RU2618792C2 - Направляющее поток устройство для двухэлектродной разрядной камеры, двухэлектродная разрядная камера с его использованием и эксимерный лазер - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области лазерной техники. Направляющее поток устройство для разрядной камеры лазера имеет симметричную конфигурацию и включает две пары электродов. Направляющее поток устройство содержит два ротора, которые соответствуют одной паре из двух пар электродов соответственно. Установленные положения роторов симметричны относительно плоскости симметрии разрядной камеры и находятся под электродами. Ось вращения роторов параллельна осевому направлению электродов, которое параллельно плоскости основания разрядной камеры. Указанные роторы имеют противоположные направления и идентичные скорости вращения. Под каждым из роторов установлена нижняя спойлерная пластина, выполненная с возможностью предотвращения прохождения газового потока под роторами. Причем от установленного положения под каждой парой электродов к соответствующему ротору простирается верхняя спойлерная пластина. Между концом направляющей поток пластины и верхней стороной электрода установлена верхняя направляющая поток пластина. Верхняя направляющая поток пластина и верхняя спойлерная пластина образуют постепенно сужающийся промежуточный канал. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения энергии и надежности лазера. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к области лазеров, а точнее к направляющему поток устройству разрядной камеры для эксимерного лазера с однополостной двухэлектродной разрядной камерой для фотолитографии, двухэлектродной разрядной камере, использующей такое направляющее поток устройство, и эксимерному лазеру.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В настоящее время эксимерные лазеры рассматриваются как лучшие кандидаты на роль источников света для фотолитографии и являются преобладающими рабочими источниками света в промышленности по фотолитографическому производству интегральных схем (ИС).

[0003] Существующие в настоящее время эксимерные лазеры были усовершенствованы от исходной однокамерной структуры до двухкамерной структуры с тем, чтобы реализовать более узкую ширину линии и более высокую среднюю выходную мощность. Данные эксимерные лазеры с двухкамерной структурой состоят из двух разрядных камер, конфигурации которых по сути идентичны друг другу и относятся к затравочной камере и резонаторной камере соответственно. Основной рабочий процесс изображается следующим образом: затравочная камера генерирует затравочный свет с узкой шириной линии и более низкой энергией при определенной частоте повторения (частоте следования импульсов); затравочный свет проводится в резонаторную камеру для усиления; в итоге получается прекрасный эксимерный лазер с узкой шириной линии и высокой мощностью.

[0004] На фиг. 1 показан обычный двухкамерный эксимерный лазер, который состоит из двух разрядных камер 101 и 102, т.е. затравочной камеры 101 и резонаторной камеры 102. Две разрядные камеры имеют по паре разрядных электродов 103 и 104 соответственно. Имеется модуль 105 для сужения ширины линии у отражающего торца затравочной камеры. Затравочная камера 101 и резонаторная камера 102 соединены модулями 106, 107 и 108, и в функцию данных модулей входит контроль, регулирование и измерение светового пути. Такой двухкамерный эксимерный лазер необходимо снабдить двумя разрядными камерами с набором источников 109 и 110 питания высокого напряжения соответственно.

[0005] Некоторые исследователи предлагают эксимерный лазер с однокамерной двухэлектродной конфигурацией, в котором две пары разрядных электродов устанавливают параллельно в одной разрядной камере; одна пара электродов предназначена для генерации затравочного света, а другая пара электродов – для усиления затравочного света. Преимуществом такого технического решения является содействие синхронному управлению разрядом и снижения сложности эксимерного лазера.

[0006] Традиционная двухэлектродная разрядная камера показана на фиг. 2. Две пары электродов 202 и 203 установлены параллельно в разрядной камере 201. Две пары электродов используют для разряда только одну установку источника 204 питания высокого напряжения. Таким образом, сложность эксимерного лазера снижается и интеграция всей установки упрощается.

