本方案旨在指导用户使用集成的模拟框架，以实现极紫外（EUV）和新兴蓝光X射线（Blue-X）光刻技术中的锡碎屑控制，结合动力学建模、玻尔兹曼输运方程（BTE）以及基于密度泛函理论（DFT）的方法，评估离子相互作用和氢辅助清洗过程。
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本文内容
摘要
摘要
本方案是一种概念性、集成化的建模框架，通过代表性结果进行说明，指导用户结合玻尔兹曼输运方程（BTE）、粒子模拟-网格法（PIC）和动力学模拟，研究极紫外（EUV）光刻中的锡（Sn）碎片缓解问题。该方案涵盖Mo/Si多层膜镜面（MLM）的反射率、溅射产额、植入深度、动力学建模以及BTE计算。采用BTE和PIC模拟求解氢等离子体的电子能量分布函数（EEDF），并分析在不同等离子体条件下高能Sn离子的产生与加速过程。同时量化了氢气流对离子减速和辐射效率的影响。基于SnxHy物种的电离截面和解离通道，利用密度泛函理论（DFT）方法计算Sn-H碰撞的相互作用势，用于确定植入深度。此外，采用半经验公式计算Sn碎片与MLM表面Ru涂层相互作用所产生的MLM反射率和溅射产额。通过执行本方案，用户可获得与Sn碎片控制相关的关键物理参数，包括在不同氢等离子体EEDF条件下的溅射产额、植入深度、MLM反射率以及SH4的形成情况。这些输出结果可用于对EUV光刻系统中的污染、清洁和检测过程进行系统性评估。
引言
极紫外光刻（EUVL）是推动集成电路微型化的尖端技术，能够实现小于2 nm特征结构的图形化。在典型的EUV光源中，首先由Nd:YAG激光器的预脉冲将锡（Sn）微米级液滴汽化并电离，随后使用工作波长为10.6 µm的CO2激光器对生成的等离子体云进行再加热，从而产生极紫外辐射，并由Mo/Si多层膜镜（MLM）收集1,2。对于ASML等公司开发的商用系统，光源功率已达到可用于大规模生产的水平。然而，持续的研究——特别是在中国——仍集中在提升CO2激光产生的锡等离子体的效率上。
极紫外（EUV）光源面临的一个主要挑战是高能锡（Sn）离子的产生。使用高强度CO2激光脉冲照射锡滴会产生能量在keV量级的离子，这些离子可能损坏多层膜反射镜（MLM），从而缩短系统寿命3,4,5。为了减少离子引起的损伤，通常采用氢气（H2）作为缓冲气体。通过碰撞减速，H2可抑制锡离子的传输，减少到达光学元件的碎片。因此，可靠的阻止本领数据以及精确的Sn–H相互作用模型对于优化光源的效率和耐久性至关重....
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方案
注意：整体工作流程，包括流体、动力学和量子化学方法的整合。该工作流程如图1所示（红色框内部分）。
图1．极紫外光刻集成仿真框架示意图。缩写：MLM = 多层膜反射镜；PIC = 粒子模拟-网格法；BTE = 玻尔兹曼输运方程；EEDF = 电子能量分布函数。请点击此处查看此图的放大版本。
1. 多层膜反射率模拟
- 设置多层膜参数。在极紫外（EUV）光源中使用Mo/Si多层膜（MLM）作为集光器。定义Mo/Si多....
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结果
溅射产额的校准与验证
以氩原子在钌中的溅射产额作为校准步骤进行计算。这些溅射产额代表了方案第2.1步（Yamamura模型）的输出结果。结果如图5（左）所示。Wu等人26和Laegreid等人27报道的实验数据总体上具有一致性。本模型在入射能量高于80 eV时的理论结果与实验测量值符合良好。在低入射能量（<40 eV）下，相对于Wu等人数据的相对偏差约为60%。该对比可作为验证节点，确认方案第2.4步的正确执行。
根据此校准结果，计算得到入射到 Ru 上的 Sn 离子的溅射产额，如图 5（右）所示。这些结果代表了锡碎片建模实验步骤 2.4 的主要输出。在后续工作中，这些计算将扩展至 SiO₂ 和 TiO₂ 保护层。
Sn 在 Ru/Mo/Si 多层膜反.......
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讨论
结合玻尔兹曼输运方程（BTE）、粒子模拟（PIC）和动力学模拟的综合方法，为极紫外（EUV）光刻中锡（Sn）碎片缓解的研究建立了统一的框架。具体而言，流体模拟可获得等离子体参数——密度和温度，这些参数可被整合到PIC程序中，以获得SnxHy分子的时空分布。通过将这些PIC结果与来自DFT/TST计算的反应速率耦合，可对Sn-H物种进行完整的动力学研究。这种多尺度方法能够同时模拟等离子体动力学、离子输运和表面反应——这些过程对于提高光源效率和耐久性至关重要。近年来在精确截面和反应速率数据积累方面的进展，为Sn-氢体系的真实动力学模拟提供了坚实基础。
若干代表性结果证实了该方案的可靠性。如方案第2部分所述，对溅射产额模型的验证表明，在入射能量高于80 eV时，Ar在Ru中的实验数据与模型具有良好的一致性，证实了所采用相互作用势的适用性。在此基础上，计算了Sn在Ru中的溅射产额，为氧化物和氮化物保护涂层提供了参考数据。溅射产额计算的成功取决于靶材参数的准确性，因此这也是本模拟的局限所在。该模型对参数敏感，若缺乏准确的靶材参数，结果将不理想。如方.......
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披露
作者声明无利益冲突。
致谢
我们感谢国家自然科学基金委员会资助项目（编号：12374231）的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| BOLSIG+ | 实验室等离子体与能量转换中心，图卢兹第三大学 | 2025年4月24日更新版本 | |
| Gaussian | Gaussian公司 | Gaussian 16 | |
| RustBCA | 核能、等离子体与放射性工程系，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 | 1.2.0 |
参考文献
- O’Sullivan, G., et al. Spectroscopy of highly charged ions and its relevance to EUV and soft X-ray source development. J Phys B At Mol Opt Phys. 48, 144025(2015).
- Versolato, O. O. Physics of laser-driven tin p....
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