ВЫСОКОЯРКОСТНЫЙ ИСТОЧНИК КОРОТКОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2021 года по МПК G21K3/00 H05G2/00 H01J35/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к высокояркостным источникам излучения в области длин волн приблизительно от 0.4 до 120 нм, в которых предусмотрено высокоэффективное подавление загрязняющих частиц в телесном угле сбора коротковолнового излучения для обеспечения долговременной работы источника излучения или/и интегрированной с ним аппаратуры.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Источники излучения мягкого рентгеновского, экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) и вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) диапазонов высокой интенсивности применяются во многих областях: для микроскопии, биомедицинской и медицинской диагностики, испытания материалов, анализа наноструктур, в атомной физике, и литографии.

Плазма, эффективно излучающая в мягком рентгеновском диапазоне (0.4 - 10 нм), ЭУФ (10 - 20 нм) и ВУФ (20-120 нм) диапазонах может быть получена, как при фокусировке излучения мощных лазеров на мишень, так и в разряде. Наряду с эмиссией коротковолнового излучения в качестве побочного продукта из области излучающей плазмы генерируется поток нежелательных микрокапель, а также заряженных и нейтральных частиц (debris), загрязняющих оптическую систему сбора коротковолнового излучения, включающую в себя коллекторную оптику, которая может состоять из одного или из нескольких зеркал, расположенных вблизи источника излучения. Помимо того, что осевшие на коллекторное зеркало микрокапли и частицы уменьшают его коэффициент отражения, частицы, обладающие высокой скоростью, могут приводить к повреждению коллекторного зеркала и, возможно, других частей оптической системы, расположенных вслед за коллекторным зеркалом.

Это обусловливает актуальность разработки чистых высокояркостных источников коротковолнового излучения с эффективным подавлением потока загрязняющих частиц на пути прохождения пучка коротковолнового излучения.

Из международной патентной заявки PCT/RU2012/000701, опубликованной под номером WO/2013/122505 22.08.2013, известен источник коротковолнового излучения на основе лазерно инициирумого разряда в парах металла. Луч лазера направлен на место облучения одного из электродов таким образом, чтобы инициируемый лучом лазера разряд имел асимметричную, преимущественно изогнутую, бананообразную форму. Собственное магнитное поле такого разряда имеет градиент, определяющий преимущественное движение потока разрядной плазмы от электродов в область менее сильного магнитного поля в направлении, существенно отличающемся от направления вывода пучка излучения из плазмы на оптический коллектор. Для получения высокой мощности излучения разряд осуществляют с высокой частотой повторения импульсов. Изобретение обеспечивает простое и высокоэффективное подавление потока заряженных частиц в пучке излучения.

Однако подавление потока нейтральных частиц и кластеров требует применения более сложных систем подавления загрязнений.

Наиболее эффективным и технологическим методом получение излучения в мягком рентгеновском, ЭУФ и ВУФ диапазонах является использование импульсной лазерной плазмы материала мишени. Разработка лазерно-плазменных источниковв излучения в последние годы во многом стимулировалась развитием проекционной ЭУФ литографии для крупномасштабного производства интегральных схем (ИС) с размерами структур 7 нм и менее.

Метод подавления загрязняющих частиц, основанный на использовании вспомогательной плазмы, создаваемой на пути распространения пучка коротковолнового излучения в специально инжектируемом газе, раскрыт в патенте США 9268031, опубл. 23.02.2016. Загрязнения, приобретающие электрический заряд в результате воздействия вспомогательной плазмы, затем отклоняются импульсным электрическим полем. 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 для элементов оптической системы представляет микрокапельная фракция загрязнений, против которой указанный метод бессилен.

Из патента США 8519366, опубликованного 27.08.2013, известен метод подавления загрязнений в источниках ЭУФ излучения на основе лазерной плазмы капельных Sn- мишеней. Метод включает использование магнитного поля для устранения заряженных загрязняющих частиц. Наряду с этим, система защиты от загрязнений включает фольговую ловушку и порты для подачи в нее буферного защитного газа, что обеспечивает достаточно эффективный захват нейтральных атомов и кластеров материала жидкометаллической мишени.

Однако дополнительные, достаточно сложные меры необходимы для защиты от микрокапельной фракции загрязнений.

