为了提升激光等离子体极紫外光刻机光源中高重复频率、短脉冲CO₂主振荡功率放大系统能量提取效率，需开展种子光光强截面分布与激光放大器增益分布的耦合匹配特性研究。基于欧拉-拉格朗日公式与Frantz-Nodvik方程，采用变分法求解了特定增益分布下最优种子光光强分布函数，研究了种子光半径、种子光光强分布与放大器增益分布对功率提取效率的影响。数值模拟表明：当脉冲种子光功率为500 W时，基模高斯光束的最优光束半径为0.54 cm，低功率种子光的最优光束半径与放大器增益宽度不相等；当脉冲种子光功率为2000 W时，高阶超高斯光束的最优光束半径接近增益区域半径，8阶超高斯光束对应的最佳光束半径为0.9 cm，功率提取值为3409 W，采用高阶的增益分布和与之匹配的超高斯光束能够极大提升放大器的能量提取值。该研究结果将为脉冲CO₂主振荡功率放大系统的设计提供理论指导。

实验研究了放电频率、电脉冲能量、碎屑缓冲气体流量等极紫外光源参数对极紫外辐照损伤测试系统聚焦光束性能的影响。测试结果表明:极紫外辐照损伤测试系统焦深为±1.5 mm;聚焦光斑尺寸及单脉冲能量随光源电脉冲能量的增大而明显增大,受光源放电频率影响较小;典型工作条件下,光斑尺寸在0.79~1.44 mm之间,聚焦光束单脉冲能量在112.09~436.06 μJ范围内;在200 Hz、5.0 J时聚焦光束单脉冲能量最高为436.06 μJ,聚焦光束单脉冲能量密度最高达到31.53 mJ/cm 2,在1500 Hz、4.6 J时聚焦功率密度达32.87 W/cm 2;最优缓冲气体Ar气工作气压为1~2 Pa,此时聚焦光束单脉冲能量最优。该测试研究可为极紫外辐照损伤测试研究中系统参数优化及设置提供指导参考。

半导体产业是高科技、信息化时代的支柱。光刻技术, 作为半导体产业的核心技术之一, 已成为世界各国科研人员的重点研究对象。本文综述了激光等离子体13.5 nm极紫外光刻的原理和国内外研究发展概况, 重点介绍了其激光源、辐射靶材和多层膜反射镜等关键系统组成部分。同时, 指出了在提高激光等离子体13.5 nm极紫外光源输出功率的研究进程中所存在的主要问题, 包括提高转换效率和减少光源碎屑。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。最后对该项技术的发展前景进行了总结与展望。

采用正交放置的两路CCD,基于图像采集及处理的方法,建立了极紫外光源锡液滴靶发生装置的锡液滴检测系统,可以实时监测锡液滴的运动状态及稳定性。对本实验室频率为34 kHz的锡靶发生器产生的液滴进行了锡液滴监测实验。监测结果显示,锡液滴直径约为137 μm,平均间距为375 μm,稳定性较好,并对水平面上横向稳定性进行了分析。

计算了放电等离子体极紫外光刻光源中，不同等离子体长度条件下的收集效率，实验上研究了等离子体长度对Xe气放电极紫外辐射的影响。结合本系统光学收集系统设计参数和理论计算结果，给出了不同等离子体长度条件下中间焦点处13.5 nm(2%带宽)光功率。结果表明等离子体长度为3~6 mm时毛细管光源中间焦点光功率和尺寸最优。

为了满足激光诱导等离子体(LPP)体制下极紫外(EUV)光源对CO2激光器提出的稳定性需求, 建立了简化的CO2激光传输系统模型, 根据光束稳定性需求对光束功率、指向和位置的监测与控制方法进行了理论和实验研究。根据高功率CO2激光传输系统特点, 在实验室内建立了上述光束监测和控制实验系统, 包括光束功率控制模块、光束指向控制模块和光束参数监测模块, 其中光束参数监测模块可实时测量光束功率、指向、尺寸及发散角等重要参数。仿真与实验结果表明: 光束功率控制模块对线偏振激光功率的控制接近1%~100%, 光束指向控制模块实现的光束指向稳定度在10 μrad以内, 可满足CO2激光驱动源的高稳定性要求。

为了研究极紫外光源系统中收集镜的形状和液体微滴的漂移, 计算了收集镜的参量, 并采用ZEMAX模拟了液体微滴上下和左右漂移50μm, 100μm, 150μm时中间焦点的成像变化情况。结果表明, 液体微滴在上下方向上的漂移对中间焦点成像的影响很大, 应该尽量将上下漂移控制在20μm以下; 而液滴在光轴方向上的漂移对中间焦点成像的影响稍小。

描述了 Z箍缩放电等离子体极紫外光源系统中的主脉冲电源,给出了主电路拓扑结构,重点介绍了三级磁脉冲压缩网络,给出了关键参数的设计计算,并且介绍了新颖的末级磁脉冲压缩放电结构。实验结果显示:各级磁脉冲压缩效果达到设计指标,电源输出电压峰达30 kV,输出电流峰值大于40 kA,电流脉冲宽度200 ns,满足Z箍缩放电等离子极紫外光源对主脉冲的要求。