УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ И ЭУФ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК H05G2/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к устройству и способу для получения с высокой частотой повторения высокотемпературной плазмы газового разряда пинчевого типа, обеспечивающим мощное оптическое излучение высокой яркости в области экстремального ультрафиолета (ЭУФ) или мягкого рентгена, в диапазоне длин волн от 1 до 30 нм. Область применений включает актиническую (на 13,5 нм) инспекцию литографических масок, ЭУФ метрологию, ЭУФ литографию, рентгеновскую микроскопию и/или томографию биологических объектов в спектральном диапазоне прозрачности воды (2,4-4,4 нм), а также поверхностную обработку материалов потоками высокотемпературной импульсной плазмы.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Разработка источников коротковолнового излучения, в частности экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения, отвечающего диапазону (13,5+/-0,135) нм эффективного отражения многослойной Mo/Si зеркальной оптики, стимулировалась созданием технологии производства интегральных схем (ИС) с размерами структур менее 22 нм. Первые ЭУФ нанолитографы, работавшие в тестовых режимах, использовали для производства ИС разрядные источники излучения с λ=13,5 нм на основе z-пинча в ксеноне. В настоящее время одно из актуальных перспективных применений разрядных источников ЭУФ излучения связано с инспекцией литографических масок. Для этих целей требуется создание прибора на основе ЭУФ источника излучения с высокой яркостью B_13,5=30÷100 Вт/(мм²·ср) в 2% спектральной полосе около 13,5 нм: (13,5+/-0,135) нм, отвечающей полосе отражения многослойных зеркал, и малой величиной геометрического фактора или этендю E=S·Ω=10^-2÷5·10^-4, где S - площадь источника в мм², Ω - телесный угол вывода или сбора излучения в стерадианах. При этом каждый вид инспекции требует своих значений параметров B_13,5 и E.

Кроме этого, относительно простые и компактные высокояркостные ЭУФ источники на основе Z-пинча в Xe могут использоваться для ЭУФ нанолитографов малой производительности, а также для ЭУΦ метрологии. С использованием других газов, в частности, Kr подобные источники перспективны для микроскопии и томографии биологических объектов в спектральном диапазоне прозрачности воды (от 2,4 до 4,4 нм). Еще одно перспективное направление их применения связано с использованием потоков импульсной высокотемпературной плазмы, генерируемых из зоны разряда, для плазменной обработки поверхности.

В соответствии с одним из подходов, известным из [1], в источнике коротковолнового излучения используется импульсный индукционный разряд для создания безэлектродного Z-пинча в газе, в частности в Xe. Устройство включает в себя систему импульсного питания, подключенную к витку первичной обмотки магнитного сердечника, который окружает часть зоны разряда. При этом Ζ-пинч образуется в изолирующей керамической SiC втулке с диаметром отверстия около 3 мм, что определяет ее достаточно сильную эрозию и требует ее частой периодической замены. Максимально достигнутая яркость источника ниже параметров, требуемых для ряда применений.

Из [2] известен способ получения ЭУΦ излучения из плазмы газового разряда, заключающийся в зажигании псевдоискрового разряда пинчевого типа с полым катодом. В газоразрядном источнике с полым катодом имеется, по меньшей мере, два отверстия, продольные оси которых имеют общую точку пересечения, лежащую на оси симметрии отверстия анода. Использование электродной системы без керамического изолятора уменьшает поток загрязняющих частиц из области плазмообразования и обусловливает его чистоту. Устройство позволяет получать высокую яркость излучения на 13,5 нм. Однако охлаждение полого катода затруднено, что ограничивает возможность получения большого времени жизни устройства при высоких мощности и яркости излучения.

Частично этих недостатков лишено известное из [3] устройство для получения ЭУФ излучения из плазмы газового разряда, содержащее разделенные газовым зазором осесимметрично расположенные высоковольтный и заземленный электроды с осевым отверстием в каждом, откачиваемую камеру, соединенную с зоной разряда через осевое отверстие заземленного электрода. В варианте устройства вне зоны разряда высоковольтный и заземленный электроды отделены друг от друга щелевым зазором, и в заземленном электроде выполнены каналы, соединяющие периферийную часть зазора, разделяющего высоковольтный и заземленный электроды, с вакуумной камерой. Способ получения ЭУФ излучения из плазмы газового разряда посредством указанного устройства заключается в осуществлении непрерывной вакуумной откачки газа из периферийной части зазора между высоковольтным и заземленным электродами, импульсной предыонизации газа в зоне разряда между высоковольтным и заземленным электродами, осуществляемой через осевое отверстие высоковольтного электрода, зажигании импульсного предразряда между высоковольтным и заземленным электродами и формировании за счет скин-эффекта токо-плазменной оболочки на периферии зоны разряда, ограниченной щелевым зазором между высоковольтным и заземленным электродами и зажигании разряда пинчевого типа.