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 на пути прохождения широкоапертурного пучка ЭУФ излучения. Это ограничивает время бесперебойной работы аппаратуры, в которую интегрирован источник коротковолнового излучения, как из-за загрязнений ее оптических элементов, так и сильно увеличивает стоимость обслуживания источника.

Частично этого недостатка лишен способ защиты от микрокапельной фракции загрязняющих частиц, известный из патента США 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 затвора.

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

Этого недостатка в значительной степени лишены источники коротковолнового излучения, известные из патента США 10638588, опубл. 28.04.2020, патента США 10588210, опубликованного 10.03.2020, и патентной заявки США 20200163197, опубл. 21.05.2020, которые включены в настоящее описание посредством ссылки во всей своей полноте. Источники, раскрытые в указанных патентных документах, содержат вакуумную камеру с вращающимся мишенным узлом, поставляющим в зону взаимодействия со сфокусированным лазерным пучком мишень в виде слоя расплавленного металла. Комплекс средств подавления загрязнений включает вращение мишени с высокой линейной скоростью, более 80 м/с, и ориентацию пучков лазерного и коротковолнового излучения предпочтительно под углом падения более 45° к поверхности мишенив области импульсной излучающей плазмы. Для подавления ионно/паровой фракции загрязнений предусмотрено применение фольговых ловушек, магнитных полей и направленных потоков защитного буферного газа. Для подачи высокоскоростнго потока газа непосредственно в область излучающей плазмы возможно применение сопла. В вариантах реализации источника излучения на пути прохождения пучка коротковолнового излучения устанавливается сменная мембрана из углеродных нанотрубок (УНТ- мембрана). Также в качестве средства подавления загрязнений вблизи области импульсной излучающей плазмы неподвижно установлен экран с двумя отверстиями для ввода лазерного пучка в область импульсной излучающей плазмы и вывода из нее пучка коротковолнового излучения. Также предложено использовать, импульс лазерного излучения, состоящий из двух частей: предимпульса и основного импульса, параметры которых и задержка между ними выбираются таким образом, чтобы подавить ионную фракцию загрязнений. Еще один предложенный механизм подавления загрязнений состоит в использовании высокой частоты повторения лазерных импульсов, например, порядка 1 МГц, чтобы обеспечивать испарение микрокапель размером до 0,1 мкм, возникших в результате предыдущего лазерного импульса. излучением и плазмой последующего импульса.

Указанные методы обладают достаточно высокой эффективностью подавления загрязнений, однако предназначены для относительно малых пространственных углов сбора коротковолнового излучения плазмы, в результате средняя мощность в пучке коротковолнового излучения оказывается недостаточной для ряда применений.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, существует необходимость устранить, по меньшей мере, часть упомянутых выше недостатков. В частности, существует потребность в усовершенствованных источниках света, которые были бы компактными, мощными, со сбором коротковолнового излучения плазмы в большом телесном угле, обеспечивающими эффективное, предпочтительно практически полное ослабление потока загрязняющих частиц на пути распространения пучка коротковолнового излучения.

Данное изобретение направлено на решение технической проблемы, связанной с многократным увеличением средней мощности чистых высокояркостных источников мягкого рентгеновского, ЭУФ и ВУФ излучения при обеспечении их коммерческой доступности и экономичности эксплуатации.

Техническим результатом изобретения является создание мощных высокояркостных источников коротковолнового излучения с высокоэффективным подавлением загрязнений в пучке коротковолнового излучения, распространяющегося в большом, предпочтительно более 0.25 ср, телесном угле.

Достижение поставленных целей возможно с помощью высокояркостного источника коротковолнового излучения, включающего в себя вакуумную камеру с областью импульсной излучающей плазмы и средства подавления загрязнений на пути прохождения коротковолнового излучения к оптическому коллектору.

