Способ получения коротковолнового излучения из плазмы вакуумного разряда

Изобретение относится к способу эффективного получения коротковолнового, в частности, экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения из плазмы импульсных вакуумных разрядов преимущественно с вращающимися электродами. Изобретение может быть использовано для ЭУФ литографии, в частности, на длине волны λ=13,5 нм, соответствующей эффективному отражению зеркальной Mo/Si оптики. Способ получения коротковолнового излучения из плазмы вакуумного разряда заключается в облучении одного из электродов, покрытого плазмообразующим веществом, сфокусированным лазерным лучом и осуществлении основного разряда между электродами с помощью импульсного источника питания. Основной разряд осуществляют с временной задержкой после воздействия лазерного луча, и в течение временной задержки формируют вспомогательный разряд между электродами с помощью вспомогательного импульсного источника питания, причем вспомогательный импульсный разряд осуществляют током, направление которого противоположно направлению тока основного разряда, с энерговкладом, меньшим по сравнению с энерговкладом в основной разряд. Технический результат - увеличение эффективности преобразования вложенной в разряд электрической энергии в энергию коротковолнового излучения, повышение пространственной и энергетической стабильности излучающей плазмы, а также уменьшение ее эффективного размера. 3 ил.

 

Изобретение относится к способу эффективного получения коротковолнового, в частности, экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения из плазмы импульсно-периодического вакуумного разряда преимущественно с вращающимися электродами. Область применений включает ЭУФ литографию, в частности, в спектральной полосе 13.5±0.135 нм, отвечающей диапазону эффективного отражения зеркальной оптики с Mo/Si покрытием.

Известен способ получения коротковолнового, в частности, ЭУФ излучения из лазерной плазмы, в том числе получаемой в режиме с высокой частотой следования импульсов, при фокусировке импульсного лазерного пучка на субмиллиметровой мишени, содержащей рабочее вещество, линии излучения ионов которого находятся в нужной области ЭУФ диапазона [1]. В указанном способе осуществляют подачу следующих друг за другом твердых или жидких субмиллиметровых мишеней, содержащих рабочее вещество, такое как олово (Sn), литий (Li), ксенон (Xe), на которые фокусируют мощное лазерное излучение с высокой частотой повторения импульсов. Одним из достоинств устройства является малый, около 1 мм, размер плазмы, излучающей в ЭУФ диапазоне, что отвечает требованиям, предъявляемым к источникам излучения для ЭУФ литографии. Недостатком источника коротковолнового излучения на основе лазерной плазмы является его малая, по сравнению с газоразрядными ЭУФ источниками, эффективность. Некоторое повышение эффективности возможно при последовательном воздействии на мишень двух лазерных импульсов различной энергии и длительности. Другой недостаток связан со сложностью обеспечения пространственной стабильности излучающей плазмы из-за трудностей согласования времени генерации лазерного импульса с временем прохождения очередной мишени через область фокусировки луча.

Частично этих недостатков лишен способ получения коротковолнового излучения из плазмы разряда пинчевого типа в газе, преимущественно в Xe [2]. В указанном способе перед зажиганием разряда пинчевого типа осуществляют вспомогательные разряды для предыонизации разрядной области и для формирования на ее периферии начальной токово-плазменной оболочки, что повышает энергетическую эффективность и пространственную стабильность ЭУФ источника малого размера. Способ предусматривает, в том числе, использование вращающихся электродов для обеспечения высокого ресурса работы источника излучения. Недостатком указанного способа являются ограниченные возможности повышения частоты следования разрядных импульсов и мощности источника излучения. Другим недостатком указанного способа является его низкая эффективность по сравнению со способом получения коротковолнового излучения из плазмы импульсного вакуумного разряда с использованием в качестве плазмообразующего вещества материала электрода, в частности олова (Sn).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения коротковолнового излучения из плазмы вакуумного разряда, заключающийся в облучении сфокусированным лазерным лучом одного из электродов, покрытого плазмообразующим веществом, и осуществлении с помощью импульсного источника питания основного разряда между электродами [3]. В прототипе разряд производят между вращающимися электродами, на которые непрерывно наносят слой плазмообразующего вещества, в частности жидкого олова. Разряд осуществляют непосредственно после перекрытия разрядного промежутка лазерной плазмой в результате ее распространения от одного вращающегося электрода к другому. Область плазмы, излучающей в коротковолновом диапазоне, расположена преимущественно вблизи электрода, на котором производят генерацию лазерной плазмы. В связи с этим полярность электродов обычно выбирают той, при которой достигается меньший размер области плазмы, излучающей в коротковолновом диапазоне.