[0007] Однако необходимо отметить, что, когда эксимерный лазер работает с высокой частотой повторения, между разрядными электродами необходимо формировать высокоскоростной поток газа с тем, чтобы выводить отработанный газ, который уже претерпел разряд, и непрерывно поставлять свежий рабочий газ для разряда, что гарантирует качество разряда и повышает энергию и надежность лазера. Когда две пары электродов устанавливаются параллельно в разрядной камере, между двумя соответствующими электродами нужно генерировать поток газа с приблизительно одинаковой скоростью течения и однородностью. Таким образом, желательно сконструировать новую разрядную камеру, чтобы создать новые средства для циркуляции газа.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Решаемые технические задачи

[0008] Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в обеспечении серии направляющего поток устройства для двухэлектродной разрядной камеры эксимерного лазера, так чтобы эта разрядная камера создавала симметричное распределение поля течения в камере и одновременно формировала высокоскоростной поток газа с постоянной скоростью течения и однородностью в обоих различных областях разряда.

Технические решения

[0009] Для того чтобы решить упомянутые выше технические задачи, настоящее изобретение предлагает направляющее поток устройство для разрядной камеры, имеющей симметричную конфигурацию и включающей две пары электродов; направляющее поток устройство содержит два ротора, которые соответствуют одной паре из двух пар электродов соответственно; установленные положения роторов симметричны относительно плоскости симметрии разрядной камеры и находятся под электродами; ось вращения роторов параллельна осевому направлению электродов, которое параллельно плоскости основания разрядной камеры; и два ротора имеют противоположные направления вращения и идентичные скорости вращения.

[0010] В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, под каждым из роторов установлена нижняя спойлерная пластина, выполненная с возможностью предотвращения прохождения потока газа под роторами.

[0011] В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения данного изобретения, нижняя спойлерная пластина имеет наклонную поверхность или криволинейную поверхность. То есть наветренная сторона спойлерной пластины предназначена быть наклонной поверхностью или криволинейной поверхностью. Криволинейная поверхность может быть вогнутой вовнутрь криволинейной поверхностью, выгнутой наружу криволинейной поверхностью или их сочетанием.

[0012] В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, от установленного положения под каждой парой электродов до соответствующего ротора простирается верхняя спойлерная пластина.

[0013] В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, на боковых стенках роторов установлена направляющая поток пластина, выполненная с возможностью направлять поток газа на выходе роторов к области разряда электродов.

[0014] В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, между концом направляющей поток пластины и верхней стороной электрода установлена верхняя направляющая поток пластина, и верхняя направляющая поток пластина и верхняя спойлерная пластина образуют постепенно сужающийся промежуточный канал.

[0015] В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, в среднем положении в пределах области разряда двух электродов установлена симметричная сливающая направляющая поток пластина, выполненная с возможностью сводить поток газа, проходящий через область разряда, в низходящий газовый поток.

[0016] В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, от направления вниз каждого из электродов к соответствующим роторам выступает нижняя направляющая поток пластина, которая обладает формой дуги, изогнутой по направлению к роторам.

[0017] Настоящее изобретение также предлагает двухэлектродную разрядную камеру, содержащую указанное выше направляющее поток устройство, и эксимерный лазер, содержащий такую двухэлектродную разрядную камеру.

Выгодный эффект

[0018] Настоящее изобретение использует два ротора для пропускания потока в качестве источника движения газового потока во всей камере. Два ротора вращаются в противоположных направлениях. Серию направляющих поток конструкций устанавливают вокруг роторов в камере для формирования промежуточного канала, который способствует формированию газового потока и ускорению газового потока. В итоге, в области разряда достигается однородный газовый поток с высокой скоростью. Два ротора и направляющее поток устройство оба устанавливают симметрично и скорость вращения роторов поддерживают постоянной, так что результирующее поле течения внутри камеры распределяется приблизительно симметрично.

[0019] Настоящее изобретение позволяет синхронно получать однородные газовые потоки с высокой скоростью в обоих областях разряда в двухэлектродной разрядной камере для гарантирования качества разряда с тем, чтобы повысить энергию и надежность лазера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0020] Фиг. 1 изображает схематичный вид двухкамерного эксимерного лазера в соответствии с уровнем техники.