Устройство и способ позволяют повысить мощность и яркость ЭУФ излучения при малом уровне потока загрязняющих частиц из зоны разряда.

Однако из-за эрозии электродов ресурс работы устройства ограничен их временем жизни, составляющим ~5·10⁷ импульсов электродов при энерговкладе ~10 Дж/импульс. Кроме того, эффективность источника может снижаться из-за самопоглощения ЭУФ излучения газом, вытекающим из зоны разряда в откачиваемую камеру.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу изобретения положена задача расширения функциональных возможностей источника высокотемпературной плазмы и ЭУФ излучения за счет реализация возможности его эксплуатации в долговременном режиме при высоких яркости, мощности и эффективности.

Выполнение поставленной задачи возможно с помощью предлагаемого устройства, содержащего откачиваемую камеру, составной высоковольтный узел с высоковольтным электродом, выполненным съемным, составной заземленный узел с заземленным электродом, выполненным съемным, осесимметричную зону разряда между высоковольтным и заземленным электродами, порт подачи плазмообразующего газа в зону разряда и источник питания, при этом высоковольтный и заземленный электроды размещены вдоль оси симметрии зоны разряда, имеют осевые отверстия и вне разрядной зоны отделены друг от друга щелевым зазором, в заземленном узле выполнены каналы, соединяющие указанный щелевой зазор с откачиваемой камерой, зона разряда соединена с откачиваемой камерой через осевое отверстие в заземленном электроде, и съемный высоковольтный электрод снабжен каналом для протока охлаждающей жидкости с портами ввода и вывода охлаждающей жидкости.

Предпочтительно заземленный электрод также снабжен каналом для протока охлаждающей жидкости с портами ввода и вывода охлаждающей жидкости.

Предпочтительно, что высоковольтный электрод имеет осесимметричную вставку из тугоплавкого металла.

Также предпочтительно съемный заземленный электрод имеет осесимметричную вставку из тугоплавкого металла.

Предпочтительно, что устройство содержит блок предыонизации зоны разряда.

Предпочтительно, что блок предыонизации включает в себя систему формирования завершенного скользящего разряда (CP) на внутренней поверхности части керамической трубки, установленной в съемном высоковольтном электроде вдоль оси зоны разряда, причем блок предыонизации совмещен с портом подачи плазмообразующего газа в зону разряда.

В вариантах изобретения осевое отверстие заземленного электрода имеет переменный вдоль оси диаметр.

Предпочтительно, чтобы отверстие в заземленном электроде было выполнено с функцией ограничения скорости потока плазмообразующего газа в откачиваемую камеру (1).

Предпочтительно, что источник питания содержит импульсно заряжаемые конденсаторы, подсоединенные к высоковольтному и заземленному электроду через одновитковый насыщаемый дроссель, кольцевой сердечник которого размещен между высоковольтным узлом и заземленным узлом снаружи съемных высоковольтного и заземленного электродов.

В другом аспекте изобретение относится к способу получения высокотемпературной плазмы и ЭУФ излучения, заключающемуся в осуществлении с помощью источника питания при высокой, от 100 до 10000 Гц, частоте повторения импульсов предыонизации газа в приосевой части зоны разряда, зажигании импульсного предразряда между съемными высоковольтным и заземленным электродами, формировании в процессе импульсного предразряда токо-плазменной оболочки, расширяющейся за счет скин-эффекта на периферию зоны разряда, ограниченной щелевым зазором между высоковольтным и заземленным электродами, осуществлении сильноточного разряда пинчевого типа между высоковольтным и заземленным электродами с сжатием магнитным полем тока разряда токо-плазменной оболочки и образованием на оси зоны разряда плотной высокотемпературной плазмы, являющейся источником ЭУФ излучения, при котором непрерывно осуществляют подачу газа в зону разряда, производят вакуумную откачку газа из щелевого зазора через выполненные в заземленном узле каналы, соединяющие указанный щелевой зазор с непрерывно откачиваемой камерой, производят охлаждение съемного высоковольтного электрода и съемного заземленного электрода и через 5·10⁷ или более импульсов прерывают работу устройства и производят замену съемного высоковольтного электрода и/или съемного заземленного электрода.

