ВЫСОКОЯРКОСТНЫЙ ИСТОЧНИК КОРОТКОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ Российский патент 2020 года по МПК H01J37/75 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ПАТЕНТЫ И ПАТЕНТНЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка является продолжением заявки на патент РФ 2019113052, поданной 26 апреля 2019 г., ныне патент РФ 2706713, которая, в свою очередь, является продолжением заявки на патент PCT RU/2018/000520, поданной 08 августа 2018 г., которая, в свою очередь, является продолжением заявки на патент РФ 2017141042, поданной 24 октября 2017 г., ныне патент РФ 2670273, которые включены в настоящее описание посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к высокояркостным источникам коротковолнового излучения на основе лазерной плазмы с глубоким подавлением загрязняющих частиц, обеспечивающим долговременную работу источника излучения и интегрированной с ним аппаратуры. Данные источники предназначены для генерации мягкого рентгеновского, экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) и вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения в области длин волн приблизительно от 0.4 до 120 нм. Область применения включает в себя рентгеновскую, ЭУФ и ВУФ метрологию, микроскопию, биомедицинскую и медицинскую диагностику, а также различные виды контроля, включая инспекцию литографических ЭУФ масок.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Источники излучения мягкого рентгеновского (0.4 - 10 нм), ЭУФ (10 - 20 нм) и ВУФ (20-120 нм) диапазонов высокой интенсивности применяются во многих областях: для микроскопии, биомедицинской и медицинской диагностики, испытания материалов, анализа наноструктур, в атомной физике, и литографии - являются основой аналитической базы современного высокотехнологичного производства и одним из основных инструментов при разработке новых материалов и изделий на их основе.

Наиболее эффективным и технологическим методом получение излучения в указанных диапазонах является использование лазерной плазмы. Разработка источников коротковолнового излучения на основе лазерной плазмы в последние годы во многом стимулировалась развитием проекционной ЭУФ литографии для крупномасштабного производства интегральных схем (ИС) с размерами структур 10 нм и менее.

ЭУФ литография основана на использовании излучения в диапазоне 13,5+/-0,135 нм. Одним из важнейших метрологических процессов современной нанолитографии является контроль ИС на отсутствие дефектов. При этом общей тенденцией является переход от инспекции ИС к анализу литографических масок. Наиболее эффективно процесс инспекции маски осуществлять с помощью ее сканирования актиническим излучением, то есть излучением, длина волны которого совпадает с рабочей длиной волны литографа (так называемая Actiniс Inspection). Таким образом, контроль бездефектности литографических масок в процессе их производства и в течение всего времени эксплуатации является одной из ключевых проблем ЭУФ литографии, а создание прибора для диагностики литографических масок и его ключевого элемента- высокояркостного актинического источника входит в приоритеты развития ЭУФ литографии.

Источники излучения для ЭУФ литографии при широкомасштабном производстве ИС используют лазерную плазму капельных Sn-мишеней, генерируемую мощной лазерной системой, включающей CO₂-лазеры. Такие источники имеют мощность ЭУФ излучения, превышающую на несколько порядков величины уровень мощности, необходимой для инспекции ЭУФ масок. Поэтому применение для контроля масок источников ЭУФ излучения, используемых в настоящее время в литографических системах, является неадекватным из-за излишней сложности и стоимости. В связи с этим необходимы другие подходы к созданию высокояркостных источников ЭУФ излучения для актинической инспекции ЭУФ масок.

В соответствии с одним из подходов, известном из патента US 8344339, опубликованного 01 марта 2012, известно устройство для генерации ЭУФ излучения из лазерной плазмы, включающее в себя вакуумную камеру, в которой размещены вращающийся на валу мишенный узел, представляющий собой твердотельный стержень из плазмообразующего материала, входное окно для лазерного пучка, фокусируемого в зону взаимодействия, из которой осуществляется вывод пучка ЭУФ излучения на оптический коллектор. Устройство и способ генерации ЭУФ излучения характеризуются тем, что в качестве материала мишени используется олово (Sn), как наиболее эффективное плазмообразующее вещество, а стержень, помимо вращения, совершает также возвратно-поступательные осевые перемещения. Однако указанные устройство и способ обладают рядом недостатков, к которым относятся невоспроизводимость профиля твердой поверхности мишени от импульса к импульсу при долговременной непрерывной работе устройства, что сказывается на стабильности выходных характеристик источника коротковолнового излучения, сложность конструкции, так как требуются сложные перемещения мишенного узла и его периодическая замена, а также высокий уровень потока загрязняющих частиц из зоны взаимодействия, что резко ограничивает возможности применения.

