学ꎻ日本九州大学ꎻ瑞士苏黎世联邦理工学院等)ꎮ经过近３０多年的研究ꎬＥＵＶＬ技术获得巨大进展ꎬＡＳＭＬ㊁Ｉｎｔｅｌ及Ｎｉｋｏｎ等公司均有ＥＵＶＬ演示样机的报道[３ꎬ１１ꎬ１２]ꎬ但目前仅ＡＳＭＬ有在售产品ꎮ国内对ＥＵＶＬ技术的研究起步较晚ꎬ主要是由中国科学院和部分高校的一些团队在进行相关研究工作ꎮ中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(简称长春光机所)对ＥＵＶＬ的研究较早ꎬ自上世纪９０年代末就对ＥＵＶ光和Ｘ射线成像技术进行了相关研究ꎮ国内第一套ＥＵＶ光刻原理装置是于２００２年由长春光机所研制出来的ꎬ该款装置的出现标志着我国实现了对ＥＵＶＬ原理性的贯通ꎮ２００８年ꎬ国家科技重大专项(０２专项)将ＥＵＶＬ技术列为 ３２~２２ｎｍ装备技术前瞻性研究 重要攻关任务ꎬ长春光机所为 极紫外光刻关键技术研究 项目的牵头单位ꎮ该项目研究团队经过８年的研究ꎬ最终研制出线宽为３２ｎｍ的ＥＵＶ光刻投影曝光装置ꎮ２０１７年ꎬ 极紫外光刻关键技术研究 项目通过验收[１３]ꎮ此外ꎬ中国科学院上海光学精密机械研究所的蔡懿等人[１４]ꎬ长春理工大学林景全课题组[９]ꎬ哈尔滨工业大学李小强等人[１]以及华中科技大学㊁同济大学等相关课题组[１５￣１６]均对ＥＵＶＬ的靶材选取㊁驱动光源设计㊁碎屑处理系统等装置进行了理论和实验研究ꎮＥＵＶＬ技术是每年国际光学工程学会会议(ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＰｈｏｔｏ￣ＯｐｔｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｓ(ＳＰＩＥ)Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ)所讨论的主要议题之一ꎮＥＵＶＬ光刻机主要由３部分组成:ＥＵＶ光源系统㊁ＥＵＶ光反射收集系统以及照明曝光刻蚀系统组成ꎮ由于ＥＵＶ光波长较短ꎬ能量较高ꎬ其在介质中存在较为强烈的吸收ꎮ研究人员通过不断地优化和改进ＥＵＶ光的收集装置ꎬ最终采用多个多层膜反射镜组合成ＥＵＶ光学反射收集系统ꎮ照明曝光刻蚀系统是将收集到的ＥＵＶ光通过多层膜反射镜系统传送到光刻掩模版(掩模版上含有所需要的电路信息)上ꎮＥＵＶ光再同样通过多层膜反射镜系统最终聚焦到硅晶片上进行曝光刻蚀ꎮＥＵＶ光源的产生方案有很多ꎬ是下文所要介绍的重点内容ꎮ３㊀极紫外光刻的核心 光源技术㊀㊀为满足极紫外光刻需求ꎬ其光源应具有如下性能:(１)输出功率达百瓦量级ꎬ且功率波动小ꎻ(２)较窄的激光线宽ꎻ(３)较高的系统效率ꎻ(４)可接受的体积和重量ꎻ(５)可长时间㊁高可靠性运转ꎻ(６)维修㊁维护成本低ꎻ(７)低污染ꎮ目前ꎬ主要有４种方案可以获得ＥＵＶ光源ꎬ分别是:同步辐射源㊁激光等离子体(ＬａｓｅｒＰｒｏ￣ｄｕｃｅｄＰｌａｓｍａꎬＬＰＰ)㊁放电等离子体(ＤｉｓｃｈａｒｇｅｄＰｒｏｄｕｃｅｄＰｌａｓｍａꎬＤＰＰ)和激光辅助放电等离子体(Ｌａｓｅｒ￣ａｓｓｉｓｔｅｄＤｉｓｃｈａｒｇｅＰｌａｓｍａꎬＬＤＰ)ꎮ选取哪一种方案ꎬ并如何运用该方案以大幅提高ＥＵＶＬ０３光刻机光源的功率来满足大规模工业生产(ＨｉｇｈＶｏｌｕｍｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇꎬＨＶＭ)的需要成为世界各国所必须攻克的主要难题之一ꎮ３.１㊀同步辐射源㊁ＬＰＰ㊁ＤＰＰ㊁ＬＤＰ原理和比较同步辐射源的优点是可以产生高功率的ＥＵＶ光ꎬ而且它对光学原件无碎屑污染ꎬ故可以长时间稳定地输出ＥＵＶ光ꎮ但是ꎬ过于复杂和庞大的装置构造以及极其高昂的造价等都表明同步辐射源并不适用于ＨＶＭ生产[９]ꎮＬＰＰ㊁ＤＰＰ和ＬＤＰ都是通过高能量束使靶材产生较高的温升ꎬ从而产生高温㊁高密度的等离子体并发射ＥＵＶ光ꎮ虽然它们的形成方法有所差异ꎬ但却可以使用相同靶材ꎮＬＰＰ是以高强度的脉冲激光为驱动能源照射靶材ꎬ使靶材产生高温等离子体并辐射ＥＵＶ光ꎮ图１是激光等离子体产生ＥＵＶ光的示意图[１７]ꎮ其中ꎬ采用数十千瓦功率的激光从一圆孔进入打在液滴Ｓｎ靶上ꎬ产生的极紫外光通过多层介质膜反射镜反射汇聚在中心焦点(ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＦｏｃｕｓꎬＩＦ)处ꎮ图１㊀ＬＰＰ￣ＥＵＶ光源示意图Ｆｉｇ.