Материал мишени, высокояркостный ЭУФ источник и способ генерации излучения на 13,5 нм Российский патент 2023 года по МПК H01J35/02 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ПАТЕНТЫ И ПАТЕНТНЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка является продолжением заявки на патент PCT/EP2020/061562, поданной 24.04.2020, которая, в свою очередь, является продолжением заявки на патент US16/536,404 поданной 08.08.2019, ныне патент US 10588210, которая, в свою очередь, является продолжением заявки РФ 2019113052 поданной 26.04.2019, ныне патент РФ 2706713, и заявки РФ 2020103063, поданной 25.01.2020, ныне патент РФ 2726316, а также продолжением заявки PCT RU/2018/000520, поданной 08.08.2018, которая, в свою очередь, является продолжением заявки на патент РФ 2017141042, поданной 24.10.2017, ныне патент РФ 2670273, которые включены в настоящее описание посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к Li-содержащему материалу мишени, предназначенному для получения излучающей плазмы, а также к высокояркостным плазменным источникам и способу генерации излучения на длине волны 13,5 нм с высокоэффективным подавлением загрязняющих частиц, генерируемых в плазме наряду с излучением.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

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

В качестве таких источников излучения можно использовать синхротроны, но они чрезвычайно дороги и не везде доступны.

Альтернативой являются источники, в которых плазма, эффективно излучающая в ЭУФ (10-20 нм) диапазоне может быть получена, как при фокусировке излучения мощных лазеров на мишень, так и в разряде. Использование лазерной излучающей плазмы позволяет создать, по существу, точечные источники ЭУФ излучения. Среди источников ЭУФ излучения особое значение имеют источники излучения на длине волны излучения 13,5 нм, отвечающей диапазону (13,5±0,135 нм) эффективного отражения многослойных Mo/Si зеркал, разработка которых стимулировалась созданием технологии крупномасштабного производства интегральных схем с размерами структур лишь в несколько нм методом ЭУФ литографии.

Для высокоэффективной генерации ЭУФ излучения на 13,5 нм известно использование высокотемпературной плазмы ряда элементов, в частности, ксенона (Xe), лития (Li), олова (Sn). В отличие от других материалов, применение Li в качестве материала мишени позволяет получать практически монохроматическое излучение от одиночного резонансного перехода водородоподобного Li 2⁺ на длине волны 13,5 нм. Ширина спектральной линии излучения по полувысоте интенсивности не превосходит 0.02-0.03 нм, как это известно, например, из публикации Schriever G, et al. Laser-produced lithium plasma as a narrow-band extended ultraviolet radiation source for photoelectron spectroscopy. Appl Opt. 1998 Mar 1; 37(7):1243-8.

Получение излучающей литиевой плазмы известно с помощью методов, к которым относятся: разряд в парах металла, инициируемых лазером, U.S. Paten 7427766, опубл. 23.09.2008; источники излучения на основе лазерной плазмы с капельной Li-мишенью, U.S. Paten 7449703, опубл. 11.110.2008; со струйной Li-мишенью, U.S. Paten 9476841, опубл. 25.10.2016, включенных сюда посредством ссылки.

Таким образом, по существу, точечный и монохроматический источник излучения на основе Li- плазмы привлекателен для многочисленных применений с возможностью использования различных оптических систем: на основе многослойных Mo/Si зеркал, имеющих высокий (70%) коэффициент отражения на 13,5 нм, и/или на основе зонных пластин Френеля и др. Одно из преимуществ использования Li в качестве материла мишени обусловлено его относительно низкой температурой плавления, 160,54°C.

Однако наряду с эмиссией ЭУФ излучения в качестве побочного нежелательного продукта из области излучающей плазмы генерируется поток частиц (debris), к которым относятся микрокапли, а также заряженные и нейтральные частицы, загрязняющие оптическую систему, интегрированную с источником ЭУФ излучения.

Из международной патентной заявки PCT/RU2012/000701, опубликованной под номером WO/2013/122505 22.08.2013, включенной сюда посредством ссылки, известен источник коротковолнового излучения на основе лазерно-инициируемого разряда в парах металла. Электроды могут быть в виде струй жидкого металла либо в виде вращающихся дисков, смачиваемых материалом мишени. Луч лазера направлен на место облучения одного из электродов таким образом, чтобы разряд имел изогнутую, бананообразную форму. Собственное магнитное поле такого разряда имеет градиент, определяющий преимущественное движение потока разрядной плазмы в область менее сильного магнитного поля в направлении, существенно отличающемся от направления выхода пучка ЭУФ излучения плазмы. 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.

