CN114205982A - 一种基于纳秒脉冲快速电离波的vuv产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法，毛细管放电器的石英毛细管的两端分别连有高压电极和低压电极，所述石英毛细管的外圆周面两侧开设有进气口和出气口，高压电极与高压脉冲电源连接，所述低压电极与地连接，通过打开高压脉冲电源，将会在高压电极上形成脉冲电压和强电场，强电场会将管内的气体分子或原子激发，形成一道高速移动的电离波并向低压端运动，电离波在运动的过程中，会形成含有大量激发态分子原子和离子的等离子体区域，等离子体区域中的激发态分子在退激过程中会形成大量的光辐射，其中包括真空紫外波段的光辐射，从而形成VUV光源。

Description

一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法
技术领域
本发明涉及于紫外光刻光源技术领域，具体涉及一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法。
背景技术
光刻机、激光器等均需要使用真空紫外(VUV)光源，一种常见的真空紫外光源发生装置是毛细管放电器。目前对VUV辐射产生的控制，主要通过调整气体组成以及电压波形实现。
如专利申请号201110385541.7公开了采用毛细管放电极紫外光刻光源产生EUV辐射光的方法，它解决了毛细管在EUV光刻光源中，产生的放电碎屑过多易损坏后续的光学收集系统的问题。该产生EUV辐射光的方法为，分别通过输气管路同时向毛细管中输入Xe气和Ar气，所述Xe气的流量为0.2sccm～2sccm，Ar气的流量为0.2sccm～10sccm，然后在毛细管两端加载高压脉冲电源，实现13.5nm波长的辐射光输出。
毛细管快速电离波放电中，可以辐射的成分和波段很多，为了增强VUV波段的辐射选择性，需要对毛细管快速电离波开展控制和优化。即传统方式针对毛细管VUV辐射产生的控制，主要通过调整气体组成以及电压波形实现，但是这两种方法均需要采用大量的实验和试错，实现起来极为困难，这也是不同单位、国家光刻光源性能差别的重要来源。
针对这个缺点，本发明引入等离子体物理化学数据和深度学习神经网络方法，实现从辐射源头激发态成分出发逆向推导出电场/电压波形，为VUV光源的驱动电源设计提供了一种新思路，可以极大的减少试错成本，提升VUV光源的波段选择性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法，通过打开高压脉冲电源，将会在高压电极上形成脉冲电压和强电场，强电场会将管内的气体分子或原子激发，形成一道高速移动的电离波并向低压端运动，电离波在运动的过程中，会形成含有大量激发态分子原子和离子的等离子体区域，等离子体区域中的激发态分子在退激过程中会形成大量的光辐射，其中包括真空紫外波段的光辐射，从而形成VUV光源。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法，包括以下步骤:
步骤一：通过真空系统对石英毛细管抽真空，并打开毛细管放电器的高压脉冲电源，在高压电极上形成脉冲电压和强电场；
步骤二：强电场将石英毛细管内的气体分子或原子激发，形成一道高速移动的电离波向低压电极运动；
步骤三：电离波在运动过程中，形成等离子体区域；
步骤四：等离子体区域中的激发态分子在退激过程中产生光辐射，进而形成VUV光源。
作为本发明进一步的方案：步骤一中所述毛细管放电器的石英毛细管的两端分别连有高压电极和低压电极，所述石英毛细管的外圆周面两侧开设有进气口和出气口。
作为本发明进一步的方案：所述高压电极与高压脉冲电源连接。
作为本发明进一步的方案：所述低压电极与地连接。
作为本发明进一步的方案：所述石英毛细管的两端连接有与高压电极和低压电极同轴电缆的铜芯。
作为本发明进一步的方案：所述石英毛细管的外圆周面上设置有屏蔽网层。
作为本发明进一步的方案：步骤一中所述真空系统包括并排设置的两个气体罐，两个所述气体罐的输出端管道与石英毛细管的进气口管道连接，所述石英毛细管的出气口管道连接有真空分子泵。
作为本发明进一步的方案：所述两个所述气体罐的输出端管道上分别设置有流量控制阀。
作为本发明进一步的方案：所述石英毛细管的进气口管道与出气口管道上分别设置有压力探针。
作为本发明进一步的方案：所述真空分子泵与出气口连接的管道上设置有气阀。
本发明的有益效果：
本发明电离波在运动的过程中，会形成含有大量激发态分子原子和离子的等离子体区域，等离子体区域中的激发态分子在退激过程中会形成大量的光辐射，其中包括真空紫外波段的光辐射，从而形成VUV光源，使VUV光源的得到更加快速。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明毛细管放电器的结构示意图；
图2是本发明毛细管快速电离波系统的结构示意图；
图3是本发明电场强度变化示意图；
图4是本发明浓度变化示意图。
图中：1、石英毛细管；2、高压电极；3、低压电极；4、进气口；5、出气口；6、铜芯；7、屏蔽网层；8、气体罐；9、真空分子泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4所示，本发明为一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法，包括以下步骤:
步骤一：通过真空系统对石英毛细管1抽真空，并打开毛细管放电器的高压脉冲电源，在高压电极2上形成脉冲电压和强电场；
步骤二：强电场将石英毛细管1内的气体分子或原子激发，形成一道高速移动的电离波向低压电极3运动；
步骤三：电离波在运动过程中，形成等离子体区域；