１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｌａｓｅｒ￣ｐｒｏｄｕｃｅｄｐｌａｓｍａｆｏｒＥＵＶｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅＤＰＰ是将靶材涂覆在阳极和阴极之间ꎬ两个电极在高压下产生强烈的放电使靶材产生等离子体ꎮ由于Ｚ箍缩效应ꎬ当洛伦兹力收缩等离子体时ꎬ等离子体被加热ꎬ产生ＥＵＶ光ꎮ图２是放电等离子体产生ＥＵＶ光的示意图[１７]ꎮ其中ꎬ靶材也为Ｓｎ靶ꎮＳｎ靶后面为一组叶片ꎬ即所谓的 箔片陷阱 ꎬ可防止Ｓｎ碎屑到达叶片后面的收集器(即反射镜)而使其被污染ꎮ最后ꎬＥＵＶ光汇聚于ＩＦ点ꎮＬＤＰ是将ＬＰＰ与ＤＰＰ结合起来ꎬ先用脉冲激光照射靶材ꎬ使靶材细化ꎬ再运用ＤＰＰ技术放电使靶材产生ＥＵＶ光ꎮ对比上述４种方案ꎬ由于同步辐射源的缺点极难被克服ꎬ目前可以实现工业化ＥＵＶ光刻机生产的方案为后３种ꎮＤＰＰ和ＬＤＰ具有很多相似之处ꎬ它们均可以通过增大放电电流的功率来提高ＥＵＶ光的输出功率ꎮ但是ꎬ在靶材产生等离子体的过程中ꎬ一定会对电极产生热负荷和腐蚀ꎬ造成关键元件的损坏ꎬ所以需要经常清理和更换电极ꎮ此外ꎬＤＰＰ的产生过程中伴随着大量的光学碎屑ꎬ严重地损坏了光学收集系统ꎮ上述问题尚未找到较好的解决办法ꎬ因而ꎬＤＰＰ和ＬＤＰ方案都很难维持长时间的稳定工作状态ꎻ而ＬＰＰ是以高功率激光辐射靶材ꎬ这相较于ＤＰＰ和ＬＤＰ方案ꎬ因没有损伤电极的困扰而较大地消减了装置的热负荷ꎬ产生的光源也较为稳定ꎮ而且ꎬＬＰＰ所产生的碎屑量低于ＤＰＰꎮ从长远的发展趋势上看ꎬ鉴于ＬＰＰ的诸多优点ꎬ现用于ＨＶＭ的方案多以ＬＰＰ为主ꎮ荷兰的ＡＳＭＬ公司和日本的Ｇｉｇａ￣ｐｈｏｔｏｎ公司都已经做出了性能良好的基于ＬＰＰ的ＥＵＶ光源ꎮ下文将主要介绍如何提高ＬＰＰ光源的转换效率(ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬＣＥ)以及如何减少ＬＰＰ光源碎屑等关键技术ꎮ图２㊀ＤＰＰ￣ＥＵＶ光源示意图Ｆｉｇ.２㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅ￣ｐｒｏｄｕｃｅｄｐｌａｓｍａｆｏｒＥＵＶｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ３.２㊀多层膜反射镜由于光子能量极高的ＥＵＶ光几乎可被所有介质所吸收ꎬＥＵＶ多层膜反射镜作为光学系统的重要元件成为了ＥＵＶ光源的一项关键技术ꎬ需实现ＥＵＶ波段的高反射率[１８]ꎮ近年来ꎬ科研人员们通过研究发现ꎬ采用Ｍｏ/Ｓｉ多层膜制备出的反射镜对中心波长为１３.５ｎｍ㊁光谱带宽(Ｂａｎｄ￣１３第１期㊀㊀㊀㊀㊀宗㊀楠ꎬ等:激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光刻光源进展ｗｉｄｔｈꎬＢＷ)在２％以内ＥＵＶ光的反射率可达７０％[１９]ꎮ通过将Ｍｏ原子和Ｓｉ原子交替排列ꎬ可使１３.５ｎｍ的ＥＵＶ光在其中发生干涉ꎬ从而得到较高的反射效率[２０]ꎮ３.３㊀ＥＵＶ光源ＣＥ(ＥＵＶ￣ＣＥ)的提高对于商业化大规模生产的ＥＵＶ光刻机ꎬ如何在降低成本的情况下提高晶圆的生产率是一个极为重要的问题ꎮ到目前为止ꎬ根据ＡＳＭＬ公司２０１７年所生产的最新ＥＵＶ光刻机设备ＮＸＥ:３４００Ｂ的参数可得ꎬ在实际光刻生产中ꎬ该款设备每小时操作的晶圆数目可以达到１２５片以上ꎮ这就要求ＥＵＶ光源在进入光刻系统以前ꎬＩＦ点的输出功率必须在２０５Ｗ以上ꎮ目前为止ꎬＡＳＭＬ公司和Ｇｉｇａｐｈｏｔｏｎ公司的ＥＵＶ光源设备均可输出２５０Ｗ较为稳定的ＥＵＶ光ꎬ最大值甚至可以达到３７５Ｗ[２１￣２２]ꎮ然而ꎬ相较于ＥＵＶ光刻机高昂的成本而言ꎬ这样的生产效率和输出功率仍然有较大的提升空间ꎮ因而ꎬ找到如何能够有效提高ＥＵＶ光源ＣＥ的方案已成为了ＥＵＶＬ的一个重点研究方向ꎮ光源的ＣＥ值是指ＥＵＶ输出能量除以输入激光能量并换算成百分数后所得到的数值ꎮ目前ꎬ提高ＣＥ的途径主要有以下几种:(１)优选靶材组份及形态ꎻ(２)优选激光源ꎻ(３)采取双脉冲的方案ꎮ３.３.１㊀靶材的选取选择中心波长为１３.５ｎｍ㊁２％带宽内的ＥＵＶ光作为光刻光源是由Ｍｏ/Ｓｉ多层膜反射镜的特性所决定的ꎬ而能在此波段发出ＥＵＶ光的靶材有很多种ꎮ研究人员通过相关的理论和实验研究发现ꎬ氙(Ｘｅ)㊁锂(Ｌｉ)㊁锡(Ｓｎ)等为该波段范围内的主要靶材ꎮ通过仿真计算的方法可以得到１１镜系统在不同靶材(ＳｎꎬＬｉꎬＸｅ)中近垂直入射方向的反射率[２３￣２４]ꎮ其中Ｓｎ在１３.５ｎｍ波长处的反射率占比最大ꎮ最初ꎬ人们比较关注Ｌｉ靶[２５]ꎮ锂的类氢离子Ｌｉ２＋的Ｌｙα跃迁恰好与波长为１３.５ｎｍ的ＥＵＶ光谱相对应ꎮ可是当稳态Ｌｉ等离子体处在高温的环境下时ꎬ会有极少量的Ｌｉ２＋离子处于电离平衡态[２６]ꎬ也就是说ꎬ等离子体仅由剩余的原子核和自由电子组成ꎬ并且无任何谱线发出ꎮＴ.Ｈｉ￣ｇａｓｈｉｇｕｃｈｉ和Ａ.Ｎａｇａｎｏ等人的研究表明ꎬ基于ＬＰＰ的Ｌｉ靶产生的１３.５ｎｍ￣ＥＵＶ光的ＣＥ只有１％~２％左右ꎮ较低的ＣＥ表明ꎬＬｉ靶并不能作为ＥＵＶＬ光源中的最佳靶材[２７￣２８]ꎮ随后ꎬ人们又对Ｘｅ靶做了相关研究ꎮ因为Ｘｅ靶是清洁能源ꎬ所以它具有不产生碎屑ꎬ对光学系统损伤小ꎬ可以长期工作而无需更换光学元件等优点[２９]ꎮ然而通过实验可以发现ꎬ基于ＬＰＰ的Ｘｅ靶产生１３.