Высокояркостный источник коротковолнового излучения характеризуется тем, что средства подавления загрязнений включают в себя два или более кожуха, предназначенных для формирования свободных от загрязнений гомоцентрических пучков коротковолнового излучения плазмы, выходящих из области импульсной излучающей плазмы, поверхность каждого кожуха содержит две первые грани, ориентированные в радиальных направлениях по отношению к области импульсной излучающей плазмы и параллельные выделенному направлению, например, вертикали, и снаружи каждого кожуха размещены постоянные магниты, создающие внутри кожухов магнитное поле.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения постоянные магниты, расположенные на наиболее удаленных друг от друга частях кожухов, соединены друг с другом магнитопроводом.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения угол между двумя первыми гранями каждого кожуха составляет менее 30 градусов.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения угол между соседними гранями двух кожухов составляет от 3 до 10 градусов.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения площадь первых граней каждого кожуха больше площади остальной части поверхности кожуха, и постоянные магниты примыкают к первым граням каждого кожуха.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения оптический коллектор содержит несколько зеркал, установленных на пути прохождения каждого из пучков коротковолнового излучения.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения отражающая поверхность всех зеркал принадлежит эллипсоиду вращения, в одном фокусе которого находится область импульсной излучающей плазмы, а в другом - точка фокусировки всех зеркал оптического коллектора.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения поверхность каждого кожуха включает две вторые грани, ориентированные в радиальных направлениях по отношению к области импульсной излучающей плазмы и, по существу, перпендикулярные двум первым граням кожуха.

В другом варианте выполнения изобретения площадь первых граней каждого кожуха меньше площади остальной части поверхности кожуха, и постоянные магниты расположены на поверхности кожухов вне их первых граней.

Предпочтительно постоянные магниты расположены по всей длине кожухов.

Средства подавления загрязнений могут включать в себя мембраны на основе углеродных нанотрубок (УНТ-мембраны), установленные между каждым кожухом и оптическим коллектором на пути прохождения пучков коротковолнового излучения плазмы.

Средства подавления загрязнений также могут включать в себя потоки защитного газа, предпочтительно аргона, направленные внутри каждого кожуха в область импульсной излучающей плазмы, при этом каждая УНТ-мембрана одновременно служит окном кожуха для выхода пучка коротковолнового излучения и газовым затвором, предотвращающим выхода через него защитного газа.

В варианте выполнения средства подавления загрязнений включают в себя пластины, размещенные в каждом из кожухов и ориентированные в радиальных направлениях по отношению к области импульсной высокотемпературной плазмы преимущественно перпендикулярно линиям магнитной индукции.

В частном варианте выполнения изобретения импульсная излучающая плазма может быть выбрана из группы, в состав которой входят: лазерная плазма, плазма z-пинча, плазменный фокус, плазма разряда в парах металла, инициируемых лазером.

Достижение вышеуказанных целей также возможно с помощью высокояркостного источника коротковолнового излучения, включающего в себя вакуумную камеру с вращающимся мишенным узлом, поставляющим в зону фокусировки лазерного пучка жидкометаллическую мишень, и средства подавления загрязнений на пути прохождения коротковолнового излучения из области импульсной излучающей плазмы к оптическому коллектору.

Высокояркостный источник коротковолнового излучения характеризуется тем, что средства подавления загрязнений включают в себя два или более кожуха, предназначенных для формирования свободных от загрязнений гомоцентрических пучков коротковолнового излучения плазмы, выходящих из области импульсной излучающей плазмы, поверхность каждого кожуха содержит две первые грани, ориентированные в радиальных направлениях по отношению к области импульсной излучающей плазмы и параллельные выделенному направлению, например, вертикали, и снаружи каждого кожуха размещены постоянные магниты, создающие внутри кожухов магнитное поле.

В частном варианте выполнения изобретения мишень представляет собой слой расплавленного металла, образованный центробежной силой на обращенной к оси вращения поверхности кольцевого желоба вращающегося мишенного узла.

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 которых:

Фиг. 1 - схема источника коротковолнового излучения высокой яркости с многосекционной защитой оптического коллектора от потоков загрязняющих частиц в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 - схема взаимного расположения области импульсной излучающей плазмы, коллекторных зеркал и точки фокусировки зеркал на основе эллипсоида вращения.

Фиг. 3 - схема источника коротковолнового излучения высокой яркости с вращающимся мишенным узлом.

Эти чертежи не охватывают и, кроме того, не ограничивают весь объем вариантов реализации данного технического решения, а представляют собой только иллюстративный материал частного случая его реализации.

ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с примером осуществления изобретения, показанном в различных масштабах на Фиг. 1, высокояркостный источник коротковолнового излучения содержит вакуумную камеру 1 с областью импульсной излучающей плазмы 2. Коротковолновое излучение высокотемпературной импульсной плазмы, собираемое оптическим коллектором 3, предпочтительно состоящим из нескольких зеркал 4, направляется в промежуточный фокус и затем предпочтительно к оптической системе.

