全固态高压脉冲电源在半导体光刻光源中的应用

简要回顾了半导体光刻的发展历程以及准分子激光作为光源在半导体光刻中的需求。简述了高压脉冲电源的基本原理及应用,介绍了全固态高压脉冲电源的结构和特点。着重阐述了全固态高压脉冲电源在光刻用准分子激光器和EUV光源中的应用。大功率半导体开关结合多级磁脉冲压缩开关的全固态脉冲电源有效替代传统基于闸流管的高压脉冲电源,实现了光刻光源高重复频率下的长寿命运行。介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所近十年来,在准分子激光器的全固态高压脉冲电源研究上的相关进展。最后,对未来半导体光刻光源对全固态脉冲电源的需求进行了展望。     

0.73 J脉冲能量KrF准分子激光器的特性

研制了一台KrF大能量准分子激光器,激光器采用紧凑型Chang电极与紫外火花预电离的结合, 实现了激活区大面积的均匀辉光放电,利用LC反转倍压以及一级磁脉冲压缩技术在放电电容上实现了峰值电压40 kV、脉冲上升时间约为100 ns的高压快脉冲激励。研究了工作气体含量对激光器能量输出的影响,在总气压3.3105 Pa,F2/He, Kr, Ne体积分数比值为1.97∶3.18∶94.85,充电电压27 kV时,得到了738 mJ的单脉冲能量输出,激光近场光斑30 mm14 mm,在充电电压23 kV时,全电效率最高,达到2.0%。     

焦耳级放电激励紫外预电离HF激光器

研制了一台采用紫外火花预电离和横向放电结构的非链式电激励脉冲HF激光装置,采用氢闸流管结合一级磁脉冲压缩开关的高功率电激励系统。实验研究了激光工作介质SF6,H2不同压强比和总工作气压对激光输出能量的影响,得出了最佳气体组分,确定了最佳工作气压。总气压在8.8 kPa,气体组分H2与SF6气压比为1:9时,获得最佳的激光输出,输出能量达到1.3 J,激光器的光电转换效率达到2.4%。:     

Laser-induced damage and periodic stripe structures of a CaF2 single crystal by an ArF excimer laser

The laser-induced damage threshold of a calcium fluoride(CaF2)single crystal was obtained by a 193 nm ArF excimer laser.The damage morphology of the crystal was analyzed.The results showed that the surface of CaF2 single crystal broke along the natural cleavage plane under ArF excimer laser irradiation,some fragments fell off,and Newton’s rings were observed on the curved fragments.Laser-induced periodic stripe structures(LIPSS)appeared on the surface layer beneath the fragments that peeled off.The spacing of LIPSS was measured,and the formation mechanism of LIPSS was analyzed based on the interference model.     

实用型放电泵浦XeF(B-X)准分子激光器

 研制了一台实用型放电泵浦的351 nm XeF(B-X)准分子激光器,激光器采用新型开关电源、结构紧凑型张氏电极及放电火花预电离的激光腔结构,通过优化储能电容和放电电容量及比值,选取合理的工作气体压力和配比,优化了激光器性能,提高了激光器输出参数:单脉冲能量153 mJ,平均功率12.9 W,转换效率最高达到0.88%,重复频率1~80 Hz,能量不稳定度小于4%,近场光斑尺寸7 mm×22 mm。激光器已应用到常规抗蚀剂曝光的印刷电路板(PCB)激光投影成像照明系统的实验中。     

准分子激光取样与电感耦合等离子体质谱和光谱联用分析仪器研究进展

将准分子激光剥蚀取样后的产物经由电感耦合等离子质谱与光谱分析,从而获得被激光剥蚀样品的元素与同位素含量信息,是迄今为止适应于表面原位微区分析最为重要的分析科学技术手段之一。基于准分子激光剥蚀取样技术分别与电感耦合等离子体质谱或发射光谱技术联用的分析手段, 已经被广泛应用于地质学、材料学、环境科学,甚至生命科学领域的原位微区分析研究当中, 并且分别体现了各自技术的优势：固体材料表面的原位微区激光剥蚀取样技术既可以获取被分析材料的原位微区信息（满足了需要空间高分辨的微区元素与同位素信息提取的需求）,又避免了样品预处理带来的可能污染问题,同时,脉冲宽度为纳秒或飞秒的深紫外准分子激光具有极高的能量密度,用于剥蚀固体材料表面取样产生的热效应较低,引起的化学元素和同位素分馏效应不明显,其剥蚀取样的产物（气溶胶）可以更为接近代表原被剥蚀固体材料表面的化学元素和同位素组成;电感耦合等离子质谱分析和光谱分析技术已被证明可以高质量地提供被分析样品的元素与同位素信息,激光剥蚀取样技术与电感耦合等离子体质谱分析技术联用已经为固体材料表面的原位微区元素和同位素分析,带来了大量可信的科学分析数据,近年来将质谱分析手段与光谱分析手段联用于等离子体分析,并应用于元素和同位素化学分析,利用质谱分析与光谱分析方法各自的优点,优势互补,旨在提高电感耦合等离子质谱和光谱技术的元素和同位素分析精度,有望成为了一种新的分析科学方案。从应用于原位微区微量元素与同位素化学分析的需求出发,介绍了基于准分子激光剥蚀取样技术和电感耦合等离子体质谱与光谱分析技术同步联用的分析技术方案,并对于研发相关分析仪器的进展进行了概括与展望。     

kHz准分子激光器全固态脉冲激励源

由于寿命制约,准分子激光器使用的传统放电开关闸流管不能满足准分子激光器高重复频率长期稳定工作运行的要求。设计了基于两级磁脉冲压缩技术的全固态脉冲功率模块,使用大功率半导体开关结合脉冲升压变压器产生s级的高压脉冲,利用磁脉冲压缩技术将上升时间为s级高压脉冲压缩至满足准分子激光器使用的上升时间为0.1 s级高压脉冲。在ArF准分子激光头上放电,获得激励脉冲的上升时间约为90 ns,放电电压16.5 kV,重复频率达到1 kHz,两级磁脉冲压缩开关能量传递效率达59.1%。     

准分子激光全固态脉冲电源设计与实验研究

 针对脉冲能量5~8 mJ的ArF准分子激光器,设计了基于可控硅开关结合三级磁脉冲压缩开关的全固态脉冲电源,采用国产可控硅和磁开关材料,获得了上升时间约150 ns,电压10~14 kV,传递能量0.35~0.68 J的激励脉冲,并实现了对准分子激光器快放电激励。三级磁开关总效率35%,分析表明磁开关损耗较大主要原因为电容能量转移不充分、导线铜损及磁芯材料铁损较大,并提出了相应改进办法。