通過激光照射從左到右聚集在中心的加熱等離子體流（EUV 光源）
發現 EUV 光從圖中的明亮區域特別有效地發射。
向中心的流動降低了等離子體向周邊擴散的速度，有效地減少了對周邊反射鏡的污染。
（來源：北海道大學新聞稿 PDF）
(a) 等離子體生成前 Sn 靶的輪廓圖
(b) 等離子體電子密度（頂部）和電子溫度（底部）的分佈
激光在圖中從左向右發射。
在激光軸上，EUV 輻射的最佳溫度為 30 至 40 eV（1 eV 約為 10,000 度）
證實了在外圍具有較高密度的中空狀結構。
（來源：北海道大學新聞稿 PDF）
EUV曝光技術：闡明光源等離子流的結構！
– “差分色散光柵光譜儀”的製作 –
-成功觀察光源等離子流-
北海道大學（北海道大學）：
先進半導體製造所必需的“EUV曝光技術”
2月6日，
我們闡明了光源等離子體複雜流動的結構，這對提高功率輸出起著重要作用。
北海道大學研究生院 Kentaro Tomita 副教授，
大阪大學 Konobu Nishihara 名譽教授，
普渡大學 Atsushi Sunahara 博士
– 由包括 Gigaphoton 研究人員在內的國際聯合研究團隊 –
詳情發表在英國網絡綜合學術期刊《科學報告》上。
EUV曝光技術：
被台積電、三星電子等半導體廠商採用。
其波長為13.5nm
它不是迄今為止用於 ArF 和 KrF 曝光的鏡頭組合。
使用高度拋光的反射鏡組合將來自光源的光傳送到晶圓。
鏡面反射率：
但是鏡子的反射率不高。 每次反射都會衰減輸出。
大功率光源：
為了將足量的光傳送到晶圓，有必要增加光源的輸出。 然而，它也需要更多的力量。
今天繼續研究和開發以實現高吞吐量和低功耗。
EUV光的原理：
EUV光的原理目前還不清楚。
澄清內容包括：
需要測量“光源等離子體的溫度、密度、等離子體的流動等基本物理量”。
“對於等離子體控制，它們很重要。”
EUV光源等離子體的特點：
直徑0.5mm，
壽命約為 20 ns，
密度約為 0.2 kg/m3，
擁有10km/s以上的移動速度等各種特性。
它的測量一直很困難。
到目前為止，EUV 光源的開發是在不知道這些基本物理量的情況下進行的。
因此，研究團隊決定在本研究中嘗試測量它們。
測量 EUV 光源的等離子體：
激光湯姆遜散射 (LTS) 方法可用作測量 EUV 光源等離子體的方法。
激光湯姆遜散射（LTS）法：
從外部注入激光，測量等離子體與激光相互作用產生的散射光。
無需接觸即可獲得高空間和時間分辨率。
差分色散光柵光譜儀的規劃和製造：
問題是獲得的散射光極其微弱，據說“EUV光源等離子體的LTS測量在技術上是不可能的”。
使用反射式衍射光柵：
製作了由六個“反射光柵”組成的“差分色散光柵光譜儀”。
使用光譜儀測量：
它是使用差分色散光柵光譜儀測量的。
等離子體的空心結構：
在等離子體的中心位置（等離子體產生激光器的軸上），發現“形成了密度低於周邊部分的中空狀結構”。
根據各種條件下的測量結果，等離子體的空心結構在實現高效率方面起著重要作用。
然而，
當這個類似中空的結構出現時，
“為什麼適用於 EUV 輻射的高密度等離子體能夠保持相對較長的時間”是未知數。
湯姆遜散射光譜：
關注多普勒頻移
因此，研究團隊認為“等離子體溫度、密度及其流量很重要”。
我決定關注“湯姆遜散射光譜的多普勒頻移”。
等離子體流速是光速的 1/10,000。
等離子流信息清楚地出現在接收到的散射光的多普勒頻移中。
分析多普勒頻移：
由於對多普勒頻移進行了高級分析，
等離子體流動方向反轉180度，流動大小在約±20μm的微小區域內變化。
它被可視化為精細速度場結構的存在和速度的絕對值（10 公里/秒的高速流動）。
觀察等離子體流動：
我們還觀察到一個特徵性的等離子體流向等離子體的中心軸。
流動並不總是存在並且取決於等離子體生成條件。
控制血漿流量：
發現可以在相同條件下控制流量。
基於等離子體內部“溫度、密度和流場的時間和空間變化”，我們闡明了“流動提高了EUV輻射的效率”。
血漿流量控制很重要：
根據這項研究，必須優化等離子體的溫度和密度，以增加 EUV 的輸出。
結果表明，等離子體流量控制對於實現最佳溫度和密度很重要。
尤其，
“誘導流向中心可以有效地長時間限制發光的等離子體。”
結果表明，等離子具有保溫效果。
還可以期待“通過控制等離子體流動來抑制等離子體動能的效果”。
等離子測速技術：
-等離子測速技術實現流場非接觸可視化-
“從飛秒到納秒”，所有激光過程中的觀測都可以實現。
未來，我們不僅要開發EUV光源，還要將其應用到更廣泛的領域。
科技+
https://news.mynavi.jp/techplus/article/20230207-2585644/
Un flux de plasma chauffé (source de lumière EUV) rassemblé au centre par irradiation laser de gauche à droite
Il a été constaté que la lumière EUV est émise de manière particulièrement efficace à partir des zones lumineuses de la figure.