Помимо коротковолнового излучения из области излучающей плазмы 2 в качестве побочного продукта генерируется поток загрязняющих частиц (debris) для защиты от которых на пути прохождения коротковолнового излучения к оптическому коллектору размещены средства подавления загрязнений 5.

В соответствии с изобретением средства подавления загрязнений 5 включают в себя два или более тонкостенных (предпочтительно толщиной не более 1 мм) кожуха 6, предназначенных для формирования свободных от загрязнений гомоцентрических пучков 7 коротковолнового излучения плазмы, выходящих из области импульсной излучающей плазмы 2.

Поверхность каждого кожуха содержит две первые грани 8, ориентированные в радиальных направлениях по отношению к области импульсной излучающей плазмы 2 и параллельные выделенному направлению, например, вертикали. В примере осуществления изобретения, показанном на Фиг. 1, первые грани 8 каждого кожуха 6 расположены в вертикально ориентированных плоскостях.

Снаружи каждого кожуха 6 размещены постоянные магниты 9, создающие внутри кожухов магнитное поле, вектора магнитной индукции которого направлены перпендикулярно оптической оси кожухов.

В отличие от известных решений, средства подавления загрязнений в соответствии с настоящим изобретением представляют собой многосекционную систему, позволяющую значительно увеличить телесный угол сбора коротковолнового излучения плазмы, сохранив при этом эффективность защиты от загрязнений на уровне односекционной системы. Увеличение телесного угла сбора коротковолнового излучения позволяет значительно (в несколько раз) повысить собираемую мощность коротковолнового излучения и тем самым повысить эффективность использования высокояркостных источников практически во всех областях применениях подобных источников.

В односекционных системах простое увеличение поперечных размеров кожуха приводит к резкому уменьшению эффективности магнитной защиты от заряженных частиц. Это обусловлено тем, что чем больше размер кожуха вдоль силовых линий магнитного поля, тем меньше значения магнитной индукции в объеме кожуха, что приводит к уменьшению поперечной скорости заряженных частиц, распространяющихся через кожух из области импульсной излучающей плазмы 2 к коллекторному зеркалу 4. Тем самым, за время пролета секции частицы не смогут отклониться на достаточное расстояние, чтобы избежать попадания в зеркало. Как показали эксперименты, для эффективной работы магнитной защиты необходимо, чтобы значения магнитной индукции в центре кожуха на расстоянии около 40 мм от области импульсной излучающей плазмы были не менее 0,5 Тл. Также экспериментально установлено, что плоский угол между гранями кожуха, на которых располагаются магниты, не должен превышать 30 градусов.

Таким образом, использование многосекционной системы средств защиты, в которой плоский угол между гранями кожуха не превышает 30 градусов, позволяет создать в каждом кожухе постоянное магнитное поле достаточной величины для эффективной защиты от заряженных частиц.

Ориентация граней кожухов в радиальных направлениях по отношению к области импульсной излучающей плазмы (2) обеспечивает высокую геометрическую прозрачность многосекционной системы защиты оптического коллектора. Этой же цели служит то, в вариантах реализации изобретения угол между соседними гранями двух кожухов 6 составляет не более 10 градусов, предпочтительно от 3 до 10 градусов.

В соответствии с изобретением постоянные магниты, расположенные на наиболее удаленных друг от друга частях кожухов 6, соединены друг с другом магнитопроводом 10. Магнитопровод 10, предпочтительно выполненный из магнитомягкой стали, позволяет уменьшить потери магнитного поля из-за рассеяния, сконцентрировав его в магнитопроводе, и тем самым увеличить его в объеме каждого кожуха, повышая эффективность подавления потоков загрязняющих частиц.

В варианте реализации изобретения поверхность каждого кожуха 6 также содержит две вторые грани 11, ориентированные в радиальных направлениях по отношению к области импульсной излучающей плазмы 2 и перпендикулярные к двум первым граням 8 или близки к таковым.

В предпочтительных вариантах реализации изобретения площадь первых граней 8 каждого кожуха 6 больше площади остальной части 11 поверхности кожуха, и постоянные магниты 9 примыкают к первым граням 8 каждого кожуха 6, Фиг. 1. Это позволяет создавать наиболее сильное магнитное поле в кожухах для более эффективного воздействия на заряженные частицы.