Метод магнитного ослабления, раскрытый, например, в патенте США 8519366, опубликованном 27 августа 2013, включает использование магнитного поля для устранения, по меньшей мере, заряженных загрязняющих частиц. Метод предназначен преимущественно для использования в источниках ЭУФ излучения на основе лазерной плазмы капельных Sn- мишеней, характеризующихся сложностью конструкции и эксплуатации. В этом патенте система защиты от загрязнений включает также фольговую ловушку и порты для подачи буферного газа в фольговую ловушку, так что нейтральные атомы и кластеры материала мишени достаточно эффективно захватываются.

Метод защиты с использованием плазмы, создаваемой на пути распространения пучка коротковолнового излучения в специально инжектируемом газе, которая заряжает загрязнения, после чего импульсное электрическое поле отклоняет заряженные частицы раскрыт в патентной заявке US 2013/0313423 A1, опубликованной 3 апреля 2013. Метод эффективен для защиты от ионно/паровой фракции загрязнений, например, в источниках, использующих в качестве рабочего вещества ксенон. Однако в источниках, использующих в качестве рабочего вещества металлы, основную угрозу элементов оптической системы источника представляет микрокапельная фракция загрязнений, против которой этот метод бессилен.

Все вышеперечисленные подходы в построении плазменных источников коротковолнового излучения, а также использованные в них методы подавления загрязнений не обеспечивают высокоэффективное подавление микрокапельной фракции загрязняющих частиц. Это ограничивает время бесперебойной работы аппаратуры, в которую интегрирован источник коротковолнового излучения из-за загрязнений ее оптических элементов.

Частично этого недостатка лишен способ защиты от микрокапельной фракции загрязняющих частиц, известный из патента US 7302043, опубликованного 27.11.2007. Он предусматривает применение быстровращающегося затвора, выполненного с возможностью пропускания коротковолнового излучения, по меньшей мере, через одно отверстие в течение одного периода вращения и препятствование прохождению загрязняющих частиц во время другого периода вращения за счет поворота затвора.

Однако использования подобного средства защиты от загрязнений в компактном источнике излучения технически слишком сложно для реализации.

В соответствии с этим существует потребность в улучшенных источниках коротковолнового излучения высокой яркости с глубоким подавлением потоков загрязняющих частиц.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема, которая должна быть решена с помощью изобретения, относится к созданию компактных источников мягкого рентгеновского, ЭУФ и ВУФ излучения высокой яркости с глубоким подавлением потока загрязняющих частиц на пути прохождения пучков лазерного и коротковолнового излучения.

Достижение этой цели возможно с помощью источника коротковолнового излучения на основе лазерной плазмы, содержащего вакуумную камеру с вращающимся мишенным узлом, поставляющим в зону взаимодействия мишень, представляющую собой слой расплавленного металла, образованный центробежной силой на обращенной к оси вращения поверхности кольцевого желоба вращающегося мишенного узла, лазерный пучок, сфокусированный на мишень в зоне взаимодействия, полезный пучок коротковолнового излучения, выходящий из зоны взаимодействия, и средства подавления загрязнений.

Источник излучения характеризуется тем, что вблизи зоны взаимодействия неподвижно установлен экран с первым отверстием для ввода сфокусированного лазерного пучка в зону взаимодействия и вторым отверстием для выхода полезного пучка коротковолнового излучения из зоны взаимодействия.

В предпочтительных вариантах реализации изобретения экран выполнен кольцевым.

Предпочтительно экран отделен от вращающегося мишенного узла щелевыми зазорами.

В вариантах реализации изобретения, по меньшей мере, одно из двух отверстий в экране выполнено коническим.

Предпочтительно ось пучка коротковолнового излучения направлена из зоны взаимодействия под углом более 45° к плоскости вращения мишенного узла.

Предпочтительно средства подавления загрязнений включают в себя вращение мишени с высокой линейной скоростью, более 80 м/с, защитные потоки газа, магнитные и электростатические поля, фольговые ловушки, мембрану на основе углеродных нанотрубок (УНТ- мембрану).

В вариантах реализации изобретения, по меньшей мере, части лазерного и коротковолнового пучков излучения окружены кожухами, в которых осуществляют проток газа, направленный в сторону зоны взаимодействия.

Предпочтительно пучок коротковолновый излучения содержит излучение на длинах волн в диапазоне от 0,4 до 120 нм.

