杏彩体育官网一目了然，遵照摩尔定律，每块芯片的晶体管数目简直每两年翻一番。光刻判袂率R取决于光源波长λ、数值孔径NA和工艺参数 k1，如下所示、

为了连结摩尔定律的有用性，光源波长慢慢变得越来越短，这是由于判袂率与波长成线性比例。EUV光刻波长为13.5 nm，契合Mo/Si多层反射镜的反射率。几年前为了竣工高批量坐褥(HVM)，正在EUV光刻身手中起源操纵250 W激光爆发的等离子体(LPP)源。正在LPP光源中，由CO2驱动激光器和锡液滴爆发的锡等离子体为拥有EUV光源的光刻机编造供给激烈的EUV光。锡的碎屑对反射式集光镜的污染是该编造的合键题目之一。EUV光刻的另一个题目是随机效应。正在极紫表光刻身手中，因为光子能量高得多，正在相似剂量下，晶片上单元面积罗致的光子数要比准分子激光器少得多。假设曝光能量不够，晶圆上会展示随机图案缺陷。为了抑低正在很高产能含糊量的境况下的EUV随机效应，需求很高的EUV功率。对付来日光刻机的最大产能含糊量，需求估算出减轻随机效应所需的EUV功率。3nm节点所需的EUV功率大于1.5 kW, 2nm节点所需的EUV功率大于2.8 kW。是以，来日EUV光刻身手将需求更宏大的EUV光源。

自正在电子激光器（FELs）大致分为两品种型，即振荡器型FEL和自愿辐射（SASE）型FEL。正在振荡器型FEL中，来自电子加快器的电子束正在一个螺旋波管内发出光，与振荡器中存储的光互相功用，并放大FEL光。然而，因为短波光的镜面反射率较低，谐振型FEL的波长被限度正在约莫100纳米以上。正在自愿辐射SASE型FEL中，高质料的电子束通过加快器自愿辐射，正在一个波荡管内自放大，无需振荡器和表部种子光。这品种型极端合用于EUV自正在电子激光（EUV-FEL）等短波长FEL。用于SASE-FEL的线性加快器（直线加快器）也分为两种，即旧例导体（NC）和超导体（SC）直线加快器。旧例导体直线加快器用于很多FEL办法，如LCLS、SACLA、FERMI、SwissFEL、PAL-XFEL等，但电子束的均匀电流受热负荷限度，平时不抢先约100 nA，以避免加快器腔体的变形。比拟之下，超导体直线加快器因为热负荷极低，拥有更高的束团反复频率和均匀电流（平时为几十微安）杏彩体育官网，目前正在FLASH和European XFEL中运转，并将用于LCLS-II和SHINE项目。超导体直线加快器更适合高功率FEL。

能量接纳线性加快器（ERLs）比拟上述没有能量接纳的寻常直线加快器，能供给更宏大的FEL驱动才干。图1显示了寻常直线加快器和ERL的示妄图。正在寻常直线加快器中，加快的电子束正在FEL发射后随即被扔掉。比拟之下，正在ERL中，通过轮途将加快的电子束返回主直线加快器，减速至挨近初始注入能量，实行能量接纳，然后扔掉电子束。注入器中的低能量束和轮途中的高能量束瓜代通过主直线加快器的加快和减速RF射频阶段。是以，主直线加快器中的加快能量取得接纳，扔掉的束团功率和活化电子被大幅删除。是以行为结果，ERL可能竣工更高的束团反复频率和均匀电流（平时为0.1到10毫安），以供给更高的FEL功率。目前或也曾运转的几个10至160兆电子伏特的ERL搜罗Jefferson Laboratory的ERL-FEL、BINP的Novosibirsk ERL和Daresbury Laboratory的ALICE。比如，Jefferson Laboratory的ERL FEL通过操纵谐振型FEL，竣工了抢先10千瓦的红表功率。基于ERL的EUV-FEL可能通过操纵能量接纳计划和超导加快器身手，降服眼前EUV光刻的题目，成为最宏大的EUV光源。