Прототип позволяет обеспечить большое время жизни электродов при высоких средней мощности и эффективности коротковолнового излучения.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая для индустриальных применений пространственная и энергетическая стабильность источника коротковолнового излучения. Указанный недостаток частично обусловлен тем, что точная привязка разряда осуществляется на поверхности только одного из электродов - с помощью лазерного луча. Излучение малой яркости из области разрядной плазмы вблизи другого электрода, которая характеризуется большим размером и не имеет точной привязки к поверхности электрода, не используется. Обладая меньшей пространственной и энергетической стабильностью от импульса к импульсу, оно снижает кпд и стабильность источника коротковолнового излучения из плазмы малого объема вблизи электрода, облучаемого лазером.

Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности преобразования вложенной в разряд электрической энергии в энергию коротковолнового излучения, повышение пространственной и энергетической стабильности излучающей плазмы, а также уменьшение ее эффективного размера.

Указанная задача осуществлена усовершенствованием способа получения коротковолнового излучения из плазмы вакуумного разряда, заключающегося в облучении сфокусированным лазерным лучом одного из электродов, покрытого плазмообразующим веществом, и осуществлении с помощью импульсного источника питания основного разряда между электродами.

Усовершенствование способа состоит в том, что основной разряд осуществляют с временной задержкой после воздействия лазерного луча, и в течение временной задержки формируют вспомогательный разряд между электродами с помощью вспомогательного импульсного источника питания, причем вспомогательный импульсный разряд осуществляют током, направление которого противоположно направлению тока основного разряда, и с энерговкладом, меньшим по сравнению с энерговкладом в основной разряд.

Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежами.

На фиг.1 схематично изображен вариант устройства, реализующего способ получения коротковолнового излучения из плазмы вакуумного разряда. На фиг.2а представлены изображения разрядной плазмы при использовании только основного разряда с оптимальной полярностью, на фиг.2б - с применением как основного, так и вспомогательного разрядов различной полярности.

Устройство, реализующее способ получения коротковолнового излучения из плазмы вакуумного разряда содержит электроды - 1, 2, выполненные, например, в виде вращающихся дискообразных элементов. Периферийные части поверхности электродов - 1, 2 покрыты слоями - 3, 4 плазмообразующего вещества, преимущественно жидкого олова. Устройство также содержит импульсный источник питания вспомогательного разряда - 5, лазер - 6 с оптической системой транспортировки и фокусировки луча на поверхность электрода - 1 и импульсный источник питания основного разряда - 7. Импульсные источники питания - 5, 7 подсоединены к вращающимся электродам с помощью скользящих контактов, не показанных на чертеже. Для подачи и формирования на электродах слоев - 3, 4 плазмообразующего вещества устройство, реализующее способ получения коротковолнового излучения из плазмы вакуумного разряда, содержит инжекторы - 8, 9 и системы - 10, 11 регенерации поверхности электродов.

Способ получения коротковолнового излучения из плазмы вакуумного разряда реализуют следующим образом.

Производят равномерное вращение дискообразных электродов - 1, 2, покрытых слоями - 3, 4 плазмообразующего вещества. В качестве плазмообразующего вещества преимущественно используют жидкое олово. Включают вспомогательный импульсный источник питания - 5, в результате чего на электродах - 1, 2 и на вакуумном промежутке между электродами нарастает напряжение. Лучом импульсного лазера - 6, сфокусированным на слой - 3 плазмообразующего вещества на электроде - 1, испаряют и ионизируют малую порцию плазмообразующего вещества. Лазерно-индуцированная плазма в процессе разлета распространяется от электрода - 1 к электроду - 2. После замыкания лазерно-индуцированной плазмой разрядного промежутка между электродами - 1, 2 с помощью вспомогательного импульсного источника питания - 5 производят вспомогательный разряд с малым энерговкладом, недостаточным для эффективной генерации коротковолнового излучения. В процессе вспомогательного разряда формируют плазменный канал, в частности, локализуют место привязки разрядного канала к электроду, не облучаемому лазером. После воздействия лазерного луча с временной задержкой, необходимой для реализации вспомогательного разряда, включают импульсный источник питания - 7 и в разрядном плазменном канале, предварительно сформированном на стадии вспомогательного разряда, осуществляют основной импульсный сильноточный разряд между электродами - 1, 2. При этом основной разряд осуществляют током, направление которого противоположно направлению тока вспомогательного разряда. За счет выбора плазмообразующего вещества, в частности олова, линии излучения ионов которого находятся в нужной области коротковолнового диапазона спектра, из плазмы вакуумного разряда обеспечивается высокоэффективная генерация коротковолнового излучения. После поворота электродов - 1, 2 на угол, достаточный для ввода в зону разряда свежих участков слоев - 3, 4 плазмообразующего вещества, цикл работы повторяют. Расход плазмообразующего вещества и деформация его поверхности в процессе работы компенсируются с помощью инжекторов - 8, 9 плазмообразующего вещества и систем - 10, 11 регенерации поверхности электродов. Охлаждение элементов источника коротковолнового излучения в процессе работы производят циркулирующей в них жидкостью.