步骤四：等离子体区域中的激发态分子在退激过程中产生光辐射，进而形成VUV光源。
基于现有的研究方法属于正向研究，在获知输入电压波形的情况下，正向测量实验中的激发态成分浓度变化和光辐射强度，因此，本实施例基于设计能够实现从激发态成分浓度和光辐射强度变化规律反向给定电压和电场控制率的方法：
本实施例的气体为氩气，根据给定的能够产生特定光辐射的激发态浓度的变化规律，反向输出电场和其他组分的变化规律，根据该规律，即可针对性的设计脉冲电源的输出电压波形。
如图3、图4所示，为了实现该功能，设计神经网络的输入为时间间隔、本时刻电场、所有成分浓度以及下一时刻指定激发态的浓度；神经网络的输出为下一时刻的电场值以及所有成分的浓度；
同时，为了进一步提高精度，采用等离子体反应动力学整体模型对神经网络输出的电场值进行修正，提高设计精度，具体流程为：
第一步，使用神经网络反推电场大小；
第二步，利用整体模型和神经网络反推的电场值计算下一时刻的成分浓度变化规律；
第三步，将计算结果与设计指标(VUV辐射激发态成分的浓度)进行比较并调整电场大小，从而给出准确电场变化规律，以此类推循环直至完成放电过程。
通过该方法得到的典型的电场反推结果如图3所示，反推得到的激发态浓度变化规律如图4所示，设计结果与基准吻合良好，表明该方法准确可行。
参阅图1，毛细管放电器的石英毛细管1的两端分别连有高压电极2和低压电极3，所述石英毛细管1的外圆周面两侧开设有进气口4和出气口5，高压电极2与高压脉冲电源连接，所述低压电极3与地连接；
使用时，通过打开高压脉冲电源，将会在高压电极2上形成脉冲电压和强电场，强电场会将石英毛细管1的气体分子或原子激发，形成一道高速移动的电离波并向低压电极3运动。
其中，所述石英毛细管1的两端连接有与高压电极2和低压电极3同轴电缆的铜芯6，所述石英毛细管1的外圆周面上设置有屏蔽网层7，实现对石英毛细管1的保护。
参阅图2，步骤一中真空系统包括并排设置的两个气体罐8，该气体罐8内存储有稀有气体，本申请优选为Xe气和Ar气，两个所述气体罐8的输出端管道与石英毛细管1的进气口4管道连接，所述石英毛细管1的出气口5管道连接有真空分子泵9，通过真空分子泵9实现对石英毛细管1内部抽真空处理，使石英毛细管1内部的真空度达到mbar级真空度，两个所述气体罐8的输出端管道上分别设置有流量控制阀，实现流量控制阀实现对两个气体罐8打开和关闭的控制，并通过两个气体罐8的设置，有助于实现不同气体组分之间的混合；
其中，石英毛细管1的进气口4管道与出气口5管道上分别设置有压力探针，通过压力探针实现对石英毛细管1内部压力的监测；
所述真空分子泵9与出气口5连接的管道上设置有气阀，通过气阀控制真空分子泵9的启闭。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤一：通过真空系统对石英毛细管(1)抽真空，并打开毛细管放电器的高压脉冲电源，在高压电极(2)上形成脉冲电压和强电场；
步骤二：强电场将石英毛细管(1)内的气体分子或原子激发，形成一道高速移动的电离波向低压电极(3)运动；
步骤三：电离波在运动过程中，形成等离子体区域；
步骤四：等离子体区域中的激发态分子在退激过程中产生光辐射，进而形成VUV光源。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法,其特征在于，步骤一中所述毛细管放电器的石英毛细管(1)的两端分别连有高压电极(2)和低压电极(3)，所述石英毛细管(1)的外圆周面两侧开设有进气口(4)和出气口(5)。
3.根据权利要求2所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法,其特征在于，所述高压电极(2)与高压脉冲电源连接。
4.根据权利要求2所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法,其特征在于，所述低压电极(3)与地连接。
5.根据权利要求2所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法,其特征在于，所述石英毛细管(1)的两端连接有与高压电极(2)和低压电极(3)同轴电缆的铜芯(6)。
6.根据权利要求5所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法,其特征在于，所述石英毛细管(1)的外圆周面上设置有屏蔽网层(7)。
7.根据权利要求2所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法,其特征在于，步骤一中所述真空系统包括并排设置的两个气体罐(8)，两个所述气体罐(8)的输出端管道与石英毛细管(1)的进气口(4)管道连接，所述石英毛细管(1)的出气口(5)管道连接有真空分子泵(9)。
8.根据权利要求7所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法,其特征在于，所述两个所述气体罐(8)的输出端管道上分别设置有流量控制阀。
9.根据权利要求7所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法,其特征在于，所述石英毛细管(1)的进气口(4)管道与出气口(5)管道上分别设置有压力探针。
10.根据权利要求7所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的VUV产生方法,其特征在于，所述真空分子泵(9)与出气口(5)连接的管道上设置有气阀。
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