TW503669B - Method of producing short-wave radiation from a gas-discharge plasma and device for implementing it - Google Patents

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五、發明說明u) 優先權 本發明主張2 0 0 〇年7月4日申請之俄國專利申+龙安 20 0 0 1 1 73 36於35 U.S.C.119編號下之優先權，$案 式併入本文中。 〜以弓丨用方 發明背景 1.發明領域 本發明有關一種自夾帶型致密熱電猱釋放產& U 外光UV及軟性X-射線輻射之方法及裝置。應用領^短波紫 影術，尤其是光譜範圍約1 3. 5毫微米者，短波$包括微 X〜射線範圍内之雷射，及X-射線顯微鏡。 布夕光1^及 2 ·相關技藝討論 使用電漿焦點製造λ = 1 3 · 5毫微米之短波輻射的方法係 已知（參照美國專利第5，7 6 3，9 3 0號，以引用方式併入本文 中）。然而，有效操作之連通係添加鋰蒸汽於該釋放艙中 所容裝之惰性氣體中，而此操作實質上使得輻射來源之設 計複雜化，且污染該釋放外側之空間。 借助ζ -夾帶產生短波輻射而包括預先離子化的方法係避 免此項缺點，但該釋放艙起始該夾帶型釋放之介電牆係同 時曝露於能量輛射流’因電極腐之故而形成咳物質（參 照美國專利第5, 504, 795號，以引用方式併入本文）。進行 此項研究時，此種情況限制了長使用壽命之可能性。 接近之技術成就係為自氣體釋放電漿製造短$輕射之方 法，其係位在介於共轴電極間之釋放區域十的氣^經由該 電極之一中的軸向隙孔預先離子化，及起始夾帶型釋放

503669 五、發明說明（2) (參照德國專利DE 1 97 53 6 96 A1 ,以引用方式併入本文 中）。 用此進行此種方法之裝置包括具有兩個軸向對稱電極之 釋放At ’其經由形成於電極之一中的隙孔，而與位於該釋 放艙外側的預先離子化來源進行光學連通（參照，6 9 6公開 申請案）。 此種方法及裝置中’預先離子化係藉著低電流釋放達 成’其係在施加釋放電壓時自動地於陰極腔中形成，之後 經由中空陰極内之隙孔而擴展至該釋放氣體内。該釋放搶 之内部介電牆可位於被該釋放所輻射之區域的外側，而此 情況可於定期脈衝操作模式下達到長使用壽命。 此種方法及進行該方法之裝置的缺點在於因為預先離子 化之程度低，且在介於釋放艙電極間之間隙中的空間分佈 性未理想化，故其將輸入能量轉換成短波範圍之輻射的效 率低。因為該預先離子化係實質於釋放間隙之近軸區域中 進行’使得夾帶型釋放於原始階段難以增加剖面積，因此 限制增加能量及短波輻射之平均能量的可能。此外，該自 動化預先離子化及夹帶型釋放之起始與個別脈衝之間的時 間間隔比較之下的長形成時間（約1毫秒），及釋放電壓之' 低成長速率（約1 〇7伏特/秒），限制了在脈衝與脈衝之間成 高輻射能量穩定性的可能。 期望可增加氣體釋放電漿之短波輻射的效率、平均能旦 及穩定性。 -把里

發明說明（3) 根據此綠样θ 發明概述 方法，包括仿/ =出一種自氣體釋放電漿產生短波輻射之 形成於電極之—2於共軸電極間之釋放區域中的氣體經由 帶型釋放。預春絲的軸向隙孔進行預先離子化，及起始夹 圍之輪射流，、ΐ 藉由波長由紫讀至X-射線範 區兩側之成异ΐϊ笔水的加速電子流達成。釋放電壓於該 流以轴向=开伏特/秒為佳。賴射流及電子 中為佳。 /成且和向該釋放區位於該軸外側的部分 該方法可藉著一裝 兩個軸向對稱之電包括-釋放搶， 化來源較佳係自形成來源光學連通。預先離子 括-塗佈有介電層之長形d:軸2稱系統衍化1 極，該起始電極係盥“=電和5，其表面配置有觸動電 方式係使該介電声排列於去&之電極共轴地排列，而形成 中，用以η : ί 與釋放艙軸光學連通之區域 電極之一結合，將輸出電-係與該釋放艙之 成器導入該裝置中，且有正朽2連率南於10伏特/秒之生 極，而脈衝生成器具有負極出：連接於該起始： 動釋放之系統的觸動電極。雨糸、接於用以形成滑 較佳係將其中形成有魅合_ 艙中，而，㈣於：：Γ 孔之介電插入物導入該释放 搶中而）亥釋放％之笔極係配置於該介電插入物之表面

