ИСТОЧНИК ЭУФ-ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G21K5/00 

Изобретение относится к устройствам для получения экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения высокой средней мощности из плазмы импульсно-периодического вакуумного разряда, инициируемого лазером между 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 источник ЭУФ-излучения на основе лазерной плазмы, получаемой в режиме с высокой частотой следования импульсов при фокусировке импульсного лазерного пучка на субмиллиметровой мишени, содержащей плазмообразующее вещество, такое как олово (Sn), литий (Li), ксенон (Хе), линии излучения ионов которого находятся в нужной области ЭУФ-диапазона [1]. В указанном устройстве в область фокусировки лазерного луча инжектируют следующие друг за другом твердые или жидкие субмиллиметровые мишени, а также формируют мощный лазерный пучок с высокой частотой повторения импульсов. Одним из достоинств устройства является малый расход рабочего вещества, что облегчает решение задачи защиты оптики при его использовании для ЭУФ-литографии. Один из недостатков ЭУФ-источника связан со сложностью обеспечения стабильной подачи плазмообразующего вещества в зону фокусировки луча в долговременном режиме. Другой недостаток ЭУФ-источника на основе лазерной плазмы обусловлен его малой, по сравнению с разрядными источниками, эффективностью.

Частично этих недостатков лишен ЭУФ-источник на основе z-пинча в Хе, нашедший применение в первых нанолитографах для производства микросхем по технологическим нормам <35 нм [2]. Недостатком указанного источника являются ограниченные возможности повышения средней мощности ЭУФ-излучения. Другим недостатком указанного устройства является его эффективность, недостаточно высокая по сравнению с эффективностью ЭУФ-источников на основе импульсного вакуумного разряда с использованием в качестве плазмообразующего вещества олова (Sn).

Этих недостатков лишен источник ЭУФ-излучения, содержащий закрепленные на двух валах вращения электроды, между которыми осуществляют импульсно-периодический вакуумный разряд, инициируемый лазерным лучом, сфокусированным на поверхности одного из электродов, являющегося инициирующим [3]. Плазмообразующее вещество поставляется в разрядную зону за счет частичного погружения вращающихся электродов в ванны с жидким металлом, а именно оловом. Указанное устройство позволяет обеспечить высокую мощность излучения в ЭУФ-диапазоне при большом времени жизни электродов. Недостатком устройства является сложность устранения разбрызгивания жидкого металла в область вывода излучения.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является источник ЭУФ-излучения с двумя жестко закрепленными на валу вращения дискообразными электродами, подключенными посредством скользящих контактов к источнику питания, содержащий систему инициирования разряда в периферийной области межэлектродного зазора и устройство подачи плазмообразующего металла на один из электродов, являющийся инициирующим, выполненное в виде сосуда с легкоплавким металлом [4]. В прототипе подача жидкометаллического плазмообразующего вещества осуществляется через сопло с микроотверстием. Прототип позволяет обеспечить высокую мощность излучения в ЭУФ-диапазоне при большом времени жизни электродов.

Недостатком прототипа является сложность обеспечения стабильной подачи плазмообразующего вещества в рабочую зону инициирующего электрода, в частности, из-за эрозии микросопла в потоке жидкого металла, а также из-за неэффективности подачи плазмообразующего вещества, которой препятствует центробежная сила на поверхности вращающегося электрода. Это приводит к неустойчивой работе ЭУФ-источника.

Техническим результатом изобретения является повышение энергетической стабильности источника ЭУФ-излучения с вращающимися электродами.

Указанная задача может быть осуществлена усовершенствованием источника ЭУФ-излучения с двумя жестко закрепленными на валу вращения дискообразными электродами, подключенными посредством скользящих контактов к источнику питания, содержащего систему инициирования разряда в периферийной области межэлектродного зазора и устройство подачи плазмообразующего металла на один из электродов, являющийся инициирующим, выполненное в виде сосуда с легкоплавким металлом.

Усовершенствование устройства состоит в том, что сосудом с легкоплавким металлом является кольцевая полость, выполненная в инициирующем электроде и имеющая наружный диаметр, не превышающий диаметра рабочей зоны инициирующего электрода, в которую помещена концентричная с кольцевой полостью вставка из пористого материала таким образом, что один из ее торцов погружен в легкоплавкий металл, а второй торец размещен перед рабочей зоной инициирующего электрода.

Сущность изобретения поясняется прилагаемым чертежом, на котором изображена общая принципиальная схема источника ЭУФ-излучения с вращающимися электродами

Источник ЭУФ-излучения содержит жестко закрепленные на валу 1 вращения дискообразные электроды 2, 3, устройство подачи плазмообразующего металла на инициирующий электрод 2, выполненное в виде кольцевой полости 4, заполненной жидким плазмообразующим металлом 5, в которой размещена концентричная с кольцевой полостью пористая вставка 6 так, что один из ее торцов погружен в жидкий металл, а второй торец размещен перед рабочей зоной 7 инициирующего электрода. При этом кольцевая полость 4 имеет наружный диаметр, не превышающий диаметра рабочей зоны 7 инициирующего электрода 2. Система инициирования разряда в периферийной области межэлектродного зазора содержит лазер 8 с системой транспортировки и фокусировки луча на рабочую зону 7 поверхности электрода 2. Источник питания 9 подключен к электродам 2, 3 через скользящие контакты 10, 11. Устройство также может содержать систему 12, предназначенную для сбора жидкого металла, покидающего инициирующий электрод под действием центробежной силы, и его очистки для последующего возврата в полость 4.