５ｎｍ￣ＥＵＶ光的ＣＥ仅有１％左右ꎬ主要由Ｘｅ元素的一种离子Ｘｅ１０＋在４ｄ８ң４ｄ７５ｐ的跃迁产生ꎬ除了较为低下的ＣＥ外ꎬＸｅ的光谱纯度也较差[３０]ꎮ最后ꎬ基于ＬＰＰ的Ｓｎ靶在１３.５ｎｍꎬ２％带宽内的ＥＵＶ来源极为广泛ꎬ主要由Ｓｎ等离子体中的高价态离子Ｓｎ８＋￣Ｓｎ１２＋跃迁形成[３１]ꎬ相关文献给出了Ｓｎ８＋㊁Ｓｎ９＋㊁Ｓｎ１０＋㊁Ｓｎ１１＋离子的ＥＵＶ谱线跃迁图[３２]ꎮ目前ꎬＳｎ的ＥＵＶ￣ＣＥ值可达５％~６％[２１]ꎮ研究人员发现固体Ｓｎ靶几何形状的差异对ＥＵＶ辐射也有很大影响ꎮ因此ꎬ人们对包括平板形靶㊁限腔形靶㊁球形靶㊁空腔形靶㊁纳米结构靶㊁液滴形靶在内的固体Ｓｎ靶进行了相关研究[２６]ꎮ早期ꎬ人们以平面Ｓｎ作为靶材ꎮ然而ꎬ用激光照射平板Ｓｎ靶ꎬ会造成被激光光束聚焦中心照射部分靶材的温度远高于周围其他部分ꎮ而由于存在较大的温度梯度ꎬ中心部分的等离子体膨胀速度快ꎬ周围部分的等离子体膨胀速度慢ꎮ速度较慢的等离子体会对速度较快的等离子体所在的区域ꎬ也就是ＥＵＶ发射主导区域(ＥｍｉｓｓｉｏｎＤｏｍｉ￣ｎａｎｔＲｅｇｉｏｎꎬＥＤＲ)所发出的ＥＵＶ光存在较为强烈的吸收ꎬ进而影响ＥＵＶ￣ＣＥ[９]ꎮ针对平面靶材的这一缺点ꎬ２００３年ꎬＴ.Ｔｏｍｉｅ等人通过使用双脉冲照射Ｓｎ的限腔形靶并在入射激光相反的方向收集ＥＵＶ光ꎮ该方案证明了限腔形Ｓｎ靶相较于平板Ｓｎ靶具有更高的ＥＵＶ￣ＣＥ[３３]ꎻ２００５年ꎬＹ.Ｔａｏ等人也为克服平板靶材的缺点ꎬ在Ｓｎ条靶材的底部放置了具有一定厚度和宽度的碳氢薄膜ꎮ然后ꎬ用激光光束照射Ｓｎ条靶材和碳氢薄膜ꎬ使Ｓｎ条为被脉冲激光束聚焦中心照射的部分ꎬ而碳氢薄膜则为激光光斑边缘的照射部分ꎮ因为碳氢等离子体质量小ꎬ其膨胀速度较快ꎬ该方案成功地消减了由于温度分布不均匀性对ＥＤＲ区所产生的影响ꎬ使得ＥＵＶ￣ＣＥ提高了１.４２３倍[３４]ꎻ同年ꎬＹ Ｓｈｉｍａｄａ等人尝试将Ｓｎ靶材的形状由平板换为了球形ꎮ他们将直径为几微米的球形塑料靶材表面涂满厚度为微米量级的Ｓｎꎬ最终得到了最大值为３％的ＣＥ[３５]ꎻ２００８年ꎬＳ.Ｙｕｓｐｅｈ等人同样研究了球形Ｓｎ靶对ＥＵＶ￣ＣＥ的影响ꎮ结果与Ｙ Ｓｈｉｍａｄａ等人的结论一致ꎬ球形Ｓｎ靶具有较高的ＣＥꎬ而且ＣＥ会随着Ｓｎ靶直径与焦斑大小比值的减小而逐渐增加[３６]ꎻ２０１０年ꎬＳ.Ｓ.Ｈａｒｉｌａｌ等人研究了凹槽形靶对ＥＵＶ￣ＣＥ的影响ꎮ他们发现当脉冲激光打在平板Ｓｎ靶上的同一点的脉冲数量逐渐增多时ꎬ等离子体ＥＵＶ￣ＣＥ从２.７％增加到了５％ꎬ而辐射ＥＵＶ的等离子体区域也较之前拉长了近一倍[３７]ꎻ２０１４年ꎬＴ.Ｃｕｍ￣ｍｉｎｓ等人对楔形结构的Ｓｎ靶做了相关研究ꎬ并最终发现楔形Ｓｎ靶的ＥＵＶ￣ＣＥ约为３.６％[３８]ꎻ后来ꎬ为降低离子碎屑㊁提高ＥＵＶ￣ＣＥꎬ人们开始逐渐减小Ｓｎ靶的尺寸ꎬ并最终将液滴Ｓｎ靶作为主要研究对象ꎮ这是因为液滴Ｓｎ靶好操控且碎屑较少ꎬ故其ＣＥ较高ꎮ一些光源供应公司对液滴Ｓｎ靶进行了相关研究ꎬ最终确定将其作为ＥＵＶ光刻机光源的辐射靶材[３９￣４０]ꎮ世界知名高校九州大学(日本)㊁大阪大学(日本)ꎬ苏黎世联邦理工学院(瑞士)等大学也较早开展了对液滴Ｓｎ靶的研究[４１]ꎮ目前ꎬ用于ＨＶＭ的ＥＵＶ光刻机光源均是采用液滴Ｓｎ靶ꎮ虽然液滴Ｓｎ靶能达到较为理想的ＥＵＶ￣ＣＥꎬ但其时间和空间的不稳定性为光刻机光源的设计和制造增加了难度[２６]ꎮ３.３.２㊀驱动光源的选择选择ＬＰＰ作为ＥＵＶ驱动光源时ꎬ激光波长㊁激光脉宽以及入射激光光束聚焦情况的改变均可以影响ＥＵＶ￣ＣＥ[４２￣４５]ꎮＣＯ２激光器与Ｎｄ:ＹＡＧ激光器是较为合适的ＥＵＶＬ激光器ꎮ因为这两种激光器的输出功率较大ꎬ能量转换效率高ꎬ可以实现高功率的ＥＵＶ光输出ꎮ２００７年ꎬＪ.Ｗｈｉｔｅ等人分别通过将上述两种类型的激光器照射Ｓｎ靶ꎬ分析了不同激光波长对ＥＵＶ￣ＣＥ的影响ꎮ当能量等条件相同时ꎬ用波长分别为１０.６μｍ㊁１０６４ｎｍ㊁３５５ｎｍ的激光照射Ｓｎ靶产生ＥＵＶ光ꎮ他们发现相较于使用Ｎｄ:ＹＡＧ激光脉冲ꎬ使用ＣＯ２激光脉冲能获得较高的ＣＥ(两者比值为２.２)ꎬ而且辐射出的ＥＵＶ光功率也较高[４２]ꎮ图３为ＣＯ２激光与Ｎｄ:ＹＡＧ激光诱发激光等离子体ＥＵＶ辐射区域与激光能量沉积区域的比较[４５]ꎮ由图３可以看出ꎬＣＯ２激光之所以具有更高的ＣＥ是因为脉冲激光能量沉积区与ＥＵＶ辐射区相距不远ꎬ这样便于激光能量快速转移到等离子体中辐射ＥＵＶ光ꎮ同年ꎬ日本ＥＵＶＬ系统发展协会的ＡｋｉｒａＥｎｄｏ等人进行了类似的实验ꎮ他们发现用ＣＯ２激光作为驱动光源产生碎屑数量少ꎬ光谱纯度高[４６￣４７]ꎮ图３㊀Ｎｄ:ＹＡＧ激光(ａ)与ＣＯ２激光(ｂ)等离子体激光能量吸收区域和极紫外辐射区域Ｆｉｇ.