Предпочтительно, что предыонизацию производят через осевое отверстие высоковольтного электрода излучением CP, зажигаемого на внутренней поверхности керамической трубки, входящей в систему формирования СР.

В вариантах изобретения охлаждение съемного высоковольтного электрода осуществляется с испарением охлаждающей жидкости.

В вариантах изобретения попеременно осуществляют работу двух идентичных устройств для получения высокотемпературной разрядной плазмы и ЭУФ излучения, откачиваемые камеры которых совмещены в общую откачиваемую камеру, и с помощью, по меньшей мере, одного перемещаемого зеркала, установленного в общей откачиваемой камере, попеременно направляют в выбранном направлении пучок ЭУФ излучения из зоны разряда одного из двух попеременно работающих устройств.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существуют следующие причинно-следственные связи.

Выполнение высоковольтного и заземленного узлов составными, со съемными высоковольтным и заземленным электродами, каждый из которых снабжен каналом для протока охлаждающей жидкости и портами ввода и вывода охлаждающей жидкости, позволяет преодолеть ограничения, связанные с недостаточно высоким ресурсом электродной системы, за счет реализации возможности быстрой замены элементов электродной системы, подверженных эрозии.

Выполнение устройства с зоной разряда, ограниченной щелевым зазором между электродами с автоматической откачкой газа из него через каналы, выполненные в заземленном узле и соединяющие наружную часть щелевого зазора с откачиваемой камерой, обеспечивает надежную электрическую изоляцию между электродами без использования обычно применяемого для этого керамического изолятора, что увеличивает ресурс устройства и значительно уменьшает поток загрязняющих частиц из зоны разряда, обеспечивая чистоту источника. Изоляция электродов с помощью откачиваемого щелевого зазора также позволяет минимизировать индуктивность разрядной системы, что увеличивает выход ЭУФ излучения из плазмы разряда и повышает эффективность устройства. Наряду с этим выполнение надежной электрической изоляции между съемными высоковольтным и заземленным электродами в виде щелевого зазора упрощает и ускоряет процесс их замены.

Выполнение высоковольтного и заземленного электродов с осесимметричными вставками из тугоплавкого металла увеличивает ресурс электродов при относительной простоте их конструкции. При этом обеспечивается ремонтоспособность съемных электродов путем лишь замены в них вставок из тугоплавкого металла.

Наличие блока предыонизации зоны разряда упрощает зажигание основного разряда и повышает стабильность выходных параметров источника высокотемпературной плазмы и ЭУФ излучения.

Выполнение блока предыонизации в предложенном виде - на основе системы формирования CP на внутренней поверхности части керамической трубки, установленной в съемном высоковольтном электроде вдоль оси зоны разряда, и совмещение блока предыонизации с портом подачи плазмообразующего газа в зону разряда обеспечивает надежное охлаждение предыонизатора, его надежность, эффективность и высокое время жизни при относительной простоте конструкции.

Выполнение в заземленном электроде осевого отверстия, через которое зона разряда соединена с откачиваемой камерой с переменным вдоль оси диаметром, в частности, с функцией ограничения скорости потока плазмообразующего газа в откачиваемую камеру, позволяет снизить в ней давление газа, уменьшив поглощение им ЭУФ излучения и, таким образом, повысить эффективность преобразования электрической энергии в энергию ЭУФ излучения на большом расстоянии от зоны разряда.

Наличие в источнике питания импульсно заряжаемых конденсаторов, подсоединенных к высоковольтному и заземленному электроду через одновитковый насыщаемый дроссель, кольцевой сердечник которого размещен между высоковольтным узлом и заземленным узлом, позволяет осуществлять магнитную компрессию импульса накачки разряда, что повышает эффективность устройства при его компактности. Кроме этого, за счет тока утечки через одновитковый насыщаемый дроссель автоматически реализуется (при наличии предыонизации) слаботочная стадии разряда, что увеличивает стабильность работы устройства и приводит к уменьшению размеров области высокотемпературной плазмы на сильноточной стадии разряда пинчевого типа, повышая яркость источника ЭУФ излучения. Обеспечение стабильности и однородности разряда, предотвращение неустойчивостей и неоднородностей разряда позволяет обеспечить высокое время жизни электродов.

