应用于极紫外光刻光源的脉冲电源研究

论文摘要

极紫外光刻技术被认为是下一代最有前途的光刻技术之一。在其关键的EUV光源方面,DPP EUV光源由于其多方面的优点受到国际上的广泛关注。高功率脉冲电源是DPP EUV光源的能量来源,是光源的核心设备之一。本文根据DPP EUV光源实验的需要,研究设计满足一定要求的高功率脉冲电源,为DPP EUV光源的研究做实验装置上的准备。同时,该脉冲电源的研究对于脉冲功率技术在其他领域的应用也具有借鉴意义。首先分析了基于毛细管放电Z箍缩方式的DPP EUV光源的物理过程,计算了通过等离子体的峰值电流及等离子体的阻抗特性,从而明确了脉冲电源的性能指标及负载特性。并对脉冲电源的放电回路进行了仿真分析,为电源的设计提供了依据。在设计前对脉冲电源的关键环节磁脉冲压缩网络进行了理论分析与电路计算。首先从磁芯磁化的角度阐述了磁开关的原理,进而对比了硬磁材料与软磁磁料的磁性特点,为磁开关的磁芯选择提供了依据;接下来分析了磁脉冲压缩网络的工作过程,通过电路计算推导出了磁脉冲压缩网络中关键参数的计算公式。在此基础上设计了脉冲电源主电路的整体结构。其中,高压直流充电环节采用交流调压的充电方式;中间储能脉冲形成环节由谐振倍压电路及脉冲变压器组成;采用三级磁脉冲压缩网络作为脉冲压缩环节。对各环节电路进行了参数计算仿真,进行了关键器件的选择、设计与实验。基于磁开关的等效模型对设计中采用的三级磁脉冲压缩网络进行了PSPICE仿真,得出了不同情况下磁脉冲压缩的仿真波形,为实验调试提供了参考依据。最后采用新颖的放电回路结构对脉冲电源进行了短路放电实验,实验波形显示各级脉冲压缩效果明显,输出峰值电流满足要求,达到了脉冲电源的预期设计指标,验证了设计的合理性。本文设计研究了DPP EUV光源装置中的高功率脉冲电源,初步的设计结果达到了预期的指标。同时,设计过程为即将开始的DPP EUV实验积累了经验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景目的和意义
• 1.2 EUV光刻技术的发展及EUV光源的研究概况
• 1.3 脉冲功率技术简介
• 1.3.1 脉冲功率技术的基本原理
• 1.3.2 脉冲功率技术的应用概况
• 1.3.3 开关技术及磁开关概述
• 1.4 课题研究的内容
• 第2章 脉冲电源负载及放电回路分析
• 2.1 DPP EUV光源工作原理
• 2.1.1 毛细管放电Z箍缩效应
• 2.1.2 毛细管放电Z箍缩工作过程
• 2.2 DPP EUV光源电气参数分析
• 2.2.1 放电电流估算
• 2.2.2 平衡箍缩时等离子体柱的电阻及电感估算
• 2.3 脉冲电源放电回路分析
• 2.4 脉冲电源设计指标
• 2.5 本章小结
• 第3章 磁开关及磁脉冲压缩网络设计原理
• 3.1 磁开关原理分析
• 3.2 磁滞回线及磁开关磁芯材料
• 3.3 磁脉冲压缩网络的电路原理与参数设计方法
• 3.3.1 磁脉冲压缩网络原理
• 3.3.2 磁脉冲压缩网络的电路参数分析
• 3.3.3 环形磁芯体积计算
• 3.3.4 磁脉冲压缩级数设计
• 3.3.5 磁芯复位问题
• 3.4 本章小结
• 第4章 脉冲电源主电路原理及设计详述
• 4.1 电源主线路原理
• 4.2 高压直流初级充电环节
• 4.3 中间储能脉冲形成环节设计
• 4.3.1 谐振式倍压电路参数仿真
• 4.3.2 脉冲形成环节仿真
• 4.3.3 高压硅堆选择
• 4.3.4 脉冲变压器设计
• 4.3.5 开关选择及触发电路设计
• 4.3.6 实验波形测试
• 4.4 脉冲压缩环节设计与仿真分析
• 4.4.1 磁开关的仿真模型
• 4.4.2 磁脉冲压缩网络仿真
• 4.4.3 磁开关设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 脉冲电源短路放电实验
• 5.1 末级放电回路结构
• 5.2 实验波形分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