Le flux vers le centre réduit la vitesse à laquelle le plasma se diffuse vers la périphérie, réduisant efficacement la contamination des miroirs périphériques.
(Source: communiqué de presse de l’Université d’Hokkaido PDF)
(a) Image de la silhouette de la cible Sn avant la génération de plasma
(b) Profil de la densité électronique du plasma (en haut) et de la température des électrons (en bas)
Le laser est émis de gauche à droite sur la figure.
Sur l’axe laser, la température optimale pour le rayonnement EUV est de 30 à 40 eV (1 eV correspond à environ 10 000 degrés)
Une structure en forme de creux avec une densité plus élevée à la périphérie a été confirmée.
(Source: communiqué de presse de l’Université d’Hokkaido PDF)
Technologie d’exposition EUV : Élucidation de la structure du flux plasma de la source lumineuse !
– Fabrication de “Spectromètre Différentiel à Réseau de Dispersion” –
-Observation réussie du flux de plasma de source lumineuse-
Université d’Hokkaido (Université d’Hokkaido):
“Technologie d’exposition EUV” nécessaire à la fabrication avancée de semi-conducteurs
6 février,
Nous avons clarifié la structure du flux complexe du plasma source de lumière, qui joue un rôle important dans l’augmentation de la puissance de sortie.
Professeur associé Kentaro Tomita, Graduate School of Hokkaido University,
Professeur émérite Konobu Nishihara, Université d’Osaka,
Université Purdue Dr Atsushi Sunahara
– Par une équipe de recherche conjointe internationale comprenant des chercheurs de Gigaphoton –
Les détails ont été publiés dans la revue universitaire britannique en ligne “Scientific Reports”.
Technologie d’exposition EUV :
Utilisé par les fabricants de semi-conducteurs tels que TSMC et Samsung Electronics.
Sa longueur d’onde est de 13,5 nm
Ce n’est pas une combinaison de lentilles qui ont été utilisées pour l’exposition ArF et KrF jusqu’à ce point.
La lumière provenant de la source lumineuse est transmise à la plaquette à l’aide d’une combinaison de miroirs réfléchissants hautement polis.
Réflectivité miroir :
Cependant, la réflectivité du miroir n’est pas élevée. La sortie est atténuée à chaque réflexion.
