Скачать 1.1 Mb.
|
2.9. Источники экстремального ультрафиолетового излучения для проекционной литографии высокого разрешения на основе ЭЦР разряда, поддерживаемого мощным излучением гиротронов. Интенсивные исследования, направленные на создание источника излучения с длиной волны 13.5 нм, проводимые в настоящее время обусловлены потребностью в таких устройств для применения в процессах проекционной литографии высокого разрешения. Наиболее эффективным методов генерации излучения является использование линейчатого излучения многозарядных ионов олова, поскольку более 100 линий излучения ионов олова с зарядом от +6 до +11 попадают в указанный диапазон длин волн. В настоящий момент в большинстве источников излучения, для получения плазмы используются установки с мощными лазерами или пинчами различного типа (см., например, [15-20] и цитируемуемую там литературу. Наряду с ощутимым прогрессом в этом направлении у таких источников излучения есть ряд принципиальных недостатков, которые не позволяют считать проблему создания источника экстремального ультрафиолета окончательно решенной. Среди наиболее существенных недостатков отметим, прежде всего, относительно низкий ресурс работы источника, загрязнение элементов оптической системы распыляемыми веществами, распыление поверхности зеркал быстрыми ионами. Необходимость решения этих проблем делает разработку источников экстремального ультрафиолета на основе разрядов иного типа актуальными в настоящее время. В настоящей работе в качестве источника экстремального ультрафиолетового излучения предлагается использовать разряд низкого давления в парах олова, поддерживаемого в магнитной ловушке мощным электромагнитным излучением миллиметрового диапазона длин волн в условиях электронно-циклотронного резонанса. Ранее нами был разработан эффективный метод получения многозарядных ионов металлов [21-24], суть которого заключается в следующем. В прямую магнитную ловушку с помощью вакуумного дугового источника инжектируется плазма паров олова. За время пролета плазмы магнитной ловушки, нагреваемые СВЧ излучением электроны плазмы производят дополнительную ионизацию и заряд ионов олова повышается – образуются ионы, линии излучения которых лежат в диапазоне экстремального ультрафиолета. Использование миллиметрового излучения и миниатюрных вакуумно-дуговых плазмогенераторов позволяет получать источники со сравнительно малыми размерами (поперечные размеры излучающей области ~ 1мм) с достаточно высокой плотностью плазмы (до 1014см-3), что делает описанный метод весьма привлекательным для создания практически точечного источника экстремального ультрафиолета. Отметим, также что в ранних работах [25,26] в ЭЦР разряде большого объема (на уровне 500 см3) удалось добиться высокой эффективности преобразования СВЧ излучения в экстремальный ультрафиолет - до 10% энергии СВЧ излучения преобразовывалось в излучение в диапазоне от 7 нм до 15 нм. Рисунок 2.41. Схема экспериментальной установки. 1 - плазмогенератор, 2 - СВЧ окно, 3 - магнитные катушки, 4 - откачной тракт, 5 - магнитная завеса, 6 - детектор EUV либо экстрактор ионов и времяпролетный анализатор ионного спектра. Эксперименты проводились на установке, схема которой приведена на рисунке 2.41. Осесимметричная магнитная ловушка (пробкотрон) создавалась током, протекающим через катушки 3. Длина ловушки составляла 26 см, максимальное магнитное поле в пробке 4 Тл., длительность импульса тока катушки 5 мс. Источником плазмы 1 является вакуумно-дуговой плазмогенератор типа Мevva, устанавливаемый на оси системы вблизи одной из пробок магнитной ловушки. Конструкция плазмогенератора схематично показана на рис. 2. Вакуумно-дуговой разряд, инициируемый вспомогательным разрядом по поверхности диэлектрика, генерирует плазму материала катода (олова) 1, которая заполняет полый анод 2. В качестве диэлектрика использована тонкая керамическая трубка 4, которая размещается между катодом 1 и анодом вспомогательного разряда 3. При межэлектродном расстоянии вспомогательного разряда ~ 1 мм для возбуждения катодных пятен и инициирования