С той же целью, в других вариантах изобретения, когда площадь первых граней каждого кожуха меньше площади остальной части поверхности кожуха, постоянные магниты расположены на поверхности кожухов вне их первых граней, например, на больших по площади вторых гранях каждого кожуха (не показано).

Средства подавления загрязнений предпочтительно включают в себя УНТ-мембраны 12, установленные между каждым кожухом 6 и зеркалом 4 оптического коллектора 3 на пути прохождения пучков коротковолнового излучения плазмы 7. УНТ-мембраны 12 обеспечивают вывод пучка коротковолнового излучения, благодаря высокой прозрачности в диапазоне длин волн короче 20 нм. Одновременно с этим УНТ - мембраны 12 препятствует прохождению через них загрязняющих частиц, обеспечивая глубокое подавление загрязнений на пути к коллекторным зеркалам 4.

Наряду с этим, средства подавления загрязнений включают в себя потоки защитного газа, предпочтительно аргона, направленные через вводы защитного газа 13 внутри каждого кожуха 6 в область импульсной излучающей плазмы 2. При этом каждая УНТ-мембрана 12 одновременно служит окном кожуха 6 для выхода пучка коротковолнового излучения 7 и газовым затвором, предотвращающим выход через него защитного газа. Обеспечение среднего вакуума в кожухах при давлении защитного газа около 20 Па позволяет увеличить число столкновений между частицами (парами и ионами), летящими из области импульсной излучающей плазмы, и молекулами газа, тем самым отклоняя их от прямолинейного движения. В то же время, использование УНТ мембраны в качестве газового затвора позволяет использовать повышенное давление только в пределах средства защиты, а не на всем пути распространения пучков коротковолнового излучения к потребителю. Это снижает потери коротковолнового излучения за счет поглощения в газе.

Для получения излучения в диапазоне длин волн более 20 нм УНТ- мембраны 12 не используют, поскольку их прозрачность в указанном диапазоне резко снижается с увеличением длины волны излучения.

В варианте реализации изобретения, представленном на Фиг. 2, оптический коллектор 3 содержит несколько зеркал 4, при этом отражающая поверхность всех зеркал принадлежит эллипсоиду вращения 14, в одном фокусе которого находится область импульсной излучающей плазмы 2, а в другом - точка 15 фокусировки зеркал 4 оптического коллектора 3. В этом случае зеркала 4 имеют одинаковые параметры, что существенно снижает стоимость оптического коллектора. Производство таких зеркал очень дорого, так как шероховатость подложек зеркал коллектора составляет всего 0.2-0.3 нм, а стоимость таких зеркал, особенно с асферическим профилем, с увеличением их размеров растет по закону в 2-3 раза более сильному, чем увеличение площади.

Импульсная излучающая плазма может быть выбрана из группы, в состав которой входят: лазерная плазма, плазма z-пинча, плазменный фокус, плазма разряда в парах металла, инициируемых лазером.

В предпочтительном варианте реализации изобретения импульсная высокотемпературная плазма представляет собой лазерную плазму материала жидкометаллической мишени, поставляемой с помощью вращающегося мишенного узла в область фокусировки лазерного пучка.

В соответствии с примером осуществления изобретения, схематично показанном на Фиг. 3, мишень 16 представляет собой слой расплавленного металла, образованный центробежной силой на обращенной к оси вращения 17 поверхности кольцевого желоба 18 вращающегося мишенного узла 19.

Работа источника коротковолнового излучения высокой яркости, например, с использованием лазерной плазмы материала жидкометаллической мишени, производится следующим образом, иллюстрируемая Фиг. 3. Вакуумная камера 1 откачивается безмасляной насосной системой до давления ниже 10^-5-10^-8 мбар, удаляя газовые компоненты, такие как азот, кислород, углерод и др., способные взаимодействовать с материалом жидкометаллической мишени.

Мишень 16, материал которой относится к группе нетоксичных легкоплавких металлов, включающей себя Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn и их сплавы, подается с помощью вращающегося мишенного узла в зону взаимодействия со сфокусированным лазерным пучком. На мишень воздействуют сфокусированным импульсным лазерным пучком 20 с высокой частотой повторения импульсов в диапазоне от 1 кГц до 1 МГц. В зависимости от материала мишени и плотности лазерной мощности на мишени коротковолновое излучение лазерной плазмы генерируется в мягком рентгеновском и/или ЭУФ и/или ВУФ диапазонах.