本文安排并探求了一种基于ERL的EUV-FEL光源，用于来日光刻，并正在前面的著作中阐清晰EUV-FEL光源的安排理念和来日远景。本文正在概述了EUV-FEL光源的底子上，核心阐明了EUV-FEL光源的上风特征，从而清楚周至地涌现了EUV-FEL光源与LPP光源的区别。EUV-FEL光源极高的功率机能是通过一种全新的原原本本周至仿真来预测取得的。通过仿真策画取得的EUV功率明明高于以往发布的著作所述。光束线中合节组件的观念安排，此中激烈的FEL光从EUV-FEL通报到多个光刻机。别的，提出了不妨的BEUV- fel升级计划，并将模仿的BEUV- fel光谱与BEUV多层镜面的实测反射率弧线实行了比力。本文还夸大了正在High-NA光刻中，对FEL光的偏振限度对付充足诈骗偏振效应短长常紧要的，通过咱们所提出的计划可能通过连结较高的FEL增益和功率来竣工。别的，还估算了EUV FEL光源的电力花消、筑筑和运转本钱，并与LPP光源实行了比力。本文还先容了操纵紧凑型ERL (cERL) IR-FEL的EUV-FEL光源的观念验证(PoC)和PoC演示的庞大发展。最终扼要先容了cERL来日大功率FEL操作的最新发展。

图1所示。(a)寻常直线和(b) ERL的示妄图。正在ERL中，加快束流正在FEL发射后以RF减速阶段返回主直线加快器以还原加快能量，正在减速后被倾倒到注入能量，而正在寻常直线加快器中，加快束流正在FEL发射后随即被倾倒而不还原能量。

咱们安排并探求了基于ERL的高功率EUV-FEL光源。图2涌现了EUV-FEL光源的示妄图和安排参数。正在该光源中，由电子枪爆发的电子束，带电量为60皮库仑，以162.5兆赫的束团反复频率实行加快，起初正在注入器超导线兆电子伏特，然后正在主超导线兆电子伏特。加快的束团正在第一弯曲段通过磁束聚缩实行纵向压缩，以便正在扭转加快器中的多个螺旋波管编造中爆发高功率的EUV光。正在FEL激射后，电子束通过第二弯曲段正在减速的RF相位返回主超导线性加快器，然后正在主加快器中实行能量接纳，并正在束流转储处倾倒。通过这种能量接纳计划，竣工了高达10毫安的均匀电流，以供给抢先10千瓦的高功率EUV光。主加快用具有64个9腔超导腔体，加快梯度为12.5兆伏每米或更高。注入器和主加快器的射再三率为1.3GHz，是束团反复频率的八倍。

.图2显示了基于ERL的EUV-FEL光源的示妄图和安排参数。电子束带电量为60皮库仑，束团反复频率为162.5兆赫，历程加快到达800兆电子伏特，并通过扭转爆发抢先10千瓦的高功率EUV光。正在FEL激射后，电子束返回主超导线性加快器实行能量接纳，并正在束流扔掉处实行扔掉。

EUV-FEL光源的合键组件搜罗一个阴极直流电子枪、一个注入器超导腔体、一个主线性加快器超导腔体、一个用于FEL编造的动摇器和两个用于束控和抑低合连同步辐射效应的弧型分段。这些组件中的大一面都正在高能加快器探求机构（KEK）实行了探求和开辟，基于现有身手实行，以尽速将EUV-FEL光源工业化。合于合键组件的研发细节详见参考文件。

与LPP光源比拟，EUV-FEL光源拥有几个甜头。EUV- FEL光源可能爆发抢先10 kW的高功率EUV光而不含锡碎屑，是以，它可能同时为10台光刻机供给抢先1 kW的EUV功率，而不会对Mo/Si反射镜酿成锡污染。别的，EUV-FEL可升级为BEUV-FEL，爆发更短波长(6.6-6.7 nm)的EUV光源竣工更精巧的图案。别的，它还可能对High-NA光刻中FEL光的偏振实行可变限度。别的，还可能消浸每台光刻机的电力花消和本钱。EUV-FEL光源的甜头将鄙人面更详尽地描摹。

