專利名稱：極紫外激光等離子體光源碎片隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光等離子體光源的碎片隔離器，特別涉及極紫外激光等離子體光源碎片隔離器。
背景技術(shù)：
通常極紫外(EUV)光波長在5nm-15nm范圍內(nèi)，根據(jù)瑞利衍射極限與波長和數(shù)字孔徑(NA)的關(guān)系，應用短波長的光源，可以大大提高大NA光學系統(tǒng)極限分辨率。近年來高分辨率EUV活體生物顯微鏡、高分辨率EUV光刻和檢測系統(tǒng)等許多應用領(lǐng)域的研究開發(fā)，急需滿足性能要求的EUV光源。但是激光等離子體光源產(chǎn)生EUV光時面臨激光(YAG激光)轟擊靶材產(chǎn)生碎片污染問題，導致光學系統(tǒng)污染，使系統(tǒng)性能嚴重下降甚至不能工作，影響光學系統(tǒng)的使用壽命。
目前，部分研究者為了解決碎片污染問題，針對自己的系統(tǒng)設(shè)計了不同的隔離器，例如文獻1T.Hatano et al.，<Deposition Shutter Control for Figured MultulayerFabrication>，Precision Science and Technology for perfect surfaces，Y.Furukawa，Y.Mori&T.Kataoka(Eds)，The Japan Society for Precision Engineering，Tokyo，1999，pp 292-297；文獻2M.Yamamoto et al.，<Present Status of EUV Interferemeter Developmentat the Research Center for Soft X-ray Microscopy>，Optical and PrecisionEngineering，Vol.9，No.5，2001；文獻3M.Yamamoto et al.<Compact debris shutter design of a laser-indeucedplasma source for high NA application>，SPIE proceedings，2000，vol.4146，pp128-131；上述研究均是在沉積EUV多層膜反射鏡的基片前，通過空心柱面的三孔通道來隔離碎片，目的是限制激光鍍膜系統(tǒng)中，到達多層膜反射鏡的碎片。其結(jié)構(gòu)特點如圖2所示柱體截面直徑20cm，側(cè)壁三孔H1直徑7mm、H2直徑10cm、H3直徑10cm，孔H1接近光源和靶體，孔H3接近光學系統(tǒng)。由于三孔兩通道非對稱分布，不易控制碎片的隔離，同時，隔離器的初始狀態(tài)沒有考慮通道處于合適的提前偏離角，在系統(tǒng)工作初期就有碎片通過。文獻2、3報道的隔離器可以很好地隔離高速運動的碎片，但低速運動的碎片依然可以穿過隔離器，造成反射膜沉積不均勻和真空系統(tǒng)的污染。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)低速碎片隔離效果較差的缺陷，本發(fā)明提出一種比較普適的、用于極紫外(EUV)激光等離子體光源的碎片隔離器。本發(fā)明隔離器結(jié)構(gòu)簡單、易于控制，可解決EUV激光等離子體光源在激射靶體時產(chǎn)生不可避免的碎片對光學系統(tǒng)的污染問題，對EUV激光等離子體光源在高精度無缺陷多層膜制備、EUV活體生物顯微鏡、EUV高精度干涉計量和EUV光刻中的應用，具有非常重要的意義。