При получении коротковолнового излучения из плазмы вакуумного разряда указанным способом предварительно с помощью вспомогательного разряда формируют разрядный канал, и за счет выбора полярности вспомогательного разряда осуществляют привязку формируемого разрядного канала к не облучаемому лазером электроду - 2. На стадии вспомогательного разряда не облучаемый лазером электрод - 2 обычно используют в качестве катода, в этом случае катодное пятно, к которому осуществляется привязка искрового канала, формируется в определенном месте электрода - 2. Как правило, привязка происходит в том месте электрода - 2, к которому в первую очередь приходит плазма, индуцированная лазером на электроде - 1. На стадии зажигания основного сильноточного разряда направление разрядного тока и полярность электродов меняют на противоположные, которые оптимальны для получения коротковолнового излучения из малой области разрядной плазмы вблизи электрода - 1. В отличие от прототипа, привязку разряда осуществляют не только с помощью лазерного луча на электроде - 1, но и с помощью вспомогательного разряда на не облучаемом электроде - 2.

В результате применения вспомогательного разряда с полярностью, противоположной полярности основного разряда, наблюдается значительное повышение стабильности импульса тока основного разряда. Все это приводит к повышению энергетической и пространственной стабильности источника коротковолнового излучения от импульса к импульсу. Кроме того, в результате вспомогательного разряда электрическое сопротивление разрядного канала вблизи не облучаемого лазером электрода - 2 уменьшается. Соответственно доля энергии, выделяемая в области эффективно излучающей плазмы вблизи электрода - 1, возрастает по сравнению с прототипом. Вследствие этого уменьшается эффективный размер плазмы, излучающей в коротковолновом диапазоне спектра, а кпд источника излучения или коэффициент преобразования электрической энергии в энергию коротковолнового излучения возрастает.

На фиг.2 представлены изображения разрядной плазмы, излучающей в спектральном диапазоне вблизи 13,5 нм, которые иллюстрируют положительный результат, достигаемый за счет предложенного способа. Как видно из фиг.2а, на которой размер кадра составляет 6 мм×6 мм, при использовании только основного разряда с оптимальной полярностью из сферической области разрядной плазмы с диаметром 1.5 мм излучается лишь около 50% всей энергии коротковолнового излучения, остальная часть энергии излучения приходится на область большого размера и не может быть использована. Фиг.2б в том же масштабе иллюстрирует результат применения вспомогательного разряда. В этом случае практически вся энергия коротковолнового излучения, а именно до 90% всей энергии, излучается из области разрядной плазмы малого размера, что значительно увеличивает эффективность использования источника излучения. Кроме того, возрастают пространственная и энергетическая стабильность источника коротковолнового излучения, и, в зависимости от условий, примерно на 20-50% возрастает эффективность преобразования вложенной в разряд электрической энергии в энергию коротковолнового излучения.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить эффективность преобразования вложенной в разрядную плазму электрической энергии в энергию коротковолнового излучения, то есть повысить кпд источника излучения и увеличить среднюю мощность коротковолнового излучения в импульсно-периодическом режиме, уменьшить размер плазмы, излучающей в коротковолновом диапазоне спектра, и улучшить ее пространственную и энергетическую стабильность.

Использованные источники информации

1. Патент WO 03085707; МКИ6 H01L 21/027, H05H 1/24; заявлено 04.04.2003.

2. Патент РФ №2252496, МКИ 7 H05G 2/00, заявлено 31.07.2002, опубликовано: RU БИМП №2, 20.01.2004, стр.431-432.

3. Jeroen Jonkers 2006 Plasma Sources Sci. Technol. 15 S8-S16,

http://www.iop.org/EJ/abstract/0963-0252/15/2/S02/.

