高压电源技术在极紫外光刻光源中的核心应用与前沿突破

极紫外（EUV）光刻技术作为半导体制造进入7纳米以下制程节点的关键支撑，其核心在于高效、稳定的13.5纳米波长光源的生成。而实现这一目标的核心驱动力之一，便是高压电源技术——它通过精确控制等离子体的形成与激发过程，推动EUV光源向高功率、高稳定性方向演进。 
一、高压电源在等离子体生成中的核心作用
EUV光源主要通过两种技术路径实现：激光产生等离子体（LPP） 和 放电产生等离子体（DPP）。两者均依赖高压电源实现等离子体的预电离与主脉冲激发： 
预电离阶段： 
   采用低压预脉冲电源（电流幅值10–50 A，脉宽3–10 μs）对氙气（Xe）等介质进行初步电离，生成+1或+2价态的低价态等离子体。此阶段需保证等离子体密度适中，为后续主脉冲的能量传递奠定基础。 
主脉冲激发阶段： 
   通过高压脉冲（电流幅值25–40 kA，脉宽100–180 ns）施加洛伦兹力，使等离子体向轴心箍缩（Z箍缩效应），形成高温高密度等离子体（密度达10¹⁹ cm⁻³）。此时，Xe离子被进一步电离至+10价态，并在能级跃迁时辐射13.5 nm EUV光。 
二、关键技术突破与设计创新
多级脉冲压缩技术： 
   主脉冲电源采用三级磁脉冲压缩网络，将微秒级脉冲陡化为纳秒级高压脉冲（半波宽120 ns），提升电流上升速率至10¹² A/s，确保等离子体快速压缩至临界半径（约300 μm），实现高效EUV辐射。 
共用电极与冷却系统： 
   创新性设计主脉冲高压电极与预脉冲接地电极的共用电极结构，减少回路电感；同时集成水冷通道（双循环路径），解决电极因高电流放电（峰值15.6 kA）导致的烧蚀问题，延长光源寿命。 
同步控制优化： 
   预脉冲与主脉冲的延时精度需控制在纳秒级。通过触发控制单元实现双路信号同步，确保预电离等离子体进入毛细管后，主脉冲高压即刻加载，提升等离子体稳定性与EUV输出功率。 
三、挑战与前沿发展方向
碎屑控制： 
   DPP光源的电极烧蚀会产生金属碎屑，污染光学系统。目前通过引入氩气环境、磁过滤装置及Wolter-I型多层反射镜收集系统（内嵌式设计），减少碎屑抵达光学界面的比例。 
能效提升： 
   当前DPP光源的转换效率约3–5%，低于工业级LPP光源（最高6%）。研究聚焦于混合气体优化（如Xe/He/Ar），通过调节气体比例提升辐射功率，同时维持等离子体稳定性。 
固态脉冲电源集成： 
   新一代半导体开关器件（如SiC MOSFET）可替代传统闸流管，实现更高重复频率（10 kHz以上）和更紧凑的电源模块，推动DPP光源向小型化、低功耗发展。 
四、结论：高压电源的协同创新价值
高压电源技术从“能量传递效率”和“时序控制精度”两个维度，决定了EUV光源的性能上限。随着脉冲压缩技术、热管理方案及新型半导体器件的突破，高压电源正推动DPP光源向高功率（>250 W）、低碎屑方向演进，为避开LPP技术专利壁垒、实现自主化EUV光刻提供了关键路径。未来，其与光学收集系统（如反射镜减损设计）、真空环境的协同优化，将成为光源工业化的决胜战场。