Источник излучения на основе плазменного фокуса с улучшенной системой импульсного питания

Источник излучения на основе плазменного фокуса с улучшенной системой импульсного питания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Эта заявка является частичным продолжением патентной заявки США peг. №09/590,962, поданной 9 июня 2000 г., патентной заявки США peг. №09/442,582, поданной 18 ноября 1999 г., и патентной заявки США per. №09/324,526, поданной 2 июня 1999 г., которая была частичным продолжением патентной заявки США peг. №09/268,243, поданной 15 марта 1999 г., которая теперь является патентом США №6,064,072, и патентной заявки США peг. №09/093,416, поданной 8 июня 1998 г., которая теперь является патентом США №6,051,841, причем эта заявка была частичным продолжением патентной заявки США peг. №08/854,507, которая теперь является патентом США №5,763,930. Это изобретение касается источников высокоэнергетичных фотонов, и в частности очень надежных источников рентгеновского излучения и высокоэнергетичного ультрафиолетового излучения.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В полупроводниковой промышленности продолжается развитие литографических технологий, которые позволяют выполнять литографию с размерами даже меньшими, чем интегральные схемы. Эти системы должны иметь высокую надежность, высокую производительность и разумную широту или приспосабливаемость процесса. В последнее время индустрия по изготовлению интегральных схем перешла от источников облучения с G-линией (436 нм) и I-линией (365 нм) ртути на источники в виде эксимерных лазеров с длинами волн излучения 248 нм и 193 нм. Этот переход был ускорен потребностью в получении более высокого литографического разрешения с минимальными потерями в глубине фокуса.

Потребности индустрии интегральных схем вскоре превысят разрешающую способность источников облучения с длиной волны 193 нм, следовательно, возникает необходимость иметь надежный источник облучения с длиной волны значительно короче чем 193 нм. Существует эксимерная линия на 157 нм, однако трудно получить оптические материалы с достаточным пропусканием на этой длине волны и достаточно высокого оптического качества. Поэтому могут потребоваться системы формирования изображения с полным отражением. Для оптических систем с полным отражением требуется меньшая числовая апертура, чем для пропускающих систем. Потери в разрешении, обусловленные меньшей числовой апертурой (ЧА), могут быть компенсированы только путем уменьшения длины волны на коэффициент, имеющий большую величину. Таким образом, если разрешение оптической литографии должно быть улучшено на большую величину, чем та, которая может быть достигнута с помощью источника с длиной волны 193 нм или 157 нм, тогда требуется источник света с излучением в области 10 нм.

В настоящее время в области техники, связанной с источниками высокоэнергетичного ультрафиолетового и рентгеновского излучения, используется плазма, получаемая при бомбардировке мишеней из различных материалов лазерными пучками, электронами или другими частицами. Используются твердые мишени, но загрязнение, возникающее из-за абляции (эрозии) твердой мишени, отрицательно влияет на различные элементы системы, предназначенной для получения излучения спектральной линии. Предложенное решение по преодолению проблемы загрязнения заключается в использовании мишени из замороженной жидкости или замороженного газа, так что загрязняющие частицы не будут осаждаться на оптическом оборудовании. Однако на практике не продемонстрирована работа ни одной из таких систем для получения излучения спектральной линии.

В течение уже многих лет хорошо известно, что рентгеновское излучение и высокоэнергетичное ультрафиолетовое излучение могут быть получены при создании плазменного пинча. В плазменном пинче электрический ток проходит через плазму в одной из нескольких возможных конфигураций так, что магнитное поле, создаваемое протекающим электрическим током, ускоряет электроны и ионы в плазме, концентрируя их в маленьком объеме, где их энергия становится достаточной для того, чтобы вызвать существенное "вырывание" внешних электронов из ионов и последующую генерацию рентгеновского излучения и высоковольтного ультрафиолетового излучения. В приведенных ниже патентах описаны различные известные методы генерации высокоэнергетичного излучения плазменным фокусом или пинчевой плазмой:

J.M.Dawson, "X-Ray Generator" (Генератор рентгеновского излучения). Патент США №3,961,197, 1 июня 1976 г.

T.G.Roberts, et al., "Intense, Energetic Electron Beam Assisted X-Ray Generator" (Генератор рентгеновского излучения, создаваемого интенсивным высокоэнергетичным электронным пучком). Патент США №3,969,628, 13 июля 1976 г.

J.H.Lee, "Hypocycloidal Pinch Device" (Устройство для создания гипоциклоидального пинча), Патент США №4,042,848, 16 августа 1977 г.