вакуумной дуги достаточно приложения между катодом и поджигающим электродом импульса напряжения величиной 7 кВ и длительностью 10 - 30 мкс. Рисунок 2.42. Схема вакуумно-дугового плазмогенератора: 1 - катод, 2 - полый анод, 3 - поджигающий электрод, 4 - керамический изолятор. Источник питания генератора плазмы обеспечивал импульс тока дугового разряда длительностью ~100 мкс, а величина тока могла варьироваться от 50 до 300 ампер. Для дополнительного нагрева плазмы использовалось излучение гиротрона с частотой излучения 75 ГГц, мощностью до 50 кВт, длительностью импульса 150 мкс. Разрядная вакуумная камера, помещенная внутрь магнитной ловушки, имела тефлоновое окно 2, через которое излучение гиротрона вводилось в область разряда. Поглощение излучения в плазме приводило к значительному увеличению энергии электронов, что обеспечивало дополнительную ионизацию ионов и их эффективное возбуждение с последующим спонтанным высвечиванием. Экспериментальная установка работала в импульсном режиме, с частотой следования импульсов до 1 Гц. Для анализа ионного состава плазмы использовались двухсеточный экстрактор ионного пучка с напряжением до 20 кВ ускоряющим ионы и времяпролетный анализатор [27]. Работа такого анализатора основана на том, что ускоренные одинаковым приложенным напряжением ионы с разным отношением заряда к массе летят с разной скоростью. Ионный пучок в требуемый момент времени кратковременно (80 нс) фокусируется с помощью электростатической линзы. Сфокусированный пучок попадает в цилиндр Фарадея, находящийся в конце трубы дрейфа. За время пролета достаточно протяженной трубы дрейфа происходит разделение ионов, и таким образом сигнал, измеренный в цепи коллектора цилиндра Фарадея, представляет собой масс-зарядовый спектр ионов в пучке (рисунки .2.43, 2.44). Измерения интенсивности свечения плазмы в диапазоне экстремального ультрафиолета проводилось с помощью абсолютно калиброванного измерителя мощности на основе двух Nb/Si многослойных зеркал, обеспечивающих спектральную полосу регистрации 13.5 нм ± 1%, Zr/Si фильтра, «отрезающего» длинноволновое излучение, и кремниевого диода AXUV-100 (IRD, США). Чувствительность измерителя составляла 0,033 А/Вт, минимальная регистрируемая мощность излучения с длиной волны 13,5 нм (обнаружительная способность) - 3.3×10-10 Вт. Подробное описание измерителя мощности излучения приведено в работе [28]. Детектор располагался либо поперек оси системы и в его поле зрение попадала средняя часть магнитной ловушки с плазмой, либо вдоль оси системы и тогда в его поле зрения попадала все плазма1. Для исключения попадания плазмы в детектор в эксперименте использовалась "магнитная завеса", представляющая собой систему из постоянных магнитов создающих на пути плазменного потока магнитное поле, препятствующее попаданию плазмы в детектор. (5 на рисунке 2.42). Рисунок 2.43. Распределение ионов олова плазмы вакуумно-дугового разряда по кратностям ионизации (без СВЧ нагрева). Осциллограмма тока коллектора цилиндра Фарадея анализатора. По горизонтальной оси отложено время в микросекундах от момента срабатывания затвора времяпролетного анализатора. Распределение ионов олова по кратностям ионизации без СВЧ нагрева приведено на рисунке 2.44. Величина среднего заряда СВЧ нагрев плазмы приводил к существенному сдвигу распределения ионов по кратностям ионизации в область больших зарядностей. Типичное распределение ионов по кратностям ионизации представлено на рисунке 2.45. Такое распределение ионов по кратностям ионизации удалось реализовать при следующих параметрах работы установки: магнитное поле в пробках 1 Тл, мощность СВЧ 50 кВт, ток вакуумной дуги 100 ампер. Несмотря на то, что представленное распределение ионов по кратностям ионизации не является вполне оптимальным с точки зрения излучения в диапазоне 13.5 нм ±1% (см. например [28]), но уже при таком распределении удалось зарегистрировать экстремальное ультрафиолетовое излучение мощностью ≈4 Вт в телесный угол 4 п ст.рад. в указанном спектральном диапазоне. При увеличении напряженности магнитного поле ловушки (до 4 Тл), т.