Предпочтительно материал мишени выбран из легкоплавких металлов, включая Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn и их сплавы.

В вариантах реализации изобретения дополнительно введено сопло, подающее высокоскоростной поток газа в зону взаимодействия.

В вариантах реализации изобретения сфокусированный лазерный пучок направлен в зону взаимодействия через сопло.

Предпочтительно газ содержит инертный газ.

В вариантах реализации изобретения скорость потока газа в зону взаимодействия составляет от 60 м/с до 300 м/с, а давление газа в зоне взаимодействия составляет от 5 мбар до 200 мбар⋅с.

Предпочтительно сопло расположено на расстоянии не более 2 мм от зоны взаимодействия.

В вариантах реализации изобретения поток газа направлен под углом к вектору линейной скорости мишени в зоне взаимодействия, не превышающим 45 градусов.

Предпочтительно направление преимущественного выхода потоков загрязняющих частиц из зоны взаимодействия существенно отличается от направления, по меньшей мере, на одно из двух отверстий в экране.

Предпочтительно вектор линейной скорости мишени в зоне взаимодействия и, по меньшей мере, одно из двух отверстий расположены по разные стороны от плоскости, проходящей через зону взаимодействия и ось вращения мишенного узла.

В вариантах реализации изобретения ось, по меньшей мере, одного из двух отверстий в экране направлена под углом менее 45 ° к поверхности мишени.

Техническим результатом изобретения является создание источников излучения мягкого рентгеновского, ЭУФ и ВУФ диапазонов высокой яркости, характеризующихся глубоким подавлением загрязнений, повышенными сроком службы и удобством эксплуатации, а также уменьшением эксплуатационных расходов.

Вышеупомянутые и другие цели, преимущества и особенности настоящего изобретения станут более очевидными из следующего неограничивающего описания его примерного варианта осуществления, приведенного в качестве примера со ссылкой на прилагаемый чертеж.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

Сущность изобретения поясняется чертежами, на котором:

Фиг. 1, Фиг. 2 - схематичное изображение источника коротковолнового излучения в сечении, проходящем через зону взаимодействия и ось вращения, в соответствии с вариантами реализации изобретения,

Фиг.3 - схематичное изображение источника в варианте реализации настоящего изобретения,

Фиг. 4а и Фиг. 4б - сечение источника излучения в плоскости вращения и диаграммы нормированных скоростей разлета капельной и ион/паровой фракции загрязнений для различных вариантов реализации изобретения.

На чертежах совпадающие элементы устройства имеют одинаковые номера позиций.

Данные чертежи не охватывает и, тем более, не ограничивают весь объем вариантов реализации данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частных случаев его выполнения.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с примером осуществления изобретения, показанном на Фиг. 1, высокояркостный источник коротковолнового излучения на основе лазерной плазмы содержит вакуумную камеру 1 с вращающимся мишенным узлом 2, поставляющим в зону взаимодействия 3 мишень 4 в виде слоя расплавленного металла. Указанный слой расплавленного металла образован центробежной силой на обращенной к оси вращения 5 поверхности кольцевого желоба 6 вращающегося мишенного узла. Лазерный пучок 7, генерируемый лазером с высокой частотой повторения импульсов, сфокусирован на мишень в зоне взаимодействия 3. В результате взаимодействия сфокусированного лазерного пучка с мишенью в зоне взаимодействия 3 производится высокотемпературная плазма материала мишени. Производимая лазером плазма эмитирует излучение в коротковолновом диапазоне, включающем в себя длины волн от 0,4 до 120 нм. Используемое излучение плазмы представляет собой полезный пучок коротковолнового излучения 8, выходящий из зоны взаимодействия 3 за пределы вращающегося мишенного узла для использования в интегрированной с источником излучения аппаратуре. Как побочный продукт в зоне взаимодействия генерируются загрязняющие частицы, к которым относятся микрокапли, пары и ионы материала мишени. Для обеспечения чистоты высокояркостного источника излучения на основе лазерной плазмы он содержит средства для подавления загрязнений.

Вращающийся мишенный узел 2 предпочтительно выполнен в виде скрепленного с валом вращения 9 диска 10, имеющего периферийную часть в виде кольцевого барьера 11. На внутренней поверхности кольцевого барьера 11, обращенной к оси вращения 5, имеется кольцевой желоб 6. Кольцевой желоб 6, в свою очередь, также имеет поверхность, обращенную к оси вращения 5. При этом конфигурация кольцевого желоба предотвращает выброс материала мишени 4 в радиальном направлении и в обоих направлениях вдоль оси вращения 5, если объем материала мишени не превышает объем желоба.