L.Cartz, et al., "Laser Beam Plasma Pinch X-Ray System" (Система для получения рентгеновского излучения плазменного пинча, создаваемого лазерным пучком). Патент США №4,504,964, 12 марта 1985 г.

A.Weiss, et al., "Plasma Pinch X-Ray Apparatus" (Устройство для получения рентгеновского излучения плазменного пинча). Патент США №4,536,884, 20 августа 1985 г.

S.Iwamatsu, "X-Ray Source" (Источник рентгеновского излучения). Патент США №4,538,291, 27 августа 1985 г.

G.Herziger, W.Neff, "Apparatus for Generating a Source of Plasma with High Radiation Intensity in the X-ray Region" (Устройство для создания источника плазмы с интенсивным излучением в рентгеновской области спектра). Патент США №4,596,030, 17 июня 1986 г.

A.Weiss, et al., "X-Ray Lithography System" (Литографическая система с облучением рентгеновским излучением). Патент США №4,618,971, 21 октября 1986 г.

A.Weiss, et al., "Plasma Pinch X-ray Method" (Способ получения рентгеновского излучения плазменного пинча). Патент США №4,633,492, 30 декабря 1986 г.

I.Okada, Y. Saitoh, "X-Ray Source and X-Ray Lithography Method" (Рентгеновский источник и способ литографии с рентгеновским облучением). Патент США №4,635,282, 6 июня 1987 г.

R.P.Gupta, et al., "Multiple Vacuum Arc Derived Plasma Pinch X-Ray Source" (Источник рентгеновского излучения из плазменного пинча, полученного на основе множества дуговых разрядов в вакууме). Патент США №4,751,723, 14 июня 1988 г.

R.P.Gupta, et al., "Gas Discharge Derived Annular Plasma Pinch X-Ray Source" (Источник рентгеновского излучения из кольцевого плазменного пинча, полученного на основе газового разряда). Патент США №4,752,946, 21 июня 1988 г.

J.C.Riordan, J.S. Peariman, "Filter Apparatus for use with an X-ray Source" (Фильтр для использования с рентгеновским источником). Патент США №4,837,794, 6 июня 1989 г.

W.Neff, et al., "Device for Generating X-radiation with a Plasma Source" (Устройство для генерации рентгеновского излучения с плазменным источником). Патент США №5,023,897, 11 июня 1991 г.

D.A.Hammer, D.H.Kalantar, "Method and Apparatus for Microlithography Using X-Pinch X-Ray Source" (Способ и устройство для микролитографии с использованием источника рентгеновского излучения Х-пинча). Патент США №5,102,776, 7 апреля 1992 г.

M.W.McGeoch, "Plasma X-Ray Source" (Плазменный источник рентгеновского излучения). Патент США №5,504,795, 2 апреля 1996 г.

G.Schriever, et al., "Laser-produced Lithium Plasma as a Narrow-band Extended Ultraviolet Radiation Source for Photoelectron Spectroscopy" (Литиевая плазма, полученная с помощью лазера, как узкополосный протяженный источник ультрафиолетового излучения для фотоэлектронной спектроскопии). Applied Optics, Vol.37, №7, pp.1243-1248, March 1998.

R.Lebert, et al., "A Gas Discharged Based Radiation Source for EUV Lithography" (Источник излучения на основе газового разряда для ВУФ литографии). Int.Conf. On Micro and Nano Engineering (Международная конференция по микро- и нанотехнике), сентябрь, 1998.

W.T.Silfast, et al., "High-power Plasma Discharge Source at 13,5 nm and 11.4 nm for EUV Lithography" (Мощный источник газоразрядной плазмы с излучением на 13,5 нм и 11,4 нм для ВУФ литографии). SPIE Proc. On Emerging Lithographic Technologies III, Vol. 3676, pp.272-275, March 1999.

F.Wu, et al., "The Vacuum Spark and Spherical Pinch X-ray/EUV Point Sources" (Точечные источники рентгеновского/ВУФ излучения на основе вакуумного искрового разряда и сферического пинча), SPIE Proc. On Emerging Lithographic Technologies III, Vol. 3676, pp.410-420, March 1999.

I.Fomenkov, W.Partlo, D.Birx. "Chracterization of a 13,5 nm for EUV Lithography based on a Dense Plasma Focus and Lithium Emission" (Определение параметров спектральной линии 13,5 нм для ВУФ литографии на основе плотного плазменного фокуса и излучения лития), Sematech International Workshop on EUV Lithography, October, 1999.