３㊀Ｌａｓｅｒｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎｓａｎｄｅｘｔｒｅｍｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｒａｄｉａｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎｓｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｓｅｒ￣ｐｒｏｄｕｃｅｄｐｌａｓｍａ.(ａ)Ｎｄ:ＹＡＧｌａｓｅｒａｎｄ(ｂ)ＣＯ２ｌａｓｅｒ㊀㊀２００９年ꎬＳ.Ｓ.Ｈａｒｉｌａｌ等人研究入射激光光束聚焦情况对ＥＵＶ￣ＣＥ的影响时发现ꎬ当激光正３３第１期㊀㊀㊀㊀㊀宗㊀楠ꎬ等:激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光刻光源进展好聚焦到Ｓｎ靶上时并不能获得最理想的ＣＥ值ꎮ为此ꎬ他们通过相关实验找出了获得最佳ＣＥ时激光在靶材上的光斑尺寸ꎬ并发现最佳聚焦条件时的ＣＥ值比聚焦到靶材上时的ＣＥ值高了近２５％[４４]ꎻ同年ꎬ基于上述现象ꎬＫａｓｐｅｒｃｚｕｋ等人解释了激光聚焦条件影响ＥＵＶ￣ＣＥ的原因ꎮ实际上ꎬ聚焦会使靶材初始等离子状态受到极大影响ꎬ因而后续的激光脉冲会与受影响的初始等离子体相互作用而影响实验结果ꎮ３.３.３㊀双脉冲作用效果有学者研究发现ꎬ可以先用预脉冲照射液滴Ｓｎ靶ꎬ产生初始等离子体碎片ꎮ设计好延迟时间后ꎬ再用高功率密度的主脉冲照射初始等离子体碎片ꎬ产生高温㊁高密度的等离子体并辐射ＥＵＶ光ꎮ这种方案的优势在于预脉冲使液滴体积变大ꎬ易于后面的主脉冲与其发生作用ꎬ提高了主脉冲激光的利用率以及最终的ＣＥ值ꎮ在双脉冲照射实验中ꎬ常使用Ｎｄ:ＹＡＧ激光作为预脉冲激光源ꎬ可有效地提高ＥＵＶ￣ＣＥꎮ这是因为Ｎｄ:ＹＡＧ激光具有更深的穿透深度㊁更高的等离子体临界密度ꎬ可气化更多的靶材等优点[２６]ꎮ２００８年ꎬＳｈｉｎｓｕｋｅＦｕｊｉｏｋａ等人采用Ｎｄ:ＹＡＧ激光(预脉冲)和ＣＯ２激光(主脉冲)照射液滴Ｓｎ靶[４８]ꎮ他们的实验结果表明双脉冲激光辐射液滴Ｓｎ靶产生的ＥＵＶ￣ＣＥ基本都高于单脉冲激光所产生的ＥＵＶ￣ＣＥꎻ２０１２年ꎬＦｒｅｅｍａｎ等人将预脉冲激光波长分别设置为２６６ｎｍ(４倍频的Ｎｄ:ＹＡＧ激光)和１０６４ｎｍꎬ研究了不同预脉冲波长对ＣＯ２激光辐射Ｓｎ靶产生ＥＵＶ光的影响[４９]ꎮ他们发现ꎬ１０６４ｎｍ预脉冲激光相较于２６６ｎｍ预脉冲激光所产生的离子碎屑少ꎬ这间接证明了用１０６４ｎｍ的Ｎｄ:ＹＡＧ激光器作为预脉冲激光时ꎬ碎屑粒子具有更低的动能ꎮ３.４㊀碎屑问题ＬＰＰ通过激光辐射靶材产生高温㊁高密度的等离子体并辐射ＥＵＶ光ꎮ在此过程中ꎬ必然会产生一定数量的碎屑ꎮ这些碎屑主要由熔融液滴㊁微粒团簇㊁中性碎屑原子和高能离子组成[３３]ꎮ其中ꎬ速度最慢的微粒团簇ꎬ直径大约在微米量级以上ꎬ运动速度约为１０３ｃｍ/ｓ左右ꎻ高能离子因具有较高能量而运动最快ꎬ速度可达１０６~１０７ｃｍ/ｓ[５０]ꎻ中性粒子碎屑的速度介于上述两者之间ꎮ碎屑问题作为ＥＵＶ光刻机大规模工业化生产过程中不可忽视的问题之一ꎬ其影响具体表现在:(１)碎屑会损伤光源的收集系统ꎬ碎屑中的高能离子会撞击多层膜反射镜ꎬ造成多层膜反射镜结构被破坏ꎮ同时ꎬ能量较低㊁速度较慢的中性碎屑粒子有一定的概率会附着在多层膜反射镜上ꎬ吸收生成的ＥＵＶ光并加热多层膜反射镜ꎬ进一步破坏其结构ꎮ无论是高能粒子还是中性原子ꎬ都会使多层膜反射镜的反射率降低ꎬ导致ＥＵＶ光刻机设备中的一些反射镜需要时常更换ꎬ从而影响光源长时间的稳定工作ꎻ(２)中性粒子等碎屑会吸收ＥＵＶ辐射ꎬ而且亚微米级的微粒团簇和熔融液滴因不能完全被运用到产生ＥＵＶ辐射的过程中而被浪费ꎬ这些均可能限制ＥＵＶ￣ＣＥꎮ综上所述ꎬ减少ＬＰＰ￣ＥＵＶ过程中所产生的碎屑是极为重要的ꎮ对于微米量级以上的碎屑ꎬ可以通过上一小节中所提到的双脉冲激光辐射方案除去[５１]ꎮ对于其他种类的碎屑问题ꎬ科研人员们也分别做了大量实验研究ꎮ２００３年ꎬＧ.Ｎｉｉｍｉ等人通过在光源的收集装置中添加磁场研究了ＬＰＰ离子碎屑的特性ꎮ结果发现ꎬ在磁场的作用下ꎬ离子信号有明显的下降ꎬ而且距离磁场越近ꎬ下降比例越明显[５２]ꎻ２００７年ꎬＳ.Ｓ.Ｈａｒｉｌａｌ等人又在有磁场的光源收集系统中加入了缓冲气体ꎬ实验发现缓冲气体不仅可以减缓高能碎屑离子ꎬ同时也能抑制中性碎屑粒子[５３]ꎻ２０１２年ꎬ孙英博等人在光源系统中充入氩气㊁氦气等缓冲气体ꎬ研究了不同种类的缓冲气体对Ｓｎ离子碎屑缓解效果的影响[５４]ꎮ目前市售ＥＵＶ光刻机产品均采用将充入惰性气体或氢气和外加磁场相结合的方案除去碎屑[２１ꎬ５５]ꎮ充入惰性气体的好处在于:(１)充入气体的分子与碎屑离子相撞ꎬ降低了其运动速度ꎬ流动的气体还可将碎屑离子吹到远离多层膜反射镜的区域ꎬ减少其对光学收集系统的损害ꎻ(２)当充入的气体是氢气时ꎬ靠近器壁的氢气通过放电的方式形成电容耦合的氢气等离子体ꎬ其中的Ｈ自由基可以与Ｓｎ粒子发生化学反应ꎬ反应的化学方程式为Ｓｎ(ｓ)＋４Ｈ(ｇ) ＳｎＨ４(ｇ)ꎬ产生了热蒸汽ＳｎＨ４ꎬ通过真空抽吸的容器可以去除热气体和４３Ｓｎ蒸气ꎮ加入磁场的优点在于:(１)因为ＥＵＶ光为主要由Ｓｎ离子和电子组成的Ｓｎ等离子体发射ꎬ所以几乎所有的Ｓｎ离子都可以通过拉莫尔运动而被强磁场捕获ꎻ(２)一些中性原子可以通过与离子碰撞的方式ꎬ发生电荷交换成为离子而被磁场捕获ꎮ最终这些碎屑粒子均可被碎屑收集装置所收集ꎮ４㊀目前１３.