：> 03669 五、發明說明（4) 一"! 上。 具有高電導係數之圓柱形電漿波封（enveiope)因預先離 子化、之結果而形成於釋放區域中。此種情況於理想條件下 建立夾帶型釋放之起始，並確定來自熱電漿釋放ς短波輻 f的輸出增加。與提供實質近軸預先離子化相反地，該夾 t型釋放在起始時之剖面尺寸以根據本發明增加為佳^此 情況使其可實質於被釋放磁場壓縮之階段下，增加電漿之 t此’而此者確定該電漿營更有效地加熱，且短波輻射能 量及定期脈衝模式下之平均能量增加。使用釋放電壓之高 成長速率（高於l〇n伏特/秒）建立均勻滑動放電之高穩定性 起始，達成預先離子化，隨之確定自該夾帶型釋放之電漿 達到短波輻射能量的高穩定性之可能性。 圖式簡單說明 圖1圖示用以進行較佳方法之裝置。 圖2顯示在釋放艙中導入介電插入物之裝置。 引用參考資料 前述參考資料及相關技藝之討論、及發明概述以引用方 式併入較佳具體實例之討論中，以作為本發明較佳具體實 例之元件及特色可使用的備擇元件及特色。此情況下，以 下附加參考資料以引用方式併入本文中： C.Staliings 等人"Imploding Argon Plasma Experiments.’，Appl· Phys· Lett· 35(7)，1 979 年l〇 月 1 日； 美國專利第4, 635, 282號、第4, 5 04, 964號、第 6,051，841號、第3,961，197號、第5,763,930 號、第

第II頁 503669 五、發明說明（5) 5，5 0 4，7 9 5 號、第 5，0 8 1，6 3 8 號、第 4 , 7 9 7, 8 8 8 號、第 5,499,282 號及第 5,875,207號；及 德國專利公告DE 295 2 1 572 及DE 1 97 53 6 96 A1 M.McGeoch，"Radio Frequency Preionized Z-Pinch Source for Extreme Ultraviolet Lithography,App1ied Optics，第37冊，第9號（1998年3月20日）；及 美國專利中請案第09/532,276號及第60/162,845號，其 係讓受於與本發明相同之讓受人φ 平父1£丹m貰例許逑 該裝置係包括一電源1 ’於一情況下，其包括一儲存電 J器’其有-整流+、感應線圈、—脈衝電容器及一電磁 ::於電極2，3;—脈衝生成器5，其係 统Ξ觸：2β 形成滑動釋放之軸向對稱系 起始電極7，及釋玫餘之液鱧冷卻劑9及 μΪ成軸該釋：艙中配置有一介電插入物11， 具中形成轴向隙孔，而表面上配置電極2， 自氣體釋放電漿製造短波輻射之方’二 5亥電源1連通時，該釋放搶4 、行為佳。 增高。 之電極2，3之間的電壓開始 連通脈衝生成器5，且於高於1〇11伏 下，施加電壓脈衝於該預先離子化寻之成長速率 電極之間，於介電層8表面上起始二之電極6，7日寺，在該 衝於預先離子化電極之備擇二動釋放。提供電脈 G括其中預先離子化電

