Российские исследователи создали образец лазерно-плазменного источника для рентгеновской литографии в микроэлектронике, который отличается высокой эффективностью конверсии энергии и минимальным износом рабочих частей.
В Институте физики микроструктур Российской академии наук — филиале ИПФ имени Гапонова-Грехова — был создан и протестирован опытный стенд лазерно-плазменного источника излучения для рентгеновской литографии на длине волны 11,2 нм. Этот стенд представляет собой прототип рентгеновского источника нового поколения, который в будущем может стать важным элементом отечественной литографической системы для микроэлектроники. В разработке принимали участие специалисты Передовой инженерной школы «Космическая связь, радиолокация и навигация» Нижегородского государственного университета имени Лобачевского.
Экспериментальная установка включает ключевые компоненты будущего рентгеновского литографа: сверхзвуковое сопло с подачей ксенона, мощный твердотельный лазер с системой фокусировки и коллектор рентгеновского излучения. Для анализа параметров источника были использованы современные диагностические инструменты: зеркальный брэговский спектрометр, высокоразрешающий спектрограф и квантометр.
Результаты исследований опубликованы в известных научных журналах — отечественном «Журнале технической физики» Физико-технического института имени Иоффе РАН и зарубежном рецензируемом журнале Physical Review Applied.
Результаты и перспективы
Теоретическую основу концепции источника с ксеноновой мишенью разработали специалисты отдела физики плазмы и электроники больших мощностей ИПФ РАН. На стенде удалось достичь излучающей области размером 150 × 400 мкм, а коэффициент конверсии энергии лазерного излучения в рентгеновское составил 3%, что является достаточным для применения в промышленной литографии.
Примечательно, что использование ксеноновой плазмы, в отличие от традиционных источников с оловянными мишенями, позволяет уменьшить поток высокоэнергетичных ионов, которые могут негативно сказываться на коллекторе. Это может повысить долговечность элементов оптической системы и снизить технические риски при эксплуатации.
Особое внимание уделяется разработке нового твердотельного диодно-накачиваемого лазера на основе кристаллов иттрий-алюминиевого граната, легированного иттербием (Yb:YAG), который должен заменить используемый на стенде маломощный коммерческий лазер. Новая лазерная система позволит протестировать ресурс ключевых компонентов источника и подготовить технологию к промышленной разработке.