Кольцевой желоб 6 в варианте изобретения, показанном на Фиг. 1, образован периферийной частью диска 10 и кольцевым барьером 11 с конической внутренней поверхностью, обращенной к оси вращения 5. Возможны и другие варианты конфигурации желоба.

Используется достаточно высокая скорость вращения, при которой в результате действия центробежной силы поверхность жидкометаллической мишени 4 параллельна оси вращения 5, то есть представляет собой кругло-цилиндрическую поверхность, ось которой совпадает с осью вращения 5, Фиг. 1.

Материал мишени поддерживается в расплавленном состоянии мощностью лазерного излучения, поглощаемой мишенью. Для стартового расплавления материала мишени может использоваться специальный нагреватель 25, использующий, в частном варианте реализации изобретения индукционный нагрев.

В соответствии с изобретением в качестве одного из средств подавления загрязнений используется защитный экран 12. Экран 12 жестко установлен, чтобы окружать зону взаимодействия 3, причем указанный экран содержит первое отверстие 13 , образующее вход для лазерного пучка 7, и второе отверстие 14, образующее выход для полезного пучка коротковолнового излучения 8.

Предпочтительно экран 12 выполнен кольцевым. Вместе с тем, в варианте изобретения экран 12 может быть расположен напротив углового сектора мишени 4 около зоны взаимодействия 3 и по торцам отделен от нее щелевыми зазорами.

При наличии экрана 12 достигается сильное подавление потока загрязняющих частиц из зоны взаимодействия и возвращение их в желоб 6. Для более глубокого подавления загрязнений экран 12 отделен от вращающегося мишенного узла 2 щелевыми зазорами 15, 16, Фиг. 1. В этом случае мишень расположена в практически замкнутой полости 17, образованной поверхностями желоба 6 и экрана 12. Из полости 17 выход загрязняющих частиц, генерируемых наряду с излучением в зоне взаимодействия 3, возможен лишь через два небольших отверстия 13, 14.

В вариантах изобретения первое и второе отверстия 13, 14 в экране 12 выполнены конусными, и вершины конусных отверстий расположены в зоне взаимодействия 3. Это позволяет минимизировать площадь сечения отверстий 13, 14 для более эффективного удержания загрязнений в полости 17.

Кроме этого, в соответствии с изобретением на пути прохождения пучка коротковолнового излучения 8, а также на пути лазерного пучка 7 расположены другие средства для подавления загрязнений. Предпочтительно средства для подавления загрязнений содержат конусные кожухи 18, 19, окружающие, по меньшей мере, части лазерного пучка 7 и пучка коротковолнового излучения 8; вводы газа 20; источники магнитного поля, например, в виде постоянных магнитов 21, источники электростатического поля (не показаны), фольговые ловушки (не показаны), сменную УНТ- мембрану 22.

В соответствии с изобретением, для высокоэффективной генерации излучения на различных длинах волн в диапазоне от 0.4 до 120 нм материал мишени предпочтительно подбирают из группы нетоксичных легкоплавких металлов, включающей себя Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn и их сплавы.

Для получения излучения в диапазоне длин волн более 20 нм УНТ- мембрану 22 не используют, поскольку ее прозрачность в указанном диапазоне резко снижается с увеличением длины волны излучения.

Источник коротковолнового излучения также содержит входное окно 23 для ввода сфокусированного лазерного пучка 7, привод вращения 24 мишенного узла, нагреватель 25, предназначенный для стартового расплавления материала мишени 4.

В состав оборудования, использующего коротковолновое излучение, может входить коллекторное зеркало 26.

Предпочтительно линейная скорость мишени составляет более 80 м/с. Это позволяет многократно, на порядки величины, по сравнению с низкими линейными скоростями, уменьшить выход из вращающегося мишенного узла капельной фракции загрязняющих частиц в направлении отверстий 13, 14 экрана 12.

В вариантах реализации изобретения, один из которых схематично показан на Фиг. 2, с целью более глубокого подавления ионно/паровой фракции загрязнений введено сопло 27, предназначенное для формирования высокоскоростного потока газа, направленного в зону взаимодействия 3.

В качестве сопла 27 может служить часть конусного кожуха 18, входящая в полость 17 через отверстие 13 экрана, как схематично показано на Фиг. 2. В этих вариантах реализации изобретения сфокусированный лазерный пучок 7 направлен в зону взаимодействия 3 через сопло 27. В результате достигается глубокое подавление ион/паровой фракции загрязняющих частиц на пути прохождения лазерного пука 7.