В патентных заявках PCT/RU2018/000520, опубликованной 31.05.2019 под номером WO 2019103648, PCT/EP2020/061562, опубликованной 29.10.2020 под номером WO2020216950 и патенте RU2743572, опубл. 20 февраля 2021, предложен новый подход к построению источников излучения на основе лазерной плазмы с использованием быстровращающейся, с линейной скоростью около 100 м/с, жидкометаллической лазерной мишени. Это позволяет подавить поток загрязняющих частиц и, прежде всего, его наиболее проблемной капельной фракции, перенаправив ее в сторону от угла вывода ЭУФ излучения и от входного окна вакуумной камеры, предназначенного для ввода лазерного пучка. Такой метод подавления загрязнений обладает высокой эффективностью при использовании материала мишени с достаточно высокой плотностью ρ, например, олова с ρ=7,31 г/см³.

Однако, использование Li в качестве материала мишени, характеризуется слишком большой скоростью капельной фракции загрязнений из-за малой плотности материала мишени (ρ=0,534 г/см³), фрагменты которой в результате воздействия ударных импульсов взрывного типа в зоне взаимодействия приобретают скорости, достигающие 1000 м/с, что резко снижает эффективность защиты от капельной фракции Li-загрязнений.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, существует необходимость устранить, по меньшей мере, часть упомянутых выше недостатков. В частности, существует потребность в усовершенствованных узкополосных ЭУФ источниках света с использованием лития в качестве плазмообразующего материала мишени, которые были бы компактными, мощными, обеспечивающими высокоэффективное, предпочтительно практически полное ослабление потока выходящих из плазмы загрязняющих частиц.

Технической задачей и техническим результатом изобретения является создание компактных чистых источников узкополосного ЭУФ излучения с высокой спектральной яркостью на длине волны 13,5 нм для широкого круга применений.

Поставленным целям удовлетворяют признаки независимых пунктов формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения описывают варианты осуществления изобретения.

Согласно одному из аспектов изобретения предложен материал мишени, адаптированный для использования в плазменном источнике, предназначенном для генерации пучка излучения, имеющего длину волны в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне.

Материал мишени отличается тем, что он содержит композицию лития (Li), по меньшей мере, с одним дополнительным элементом, сконфигурированную для многократного, более чем в три раза, увеличения плотности материала мишени по сравнению с плотностью Li.

В предпочтительном варианте реализации изобретения дополнительный элемент выбран из группы, включающей в себя серебро (Ag), золото(Au), висмут (Bi), барий (Ва), стронций (Sr).

В предпочтительном варианте реализации изобретения материал мишени представляет эвтектический сплав, в котором атомная доля Li находится в диапазоне от 60% до 90%.

В другом аспекте изобретение относится к плазменному источнику ЭУФ излучения.

Источник излучения отличается тем, что плазма получена из материала мишени, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительно плазма относится либо к лазерной плазме, либо к плазме разряда в парах металла, инициируемых лазером.

В предпочтительном варианте реализации изобретения скорость капельной фракции загрязняющих частиц, генерируемых наряду с излучением в плазме материала мишени, многократно, примерно на порядок величины, ниже по сравнению со скоростью капельной фракции загрязняющих частиц, генерируемых в плазме литиевой мишени.

В предпочтительном варианте реализации изобретения скорость мишени больше или равна средней скорости капельной фракции материала мишени, генерируемой в плазме.

В другом аспекте изобретение относится к способу генерации ЭУФ излучения, включающему в себя: формирование под действием центробежной силы мишени в виде слоя расплавленного материала мишени на поверхности кольцевой канавки, реализованный во вращающемся мишенном узле, импульсное, с высокой частотой повторения, облучение поверхности мишени, обращенной к оси вращения, сфокусированным лазерным пучком, генерирование лазерной плазмы в зоне взаимодействия и вывод пучка ЭУФ излучения из зоны взаимодействия через средства для подавления загрязнений.

Отличие способа состоит в использовании материала мишени в соответствии с настоящим изобретением при вращении мишени с высокой линейной скоростью, не менее 100 м/с.

Предпочтительно центробежное ускорение мишени составляет не менее 10000 g, где g – ускорение свободного падения.

