[论文解读] 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 1

一句话总结

本文提出一种基于密集氙等离子体喷流中非平衡微波放电的点状极紫外（EUV）光源。研究计算了微波到EUV辐射的能量转换效率，并指出等离子体辐射发射捕获是限制效率的关键因素，为未来EUV光源的优化提供了洞见。

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.

研究动机与目标

• 开发一种适用于高精度光刻的紧凑型点状EUV光源。
• 解决从等离子体光源生成EUV过程中转换效率低下的挑战。
• 研究等离子体斑块内自发线发射捕获对整体EUV输出的影响。
• 评估微波放电在密集氙等离子体中用于实际EUV应用的物理限制与可扩展性。
• 量化在非平衡等离子体条件下微波到EUV的转换效率。

提出的方法

• 利用非平衡微波放电在膨胀喷流构型中维持密集氙等离子体。
• 采用电子温度、离子价态和密度等离子体参数，建立EUV发射特性的模型。
• 应用辐射传输建模，评估自发线发射在等离子体体积内的捕获效应。
• 计算输入微波功率转换为可用EUV辐射（通常为13.5 nm波长）的转换效率。
• 考虑等离子体膨胀动力学和电离阶段对发射强度与光谱分布的影响。
• 分析等离子体密度与几何构型对发射约束及辐射提取效率的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在密集氙等离子体喷流中，非平衡微波放电下的微波到EUV转换效率可达到多高？
• RQ2 等离子体斑块内自发线发射的捕获如何影响整体EUV输出效率？
• RQ3 限制此类点状EUV光源性能的主要物理约束是什么？
• RQ4 离子价态与等离子体膨胀如何影响EUV发射特性？
• RQ5 该EUV光源概念在实际应用中可扩展的潜在设计参数有哪些？

主要发现

• 微波到EUV的转换效率显著受密集等离子体区域内部发射捕获程度的影响。
• 等离子体斑块内自发线发射的捕获会降低有效EUV输出，构成主要的效率损失机制。
• 多电离氙离子的存在可增强13.5 nm波长处的EUV发射，该波长是光刻技术的关键波长。
• 非平衡等离子体条件可实现更高的电子温度和更优的电离状态，有利于高效EUV生成。
• 膨胀喷流构型有助于降低等离子体边缘区域的密度，可能有利于辐射提取并减少再吸收。
• 理论建模表明，通过优化等离子体密度与微波耦合，可使转换效率超越当前基准水平。