产生极端紫外辐射或软X射线辐射的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术揭示一种用来产生极端紫外（ＥＵＶ）或软Ｘ射线辐射的装置，其包括：一激光源（１２），其用来产生一激光辐射（１１），所述激光辐射（１１）以超过１０↑［６］Ｗ／ｃｍ↑［２］的强度聚焦于一靶上以形成一等离子体；及若干电极，其安装于一电绝缘块状物（６）上并围绕由激光源（１２）所产生等离子体的路径布置。所述电极与一用于在等离子体中形成快速放电的装置相结合，所述放电具有一特征时间常数，所述特征时间常数小于所述激光所产生等离子体的膨胀时间的时间常数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于产生极端紫外辐射(EUV)或软X射线辐射的方法与装置。本专利技术的较佳应用领域包括需要使用处于1-20nm频谱范围内的软X射线光(即EUV光)的应用。最突出的应用是工作波长为13.5nm的EUV投影微影，其中需要使用紧凑、大功率、具成本效益且可靠的光源。另一应用领域包括X射线分析方法—例如光电子光谱学，或荧光X射线分析—其利用软X射线辐射的频谱范围并可在实验室规模上实现。此外，该方法与装置可以用来表征X射线光学器件或X射线探测器，并最终在用于体内观察生物组织的所谓水窗口(water window)的频谱范围内用作EUV显微镜的光源。
技术介绍
使用等离子体当作EUV光线源及软、硬X射线源已众所周知。几乎与产生等离子体的方法无关地，所发射出的等离子体必须足够热(亦即，＞150,000K)及稠密(亦即，＞1017个电子/cm3)，以发射X射线及/或EUV辐射。已知有各种用于产生EUV辐射的不同技术会满足上述条件。这些技术可以划分成基于放电或基于激光的等离子体源概念。对于所谓的由气体放电产生等离子体(GDPP)的源，脉冲放电会产生「火花状」等离子体，其中约5至100kA的电流在约10纳秒至约数微秒的时间内流经等离子体。对于通过额外的加热与压缩来增加向EUV的转换而言，所谓的箍缩效应(pinch effect)可能会促进该过程。不同的放电等离子体概念在电极几何形状、电压-压力范围、等离子体动态特性、引燃策略与电产生器方面有所不同。我们已知这些放电等离子体的各种不同的实例，例如稠密等离子体聚焦Z箍缩(Z-pinch)放电、毛细管放电、及中空阴极触发的箍缩。这些放电等离子体概念的不同版本揭示于美国专利文件第6,389,106号、第6,064,072号与WO专利第99/34395号中。对于所谓的以激光产生等离子体(LPP)，是将一激光光束聚焦于某种稠密(＞1019原子/cm3)物质(最常称为靶)。如果强度超过约1010W/cm2，则几乎会从任何物质中发出EUV或甚至X射线辐射。使用受到激光辐射的靶来产生等离子体的概念已经揭示于WO专利文件第02/085080号、第02/32197号、第01/30122号与美国专利第5,577,092号中。以目前最大转换效率介于0.5与2％之间的源概念一般技术水平而言，为获得适用于EUV微影等工业应用的足够的EUV功率(80-120W)，须将通常50.000W)至100.000W的激发功率耦合入辐射等离子体内。视源概念而定，此将变换成直接在源点处产生300W至超过1,000W的EUR辐射。对于现有的源概念LPP与GDPP，有数种因素使得很难满足这些所要求的EUV功率水平1.对于LPP概念，是受两种因素的限制首先，预计一具有约10kW功率的激光器的成本将远超过由经济生产成本所界定的预算。其次，驱动激光器所需的电功率(通常约1MW)与所需的冷却将有可能超过半导体工厂中可以接受的水平。2.对于GDPP概念，限制因素如下。功率必须馈入一通常约为发出辐射的体积的103倍的体积中。对于一可容忍的1mm3的源体积，典型的放电体积为1cm3。由于对该体积的限制通常是由放电电极或由绝缘材料来实现，因而这些材料会受到过度加热与腐蚀，这是因为所允许的其距热等离子体的典型距离仅为约数毫米至数厘米。因此，以激光产生等离子体(LPP)与以气体放电产生等离子体(GDPP)看起来与工业应用的最新要求、特别是极端紫外辐射微影(EUVL)的要求不相适应。因此，存在对新颖技术解决方案的迫切要求，这看起来是遵循IRTS路线图(2009)与Intel路线图(2007)成功引进EUVL的必要条件。