В варианте реализации изобретении рассчитывают пространственное распределение выхода загрязняющих продуктов из зоны взаимодействия и выбирают направления распространения пучков лазерного и ЭУФ излучения в пространственных областях с минимальными уровнями выхода загрязнений.

Предпочтительно используют средства подавления загрязнений, включающие в себя поток защитного газа, магнитное поле, фольговую ловушку, мембрану или фольгу, частично прозрачную для ЭУФ излучения, и один или более экран, установленный вне телесного угла сбора ЭУФ излучения и прохождения сфокусированного лазерного пучка.

В предпочтительном варианте реализации изобретения в пучке ЭУФ излучения осуществляют спектральную фильтрацию узкополосного излучения на переходах ионизованного Li²⁺ с длиной волны 13,5 нм.

Еще в одном аспекте изобретение относится к источнику ЭУФ излучения, содержащему вакуумную камеру с вращающимся мишенным узлом, поставляющим мишень в зону взаимодействия с пучком импульсного лазера, сфокусированного на мишень, представляющую собой образованный под действием центробежной силы слой расплавленного материала мишени на обращенной к оси вращения поверхности кольцевой канавки вращающегося мишенного узла; пучок ЭУФ излучения плазмы, выходящий из зоны взаимодействия, и средства подавления загрязнений.

Источник ЭУФ излучения отличается тем, что материал мишени выполнен в соответствии с настоящим изобретением, и линейная скорость мишени составляет не менее 100 м/с.

В предпочтительном варианте реализации изобретения на пути пучка ЭУФ излучения установлен спектральный фильтр.

Спектральный фильтр может быть выбран из группы, включающей в себя: отражательный фильтр в виде многослойного Mo/Si зеркала, фольга, содержащая цирконий или бериллий.

В предпочтительном варианте реализации изобретения, средства подавления загрязнений включают в себя одно или несколько из следующих средств: поток защитного газа, магнитное поле, фольговая ловушка, мембрана, по существу, прозрачная для ЭУФ излучения, защитный экран, расположенный вне пути прохождения пучков лазерного и ЭУФ излучения.

Между совокупностью существенных признаков настоящего изобретения и достигаемым техническим результатом существуют следующие причинно-следственные связи.

В соответствии с изобретением, добавление в материал мишени на основе Li имеющего плотность ρ=0,534 г/см³, небольшого количества дополнительного элемента, например, около 20% атомной доли Ag (ρ=10,5 г/см³) или Au (ρ=19,32 г/см³) практически не изменяет интенсивность линии излучения литиевой плазмы на длине волны 13,5 нм. При этом плотность материала мишени, который можно назвать «тяжелым литием» возрастает многократно: в 4,7 или 8 раз соответственно по сравнению с плотностью Li, а температура плавления остается относительно невысокой: около 150°С для сплава с Ag и 280°С для сплава с Au. В свою очередь, более высокая плотность материала мишени приводит к многократному снижению скорости капельной, наиболее проблемной фракции загрязняющих частиц, позволяя управлять направлением ее преимущественного выхода из плазмы при использовании высокой (100 м/с или более) скорости мишени.

Использование Ag и Au в качестве дополнительного элемента материала мишени предпочтительно, поскольку эти материалы не токсичны, химически не агрессивны и дают возможность получения эвтектических легкоплавких сплавов с высокой (от 60 до 90%) долей содержания Li при плотности мишени, многократно превосходящей плотность Li.

Также в качестве дополнительного элемента материала мишени можно использовать Bi (ρ=9,79 г/см³), Ва (ρ=3,5 г/см³), Sr (ρ=2,54 г/см³).

Полоса излучения плазмы дополнительного компонента мишени отстоит от линии излучения Li так, что может быть легко отсечена без использования сложных оптических систем, например, просто отражением от Mo/Si зеркала, обеспечивая, по существу, монохроматичность источника излучения. Монохроматичность ЭУФ источника позволяет использовать с ним широкий круг оптических элементов, к которым относятся многослойные Mo/Si зеркала, зеркала скользящего падения, зонные пластины Френеля, и расширяет диапазон применений по- существу точечных (с характерным размером ~ 100 мкм) источников излучения, раскрытых в настоящем изобретении.

В одном из аспектов изобретение относится к чистому источнику излучения с быстро вращающейся лазерной жидкометаллической мишени из «тяжелого лития», не ограничиваясь только этим вариантом.

