Synkronivalolähteitä EUV-litografiaan

Saksalais-kiinalainen tutkijatiimi on osoittanut kokeilujen avulla, kuinka monipuoliset mahdollisuudet synkrotronivalolähteiden käytöllä ovat.

Kiihdytinasiantuntijat Helmholtz-Zentrum Berlinistä (HZB), Saksan liittovaltion metrologisesta tutkimuslaitoksesta (PTB) ja Pekingin Tsinghuan yliopistosta ovat käyttäneet laseria manipuloimaan elektroninippuja PTB:n tutkimuslaitteistossa niin, että ne emittoivat voimakkaita valopulsseja jolla on lasermainen luonne.

Tätä menetelmää käyttämällä erikoistuneet synkrotronisäteilylähteet pystyisivät täyttämään aukon käytettävissä olevien valonlähteiden arsenaalissa ja tarjoamaan prototyypin teollisiin sovelluksiin.

Tieteellisen tutkimuksen valonlähteet perustuvat kookkaisiin hiukkaskiihdyttimiin. Varastorengastyyppisissä synkronisäteilylähteissä elektroniniput liikkuvat renkaassa miljardeja kierroksia, minkä jälkeen ne tuottavat nopeasti peräkkäin erittäin kirkkaita valopulsseja. Sitä vastoin vapaaelektronilasereiden (FEL) elektroniniput kiihtyvät lineaarisesti ja sitten emittoivat yhden superkirkkaan lasermaisen valovälähdyksen.

Nyt tutkijatiimi on osoittanut, että synkrotronisäteilylähteessä voidaan tuottaa pulssimalli, joka yhdistää molempien järjestelmien edut. Heidän synkrotronilähde tuottaa lyhyitä, intensiivisiä elektronien mikronippuja, jotka tuottavat säteilypulsseja, joilla on lasermainen luonne, mutta jotka voivat myös seurata toisiaan tiiviisti peräkkäin.

Idea "Steady-State Microbunching" (SSMB) kehitettiin noin kymmenen vuotta sitten Stanfordin yliopistossa. Sen on ehdotettu tuottavan suurella toistolla suuritehoista säteilyä aallonpituuksilla, jotka vaihtelevat terahertseistä äärimmäiseen ultraviolettiin. Fyysikko Xiujie Deng Pekingin Tsinghuan yliopistosta on tutkinut aihetta teoreettisesti ja siten tätä työtä pohjustaen.

HZB:n kiihdytysfyysikot operoivat PTB:n Metrology Light Sourcea (MLS), joka on ensimmäinen valonlähde maailmassa, joka on suunnitellusti optimoitu toimimaan tilassa, jossa elektroninippuja voidaan lyhentää huomattavasti.

Optisen laserin valon tarkan tahdistuksen avulla moduloitiin MLS:n elektroninippujen elektronien energiaa. "Tämä saa muutaman millimetrin pituiset elektroniryhmät hajoamaan mikronipuiksi tarkalleen yhden varastorengaskierroksen jälkeen ja sitten lähettämään valopulsseja, jotka vahvistavat koherentisti toisiaan kuin laserilla", kertoo Jörg Feikes.

"Tulevien SSMB-lähteiden kohokohta on se, että ne tuottavat lasermaista säteilyä myös "valon" näkyvän spektrin ulkopuolella, esimerkiksi äärimmäisen ultravioletin (EUV) -alueella", kommentoi professori Mathias Richter.

Pulssit ovat intensiivisiä, fokusoituja ja kapeakaistaisia. Niissä yhdistyvät synkrotronivalon ja niin sanottujen FEL-pulssien edut.” Feikes lisää: "Tämä säteily soveltunee teollisiin sovelluksiin. Ensimmäinen SSMB-pohjainen valonlähde, joka soveltuu erityisesti EUV-litografiaan, on jo suunnitteluvaiheessa Pekingin lähellä."

Aiheesta aiemmin:

Lasereita piisirulle ja hiukkaskiihdyttimiin

Hiukkaskiihdytin mikropiirille