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Sorgente di Radiazione EUV a Scarica

Referente: Dr. Luca Mezi
luca.mezi@enea.it

Fig. 1. Schema della sorgente
La sorgente di radiazione nell' Estremo UltraVioletto (EUV) a scarica si basa, essenzialmente, sulla generazione di una colonnina di plasma (10 mm di lunghezza,0.5 mm di diametro) in un tubo di allumina, in cui, dopo aver ottenuto un vuoto con pressione residua dell' ordine di 10-6 mbar, viene iniettato un basso flusso di xeno (circa 5 sccm) mantenendo una pressione di equilibrio nella cella da vuoto antistante di circa 5 x 10-3 mbar.
Il plasma di xeno viene generato facendo passare un breve impulso di elevata corrente (10 kA, durata 250 ns) nel capillare contenente xeno preionizzato, scaricando in esso, con una geometria a bassa induttanza, un condensatore cilindrico a glycol (50nF) caricato, tramite un modulatore a carica risonante, ad una tensione di circa 20 kV. Il plasma, dopo essere stato compresso verso l'asse del capillare dal campo magnetico generato dall'intensa corrente, e riscaldato ad una temperatura dell'ordine di 30-40 eV (circa 400.000 ░C), ricombinandosi emette radiazione elettromagnetica incoerente, avente uno spettro strutturato con vari picchi nell' EUV (l10nm).

Fig 2. Evoluzione temporale della corrente di scarica e dell'emissione di radiazione


Ad una frequenza di ripetizione di 10Hz, la stabilitÓ degli impulsi emessi dalla sorgente e' di circa il 5% r.m.s. L'efficienza di conversione dall'energia immagazzinata nel condensatore cilindrico alla radiazione EUV, risulta pari a circa 0.3% su 2 sr @ l = 13.5nm (lunghezza d'onda di interesse per la microlitografia EUV) su una banda spettrale del 2%. Gli impulsi di radiazione EUV (durata 60 ns FWHM) hanno una energia di circa 4 mJ/sr/shot nella suddetta banda, mentre l'energia emessa sull'intera banda da 10 a 20 nm Ŕ circa un ordine di grandezza superiore. Nella camera da vuoto per gli esperimenti, posizionata avanti alla sorgente, la radiazione emessa pu˛ essere raccolta in un cono di 60░ di apertura.
Il picco di emissione e la forma dello spettro[1], oltre che dalla natura del gas stesso, dipendono anche dal flusso dello xeno e dall' intensitÓ della corrente nel capillare. La sorgente pu˛, quindi, essere ottimizzata per la microlitografia a 13.5 nm od altre applicazioni.


Fig 3. Tipico spettro di emissione della sorgente


L'apparato progettato in collaborazione tra l'ENEA ed il Dipartimento di Fisica dell' UniversitÓ dell' Aquila nell' ambito del progetto europeo More-Moore (2004-2006) e di quello nazionale FIRB-EUVL (2003-2008) relativi alla microlitografia EUV, Ŕ ora operativo nei laboratori dell' ENEA (Frascati). Questa sorgente pu˛ essere impiegata per le seguenti applicazioni: imaging, microscopia e spettro-microscopia, microlitografia, generazione di centri di colore, ablazione di materiali, spettroscopia, metrologia e diagnostica di ottiche per EUV, X-Ray fluorescence, ecc.
L' impianto consente anche di offrire ad utenti esterni quali UniversitÓ, Enti di ricerca pubblici e privati e realtÓ industriali, servizi di irraggiamento per ricerche in campo biotecnologico, microelettronica e microdispositivi, partnership per ricerca congiunta, facility per test e taratura di rivelatori, spettrometri, ottiche e photoresist.

Fig. 4. La sorgente di radiazione EUV a scarica.


References:

  1. P. Zuppella, A. Reale, A. Ritucci, P. Tucceri, S. Prezioso, F. Flora, L. Mezi and P. Dunne: "Spectral enhancement of a Xe-based EUV discharge plasma source", Plasma Sources Sci. Tech., 18, 025014 (2009).
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