Известные в данной области техники устройства с плазменным фокусом могут генерировать интенсивное излучение, подходящее для литографии с облучением вблизи рентгеновского спектра, но у них ограничена скорость повторения из-за требующейся большой величины электрической энергии на один импульс и из-за короткоживущих внутренних компонентов. Требования по величине запасенной электрической энергии для этих систем составляют от 1 до 100 кДж. Скорости повторения обычно не превышают нескольких импульсов в секунду.

В то же время требуется простая и надежная система получения спектральной линии для генерации высокоэнергетичного ультрафиолетового и рентгеновского излучения, причем эта система должна работать при высоких скоростях повторения и не иметь проблем, присущих аналогам, связанных с образованием загрязнений.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает источник высокоэнергетичных фотонов, содержащий: А) вакуумную камеру; В) по меньшей мере два электрода, установленных коаксиально в упомянутой вакуумной камере, определяющих область электрического разряда и выполненных с возможностью создания плазменных пинчей высокой частоты в месте пинча при электрическом разряде; С) рабочий газ, содержащий активный газ и буферный газ, причем буферный газ представляет собой благородный газ, а активный газ выбран так, чтобы обеспечить излучение по меньшей мере одной спектральной линии; D) систему подачи активного газа для подачи активного газа в упомянутую область разряда; и Е) систему импульсного питания, обеспечивающую электрические импульсы с энергией по меньшей мере 12 Дж на импульс при частоте повторения импульсов по меньшей мере 2000 Гц, причем упомянутая система содержит: 1) батарею зарядных конденсаторов; 2) быстродействующее зарядное устройство для зарядки упомянутой батареи зарядных конденсаторов за периоды времени менее около 0,5 микросекунд; 3) средство управления напряжением зарядных конденсаторов для управления зарядом на батарее зарядных конденсаторов; 4) цепь электромагнитного сжатия, содержащую по меньшей мере одну батарею конденсаторов и по меньшей мере одну катушку индуктивности с насыщаемым сердечником; 5) триггер батареи зарядных конденсаторов для разрядки упомянутой батареи зарядных конденсаторов в упомянутую цепь электромагнитного сжатия; и 6) импульсный трансформатор для увеличения напряжений импульсов по меньшей мере на коэффициент 4, содержащий по меньшей мере три одновитковых первичных обмотки и единственную одновитковую вторичную обмотку. В вакуумной камере расположена пара электродов для создания плазменного пинча. Камера заполнена рабочим газом, который включает благородный буферный газ и активный газ, выбранный таким образом, чтобы получать требующуюся спектральную линию. Импульсный источник питания обеспечивает подачу электрических импульсов напряжения, величина которых достаточна для создания электрического разряда между электродами с тем, чтобы получить в рабочем газе плазменные пинчи с очень высокой температурой и высокой плотностью, которые обеспечивают излучение в спектральной линии источника или активного газа. Предпочтительно, электроды имеют коаксиальную конфигурацию, при этом анод расположен на оси. Анод предпочтительно полый, и активный газ вводится через анод. Это позволяет выполнять оптимизацию спектральной линии источника и отдельно оптимизацию буферного газа. Описаны предпочтительные варианты представленной оптимизации значений емкости, длины и формы анода, а также предпочтительные системы подачи активного газа. Предпочтительные варианты также включают в себя систему импульсного питания, содержащую зарядный конденсатор и цепь электромагнитного сжатия, содержащую импульсный трансформатор. Описана система охлаждения с тепловой трубой для охлаждения центрального анода. В предпочтительных вариантах внешний отражательный коллектор излучения, являющийся также направляющим устройством, собирает излучение, генерируемое в плазменном пинче, и направляет это излучение в требующемся направлении. Описаны варианты для формирования фокусированного пучка и параллельного пучка. Кроме того, в предпочтительных вариантах активный газ представляет собой пары лития, а буферный газ - гелий, и коллектор излучения выполнен из материала или покрыт материалом, обладающим высокой отражательной способностью при скользящем падении. Подходящими отражающими материалами являются молибден, палладий, рутений, родий, золото или вольфрам.