Способ получения коротковолнового излучения из плазмы вакуумного разряда, заключающийся в облучении одного из электродов, покрытого плазмообразующим веществом, сфокусированным лазерным лучом, и осуществлении основного разряда между электродами с помощью импульсного источника питания, отличающийся тем, что основной разряд осуществляют с временной задержкой после воздействия лазерного луча, и в течение временной задержки формируют вспомогательный разряд между электродами с помощью вспомогательного импульсного источника питания, причем вспомогательный импульсный разряд осуществляют током, направление которого противоположно направлению тока основного разряда, с энерговкладом, меньшим по сравнению с энерговкладом в основной разряд.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для получения мягкого рентгеновского излучения в диапазоне длин волн 10-100 Å, имеющих практическое значение, например, в рентгеновской литографии.

Изобретение относится к устройству и способу для получения преимущественно экстремального УФ излучения, а также рентгеновского и мягкого рентгеновского излучения из плотной горячей плазмы разрядов пинчевого типа с вращающимися электродами.

Изобретение относится к рентгеновской технике и технике генерирования корпускулярного излучения (электроны, многозарядные ионы), которое, в свою очередь, может быть использовано в электронно-лучевых и ионно-плазменных технологиях (включая ионную имплантацию в микро- и наноэлектронике).

Изобретение относится к источникам высокоэнергетического ультрафиолетового и рентгеновского излучения. .

Изобретение относится к производству экстремального ультрафиолетового излучения и к области литографии. .

Изобретение относится к технике высокотемпературной плазмы и может быть использовано при разработке мощных источников рентгеновского излучения. .

Изобретение относится к технике высокотемпературной плазмы и может быть использовано при разработке мощных источников рентгеновского излучения. .

Изобретение относится к способу и устройству для получения экстремально коротковолнового УФ и мягкого рентгеновского излучения из плотной горячей плазмы разрядов пинчевого типа.

Изобретение относится к технике высокотемпературной плазмы и может быть использовано при разработке устройств для осуществления пинча с целью генерирования, например, мощных импульсов мягкого и/или жесткого рентгеновского излучения.

Изобретение относится к устройству для получения мощного коротковолнового, в частности, экстремального ультрафиолетового излучения преимущественно из плазмы импульсного вакуумного разряда, инициируемого лазером между вращающимися электродами

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для получения электронных пучков или пучков рентгеновских лучей для внутритканевой и интраоперационной лучевой терапии

Изобретение относится к способам получения рентгеновского излучения для его использования в различных областях народного хозяйства, в частности в медицине, в химической, нефтехимической и других отраслях