Из области импульсной излучающей плазмы 2 осуществляют вывод пучков коротковолнового излучения 7 через кожухи 6 и предпочтительно через УНТ-мембраны 12 на коллекторные зеркала 4. Постоянные магниты (на Фиг. 3 не показаны) создают постоянное магнитное поле, предпочтительно направленное перпендикулярно оси пучков 7 коротковолнового излучения (на Фиг. 3- перпендикулярно плоскости чертежа). Под действием силы Лоренца заряженные загрязняющие частицы (в основном ионы) отклоняются от прямолинейного движения вдоль осей пучков 7 коротковолнового излучения, сталкиваясь либо с гранями кожухов 6, либо со специально размещенными в кожухах пластинами 21, осаждаясь на них. Пластины 21, смонтированные в кожухах 6, направлены радиально к области импульсной излучающей плазмы 2 и преимущественно перпендикулярно линиям магнитной индукции, создаваемой магнитами 9. Пластины 21 позволяют более эффективно захватывать высокоскоростные заряженные частицы, т.к. чем выше скорость частиц, тем на меньшее поперечное расстояние они отклоняются под действием магнитного поля. Наряду с этим, потоки защитного газа препятствуют продвижению ионно/паровой фракции загрязнений, осаждая их на стенках кожухов 6 и пластин 21, защищая УНТ-мембраны 12 от загрязнений. Благодаря высокой прозрачности в диапазоне длин волн короче 20 нм УНТ-мембраны обеспечивают вывод пучка коротковолнового излучения к зеркалам 4 оптического коллектора 3. Одновременно с этим, УНТ-мембраны 12 препятствуют прохождению через них загрязняющих частиц, обеспечивая надежную защиту каждого зеркала 4. Дополнительно эффективное подавление загрязняющих частиц в кожухах 6 обеспечивают за счет организации в них направленных потоков защитного газа, подаваемого через газовые вводы 13. Потоки защитного газа защищают УНТ-мембраны 12 от ионно/паровой фракции загрязнений, увеличивая их срок службы.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет создать чистые мощные 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, рентгеновскую диагностику материалов, биомедицинскую и медицинскую диагностику, инспекцию нано- и микроструктур, включая актинический контроль литографических ЭУФ масок.

Изобретение относится к импульсным высокояркостным источникам излучения в диапазоне длин волн 0.4-120 нм. Источник излучения содержит вакуумную камеру (1) с областью импульсной излучающей плазмы и средства подавления загрязнений (5), включающие в себя два или более кожухов (6), предназначенных для формирования свободных от загрязнений гомоцентрических пучков (7) коротковолнового излучения, направленных из области импульсной излучающей плазмы (2) к оптическому коллектору (3), Поверхность каждого кожуха (6) содержит две первые грани (8), ориентированные в радиальных направлениях к области импульсной излучающей плазмы и параллельные выделенному направлению, например вертикали. Снаружи каждого кожуха (6) размещены постоянные магниты (9), создающие внутри кожухов (6) магнитное поле. Оптический коллектор (3) предпочтительно состоит из нескольких зеркал (4), установленных на пути каждого из пучков коротковолнового излучения. В варианте изобретения плазма представляет собой лазерную плазму материала жидкометаллической мишени (16), поставляемой в область фокусировки лазерного пучка с помощью вращающегося мишенного узла (19). Технический результат - создание мощных высокояркостных источников коротковолнового излучения с высокоэффективным подавлением загрязнений в пучке коротковолнового излучения, распространяющемся в большом, предпочтительно более 0,25 ср, телесном угле. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Высокояркостный источник коротковолнового излучения, включающий в себя вакуумную камеру (1) с областью импульсной излучающей плазмы (2) и средства подавления загрязнений (5) на пути прохождения коротковолнового излучения к оптическому коллектору (3), характеризующийся тем, что

средства подавления загрязнений (5) включают в себя два или более кожухов (6), предназначенных для формирования свободных от загрязнений гомоцентрических пучков (7) коротковолнового излучения плазмы, выходящих из области импульсной излучающей плазмы (2),

поверхность каждого кожуха содержит две первые грани (8), ориентированные в радиальных направлениях по отношению к области импульсной излучающей плазмы (5) и параллельные выделенному направлению, например вертикали,

и снаружи каждого кожуха (6) размещены постоянные магниты (9), создающие внутри кожухов (6) магнитное поле.

