Плазменный источник ЭУФ диапазона TEUS-S100

2021

Партнёры
ООО «ЭУФ Лабс»
Институт спектроскопии РАН
ISTEQ B.V.
Плазменный источник ЭУФ-излучения высокой яркости с низким содержанием побочных продуктов плазмообразования для метрологии при производстве микросхем.
Задача
Для создания микросхем новых поколений, с технологическими нормами 3−5 нм, применяется метод ЭУФ-литографии, основанный на плазменных источниках света с длиной волны 13,5 нм. Для контроля чистоты и проверки качества литографических масок для таких микросхем требовался источник ровно на той же длине волны, как на производстве, только более компактный, с высокой яркостью и стабильностью, не требующий сложной инфраструктуры и не создающий побочных продуктов плазмообразования.

Над этой проблемой работают многие научные коллективы и коммерческие компании всего мира. Коллеги из компании ЭУФ Лабс разработали и запатентовали принципиальное решение такого источника, а нашей задачей было перейти от принципа и лабораторного прототипа к серийному коммерческому прибору для самой высокотехнологичной мировой индустрии. И мы такой прибор построили.
Решение
В основе ЭУФ-источника — вращающийся в вакууме диск, покрытый тонкой плёнкой расплавленного олова. Эта плёнка является мишенью для мощного импульсного лазера, который «стреляет» в неё с высокой частотой и преобразовывает в плазму, переизлучающую на длине волны 13,5 нм.

Быстрое вращение диска играет важную роль: во-первых, постоянно обновляет материал мишени, что обеспечивает пространственную стабильность излучения и позволяет использовать высокочастотный лазер, а во-вторых — очищает участок сбора излучения от побочных продуктов плазмообразования. При вращении диска капли олова, ионы и кластеры летят по инерции вместе с диском, и не попадают в выходное окно ЭУФ-излучения.
Для нужного эффекта диск должен вращаться в вакууме со скоростью 12 тысяч оборотов в минуту. Нам удалось подобрать специальные композитные подшипники с керамическими шариками, которые могли так разогнать: обычные стальные в таких условиях не справлялись. Чтобы пары смазки подшипников не загрязняли рабочий объем вакуумной камеры, мы подобрали специальную смазку, которая используется для космических аппаратов.

В вакууме нет теплопроводности, а значит, все, что нагревается в объеме установки, требует принудительного охлаждения. При этом в центре диска для обеспечения нормальной работы подшипников должно быть не более 60 °C, на наружной поверхности — расплавленное олово при температуре около 300 °C, а температура излучающей ЭУФ-плазмы вообще близка к миллиону градусов. Наши инженеры подобрали для диска особый титановый сплав, и рассчитали его форму для обеспечения необходимой прочности и теплопроводности.
Отдельная проблема — как забирать тепло с диска. Лазер мощностью несколько сот ватт стреляет прямо в диск и всё тепло выделяется на нём.
Мы сделали под диском систему лабиринтного охлаждения, которая при помощи небольшого потока газа забирает тепло и отдает его охлаждающей жидкости. Вакуум в системе поддерживается турбомолекулярным насосом, который в том числе откачивает и охлаждающий газ.

Также для этой установки мы разработали и изготовили много вспомогательных систем: предварительный нагрев диска, охлаждение, вакуум и его контроль, газы, теплообменники, электрика, автоматика для управления и поддержания рабочих режимов…
Результат
Получился серийно производимый источник света для инспекции литографических масок и оптики с длиной волны 13,5 нм, яркий, чистый и не требующий частого обслуживания.

Прибор производится по заказу.
Команда
Дистрибьютор
Медиа
Другие инженерные продукты TRDC