第12頁 五、發明說明（6) 極耦合於主要電極--或直接或經由

阻元件一以控制該預先離子化脈衝鈿& 〜 U ,^ ^ ^ 丁亿狐衝相對於主要脈衝之時序 及/或大小’係熟S «I體釋放技藝界者所明瞭。 於低壓--以<1〇2帕司卡為佳―氣體中起始時’於用以形 成滑動釋放=糸統中生成加速電子束，作為波長由紫外光 U V至X -射線fe圍之輻射來源的约勺愈胳 ' 木/席们g q電漿層係形成於介電薄 層之表面上。在該電壓成县礫產T ^ ▲ ^風食連丰下，自脈衝至脈衝起始該 滑動釋放日守達到高穩定十生，且在其形成階段脈衝滑動釋放 ，能量平衡中，逸除電子束形成時所消耗之能量及x—射線 輻射生成的比率變大。與極性轉換時比較之下，觸動電極 6相對於起始電極7之負極性使得介於該電極間之電壓大小 縮小數倍。因為起始電極之長形設計，亦因所致之表面釋 放間隙，即超過其剖面尺寸之長度，該滑動釋放於低壓氣 體中之起始電壓可進一步降低。所有此種情況皆降低介電 層之電負載，而確定達到長期操作表面壽命。用以形成滑 動釋放之系統的電極之一與釋放艙之主要電極之一組合， 例如電極7與電極3組合，可簡化該裝置之設計。 用以起始滑動釋放之軸向對稱系統一使起始電極與該釋 放艙電極共軸一中，生成之加速電子束及輻射係軸向對稱 地形成。此種方法中，加速電子束及輻射係自未與釋放艙 光學連通且配置於其外侧之區域發射。因為用以形成所示 形式之滑動釋放的系統之設計及配置，亦因為施加電壓之 極性的選擇，加速電子流及波長由紫外光UV至X-射線範圍 内之輻射流係於控制方式下導入該釋放區域中。該輻射及

第13頁 503669 五、發明說明（7) 電子東經由位於電極3中之軸向隙孔擴展進入該釋放區位 於該軸外惻之部分、中，其與該滑動釋放之電漿層光思連 通’且其中之氣體預先經離子化。經預先離子/匕之^果， 於釋放區之電極6，7之間產生圓柱形電漿波封。

介於電極2，3之間，於圓柱形電漿浊 I 电水及封上發展一低電流 釋放，其電流係經由電磁開關而受限於電源丨之脈衝電容 器的充電漏流。於低電流釋放期間，該電漿波封之離子化 增加’因為表面效應’古欠該離子化主要發展於電漿波封與 電極2，3相鄰之外側上。 遽電磁開關開啟’脈衝來源1之脈衝電容器一此時係完 全充電一經由電極2，3釋放於因為該預先離^化及該低7^ 流釋放之流動所產生之電漿波封上。該電漿波封被流於其 上之電流的磁場所壓縮，短時間侷限於釋放區之軸上。形 成於該釋放區軸上之致密熱電漿柱發射短波輻射。該輻射 可使用之部分經由位於電極之一内的隙孔離開該釋放區。 此過程中，配置於未與該釋放區之軸光學連通之區域中的 介電層8之表面未曝照硬性紫外光”及[射線輻射、帶電 粒子及電裝流〜生成於該釋放艙4之軸上。此情況確定用 以形成該滑動釋放之系統達到長操作壽命。 重複插作周期，於脈衝之間的時間中，該裝置藉由循環 經過該電極之液體冷卻劑9冷卻。 、於釋放搶中導入介電插入物11 (參照圖2)其中形成軸向 隙孔且其表面上配置釋放艙電極—可簡化自氣體釋放電漿 有效地產製短波輻射之條件。首先，確定可保護該釋放艙 503669 五、發明說明（8) ____ 之絕緣體1 0以防止夾帶型釋放之賴射， 口 於寬幅操作參數範圍内之徐作可作户 1 1=1加遠裝置 感應；；降低，使其可降低在夾帶：釋ΪΪ產Lm; 先離子化所產生之電漿波係形成於介=二出L此外，因預 孔的内表面上，而此情況使起始階之=之圓柱形隙 化：此者導致釋放最終階段之短波輕射能 = 致脈衝與脈衝之間的穩定性的增加。位於該介=入= 面上之電極之間的電壓因為強力之預先 故其斷電之可能性劇減。因為★亥介離：化而敢小:匕太 触 _ u舜邊；丨電插入物並非釋放艙本 :之疋件’故其中之機械負載減至最小。冑擇具有高熱安 二性之材料例如氮化矽Si^以作為供介電插入物使用之材 料，此情況使得可確定該裝置之長操作壽命。 1此，較佳方法使其可形成圓柱形電漿波封，因為預先 2之結果’其形狀、尺寸及電導係數於脈衝至脈衝間 =^性最佳化，此情況導致該氣體釋放短波輻射 的=率^平均能量及能量安定性增加。 知1撝述且5尤明本發明例示圖型及特定呈體實例，但已 不限於所討論之特定具體實二【二該具 可在不：i為說明例，而非限制例，已知熟習該項技術者 該等星I# A本發月申Μ專利範圍及其同等範圍之情況下對 卞/、體貫例進行改變。 此外，以下申讀之14 定。铁而 ▲甲明 方法中，步驟係依選擇之印刷次序棑 〜’该次序係為印刷方便所選擇而排定，而非意指