В других предпочтительных вариантах буферным газом является аргон, а газообразный литий получают путем испарения твердого или жидкого лития, находящегося в отверстии вдоль оси центрального электрода коаксиальной электродной конфигурации. В предпочтительных вариантах реализации загрязняющие частицы собираются на коническом вложенном коллекторе загрязняющих частиц, имеющем поверхности, совмещенные со световыми лучами, выходящими из места пинча и направленными к коллектору - направляющему устройству излучения. Конический вложенный коллектор загрязняющих частиц и коллектор - направляющее устройство излучения поддерживаются при температуре в диапазоне около 400°С, что выше точки плавления лития и значительно ниже точки плавления вольфрама. Пары вольфрама и лития собирают на коллекторе загрязняющих частиц, но литий будет испаряться с коллектора загрязняющих частиц и коллектора - направляющего устройства, в то время как вольфрам будет постоянно оставаться на коллекторе загрязняющих частиц и поэтому он не будет собираться на коллекторе - направляющем устройстве излучения и ухудшать его отражательную способность. Отражательный коллектор - направляющее устройство излучения и конический вложенный коллектор загрязняющих частиц могут быть изготовлены вместе в виде единого конструктивного элемента или они могут быть отдельными конструктивными элементами, центрированными (соосными) друг с другом и с местом пинча.

Если требуется, камера может быть снабжена специальным окном, которое выполняется для пропускания света ВУФ диапазона и отражения света (излучения) с более низкой энергией, включая видимый свет. Это окно предпочтительно является окном небольшого диаметра, состоящее из чрезвычайно тонкого материала, такого как кремний, цирконий или бериллий.

Заявители описывают здесь опытный образец устройства плотного плазменного фокуса (ППФ) третьего поколения, созданное заявителями и их сотрудниками в качестве источника для литографии с облучением высокоэнергетическим ультрафиолетом (ВУФ), использующее полностью твердотельное устройство импульсного питания накачки (возбуждения). Используя результаты, полученные с помощью вакуумного дифракционного спектрометра, объединенные с результатами измерений с кремниевым фотодиодом, заявители обнаружили, что при использовании линии излучения 13,5 нм двухзарядного иона лития может генерироваться значительное количество излучения в пределах полосы отражения зеркал Mo/Si. В этом опытном образце устройства ППФ происходит преобразование 25 Дж запасенной электрической энергии на один импульс в приблизительно 0,76 Дж излучения в полосе (линии) 13,5 нм, испускаемого в телесный угол 4π стерадиан. Характеристика этого устройства исследовалась по параметру скорости повторения импульсов вплоть до предельной частоты источника питания постоянного тока (ПТ) в 200 Гц. Вплоть до этой скорости (частоты) повторения никакого значительного уменьшения выхода ВУФ на один импульс не обнаружено. При 200 Гц измеренная стабильность энергии от импульса к импульсу составляла σ=6% и не наблюдалось никакого падения энергии импульсов. Электрическая схема и работа этого опытного образца устройства ППФ представлены при описании нескольких предпочтительных модификаций, которые, как предполагается, обеспечивают улучшенную стабильность, эффективность и рабочие параметры.

Кроме того, описано устройство ППФ четвертого поколения, способное работать с частотой 2000 Гц, которое способно производить около 20 мДж на импульс полезного излучения ВУФ в угле 2π стерадиан.

Настоящее изобретение предлагает практическую реализацию ВУФ литографии в надежный, имеющий высокую яркость источнике ВУФ излучения, излучательные характеристики которого хорошо согласуются с полосой отражения зеркальных систем Mo/Si или Мо/Ве.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 и 1А - схемы источников высокоэнергетичных фотонов, представляющих предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 - схема устройства для формирования трехмерного плазменного пинча с электродами в форме диска;

фиг.3 - схема четвертого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения;

фиг.4 - предпочтительная электрическая схема для предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения;

фиг.5А - вид опытного образца устройства, созданного заявителями и их сотрудниками;

фиг.5В - разрез, показывающий электроды опытного образца со средствами предионизации в виде искровых штырей;

фиг.5В1-5В6 - этапы формирования плазменного пинча;

фиг.5С - разрез электродной области с защитным экраном;

фиг.5С1-5С6 - этапы формирования плазменного пинча с установленным защитным экраном;

фиг.6 - форма импульса, формируемого опытным образцом устройства;

фиг.7 - часть ВУФ пучка, формируемого гиперболическим коллектором;

фиг.7А - изображение в перспективе гиперболического коллектора;

фиг.7В - часть ВУФ пучка, формируемого эллипсоидальным коллектором;

фиг.8 - пик лития на 13,5 нм в сравнении с коэффициентом отражения покрытий MoSi;

фиг.9 - вложенный конический коллектор загрязняющих частиц;

фиг.10 - окно из тонкого Be для отражения видимого света и пропускания ВУФ излучения;