５ｎｍ￣ＥＵＶ光刻机光源产品㊀㊀目前ꎬ已经收购Ｃｙｍｅｒ公司(世界领先的激光源供应商)的荷兰光刻机巨头ＡＳＭＬ公司和日本Ｇｉｇｐｈｏｔｏｎ公司几乎垄断了全球激光光刻机光源产业ꎬ他们都可以独立地制造出基于ＬＰＰ的ＥＵＶ光刻机光源ꎮＡＳＭＬ公司于１９８４年成立ꎬ公司的总部现位于荷兰费尔德霍芬ꎬ是一家半导体设备制造和销售公司ꎮ目前ꎬ英特尔ꎬ三星ꎬ中芯国际等国际知名公司都从ＡＳＭＬ公司采购光刻机ꎬ其市场份额已达到７０％ꎮ售价１亿美元一台的ＥＵＶ光刻机ꎬ全世界仅ＡＳＭＬ公司可以生产ꎮ２０１７年ꎬ全世界出货的光刻机中有１９８台由ＡＳＭＬ所制造ꎬ其中ＥＵＶ光刻机为１１台[１３]ꎻ２０１８年全世界出货的光刻机中有２２４台为ＡＳＭＬ公司制造ꎬ较２０１７增长１３.１３％ꎬ其中１３.５ｎｍ￣ＥＵＶ光刻机销售量为１８台ꎬ较２０１７年增加了６３.６４％[５６]ꎮ２０１９年ꎬＡＳＭＬ公司ＥＵＶ光刻机的年销量将达到３０台ꎮ图４将ＡＳＭＬ公司近年来所生产的几款ＥＵＶ光刻机设备参数进行了对比(ＮＸＥ:３４００Ｃ为即将发售的产品)[２１]ꎮ由图４可以看出ꎬＮＸＥ系列产品每小时操作的晶圆数目从最初的６０片(光源ＩＦ点聚焦功率为１００Ｗ)增长到１２５片(光源ＩＦ点聚焦功率为２４５Ｗ)ꎮ２０１８年年末至２０１９年年初ꎬＡＳＭＬ公司改良后的ＮＸＥ:３４００Ｂ(光源ＩＦ点聚焦功率为２５０Ｗ)产品ꎬ每小时的晶圆操作数可达１４５个ꎬ分辨率可达１３ｎｍ以下ꎬＯｖｅｒｌａｙ为１.７ｎｍ(满足５ｎｍ节点的工艺需求)ꎮＡＳＭＬ公司在２０１９年下半年推出的新款产品ＮＸＥ:３４００Ｃ每小时操作的晶圆数为１５５~１７０片ꎬ其ｏｖｅｒｌａｙ预计可达１.５ｎｍ[５７]ꎮ到２０２０年后ꎬＡＳＭＬ公司还预计将新版本产品光源ＩＦ点聚焦功率提升到３５０Ｗ以上[２]ꎮ图４㊀ＡＳＭＬ￣ＥＵＶＬ￣ＮＸＥ系列产品Ｆｉｇ.４㊀ＡＳＭＬ￣ＥＵＶＬ￣ＮＸＥｓｅｒｉｅｓｏｆｐｒｏｄｕｃｔｓ㊀㊀Ｇｉｇａｐｈｏｔｏｎ公司于２０００年在日本栃木县小山市成立ꎮ不同于ＡＳＭＬ等光刻机公司ꎬＧｉｇａｐｈｏ￣ｔｏｎ是一家激光器光源供应商ꎮ它自成立以来一直为全球包括ＡＳＭＬꎬＮｉｋｏｎꎬＣａｎｏｎ等半导体行业巨头提供激光光源ꎬ其光源技术一直处于世界领先水平ꎮＧｉｇａｐｈｏｔｏｎ于２００２展开了对ＥＵＶ光源的研究ꎮ到目前为止ꎬＧｉｇａｐｈｏｔｏｎ公司共设计了３款１３.５ｎｍ￣ＥＵＶ光源产品ꎬ它们分别是Ｐｒｏｔｏ＃１ꎬＰｒｏｔｏ＃２和Ｐｉｌｏｔ＃１ꎮＰｒｏｔｏ＃１的设计重点是碎片减缓技术ꎻＰｒｏｔｏ＃２作为优化ＣＥ的设备ꎻＰｉｌｏｔ＃１的设５３第１期㊀㊀㊀㊀㊀宗㊀楠ꎬ等:激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光刻光源进展。
CLBO_CBO_BBO
BBO晶体的倍频系数的计算值与实验值的比较
d22 目前工作： nk=1 nk=6 nk=10 以前工作： LAPW, Duan et al. INDO/S-CI, Cheng et al. Gaussian’92, Chen et al. CNDOS, Chen et al. 实验值： Chen et al. Eckardt et al. -1.26 -1.38 -1.39 -2.98 -3.51 -2.03 -2.2 1.60(10.05) 2.20(10.05) d31 0.041 0.056 0.058 0.18 0.16 d33 0.020 0.0030 0.0032 0.021
倍频系数计算公式
(VE )
(VH)
(twobands )
其中：
e3 d 3k (VE) 2 3 3 P( ) Im pVC pCC p ' C 'V 2 m VCC ' 4
1
3 CV
2 4 VC VC C 'V '
2 Ex 2 Ey d16 2 E d 26 z 2E y Ez d 36 2Ex Ez 2 E x E y
无机非线性光学效应的阴离子基团理论 （陈创天，1976年）
(a) 晶体的宏观 倍频系数是 阴离子基团 微观倍频系 数的几何叠 加。在一级 近似下和A 位阳离子无 关。
d31 -0.008 -0.496 -0.504 -0.505 d14 -0.098 -0.342 -0.440 -0.577 d36 -0.006 -0.138 -0.222 -0.366 -0.546