图3和图4显示了一个新的EUV-FEL光源的原原本本周至模仿结果，以涌现其高功率机能。正在此模仿中，采用了一种新的喷射器参数优化，以最幼化喷射器出口的纵向发射度，而不是横向发射度。正在整体光源中引入纵向空间电荷(SC)效应，使模仿尤其切确和确切。仿线为打针器出口、主直线电弧段磁束压缩后的FEL入口，束荷为60 pC时的模仿电子束散布图。对光源参数实行了优化，使FEL入口处的FEL参数(皮尔斯参数)最大化。束压缩使电子束正在FEL入口处的峰值电流大大普及到700a以上。束长和能量扩散分散为39 fs和0.1%，准则化水准和笔直发射分散为2.0和0.9 mm·mrad。

图3所示。正在跟踪粒子数为50万的境况下，模仿优化了60 pC束荷正在喷射器出口、第一电弧入口和FEL入口的电子束散布。因为第一电弧段的磁束效应，使FEL入口的峰值电流大大添补到700 A以上。

图4(a)和图4(b)显示了模仿的FEL脉冲每电子束能量与FEL出口的动摇器截面长度和FEL功率谱的合联。因为拥有FEL波长周期的电子束的微束正在动摇器中成长，而且微束光束合连地辐射EUV光，是以FEL脉冲能量快速添补，直到正在50 ~ 60 m处到达饱和，如图4(a)所示。正在FEL出口处的脉冲能量为109.4μJ，最佳线 MHz, FEL功率为17.8 kW。假设束反复频率可能添补一倍至325 MHz，则EUV功率正在约20 mA时添补到35.5 kW。仿真结果解说，EUV-FEL光源拥有杰出的大功率机能。FEL光谱宽度幼于0.1 nm，窄到足以满意Mo/Si镜面反射率，如图4(b)所示。因为FEL的发射，能量扩散从0.1明显添补到0.34%。然而，正在这个模仿中，纵使正在自正在电子激光器历程拥有典范孔径的束流管后，电子束也告捷地正在没有任何束流耗费的境况下传输。采用GPT、GENESIS和ELEGANT三种仿真代码分散对喷射器、自正在电子束流编造以及搜罗主直线回途和再轮途正在内的其他一面实行仿真。对付未酌量的光束动力学和种种差错的影响，需求进一步的仿线所示。(a)模仿FEL光源每电子束的FEL脉冲能量随动摇器截面长度(无锥度和最佳线%)的函数合联;(b) FEL出口的FEL功率谱。正在束反复频率为162.5 MHz时，策画取得的EUV-FEL功率正在9.75 mA时为17.8 kW，正在325 MHz时为19.5 mA时为35.5 kW。EUV-FEL光谱的波带宽度足够窄，以折线暗示的Mo/Si镜面反射率。

需求一条光束线将EUV光从EUV- fel光源传输到LSI晶圆厂的光刻机。平常入射EUV-FEL光的每脉冲能量密度约为10 mJ cm−2，横向尺寸为~ 1 mm2，正在间隔FEL出口3 m处的FWHM半波带宽度脉冲长度为~ 100 fs。它低于Mo/Si多层和Si的烧蚀阈值，正在SACLA-BL1操纵两个光源，等离子体激光器和EUV-FEL试验估量的烧蚀阈值约为20 mJ cm-2，而且不依赖于脉冲长度幼于10ps。别的，正在光束线的观念安排中，FEL光起初通过弯曲掠射镜笔直扩展，然后通过决裂的多弯曲镜水准扩展和阔别10个光刻机，如图5所示。正在间隔多曲面反射镜3 m处，极紫表光的能量密度降至约2.5μJcm−2。准直镜编造对FEL光实行扩展和阔别后，可能很好地调剂各扫描编造的光斑尺寸。这些反射镜是全反射镜，拥有相当幼的掠射角，可能全部反射EUV光而不会酿成烧蚀毁伤。是以，来自光源的EUV光被传输到每个光刻机编造的第一个Mo/Si反射镜，没有明明的损耗和反射镜损坏。

图5所示。光束线中EUV-FEL光的照料。(a)用幼掠射角弯曲掠射镜笔直扩展EUV-FEL光。(b)分段多曲面反射镜对EUV-FEL光的水准扩展和阔别。光束线上的全反射镜使自正在电子激光器的能量密度从10μjcm−2消浸到2.5μJ cm−2。改编自Ref. 9。