фиг.11 - диаграмма, представляющая коэффициент отражения различных материалов для ультрафиолетового излучения 13,5 нм;

фиг.12 - схема, представляющая способ введения газа источника и рабочего газа;

фиг.13 - временная диаграмма, представляющая напряжение на аноде и интенсивность ВУФ;

фиг.14А, 14В, 14С и 14D - влияние различных конструкций анода на плазменный пинч;

фиг.15 - схема, иллюстрирующая метод использования ВЧ-энергии для работы газа источника, представляющего собой пары лития;

фиг.16, 16А, 16В, 16С, 16D и 16Е - элементы и технические характеристики опытного образца устройства плазменного пинча четвертого поколения;

фиг.17 - метод охлаждения с тепловой трубой для охлаждения анода в предпочтительном устройстве плазменного пинча.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ

Основная конструкция

Упрощенные чертежи, представляющие основную конструкцию источника с высокоэнергетичным ультрафиолетовым излучением, показаны на фиг.1 и 1А. Главные элементы - устройство 2 для создания плазменного пинча, коллектор 4 высокоэнергетичных фотонов и полый световод 6. Источник плазменного пинча содержит коаксиальный электрод 8, запитываемый от низкоиндуктивного импульсного источника 10 питания. Импульсный источник питания в этом предпочтительном варианте представляет собой высоковольтную цепь с высоким кпд по энергии, способную обеспечивать очень быстрый (приблизительно за 50 нc) рост амплитуды импульсов в диапазоне от 1,4 до 2,5 кВ на коаксиальном электроде 8 с частотой повторения импульсов по меньшей мере 1000 Гц.

На фиг.1 показан случай, когда небольшое количество рабочего газа, такого как смесь гелия и паров лития, находится вблизи основания электрода 8, как показано на фиг.1. При каждом высоковольтном импульсе между внутренним и внешним электродами коаксиального электрода 8 возникает лавинный пробой либо благодаря предионизации, либо самопробою. Лавинный процесс, возникающий в буферном газе, ионизует газ и создает проводящую плазму между электродами у основания электродов. Когда существует проводящая плазма, между внутренним и внешним электродами протекает ток. В этом предпочтительном варианте внутренний электрод находится под высоким положительным потенциалом, а внешний электрод - под потенциалом земли. Ток будет протекать от внутреннего электрода к внешнему электроду и, следовательно, электроны будут двигаться к центру, а положительные ионы будут двигаться от центра. Этот ток генерирует магнитное поле, которое действует на движущиеся носители зарядов, ускоряя их в направлении от основания коаксиального электрода 8.

Когда плазма достигает конца центрального электрода, электрические и магнитные силы, действующие на плазму, сжимают плазму в "фокус" около точки 11 вдоль центральной линии и на малом расстоянии от торца центрального электрода, а давление и температура плазмы резко повышаются, достигая предельно высоких температур, в некоторых случаях намного выше, чем температура на поверхности Солнца! Размеры электродов и полная электрическая энергия в цепи предпочтительно оптимизируются для получения в плазме требующейся температуры черного тела. Для генерации излучения в области 13 нм требуется, чтобы температура черного тела была свыше 20-100 эВ. Вообще для конкретной коаксиальной конфигурации температура будет увеличиваться с увеличением напряжения в электрическом импульсе. Форма пятна или точки излучения в некоторой степени неправильная в осевом направлении, а в радиальном направлении в грубом приближении соответствует гауссовой форме. Типичный радиальный размер источника 300 микрон, а его длина приблизительно 4 мм.

В большинстве известных устройств с плазменным пинчем, описанных в технической литературе, пятно излучения испускает излучение во всех направлениях и его спектр приблизительно близок к спектру черного тела. Назначение лития в рабочем газе заключается в том, чтобы сузить спектр излучения из этого пятна излучения.

Вторая основная конструкция показана на фиг.1А. В этом случае пары лития являются активным газом и вводятся через центр анода. Буферный газ - гелий, и он вводится в другое (отделенное) место. Для создания в камере требующегося вакуума используется всасывающий насос. Линии подачи лития нагревают, чтобы поддерживать литий в паровом состоянии.