2. Устройство по п. 1, в котором постоянные магниты (9), расположенные на наиболее удаленных друг от друга частях кожухов (6), соединены друг с другом магнитопроводом (10).

3. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором угол между двумя первыми гранями (8) каждого кожуха (6) составляет менее 30 градусов.

4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором угол между соседними гранями двух кожухов (6) составляет от 3 до 10 градусов.

5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором площадь первых граней (8) каждого кожуха (6) больше площади остальной части поверхности кожуха (6), и постоянные магниты (9) примыкают к первым граням (8) каждого кожуха (6).

6. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором оптический коллектор (3) содержит несколько зеркал (4), установленных на пути прохождения каждого из пучков коротковолнового излучения.

7. Устройство по п. 6, в котором отражающая поверхность всех зеркал (4) принадлежит эллипсоиду вращения (14), в одном фокусе которого находится область импульсной излучающей плазмы (2), а в другом - точка фокусировки всех зеркал оптического коллектора (15).

8. Устройство по п.1, в котором поверхность каждого кожуха включает две вторые грани (11), ориентированные в радиальных направлениях по отношению к области импульсной излучающей плазмы (2) и, по существу, перпендикулярные двум первым граням (8) кожуха (6).

9. Устройство по любому из пп. 1-4, 6-8, в котором площадь первых граней (8) каждого кожуха (6) меньше площади остальной части поверхности кожуха (6), и постоянные магниты (9) расположены на поверхности кожухов (6) вне их первых граней (8).

10. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором постоянные магниты (9) расположены по всей длине кожухов.

11. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором средства подавления загрязнений (5) включают в себя мембраны (12) на основе углеродных нанотрубок (УНТ-мембраны), установленные между каждым кожухом (6) и оптическим коллектором (3) на пути прохождения пучков коротковолнового излучения плазмы.

12. Устройство по п. 11, в котором средства подавления загрязнений (5) включают в себя потоки защитного газа, предпочтительно аргона, направленные внутри каждого кожуха (6) в область импульсной излучающей плазмы, при этом каждая УНТ-мембрана (12) одновременно служит окном кожуха для выхода пучка коротковолнового излучения и газовым затвором, предотвращающим выхода через него защитного газа.

13. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором средства подавления загрязнений (5) включают в себя пластины (21), размещенные в каждом из кожухов (6) и ориентированные в радиальных направлениях по отношению к области импульсной высокотемпературной плазмы (2) преимущественно перпендикулярно линиям магнитной индукции.

14. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором импульсная излучающая плазма может быть выбрана из группы, в состав которой входят: лазерная плазма, плазма z-пинча, плазменный фокус, плазма разряда в парах металла, инициируемых лазером.

15. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором импульсная высокотемпературная плазма представляет собой лазерную плазму материала жидкометаллической мишени (16), поставляемой с помощью вращающегося мишенного узла (19) в область фокусировки лазерного пучка (20).

16. Устройство по п. 15, в котором мишень представляет собой слой расплавленного металла, образованный центробежной силой на обращенной к оси вращения (17) поверхности кольцевого желоба (18) вращающегося мишенного узла (19).

17. Высокояркостный источник коротковолнового излучения, включающий в себя вакуумную камеру с вращающимся мишенным узлом (19), поставляющим в зону фокусировки лазерного пучка (20) жидкометаллическую мишень (16), и средства подавления загрязнений на пути прохождения коротковолнового излучения из области импульсной излучающей плазмы к оптическому коллектору, характеризующийся тем что

средства подавления загрязнений (5) включают в себя два или более кожухов (6), предназначенных для формирования свободных от загрязнений гомоцентрических пучков (7) коротковолнового излучения плазмы, выходящих из области импульсной излучающей плазмы (2),

поверхность каждого кожуха содержит две первые грани (8), ориентированные в радиальных направлениях по отношению к области импульсной излучающей плазмы (2) и параллельные выделенному направлению, например вертикали,

и снаружи каждого кожуха (6) размещены постоянные магниты (9), создающие внутри кожухов (6) магнитное поле.