Source lumineuse haute puissance :
Afin de fournir une quantité suffisante de lumière à la plaquette, il est nécessaire d’augmenter le rendement de la source lumineuse. Cependant, il nécessite également plus de puissance.
La recherche et le développement se poursuivent aujourd’hui pour atteindre un débit élevé ainsi qu’une faible consommation d’énergie.
Principe de la lumière EUV :
Le principe de la lumière EUV n’est pas encore clair.
La clarification comprend :
Il est nécessaire de mesurer “des grandeurs physiques de base telles que la température et la densité du plasma de la source lumineuse et le flux du plasma”.
“Pour le contrôle du plasma, ils sont importants.”
Caractéristiques du plasma source de lumière EUV :
0,5 mm de diamètre,
Durée de vie de l’ordre de 20 ns,
et une masse volumique d’environ 0,2 kg/m3,
Il a diverses caractéristiques telles qu’une vitesse de déplacement de 10 km/s ou plus.
Sa mesure a été difficile.
Jusqu’à présent, le développement des sources lumineuses EUV s’est déroulé sans connaître ces grandeurs physiques de base.
Par conséquent, l’équipe de recherche a décidé d’essayer de les mesurer dans cette étude.
Mesurer le plasma d’une source lumineuse EUV :
La méthode de diffusion laser Thomson (LTS) est disponible comme moyen de mesurer le plasma de la source lumineuse EUV.
Méthode de diffusion laser Thomson (LTS) :
Un laser est injecté depuis l’extérieur et la lumière diffusée générée par l’interaction entre le plasma et le laser est mesurée.
Une résolution spatiale et temporelle élevée peut être obtenue sans contact.
Planification et fabrication d’un spectromètre différentiel à réseau de dispersion :
Le problème est que la lumière diffusée obtenue est extrêmement faible, et il a été dit que “la mesure LTS du plasma de la source de lumière EUV est techniquement impossible”.
Utilise un réseau de diffraction réfléchissant :
Un “spectromètre à réseau de dispersion différentielle” composé de six “réseaux de réflexion” a été fabriqué.
Mesure à l’aide d’un spectromètre :
Elle a été mesurée à l’aide d’un spectromètre à réseau de dispersion différentielle.
Structure creuse du plasma :
A la position centrale du plasma (sur l’axe du laser de génération de plasma), il a été constaté qu'”une structure en forme de creux avec une densité inférieure à la partie périphérique s’est formée”.
À la suite de mesures dans diverses conditions, la structure creuse du plasma joue un rôle important dans l’obtention d’un rendement élevé.
cependant,
Lorsque cette structure en forme de creux apparaît,
“Pourquoi le plasma à haute densité adapté au rayonnement EUV est maintenu pendant une période relativement longue” était inconnu.
Spectre de lumière diffusée Thomson :
Zoom sur le décalage Doppler
Par conséquent, l’équipe de recherche a pensé que “la température, la densité et le flux du plasma sont importants”.
J’ai décidé de prêter attention au “décalage Doppler du spectre de la lumière diffusée par Thomson”.
La vitesse d’écoulement du plasma est de 1/10 000 de la vitesse de la lumière.
Les informations sur le flux de plasma apparaissent clairement dans le décalage Doppler de la lumière diffusée reçue.
Analysez le décalage Doppler :
À la suite d’une analyse avancée du décalage Doppler,
La direction du flux de plasma est inversée de 180 degrés et l’amplitude du flux varie dans une zone minuscule d’environ ± 20 μm.
Il a été visualisé comme l’existence d’une structure de champ de vitesse fine et la valeur absolue de la vitesse (écoulement à grande vitesse de 10 km/s).
Observation du flux de plasma :
Nous avons également observé un flux de plasma caractéristique vers l’axe central du plasma.
Le flux n’était pas toujours présent et dépendait des conditions de génération du plasma.