е. при реализации резонансных условий нагрева электронов, интенсивность излучения плазмы в указанном диапазоне существенно возрастала и достигала ≈ 50 Вт в телесный угол 4п ст.рад. Рисунок 2.44. Распределение ионов олова по кратностям ионизации при нагреве плазмы микроволновым излучением. Осциллограмма тока коллектора цилиндра Фарадея анализатора. По горизонтальной оси отложено время в микросекундах от момента срабатывания затвора времяпролетного анализатора. Для источника экстремального ультрафиолетового излучения помимо мощности ультрафиолетового излучения важную роль играет размер излучающей области плазмы. Поперечный размер плазмы в наших экспериментах определяется диаметром отверстия в аноде вакуумно-дугового плазмогенератора и составляет 3 мм (отметим, что этот размер можно существенно уменьшить до размеров определяемых диффузионными процессами в плазме – по оценкам ~ 0,1 мм). Для оценки продольного размера излучающей области будем считать, что по мере движения плазмы от плазмогенератора сквозь ловушку ионы повышают свой средний заряд от 2 до 6-8 в соответствии со значениями констант скорости ионизации соответствующих ионов. При параметрах плазмы характерных для условий экспериментов длина ионизации иона Sn6+ оказывается ≈ 5 см. Для оценок примем, что поперечный размер излучающей области плазмы 3 мм а продольный 5 см, тогда объем излучающей плазмы составляет 0.35 см3, а удельная мощность свечения в указанном спектральном диапазоне достигала ~ 10 Вт/см3. Оценка эффективности работы ЭЦР источника экстремального ультрафиолетового излучения проводилась следующим образом. Температура электронов подбиралась так, чтобы рассчитанное из балансных уравнений распределение ионов по зарядам и измеренное совпадали наилучшим образом (см. рисунок 2.46). Система балансных уравнений выглядит следующим образом: где N0, N1, N2, ... - концентрации атомов и ионов с соответствующим зарядом, Ne - плотность плазмы, τ =L/V - время пролета ионами длины ловушки, в расчетах принято равным 26 µs, F0, F1, F2 ... - плотности потока инжектируемых плазмогенератором в магнитную ловушку атомов и ионов, k0, k1, k2, ... - константы скорости ионизации, вычисленные для максвелловского распределения электронов по скоростям на основании данных [27]. Начальный средний заряд ионов в инжектируемом потоке составлял 2. Плотность плазмы задается током вакуумно-дугового разряда. Мощность СВЧ излучения, необходимая для поддержания плазмы с определенной температурой электронов (мощность поглощаемая плазмой) вычислялась как сумма выносимой из ловушки через пробки энергии плазмы и затрат на ионизацию и возбуждение ионов. Излучательные потери плазмы рассчитывались с использованием усредненных констант скорости возбуждения многозарядных ионов [28]. Численные оценки показали, что минимальное расхождение измеренного распределения ионов по кратностям ионизации с расчетным оказывается при температуре электронов равным 80 эВ для нерезонансного режима и 100 эВ для резонансного. При этом в спектральном интервале 13.5 нм ± 1% интенсивность излучения 1 см3 плазмы составляет 35Втв 4п ст.рад в нерезонансном режиме и 200Втв 4п ст.рад в резонансном. Мощность необходимая для поддержания плазмы в резонансном случае по расчетам составляет ≈ 20 кВт/см3. Таким образом, осуществление режима нагрева электронов плазмы до оптимальной температуры позволит значительно увеличить мощность выхода излучения в требуемом спектральном диапазоне. В заключении на основании полученных данных оценим параметры ЭЦР источника экстремального ультрафиолетового излучения с накачкой современными гиротронами, работающими в непрерывном режиме. Для определенности проведем оценки для гиротрона, производимого в НПП ГИКОМ с частотой излучения 170 ГГц и максимальной мощностью СВЧ излучения до 500 кВт [29]. Расчеты показывают, что использование такого гиротрона даже при мощности излучения 20 кВт обеспечивает генерацию плазмы паров олова с характерными размерами 1мм х 1мм х 10 мм со средним зарядом ионов олова равным 9 и температурой электронов 200-300 эВ. Мощность излучения плазмы в диапазоне 13.5 нм ± 1% будет составлять 1 кВт при эффективности преобразования СВЧ излучения в экстремальный ультрафиолет на уровне 5%. Таким образом, возможно дальнейшее увеличение мощности излучения источника экстремального ультрафиолета для проекционной литографии высокого разрешения Рисунок 2.45. Распределение ионов по кратностям ионизации. 