Размещение сердечника одновиткового насыщаемого дросселя снаружи съемных высоковольтного и заземленного электродов обеспечивает возможность их быстрой замены через отверстие сердечника.

Охлаждение с испарением охлаждающей жидкости съемного высоковольтного электрода, в наибольшей степени подверженного высокой тепловой нагрузке, увеличивает теплоотвод, позволяет увеличить электрическую мощность, вводимую в разряд и соответственно повысить мощность и яркость ЭУФ излучения.

Осуществление попеременной работы двух идентичных устройств обеспечивает непрерывное получение высокотемпературной разрядной плазмы и ЭУФ излучения при замене съемных электродов в одном из них.

Выполнение устройства и способа для получения высокотемпературной плазмы и ЭУФ излучения в предложенном виде обеспечивает его эксплуатацию в долговременном режиме при высоких яркости, мощности, стабильности и эффективности с вводимой в разряд электрической мощностью до 20 кВт.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Существо изобретения поясняется чертежом, фиг. 1, схематично иллюстрирующим устройство и способ для получения высокотемпературной плазмы и ЭУФ излучения

Данный чертеж не охватывает и тем более не ограничивает весь объем вариантов реализации данного технического решения, а является иллюстрацией частных случаев его выполнения.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное описание служит для иллюстрации осуществления изобретения, но не объема настоящего изобретения.

Устройство содержит откачиваемую камеру (1), составной высоковольтный узел (2) с высоковольтным электродом (3), выполненным съемным, составной заземленный узел (4) с заземленным электродом (5), выполненным съемным, осесимметричную зону разряда (6) между высоковольтным и заземленным электродами (3), (5), порт (7) подачи плазмообразующего газа в зону разряда, источник питания (8), обеспечивающий с высокой частотой повторения разряд пинчевого типа (9) между высоковольтным и заземленным электродами (3), (5). Высоковольтный и заземленный электроды (3), (5) размещены вдоль оси симметрии (10) зоны разряда (6), имеют осевые отверстия и вне разрядной зоны (6) отделены друг от друга щелевым зазором (11). В заземленном узле (4) выполнены каналы (12), соединяющие щелевой зазор (11) с откачиваемой камерой (1). Зона разряда (6) соединена с откачиваемой камерой (1) через осевое отверстие (13) в заземленном электроде (5). Съемный высоковольтный электрод (3) снабжен каналом (14) для протока охлаждающей жидкости с портами ввода (15) и вывода (16) охлаждающей жидкости.

Для обеспечения возможности быстрой замены съемный заземленный электрод (5) также снабжен каналом (17) для протока охлаждающей жидкости с портами ввода (18) и вывода (19) охлаждающей жидкости. При этом не требуется герметизация между съемным заземленным электродом (5) и стационарной частью заземленного узла (4), что упрощает его замену.

Для повышения времени жизни съемный высоковольтный электрод (3) и съемный заземленный электрод (5) имеют осесимметричные вставки (20) и (21) из тугоплавкого металла.

С целью повышения стабильности выходных параметров источника высокотемпературной плазмы и ЭУФ излучения устройство содержит блок предыонизации (22) зоны разряда (6). В предпочтительном варианте осуществления изобретения блок предыонизации (22) включает в себя систему формирования завершенного скользящего разряда (CP) на внутренней поверхности части керамической трубки (23), установленной в съемном высоковольтном электроде (3) вдоль оси (10) зоны разряда. Для упрощения конструкции блок предыонизации (22) совмещен с портом (7) подачи плазмообразующего газа в зону разряда.

В вариантах изобретения осевое отверстие (13) заземленного электрода (5) имеет переменный вдоль оси диаметр. Предпочтительно, что для уменьшения поглощения излучения газом в откачиваемой камере (1) отверстие (13) в заземленном электроде (5) выполнено с функцией ограничения скорости потока плазмообразующего газа в откачиваемую камеру (1), то есть имеет на выходе из разрядной зоны сужение или диафрагму. При этом поверхности электродов расположены на достаточно большом расстоянии от разряда пинчевого типа (9), что обеспечивает их высокий ресурс.

