МОЩНЫЙ ИСТОЧНИК ЭУФ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК G21K5/00 

Изобретение относится к устройствам для получения экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения 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 мощный 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. Кроме этого, скользящие контакты в виде ванн с жидким металлом, через которые источник питания подключен к вращающимся электродам, достаточно сильно удалены от разрядной зоны, что может увеличивать индуктивность разрядного контура и снижать кпд ЭУФ источника.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является мощный источник ЭУФ излучения с двумя жестко закрепленными на валу вращающимися дискообразными электродами, 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, электроды подключены посредством жидкометаллических скользящих контактов к источнику питания, который включает блок импульсной зарядки и блок конденсаторов [4]. В прототипе подача жидкометаллического плазмообразующего вещества осуществляется через сопло с микроотверстием. Лазерноиндуцированный вакуумный разряд осуществляют по электрической цепи, включающей в себя блок импульсных конденсаторов и скользящие контакты, через которые импульсный источник питания подключен к вращающимся электродам. 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. Другим недостатком может быть не минимизированная индуктивность разрядной цепи, что обычно снижает кпд ЭУФ источника.

Техническим результатом изобретения является повышение энергетической стабильности и кпд мощного источника ЭУФ излучения с вращающимися электродами.

Указанная задача может быть осуществлена усовершенствованием мощного источника ЭУФ излучения с двумя жестко закрепленными на валу вращения дискообразными электродами, 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, электроды которого подключены посредством жидкометаллических скользящих контактов к источнику питания, который включает блок импульсной зарядки и блок конденсаторов.

Усовершенствование устройства состоит в том, что сосуд с легкоплавким металлом изготовлен в виде соосной с электродами кольцевой ванны, а инициирующий электрод снабжен кольцевым выступом, погруженным в кольцевую ванну, в инициирующем электроде выполнены сквозные каналы, входы которых, обращенные к кольцевой ванне, примыкают к основанию выступа с его внутренней стороны, а выходы размещены перед рабочей зоной электрода, при этом диаметр окружности, вдоль которой размещены выходы каналов, меньше диаметра рабочей зоны инициирующего электрода, и диаметр внутренней поверхности выступа не превышает диаметр окружности, вдоль которой размещены выходы каналов.

В инициирующем электроде между его рабочей зоной и выходами каналов размещена кольцевая вставка из пористого материала.

Блок импульсных конденсаторов может быть жестко закреплен на валу между электродами, а в качестве жидкометаллического контакта для инициирующего электрода используется кольцевая ванна с легкоплавким металлом.

Существо изобретения поясняется прилагаемым чертежом.

На чертеже изображена общая принципиальная схема мощного источника ЭУФ излучения с вращающимися электродами.

Мощный ЭУФ источник содержит жестко закрепленные на валу - 1 дискообразные электроды - 2, 3, устройство подачи плазмообразующего металла на электрод - 2, являющийся инициирующим, выполненное в виде кольцевой ванны - 4 с жидким металлом - 5, в которую частично погружен кольцевой выступ - 6 электрода - 2. Инициирующий электрод - 2 содержит множество идентичных каналов - 7, выполненных, например, в виде отверстий малого диаметра, равноудаленных от оси вала - 1. Входы каналов - 7, обращенные к кольцевой ванне, примыкают к основанию выступа - 6 с его внутренней стороны, а выходы размещены перед рабочей зоной - 8 электрода - 2, при этом диаметр окружности, вдоль которой размещены выходы каналов, меньше диаметра рабочей зоны - 8 инициирующего электрода - 2, и диаметр внутренней поверхности выступа - 6 не превышает диаметра окружности, вдоль которой размещены выходы каналов - 7. Система инициирования разряда в периферийной области межэлектродного зазора содержит лазер - 9 с системой транспортировки и фокусировки луча на рабочую зону - 8 поверхности электрода - 2. Источник питания - 10 включает в себя блок импульсной зарядки - 11 и блок конденсаторов - 12, который подключен к электродам - 2, 3 через жидкометаллический контакт - 13 и кольцевую ванну - 4 с плазмообразующим жидким металлом. Устройство также содержит систему - 14, которая может быть выполнена в виде составной части кольцевой ванны - 4, предназначенной для сбора жидкого металла, покидающего инициирующий электрод под действием центробежной силы, его очистки и возврата в ванну - 4. В инициирующем электроде между его рабочей зоной и выходами каналов может быть размещена кольцевая вставка - 15 из пористого материала. Блок импульсных конденсаторов - 12 может быть жестко закреплен на валу - 1, между электродами - 2, 3 и подсоединен к ним непосредственно или через магнитный ключ.