Работу источника ЭУФ-излучения реализуют следующим образом.

С помощью вала 1 с приводом производят равномерное вращение закрепленных на нем электродов 2, 3. Под действием капиллярных сил, а также центробежной силы из кольцевой полости 4 осуществляется вынос малого количества жидкого металла 5 в кольцевую пористую вставку 6, один из торцов которой погружен в легкоплавкий металл, а второй торец размещен перед рабочей зоной 7 инициирующего электрода 2. Поскольку наружный диаметр кольцевой полости 4 и диаметр пористой вставки 6 не превышает диаметр рабочей зоны 7 инициирующего электрода 2, под действием капиллярных и центробежных сил осуществляется вынос жидкого металла к торцу кольцевой пористой вставки 6, размещенному перед рабочей зоной 7, а затем и непосредственно в рабочую зону 7 инициирующего электрода 2. Лучом импульсного лазера 8, сфокусированным на слой жидкого металла в рабочей зоне 7 электрода 2, испаряют и ионизируют малую порцию жидкого металла. Лазерно-индуцированная плазма в процессе разлета распространяется от электрода 2 к электроду 3. После замыкания лазерно-индуцированной плазмой разрядного промежутка между электродами 2, 3 с помощью импульсного источника питания 9 осуществляют импульсный сильноточный разряд, ток которого протекает по электрической цепи, включающей в себя жидкометаллические контакты 10, 11. За счет выбора плазмообразующего вещества, в частности олова, обеспечивается высокоэффективное испускание ЭУФ-излучения из разрядной плазмы. После поворота электродов 2, 3 на угол, достаточный для ввода в зону разряда новой порции жидкометаллического плазмообразующего вещества, цикл работы повторяют. При высокой, 10 кГц, частоте повторения импульсов достигается высокая мощность ЭУФ-излучения из разрядной плазмы. Охлаждение элементов источника коротковолнового излучения в процессе работы производят с помощью подаваемых через вал 1 жидких теплоносителей, циркулирующих через каналы охлаждения, выполненные во вращающихся электродах 2, 3. Геометрию электрода 2 и режим его охлаждения в установившемся режиме работы выбирают так, чтобы минимизировать температуру рабочей зоны 7 электрода 2 и уменьшить превышение температуры стенок полости 4 над температурой плавления плазмообразующего металла 5. С помощью системы 12, выполненной, например, в виде составной части устройства подачи плазмообразующего металла на инициирующий электрод или в виде дополнительной отдельной кольцевой полости, осуществляют сбор жидкого металла, покидающего инициирующий электрод под действием центробежной силы, и его возврат в полость 4.

При выполнении устройства в указанном виде за счет капиллярных сил осуществляется равномерное по угловой координате заполнение кольцевой пористой вставки 6 жидким металлом, что, в свою очередь, обеспечивает поставку плазмообразующего металла равномерно по всей окружности рабочей зоны 7 инициирующего электрода, что повышает энергетическую стабильность источника ЭУФ-излучения.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить энергетическую стабильность источника ЭУФ-излучения с вращающимися электродами.

Использованные источники

1. Международная заявка WO 03085707; МКИ6 H01L 21/027, Н05Н 1/24; 04.04.2003.

2. U.Stamm, J.Kleinschmidt, V.М.Borisov, et al. Development status of EUV sources for use in beta-tools and high-volume chip manufacturing tools, Proc. SPIE, Vol: 6151, pp.190-200, 2006. doi: 10.1117/12.652989.

3. Патент ЕР 1665907; МКИ7 H05G 2/00; 11.09.2003.

4. Патент РФ 2278483, МПК H05G 2/00, 14.04.2004.

Использование: для получения экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения. Сущность: заключается в том, что источник ЭУФ-излучения с двумя жестко закрепленными на валу вращения дискообразными электродами, подключенными посредством скользящих контактов к источнику питания, содержит систему инициирования разряда в периферийной области межэлектродного зазора и устройство подачи плазмообразующего металла на один из электродов, являющийся инициирующим, выполненное в виде сосуда с легкоплавким металлом, при этом сосудом с легкоплавким металлом является кольцевая полость, выполненная в инициирующем электроде и имеющая наружный диаметр, не превышающий диаметра рабочей зоны инициирующего электрода, в которую помещена концентричная с кольцевой полостью вставка из пористого материала таким образом, что один из ее торцов погружен в легкоплавкий металл, а второй торец размещен перед рабочей зоной инициирующего электрода. Технический результат: повышение энергетической стабильности источника ЭУФ-излучения. 1 ил.

Источник ЭУФ-излучения с двумя жестко закрепленными на валу вращения дискообразными электродами, подключенными посредством скользящих контактов к источнику питания, содержащий систему инициирования разряда в периферийной области межэлектродного зазора и устройство подачи плазмообразующего металла на один из электродов, являющийся инициирующим, выполненное в виде сосуда с легкоплавким металлом, отличающийся тем, что сосудом с легкоплавким металлом является кольцевая полость, выполненная в инициирующем электроде и имеющая наружный диаметр, не превышающий диаметра рабочей зоны инициирующего электрода, в которую помещена концентричная с кольцевой полостью вставка из пористого материала таким образом, что один из ее торцов погружен в легкоплавкий металл, а второй торец размещен перед рабочей зоной инициирующего электрода.