Contrôler le flux de plasma :
Il a été constaté que le débit pouvait être contrôlé dans les mêmes conditions.
Sur la base des “changements temporels et spatiaux de la température, de la densité et du champ d’écoulement” à l’intérieur du plasma, nous avons précisé que “le flux améliore l’efficacité du rayonnement EUV”.
Le contrôle du flux plasma est important :
Selon ces recherches, il est essentiel d’optimiser la température et la densité du plasma afin d’augmenter le rendement des EUV.
Il a été démontré que le contrôle du flux de plasma est important pour obtenir la température et la densité optimales.
en particulier,
“L’induction d’un flux vers le centre confine efficacement le plasma incandescent pendant une longue période.”
Il a été démontré que le plasma a un effet de rétention de chaleur.
“L’effet de suppression de l’énergie cinétique du plasma en contrôlant le flux de plasma” peut également être attendu.
Technologie de mesure de la vitesse du plasma :
-Visualisation sans contact du champ d’écoulement par la technologie de mesure de la vitesse du plasma-
“De la femtoseconde à la nanoseconde”, des observations dans tous les processus laser peuvent être réalisées.
À l’avenir, nous développerons non seulement des sources lumineuses EUV, mais nous les appliquerons également dans un large éventail de domaines.
TECH+
Ein Strom aus erhitztem Plasma (EUV-Lichtquelle), der in der Mitte durch Laserbestrahlung von links nach rechts gesammelt wurde
Es zeigte sich, dass EUV-Licht besonders effizient aus den hellen Bereichen in der Abbildung emittiert wird.
Der Fluss zum Zentrum reduziert die Geschwindigkeit, mit der das Plasma zur Peripherie diffundiert, wodurch die Kontamination der peripheren Spiegel effektiv reduziert wird.
(Quelle: Pressemitteilung der Universität Hokkaido im PDF-Format)
(a) Silhouettenbild des Sn-Targets vor der Plasmaerzeugung
(b) Profil der Plasmaelektronendichte (oben) und Elektronentemperatur (unten)
Der Laser wird in der Figur von links nach rechts emittiert.
Auf der Laserachse liegt die optimale Temperatur für EUV-Strahlung bei 30 bis 40 eV (1 eV entspricht etwa 10.000 Grad)
Eine hohlartige Struktur mit einer höheren Dichte in der Peripherie wurde bestätigt.
(Quelle: Pressemitteilung der Universität Hokkaido im PDF-Format)
EUV-Belichtungstechnik: Aufklärung der Struktur des Lichtquellen-Plasmaflusses!
– Herstellung von “Differential Dispersion Grating Spectrometer” –
-Erfolgreiche Beobachtung des Plasmaflusses der Lichtquelle-
Hokkaido-Universität:
“EUV-Belichtungstechnologie”, die für die fortschrittliche Halbleiterfertigung erforderlich ist
6. Februar,
Wir haben die Struktur der komplexen Strömung des Plasmas der Lichtquelle aufgeklärt, die eine wichtige Rolle bei der Leistungssteigerung spielt.
Außerordentlicher Professor Kentaro Tomita, Graduiertenschule der Universität Hokkaido,
Emeritierter Professor Konobu Nishihara, Universität Osaka,
Purdue University Dr. Atsushi Sunahara
– Von einem internationalen gemeinsamen Forschungsteam mit Gigaphoton-Forschern –
Details wurden in der umfassenden britischen Online-Wissenschaftszeitschrift „Scientific Reports“ veröffentlicht.
EUV-Belichtungstechnologie:
Wird von Halbleiterherstellern wie TSMC und Samsung Electronics verwendet.
Seine Wellenlänge beträgt 13,5 nm
Es handelt sich nicht um eine Kombination von Objektiven, die bisher für die ArF- und KrF-Belichtung verwendet wurden.