В других вариантах реализации изобретения высокоскоростной поток газа, направленный в зону взаимодействия 3, может формироваться отдельно расположенным соплом 27, как иллюстрируется Фиг. 3.

Для продува газа через сопло 27 предпочтительно используют аргон или другие инертные газы и их смеси. Эффективное подавление ионно/паровой фракции загрязнений достигается при скорости потока защитного буферного газа, направляемого в зону взаимодействия 3, от 60 до 300 м/с и давлении от 5 до 200 мбар. С целью обеспечения указанных параметров газового потока сопло предпочтительно расположено на малом, не превышающем 2 мм, расстоянии от зоны взаимодействия 3.

В соответствии с изобретением в качестве дальнейших мер подавления загрязнений на пути прохождения пучков лазерного и коротковолнового излучения 7, 8 используют такую конфигурацию источника излучения на основе лазерной плазмы при которой в зоне взаимодействия 3 направление преимущественного выхода микрокапельной и ионно/паровой фракции загрязнений существенно отличается от направлений на отверстия 13, 14 в экране 12.

На Фиг. 4а и Фиг. 4б схематично показано сечение источника коротковолнового излучения в плоскости вращения, проходящей через зону взаимодействия для вариантов реализации изобретения без использования сопла, Фиг. 4а, и с использованием сопла 27, Фиг. 4б. Также схематично представлены: диаграмма скоростей разлета капельной фракции загрязнений 30 и диаграмма скоростей разлета ионно/паровой фракции загрязнений 32. Поскольку скорости для этих двух факций могут отличаться почти на порядок величины, представлены диаграммы скоростей нормированных на их характерные значения.

Как видно из Фиг. 4а преимущественное направление разлета сравнительно медленной микрокапельной фракции загрязнений 30 отклонено к вектору 28 линейной скорости мишени в зоне взаимодействия. В связи с этим, в качестве одного из средств подавления загрязнений используют такую конфигурацию источника излучения, при которой вектор 28 линейной скорости мишени в зоне взаимодействия и, по меньшей мере, одно из первого и второго отверстий 13, 14 в экране 12 предпочтительно расположены по разные стороны от плоскости 29, проходящей через зону взаимодействия 3 и ось вращения 5.

Как иллюстрируется Фиг. 4а, линейная скорость мишени V_R практически не оказывает влияния на направление разлета ионно/паровой фракции загрязнений 32. Направления разлета ионов и паров 32 из зоны взаимодействия 3 лежат в конусообразной области, ось которой направлена по нормали к вектору 28 линейной скорости мишени в зоне взаимодействия 3, а угол при вершине не превышает 90°. Таким образом, распространение закрязняющих частиц в направлениях вдоль или вблизи поверхности мишени незначительно. Если используются меры по отклонению потока загрязняющих частиц, Фиг. 4б, то все равно, существуют направления вдоль или вблизи поверхности мишени распространение загрязняющих частиц вдоль которых незначительно. В связи с этим в вариантах изобретения, в качестве одного из средств подавления загрязнений используют такую конфигурацию источника излучения, в которой, по меньшей мере, одна из осей пучков излучения 7, 8 или отверстий 13, 14 направлена под углом менее 45° к поверхности мишени. В частном случае это означает, что в вариантах реализации изобретения, по меньшей мере, одна из осей пучков излучения 7, 8 или отверстий 13, 14 направлена под достаточно большим углом, более 45 градусов, к плоскости вращения. Эти варианты реализации изобретения иллюстрируются на Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг.3, на которых ось пучка 8 коротковолнового излучения и, соответственно, ось второго отверстия 14 направлены под углом более 45° к плоскости вращения вращающегося мишенного узла 2 и под углом менее 45° к поверхности мишени.

В вариантах изобретения, иллюстрируемых Фиг. 4б, поток газа 31 из сопла 27 направлен в зону взаимодействия 3 под углом к вектору 28 линейной скорости мишени, не превышающим 45 градусов. За счет этого преимущественное направление распространения ионно/паровой фракции загрязнений 32, также как и микрокапельной фракции 30, отклонено к вектору 28 линейной скорости мишени в зоне взаимодействия и не направлено на первое и второе отверстия 13, 14 в экране 12. В этих случаях отклонение ионно/паровой фракции загрязнений происходит за счет потока газа 31, а отклонение микрокапельной фракции – за счет быстрого вращения мишени.

