高壓電源技術在極紫外光刻光源中的核心應用與前沿突破
極紫外（EUV）光刻技術作為半導體制造進入7納米以下制程節(jié)點的關鍵支撐，其核心在于高效、穩(wěn)定的13.5納米波長光源的生成。而實現(xiàn)這一目標的核心驅動力之一，便是高壓電源技術——它通過精確控制等離子體的形成與激發(fā)過程，推動EUV光源向高功率、高穩(wěn)定性方向演進。
一、高壓電源在等離子體生成中的核心作用
EUV光源主要通過兩種技術路徑實現(xiàn)：激光產(chǎn)生等離子體（LPP） 和 放電產(chǎn)生等離子體（DPP）。兩者均依賴高壓電源實現(xiàn)等離子體的預電離與主脈沖激發(fā)：
預電離階段：
采用低壓預脈沖電源（電流幅值10–50 A，脈寬3–10 μs）對氙氣（Xe）等介質進行初步電離，生成+1或+2價態(tài)的低價態(tài)等離子體。此階段需保證等離子體密度適中，為后續(xù)主脈沖的能量傳遞奠定基礎。
主脈沖激發(fā)階段：
通過高壓脈沖（電流幅值25–40 kA，脈寬100–180 ns）施加洛倫茲力，使等離子體向軸心箍縮（Z箍縮效應），形成高溫高密度等離子體（密度達10¹? cm?³）。此時，Xe離子被進一步電離至+10價態(tài)，并在能級躍遷時輻射13.5 nm EUV光。
二、關鍵技術突破與設計創(chuàng)新
多級脈沖壓縮技術：
主脈沖電源采用三級磁脈沖壓縮網(wǎng)絡，將微秒級脈沖陡化為納秒級高壓脈沖（半波寬120 ns），提升電流上升速率至10¹² A/s，確保等離子體快速壓縮至臨界半徑（約300 μm），實現(xiàn)高效EUV輻射。
共用電極與冷卻系統(tǒng)：
創(chuàng)新性設計主脈沖高壓電極與預脈沖接地電極的共用電極結構，減少回路電感；同時集成水冷通道（雙循環(huán)路徑），解決電極因高電流放電（峰值15.6 kA）導致的燒蝕問題，延長光源壽命。
同步控制優(yōu)化：
預脈沖與主脈沖的延時精度需控制在納秒級。通過觸發(fā)控制單元實現(xiàn)雙路信號同步，確保預電離等離子體進入毛細管后，主脈沖高壓即刻加載，提升等離子體穩(wěn)定性與EUV輸出功率。
三、挑戰(zhàn)與前沿發(fā)展方向
碎屑控制：
DPP光源的電極燒蝕會產(chǎn)生金屬碎屑，污染光學系統(tǒng)。目前通過引入氬氣環(huán)境、磁過濾裝置及Wolter-I型多層反射鏡收集系統(tǒng)（內(nèi)嵌式設計），減少碎屑抵達光學界面的比例。
能效提升：
當前DPP光源的轉換效率約3–5%，低于工業(yè)級LPP光源（最高6%）。研究聚焦于混合氣體優(yōu)化（如Xe/He/Ar），通過調(diào)節(jié)氣體比例提升輻射功率，同時維持等離子體穩(wěn)定性。
固態(tài)脈沖電源集成：
新一代半導體開關器件（如SiC MOSFET）可替代傳統(tǒng)閘流管，實現(xiàn)更高重復頻率（10 kHz以上）和更緊湊的電源模塊，推動DPP光源向小型化、低功耗發(fā)展。
四、結論：高壓電源的協(xié)同創(chuàng)新價值
高壓電源技術從“能量傳遞效率”和“時序控制精度”兩個維度，決定了EUV光源的性能上限。隨著脈沖壓縮技術、熱管理方案及新型半導體器件的突破，高壓電源正推動DPP光源向高功率（>250 W）、低碎屑方向演進，為避開LPP技術專利壁壘、實現(xiàn)自主化EUV光刻提供了關鍵路徑。未來，其與光學收集系統(tǒng)（如反射鏡減損設計）、真空環(huán)境的協(xié)同優(yōu)化，將成為光源工業(yè)化的決勝戰(zhàn)場。