图6(a)至6(c)示妄图显示了从EUV-FEL光源升级到BEUV-FEL光源的三种不妨计划。图6(a)中的第一种计划相当粗略，基于单回途结构。因为正在相似的动摇周期和场域中，FEL波长与光束能量的平方成反比，是以主直线的平方根，光束能量添补到1.13-1.14 GeV，波长缩短到6.6-6.7 nm，约为EUV波长的一半。因为FEL的饱和长度与光束能量成正比，是以动摇器的截面长度也添补了。此表两种计划是基于双环结构，不显着添补光源长度。正在图6(b)所示的第一个双回途结构中，主直线加快器的总长度添补，但被分成两一面。需求安排和增加每个合键由三个或四个弯曲磁铁构成的兼并器和扩展器以邻接两个环途，而不会明显消浸波束质料。两束差异能量的光束由合成器兼并，由扩频器阔别。正在图6(c)所示的双回线结构中，光束被主直线加快器加快两次杏彩体育官网，是以主直线加快器长度褂讪或可能减幼。相反，主直线加快器中的光束电流和热负荷简直添补了一倍。咱们可能遵照园地尺寸和应允空腔热负荷等光源条目挑选此中一种。大大都EUV-FEL元件正在每种计划中都可能正在BEUV-FEL光源中反复操纵。图6(d)显示了模仿的BEUV-FEL光谱。该光谱的带宽(~ 0.04 nm)比图6(e).21中丈量的BEUV反射镜反射率窄，这意味着基于ERL的FEL也是BEUV光刻的有前程的光源。

FEL光的偏振特质可用于High-NA光刻。如式(1)所示，光刻判袂率与NA成反比，纵使光源波长褂讪，NA越高，判袂率也越高。图7(a)和7(b)显示了两个平面波正在High-NA装备下以差异旅途散播的示妄图，以及两个波的互相过问爆发的光强度行为s偏振和p偏振形式正在晶圆上位子的函数。

此中，θ为入射角，n为折射率，x为焦平面上的水准位子，I0为每个入射平面波的强度。NA由n·sinθ界说，n正在氛围中等于单元。正在s偏振光中，两个波的电场正在x = 0处全部过问，由于它们是平行的。另一方面，正在p偏振光中，电场唯有一面过问，由于它们有差异的对象。(Imax−Imin)/(Imax +Imin)界说的图像对照度对付s偏振光为1，对付p偏振光为cos2θ。p偏振光的强度和对照度随入射角的增大而减幼。结果解说，s偏振光正在High-NA光刻成像中拥有比p偏振光更好的机能。试验也证明了这种High-NA构型的极化效应。是以，为了正在High-NA光刻中充足诈骗偏振效应优化成像品德，对FEL光源的偏振限度相当紧要。

图6所示。三种不妨的BEUV-FEL升级计划基于(a)单环结构，(b)双环结构，主直线加快器分为两个一面，(c)双环结构，操纵一半或更短的主直线加快器实行两次加快。(d)模仿BEUV-FEL光谱。经Ref. 20许可改编。(e)测得的BEUV镜面反射率。经Ref. 21许可改编。

图7所示。(a) s偏振和(b) p偏振形式下，两个平面波正在High-NA装备下以差异旅途散播的示妄图，以及两个波的过问所给出的光强随晶圆上水准位子x的函数。

咱们提出了EUVFEL和BEUV-FEL光源的偏振限度计划，如图8所示。正在FEL编造中，大大都的动摇器都采用圆极化(螺旋)动摇器，以获取比线性极化动摇器更高的FEL增益和功率。另一方面，正在最终几个动摇中采用了带有偏振限度机构的变极化动摇器。Apple-2型等可变偏振动摇器可能通过滑动四个磁体阵列来限度动摇光的偏振，爆发水准和笔直的线性偏振以及圆偏振。电子束的微聚束正在螺旋动摇中成长优秀，而来自螺旋动摇的FEL光正在动摇段中遗失和稀释。从微束光束发出的FEL光的最终偏振状况合键是由下游的变偏振动摇肯定的。因。