波长在13.5nm的极紫外光刻技术作为传统光刻技术的延续,已被认为是下一代最先进的光刻技术之一。激光产生等离子体(LPP)方法在产生极紫外光源时具有较高的转换效率,低碎屑,光源尺寸小等优点,因此被认为是最有潜力的极紫外光源产生方案。极紫外光谱辐射来源于等离子体中多电荷态离子的高能激发态的能级跃迁,研究等离子体中多电荷态离子分布以及其动力学演化,理解激光等离子体基本物理过程,对于优化提高能量转换效率至关重要。为深化理解激光烧蚀与等离子体形成过程,本文利用发射光谱(OES)和改进的飞行时间质谱(TOF-MS)装置,对激光烧蚀Sn等离子体进行了物种诊断。详细研究了Sn等离子体中电荷态分布以及物种的时间演化,分析了激光烧蚀产生的Sn等离子体膨胀特征,讨论了多电荷态离子产生的基本物理过程,具体研究内容和结果如下:1.改进了TOF-MS等离子体诊断系统,提高TOF-MS装置的分辨率。采用粒子速度限制器对激光烧蚀产生的等离子体进行约束,限制等离子体中粒子横向扩散,使得有限空间范围的粒子被脉冲电场引出并探测。改进后的装置解决了测量时初始横向速度展宽太大的测量问题,谱线的半峰宽减小,分辨率大幅提高。2.通过对真空下激光烧蚀产生Sn等离子体的发射光谱时间分辨测量,研究了Sn离子和原子的时间演化,分析了激光能量对于光谱特征谱线的影响,并对等离子体的电子激发温度和电子密度进行计算。时间演化结果表明,在延时在120 ns至1200 ns的范围内,随着延时时刻的增加,Sn等离子体发射光谱的特征谱线强度在逐渐降低,Sn一价离子谱线的强度要比Sn原子谱线的强度下降幅度更快;随着激光能量的降低,特征谱线的强度逐渐降低,特征谱线的个数也在减少。随着延时的增加,等离子体温度密度都在降低。激光能量越低,电子激发温度和电子密度也越低。3.利用TOF-MS等离子体诊断系统对不同激光功率密度下激光烧蚀产生Sn等离子体中的带电物种分布及其时间演化进行了诊断和分析。随着激光功率密度增加,Sn等离子体中物种电荷态数也随之增加,激光功率密度为7.0 GW/cm~2时,电荷态达正六价。不同电荷态离子在等离子体膨胀过程中发生了空间分离现象,导致不同电荷态到达其峰值对应的时间有所差异,并且价态越高的离子扩散速度越快。估算得到不同电荷态的速度范围为0.82 km/s-6.7 km/s,对应的动能范围为0.041 keV-2.77 keV。不同电荷态离子的空间分离现象与激光烧蚀过程中形成的瞬态等离子体鞘层加速有关。