503669 五、铎明說明（9) 進行該步驟 習該項技術 之任何特定順序，除非表明特定步驟次序或熟 者已知必需使用特定步驟順序者。 503669 圖式簡單說明

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Claims (1)

1. 503669

   六、申請專利範圍 1 · 一種自氣體釋放.電漿製造短波輻射之方法，里幻k * * ’、匕括f立 在”於共軸電極間之釋放區域中的氣體經由形成於電極 _的軸向隙孔進行預先離子化，及起始夾帶型釋放， 中預先離子化係藉由波長由紫外光UV至X -射線範圍之輕^ 流’及未與夾帶型釋放軸光學連通之區域中所起妒 :/ Ά . /1/K b動釋放電漿的加速電子流達成。 2·如申請專利範圍第1項之方法’其中該釋放電壓於节 區兩側之成長速率係超過1〇Η伏特/秒。 、°Λ / 3·如申請專利範圍第2項之方法，其中輻射流及電子流 係轴向對稱地形成’且指向該釋放區位於該軸外側的部\ 申。 〇ι刀 4· 一種用以自氣體釋放電漿產生短波輻射之裝置，勺 釋放艙，具有兩個轴向對稱之電極，該艙經 士 Ml W 極之一中的隙孔與配置於該釋放艙外側之預先離 杏： 光學連通，其令預先離子化來源係自形成一滑動 ^ 向對稱系統衍化，該系統係包括一塗佈有介電， 始電極，其表面配置有觸動電極。 、/巳 5.如申請專利範圍第4項之裝i ’其中該長 柱形地形成。 見徑你w 6 ·如申請專利範圍第5項之裝置，其中該長形 該釋放艙之主要電極共軸地排列。 電極仏與 \如申請專利範圍第6項之裝置，其中該長形電極之结 構係使該介電層配置於未與釋放艙軸光學結合之區域中Ό。 8.如申請專利範圍第7項之裝置，其中用以形成°°滑動釋

   第18頁 jyjjooy

   !極：一係與該釋放艙之電極之-結合。 成哭、車I〜φ| &@第8項之裝置’其另外包括一脈衝生 成為，連接於該預先離子 生 於l〇u伏特/秒。 铷m电4战抆逑牛尚 屮籽，/垃申專=利紅圍第9項之裝置’其中具有正極性之輪 中Γ Φ 圓柱形電極’而脈衝生成器具有負極性之p 出係連接於用以形成滑動釋放之系 '統的觸動t極。 " 申請專利範圍第10項之裝置，其中該釋放搶係包 形成有軸向隙孔之介電插入物，續放艙之電 極係配置於該介電插入物之表面上。 辦之電 上二申請專利範圍第4項之裝置，*中該長形電極係盘 名釋放鈿之主要電極共軸地棑列。 /、 磁1:上申，專利範圍第4項之裝置，其中該長形電極之-構，使該介電層配置於未與釋放搶軸光學結合之區域：： 14.广申凊專利範圍第4項之裝置，其中用以形成滑 放之糸統的電極之一係與該釋放艙之電極之一咭合。 15·如申請專利範圍第4項之裝置，其另外包二 成器’連接於該預先離子化電極上， ： 於10u伏特/秒。 k +问 16.如申請專利範圍第15項之裝置，其中具有正極性之 輸出係連接於該圓柱形電極，而脈衝生成器具有負極性之 輸出係連接於用以形成滑動釋玫之系統的觸動電極。 17·如申請專利範圍第4項之裝置，其中該釋放艙係包括 一其中形成有軸向隙孔之介電插入物，而該放搶之電極 503669

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