В целом, изобретение применимо к целому ряду источников ЭУФ излучения на основе лазерной плазмы, либо плазмы разряда инициируемого лазером.

В соответствии с этим, настоящее изобретение реализует возможность создания чистых высокояркостных монохроматических источников излучения на 13,5 нм с широким кругом применений.

Вышеупомянутые и другие цели, преимущества и особенности настоящего изобретения станут более очевидными из следующего неограничивающего описания вариантов его осуществления, приведенных в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:

Фиг. 1, Фиг. 2 - схемы источника ЭУФ излучения в соответствии с вариантами реализации изобретения,

Фиг. 3А и Фиг. 3Б - результаты расчета пространственного распределения выхода загрязняющих частиц из зоны взаимодействия для материалов мишени из Li и композиции с атомными долями Li(80%) и Ag(20%),

Фиг. 4А и Фиг. 4Б – экспериментальные результаты сравнения загрязнений выхода загрязнений для материалов мишени из Li и композиции 80%Li+20%A,

Фиг. 5А и Фиг. 5Б – спектры источника ЭУФ излучения для материала мишени из Li и композиции 80%Li+20%Ag,

Фиг. 6- спектральная кривая отражения Mo/Si зеркала, использованного в качестве отражательного фильтра,

Фиг. 7А и Фиг. 7Б - спектры излучения после отражения от Mo/Si зеркала для материала мишени из Li и композиции 80%Li+20%Ag,

Фиг. 8А, Фиг. 8Б, Фиг. 8В и Фиг. 8Г - упрощенные схемы источника ЭУФ излучения в соответствии с вариантами реализации изобретения.

На чертежах совпадающие элементы устройства имеют одинаковые ссылочные номера.

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

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с примером осуществления изобретения, показанном на Фиг. 1, высокояркостный источник ЭУФ излучения содержит вакуумную камеру 1 с вращающимся мишенным узлом 2, поставляющим мишень 3 в зону взаимодействия 4 со сфокусированным лазерным пучком 5. Мишень 3 представляет собой слой расплавленного металла, образованный центробежной силой на обращенной к оси вращения 6 поверхности кольцевой канавки вращающегося мишенного узла 2. При используемых в соответствии с изобретением высокой скорости вращения, не менее 100 м/с, и центробежном ускорении, 10000 g или более, поверхность жидкометаллической мишени 3 является круглоцилиндрической с осью симметрии, совпадающей с осью вращения 6.

Материал мишени расплавляют и поддерживают в заданном оптимальном диапазоне температур с помощью системы индукционного нагрева 7.

В зоне взаимодействия 4 под воздействием сфокусированного лазерного пучка 5 происходит генерации импульсной высокотемпературной плазмы материала мишени 3. Плазма генерирует излучение в ЭУФ диапазоне. Используемое излучение высокотемпературной плазмы выходит из зоны взаимодействия 4 в виде расходящегося пучка ЭУФ излучения 8.

В частном случае изобретения пучок ЭУФ излучения направлен на оптический коллектор 9 в виде Mo/Si зеркала с максимумом отражения на длине волны 13,5 нм. В других случаях может использоваться коллектор на основе зеркал скользящего падения или оптические элементы в виде зонных пластинок Френеля.

На пути прохождения сфокусированного лазерного пучка 5 и пучка ЭУФ излучения 8 расположены средства подавления загрязнений, включающие в себя все или некоторые из ниже перечисленных средств:

- кожухи 10, 11, окружающие указанные пучки лазерного и ЭУФ излучения

- потоки защитного газа, направленные через газовые вводы 13 в кожухи 10, 11 для подавления паровой фракции загрязнений на пути прохождения пучков лазерного и ЭУФ излучения,

- экран 12, отделенный от вращающегося мишенного узла 2 щелевыми зазорами, имеющий только два небольших отверстия (для ввода сфокусированного лазерного пучка и для выхода пучка ЭУФ излучения), через которые загрязнения могут покидать мишенный узел,

- фольговая ловушка (не показана) с высокой прозрачность для излучения, представляющая собой систему пластин, расположенных радиально по отношению к зоне взаимодействия 4, на развитой поверхности которой осаждаются загрязнения,

- магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами 14, для подавления заряженной фракции загрязнений,

- мембрана 15, по существу, прозрачная для ЭУФ излучения, непроницаемая для загрязнений и газа, предпочтительно сменная.

