[論文レビュー] Potentials of EUV light source based on microwave discharge in expanding jet of dense xenon plasma

I. S. Abramov, E. D. Gospodchikov+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2017

Atomic and Molecular Physics被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、多重電荷をもつイオンを含む高密度キセノンプラズマの膨張ジェット内における非平衡マイクロ波放電を用いた点光源型極端紫外線（EUV）光源の提案を行う。研究では、マイクロ波からEUV放射への変換効率を計算し、プラズマ放射の閉じ込めが効率を制限する主要因であると特定し、今後のEUV光源の最適化に役立つ知見を提供する。

ABSTRACT

We discuss a concept of a point-like source of the extreme ultraviolet (EUV) light based on a non-equilibrium microwave discharge in expanding jet of dense xenon plasma with multiply charged ions. A conversion efficiency of microwave radiation to EUV light is calculated, and physical constrains, and opportunities for future devices are considered. Special attention is given to the trapping of spontaneous line emission inside a radiating plasma spot that significantly influences the efficiency of EUV light source.

研究の動機と目的

• 高精度リソグラフィに適したコンactで点光源型のEUV光源の開発を目的とする。
• プラズマ光源からのEUV生成における低い変換効率の課題に対処することを目的とする。
• プラズマスポット内での自発的線分光の閉じ込めが全体のEUV出力に与える影響を調査することを目的とする。
• マイクロ波放電を用いた高密度キセノンプラズマの物理的制約およびスケーラビリティを評価することを目的とする。
• 非平衡プラズマ条件下におけるマイクロ波からEUVへの変換効率を定量することを目的とする。

提案手法

• 膨張ジェット構成の高密度キセノンプラズマを維持するために非平衡マイクロ波放電を用いる。
• 電子温度、イオン酸化状態、密度といったプラズマパラメータを用いてEUV放射特性をモデル化する。
• 放射輸送モデリングを適用し、プラズマ体積内での自発的線分光の閉じ込めを評価する。
• 入力マイクロ波電力から利用可能なEUV放射（通常13.5 nm波長）への変換効率を計算する。
• プラズマの膨張ダイナミクスおよびイオン化段階が放射強度およびスペクトル分布に与える影響を検討する。
• プラズマ密度および幾何学的形状が放射閉じ込めおよび放射抽出効率に与える影響を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高密度キセノンプラズマジェット内における非平衡マイクロ波放電で達成可能なマイクロ波からEUVへの変換効率はどの程度か？
• RQ2 プラズマスポット内での自発的線分光の閉じ込めは、全体のEUV出力効率にどのように影響するか？
• RQ3 このような点光源型EUV光源の性能を制限する主な物理的制約は何であるか？
• RQ4 イオン酸化状態およびプラズマの膨張がEUV放射特性に与える影響は何か？
• RQ5 実用的応用を想定したこのEUV光源概念のスケーリングアップに向けた潜在的設計パラメータは何か？

主な発見

• マイクロ波からEUVへの変換効率は、高密度プラズマ領域内での放射閉じ込めの度合いに顕著に影響を受ける。
• プラズマスポット内での自発的線分光の閉じ込めは、有効なEUV出力を低下させ、主要な効率損失機構を示している。
• 多重電荷をもつキセノンイオンの存在が、リソグラフィの重要な波長である13.5 nmでのEUV放射を増強している。
• 非平衡プラズマ状態により、高い電子温度およびより良いイオン化状態が実現され、EUV生成の効率が向上する。
• 膨張ジェットの幾何学的形状により、周辺部のプラズマ密度が低下し、放射抽出を助けるとともに再吸収を低減する可能性がある。
• 理論的モデリングにより、プラズマ密度およびマイクロ波結合の最適化が、現在のベンチマークを上回る変換効率の向上に寄与することが示唆された。