1 - Экспериментальное, напряженность магнитного поля 1 Тл, ток вакуумной дуги 100 ампер, СВЧ мощность 50 кВт. 2 - Расчет с минимальным расхождением распределения ионов по кратностям ионизации, Ne = 1.4·1013 см-3, Te = 80 эВ. 2.10 Прототип источника мощного излучения субмиллиметрового диапазона длин волн для технологических приложений Для проведения экспериментальных исследований в области создания новых материалов с использованием мощного микроволнового излучения в ИПФ РАН разработаны и созданы гиротроны, технические параметры которых ориентированы на решение прикладных технологических задач. Отличительными особенностями созданных гиротронов миллиметрового диапазона длин волн являются: - работа в «тёплых» магнитных системах, охлаждаемых проточной водой либо маслом. Использование теплых магнитных систем обеспечивает простоту и надёжность эксплуатации гиротронов, в том числе в технологических процессах, требующих их непрерывной работы в течение нескольких суток, например, в процессе осаждения пластин поликристаллического алмаза из газовой фазы разряда, поддерживаемого микроволновым излучением; - работа на второй гармонике электронной циклотронной частоты и, следовательно, двукратное снижение напряженности статического поля, создаваемого магнитными системами. Снижение рабочего магнитного поля позволят значительно уменьшить мощность питания магнитной системы, снизить требования к её системе охлаждения. - генерация излучения на сравнительно низких рабочих модах. Это даёт возможность использовать высокоэффективные (с коэффициентами передач излучения порядка и более 98%) электродинамические линии передач излучения, выполненные в виде закрытых многомодовых волноводов, надёжно обеспечивающих минимальный уровень рассеянного излучения; - работа со специализированными, действующими по принципу преобразования частоты, источниками стабилизированного высоковольтного питания. Разработанные источники питания обеспечивают значительное увеличение срока службы гиротронов при сохранении их технических характеристик, за счёт снижения рассеянной мощности на катоде гиротрона и стабилизации тока эмиссии гиротрона. В Таблице 4 приведены основные технические характеристики разработанных гиротронов, мощностью 5…30 кВт на частотах 24 – 28 ГГц, используемых в созданных в ИПФ РАН специализированных комплексах для высокотемпературной обработки материалов. Фотография гиротрона приведена на рисунке 2.46. Таблица 4
Рисунок 2.46.Фотография гиротрона мощностью 5 кВт, работающего на частоте 24 ГГц. 3. Перечень услуг, предоставляемых центром коллективного пользования «центр микроволновых и лазерных нанотехнологий» Одной из основных задач центра является повышение эффективности научно- исследовательских и опытно конструкторских работ путем предоставления сторонним организациям доступа к существующему и вновь запускаемому оборудованию центра. Центр обеспечивает представление услуг по трем направлениям: использование сторонними организациями для проведения испытаний и исследований уникальных установок и стендов ЦКП, проведение работ с использованием оригинальных технологий и технологического оборудования ЦКП, использование сторонними организациями оригинальных метрологических разработок, методов аналитических исследований и средств измерения. Кроме того, оборудование ЦКП систематически используется в учебном процессе для выполнения: лабораторных работ студентами старших курсов, спецпрактикумов студентами 4-6 курсов. , в профориентационной работе с молодежью - ежегодно проводятся ознакомительные экскурсии для школьников города Н. Новогорода. 3.1 ЦКП предлагает для использования сторонними организациями следующие установки и стенды.