Мембрана, установленная на пути прохождения пучка ЭУФ излучения предпочтительно выполнена из материала, относящегося к группе, включающей в себя: углеродные нанотрубки (УНТ), Ti, Al, Si, ZrSi, BN.

На Фиг. 2 показана упрощенная схема вышеописанного источника ЭУФ излучения, для которой все вышеперечисленные средства подавления загрязнений, кроме быстрого вращения мишени, не учитываются при расчете пространственного распределения выхода загрязнений из зоны взаимодействия. Расчет проводтся с помощью кода RZLINE предназначенного для работ в области радиационной гидродинамики плотной горячей плазмы, в котором заложены математические модели, основанные на многолетней экспериментальной и теоретической работе, как, например, известно из публикации K. Koshelev, V. Ivanov, V. Medvedev, et al «Return-to-zero line code modeling of distributed tin targets for laser-produced plasma sources of extreme ultraviolet radiation», Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS Vol. 12, Issue 2 (May 2013). Программный код позволяет моделировать взаимодействие лазерного излучения с газами, жидкостями и твердыми поверхностями с последующим образованием плазмы, а также взаимодействие с самой плазмой.

На Фиг. 3 показана карта пространственного распределения скоростей выброса загрязняющих частиц (учитываются частицы всех фракций всех скоростей) в экспериментальных координатах, в которых ϕ - угол к вектору скорости мишени в плоскости вращения («азимутальный угол»), θ - угол к оси вращения («полярный угол»). Характерные направления в зоне взаимодействия следующие:

I - параллельно оси вращения: θ = 0, ϕ – любой,

II - вдоль скорости мишени: θ = 90°, ϕ= 0°,

III – по нормали к поверхности мишени: θ = 90°, ϕ= 90°;

IV - против скорости мишени: θ = 90°, ϕ= 180°.

Представленные на Фиг. 3 пространственные распределения скорости выброса загрязнений рассчитывалось в нм/(месяц⋅Вт) как удельная скорость роста толщины пленки материала мишени, осевшего на поверхность экспонируемого образца, расположенного на расстоянии 40 см от зоны взаимодействия, на единицу мощности лазера при круглосуточной работе источника 7 дней в неделю. Эти распределения получены для типичных значений параметров источника ЭУФ излучения: длина волны лазерного излучения ~ 1-2 мкм, энергия лазерного импульса - несколько мДж при длительности лазерного импульса несколько нс, диаметр фокального пятна - несколько десятков мкм, линейная скорость мишени 200 м/с. При этом, кроме быстрого вращения мишени, никакие другие методы подавления загрязнений не рассматривались.

Как показано на Фиг. 3, в основном, масса загрязняющих частиц сосредоточена в секторе вдоль направления скорости мишени, ограниченном «азимутальными углами» ϕ от 0° до 80° и «полярными углами» θ от 0° до 90°. Максимальная скорость выброса загрязняющих частиц вдоль направления вращения мишени составляет около 10⁷ нм/месяц⋅Вт.

На Фиг. 3 овалами обозначены выбранные в соответствии с изобретением пространственные области с минимальными уровнями выхода загрязнений, в которых расположены конусы пучков лазерного и ЭУФ излучения.

Результаты расчета для материалов мишени из Li, Фиг. 3А, и композиции из 80%Li и 20%Ag (в атомных долях), Фиг. 3Б, показывают следующее. Увеличение плотности материала мишени (в данном случае в 4,7 раза по сравнению с литием) позволяет резко (более чем на порядок величины) снизить скорость выброса загрязняющих частиц в областях прохождения пучков лазерного и ЭУФ излучения.

Достижение этого положительного эффекта изобретения подтверждено экспериментально с использованием источника, схематично представленного на Фиг. 1, в котором тестовый образец размещался вместо мембраны 15.

На Фиг. 4 показаны полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) фотографии тестовых образцов, полученные для материалов мишени из Li, Фиг. 4А, и композиции из 80%Li и 20%Ag, Фиг. 4Б. Размер кадров- 125 мкм. Тесты проведены при следующих условиях:

- линейная скорость мишени- 150 м/с, ускорение- 23000 g,

- энергия лазерного пучка на мишени- 3.3 мДж в пятне фокусировки 120 мкм по уровню интенсивности (1/е²),

- частота повторения импульсов- 25 кГц,

- время экспозиции образцов 2,5 часа (Фиг. 4А) и 10 часов (Фиг. 4Б).