Все это, наряду с применением других средств подавления загрязнений, обеспечивает эффективную защиту путей прохождения лазерного и коротковолнового пучков излучения 7, 8 от как ионно/паровой так и от капельной фракций загрязнений.

Работа высокояркостного источника коротковолнового излучения на основе лазерной плазмы производится следующим образом.

Вакуумная камера 1 откачивается безмасляной вакуумной насосной системой (не показана) до давления ниже 10^-5-10^-8 мбар, удаляя газовые компоненты, такие как азот, кислород, углерод и др., способные взаимодействовать с материалом мишени. При включении источника излучения материал мишени приводится в расплавленное состоянии с помощью неподвижного нагревателя 25, которое может использовать индукционный нагрев, Фиг.1.

Вращающийся мишенный узел 2 приводится в движение с помощью привода вращения 24, например, электромотора с магнитной муфтой, что обеспечивает чистоту вакуумной камеры 1. Под действием центробежной силы мишень 4 формируется в виде слоя расплавленного металла на обращенной к оси вращения 5 поверхности кольцевого желоба 6.

Сфокусированным лазерный пучком 7 воздействуют на мишень 4 с высокой частотой повторения импульсов, которая может быть в диапазоне от 1 кГц до 1 МГц. В результате воздействия сфокусированного лазерного пучка в зоне взаимодействия 3 производится нагрев материала мишени до температуры, обеспечивающей образование высокотемпературной лазерной плазмы материала мишени. Высокотемпературная плазма эмитирует излучение в коротковолновом диапазоне, включающем в себя длины волн от 0,4 до 120 нм. В зависимости от плотности мощности лазерного излучения в фокусном пятне и рабочего вещества мишени коротковолновое излучение генерируется преимущественно в мягком рентгеновском (0.4 - 10 нм) и/или ЭУФ (10 - 20 нм) и/или ВУФ (20-120 нм) диапазонах.

Отвод тепла от мишени осуществляется через узкий (~0.2-0.4 мм) зазор между вращающимся мишенным узлом 2 и неподвижным охлаждаемым водой радиатором (не показан), через который продувается газ при давлении ~1 мбар. Теплопроводности газа и площади контакта достаточно, чтобы снять до 1.5 кВт тепловой мощности для этого типа охлаждения. Вместе с тем, могут использоваться другие способы охлаждения вращающегося мишенного узла.

Из плотной высокотемпературной лазерной плазмы, генерируемой в зоне взаимодействия 3, осуществляют вывод пучка коротковолнового излучения 8 предпочтительно через УНТ - мембрану 22, установленную в области прямой видимости зоны взаимодействия 3 и полностью перекрывающую апертуру пучка коротковолнового излучения 8. УНТ - мембрана 22 обеспечивает вывод пучка коротковолнового излучения, благодаря высокой (80-90%) прозрачности в диапазоне длин волн короче 20 нм. Одновременно с этим УНТ - мембрана 22 препятствует прохождению через нее загрязняющих частиц, обеспечивая глубокое подавление загрязнений на пути к коллекторному зеркалу 26.

Важной составляющей технологии подавления капельной фракции загрязняющих частиц является использование высокой линейной скорости мишени, придающей каплям значительную тангенциальную составляющую скорости. Это позволяет перенаправить подавляющее количество капель в сторону от оптических осей лазерного и коротковолнового пучков 7, 8 излучения. В варианте изобретения материалом мишени является олово (Sn) или его сплав. Это обеспечивает высокие энергетические характеристики излучения в диапазоне длин волн (13,5+/-0,135) нм, использующемся для производственных и метрологических процессов в ЭУФ литографии. Для мишени из Sn максимальная скорость разлета капельной фракции загрязняющих частиц составляет менее 100 м/с. В связи с этим, в вариантах изобретения используется линейная скорость мишени свыше 80 м/с, при которой, как показывают расчеты и измерения, достигается высокоэффективное подавление капельной фракции загрязнений.

В соответствии с изобретением зона взаимодействия 3 закрыта неподвижным кольцевым экраном 12, отделенным минимальными щелевыми зазорами 15, 16 от вращающегося мишенного узла и образующего вокруг мишени 4 практически замкнутую полость 17, имеющую лишь два отверстия 13, 14 для пучков 7, 8 лазерного и коротковолнового излучения. За счет того, что вектор скорости капель направлен преимущественно вдоль вектора линейной скорости мишени в сторону от отверстий 13, 14, преобладающая часть капельной фракции загрязнений, многократно отражаясь от стенок полости 17, остается внутри нее. Наряду с этим, обеспечивается возврат подавляющей части осколков рабочего вещества в кольцевой желоб 6, поскольку температуру кольцевого экрана 12 вблизи зоны взаимодействия поддерживают выше температуры плавления рабочего вещества с помощью нагревателя 25, а также плазмы и излучения, генерируемых в зоне взаимодействия 3.