Пар лития

Дважды ионизованный литий имеет электронный переход на 13,5 нм и в буферном гелиевом газе он выполняет функцию атома, являющегося источником излучения. Дважды ионизованный литий - это превосходный выбор по двум причинам. Во-первых, это низкая точка плавления лития и высокое давление пара. Литий, выбрасываемый из пятна излучения, может удерживаться от осаждения на стенках камеры и собирающих оптических элементах просто путем нагрева этих поверхностей выше 180°С. Затем литий, находящийся в паровой фазе, может откачиваться из камеры наряду с буферным газом - гелием, используя стандартную технологию турбомолекулярной откачки. И, кроме того, литий может быть легко отделен от гелия просто путем охлаждения этих двух газов.

Для обеспечения хорошего отражения на 13,5 нм имеются материалы для выполнения покрытий. На фиг.8 показан пик излучения лития в сравнении с опубликованными данными по коэффициентам отражения MoSi.

Третье преимущество использования лития в качестве атома-источника излучения заключается в том, что неионизированный литий имеет малое сечение поглощения для излучения 13,5 нм. Более того, любой ионизированный литий, выбрасываемый из пятна излучения, легко может быть удален с помощью несильного электрического поля. Остающийся неионизированный литий по существу прозрачен для излучения 13,5 нм. В настоящее время в наиболее популярном предложенном источнике излучения в области 13 нм используется лазерная абляция (разрушение) замороженной струи ксенона. В такой системе практически весь инжектируемый ксенон должен захватываться до следующего импульса, поскольку у ксенона большое сечение поглощения на 13 нм.

Широкая полоса частот излучения ксенона

Другим предпочтительным атомом-источником излучения является ксенон, который имеет в области 13,5 нм широкую линию излучения. Заявители описывают в последующем разделе этого описания способы решения проблемы сильного поглощения ксеноном.

Коллектор излучения

Излучение, возникающее в пятне излучения, излучается однородно в полный угол 4π стерадиан. Для захвата этого излучения и направления его налитографический инструмент требуются некоторые элементы собирающей оптики. В ранее предложенных источниках с излучением на 13 нм предполагалось использование собирающей оптики на основе зеркал с многослойным диэлектрическим покрытием. Зеркала с многослойным диэлектрическим покрытием используются для достижения высокой эффективности собирания излучения в широком угловом диапазоне. Любой источник излучения, который создает загрязнения, покрывал бы загрязнением эти диэлектрические зеркала, ухудшал их коэффициент отражения и, следовательно, происходило бы уменьшение собранного выходного излучения из источника. Эта предпочтительная система будет подвержена эрозии электродов и, следовательно, со временем она бы ухудшала качество любого диэлектрического зеркала, размещенного вблизи пятна излучения.

Имеются некоторые материалы с высоким коэффициентом отражения при небольших скользящих углах падения для УФ-излучения с длиной волны 13,5 нм. Графики для некоторых из них показаны на фиг.11. Хорошим выбором являются молибден, родий и вольфрам. Коллектор может быть изготовлен из этих материалов, но предпочтительно они применяются в качестве покрытия на материале конструктивной основы, такой как никель. Эта коническая секция может быть выполнена путем электроосаждения никеля на удаляемый шаблон.

Для получения коллектора, способного принимать излучение с большого конусного угла, несколько конических секций могут быть вложены внутрь друг друга. Каждая коническая секция может выполнять более одного отражения излучения, чтобы перенаправить его сектор конуса излучения в требующемся направлении. Создание коллектора для работы вблизи скользящего падения позволит получить коллектор, который будет наиболее устойчивым к осаждению материала разрушенного электрода. Коэффициент отражения зеркал при скользящем падении такой, что он сильно зависит от шероховатости поверхности зеркала. Зависимость от шероховатости поверхности уменьшается по мере приближения угла падения к скользящему падению. Оценка показывает, что мы можем собрать и направить излучение на 13 нм, испускаемое в телесный угол по меньшей мере 25 градусов. Предпочтительные коллекторы для направления излучения в световоды показаны на фиг.1, 2 и 3.

Вольфрамовые электроды - вольфрамовые покрытия для коллектора

Предпочтительный способ выбора материала для внешнего отражательного коллектора заключается в том, что покрывающий материал на коллекторе тот же, что и материал электрода. Вольфрам - это перспективный кандидат, поскольку он продемонстрировал работу в качестве электрода, а действительная часть его коэффициента отражения на 13 нм равна 0,945. При использовании одного и того же материала для электрода и покрытия зеркала к минимуму сводится ухудшение отражательной способности зеркала, когда материал разрушенного электрода осаждается на собирающих зеркалах.

Серебряные электроды и покрытия

Серебро также является отличным выбором для электродов и покрытий, потому что оно также имеет низкий показатель преломления на 13 нм и имеет высокую теплопроводность, позволяющую осуществлять работу с более высокой частотой повторения импульсов.