Видно, что повышение плотности материала мишени в соответствии с изобретением приводит к резкому подавлению загрязнений.

На основании проведенных тестов показано, что относительно крупные капли размером более 300 нм, которые могут проникать через УНТ-мембрану, подавляются полностью. Таким образом, замена тестового образца сменной мембраной, в частности, из углеродных нанотрубок (УНТ) для защиты от загрязнений позволяет обеспечить ультравысокуюй чистоту высокояркостного монохроматического источника излучения на 13,5 нм, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг. 5А и Фиг. 5Б представлены спектры источника ЭУФ излучения для материала мишени из Li и композиции 80%Li+20%Ag соответственно при использовании источника ЭУФ излучения, схематично изображенного на Фиг. 1. Спектры, представленные на Фиг. 5, измерены для излучения, выходящего непосредственно из плазмы (без отражения от зеркала 9 и без использования мембраны 15). Видно, что интенсивность линии излучения Li²⁺ на 13,5 нм практически не меняется при замене материала мишени из Li на композицию из 80%Li+20%Ag. В то же время, из-за наличия ионов Ag в излучающей плазме проявляется полоса излучения с пиком на длине волны 17 нм, которая не перекрывается с линией излучения Li на 13,5 нм, которая может быть легко отфильтрована, например, с помощью Mo/Si зеркала 9, Фиг. 1.

На Фиг. 6 представлена спектральная кривая отражения многослойного Mo/Si зеркала с полосой отражения 13.5+/- 0.135 нм, в которую излучение от Ag- плазмы не попадает. Это определяет возможность использования многослойного Mo/Si зеркала в качестве отражательного фильтра в соответствии с настоящим изобретением, не ограничиваясь только этим вариантом. Аналогично могут использоваться фильтры другого типа, например, из фольг, содержащих цирконий или бериллий.

Как видно из Фиг. 7А и Фиг. 7Б спектры источника ЭУФ излучения после отражения от Mo/Si зеркала практически совпадают для материалов мишени из Li и композиции 80%Li+20%Ag. В источнике ЭУФ излучения максимальная эффективность конверсии CE_13,5 энергии лазерного излучения в ЭУФ излучение в спектральной полосе 13,5+/-0,135 нм составила 2% для обоих этих материалов мишени на основе Li.

Способ генерации излучения с помощью источника ЭУФ излучения, схематично показанного на Фиг. 1, реализуют следующим образом.

Под действием центробежной силы формируют мишень 3 в виде слоя расплавленного металла на обращенной к оси вращения 6 поверхности кольцевой канавки вращающегося мишенного узла 2. Мишень 3 облучают с высокой частотой повторения импульсов сфокусированным лазерным пучком 5 с образованием излучающей плазмы в зоне взаимодействия 4. Используемое излучение плазмы выводят в виде пучка ЭУФ излучения 8 из зоны взаимодействия 4 через средства 11-15 для подавления загрязнений.

Используют материал мишени, содержащий композицию лития, по меньшей мере, с одним дополнительным элементом, позволяющим многократно, более чем в три раза, увеличить плотность материала мишени по сравнению с плотностью Li и за счет этого резко уменьшить скорость капельной фракции загрязняющих частиц. Вращение мишени осуществляют с высокой линейной скоростью, не менее 100 м/с. Капельная фракция загрязнений, благодаря высокой скорости вращения мишени приобретает значительную тангенциальную составляющую скорости, сопоставимую со скоростью вылета капель, которую, в соответствии с изобретением резко снижают за счет повышения плотности материала Li- содержащей мишени. В результате вектор скорости капельной фракции загрязнений направлен в сторону от пучков 5, 8 лазерного и ЭУФ излучения, пути распространения для которых выбирают в пространственных областях с минимальными уровнями выхода загрязнений.

В качестве дополнительного элемента материала мишени предпочтительно выбирают Ag или Au, что позволяет даже при его небольшой, 20%, атомной доле многократно (примерно в 5 и 8 раз соответственно) повысить плотность материала мишени по сравнению с плотностью Li. В предпочтительных вариантах реализации изобретения материал мишени представляет эвтектический сплав, в котором атомная доля Li находится в диапазоне от 60% до 90%, что обеспечивает однородность материала мишени и его относительно невысокую температуру плавления.

Также в качестве дополнительного элемента материала мишени можно использовать Bi, Ва, Sr.