В соответствии с изобретением вывод пучка коротковолнового излучения 8 из точки взаимодействия 3 под углом больше 45° к плоскости вращения позволяет ослабить в несколько раз поток капельной фракции загрязнений и более чем на порядок ионно/паровой фракции. Это происходит за счет неоднородной индикатрисы разлета загрязнений из зоны взаимодействия. При этом интенсивность коротковолнового излучения под этими углами изменяется незначительно по отношению к углам вывода коротковолнового излучения в диапазоне от 0° до 45°.

В вариантах осуществления изобретения используют высокоскоростной поток газа из сопла 27, которое может быть представляющего собой либо часть окружающего лазерный пучок конусообразного кожуха 18, Фиг. 2, либо представлять собой отдельное устройство, как показано на Фиг. 3, Фиг. 4б.

В предпочтительных вариантах реализации изобретения поток газа 31 направляют в зону взаимодействия 3 под небольшим углом к вектору линейной скорости мишени 4 в зоне взаимодействия 3, не превышающим 45 градусов, Фиг. 3, Фиг. 4б.

Сопло 27 приближено к зоне взаимодействия на небольшое расстояние 1-2 мм, так что струя газа 31, Фиг. 4б, имеет сравнимое значение импульса со значением импульса плазмы и паров, распространяющихся из зоны взаимодействия. В результате воздействия струи газа 31 направление преимущественного распространения ионов и паров 30 отклоняется от первоначального. В результате потоки загрязнений 30, 32 не направлены в сторону двух отверстий 13, 14 и путей прохождения пучков 7, 8 лазерного и коротковолнового излучения, Фиг. 4б. Давление в потоке газа с одной стороны должно быть достаточно большим, чтобы эффективно отклонить разлетающуюся плазму и пары, с другой стороны,- не превышать давления, при котором будет наблюдаться слишком большое (более 20%) поглощение коротковолнового излучения вблизи зоны взаимодействия 3. Как показывают оценки, такой компромисс реализуется при обеспечении соответствующей скорости откачки вакуумной камеры 1.

В вариантах реализации изобретения дополнительно используют такие средства подавления загрязнений, как электростатическое и магнитное поля, направленные потоки защитного газа и фольговые ловушки (не показаны) перед оптическими элементами 23, 26. В соответствии с этим в неподвижных кожухах 18, 19, окружающих часть лазерного пучка 7 и часть пучка коротковолнового излучения 8, с помощью вводов газа 20 непрерывно осуществляют продув защитного буферного газа от УНТ - мембраны 22 и от входного окна 23 к зоне взаимодействия 3, Фиг. 1. Потоки газа защищают входное окно 23 и УНТ - мембрану 22 от ионно/паровой фракции загрязнений, осаждая их на стенках кожухов 18, 19 или фольговых ловушек (не показаны).

Заряженные частицы также осаждают на поверхности кожухов 18, 19 с помощью магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами 21, расположенными на наружной поверхности кожухов 18, 19 вблизи зоны взаимодействия 3. Магнитные поля предпочтительно ориентированы поперек оси пучка коротковолнового излучения 8 и лазерного пучка 7, что позволяет отклонить заряженные частицы от прямолинейного движения к УНТ - мембране 22 и к входному окну 23. Это способствует увеличению времени службы УНТ - мембраны 22 и выходного окна 23 до их замены.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет создать наиболее высокояркостные источники мягкого рентгеновского ЭУФ и ВУФ излучения с высоким сроком службы и удобством эксплуатации.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Предложенные устройства предназначены для ряда применений, включающих микроскопию, материаловедение, диагностику материалов, биомедицинскую и медицинскую диагностику, инспекцию нано- и микроструктур, включая актинический контроль литографических ЭУФ масок.