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案根據(jù)光源及光學系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)和所建立的運動學理論，本發(fā)明隔離器為一圓柱體高速轉(zhuǎn)輪，隔離器的圓柱體側(cè)面開有一個貫穿圓柱體中心的等截面矩形通道，矩形通道的中心軸線通過圓柱體的中心。圓柱體轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)軸為圓柱體的中心軸，圓柱體轉(zhuǎn)輪隔離器安裝在靶與光學系統(tǒng)之間，三者處于同一中心水平線上。圓柱體轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)軸為垂直方向，并與上述三者中心水平線垂直相交。
圓柱體的半徑為R，高度為D，通道在圓柱體側(cè)壁開口的圓弧尺寸為d1，通道高度為d2，轉(zhuǎn)速是ω，隔離器到靶的距離為L，光學系統(tǒng)到靶的距離為LL。隔離器工作的初始狀態(tài)選擇在隔離器具有一定的初始偏離角，即通道中心軸線和中心水平線的夾角等于θA的位置，在激光轟擊靶材產(chǎn)生等離子體時，隔離器在具有初始偏離角θA的狀態(tài)下，以角速度ω旋轉(zhuǎn)。通道開口的中心張角為2θW。
本發(fā)明隔離器應滿足下列條件首先d1＝2RθW，d2＝d1d1取決于光源特性和擊射靶體時，對光束發(fā)散角的要求以及光學系統(tǒng)被光照射的尺寸需求若光源的發(fā)散角是θ0角，光源照射光學系統(tǒng)的距離為LL，那么，光源照射光學系統(tǒng)的束斑直徑為
z＝(LL)θ0，本發(fā)明隔離器通道在圓柱體側(cè)壁開口的圓弧尺寸d1、通道高度d2、圓柱體高度D應滿足D＞d1＝d2＞z以便使光源發(fā)射出的束斑直徑小于d1、d2的光可通過隔離器，沒有束斑的攔截和能量的損失。
本發(fā)明被隔離的碎片能運動的最大距離Y＝L+2R本發(fā)明隔離器轉(zhuǎn)速ω＝2πv(rad/s)v是單位時間隔離器旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)(rps)設(shè)θ1＝θA+θWθ2＝θA-θwθA≥θW當本發(fā)明隔離器在其通道中心軸線與圓柱體轉(zhuǎn)輪、靶與光學系統(tǒng)三者的中心水平線的夾角等于θA時，處于初始狀態(tài)，此時，通道開口處于碎片運動經(jīng)過區(qū)域之外，碎片處于被隔離狀態(tài)。當隔離器開始以ω高速旋轉(zhuǎn)，同時激光等離子體轟擊靶材。從隔離器開始旋轉(zhuǎn)時記時，通道旋轉(zhuǎn)過θA角度時，經(jīng)過一定的時間T1(即ΔT1，也表示第一次通道關(guān)閉狀態(tài)持續(xù)的時間)后，通道前端開口位置旋轉(zhuǎn)到碎片運動經(jīng)過的區(qū)域，即通道開始打開，經(jīng)過Δt1時間后，通道打開結(jié)束并開始關(guān)閉，通道打開結(jié)束的時刻為t1。隨著隔離器的旋轉(zhuǎn)，在隔離器旋轉(zhuǎn)過程中，通道第一次關(guān)閉和打開經(jīng)歷的時間為T1和t1，通道處于第一次關(guān)閉和打開狀態(tài)持續(xù)的時間為ΔT1和Δt1，通道如此打開和關(guān)閉的過程在隔離器旋轉(zhuǎn)的過程中會出現(xiàn)第2，3，……n次。n是一個激光脈沖周期內(nèi)，隔離器開關(guān)通道的開關(guān)周期，其大小和激光器的特性及隔離器的旋轉(zhuǎn)速率有關(guān)，第2……m 各激光脈沖到來時，重復上述過程。為了便于理解，表1列舉了n＝5的上述幾個狀態(tài)，相應狀態(tài)結(jié)束經(jīng)歷的時間和該狀態(tài)持續(xù)的時間間隔如表1所示。