В пучке ЭУФ излучения 8 осуществляют спектральную фильтрацию узкополосного излучения на переходах ионизованного Li²⁺ с длиной волны 13,5 нм, например, с помощью Mo/Si зеркала 9, играющего роль отражательного фильтра. Также в качестве фильтра могут быть использованы фольги, в частности, содержащие цирконий или бериллий.

При генерации излучения используют средства подавления загрязнений 10-15, включающие в себя поток защитного газа, магниты, фольговую ловушку, мембрану, частично прозрачную для ЭУФ излучения и экран, установленный вне области прохождения пучков 5, 8 лазерного и ЭУФ излучения.

При использовании в соответствии с изобретением высоких линейной скорости вращения, более 100 м/с, и центробежного ускорения, не менее 10000 g, поверхность мишени 4 является круглоцилиндрической. В результате обеспечивается стабильная форма поверхности мишени 3 в зоне взаимодействия 4 и достигается долговременная стабильность источника излучения за счет непрерывной циркуляции и обновления материала мишени в зоне взаимодействия и восстановления формы поверхности мишени после очередных лазерных импульсов.

Материал мишени, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, не ограничен применением в источниках излучения, приведенных выше в качестве примера. В целом, изобретение применимо к широкому кругу известных из уровня техники источников ЭУФ излучения различных типов, как на основе лазерной плазмы, так и плазмы разряда в парах металла, инициируемых лазером.

Для примера на Фиг. 8 приведены некоторые из возможных вариантов источников ЭУФ излучения с использованием материала мишени, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг. 8А в источнике на основе лазерной плазмы мишень 3 в виде непрерывной струи жидкометаллической струи циркулирует с высокой скоростью через зону взаимодействия 4 по замкнутому контуру 16 с соплом 17 и высоконапорным насосом 18 для прокачки расплавленного материала мишени. Вокруг струи установлен экран 12 с температурой, превышающей температуру плавления материла мишени. Струя может быть непрерывной или состоять из отдельных капель-мишеней, следующих друг за другом с высокой скоростью. Остальные элементы описаны выше, и их описание здесь и ниже опущено.

Другим примером может быть, представленное на Фиг. 8Б использование двух высокоскоростных жидкометаллических струй в качестве электродов 19, подсоединенных к импульсному источнику питания 20 для получения плазмы лазерно-инициируемого разряда 21 в парах материала мишени 3.

Еще один пример источника ЭУФ излучения показан на Фиг. 8В, в котором подача материала мишени 3 производится с помощью быстро вращающегося диска 22 с кожухом 23, в котором есть отверстия для ввода лазерного луча 5 и вывода пучка 8 ЭУФ излучения плазмы. Вне зоны взаимодействия 4 диск 22 смачивается расплавленным материалом мишени 24.

Аналогичным образом, в примере источника, показанного на Фиг. 8Г, два быстро вращающихся диска 22, смачиваемых расплавленным материалом мишени используются в качестве электродов 19 для получения плазмы лазерно-инициируемого разряда 21 в парах материала мишени 3.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет создать монохроматические источники излучения на длине волны 13,5 нм, характеризующиеся высокими средней мощностью и спектральной яркостью излучения, большим сроком службы и удобством использования.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

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

Изобретение относится к Li-содержащему материалу мишени, предназначенному для получения излучающей плазмы в высокояркостных источниках света и для генерации излучения в области экстремального ультрафиолета (ЭУФ) на длине волны 13,5 нм. В качестве материала мишени используется эвтектический сплав Li с дополнительным элементом, позволяющим многократно увеличить плотность материала мишени по сравнению с плотностью Li при атомной доле Li от 90% до 60%. Дополнительный элемент выбран из группы, включающей в себя Au, Ag, Bi, Ва, Sr. Указанный материал мишени предпочтительно используют в ЭУФ источнике на основе лазерной плазмы с быстровращающейся мишенью (не менее 100 м/с), в котором капельная фракция загрязнений не направлена в пространственные области прохождения пучков лазерного и ЭУФ излучения. Техническим результатом является расширение круга применений компактных чистых источников излучения с высокой спектральной яркостью на 13,5 нм благодаря резкому снижению скорости капельной фракции загрязняющих частиц и возможности управлять направлением ее вылета из Li-содержащей плазмы за счет высокой скорости мишени. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Материал мишени, адаптированный для использования в плазменном источнике, предназначенном для генерации пучка излучения, имеющего длину волны в экстремальном ультрафиолетовом (ЭУФ) диапазоне, характеризующийся тем, что

указанный материал мишени содержит композицию лития (Li), по меньшей мере, с одним дополнительным элементом, сконфигурированную для многократного, более чем в три раза, увеличения плотности материала мишени по сравнению с плотностью Li.

