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氩气介质下EUV激发的等离子体放射性组分的密度分布:一项时空域实验性研究

发布时间: 2016-03-10 11:38:18   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

  荷兰爱因霍芬科技大学和ASML公司的科技人员在《Plasma Sources Science and Technology》上发表文章,介绍了氩气介质下EUV激发的等离子体放射性组分的密度分布,摘译如下: 

  在本研究中,我们研究了等离子体中时间和空间维度的放射性组分的密度分布,这种等离子体是由低压氩气受13.5nm波段的高能光子(即EUV)照射产生的。实验使用一枚iCCD捕捉时空维度上的光学辐射量,进而得到一个与氩气压力相关的函数。实验结果显示,放射强度(即辐射等离子体的密度)与气体压力的平方相关。线性项来自于EUV光子带来的光电离和同步激发,而二次项来自于光电离产生的电子造成的碰撞激发。辐射等离子体组分的衰变可以分为两个阶段:时间短于10μs时(第一阶段),衰变过程以辐射衰变为主;随着时间的推移(第二阶段,>10μs),衰变过程由扩散作用和次级激发作用主导,该阶段衰变和扩展的实验数据与简化的扩散模型相符。为了更好地认识这种特殊的等离子体,我们将本实验获得的电子浓度与先前实验的测量结果进行了对比。 

  实验的装置和方法

  实验装置由三部分组成:光源腔、接收腔和测量腔(如图3)。氙气EUV光源位于光源腔中;其工作重复频率为500Hz,EUV脉冲时长100ns,中间焦点(IF)处的EUV脉冲能量为120μJ。产生的EUV射线在中间焦点(IF)处由接收腔聚焦并采集,该接收腔由一系列旋转对称的掠入射镜组成。为了在测量腔中获得高真空,接收腔和测量腔用一个直径为4mm的孔腔分别进行泵取;光源工作时,测量腔内的基底气压为10−4Pa,而接收腔的基底气压为0.1Pa。孔径前的光路上放置有一个工作波段为10-20nm的光谱纯滤光片(SPF)。EUV脉冲能量的测量精度为5%,测量使用的功率传感器的详细讨论见文献10。在中间焦点(IF)处放置一个腔洞,用于模拟先前的电子密度实验条件。 

  

  实验装置示意图

  在此之前,类似实验装置及实验条件下的等离子体电子密度采用微波腔共振光谱法(MCRS)测量。而在此处介绍的成像实验中,由于MCRS腔体材料是固态铝,所以对腔体的设计做了两方面轻微的变动。腔体的圆柱体侧壁由不锈钢网替代,线宽0.35mm,网孔尺寸为1.08mm,透过率为57%。首先,网格的尺度与衰变等离子体的德拜长度处于同一数量级,这就意味着网格对于等离子体来说相当于实心墙。但值得注意的是,该情况对于中性粒子并不成立,因为中性粒子可以(部分地)穿透网格。第二个改动即在本成像实验中,腔体中并未安装天线系统。 

  这里,使用一个Andor 534 iCCD摄像头来收集EUV激发的等离子体在空域和时域上的光辐射量。该iCCD上配有一枚CoastalOpt的105mm UV-VIS f/4.5高度消色差(即对色差和球差进行校正的)镜头,其光谱域为250-650nm。CCD前的增强器使之能捕捉到纳秒级别的影像。 

  摄像头由光源中的触发信号触发。触发信号到达摄像头的时间晚于EUV脉冲,所以对EUV激发的等离子体的研究是通过对随后的EUV脉冲成像进行的。由于光源重复周期的误差约为140ns,这使得在EUV脉冲发出的早期,成像的时间分辨率较低。线材的传输延迟和不同设备的影响需要被纳入考虑,并且在所有得到的图像中,t=0时刻对应EUV脉冲的峰值时刻。利用摄像头相关的驱动软件可以设置触发输入与门开关的延迟(门信号延迟)、门开的时间(门控宽度)、增益以及CCD的曝光时间。依据光强来选择门控宽度。通过增加曝光时间,累积的放电数目也会增加。依据发射强度不同,生成一幅图像需要30000-180000个累计放电数目。在对EUV激发的等离子体成像前,关闭iCCD摄像头的遮板来测量暗电流,以及关闭EUV光束的遮板来测量背景辐射。在此之后,所得的图像需要对背景辐射和暗电流进行修正补偿。由于每幅图像的门控宽度、增益、曝光时间等各不相同,最终所得的图像强度需要对这些参数进行修正。 

  利用分光仪研究光谱尺度上的光辐射情况。在离EUV光束中心2cm的半径距离上放置一根光纤。该光纤与Ocean Optics HR2000 (200–600nm)通过一根光学引线相连接。 

  常哲编译自: R M van der Horst. Radiating plasma species density distribution in EUV-induced plasma in argon: a spatiotemporal experimental study. Plasma Sources Sci. Technol. 24 (2015) 065016 

   

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