[PWC-MEDIA] ARCNL persbericht: De bijzondere oorsprong van EUV licht in heet tin-plasma

  • From: Communications ARCNL <ARCNLcommunications@xxxxxxxx>
  • To: pwc-media@xxxxxxxxxxxxx <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Mon, 11 May 2020 17:03:54 +0200

De bijzondere oorsprong van EUV licht in heet tin-plasma 



Op aarde komt extreem ultraviolet licht (EUV licht) niet van nature voor, maar 
het kan er wel geproduceerd worden. In de nieuwste machines voor 
nanolithografie gebeurt dat met een ontzettend heet plasma van tin. 
Onderzoekers van ARCNL hebben in nauwe samenwerking met het Amerikaanse Los 
Alamos National Laboratory op atomair niveau ontrafeld hoe zo’n plasma EUV 
licht uitzendt en deden daarbij onverwachte ontdekkingen. Niet één, maar bijna 
álle aangeslagen energietoestanden van het tin blijken de juiste energie te 
hebben om EUV licht te kunnen uitzenden. De onderzoekers publiceren hun 
opmerkelijke bevindingen op 11 mei in Nature Communications.

  

De nieuwste state-of-the-art lithografiemachines gebruiken EUV licht om extreem 
kleine structuren te printen op een chip. EUV licht met een golflengte van rond 
de 13,5 nanometer kan efficiënt worden gereflecteerd met geavanceerdste 
multilaagsspiegels. De lichtbron in zulke machines is een tin-plasma: een 
druppel tin die met een laser zo heet gemaakt wordt dat een plasma ontstaat dat 
EUV-straling uitzendt. Hoe dat precies gebeurt, was één van de vragen die 
ARCNL-onderzoeker Oscar Versolato hoopte te beantwoorden met de ERC grant die 
hij in 2018 ontving. Samen met de Amerikaanse wetenschapper James Colgan is het 
zijn team gelukt om een veel completer en nauwkeuriger antwoord op die vraag te 
geven dan tot nu toe mogelijk was.

 
Energiepakketjes

“Als we tin extreem verhitten, tot wel 400.000 graden, vallen de atomen uiteen 
in losse elektronen en positief geladen tin-ionen met verschillende ladingen. 
Veel van die ionen zijn bovendien in een ‘aangeslagen’ toestand: één of 
meerdere van de elektronen die er nog omheen cirkelen hebben een extra portie 
energie. Ze cirkelen in een baan die verder van de atoomkern is verwijderd dan 
de dichtstbijzijnde. Als ze terugvallen naar een baan dichterbij de kern, komt 
die extra energie vrij in de vorm van EUV straling”, legt Versolato uit. “In 
een tin-ion kan één elektron zo’n pakketje extra energie hebben, maar het is 
ook mogelijk dat meerdere elektronen tegelijk zo’n energiepakketje hebben. Ze 
cirkelen in de eerste, tweede, derde of zelfs vierde schil rond de atoomkern. 
Wel is de waarschijnlijkheid dat een elektron in zo’n hogere aangeslagen 
toestand zit met elke stap omhoog steeds kleiner. Daarom werd algemeen 
aangenomen dat het EUV licht in tin-plasma vooral werd uitgezonden door 
elektronen in de eerste aangeslagen toestand.”

 
Experiment vs supercomputer

Omdat experimentele metingen aan het EUV-spectrum niet helemaal met die aanname 
overeenkwamen, vermoedden de onderzoekers dat ook de hogere energietoestanden 
een bijdrage leveren aan het EUV licht dat een tin-plasma uitzendt, maar hoe 
precies was onduidelijk. Versolato: “De enige manier om daar zekerheid over te 
krijgen, was door alle mogelijke energietransities in het tin-plasma door te 
rekenen, maar dat is een vrijwel onmogelijke klus. Het aantal mogelijke 
overgangen tussen energieniveaus voor elektronen in tin-plasma is meer dan tien 
miljard.”

Alleen een supercomputer heeft voldoende rekencapaciteit voor zulke 
berekeningen. Daarom zochten de fysici van ARCNL samenwerking met het Los 
Alamos National Laboratory, dat de beschikking heeft over supercomputers én 
experts op het gebied van atoomfysica. “We hebben daardoor voor het eerst 
ontzettend compleet en nauwkeurig in kaart kunnen brengen hoe het tin-plasma 
EUV licht uitzendt. En dat leverde verrassende inzichten op.”

 
Unieke EUV-bron

Door hun experimenten in het lab te vergelijken met de berekeningen van Los 
Alamos ontdekten de onderzoekers dat niet alleen elektronen die terugvallen uit 
de eerste aangeslagen energietoestand licht uitzenden van 13,5 nanometer. Ook 
elektronen in hogere schillen dragen bij, want het energieverschil tussen 
opeenvolgende aangeslagen toestanden is hetzelfde. “Dat betekent dat élk 
elektron dat naar een lagere energietoestand terugvalt, bijdraagt aan het 
uitzenden van 13,5 nanometer licht. Die eigenschap maakt tin-plasma uniek en zo 
ontzettend geschikt als EUV-bron”, zegt Versolato. 

Het fundamentele onderzoek met de tin-druppelbron en laseropstelling heeft de 
bijzondere eigenschappen van tin-plasma aan het licht gebracht. Versolato: “We 
hebben verrassende nieuwe kennis opgedaan over het ontstaan van EUV licht. Dat 
we nu beter begrijpen hoe het proces werkt, kan er in de toekomst mogelijk aan 
bijdragen dat we de EUV bronnen verder kunnen optimaliseren.”

 
 
Voor de redactie

 
Contactinformatie

Oscar Versolato

Groepsleider bij ARCNL en Associate Professor bij Vrije Universiteit Amsterdam

telefoon: 0208517154  

e-mail: o.versolato@xxxxxxxx <mailto:o.versolato@xxxxxxxx

 
Referentie

F. Torretti, J. Sheil, R. Schupp, M.M. Basko, M. Bayraktar, R.A. Meijer, S. 
Witte, W. Ubachs, R. Hoekstra, O.O. Versolato, A.J. Neukirch en J. Colgan, 
Prominent radiative contributions from multiply-excited states in 
laser-produced tin plasma for nanolithograph, Nature Communications 11, 2334 
(2020)

doi:10.1038/s41467-020-15678-y

 
Foto/Afbeelding

Bijschrift: Artist impression van het produceren van EUV licht. Door met een 
sterke laser een bolletje tin te verhitten ontstaat een plasma. Het EUV licht 
dat dit hete plasma uitzendt, wordt via een tralie op een detector 
geregistreerd. Credits: Tremani / ARCNL


 



Erny Lammers | Communicatie | AMOLF <http://www.amolf.nl/> &  Advanced Research 
Center for Nanolithography (ARCNL <http://www.arcnl.nl/> )| Postbus 41883 - 
1009 DB Amsterdam | Science Park 104 - 1098 XG Amsterdam | t: +31 (0)20 754 
7408 |e.lammers@xxxxxxxx <mailto:e.lammers@xxxxxxxx

Aanwezig: maandag, dinsdag, donderdag, vrijdag

 
Volg AMOLF op: Twitter | LinkedIn | YouTube 
<http://www.youtube.com/user/fominstituteamolf

Volg ARCNL op: Twitter 



Attachment: Artist impression van het produceren van EUV licht..jpg
Description: JPEG image

Other related posts:

  • » [PWC-MEDIA] ARCNL persbericht: De bijzondere oorsprong van EUV licht in heet tin-plasma - Communications ARCNL