2. Материал мишени по п. 1, в котором дополнительный элемент выбран из группы, включающей в себя серебро (Ag), золото(Au), висмут (Bi), барий (Ва), стронций (Sr).

3. Материал мишени по п. 1 или 2, в котором материал мишени представляет эвтектический сплав, в котором атомная доля Li находится в диапазоне от 60% до 90%.

4. Плазменный источник ЭУФ излучения, отличающийся тем, что

плазма получена из материала мишени, выполненного по любому из пп. 1-3.

5. Источник излучения по п. 4, в котором плазма относится либо к лазерной плазме, либо к плазме разряда в парах металла, инициируемых лазером.

6. Источник излучения по п. 4 или 5, в котором скорость капельной фракции загрязняющих частиц, генерируемых наряду с излучением в плазме материала мишени, многократно, примерно на порядок величины, ниже по сравнению со скоростью капельной фракции загрязняющих частиц, генерируемых в плазме литиевой мишени.

7. Источник излучения по любому из пп. 4–6, в котором скорость мишени больше или равна средней скорости капельной фракции материала мишени, генерируемой в плазме.

8. Способ генерации ЭУФ излучения, включающий в себя: формирование под действием центробежной силы мишени в виде слоя расплавленного материала мишени на поверхности кольцевой канавки, реализованный во вращающемся мишенном узле, импульсное, с высокой частотой повторения, облучение поверхности мишени, обращенной к оси вращения, сфокусированным лазерным пучком, генерирование лазерной плазмы в зоне взаимодействия и вывод пучка экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения из зоны взаимодействия через средства для подавления загрязнений, при этом

используют материал мишени по любому из пп. 1-3, и

вращают мишень с высокой линейной скоростью не менее 100 м/с.

9. Способ по п. 8, в котором центробежное ускорение мишени не менее 10000 g, где g – ускорение свободного падения.

10. Способ по п. 8 или 9, в котором рассчитывают пространственное распределение выхода загрязняющих продуктов из зоны взаимодействия и выбирают направления распространения пучков лазерного и ЭУФ излучения в пространственных областях с минимальными уровнями выхода загрязнений.

11. Способ по любому из пп. 8-10, в котором используют средства подавления загрязнений, включающие в себя поток защитного газа, магнитное поле, фольговую ловушку, мембрану или фольгу, частично прозрачную для ЭУФ излучения, и один или более экран, установленный вне телесного угла сбора ЭУФ излучения и прохождения сфокусированного лазерного пучка.

12. Способ по любому из пп. 8-11, при котором в пучке ЭУФ излучения осуществляют спектральную фильтрацию узкополосного излучения на переходах ионизованного Li²⁺ с длиной волны 13,5 нм.

13. Плазменный источник ЭУФ излучения, содержащий вакуумную камеру с вращающимся мишенным узлом, поставляющим мишень в зону взаимодействия с пучком импульсного лазера, сфокусированного на мишень, представляющую собой образованный под действием центробежной силы слой расплавленного материала мишени на обращенной к оси вращения поверхности кольцевой канавки вращающегося мишенного узла; пучок ЭУФ излучения плазмы, выходящий из зоны взаимодействия, и средства подавления загрязнений, характеризующийся тем, что

материал мишени выполнен по любому из пп. 1-3, и

линейная скорость мишени составляет не менее 100 м/с.

14. Источник излучения по п. 13, в котором на пути пучка ЭУФ излучения установлен спектральный фильтр.

15. Источник по п. 13, в котором спектральный фильтр выбран из группы, включающей в себя: отражательный фильтр в виде многослойного Mo/Si зеркала, фольга, содержащая цирконий или бериллий.

16. Источник по любому из пп. 13-15, в котором средства подавления загрязнений включают в себя одно или несколько из следующих средств: поток защитного газа, магнитное поле, фольговая ловушка, мембрана, по существу, прозрачная для ЭУФ излучения, защитный экран, расположенные вне пути прохождения пучков лазерного и ЭУФ излучения.