Конический вложенный коллектор загрязняющих частиц

В другом предпочтительном варианте коллектор - направляющее устройство защищают от загрязнения поверхности материалом испаряющегося электрода с помощью коллектора загрязняющих частиц, который собирает все пары вольфрама до того, как они смогут достигнуть коллектора - направляющего устройства 4. На фиг.9 показан конический вложенный коллектор 5 загрязняющих частиц для собирания загрязняющих частиц, вылетающих из плазменного пинча. Коллектор 5 загрязняющих частиц состоит из вложенных конических секций, поверхности которых совмещены со световыми лучами, проходящими от центра места (пятна) пинча и направленными к коллектору - направляющему устройству 4.

Собранные загрязняющие частицы представляют собой вольфрам, испарившийся с вольфрамовых электродов, и испаренный литий. Коллектор загрязняющих частиц прикреплен к коллектору - направляющему устройству 4 излучения или представляет его часть. Оба коллектора состоят из основы, покрытой никелем. Часть коллектора - направляющего устройства 4 излучения - покрыта молибденом или родием для получения очень высокого коэффициента отражения. Предпочтительно оба коллектора нагревают до около 400°С, что значительно выше точки плавления лития и значительно ниже точки плавления вольфрама. Пары лития и вольфрама будут собираться на поверхностях коллектора 5 загрязняющих частиц, но литий будет испаряться; кроме того, литий собирается на коллекторе - направляющем устройстве 4, - откуда он вскоре также будет испаряться. Вольфрам, который собран на коллекторе 5 загрязняющих частиц, будет оставаться на нем постоянно.

На фиг.7 показаны оптические характеристики коллектора, созданного заявителями. Коллектор состоит из пяти вложенных параболических рефлекторов скользящего падения, но на чертеже показано только три из пяти рефлекторов. Два внутренних рефлектора не показаны. В этой конструкции угол, из которого собирается излучение, около 0,4 стерадиана. Как обсуждается ниже, поверхность коллектора имеет покрытие, и его нагревают для предотвращения осаждения лития. Эта конструкция позволяет получать параллельный пучок. Другие предпочтительные конструкции, такие как показанные на фиг.1, 3 и 10, фокусируют пучок. Коллектор следует покрывать материалом, обладающим высоким коэффициентом отражения при скользящем падении в области длины волны 13,5 нм. Два таких материала - это палладий и рутений.

Другой коллектор - направляющее устройство, - созданный для фокусировки пучка, показан на фиг.7В. В этом коллекторе - направляющем устройстве - используется эллипсоидальное зеркало 30 для фокусировки источника ВУФ. Зеркала такого типа могут быть получены на коммерческой основе от фирм-поставщиков, таких как, например, Reflex S.V.O., имеющей производственные мощности в Республике Чехия, в США распространением такой продукции занимается фирма Bede Scientific Instrument Ltd., офисы которой находятся в Соединенном Королевстве и Инглевуде, шт. Колорадо. Читателю следует обратить внимание на то, что такое зеркало собирает лучи, находящиеся только в углах, показанных позицией 32 на фиг.7В. Однако внутрь зеркала 30 и снаружи зеркала 30 могут быть включены дополнительные зеркальные элементы для собирания и фокусировки дополнительных лучей. Читателю следует также заметить, что по ходу распространения лучей после зеркала 30 могут быть расположены другие зеркальные элементы для собирания лучей из узкого угла или до зеркала 30 могут быть расположены зеркальные элементы для собирания лучей из более широкого угла.

Световод

Важно избежать осаждения указанных выше материалов на осветительной оптике литографического инструмента. Поэтому для дополнительного обеспечения их разделения предпочтительно использовать световод 6. Световод 6 - это полый световод, в котором также осуществляется по существу полное внешнее отражение на его внутренних поверхностях. Основная собирающая оптика может быть выполнена так, что уменьшить конусный угол собранного излучения, чтобы он соответствовал приемному углу полого световода. Этот принцип показан на фиг.1.

Диэлектрические зеркала литографического инструмента были бы тогда очень хорошо защищены от любых частиц, слетающих с электродов, поскольку вольфрам, серебро или атомы лития рассеивались бы в верхней части световода при столкновении с потоком буферного газа, вводимого ниже в полый световод, как показано на фиг.1.

