面向极紫外光源应用的飞秒激光烧蚀金属的研究

发布时间：2018-11-07 08:20

【摘要】：极紫外光刻技术是制造特征尺寸小于22nm芯片的核心技术,极紫外光源是极紫外光刻系统的重要组成部分。因此针对其光源研究将对极紫外光刻发展有着重要的意义。一种较为重要的极紫外光源产生是通过采用激光辅助放电等离子体技术实现的。该光源的工作方式主要是通过激光烧蚀靶材,在两高压电极间提供足够的金属粒子作为放电靶,这些金属粒子引起高压放电瞬间,并形成箍缩等离子体,从而产生较强的极紫外光。现有以往的该类光源中采用纳秒激光进行材料烧蚀,烧蚀过程产生较大的微米量级金属碎屑,引起不稳定放电,并会对放电电极以及收集系统产生严重的污染。基于这一问题,本文提出利用飞秒激光进行烧蚀产生较小金属粒子的特点,为等离子体放电电光源提供较为理想的金属粒子靶。由于高重复工作频率飞秒激光的输出能量较低,所以通过优化实验参数提供足够的烧蚀材料为后续的理想放电提供保障是目前该领域的关键问题之一。论文实验研究低飞秒激光脉冲能量条件下,激光烧蚀金属铝和锡靶的一些特性。在真空环境下,开展了千赫兹飞秒激光烧蚀金属铝和锡的研究。通过改变聚焦透镜与靶材的相对位置,获得了靶材与激光焦点不同相对位置的烧蚀斑尺寸。为进一步研究激光能量密度与靶材烧蚀深度的关系,文中采用改变激光脉冲数的方式对其进行了深入研究,获得了激光能量密度与烧蚀深度的关系。计算获得了所需的烧蚀靶材体积及其对应的激光能量密度。对极紫外光源所需要靶材烧蚀效率问题进行了研究分析,其结果表明对于金属铝来说,在聚焦透镜的焦点和靶材表面相对位置为10mm时烧蚀效率最高,可以达到理想等离子体放电所对应的烧蚀体积(2×103μm3)。而对于金属锡而言,在聚焦透镜的焦点和靶材表面相对位置为5mm处烧蚀效率最高,可以达到所需的烧蚀体积。研究发现,不同靶材其最佳烧蚀效率对应的实验参数不尽相同。为了能在低飞秒激光脉冲能量下在两高压电极间积累足够的金属粒子来提高放电性能以及减轻真空中飞秒激光烧蚀下粒子飞溅产生严重污染的问题,论文开展了气体环境下飞秒烧蚀金属的研究。在大气环境下,研究了烧蚀斑大小与激光能量的关系,得到了靶面位于焦点前不同位置处的烧蚀斑大小。进一步通过研究激光脉冲数与烧蚀深度的关系,得到激光能量密度与烧蚀深度的关系。而后通过光散射的实验方法,对大气中飞秒激光烧蚀出的金属材料的质量迁移轨迹进行了观测。实验发现在靶材表面的附近(1mm-3mm)位置处因环境气体阻挡作用形成了金属粒子组成的“金属云”,这种“金属云”将会在靶材附近存在约25ms,即环境气体对飞秒激光烧蚀材料有明显约束效果。这种金属材料因环境气体阻挡作用形成的“金属云”有利于极紫外高压放电电极间所需固体材料累积的需要,即可在高重复频率、低脉冲能量的飞秒激光烧蚀的条件下在两电极间提供足够的金属材料。这项工作为高重复工作频率、稳定的极紫外光刻工业光源的开发提供了一定的技术支撑。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN249

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本文编号：2315759