Absorption of laser radiation in a laser-produced plasma of Xe: hydrodynamic effects and nonequilibrium ionization

Abstract

Experiments on measuring absorption of an IR laser radiation in the laser-produced plasma of Xe are described. The absorbed fraction of up to 65% has been obtained when the gas-jet target was illuminated by a wide, defocused beam, whereas it barely reached 8.5% in the case of a sharply focused beam. The phenomenon is explained on the basis of a hypothesis of the plasma hydrodynamic expansion according to which the plasma leaves the illuminated area the faster, the smaller its size. Based on the experimental results, an attempt to estimate plasma parameters (N, T, <Z>) is undertaken, with the mean ion charge, <Z>, being calculated using ionization cross-sections for ions from +7Xe to +14Xe which were obtained by means of a quantum-mechanical numeric simulation especially for the present work. A similarity of the EUV output and the laser energy absorption as functions of the laser beam diameter needs an additional study in a future.

Xe лазерная плазма как эффективный источник рабочего излучения для нанолитографии с длиной волны вблизи 11 нм

“…По оценкам в [1] при таком соотношении "Xe источник" может быть использован в промышленной нанолитографии.Другой важный результат был получен в серии совместных измерений интенсивности EUV излучения из плазмы и поглощения в ней лазерной энергии при перемещении Xe мишени вдоль оси луча так, что диаметр освещаемой зоны (т. е. диаметр плазменного образования) изменялся от Dpl = 47 мкм вблизи фокуса до Dpl = 300-400 мкм в расфокусированном луче по обе стороны от фокуса. В противоположность общепринятому мнению оказалось, что обе измеряемые величины имеют максимумы не в районе фокуса, где максимальна интенсивность лазерного облучения, а в расфокусированном луче, причем глубина вариаций, например, EUV излучения составляет от 4-6 до 10-11 раз в зависимости от длины волны [3]. Выполненный в этом исследовании анализ показал, что основной причиной такого поведения излучения и поглощения является гидродинамическое истечение вещества плазмы за пределы освещаемой зоны, которое ограничивает время существования плазмы τpl ~ Dpl так, что τpl ≈ 10 нс (≈ τlas -длительность лазерного импульса) в широком луче, и τpl ≈ 2 нс при острой фокусировке.Для оптимального режима с Dpl ≈ 350 мкм была вычислена величина, так называемой, конверсионной эффективности, CE = EEUV/Elas, где EEUV -EUV энергия, излучаемая в полупространство в 2%-ой полосе вокруг выбранной длины волны, Elas -энергия лазерного импульса.…”