Licht von der Lichtquelle wird unter Verwendung einer Kombination aus hochglanzpolierten reflektierenden Spiegeln an den Wafer geliefert.
Spiegelreflexion:
Das Reflexionsvermögen des Spiegels ist jedoch nicht hoch. Der Ausgang wird mit jeder Reflexion gedämpft.
Hochleistungslichtquelle:
Um dem Wafer eine ausreichende Lichtmenge zuzuführen, ist es erforderlich, die Ausgangsleistung der Lichtquelle zu erhöhen. Allerdings wird auch mehr Kraft benötigt.
Forschung und Entwicklung werden bis heute fortgesetzt, um einen hohen Durchsatz sowie einen geringen Stromverbrauch zu erreichen.
Prinzip des EUV-Lichts:
Das Prinzip von EUV-Licht ist noch unklar.
Die Aufklärung beinhaltet:
Es ist notwendig, “grundlegende physikalische Größen wie die Temperatur und Dichte des Plasmas der Lichtquelle und den Fluss des Plasmas” zu messen.
“Für die Plasmakontrolle sind sie wichtig.”
Merkmale des EUV-Lichtquellenplasmas:
0,5 mm Durchmesser,
Lebensdauer in der Größenordnung von 20 ns,
und einer Dichte von etwa 0,2 kg/m3,
Es hat verschiedene Eigenschaften wie eine Bewegungsgeschwindigkeit von 10 km/s oder mehr.
Ihre Messung war schwierig.
Bisher ist die Entwicklung von EUV-Lichtquellen ohne Kenntnis dieser physikalischen Grundgrößen vorgegangen.
Daher beschloss das Forschungsteam, zu versuchen, sie in dieser Studie zu messen.
Messen Sie das Plasma einer EUV-Lichtquelle:
Das Verfahren der Laser-Thomson-Streuung (LTS) ist als Mittel zur Messung des EUV-Lichtquellenplasmas verfügbar.
Laser-Thomson-Streuung (LTS)-Verfahren:
Ein Laser wird von außen eingekoppelt und das durch die Wechselwirkung zwischen Plasma und Laser erzeugte Streulicht gemessen.
Eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung kann berührungslos erzielt werden.
Planung und Fertigung eines differentiellen Dispersionsgitter-Spektrometers:
Das Problem besteht darin, dass das erhaltene Streulicht extrem schwach ist, und es wurde gesagt, dass „eine LTS-Messung von EUV-Lichtquellenplasma technisch unmöglich ist“.
Verwendet ein reflektierendes Beugungsgitter:
Ein “Differenz-Dispersions-Gitter-Spektrometer”, bestehend aus sechs “Reflexionsgittern”, wurde hergestellt.
Messung mit einem Spektrometer:
Sie wurde unter Verwendung eines Differenz-Dispersionsgitter-Spektrometers gemessen.
Hohlartige Plasmastruktur:
An der zentralen Position des Plasmas (auf der Achse des Plasmaerzeugungslasers) wurde festgestellt, dass “eine hohlartige Struktur mit einer geringeren Dichte als der periphere Teil gebildet wurde”.
Als Ergebnis von Messungen unter verschiedenen Bedingungen spielt die hohle Struktur des Plasmas eine wichtige Rolle, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen.
Jedoch,
Wenn diese hohle Struktur erscheint,
“Warum hochdichtes Plasma, das für EUV-Strahlung geeignet ist, relativ lange aufrechterhalten wird”, war unbekannt.
Thomson-Streulichtspektrum:
Konzentrieren Sie sich auf die Doppler-Verschiebung
Daher dachte das Forschungsteam, dass “Plasmatemperatur, -dichte und -fluss wichtig sind”.
Ich beschloss, auf “Dopplerverschiebung des Thomson-Streulichtspektrums” zu achten.
Die Plasmaströmungsgeschwindigkeit beträgt 1/10.000 der Lichtgeschwindigkeit.
