隨著芯片制造進入3 nm制程，極紫外（EUV）光刻機已成為芯片大規(guī)模量產和工業(yè)化的設備，目前僅有荷蘭ASML公司能夠制造但對中國禁售。EUV光刻機中最核心的分系統(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光的能量轉換效率（CE）。CO₂激光器由于可同時實現高功率、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光刻光源的驅動光源。

近期研究表明，1 μm固體激光激發(fā)Sn等離子體的CE有可能滿足EUV光刻光源的工程化指標。此外，固體脈沖激光器經過近十年的快速發(fā)展已實現千瓦級功率輸出，并在未來有望達到萬瓦級，又由于其體積緊湊、電光轉換效率高（~20%），有望替代CO₂激光成為新一代LPP-EUV光刻光源的驅動光源?；诖?，發(fā)展固體激光驅動的LPP-EUV光源對我國自主開展EUV光刻及其關鍵器件與技術的研發(fā)具有重要意義。

為系統(tǒng)性研究固體激光驅動的LPP-EUV光源，中國科學上海光學精密機械研究所林楠研究員團隊建立了固體激光驅動等離子體極紫外光源實驗平臺（圖1）。該實驗平臺采用一臺輸出波長為1064 nm的Nd: YAG激光器作為Sn等離子體的驅動激光。Sn等離子體的EUV光譜采用實驗室自研的平場光柵光譜儀進行測量，Sn等離子體13.5 nm（帶寬2%）的輻射能量由實驗室自研的帶內輻射能量計進行測量。

CE的定義是2π立體角內13.5 nm（2%帶寬）輻射能量與驅動激光能量的比值。光譜純度（SP）是LPP-EUV光源研究中常關注的另一個參數，定義是帶內輻射能量與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，SP和CE對于激光峰值功率密度的變化敏感，因此在固體激光驅動等離子體EUV光源的工程化研發(fā)中，需要對作用于Sn靶材的激光峰值功率密度進行精細優(yōu)化。

圖4展示了本工作中獲得的大CE和國際上各團隊與公司對1 μm固體激光驅動等離子體EUV光源CE的實驗結果。由圖可見，本工作所獲得的CE大值3.42%已處于國際靠前水平，并超過商業(yè)化CO₂激光驅動EUV光刻光源CE值的一半。

本文建立了固體激光驅動等離子體EUV光源實驗平臺，開展了1 μm固體激光激發(fā)Sn等離子體EUV輻射特性實驗研究，實現了高達3.42%的1 μm固體激光到13.5 nm極紫外光的能量轉換效率，主焦點13.5 nm極紫外單脈沖能量超20 mJ, 處于國際靠前、國內水平。相關研究結果對于我國自主開展EUV光刻及其關鍵器件與技術的研發(fā)工作具有重要意義。

參考文獻： 中國光學期刊網

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