[0021] Фиг. 2 изображает схематичный вид двухэлектродной разрядной камеры в соответствии с уровнем техники.

[0022] Фиг. 3 изображает схематичный вид в поперечном разрезе двухэлектродной разрядной камеры для эксимерного лазера в соответствии с одним из вариантов выполнения настоящего изобретения.

[0023] Фиг. 4 изображает схематичный вид одного типа ротора для пропускания потока, использующегося данным вариантом выполнения настоящего изобретения.

[0024] Фиг. 5 изображает схематичные виды различных вариантов реализации нижней спойлерной пластины под ротором в вариантах выполнения настоящего изобретения.

[0025] Фиг. 6 изображает схематичный вид углового диапазона для верхней спойлерной пластины над роторами в вариантах выполнения настоящего изобретения.

[0026] Фиг. 7 изображает схематичный вид постепенно сужающегося промежуточного канала на входе перед электродами в вариантах выполнения настоящего изобретения.

[0027] Фиг. 8 изображает схематичный вид различных вариантов реализации направляющих поток устройств электродов в вариантах выполнения настоящего изобретения.

[0028] Фиг. 9 изображает структурный схематичный вид эксимерного лазера, основанного на двухэлектродной разрядной камере в соответствии с настоящим вариантом выполнения настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0029] Для того чтобы пояснить задачи, решения и преимущества настоящего изобретения, настоящее изобретение в дальнейшем будет подробно проиллюстрировано исходя из следующих детальный описаний его конкретных вариантов выполнения со ссылкой на прилагаемые фигуры.

[0030] Фиг. 3 изображает схематический вид в поперечным разрезе двухэлектродной разрядной камеры для эксимерного лазера в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретением. Как показано на фиг. 3, разрядная камера 301 имеет симметричную конфигурацию (он изображает зеркальную симметрию на фигуре и плоскость симметрии перпендикулярна плоскости бумаги и поверхности дна разрядной камеры). В разрядной камере 301 установлены две пары электродов 302 и 303. Электроды 302 и 303 имеют осевое направление, которое параллельно поверхности дна разрядной камеры и совпадает с оптической осью испускаемого лазером света. Каждая пара электродов – один катод и один анод. Как правило, катод устанавливают на верхней стороне, а анод – на нижней стороне. В варианте выполнения изобретения, изображенном на фиг. 3, катоды двух пар электродов 302 и 303 установлены на изолирующих устройствах 304 и 305, поэтому катоды изолированы от корпуса разрядной камеры. Средство для установки анода изображено на фиг. 8, на котором установочная опора выполнена из металла и присоединена к корпусу камеры. Таким образом, анод и корпус разрядной камеры находятся при одинаковом потенциале.

[0031] Для того чтобы привести в движение газ 306 внутри камеры для циркуляции, на обоих сторонах камеры установлены два ротора 307 и 308 для пропускания потоков. Эти два ротора соответствуют одной паре из двух пар электродов соответственно и располагаются под электродами. С учетом интегрированной конструкции разрядной камеры и требования к скорости потока при частоте повторения разряда, диаметр ротора задан в пределах диапазона 90-140 мм.

[0032] Ротор для пропускания потока, использующийся настоящим изобретением, является специальным ротором для эксимерного лазера. Как правило, такой ротор имеет лучшую жесткость и меньше шума, чем традиционный ротор для пропускания потока. Фиг. 4 изображает специальный ротор для эксимерного лазера, лопасти которого расположены неравномерно с тем, чтобы снизить шум и вибрацию, генерируемые во время работы ротора. Для того чтобы сэкономить затраты на производство, в разрядной камере по настоящему изобретению может быть использован стандартный ротор с прямыми зубьями или скошенными зубьями.

[0033] Оси вращения двух роторов 307 и 308 параллельны электродам 302 и 303, и их установленные положения симметричны относительно плоскости симметрии разрядной камеры 301. Как можно видеть из поперечного разреза камеры, перпендикулярного оптической оси, оба их положения находятся у дна разрядной камеры по левую и правую стороны.

