Совершена значительная веха в разработке архитектуры промышленного рентгеновского литографа. Специалистами Института физики микроструктур РАН – филиала Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова (ИПФ РАН) – создан уникальный стенд, представляющий собой прототип лазерно-плазменного источника рентгеновского литографа нового поколения, работающего на длине волны 11,2 нм (рис. 1).
Данный стенд создан для испытания важнейших компонентов и систем перспективного лазерно-плазменного источника и содержит основные модули демонстрационного источника, который будет использоваться в литографическом оборудовании будущего:
- сверхзвуковое сопло с системами подачи, контроля и откачки ксенона,
- твердотельный лазер с системой фокусировки излучения,
- коллектор рентгеновского излучения.
Стенд также оборудован необходимыми диагностическими инструментами для изучения характеристик источника рентгеновского излучения, такими как зеркальный брэговский спектрометр, высокоразрешающий спектрограф, квантометр, система ленгмюровских зондов и рентгеновский микроскоп.
В Отделении физики плазмы и электроники больших мощностей ИПФ РАН была разработана теоретическая база для лазерно-плазменного источника, использующего ксеноновую мишень.
В результате проведения экспериментальных исследований на испытательном стенде были получены следующие данные:
- реализован разряд с размером излучающей области 150х400 мкм,
- достигнут коэффициент конверсии лазерного излучения в рентгеновское около 3%, что уже достаточно для практического использования на промышленном рентгеновском литографе.
Полученный коэффициент преобразования лазерного излучения в рентгеновское находится на уровне 7,5%, что соответствует результатам, полученным при моделировании идеальных условий плазменной генерации (рис. 2).
Эксперименты показали, что ксеноновый источник не генерирует поток высокоэнергетичных ионов, способных повредить коллектор – в отличие от оловянного источника, применяемого в литографическом оборудовании ASML. Впервые зафиксирована высокая эффективность преобразования энергии лазерного излучения в рентгеновское при использовании непрерывной ксеноновой струи, что подтверждает возможность использования лазера мощностью в несколько киловатт. Для этой демонстрационной установки в Институте физико-технических проблем РАН разрабатывается твердотельный лазер с диодной накачкой на основе кристаллов иттрий-алюминиевого граната, легированного иттербием (Yb:YAG) с характеристиками лазерного импульса, которые позволяют достичь наивысшей эффективности преобразования энергии лазерного излучения в рентгеновское излучение, необходимое для работы литографа. Данный лазер заменит маломощный коммерческий лазер, который в настоящее время используется на стенде, и сделает возможным проведение ресурсных испытаний, необходимых для разработки лазерно-плазменного источника, таких как время жизни сопла, загрязнение и деградация коллектора, а также моделирование параметров источника, необходимого для промышленного литографа.
Данная работа была осуществлена при содействии Фонда перспективных исследований, Российского научного фонда и Передовой инженерной школы «Космическая связь, радиолокация и навигация» Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.
Авторский коллектив включал: А.Н. Нечай, В.Е. Гусева, А.А. Перекалов, С.С. Морозов, В.Н. Полковников, Н.Н. Цыбин, Н.И. Чхало; а также И.С. Абрамов, С.В. Голубев, Е.Д. Господчиков, А.Г. Шалашов, И.И. Кузнецов, О.В. Палашов.
Публикации:
- Перекалов А. А., В.Е. Гусева, А.Н. Нечай, Н.И. Чхало, П.А. Вепрев, А.И. Артюхов. Разработка экспериментальной установки для исследования параметров мощных лазерно-плазменных генераторов электромагнитного излучения // Журнал технической физики. – 2025. – Т. 95. – №. 9. – С. 1639-1646.
- И.С. Абрамов, С.В. Голубев, Е.Д. Господчиков, А.Г. Шалашов, А.А. Перекалов, А.Н. Нечай и Н.И. Чхало. Лазерная разрядка в высоконапорной струе тяжелого благородного газа: расширение излучаемого объема открывает перспективы для создания эффективного источника экстремально-ультрафиолетового (ЭУВ) излучения для литографии. Phys. Rev. Applied 23, 024004 (2025).
Информация и фото предоставлены пресс-службой ИПФ РАН