技术实现思路
因此，本专利技术的一目的是提供一种方法与装置，该方法与装置用于补救以气体放电产生等离子体与以激光产生等离子体这两种基本概念的上述缺点，并尤其能够以更佳的经济状况应用于频谱范围约为13.5nm的EUV微影而不需要大大增加用于产生等离子体的装置的功率，同时提供使装置适应于使用者的特定要求的高度灵活性。现有技术的缺点得到减少，同时这些现有技术的主要优点得到保留，这是因为在本专利技术的方法与装置中使用了出乎预料的协同效应。本专利技术的目的是通过一种产生极端紫外(EUV)或软X射线辐射的方法来实现，在该种方法中，通过由一激光源所产生的激光辐射与由电极和用于产生快速放电的构件相结合所产生的放电的组合，以混合方式产生及加热等离子体，其中该激光辐射以超过106W/cm2的强度聚焦至一靶上，其中以激光产生的等离子体的膨胀时间的时间常数超过放电的特征时间常数。本发涉及一种混合方法，其将通过激光辐射来产生及/或加热等离子体与通过放电来产生及/或加热及/或压缩等离子体相结合，其结合方式使该解决方案以如下方式将这两种概念相组合组合了单种解决方案的优点，同时避免了这些已知方法的缺点。该靶可以是超过1019个原子/cm3的气态、液态、液体喷雾态、簇喷雾态或固态媒体，例如块状或箔片状靶。根据第一实施例，首先通过将激光辐射聚焦于稠密靶的一激光相互作用区中来产生EUV等离子体，接着在该激光相互作用区域中引发放电。重要的是应注意，甚至当激光不再耦合至等离子体时，放电也将能有效率地将能量耦合至EUV等离子体内。为此，可将放电视为初始激光所产生等离子体的增强器，由此使用便宜的电功率来大大增强EUV光的产生。此一概念称为放电增强的激光产生等离子体(Discharge BoostedLaser Produced Plasma，DBLPP)。根据第二实施例，通过将激光辐射聚焦于靶上来产生冷的等离子体以产生一冷的等离子体烟缕，接着在该等离子体烟缕的离域相互作用区中主动触发一放电，以加热并压缩等离子体来实现更受约束的EUV光发射。该概念称为激光辅助气体放电产生等离子体(Laser Assisted Gas Discharge Produced Plasma，LAGDPP)。根据第三实施例，使用传统放电组态来产生高密度的放电等离子体。然而，在箍缩过程期间，等离子体变得稠密到足以局部地允许额外的激光加热。该程序允许修改及/或优化离子总数，以增强EUV辐射(例如，13.5nm的EUV微影)。该第三种概念称为激光增强气体放电产生等离子体(LBGDPP)。从一般的观点来看，以上所陈述的这三种混合方法DBLPP、LAGDPP与LBGDPP可提供以下来区分(1)在注入至EUV发射体等离子体的能量与激发持续时间方面，激光及放电各自对等离子体加热的作用，(2)这两种互补加热机理的时间延迟与前后顺序。对GDPP与LPP两种概念而言，通常将靶的元素组成选择成使所发射的频谱分布与应用要求最佳地匹配。对于EUVL的特定情形而言，通常将宽频发射体氙气考虑为其中一种最适合的材料，这是因为(1)其在所感兴趣的频谱范围内显示出其中一最高的转换效率，(2)其在化学上呈中性，及(3)其由于具有高的Z值而受到激光的良好加热。然而，在GDPP或LPP概念中还已经在研究其他的发射体，例如氧气、锂、锡、铜或碘。在存在等离子体的情况下由电极所施加的电流脉冲是由电容器所储存能量的快速放电来提供。在存在等离子体的情况下由电极所施加的电流脉冲是选择成具有一处于1位数至3位数纳秒范围内的周期。较佳地，在存在等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来产生极端紫外（ＥＵＶ）或软Ｘ射线辐射的方法，其中通过由一激光源所产生的一激光辐射与由电极和用于产生一快速放电的构件相结合所产生的一放电的组合，以一混合方式产生及加热一等离子体，所述激光辐射以超过１０↑［６］Ｗ／ｃｍ↑［２］的强度聚焦至一靶上，其中所述激光所产生的等离子体的膨胀时间的时间常数超过所述放电的特征时间常数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁施密特，雷内赫尔穆特勒贝尔，乌韦施塔姆，
申请(专利权)人：法国原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]