當前，光刻技術廣泛應用于微電子器件生產，可在硅片表面形成尺寸達數納米的微結構。微電路尺寸縮小趨勢對相應技術提出要求，研制超強真空紫外(VUV)輻射源至關重要，因其能在所需波長(約10 - 30納米)下工作，且輻射源是VUV光刻機的核心部件，設備生產率取決于其亮度、穩定性和功率等特性。

目前運行的光刻機中使用的真空紫外(VUV)輻射源多基于強脈沖二氧化碳激光器照射下落的熔融錫滴產生等離子體來獲取極紫外光。但這種方法存在不穩定問題，錫等離子體形成過程本質不穩定，且散射的錫會污染光學系統昂貴的反射鏡，導致需頻繁更換，無法實現長期穩定性。因此，創建穩定光源的替代方案至關重要。

與現有技術不同，俄羅斯專家此次使用大氣壓氙氣激光等離子體。實驗在新西伯利亞自由電子激光器(NFEL)進行，該裝置是俄羅斯科學院西伯利亞分校獨一無二的研究裝置，也是世界上唯一能夠產生穩定連續太赫茲激光放電的裝置。目前，物理學家們已獲得一個直徑為1毫米、溫度為5電子伏特、密度為3.5×10¹?厘米?³的準穩態球形等離子體，達到初步要求，正計劃開展進一步提高等離子體溫度的工作。若該概念能利用NFEL成功驗證，這項成熟技術可在基于俄羅斯科學院雅典娜物理研究所(IAP RAS)目前正在開發的太赫茲回旋加速器的更緊湊裝置中實現。相關成果已發表在《等離子體源科學與技術》期刊上。

從左至右：俄羅斯科學院理工學院高級研究員、物理學和數學博士 Alexander Sidorov，以及俄羅斯科學院西伯利亞物理研究所首席研究員、物理學和數學博士 Vitaly Kubarev 在國家科學與工程學院用戶站。攝影：T. Morozova。

俄羅斯科學院西伯利亞物理與數學研究所(INP SB RAS)首席研究員、物理與數學科學博士維塔利·庫巴列夫(Vitaly Kubarev)表示，NFEL是世界上唯一能產生連續準穩態太赫茲激光放電的激光器，太赫茲波段最適合在大氣壓下處理氣態介質。得益于采用一系列創新技術限制等離子體體積并使其穩定在NFEL輻射焦點附近，物理學家們能夠獲得上述準穩態等離子體，并通過平均功率僅為200W的脈沖周期性NFEL輻射維持。不過，他們希望達到更高的溫度，大約10–12eV，計劃通過提高NFEL的平均輻射功率來實現。在常規NFEL模式下，使用一個頻率為5.6 MHz的腔內光脈沖，可獲得200 W的平均NFEL功率和約1 MW的脈沖功率，但在NFEL中可使用兩個和四個腔內脈沖，平均功率將分別提高2倍和4倍，目前正對所有NFEL系統進行仔細調試和調整以實現這些模式。

除了使用亞毫米電磁輻射作為產生激光放電的工具外，新西伯利亞和下諾夫哥羅德物理學家的概念創新之處在于使用氙氣而非錫作為在此波長下輻射良好的化學元素。俄羅斯科學院雅典研究所高級研究員、物理學和數學博士亞歷山大·西多羅夫(Alexander Sidorov)評論稱，當提出在光刻技術中使用極紫外輻射的想法時，最初選擇了錫，但當掌握制作波長為11.2納米的優質多層鏡面技術后，氙氣成為該波段最理想的輻射源。目前，在NFEL進行研究工作的同時，為驗證新技術概念的可行性，俄羅斯科學院物理研究所(IAP RAS)正在升級其旗艦設備——回旋管，以便將來它們能在盡可能短的太赫茲波段工作，并實現盡可能高的平均功率。若一切順利，借助NFEL演示放電，使用回旋管(比NFEL更緊湊、更具可擴展性的裝置)的輻射，將獲得一個現成的可復制技術裝置。

這項工作得到了俄羅斯科學基金會的資助。