Импульсный источник питания

Предпочтительный импульсный источник 10 питания представляет собой твердотельный, высокочастотный, высоковольтный импульсный источник питания, в котором используются твердотельный триггер и цепь с магнитным ключом, такой как импульсный источник питания, описанный в патенте США №5,936,988. Эти источники очень надежны и могут работать непрерывно без существенных затрат на техническое обслуживание в течение многих месяцев или миллиардов импульсов. Описание патента США №5,936,988 включено в настоящее описание в качестве ссылки.

На фиг.4 показана упрощенная электрическая схема, обеспечивающая импульсное питание. Предпочтительный вариант включает в себя источник 40 питания постоянного тока, который представляет собой источник с управляемой резонансной зарядкой такого же типа, который используется в эксимерных лазерах. С₀ - батарея из стандартных (не специальных) конденсаторов с общей емкостью 65 мкФ, конденсатор C₁ - для формирования резкого максимума, который также представляет собой батарею из готовых конденсаторов, имеющий общую емкость 65 мкФ. Катушка 42 индуктивности с насыщаемым сердечником имеет индуктивность при насыщении, соответствующем запуску, около 1,5 нГн. Триггер 44 - IGBT. Диод 46 и катушка индуктивности 48 создают цепь регенерации энергии, подобную той, что описана в патенте США №5,729,562, позволяющую запасать в С₀ отраженную электрическую энергию от одного импульса до следующего импульса.

Система

Таким образом, как показано на фиг.1, рабочая газовая смесь из гелия и паров лития подается в коаксиальный электрод 8. Электрические импульсы от импульсного источника 10 питания создают плотный плазменный фокус в месте, указанном позицией 11, с достаточно высокими температурами и давлением, чтобы происходила двойная ионизация атомов лития в рабочем газе, вызывающая генерацию ультрафиолетового излучения с длиной волны около 13,5 нм.

Этот свет собирается в коллекторе 4 с полным внешним отражением и направляется в полый световод 6, где свет далее направляется к литографическому инструменту (не показан). В разрядной камере 1 поддерживают вакуум около 4 Торр с помощью турбовсасывающего насоса 12. Некоторое количество гелия в рабочем газе отделяется в гелиевом сепараторе 14 и используется для продувки световода, как показано на фиг.1, позицией 16. Давление гелия в световоде предпочтительно соответствует требованиям по давлению для литографического инструмента, который обычно поддерживается при низком давлении или в вакууме. Температура рабочего газа поддерживается при требующейся температуре с помощью теплообменника 20, а газ очищается с помощью электростатического фильтра 22. Рабочий газ подают в объем коаксиального электрода, как показано на фиг.1.

Опытный образец устройства

Чертеж опытного образца устройства плазменного пинча, созданного и опробованного заявителем и его сотрудниками, показан на фиг.5А. Основные элементы - комплект конденсаторов C₁, комплект конденсаторов С₀, коммутаторы IGBT, катушка 42 индуктивности с насыщаемым сердечником, вакуумная камера 3 и коаксиальный электрод 8.

Результаты испытаний

На фиг.6 показана типичная форма импульса, измеренная заявителем, при использовании устройства, показанного на фиг.5А. Заявители зарегистрировали напряжение на C₁, ток на C₁ и интенсивность излучения на 13,5 нм за временной период 8 микросекунд. Суммарная энергия в этом типичном импульсе около 0,8 Дж. Ширина импульса (на полувысоте) около 280 нс. Напряжение на C₁ до пробоя меньше чем 1 кВ.

Этот опытный вариант может работать с частотой повторения импульсов до 200 Гц. Измеренное усредненное излучение в частотной полосе 13,5 нм при 200 Гц составляет 152 Вт в угле 4π стерадиан. Стабильность энергии при 1 сигма около 6%. Заявители оценили, что 3,2% энергии может быть направлено в полезный пучок излучения 13,5 нм с помощью коллектора 4, показанного на фиг.1.

Второе устройство плазменного пинча

Второе устройство плазменного пинча показано на фиг.2. Это устройство подобно устройству плазменного пинча, описанному в патенте США №4,042,848. Это устройство содержит два внешних электрода 30 и 32 дисковой формы и внутренний электрод 36 дисковой формы. Пинч создается из трех направлений, как описано в патенте №4,042,848 и как указано на фиг.2. Пинч начинается вблизи периферийной окружности электродов и распространяется к центру, а пятно излучения развивается вдоль оси симметрии и в центре внутреннего электрода, как показано на фиг.2 позицией 34. Излучение можно собирать и направлять, как было описано в отношении варианта, показанного на фиг.1. Однако возможен захват излучения в двух направлениях, выходящих с