Сделан важный шаг на пути создания архитектуры промышленного рентгеновского литографа. В Институте физики микроструктур РАН – филиале Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова (ИПФ РАН) создан уникальный стенд, который является прототипом лазерно-плазменного источника рентгеновского литографа нового поколения на длину волны 11,2 нм (рис. 1).
Рис. 1. Стенд лазерно-плазменного источника литографа на длину волны 11,2 нм
Экспериментальный стенд предназначен для тестирования ключевых элементов и систем будущего лазерно-плазменного источника и включает в себя основные узлы демоисточника будущего литографа:
- сверхзвуковое сопло с системами подачи, контроля и откачки ксенона,
- твердотельный лазер с системой фокусировки излучения,
- коллектор рентгеновского излучения.
Стенд также оснащен ключевыми диагностиками для исследования параметров источника рентгеновского излучения: зеркальный брэговский спектрометр, высокоразрешающий спектрограф, квантометр, система ленгмюровских зондов и рентгеновский микроскоп.
Теоретическое обоснование лазерно-плазменного источника с ксеноновой мишенью разработано в Отделении физики плазмы и электроники больших мощностей ИПФ РАН.
В ходе экспериментальных исследований на стенде получены следующие результаты:
- реализован разряд с размером излучающей области 150х400 мкм,
- достигнут коэффициент конверсии лазерного излучения в рентгеновское около 3%, что уже достаточно для практического использования на промышленном рентгеновском литографе.
Достигнутый коэффициент конверсии лазерного излучения в рентгеновское сопоставим с 7,5%, полученным путем моделирования идеализированных сценариев горения плазмы (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость коэффициента конверсии от энергии и длительности лазерного импульса
В ходе экспериментов было показано, что ксеноновый источник не производит потока высокоэнергетичных ионов, разрушающих коллектор (в отличие от оловянного источника, используемого в литографах ASML). Впервые продемонстрирована высокая эффективность конверсии мощности лазерного излучения в рентгеновское при работе с непрерывной ксеноновой струей, что доказывает возможность применения мультикиловаттного лазера. Специально для этой демоустановки в ИПФ РАН создается твердотельный лазер с диодной накачкой на основе кристаллов иттрий-алюминиевого граната, легированного иттербием (Yb:YAG), с параметрами лазерного импульса, обеспечивающими максимальную эффективность конверсии мощности лазерного излучения в рентгеновское на рабочей длине волны литографа. Этот лазер заменит используемый в настоящее время на стенде маломощный коммерческий лазер и сделает возможным проведение ресурсных испытаний, необходимых для разработки лазерно-плазменного источника, таких как время жизни сопла, загрязнение и деградация коллектора, а также моделирование параметров источника, необходимого для промышленного литографа.
Работы выполнены при поддержке Фонда перспективных исследований, Российского научного фонда и Передовой инженерной школы «Космическая связь, радиолокация и навигация» Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.
Авторский коллектив: А.Н. Нечай, В.Е. Гусева, А.А. Перекалов, С.С. Морозов, В.Н. Полковников, Н.Н. Цыбин, Н.И. Чхало; И.С. Абрамов, С.В. Голубев, Е.Д. Господчиков, А.Г. Шалашов, И.И. Кузнецов, О.В. Палашов.
Публикации:
- Перекалов А. А. В.Е. Гусева, А.Н. Нечай, Н.И. Чхало, П.А. Вепрев, А.И. Артюхов. Экспериментальный стенд для изучения характеристик мощных лазерно-плазменных источников ЭУФ излучения // Журнал технической физики. – 2025. – Т. 95. – №. 9. – С. 1639-1646.
- I. S. Abramov, S. V. Golubev, E. D. Gospodchikov, A. G. Shalashov, A. A. Perekalov, A. N. Nechay, and N. I. Chkhalo. Laser discharge in a high-pressure jet of heavy noble gas: Expansion of emitting volume promises an efficient source of EUV light for lithography. Phys. Rev. Applied 23, 024004 (2025).
Информация и фото предоставлены пресс-службой ИПФ РАН
Источник фото: ИФМ РАН