表1，隔離器通道開通和關(guān)閉時間以及開通與關(guān)閉狀態(tài)持續(xù)的時間

值得注意的是在通道前端開口經(jīng)過碎片飛行區(qū)域時，以一定速率飛來的碎片進入通道，但是，由于隔離器和通道一直在高速旋轉(zhuǎn)，滿足一定速率分布的碎片仍然會被通道的側(cè)壁擋住和隔離，進入通道的碎片不會全部通過。
本發(fā)明被隔離和通過的碎片的速率分布分析如下設(shè)碎片由靶出射到達隔離器通過的距離Y＝L+2R，根據(jù)表1所示，在每一次通道關(guān)閉和開通中，碎片通過和被隔離的臨界速率V可以表示為ΔT1＝t1-0 (第一次關(guān)閉)Y/(T1+Δt1)＝Y(jié)ω/θ1＜V＜Y/T1＝Y(jié)ω/θ2(通過)V＞Y/T1＝Y(jié)ω/θ2(隔離)上式表示，第一次關(guān)閉時，臨界速率Y/(T1+Δt1)＝Y(jié)ω/θ1＜V＜Y/T1＝Y(jié)ω/θ2的碎片可通過，臨界速率V＞Y/T1＝Y(jié)ω/θ2的碎片被隔離。
Δt1＝t1-T1(1st開通)V＞Y/t1＝Y(jié)ω/(θ1)(通過)V＜Y/t1＝Y(jié)ω/(θ1)(隔離)即第一次開通時，臨界速率Yω/θ1＜V的碎片可通過，臨界速率V＜Y/T1＝Y(jié)ω/θ1的碎片被隔離。
ΔT2＝T2-t2(2st關(guān)閉)Y/t2＜V＜Y/T2＝Y(jié)ω/(π-θ2) (通過)V＞Y/T2＝Y(jié)ω/(π-θ2) (隔離)即第二次關(guān)閉時，臨界速率Y/t2＜V＜Y/T2＝Y(jié)ω/(π-θ2)的碎片可通過，臨界速率V＞Y/T2＝Y(jié)ω/(π-θ2)的碎片被隔離。
Δt2＝t2-T2(2st開通)V＞Y/t2＝Y(jié)ω/(π+θ1) (通過)V＜Y/t2＝Y(jié)ω/(π+θ1) (隔離)即第二次開通時，臨界速率V＞Y/t2＝Y(jié)ω/(π+θ1)的碎片可通過，臨界速率V＜Y/t2＝Y(jié)ω/(π+θ1)的碎片被隔離。
ΔT3＝T3-t2(3st關(guān)閉)V＜Y/T3＝Y(jié)ω/(2π-θ2) (通過)V＞Y/T3＝Y(jié)ω/(2π-θ2) (隔離)即第三次關(guān)閉時，臨界速率V＜Y/T3＝Y(jié)ω/(2π-θ2)的碎片可通過，臨界速率V＞Y/T3＝Y(jié)ω/(2π-θ2)的碎片被隔離。
Δt3＝t3-T3(3st開通)V＞Y/t3＝Y(jié)ω/(2π+θ1) (通過)V＜Y/t3＝Y(jié)ω/(2π+θ1) (隔離)即第三次開通時，臨界速率V＞Y/t3＝Y(jié)ω/(2π+θ1)的碎片可通過，臨界速率V＜Y/t3＝Y(jié)ω/(2π+θ1)的碎片被隔離。
ΔT4＝T4-t3(3st關(guān)閉)V＜Y/T4＝Y(jié)ω/(3π-θ2) (通過)V＞Y/T4＝Y(jié)ω/(3π-θ2) (關(guān)閉)即第四次關(guān)閉時，臨界速率V＜Y/T4＝Y(jié)ω/(3π-θ2)的碎片可通過，臨界速率V＞Y/T4＝Y(jié)ω/(3π-θ2)的碎片被隔離。
Δt4＝t4-T4(4st開通)V＞Y/t4＝Y(jié)ω/(3π+θ1) (通過)V＜Y/t4＝Y(jié)ω/(3π+θ1) (隔離)即第四次開通時，臨界速率V＞Y/t4＝Y(jié)ω/(3π+θ1)的碎片可通過，臨界速率V＜Y/t4＝Y(jié)ω/(3π+θ1)的碎片被隔離。
依次類推第n次通道開通結(jié)束的時間((n-1)π+θ1)/ω，n＝1，2，3....