Работу мощного источника ЭУФ излучения реализуют следующим образом. С помощью вала - 1 с приводом производят равномерное вращение закрепленных на нем электродов - 2, 3. Обеспечивают наполнение кольцевой ванны - 4 жидким металлом - 5 до определенного заданного уровня. Под действием центробежной силы и силы смачивания осуществляется вынос жидкого металла вверх по внутренней поверхности выступа - 6, к основанию выступа, далее жидкий металл поступает в обращенные к кольцевой ванне - 4 входы каналов - 7, примыкающие непосредственно к основанию выступа - 6 с его внутренней стороны. Поскольку диаметр внутренней поверхности выступа не превышает диаметр окружности, вдоль которой размещены выходы каналов, а диаметр окружности, вдоль которой размещены выходы каналов, меньше диаметра рабочей зоны - 8 инициирующего электрода, осуществляется вынос жидкого металла под действием центробежных сил через сквозные каналы - 7 в рабочую зону - 8 инициирующего электрода - 2. Лучом импульсного лазера - 9, сфокусированным на слой жидкого металла в рабочей зоне - 8 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 - 10 осуществляется импульсный сильноточный разряд, энерговклад в который реализуется за счет энергии блока конденсаторов - 12, предварительно заряженных блоком импульсной зарядки - 11. При работе источника питания ток протекает по электрической цепи, включающей в себя жидкометаллический контакт - 13 и кольцевую ванну - 4 с жидким плазмообразующим металлом. 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 свежего участка слоя 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 в электродах - 2, 3. Геометрию электрода - 2 и режим его охлаждения в установившемся режиме работы выбирают так, чтобы минимизировать температуру рабочей зоны - 9 электрода - 2 и уменьшить превышение температуры стенки каналов - 7 над температурой плавления плазмообразующего металла - 5.

С помощью системы - 14 осуществляют сбор жидкого металла, покидающего инициирующий электрод под действием центробежной силы, производят его очистку, возвращают в ванну - 4 и поддерживают в ней заданный уровень жидкого металла.

Таким образом, при выполнении устройства в предложенном виде осуществляется стабильная подача плазмообразующего вещества в разрядную область, что повышает энергетическую стабильность мощного источника ЭУФ излучения. Использование в качестве жидкометаллического контакта для инициирующего электрода кольцевой ванны с легкоплавким металлом упрощает устройство мощного источника ЭУФ излучения.

При наличии кольцевой вставки - 15 из пористого материала вынос металла в рабочую зону обеспечивается равномерно по всей окружности вставки - 15 за счет капиллярных сил, что также повышает энергетическую стабильность мощного источника ЭУФ излучения.

При закреплении блока конденсаторов на валу и его размещении между электродами значительно уменьшается амплитуда тока, проходящего через жидкометаллические контакты. В этом случае через жидкометаллические контакты проходит ток зарядки конденсаторов, значительно меньший по величине, чем разрядный ток блока конденсаторов. Это снижает тепловые и гальванические нагрузки на скользящие контакты, в частности на кольцевую ванну - 4, что снижает степень загрязнения жидкого металла в ванне - 4 и улучшает его стабильность в долговременном режиме работы, повышает кпд и ресурс мощного источника ЭУФ излучения. Кроме того, за счет закрепления блока конденсаторов на валу в центральной области межэлектродного зазора минимизируется индуктивность разрядного контура, что повышает кпд мощного источника ЭУФ излучения.

Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить энергетическую стабильность и кпд мощного источника ЭУФ излучения.

Использованные источники информации.

1. Международная заявка WO 03085707; МКИ 6 H01L 21/027, Н05Н 1/24; 04.04.2003.

2. U.Stamm, J.Kleinschmidt, V.M.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: l0.1117/12.652989

3. Патент ЕР 1665907; МКИ 7 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 мощный источник ЭУФ излучения с двумя жестко закрепленными на валу вращения дискообразными электродами 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, причем электроды подключены посредством жидкометаллических скользящих контактов к источнику питания, который включает блок импульсной зарядки и блок конденсаторов, при этом сосуд с легкоплавким металлом изготовлен в виде соосной с электродами кольцевой ванны, а инициирующий электрод снабжен кольцевым выступом, погруженным в кольцевую ванну, в инициирующем электроде выполнены сквозные каналы, входы которых, обращенные к кольцевой ванне, примыкают к основанию выступа с его внутренней стороны, а выходы размещены перед рабочей зоной электрода, при этом диаметр окружности, вдоль которой размещены выходы каналов, меньше диаметра рабочей зоны инициирующего электрода, и диаметр внутренней поверхности выступа не превышает диаметра окружности, вдоль которой размещены выходы каналов. Технический результат: повышение энергетической стабильности источника и кпд ЭУФ излучения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Мощный источник ЭУФ излучения с двумя жестко закрепленными на валу вращения дискообразными электродами, 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, электроды подключены посредством жидкометаллических скользящих контактов к источнику питания, который включает блок импульсной зарядки и блок конденсаторов, отличающийся тем, что сосуд с легкоплавким металлом изготовлен в виде соосной с электродами кольцевой ванны, а инициирующий электрод снабжен кольцевым выступом, погруженным в кольцевую ванну, в инициирующем электроде выполнены сквозные каналы, входы которых, обращенные к кольцевой ванне, примыкают к основанию выступа с его внутренней стороны, а выходы размещены перед рабочей зоной электрода, при этом диаметр окружности, вдоль которой размещены выходы каналов, меньше диаметра рабочей зоны инициирующего электрода, и диаметр внутренней поверхности выступа не превышает диаметра окружности, вдоль которой размещены выходы каналов.

2. Мощный источник ЭУФ излучения по п.1, отличающийся тем, что в инициирующем электроде между его рабочей зоной и выходами каналов размещена кольцевая вставка из пористого материала.

3. Мощный источник ЭУФ излучения по п.1 или 2, отличающийся тем, что блок конденсаторов жестко закреплен на валу между электродами, а в качестве жидкометаллического контакта для инициирующего электрода используется кольцевая ванна с легкоплавким металлом.