Для осуществления компрессии импульса накачки источник питания (8) предпочтительно содержит импульсно заряжаемые конденсаторы (24), к которым подсоединена цепь импульсной зарядки. Импульсно заряжаемые конденсаторы (24) подсоединены к высоковольтному и заземленному электродам (3), (5) через одновитковый насыщаемый дроссель, кольцевой сердечник (25) которого размещен между высоковольтным узлом (2) и заземленным узлом (4).

Для обеспечения быстрой замены электродов кольцевой сердечник (25) дросселя размещен снаружи съемных высоковольтного и заземленного электродов (3), (5), поперечные размеры которых меньше внутреннего диаметра кольцевого сердечника (25), и поперечный размер съемного заземленного электрода (5) не превышает поперечный размер съемного высоковольтного электрода (3). При этом порты ввода (15), (18) и вывода (16), (19) съемных высоковольтного и заземленного электродов (3), (5) размещены по одну сторону высоковольтного электрода (3).

Способ получения высокотемпературной плазмы и ЭУФ излучения посредством предложенного устройства реализуют следующим образом. С помощью источника питания (8) при высокой, от 100 до 10000 Гц, частоте повторения импульсов подают импульс высокого напряжения на электродную систему блока предыонизации (22), посредством которого осуществляют предыонизацию газа в приосевой части осесимметричной зоны разряда (6) между высоковольтным и заземленным электродами (3), (5), которые размещены вдоль оси симметрии (10) зоны разряда (6), имеют осевые отверстия, предпочтительно снабжены осесимметричными вставками (20), (21) из тугоплавкого металла и вне разрядной зоны (6) отделены друг от друга щелевым зазором. Предпочтительно предыонизацию осуществляют блоком предыонизации (22), включающим в себя систему формирования завершенного скользящего разряда (CP), который зажигают на внутренней поверхности части керамической трубки (23), установленной в съемном высоковольтном электроде (3) вдоль оси (10) зоны разряда. При этом коротковолновое излучение и пучок электронов из плазмы CP распространяются через осевое отверстие высоковольтного электрода (3) в приосевую часть зоны разряда (6), осуществляя в ней предыонизацию газа.

С помощью источника питания (8) в приосевой части зоны разряда (6) зажигают импульсный предразряд между высоковольтным и заземленным электродами (3), (5), в процессе которого формируют токо-плазменную оболочку, расширяющуюся за счет скин-эффекта на периферию зоны разряда (6). В предпочтительных вариантах изобретения ток относительно слаботочного предразряда с характерной величиной до ~5 кА обусловлен током утечки заряда импульсно заряжаемых конденсаторов (24) через магнитный ключ в виде малоиндуктивного одновиткового насыщаемого дросселя, кольцевой сердечник (25) которого размещен между высоковольтным узлом (2) и заземленным узлом (4), и посредством которого импульсно заряжаемые конденсаторы (24) подсоединены к высоковольтному и заземленному электродам (3), (5). Продвижение токо-плазменной оболочки в процессе предразряда завершается у щелевого зазора (11), препятствующего ее дальнейшему распространению и ограничивающего разрядную область (6). За счет выбора положения щелевого зазора (11) достигают оптимального размера токо-плазменной оболочки и максимальный КПД устройства.

Затем с помощью источника питания в варианте изобретения за счет насыщения сердечника (25) малоиндуктивного одновиткового дросселя осуществляют сильноточный, с характерной величиной тока до ~50 кА, разряд пинчевого типа субмикросекундной длительности между высоковольтным и заземленным электродами (3), (5) со сжатием собственным магнитным полем тока разряда токо-плазменной оболочки и образованием на оси (10) зоны разряда (6) плотной высокотемпературной плазмы (9), являющейся источником ЭУФ излучения, а также потока импульсной высокотемпературной плазмы. Через осевое отверстие (13) в заземленном электроде (5), посредством которого зона разряда (6) соединена с откачиваемой камерой (1), ЭУФ излучение и поток импульсной высокотемпературной плазмы распространяются в откачиваемую камеру (1).

В процессе работы через порт (7) подачи плазмообразующего газа, предпочтительно совмещенный с блоком предыонизации (22), и через отверстие в высоковольтном электроде (3) непрерывно осуществляют доставку газа, в частности Xe, в зону разряда (6).