第n次通道關(guān)閉結(jié)束的時間((n-1)π+θ2)/ω，n＝1，2，3....
第n次通道開通結(jié)束能被隔離的碎片的臨界速率VSCn=(L+2R)ω(n-1)π+θ1,]]>n＝1，2，3....
第n次通道關(guān)閉結(jié)束能通過隔離器的碎片的臨界速率VpCn=(L+2R)ω(n-1)π+θ2,]]>n＝1，2，3....
因此，在每一次通道開關(guān)的周期內(nèi)，都有一定數(shù)量、具有某一速度的碎片通過，也會有一定數(shù)量、具有某一速度的碎片被隔離。
當碎片臨界速率滿足下列關(guān)系時，碎片被隔離，不會到達光學系統(tǒng)V1=(L+2R)ω(n-1)π+θ1>VS]]>和VS>(L+2R)ω(n-1)π+θ2=V2]]>而速率Vp分布在下列范圍內(nèi)的碎片將通過隔離器的通道
V1=(L+2R)ω(n-1)π+θ1<VP<(L+2R)ω(n-1)π+θ2=V2]]>其中，V1和V2表示碎片的兩個臨界速率。
綜上所述，根據(jù)實際應用的需要，優(yōu)化設(shè)計隔離器的尺寸、位置和轉(zhuǎn)速與激光等離子體脈沖頻率之間的關(guān)系，本發(fā)明便可以最大限度隔離碎片，即被本發(fā)明隔離器隔離的碎片速率覆蓋范圍最大，從而達到預防碎片污染的目的，同時不影響光線通過。
在激光轟擊靶材產(chǎn)生等離子體時，隔離器在具有初始偏離角θA的狀態(tài)下，以ω角速度旋轉(zhuǎn)，激光器停止工作后再停止碎片隔離器的工作。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
進一步說明本發(fā)明。
圖1a為本發(fā)明隔離器的立體圖；圖1b為本發(fā)明隔離器的主視圖；圖1c為本發(fā)明隔離器的A-A面剖視圖；圖中1隔離器，2通道，3靶，4光學系統(tǒng)；圖2為文獻3使用的隔離器示意圖；圖3a為隔離器初始狀態(tài)(t＝0)示意圖，圖3b為t＝T1+(1/2)Δt1狀態(tài)的示意圖；圖4為隔離器通道不斷開通和關(guān)閉和4個周期示意圖；圖5為實施例隔離器的結(jié)構(gòu)和位置示意圖；圖6為被隔離的碎片臨界速率V1和V2隨隔離器通道的開關(guān)周期n的分布。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明隔離器是一個高速旋轉(zhuǎn)的圓柱體轉(zhuǎn)輪1。圓柱體轉(zhuǎn)輪1的側(cè)面開有一個貫穿圓柱體中心的等截面矩形通道2，矩形通道2的中心軸線通過圓柱體1的中心，圓柱體轉(zhuǎn)輪1的轉(zhuǎn)軸為圓柱體的圓形中心軸，靶3與光學系統(tǒng)4分別安裝在上述圓柱體轉(zhuǎn)輪1的兩端，三者處于同一中心水平線上。圓柱體轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)軸為垂直方向，并與上述三者中心水平線垂直相交。
通道2在圓柱體轉(zhuǎn)輪1側(cè)壁開口的圓弧尺寸為d1，通道2高度為d2，圓柱體轉(zhuǎn)輪1的圓截面半徑是R，高度是D，轉(zhuǎn)速是ω，隔離器到靶3的距離為L，光學系統(tǒng)4到靶的距離為LL。隔離器工作的初始狀態(tài)選擇在通道2中心軸線和水平線的夾角等于θA的位置，通道空心開口的中心張角為2θW。
本發(fā)明工作原理和工作過程如下當本發(fā)明隔離器在其通道2中心軸線與水平線的夾角等于θA時，處于初始狀態(tài)，此時t＝0，如圖3a所示。這時，通道2的開口處于碎片運動經(jīng)過區(qū)域之外，碎片被隔離。當隔離器開始以ω高速旋轉(zhuǎn)，同時激光等離子體轟擊靶材。從隔離器開始旋轉(zhuǎn)時記時，經(jīng)過一定的時間T1(ΔT1)后，即通道2旋轉(zhuǎn)過θA角度時，通道2前端開口位置旋轉(zhuǎn)到碎片運動經(jīng)過的區(qū)域，即通道開始打開，如圖4的(a)狀態(tài)所示。