新型深紫外非线性光学晶体KBBF族的研究进展
第29卷 第10期2010年10月中国材料进展MATER I A LS CH I NAVol 29 No 10O ct 2010特约专栏收稿日期:2010-07-21基金项目:国家自然科学基金重大项目资助(50590400)通信作者:陈创天,男,1937年生,研究员,博士生导师新型深紫外非线性光学晶体KBe 2BO 3F 2族的研究进展刘丽娟,陈创天(中国科学院理化技术研究所功能晶体与激光技术重点实验室,北京100190)摘 要:深紫外非线性光学晶体KB e 2BO 3F 2(KBBF)发展至今,已有将近20年的历史。
首先简单回顾了KBBF 化合物的发现、晶体生长以及基本光学性质,同时对KBBF 族(M B e 2BO 3F 2,M =K,Rb ,C s )的其它化合物如:RbBe 2BO 3F 2和C s B e 2BO 3F 2的晶体生长和其基本光学性质进行了报道,然后对这些新晶体产生深紫外谐波光输出的能力做了评估,最后介绍了利用KBBF 晶体器件产生的深紫外相干光源在先进仪器等方面的应用。
关键词:非线性光学晶体;晶体生长;深紫外激光中图分类号:O 734;TN 23 文献标识码:A文章编号:1674-3962(2010)10-0016-05Recent Advances in N e w Deep UV NonlinearOptical CrystalKBe 2BO 3F 2Fa m ilyLI U L ijuan ,CHEN Chuangtian(K ey L aborato ry o f F unctiona l C rysta ls and L aser ,T e chnica l Insti tute o f Phy sics and Chem i stry ,Ch i nese A cade m y o f S ciences ,Be iji ng 100190,Ch i na)Abstrac:t D eep UV non linea r optica l crysta lK Be 2BO 3F 2(KBBF )has been deve loped for near l y t w enty y ears .In thispape r ,firstly ,the history of the d iscovery of the nonli near optical c rysta l K Be 2BO 3F 2w it h a de scr i pti on o f its grow thand basic opti ca l properti e s w as briefl y rev ie w ed .Secondly ,for the K BBF fa m ily ,i nc l ud i ng R BBF and CBBF,their crys tal g row th and basic optical properti es w ere also i ntroduced .T hen their ab iliti es to produce deep UV laser for these cry sta ls w ere eva l uated .F i na lly som e app licati ons usi ng t he nove l deep U V l aser produced by K BBF crysta l dev ice w ere i ntro duced .Key w ords :non linea r optical c rysta;l c rysta l g row th ;deepUV l aser 1 前 言随着193n m 光刻技术和微﹑纳米精密激光加工及光电子能谱仪的发展,对200n m 以下相干光源的需求越来越迫切。
宽温区Yb∶YAG板条激光模块热畸变仿真研究
宽温区Yb∶YAG板条激光模块热畸变仿真研究朱铎;宋艳洁;陈中正;许元斋;薄勇;彭钦军【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2024(54)4【摘要】本文对不同冷却温度下的Yb∶YAG晶体板条激光模块高功率运转时的温度场、应力场及对应的热畸变进行了仿真分析研究。
结果显示,随着冷却温度从300K降低至77K,板条的温度梯度热应力与应变都明显降低。
当冷却温度为77 K 时,最大主应力为414 MPa,仅为常温时的156,最大主应变为382×10^(-5),仅为常温时的6。
为了分析Yb∶YAG晶体板条激光模块不同冷却温度下输出激光的光束质量,以确定其最佳运转温度,我们采用光线追迹的方法,对单程通过板条的1030nm 探测光进行仿真。