Также производят вакуумную откачку газа из щелевого зазора через выполненные в заземленном узле (4) каналы (12), соединяющие указанный щелевой зазор (11) с непрерывно откачиваемой камерой (1). Величину d щелевого зазора, давление p газа и значение (p·d) в нем обеспечивают такой величины, чтобы заряженные частицы, движущиеся в электрическом поле щелевого зазора, покидали его без осуществления актов ионизации, а щелевой зазор служил надежной электрической изоляцией между съемными высоковольтным и заземленным электродами.

Также в процессе работы жидкостным охладителем, циркулирующим через каналы (14), (17) и порты ввода (15), (18) и порты вывода (16), (19) охлаждающей жидкости, охлаждают съемные высоковольтный электрод (3) и съемный заземленный электрод (5). Предпочтительно, что порты ввода (18) и вывода (19) охлаждающей жидкости съемного заземленного электрода (5) включают в себя и герметично установленные в высоковольтном и заземленном электродах диэлектрические трубки, проходящие сквозь высоковольтный электрод, как это иллюстрируется прилагаемым чертежом.

В вариантах изобретения для обеспечения максимального теплосъема съемный высоковольтный электрод (3), в наибольшей степени подверженный тепловой нагрузке, охлаждают с испарением охлаждающей жидкости. Для этого охлаждающую жидкость в канал (14) для протока охлаждающей жидкости подают через установленное в нем сопло под давлением, достаточным для выноса паровой пробки, образующейся в канале (14). При этом канал (14) для протока охлаждающей жидкости предпочтительно расположен в непосредственной близости от тугоплавкой осесимметричной вставки (20) съемного высоковольтного электрода (3).

Через 5·10⁷ или более импульсов прерывают работу устройства и производят замену съемного высоковольтного электрода (3) и/или съемного заземленного электрода (5). Съем высоковольтного и/или заземленного съемного электродов производят в направлении, противоположном направлению вывода излучения и потока импульсной высокотемпературной плазмы в откачиваемую камеру. Замену производят через отверстие кольцевого сердечника (25) одновиткового насыщаемого дросселя, размещенного между высоковольтным узлом (2) и заземленным узлом (4) снаружи съемных высоковольтного и заземленного электродов (3), (5). Предпочтительно производят ремонт съемных электродов (3), (5) путем замены в них осесимметричных вставок (20), (21) из тугоплавкого металла.

В вариантах изобретения с целью непрерывного получения высокотемпературной разрядной плазмы и ЭУФ излучения осуществляют попеременную работу двух идентичных устройств для получения высокотемпературной разрядной плазмы и ЭУФ излучения, откачиваемые камеры которых совмещены в общую откачиваемую камеру, и с помощью, по меньшей мере, одного перемещаемого зеркала, установленного в общей откачиваемой камере, попеременно направляют в выбранном направлении пучок ЭУФ излучения из зоны разряда одного из двух попеременно работающих устройств.

Предпочтительно, что съемные высоковольтный и заземленный электроды на время их замены герметично отделяют от откачиваемой камеры, например, посредством шиберной задвижки.

Выполнение устройства в соответствии с изобретением продемонстрировало достижение наибольшей для газоразрядных источников мощности излучения P_13,5 ~ 190 Вт/2π ср и яркости B_13,5 ~ 135 Вт/(мм²·ср) в непосредственной близости от плазмы с поперечным и продольным размерами 0,22 и 1,4 мм соответственно по уровню ½ яркости B_13,5.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Предложенные устройство и способ предназначены для ряда применений, включающих актиническую (на 13,5 нм) инспекцию литографических ЭУФ масок, ЭУФ метрологию, ЭУФ литографию, рентгеновскую микроскопию и/или томографию биологических объектов в спектральном диапазоне прозрачности воды (2,4-4,4 нм), а также поверхностную обработку материалов потоками высокотемпературной импульсной плазмы

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. US Patent 7307375, опубликован 12.11.2007.

2. US Patent 7397190, опубликован 07.08.2008.

3. Патент РФ 2252496, опубликован 20.01.2004.

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.