當隔離器轉(zhuǎn)過θ1＝θA+θW后，通道處于打開階段的某一狀態(tài)，如圖3b所示。Δt1時間后，通道打開結(jié)束并開始關(guān)閉，通道打開結(jié)束的時刻為t1，如圖4的(b)狀態(tài)所示。隨著隔離器的旋轉(zhuǎn)，在隔離器旋轉(zhuǎn)過程中，通道第一次關(guān)閉和打開經(jīng)歷的時間為T1和t1，通道第一次關(guān)閉和打開狀態(tài)持續(xù)的時間為ΔT1和Δt1，通道這樣打開和關(guān)閉的過程在隔離器旋轉(zhuǎn)的過程中會出現(xiàn)第2，3，4(如圖4的(c)，(d)，(e)，(f)，(g)狀態(tài)所示)……n次，n是一個激光脈沖周期內(nèi)，隔離器開關(guān)通道的開關(guān)周期，其大小和激光器的特性及隔離器的旋轉(zhuǎn)速率有關(guān)，第2……m各激光脈沖到來時，重復上述過程。如YAG激光脈沖頻率是10Hz，一個激光脈沖的時間是0.1s。0.1秒內(nèi)隔離器轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)通道2開關(guān)開通和關(guān)閉2次，即一個激光脈沖時間內(nèi)，隔離器通道2開通和關(guān)閉100次。接下來的激光脈沖不斷到來時，隔離器繼續(xù)旋轉(zhuǎn)、不斷重復上述過程。
本發(fā)明一具體實施例如圖5所示，隔離器每秒轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)。
ω＝2πv(rad/s) θw＝d1/2Rv＝500(rps)d1＝8.736mm，L＝320mm，R＝30mm，θW＝0.146rad，θA＝2θW＝0.292rad激光器的發(fā)散角θ0＝0.00273(rad)靶3到光學系統(tǒng)4的距離LL＝1100mm激光到達光學系統(tǒng)的束斑直徑Z＝3mm(Z＜d1)根據(jù)下式計算的結(jié)果如表2所列，結(jié)果表明速率Vs分布在V1和V2之間，V1＞Vs＞V2范圍內(nèi)的碎片被本發(fā)明隔離器隔離。
V1=(L+2R)ω(n-1)π+θ1>VS]]>和VS>(L+2R)ω(n-1)π+θ2=V2]]>圖6為被隔離的碎片臨界速率V1和V2隨隔離器通道的開關(guān)周期n的分布。如圖6所示，本發(fā)明隔離器可以實現(xiàn)對速率分布在較大范圍內(nèi)的碎片進行隔離，被隔離的碎片速率分布在圖中V2曲線的上部和V1曲線的下部，而通過隔離器的碎片僅僅在V1和V2曲線圍成的很小區(qū)域內(nèi)?？梢钥吹剑桓綦x碎片的速率分布范圍較大，說明本發(fā)明具有較大的速率覆蓋率。同時，本發(fā)明隔離器既可以隔離運動速率較大的碎片，也可以隔離運動速率較小的碎片。如YAG激光脈沖頻率是10Hz，一個激光脈沖的時間是0.1s。在0.1秒內(nèi)，隔離器轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn)，每一轉(zhuǎn)通道開關(guān)開通和關(guān)閉2次，即一個激光脈沖時間內(nèi)，隔離器通道開通和關(guān)閉100次。n＝1時，隔離高速V＜2724.01m/s，和V＞8260.87m/s的碎片，這時，速度低的碎片還沒有飛到隔離器的位置，待下一個轉(zhuǎn)動周期來臨，有部分被隔離，部分穿過隔離器通道，而n＝100時，隔離V＜3.833m/sV＞3.837m/s速率極低的碎片在速率分布很小的范圍內(nèi)，可以通過隔離器。
在實際的不同應用場合中，可以根據(jù)不同應用系統(tǒng)的激光脈沖、光學系統(tǒng)和相對位置，設(shè)計隔離器的尺寸(R，d)、初始偏離角θA，張角2θW、轉(zhuǎn)速等。
表2，被隔離的碎片臨界速率V1和V2隨隔離器通道的開關(guān)周期n的分布數(shù)據(jù)


權(quán)利要求