Изобретение относится к высокояркостному источнику коротковолнового излучения на основе лазерной плазмы. Источник содержит вакуумную камеру (1) с вращающимся мишенным узлом (2), поставляющим в зону взаимодействия (3) со сфокусированным лазерным пучком (7) мишень (4) в виде слоя расплавленного металла. В качестве средства подавления загрязнений вблизи зоны взаимодействия (3) неподвижно установлен экран (12) с двумя отверстиями (13), (14) для ввода лазерного пучка в зону взаимодействия (3) и вывода из нее полезного пучка коротковолнового излучения (8). Экран (12) может быть отделен от вращающегося мишенного узла (2) щелевыми зазорами (15), (16). Комплекс средств подавления загрязнений предпочтительно включает вращение мишени с высокой линейной скоростью, более 80 м/с; ориентацию, по меньшей мере, одного из пучков (7), (8) лазерного и коротковолнового излучения под углом менее 45° к поверхности мишени; сопло (27), подающее высокоскоростной поток газа в зону взаимодействия (3). Техническийм результатом является создание чистых высокояркостных источников коротковолнового излучения в диапазоне длин волн от 0.4 до 200 нм с высоким сроком службы. 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Источник коротковолнового излучения, содержащий вакуумную камеру (1) с вращающимся мишенным узлом (2), поставляющим мишень (4) в виде слоя расплавленного металла в зону взаимодействия (3) со сфокусированным лазерным пучком (7), полезный пучок коротковолнового излучения (8), выходящий из зоны взаимодействия, и средства подавления загрязнений, характеризующийся тем что

вблизи зоны взаимодействия (3) неподвижно установлен экран (12) с первым отверстием (13) для ввода сфокусированного лазерного пучка в зону взаимодействия (3) и вторым отверстием (14) для выхода полезного пучка коротковолнового излучения из зоны взаимодействия.

2. Источник излучения по п. 1, в котором слой расплавленного металла образован центробежной силой на обращенной к оси вращения (5) поверхности кольцевого желоба (6) вращающегося мишенного узла (2).

3. Источник излучения по п. 1, в котором щелевые зазоры (15), (16) отделяют экран (12) от вращающегося мишенного узла (2).

4. Источник излучения по п. 1, в котором экран (12) кольцевой.

5. Источник излучения по п. 1, в котором, по меньшей мере, одно из двух отверстий (13), (14) в экране (12) коническое.

6. Источник излучения по п. 1, в котором ось пучка коротковолнового излучения (8) направлена под углом более 45 градусов к плоскости вращения мишенного узла.

7. Источник излучения по п. 1, в котором средства подавления загрязнений включают в себя вращение мишени (4) с высокой линейной скоростью, более 80 м/с, защитные потоки газа, магнитные и электростатические поля, фольговые ловушки, мембрану (22) на основе углеродных нанотрубок.

8. Источник излучения по п. 1, в котором, по меньшей мере, части лазерного и коротковолнового пучков излучения (7), (8) окружены кожухами (18), (19), в которых осуществляют проток газа, направленный в сторону зоны взаимодействия.

9. Источник излучения по п. 1, в котором пучок коротковолнового излучения (8) содержит излучение в диапазоне длин волн от 0,4 до 120 нм.

10. Источник излучения по п. 1, в котором материал мишени (4) выбран из легкоплавких металлов, включающих Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn и их сплавы.

11. Источник излучения по п. 1, дополнительно содержащий сопло (27), подающее высокоскоростной поток газа в зону взаимодействия (3).

12 Источник излучения по п. 11, в котором сфокусированный лазерный пучок (7) направлен в зону взаимодействия через сопло (27).

13. Источник излучения по п. 11, в котором газ содержит инертный газ.

14. Источник излучения по п. 11, в зоне взаимодействия которого скорость потока газа составляет от 60 м/с до 300 м/с, а давление газа от 5 мбар до 200 мбар.

15. Источник излучения по п. 11, в котором сопло расположено на расстоянии не более 2 мм от зоны взаимодействия.

16. Источник излучения по п. 11, в котором поток газа (31) направлен под углом к вектору (28) линейной скорости мишени в зоне взаимодействия, не превышающим 45 градусов.

17. Источник излучения по п. 1, в котором направление преимущественного выхода потоков (30), (32) загрязняющих частиц из зоны взаимодействия существенно отличается от направления, по меньшей мере, на одно из двух отверстий (13), (14) в экране (12).

18. Источник излучения по п. 17, в котором вектор (28) линейной скорости мишени в зоне взаимодействия и, по меньшей мере, одно из двух отверстий (13), (14) расположены по разные стороны от плоскости (29), проходящей через зону взаимодействия (3) и ось вращения (5) мишенного узла (2).

19. Источник излучения по п. 17, в котором ось, по меньшей мере, одного из двух отверстий (13), (14) в экране направлена под углом менее 45 градусов к поверхности мишени (4).