[0034] Два ротора 307 и 308 вращаются в противоположных направлениях. Как можно видеть из поперечного разреза камеры, перпендикулярного оптической оси, один ротор 307 вращается по часовой стрелке, а другой ротор 308 вращается против часовой стрелки. Скорость вращения двух роторов поддерживают постоянной (согласующейся) друг с другом.

[0035] Если желательно повысить скорость потока на выходе из ротора, необходимо заставить большую часть потока газа проходить через решетки между соответствующими лопастями роторов настолько сильно, насколько это возможно, а также необходимо избежать прохождения мимо ротора. Таким образом, вращение ротора приводит к тому, что лопасти совершают как можно большую работу над газами с тем, чтобы ускорить протекание газа.

[0036] Соответственно, под каждым из роторов установлены нижние спойлерные пластины 309 и 310, и функцией этих нижних спойлерных пластин является предотвращение прохождения газового потока под роторами. Теоретически, чем меньше зазоры между нижней спойлерной пластиной и окружной периферией ротора, тем меньше газа проходит под ротором, что является большим преимуществом для повышения эффективности роторов. Однако слишком маленький зазор усиливает шум и вибрацию ротора, поэтому зазор в общем спроектирован составляющим 1-10 мм.

[0037] Фиг. 3 изображает cамые простые спойлерные пластины 309 и 310, которые являются складчатым и согнутым компонентом с прямым углом, и его выступающая сторона предназначена блокировать газовый поток, который проходит под ротором. Спойлерная пластина такой формы может эффективно блокировать поток газа, который проходит под ротором, но образует область сильного завихрения и потерь энергии газа. Таким образом, в настоящем изобретении предпочтительно производить спойлерную пластину в виде конструкции, изображенной на фиг. 5. На фиг. 5 ссылочная позиция 501 показывает наклонную поверхность, а ссылочные позиции 502-504 – криволинейные поверхности. Прилегающие к прямому углу стороны в нижней части спойлерных пластин устанавливают на донной поверхности разрядной камеры. Такие формы спойлерных конструкций не только блокируют газовый поток, который проходит под ротором, но их наклонные поверхности или криволинейные поверхности также могут эффективно уменьшать область завихрения на входе в них, так что газовый поток направляется к ротору с ускорением так, чтобы уменьшить потерю энергии газа.

[0038] Для того чтобы предотвратить прохождение потока газа минуя ротор, дополнительные спойлерные пластины 313 и 314 простираются поверх ротора от установленного положения под каждой парой из двух пар электродов (в данном варианте – положения анода) к соответствующему ротору, которые называются здесь верхними спойлерными пластинами. Зазоры между одними концами верхних спойлерных пластин 313, 314 и окружной периферией роторов 307, 308 поддерживают как можно меньшими. Как правило, он составляет в диапазоне 1-4 мм. Фиг. 6 изображает схематичный вид углового диапазона для верхней спойлерной пластины над роторами в вариантах выполнения настоящего изобретения. Как показано на фиг. 6, ссылочная позиция 603 относится к аноду из разрядных электродов, и ротор 601 располагается между нижней спойлерной пластиной 602 и верхней спойлерной пластиной 604. Верхняя спойлерная пластина и нижняя спойлерная пластина того же ротора направлены в две точки на внешней окружности вентилятора, и центральный угол, разделенный этими двумя точками на внешней окружности, может быть 120°-180°. Таким образом, позиции 605 и 606 на фиг. 6 являются двумя крайними положениями для спойлерных пластин поверх роторов, и точки на внешней окружности вентиляторов, указанные данными положениями, являются точками a и b соответственно.

[0039] Для того чтобы уменьшить сопротивление потоку, газовый поток на выходе из ротора направляется к области разряда электродов. Как показано на фиг. 3, направляющие поток пластины 311, 312 установлены на боковых стенках рядом с роторами. Направляющая поток пластина может быть сконструирована в виде приспособления с изогнутой поверхностью и может быть образована посредством соединения множества плоских пластин вместе. Трансверсальная кривая направляющих поток пластин 311, 312 с криволинейной поверхностью является эвольвентой, исходящей из одного конца спойлерной пластины под лопастями. Конец эвольвенты направлен на верхний из разрядных электродов 302 и 303. Эвольвента может быть сконструирована с различными формами, такими как линия кривизны, архимедова спираль, логарифмическая спираль или их сочетание. Трансверсальная кривая направляющих поток пластин 311, 312 с криволинейной поверхностью, как показано на фиг. 3, является сочетанием множества линий кривизны.