1.一種極紫外激光等離子體光源碎片隔離器，其特征在于它是一個高速旋轉(zhuǎn)的圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]，圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]的側(cè)面開有一個貫穿圓柱體中心的等截面矩形通道[2]，矩形通道[2]的中心軸線通過圓柱體[1]的中心，矩形通道[2]的長邊與圓柱體[1]的端面平行，圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]的轉(zhuǎn)軸為圓柱體的圓形中心軸；圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]安裝在靶[3]與光學系統(tǒng)[4]之間，三者處于同一中心水平線上；圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]的轉(zhuǎn)軸為垂直方向，并與上述三者中心水平線垂直相交；通道[2]在圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]側(cè)壁開口的圓弧尺寸為d1，通道[2]高度為d2，圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]高度為D，光源照射光學系統(tǒng)的束斑直徑為zD＞d1＝d2＞z。
2.按照權(quán)利要求1所述的極紫外激光等離子體光源碎片隔離器，其特征在于(1)速度Vs落在下列范圍內(nèi)的碎片被隔離器隔離V1=(L+2R)ω(n-1)π+θ1>VS]]>和VS>(L+2R)ω(n-1)π+θ2=V2]]>(2)速率Vp分布在下列范圍內(nèi)的碎片將通過隔離器的通道[2]V1=(L+2R)ω(n-1)π+θ1<VP<(L+2R)ω(n-1)π+θ2=V2]]>其中θ1＝θA+θW，θ2＝θA-θw，θA≥θW式中V1、V2運動碎片的兩個臨界速率，R圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]的圓截面半徑，ω圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]轉(zhuǎn)速，L隔離器到靶[3]的距離，θA隔離器初始偏離角，即通道[2]中心軸線和圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]、靶[3]與光學系統(tǒng)[4]三者的中心水平線的夾角，2θW通道開口的中心張角，d1＝2RθW。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的極紫外激光等離子體光源碎片隔離器，其特征在于隔離器工作的初始狀態(tài)選擇在初始偏離角為θA的位置；在激光轟擊靶材產(chǎn)生等離子體時，隔離器在具有初始偏離角θA的狀態(tài)下，以角速度ω旋轉(zhuǎn)，激光器停止工作后再停止隔離器的工作。
全文摘要
一種極紫外(EUV)激光等離子體光源碎片隔離器，其特征在于它是一個高速旋轉(zhuǎn)的圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]，側(cè)面開有貫穿圓柱體中心的等截面矩形通道[2]，圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]安裝在靶[3]與光學系統(tǒng)[4]之間，三者處于同一中心水平線上。圓柱體轉(zhuǎn)輪[1]的轉(zhuǎn)軸為垂直方向，并與上述三者中心水平線垂直相交。本發(fā)明隔離器工作的初始狀態(tài)選擇在通道[2]中心軸線和中心水平線的夾角等于θ
文檔編號G02F1/09GK1959463SQ20051008679
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者李艷秋 申請人:中國科學院電工研究所