Plasmaströmungsinformationen erscheinen deutlich in der Doppler-Verschiebung des empfangenen Streulichts.
Analysieren Sie die Dopplerverschiebung:
Als Ergebnis einer fortgeschrittenen Analyse der Doppler-Verschiebung,
Die Richtung des Plasmaflusses wird um 180 Grad umgekehrt und die Größe des Flusses variiert in einem winzigen Bereich von etwa ±20 μm.
Es wurde als Existenz einer feinen Geschwindigkeitsfeldstruktur und als Absolutwert der Geschwindigkeit (Hochgeschwindigkeitsströmung von 10 km/s) visualisiert.
Beobachtung des Plasmaflusses:
Wir beobachteten auch einen charakteristischen Plasmafluss in Richtung der Mittelachse des Plasmas.
Die Strömung war nicht immer vorhanden und hing von den Bedingungen der Plasmaerzeugung ab.
Kontrolle des Plasmaflusses:
Es wurde festgestellt, dass die Strömung unter den gleichen Bedingungen gesteuert werden konnte.
Basierend auf den “zeitlichen und räumlichen Änderungen der Temperatur, Dichte und des Strömungsfeldes” innerhalb des Plasmas stellten wir klar, dass “die Strömung die Effizienz der EUV-Strahlung erhöht”.
Plasmaflusskontrolle ist wichtig:
Gemäß dieser Forschung ist es wesentlich, die Temperatur und Dichte des Plasmas zu optimieren, um die Leistung von EUV zu erhöhen.
Es wurde gezeigt, dass die Steuerung des Plasmaflusses wichtig ist, um die optimale Temperatur und Dichte zu erreichen.
besonders,
“Durch das Induzieren einer Strömung zum Zentrum hin wird das leuchtende Plasma für lange Zeit effektiv begrenzt.”
Es konnte gezeigt werden, dass Plasma eine wärmespeichernde Wirkung hat.
“Der Effekt der Unterdrückung der kinetischen Energie des Plasmas durch Steuerung des Plasmaflusses” ist ebenfalls zu erwarten.
Plasmageschwindigkeitsmesstechnik:
-Berührungslose Visualisierung des Strömungsfeldes durch Plasmageschwindigkeitsmesstechnik-
„Von Femtosekunden bis Nanosekunden“ sind Beobachtungen in allen Laserverfahren realisierbar.
In Zukunft werden wir EUV-Lichtquellen nicht nur entwickeln, sondern in den unterschiedlichsten Bereichen anwenden.
TECH+
Observation of plasma inflows in laser-produced Sn plasma and their contribution to extreme-ultraviolet light output enhancement
Abstract
Plasma dynamics are governed by
electron density (ne),
electron temperature (Te),
and radiative energy transfer as well as by macroscopic flows.
However,
plasma flow-velocity fields (vflow) inside laser-produced plasmas (LPPs)
have rarely been measured, owing to their small sizes (< 1 mm) and short lifetimes (< 100 ns).
Herein, we report, for the first time,
two-dimensional (2D) vflow measurements of Sn-LPPs (“double-pulse” scheme with a CO2 laser) for extreme-ultraviolet (EUV) light sources for semiconductor lithography
using the collective Thomson scattering technique, which is typically used to measure ne, Te, and averaged ionic charge (Z) of plasmas.
Inside the EUV source,
we observed plasma inflow speed exceeding 104 m/s magnitudes toward a plasma central axis from its peripheral regions.
The time-resolved 2D profiles of ne, Te, Z, and vflow
indicate that the plasma inflows maintain the EUV source
at a temperature suitable (25 eV < Te < 40 eV) for EUV light emission at a high density (ne > 3 × 1024 m−3) and for a relatively long time (> 10 ns),
resulting increment of total EUV light emission.
These results
indicate that controlling the plasma flow can improve EUV light output and that there is potential to increase the EUV output further.
Scientific Reports