[0040] Как показано на фиг. 3, верхние направляющие поток пластины 315 и 316 установлены между концом эвольвентной направляющей поток пластины и верхней стороной разрядных электродов 302 и 303 (верхних электродов). Верхняя направляющая поток пластина и верхние спойлерные пластины 313, 314 соответственно образуют постепенно сужающийся к области разряда промежуточный канал. В соответствии с уравнением неразрывности потока постепенно сужающийся промежуточный канал выполняет функцию ускорения с тем, чтобы получить газовый поток с высокой скоростью. Как показано на фиг. 7, постепенно сужающийся промежуточный канал, образованный направляющими поток пластинами 701 и 702, направляет газовый поток к областям между электродами 703. Ширина промежуточного канала при входе, S1, больше, чем ширина промежуточного канала на выходе, S2. Таким образом, скорость потока на выходе выше, чем скорость потока на входе.

[0041] После того как газовый поток на обеих сторонах проходит через область разряда, они встречаются друг с другом рядом с плоскостью симметрии разрядной камеры и сводятся, образуя струю газа. Для того чтобы избежать потери столкнувшихся газовых потоков на обеих сторонах, в среднем положении в пределах области разряда двух электродов установлена симметричная сливающая потоки направляющая пластина, показанная ссылочной позицией 317 на фиг. 3 и называемая сливающей потоки направляющей пластиной. Сливающая потоки направляющая пластина 317 меняет направления потоков газа, которые изначально двигаются в противоположных направлениях, и две струи газовых потоков изменяются на движение вниз, так что эти две струи газовых потоков сходятся в одну струю нисходящего газового потока.

[0042] Нисходящие газовые потоки вновь разделяются на две струи газового потока посредством двух нагнетательных вентиляторов, ускоряются этими двумя нагнетательными вентиляторами и начинают новый цикл. Для того чтобы уменьшить сопротивление, создаваемое при столкновении газового потока с нижней поверхностью камеры, в среднем положении на дне разрядной камеры установлена симметричная направляющая поток пластина, которая называется разделяющей направляющей поток пластиной, как показано ссылочной позицией 320 на фиг. 3, чтобы способствовать распределению газового потока и направлять к лопастям.

[0043] Ниже по потоку за электродами поток газа будет создавать сужающийся вихрь на «мертвом» конце поверхности установки электродов без каких-либо защитных мер, что повышает сопротивление потоку. Для того чтобы уменьшить вызываемое таким эффектом сопротивление потоку, настоящее изобретение предлагает нижнюю направляющую поток пластину с формой, показанной ссылочными позициями 318 и 319 на фиг. 3. Как показано на фигурах, от направления вниз электродов к соответствующим роторам выступают нижние направляющие поток пластины 318 и 319, которые обладают формой дуги, изогнутой по направлению к роторам. Для потока с более низкой скоростью такая конструкция может задержать срыв газового пограничного слоя с тем, чтобы уменьшить сопротивление потоку.

[0044] Для простоты, на фиг. 3 верхняя спойлерная пластина 313 и нижняя спойлерная пластина 318 объединены и являются двумя частями одного элемента. В реальной конструкции, как показано на фиг. 8А, и в соответствии с дополнительным вариантом выполнения настоящего изобретения, верхняя и нижняя спойлерные пластины могут быть сконструированы в виде двух отдельных элементов 801 и 802, которые установлены с двух сторон – спереди-сзади – установочной опоры 803 под электродом посредством винтов. В соответствии с другими вариантами выполнения настоящего изобретения, такое приспособление может быть изготовлено не с листовой конфигурацией заданных размеров, но и с интегрированной, сплошной конфигурацией. Как показано на фиг. 8В, такое приспособление состоит только из электродной основы 804 с функцией направления потока и электрода 805.