мишеней импульсным электромагнитным излучением с мощностью до 1ГВт (сантиметровый диапазон длин волн, длительность импульса десятки наносекунд) и до 1МВт (миллиметровый диапазон, длительностью до 1 секунды).
3.2. Оригинальные технологии и технологическое оборудование, предоставляемые центром.
3.3. Аналитические методы исследования и средства измерений.
4. Перечень организаций - пользователей оборудования ЦКП за отчетный период. 4.1 На настоящем этапе в работе принимали участие сотрудники следующих организаций:
4.2. В процессе выполнения работ по контракту с использованием оборудования центра вышеперечисленные сторонние организации принимали участие в следующих работах:
4.3. Работы проводились в рамках следующих контрактов и грантов.
Госконтракт № 02.522.11.2002 от 27 апреля 2007 г. с Федеральным агентством на науке и инновациям в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» на выполнение научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских работ. Лот 1, шифр 2007-2-2.2-04-01 Руководитель проекта: А.М. Сергеев Соисполнитель - Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН.
Финансирование по договору № 45-151 от 21 июля 2008 г. с ГОУ ВПО “НижГМА Росздрава” в рамках государственного контракта от «7» июля 2008 г. № 02.512.11.2244, шифр «2008-02-1.2-05-12-016» «Методы векторной доставки плазмонно-резонансных наночастиц для контрастирования злокачественных новообразований и стимуляции апоптоза методом селективной лазерной гипертермии». |
Учреждение российской академии наук институт прикладной физики (ипф ран) Обеспечение центром коллективного пользования научным оборудованием комплексных исследований в области использования микроволнового... | Учреждение российской академии наук институт прикладной физики (ипф ран) Обеспечение центром коллективного пользования научным оборудованием комплексных исследований в области использования микроволнового... | ||
Российская академия наук Учреждение Российской академии наук Институт... В соответствии с приказом Минздравсоцразвития России от 7 июля 2007 года №402 19-21 октября в г. Москве состоялся III всероссийский... | Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Исполнитель: Учреждение Российской академии наук Институт физики микроструктур ран | ||
Российской академии наук институт философии ран гребенщикова елена... Диссертация выполнена в секторе междисциплинарных проблем научно-технического развития Учреждения Российской Академии Наук Института... | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем... Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт космических исследований российской академии наук | ||
Российской академии наук институт европы ран промышленная политика европейских стран Н. В. Говоровой.]. – М. Ин-т Европы ран : Рус сувенир, 2010. – 214 с. – (Доклады Института Европы = Reports of the Institute of Europe... | Российской Академии Наук Институт проблем нефти и газа со ран министерство... Председатель – Александр Федотович Сафронов, чл корр. Ран, председатель Президиума Якутского научного центра со ран, директор ИПНГ... | ||
Учреждение Российской Академии Наук Институт проблем передачи информации... Алексей Леонтьевич Бызов родился 2 января 1926 года в Москве. В 1950 году окончил биофак мгу, кафедру физиологии животных | Учреждение Российской Академии наук Институт народнохозяйственного... Разработка единой системы анализа и прогнозирования баланса денежных доходов и расходов населения, уровня и структуры бедности с... | ||
Базы данных «Показатели » Правообладатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Карельского научного центра Российской... | Оценка пластичности протеома плазмы крови здорового человека в экстремальных... Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Государственном научном центре Российской Федерации Институте медико-биологических... | ||
Положение о Центре коллективного пользования научным оборудованием... Цкп, образован в соответствии с Приказом директора ибхф ран №13а от 23 апреля 2001 г на базе лабораторий и других подразделений Федерального... | Учреждение Российской Академии Наук Институт Европы ран стенограмма Защита диссертации на соискание учёной степени кандидата политических наук Морозовым Артемием Михайловичем на тему: «Факторы формирования... | ||
Адаптивная системА управления процессАмИ роста кристаллов для методов Степанова и Чохральского Работа выполнена в лаборатории управляемого роста кристаллов Учреждения Российской академии наук Института физики твердого тела ран... | Адсорбция асфальтенов на твердых поверхностях и их агрегация в нефтяных дисперсных системах Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте биохимической физики им. Н. М. Эмануэля ран |