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к рентгеновским устройствам

Группа изобретений относится к устройству и способу для генерации мощного оптического излучения, в частности, в области экстремального УФ (ЭУФ) или мягкого рентгеновского излучения в диапазоне длин волн примерно от 1 нм до 30 нм. Область применения включает ЭУФ - литографию при производстве интегральных схем или метрологию. Технический результат-повышение мощности пучка оптического излучения. В устройстве и способе для генерации излучения из разрядной плазмы осуществляют лазерно-инициируемый разряд между первым и вторым электродами с вводом энергии импульсного источника питания в плазму разряда и генерацией из плазмы разряда излучения наряду с побочным продуктом в виде нейтральных и заряженных загрязняющих частиц (debris), при этом за счет выбора места облучения электрода лазерным лучом, геометрии электродов и разрядного контура формируют асимметричный разряд преимущественно изогнутой/бананообразной формы, собственное магнитное поле которого непосредственно вблизи разряда имеет градиент, определяющий направление преимущественного движения потока разрядной плазмы от электродов в область менее сильного магнитного поля. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Источник мягкого рентгеновского излучения на основе разборной рентгеновской трубки относится к области рентгеновской техники и предназначен для использования в качестве источника мягкого рентгеновского излучения с различными длинами волн для калибровки приемников излучения. Источник включает корпус, к которому крепится основание с расположенными на нем анодом и термокатодным узлом с электродами и нитью накала, высоковольтный и низковольтный вводы для соединения с источниками питания, а также фокусирующий электрод и систему охлаждения. Система охлаждения выполнена в виде петли трубопровода, электрически связанного с высоковольтным вводом, анод выполнен сплошным в форме параллелепипеда и зафиксирован непосредственно на трубопроводе с помощью крепежных элементов. Термокатодный узел снабжен упругодеформируемой деталью, закрепленной одним концом на одном из электродов термокатодного узла и связанной с нитью накала силовой связью с возможностью перемещения свободного конца и натяжения нити накала в процессе ее разогрева при подаче напряжения. Фокусирующий электрод выполнен в виде детали, частично охватывающей нить накала. Технический результат - упрощение конструкции и обеспечение стабильности параметров излучения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к источникам получения направленного (сформированного) мягкого рентгеновского излучения, или, что то же самое, экстремального ультрафиолетового излучения (ЭУФ) с длиной волны 13,5 нм или 6,7 нм, применяемым в настоящее время или в ближайшей перспективе в проекционной литографии высокого разрешения. Технический результат - повышение эффективности и ресурса работы источников ЭУФ излучения. Плазму предварительно формируют сторонним узконаправленным инжектором, после чего нагрев электронов плазмы производят в магнитном поле в условиях электронно-циклотронного резонанса мощным электромагнитным излучением микроволнового диапазона в непрерывном режиме. Для формирования плазмы ограниченного размера используют магнитное поле и ограничивающее поперечные размеры плазмы отверстие на оси симметрии рентгеновского зеркала, при этом рабочую сторону рентгеновского зеркала изолируют от потоков плазмы, нейтральных капель материала катода и энергичных частиц. Для реализации способа в разработанный источник направленного ЭУФ излучения введен инжектор 1 узконаправленного потока плазмы 3 в магнитную ловушку 4, на выходе которой установлено рентгеновское зеркало 11, отверстие 16 на оси симметрии которого уменьшает поперечный размер потока плазмы 3. При этом рентгеновское зеркало 11 развернуто рабочей стороной от инжектора 1 плазмы, за фокальной областью 12 рентгеновского зеркала расположен уловитель плазмы 15, а конфигурация магнитного поля магнитной ловушки 4, размеры уловителя плазмы 15 и отверстия 16 на оси рентгеновского зеркала 11 подобраны таким образом, чтобы обеспечить изоляцию рабочей стороны рентгеновского зеркала 11 от потоков заряженных и нейтральных частиц. Генератор 6 электромагнитного излучения миллиметрового или субмиллиметрового диапазона длин волн для нагрева электронов плазмы 3 снабжен вогнутыми зеркалами 8, направляющими электромагнитное излучение 7 со стороны инжектора 1 на поток плазмы 3 в магнитной ловушке 4 в область электронно-циклотронного резонанса 9. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области плазменной техники. Технический результат - расширение функциональных возможностей источника высокотемпературной плазмы и ЭУФ излучения за счет реализации возможности его эксплуатации в долговременном режиме при высоких яркости, мощности и эффективности. Высоковольтный и заземленный узлы выполнены со съемными осесимметричными высоковольтным и заземленным электродами, которые вне разрядной зоны отделены друг от друга щелевым зазором, соединенным с откачиваемой камерой через каналы, выполненные в заземленном узле. Съемные электроды снабжены каналом для протока охлаждающей жидкости и портами ввода и вывода охлаждающей жидкости. Источник питания содержит импульсно заряжаемые конденсаторы, подсоединенные к высоковольтному и заземленному электроду через одновитковый насыщаемый дроссель, кольцевой сердечник которого размещен снаружи съемных высоковольтного и заземленного электродов. Усовершенствование способа состоит в том, что разряд пинчевого типа зажигают между съемными высоковольтным и заземленным электродами, производят их охлаждение и вакуумную откачку газа из щелевого зазора между ними, и через 5·107 или более импульсов производят замену съемных электродов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается устройства получения направленного экстремального ультрафиолетового излучения с длиной волны 11.2 нм ±1% для проекционной литографии высокого разрешения. Устройство включает в себя гиротрон, генерирующий пучок излучения терагерцевого диапазона, систему ввода излучения в вакуумную камеру, систему квазиоптических зеркал, фокусирующую излучение в область неоднородного расширяющегося потока ксенона, создаваемого системой газонапуска при сверхзвуковом истечении ксенона в вакуум, с характерным поперечным размером меньше миллиметра, расположенную в фокусе многослойного рентгеновского зеркала нормального падения, формирующего направленное экстремальное ультрафиолетовое излучение от возникающего в совмещенных фокусах системы зеркал и многослойного рентгеновского зеркала разряда. Система газонапуска выполнена с возможностью смешения ксенона с другим легким газом. Кроме того, система газонапуска может быть встроена в блок охлаждения и редуцирования газа, создающий при истечении ксенона узконаправленный поток атомов и кластеров рабочего вещества ксенона с размером 10-1000 ангстрем. Технический результат заключается в повышении ресурса работы устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы. 3 ил.
Наверх