[0045] Для того чтобы уменьшить сопротивление потоку, создаваемое самим электродом, может быть сконструирована основа с утопленным электродом, как показано ссылочной позицией 806 на фиг. 8С и ссылочной позицией 807 на фиг. 8D. После того как электроды установлены утопленными образом, электроды сами по себе не располагаются в главном промежуточном канале, чтобы уменьшить сопротивление промежуточного канала. Необходимо отметить, что когда электроды установлены утопленным образом, необходимо предпринять меры по изоляции, чтобы избежать нежелательного разряда.

[0046] Фиг. 9 изображает структурный схематичный вид эксимерного лазера, основанного на указанной выше двухэлектродной разрядной камере, на виде сверху. Лазер включает в себя двухэлектродную разрядную камеру 901, в которой две пары электродов 902 и 903 установлены параллельно. Электрод 902 предназначен для генерации затравочного света, а электрод 903 предназначен для усиления затравочного света. На отражающем конце электрода 901 имеется модуль 904 для сужения ширины линии. Модули 905, 906 и 907 предназначены для контроля, регулирования и измерения светового пути.

[0047] Задачи, решения и преимущества настоящего изобретения описаны выше со ссылкой на вышеуказанные конкретные варианты выполнения. Однако необходимо понимать, что конкретные варианты выполнения приведены с целью иллюстрации, а не ограничения настоящего изобретения. Различные изменения, замены и модификации могут быть выполнены без отклонения от раскрытия изобретения и должны попадать в рамки настоящего изобретения.

Claims (7)

1. Направляющее поток устройство для разрядной камеры лазера, имеющей симметричную конфигурацию и включающей две пары электродов, причем направляющее поток устройство содержит два ротора, которые соответствуют одной паре из двух пар электродов соответственно; установленные положения роторов симметричны относительно плоскости симметрии разрядной камеры и находятся под электродами; ось вращения роторов параллельна осевому направлению электродов, которое параллельно плоскости основания разрядной камеры, и два ротора имеют противоположные направления вращения и идентичные скорости вращения, причем под каждым из роторов установлена нижняя спойлерная пластина, выполненная с возможностью предотвращения прохождения газового потока под роторами, причем от установленного положения под каждой парой электродов к соответствующему ротору простирается верхняя спойлерная пластина, и причем между концом направляющей поток пластины и верхней стороной электрода установлена верхняя направляющая поток пластина, и верхняя направляющая поток пластина и верхняя спойлерная пластина образуют постепенно сужающийся промежуточный канал.

2. Направляющее поток устройство по п. 1, причем нижняя спойлерная пластина имеет наклонную поверхность или криволинейную поверхность, т.е. наветренная сторона спойлерной пластины предназначена быть наклонной поверхностью или криволинейной поверхностью, и эта криволинейная поверхность является вогнутой вовнутрь криволинейной поверхностью, выгнутой наружу криволинейной поверхностью или их сочетанием.

3. Направляющее поток устройство по п. 1, причем на боковых стенках рядом с роторами установлена направляющая поток пластина или поверхности боковых стенок непосредственно обработаны имеющими форму поверхности направляющей поток пластины, так чтобы направлять газовый поток на выходе из роторов к области разряда электродов.

4. Направляющее поток устройство по п. 1, причем в среднем положении в пределах области разряда двух электродов установлена симметричная сливающая потоки направляющая пластина, выполненная с возможностью сводить газовый поток, проходящий через область разряда, в нисходящий газовый поток.

5. Направляющее поток устройство по п. 1, причем от направления вниз каждого из электродов к соответствующим роторам выступает нижняя направляющая поток пластина, которая обладает формой дуги, изогнутой по направлению к роторам.

6. Двухэлектродная разрядная камера лазера, содержащая направляющее поток устройство по любому из пп. 1-5.

7. Эксимерный лазер, содержащий двухэлектродную разрядную камеру по п. 6.

Images