可以看到,当冷却温度为77 K时,远场光斑能量更为集中,且探测光光程差的PV值为07941μm,仅为300K时的596。
模拟结果表明低温运转有利于Yb∶YAG晶体板条激光模块产生高功率高光束质量激光输出,这为高功率高光束质量Yb∶YAG晶体板条激光的设计工作奠定了基础。
【总页数】5页(P503-507)【作者】朱铎;宋艳洁;陈中正;许元斋;薄勇;彭钦军【作者单位】中国科学院物理与化学技术研究所固体激光重点实验室;中国科学院理化技术研究所功能晶体与激光技术重点实验室;中国科学院大学;齐鲁中科光学物理与工程技术研究所【正文语种】中文【中图分类】TN248;O436【相关文献】1.Yb∶YAG板条激光器谐振腔设计与光束质量测量2.低温Yb∶YAG放大器增益与热畸变特性实验研究3.高效紧凑室温Yb:YAG板条全固态激光技术研究4.端面泵浦Yb:YAG表层掺杂陶瓷板条激光器5.Yb:YAG表层增益陶瓷板条波前畸变数值模拟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
国家重点实验室名单
国家重点实验室名单1 粉末冶金中南大学2 汽车安全与节能清华大学3 重质油加工石油大学4 暴雨监测和预测北京大学5 爆炸灾害预防和控制北京理工大学6 材料复合新技术武汉理工大学7 测绘遥感信息工程武汉大学8 超快速激光光谱学中山大学9 超硬材料吉林大学10 程控交换技术与通信网北京邮电大学11 蛋白质工程及植物基因工程北京大学12 电力设备电气绝缘西安交通大学13 电力系统及大型发电设备安全控制和仿真清华大学14 动力工程多相流西安交通大学15 微生物技术山东大学16 分子动态及稳态结构中科院化学所北京大学17 高分子材料工程四川大学18 高速水力学四川大学19 工业控制技术浙江大学20 工业装备结构分析大连理工大学21 固体表面物理化学厦门大学22 固体微结构物理南京大学23 光学仪器浙江大学24 硅材料浙江大学25 海岸和近海工程大连理工大学26 海洋工程上海交通大学27 毫米波东南大学28 河口海岸动力沉积和动力地貌综合华东师范大学29 化工联合清华大学天津大学华东理工大学浙江大学30 环境模拟与污染控制清华大学中科院生态所北京大学北京师范大学31 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业西北农林科技大学32 混凝土材料研究同济大学33 火灾科学中国科技大学34 机械传动重庆大学35 机械结构强度与振动西安交通大学36 机械制造系统工程西安交通大学37 激光技术华中科技大学38 集成光电子学清华大学吉林大学中科院半导体所39 计算机辅助设计与图形学浙江大学40 计算机软件新技术南京大学41 金属材料强度西安交通大学42 金属基复合材料上海交通大学43 近代声学南京大学44 晶体材料山东大学45 精密测试技术及仪器天津大学清华大学46 理论化学计算吉林大学47 流体传动及控制浙江大学48 煤的高效低污染燃烧技术清华大学49 煤燃烧华中科技大学50 摩擦学清华大学51 内燃机燃烧学天津大学52 内生金属矿床成矿机制研究南京大学53 凝固技术西北工业大学54 农业生物技术中国农业大学55 配位化学南京大学56 汽车动态模拟吉林大学57 牵引动力西南交通大学58 区域光纤通信网络与新型光通信系统上海交通大学北京大学59 染料及表面活性剂精细加工合成大连理工大学60 人工微结构和介观物理北京大学61 软件工程武汉大学62 软件开发环境北京航空航天大学63 三束材料改性复旦大学大连理工大学64 生物反应器华东理工大学65 生物防治中山大学66 生物膜与膜生物工程中科院动物清华大学北京大学67 生物医用高分子材料武汉大学68 视觉与听觉信息处理北京大学69 塑性成型模拟及模具技术华中科技大学70 天然药物及仿生药物北京大学71 土木工程防灾同济大学72 湍流与复杂系统研究北京大学73 微波与数字通信技术清华大学74 文字信息处理技术北京大学75 污染控制与资源化研究同济大学南京大学76 吸附分离功能高分子材料南开大学77 稀土材料化学应用北京大学78 纤维材料改性东华大学79 现代焊接生产技术哈尔滨工业大学80 新金属材料北京科技大学81 新型陶瓷与精细工艺清华大学82 信息安全中国科技大学83 医学神经生物学复旦大学84 医学遗传学中南大学85 医药生物技术南京大学86 移动与多点无线通信网东南大学87 遗传工程复旦大学88 应用表面物理复旦大学89 应用有机化学兰州大学90 油气藏地质及开发工程西南石油学院成都理工学院91 元素有机化学南开大学92 轧制技术及连轧自动化东北大学93 振动冲击噪音上海交通大学94 制浆造纸工程华南理工大学95 智能技术与系统清华大学96 专用集成电路与系统复旦大学97 综合业务网理论及关键技术西安电子科技大学98 作物遗传改良华中农业大学99 化学生物传感与计量学湖南大学100 无机合成与制备化学吉林大学101 作物遗传与种质创新南京农业大学102 量子光学与光量子器件山西大学103 植物生理学与生物化学中国农业大学。
哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室
、激光新介质
光谱与
激光等。取得的成果主 ：
明一 1项、二 1项,省部级
2项。
重点实验室下属的中红外固体激光 现 授2人， 授2人,博士生10 人，二十余年一直从事
非线性光学频率转换 和2 pm激光器研究。
率 将中红外固体激光器平均功率提
瓦量
级,取得一系列应用成果，
得
总公司一
1项，黑 省科学 一
1项（自然类）、
2项。
伦（1967—），教授/博导，主要从事2 pm单频激光器及中红外波长转换技术研究，获省部级一等奖
2项，二 1项。
段小明（1981—），副教授,主要从事新型2 pm激光器和非线性频率转换技术研究，获省部级一等奖
1项，二 1项。
（1981—），副教授，主要从事2 1项、
3项。
主成：
姚宝权（1970—）,教授,博士生 ，主 从事基于2 pm泵浦源的中长波红外非线性光学频率转换技
术研究， 主持承担 自然科学基金项目和省部级重点项 项，发表SCI收录论文200 篇，他引
2 000 ，授权
明专利10 项。作为第一 人,获得省部级一
1项,二等奖1项，三
第49 第8期 2020 年 8
人工晶体学报
JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS
Vol. 49 Na. 8 August, 2020
哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室
大学
激光
级重点实验室由已故中科院院士、“全
”、著
防科
专
光教授创建。实验室主要研究
：非线性光学 与应用、激光空 息
方正集团与武汉大学联合建立印刷与包装工程研究中心
位编委齐 聚一堂 ，与主办方共 同探讨 （ （ 中国ｉ ｔ 与包 ￣ｉ ｌｌ ｌｌ ｌ
装 研究 杂志的发展 方向和办刊 思路 ，同时就 如何提
Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ）”成立 。 ｅｈ ｏｏ ｙ
高 期刊的学 术水平 、行 业影响 力及期刊栏 目设置 、出 版流 程 、标准版 式等具体 的工作进 行 了深入 的讨 论 ，
Ｃ ｎ ｅ ｓ ｎ ｎ Ｏ ｔｅｅ ｔｏ ｉ ｔｒ ｌ） ” ｏ ｖ ｒｉ ａ ｄ ｐ ０ ｌｃｒ ｎｃ Ｍａｅｉ ｓ 、 ｏ ａ “ 中国科 学院功能 晶体 与激 光技术 重点实验 室 （ ｙ Ｋｅ
Ｌａ ｒ ｔ ｙ ｏ Ｆｕｎｃ ｉ ｂｏ ａ ｏｒ ｆ ｔｏｎａｌ Ｃｒ ｔ ｌ ａ Ｌａ ｅ ｙｓ ａ ｓ ｎｄ ｓｒ
中国印刷与包 装研究 首届编委会 及学术 期刊
研讨会在京召开
２ ０ 年 １ 日， 《 ０ ９ 月９ 中国印刷与 包装研究 ）首 届编 ）
中科院理化技术研 究所两 个重点实验室获批成立
２ ０ 年 ｌ 月１ 日，中国科学院为加 强科研基地 建 ０８ ２ ８ 设 ，促进 技术 研 究 、高 科技 前 沿 探索 和 社会 公 益性 研 究 工作 持续 、稳 定 发 展 ，经研 究 批 准 中 国科 学院 理 化技 术研 究 所 “ 国科学 院 光化 学 转换 与 功 能材 中 料重点实验室 （ ｅ ａ ｏ ａｏ ｙ ｏ ｈ ｔｃ ｅ ｃ ｌ Ｋ ｙ Ｌ ｂ ｒｔｒ ｆ Ｐ ｏｏ ｈ ｍｉａ
会议 为期两 天 ，与会代表 在大会期 间 围绕 四个主
题 进行 了热 烈而 有序 的交 流 ，就 印刷 与包装学科 的现 状 、发展 和 关键 技 术进 行 了充分 的 讨论 ，为学 科 发 展 、行业技术推 动和专业教 育提 升提供 了一个 良好 的 平 台。
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合作者(签章)
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功能晶体与激光技术重点实验室
Key Laboratoryof FunctionalCrystalsand Laser Technology, TIPC,CAS
开放课题结题报告
课 题名 称：
项目负责人：
合 作 者：
单位：
邮 政 编 码：
通 讯 地 址：
固 定电话：
移 动 电 话：
传真：
Email：
起 止 年 主要进展和结果（附已发表文章复印件）。
二、存在问题、建议及需要说明的情况。
三、待发表的研究成果
项目负责人承诺：
我已按照实验室开放课题资助要求负责实施本项目，在此过程中，严格遵守了实验室有关资助项目管理的规定。以上所填内容属实。
项目负责人（签章）：