1. Устройство для получения высокотемпературной разрядной плазмы и ЭУФ излучения, содержащее откачиваемую камеру (1), составной высоковольтный узел (2) с высоковольтным электродом (3), выполненным съемным, составной заземленный узел (4) с заземленным электродом (5), выполненным съемным, осесимметричную зону разряда (6) между съемными высоковольтным и заземленным электродами (3), (5), порт (7) подачи плазмообразующего газа в зону разряда и источник питания (8), при этом
съемные высоковольтный и заземленный электроды (3), (5) размещены вдоль оси симметрии (10) зоны разряда (6), имеют осевые отверстия и вне разрядной зоны (6) отделены друг от друга щелевым зазором (11),
в заземленном узле (4) выполнены каналы, соединяющие указанный щелевой зазор с откачиваемой камерой (1),
зона разряда (6) соединена с откачиваемой камерой (1) через осевое отверстие (13) в заземленном электроде (5),
съемный высоковольтный электрод (3) снабжен каналом (14) для протока охлаждающей жидкости с портами ввода (15) и вывода (16) охлаждающей жидкости.

2. Устройство по п. 1, в котором съемный заземленный электрод (5) снабжен каналом (17) для протока охлаждающей жидкости с портами ввода (18) и вывода (19) охлаждающей жидкости.

3. Устройство по п. 1, в котором съемный высоковольтный электрод имеет осесимметричную вставку (20) из тугоплавкого металла.

4. Устройство по п. 1, в котором съемный заземленный электрод имеет осесимметричную вставку (21) из тугоплавкого металла.

5. Устройство по п. 1, содержащее блок предыонизации (22) зоны разряда.

6. Устройство по п. 5, в котором блок предыонизации (22) включает в себя систему формирования завершенного скользящего разряда (CP) на внутренней поверхности части керамической трубки (23), установленной в съемном высоковольтном электроде (3) вдоль оси (10) зоны разряда, причем блок предыонизации (22) совмещен с портом (7) подачи плазмообразующего газа в зону разряда.

7. Устройство по п. 1, в котором осевое отверстие (13) заземленного электрода (5) имеет переменный вдоль оси диаметр.

8. Устройство по п. 1, в котором отверстие (13) заземленного электрода (5) выполнено с функцией ограничения скорости потока плазмообразующего газа в откачиваемую камеру (1).

9. Устройство по п. 1, в котором источник питания (8) содержит импульсно заряжаемые конденсаторы (24), подсоединенные к высоковольтному и заземленному электроду через одновитковый насыщаемый дроссель, кольцевой сердечник (25) которого размещен между высоковольтным узлом (2) и заземленным узлом (4) снаружи съемных высоковольтного и заземленного электродов (3), (5).

10. Способ получения ЭУФ излучения из плазмы газового разряда посредством устройства по пп. 1-9, заключающийся в осуществлении с помощью источника питания при высокой, от 100 до 10000 Гц, частоте повторения импульсов
предыонизации газа в приосевой части зоны разряда,
зажигании импульсного предразряда между съемными высоковольтным и заземленным электродами, формировании в процессе импульсного предразряда токо-плазменной оболочки, расширяющейся за счет скин-эффекта на периферию зоны разряда, ограниченной щелевым зазором между высоковольтным и заземленным электродами,
осуществлении сильноточного разряда пинчевого типа между высоковольтным и заземленным электродами со сжатием собственным магнитным полем тока разряда токо-плазменной оболочки с образованием на оси зоны разряда плотной высокотемпературной плазмы, являющейся источником ЭУФ излучения, при котором
в процессе работы непрерывно осуществляют подачу газа в зону разряда и производят вакуумную откачку газа из щелевого зазора через выполненные в заземленном узле (4) каналы (12), соединяющие указанный щелевой зазор (11) с непрерывно откачиваемой камерой (1),
производят охлаждение съемного высоковольтного электрода (3) и съемного заземленного электрода (5), и
через 5·10⁷ или более импульсов прерывают работу устройства и производят замену съемного высоковольтного электрода (3) и/или съемного заземленного электрода (5).

11. Способ по п. 10, при котором предыонизацию производят через осевое отверстие высоковольтного электрода излучением CP, зажигаемого на внутренней поверхности керамической трубки, входящей в систему формирования СР.

12. Способ по п. 10, при котором охлаждение съемного высоковольтного электрода (3) осуществляют с испарением охлаждающей жидкости.

13. Способ по п. 10, при котором попеременно осуществляют работу двух идентичных устройств для получения высокотемпературной разрядной плазмы и ЭУФ излучения по пп. 1-9, откачиваемые камеры которых совмещены в общую откачиваемую камеру, и с помощью, по меньшей мере, одного перемещаемого зеркала, установленного в общей откачиваемой камере, попеременно направляют в выбранном направлении пучок ЭУФ излучения из зоны разряда одного из двух попеременно работающих устройств.