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十余年可以专注于研究一个方向，并得到一些正反馈，应该是幸福的！


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由液态Sn靶在激光作用下产生极紫外（EUV）光的激光等离子体（LPP）光源，对于纳米光刻至关重要，其远小于DUV光的波长，为实现集成电路的进一步缩放提供了基础。

在此过程中，除了产生13.5nm附近（带内，in-band）的特征辐射以外，还会产生诸如VUV, DUV波段的带外（OOB, out-of-band）辐射。

大多数的研究聚焦在带内及其附近波段，然而OOB波段的相对（或绝对）强度也十分重要。

  • 因为用于单色化反射带内辐射的多层膜镜片通常对于DUV/VUV拥有相对可观的反射率，且一般的光刻胶对DUV/VUV同样敏感，进而影响光刻缩印的效果。

图１常用13.5nm EUV多层膜反射镜的典型全谱反射率

  • 与此同时一般LPP系统内，为减少等离子碎屑的污染，常用气体吹拂的方式进行保护。工业化EUV光刻中常用的吹拂气体H2，会吸收30-90nm的带外DUV辐射并被光电离，此作用形成的等离子体会损害重要的光学组件。

图２ 收集镜表面H2与UV辐射的相互作用 

（https://doi.org/10.1007/978-3-319-69537-2_54-1）

扩展阅读

optiXfab.

OptiX fab.专门设计的收集镜多层膜保护结构--特殊材料的保护层/间隔层等，在保证其反射性能的同时为高温/氢离子/锡碎屑及其氢合物环境下的稳定性工作提供了基础，已实装在ASML的光刻机上。


所以对LPP发射谱OOB的测量，不仅可为评估上述作用提供数据，以更好地设计相关光学系统与部件；更是能够有助于识别其他尚未知晓其机制的辐射特征，以促进开发相关抑制策略降低OOB的强度。

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研究进展

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 荷兰纳米光刻先进研究中心的 Z.Bauza和O. O. Versolato及其他研究人员在文章-The spectrum of a 1-μm-wavelength-driven tin microdroplet laser-produced plasma source in the 5.5–265.5 nm wavelength range（AIP Advances 11, 125003 (2021); doi: 10.1063/5.0073839）中讨论了在一个与纳米光刻相关的实验条件下，由微滴锡产生的激光等离子体源在5.5至265.5纳米波长范围内的光谱的测量与标定。

这项研究的目标是为了优化用于纳米光刻的极紫外（EUV）光源，特别是针对13.5纳米波长的光。研究者们利用定制的透射光栅光谱仪获取了等离子体发射光谱，并通过一系列滤光片的仔细校准排除了任何高阶衍射的影响。

文章指出，能够在如此宽广的范围内测量光谱，为当前和未来的EUV光源提供了诊断信息，有助于优化其性能。研究涉及了对锡等离子体发射光谱的研究，并且利用了多种技术和设备来保证光谱数据的准确性。

实验装置如下：

图三 实验装置示意图

扩展阅读

greateyes

该实验中，在与激光轰击方向夹角60°的方向上，使用了1000线/mm的透射光栅光谱仪(transmission grating spectrometer, TGS)，以及一个背照式CCD相机（greateyes ALEX-s 2k 512 BI UV1）来记录TGS的衍射信号。


为了消除高阶衍射带来的影响，研究团队在透射光栅前采用了多种滤光片组合，包括锆(Zr)、硅(Si)和铝(Al)薄膜滤光片，以及锂氟化物(LiF)、镁氟化物(MgF2)和紫外熔融石英滤光窗口，以及四面由碳化硅(SiC)反射镜组成的滤光装置来记录不同波段的数据。

表四 实验中采用的不同滤光器件，低波长截止以50%为标准

1

5.5nm-40nm 波段

Wave

Length

此波段分别在无滤片,Zr, Si以及Al滤片下进行测量，并将测试光谱根据不同材料透过率进行剪切/拼接/校正，消除高阶衍射的影响。

值得特别指出的是，虽然上述滤片的透过率可简单地根据其厚度与相关数据库（如CXRO）进行估算。但厚度的不均匀性，铝片表面氧化层等因素带来的影响难以被量化。为了更准确可靠地得到数据，实验人员将使用的滤片送到柏林物理技术研究院(PHYSikalisch-TEchnische Bundesanstalt, PTB)进行了精确的 两步标定:

  1. 使用单一波长对滤片每一位置进行透过率-位置扫描（Al滤片用13.5nm，Zr与Si滤片用17.5nm）；

  2. 在铝片同一位置使用不同波长的光进行透过率-波长。

2

40nm-115nm 波段

Wave

Length

此波段分别在无滤片,SiC反射镜组下进行测量，并将测试光谱经透过率修正后相互印证/拼接。

SiC镜组的总体反射率经由PTB测量，其与理论值的偏差，可能是由部分污染以及表面粗糙度造成。

3

115nm-265.5nm 波段

Wave

Length

类似前两个波段的方法，此波段采用的是无滤片，LiF,MgF2以及UVFS窗片。

与前述标定方法不同的是，这三个窗片的透过率用的是配备氙灯的真空紫外光谱仪进行测量。


全光谱的拼接

将上述修正后的光谱数据进行拼接后的结果如下：

再考虑到，CCD的QE量子效率（生产商QE和其他文章中的实验值），以及光栅效率，最终的修正结果如下：





为了进一步研究激光驱动LPP激光光源（包含极紫外，远紫外和可见光）的发光性质，O. O. Versolato等研究人员将方向聚焦到宽带摄谱和焦斑成像的结合研究-即是成像光谱。使用针孔成像和滤光片的方案，可以满足宽带的要求，但是空间分辨有限。使用多层膜成像的方案具有较好的空间分辨，但是但是摄谱范围很窄。所以他们创新的提出了透射光栅结合1维锥形的色散匹配波带片的方案，相应的研究成果在2023发表的- Extreme ultraviolet broadband imaging spectrometer using dispersion-matched zone plates（Y. Mostafa, Z. Bouza, et. al. Opt. Lett. 48, 4316-4319 (2023)）。

(a) 实验装置的三维示意图，(b) 从上方俯视显示光谱仪轴线 (x)，(c) 侧视显示成像轴线 (y)


使用新设计的光谱仪，研究人员测试了1微米Nd:YAG激光驱动Sn靶的LPP光源（焦斑尺寸约60微米）。如下图是实验采购得到的光谱，同进行了模拟与实测结果的对比。验证了整个系统的摄谱范围为5-80nm，光谱分辨率为0.8nm左右。空间分辨约为0.8微米。

色散匹配锥形波带片和透射光栅光谱仪在5–80纳米范围内的实验结果。整个图像是沿CCD后续位置曝光的合成图像。(a) 固态锡靶激光等离子体源的发射光谱，采用线性色彩刻度，突出13.5纳米发射特征的显著性。图像中心在垂直方向进行了合并，并在底部以线形方式显示。(b) 谱归一化结果，突出显示所有波长的中心图像以及13.5 nm的高阶光栅衍射（第三阶在40.5 nm，第五阶在67.5 nm）。

 编者编者有话说：

1）因地制宜，量体裁衣

在科学研究阶段，使用最详细和严谨的过程来进行测量，这意味着要采用高精度的仪器和细致的校准程序，以确保所收集的数据准确无误。科学家们会投入大量的时间和资源来优化测量流程，确保每一个变量都被准确地控制和记录，以便于得出可靠的科学结论。

但在工业生产阶段，则倾向于使用尽可能简单且高效的方法来完成测量任务。这意味着要在保证基本质量的前提下，尽量减少测量所需的时间和资源。生产环境中通常会采用自动化程度高的测量工具，或是已经过验证的标准测量方法，以提高生产效率并减少成本。

另一方面，在检测工具与手段有限或者追求效率的情况下，则采用合理的估算或多种估算方法来接近真实值。在这种情况下，可能依赖于经验法则、历史数据和统计模型来估计某些参数或性能指标。同时，可能会使用多种估算方法来交叉验证结果，以增加估算值的可靠性。这种方法虽然可能不如直接测量反复标定那么精确，但是能够在资源受限的情况下提供一个合理的近似值。

在实际操作中，研究者会使用不同的方法，如理论计算、经验公式、已有的数据库数据，甚至是通过假设氧化层厚度来模拟实际情况，以此来验证估算的合理性。例如，文中提到，为了解释校准数据与名义CXRO数据库条目之间的差异，研究者们模拟了滤光片表面有限氧化的影响，并通过调整氧化层的厚度来拟合测量结果。这样的做法不仅能够验证单一估算方法的有效性，还能通过不同方法的一致性来增加估算结果的可信度。在工业生产阶段，同样会采用简单高效的手段来测量，这些手段往往是基于长期的经验积累和对工艺过程深入理解的基础上发展起来的。通过多种估算方法的交叉验证，可以确保在有限的资源条件下仍然能够获得较为准确的结果。这种方式在实际应用中被广泛接受，并被认为是提高生产效率和产品质量的重要手段之一。


2）积跬步行千里

该研究团队在极紫外透射光栅光谱仪的研究可以追溯到10多年以前，而O. O. Versolato教授参与了整个研究过程。如同我们在2025年04月30日的众星联恒-前沿视界 | EUV&X射线行业洞察提到，于2025年2月17日起，物理学家、荷兰ARCNL小组负责人Oscar Versolato 终于被任命为极紫外等离子体过程小组教授。类似的故事也发生在我们之前报道过的来及德国慕尼黑工业大的Franz Pfeiffer教授，详见《柳叶刀-数字医疗》 Franz Pfeiffer团队：暗场 X 射线新技术提高肺部疾病诊断能力。

我想十余年可以专注于研究一个方向，并得到一些正反馈，应该是幸福的！






 内容   omega·李/ ·凯文

 编辑  小乔 / ·凯文



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