一种Xe介质毛细管放电检测用光源的主脉冲电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及Xe介质毛细管放电13.nm极紫外光源检测技术，具体涉及Xe介质毛细管放电检测用光源的电源。
【背景技术】
[0002]为了实现我国超大规模集成电路的跨越式发展，国家将2020年实现45nm?22nm刻线作为我国微电子产业的中长期发展规划，并由此制定了国家科技重大专项02专项。过去的几十年，微电子产业迅速发展，集成电路最小特征尺寸决定了一个晶片上所能集成的晶体管数量，也决定了集成电路运行速度和存储容量。光刻技术作为集成电路的技术基础，是决定集成电路发展速度的一个重要因素。光刻机分辨率的物理极限R决定了集成电路的最小特征尺寸，光刻机分辨率的物理极限R决定了集成电路的最小特征尺寸，可以通过分辨率增强技术减小工艺因子kp或者减小光刻机曝光波长λ，或者提高数值孔径NA的方法，提高光刻机分辨率R。其中，减小光刻机曝光波长是主要方法之一。极紫外光刻技术采用13.5nm(2%带宽)福射光作为曝光光源，是最有可能实现16nm节点甚至以下的下一代光刻技术之一。
[0003]Xe介质毛细管放电检测用光源要求电源电压20kV?30kV，电流20kA?40kA，脉宽100ns，重复频率1kHz。高电压、大电流、窄脉宽和高重复频率对电源提出了非常高的要求，在这一技术中，开关是脉冲功率系统的关键部分，它分布在脉冲电源的各个环节，直接影响到脉冲形成和脉冲压缩的质量以及整个脉冲电源的性能。脉冲功率技术的发展很大程度上依赖于开关元件的发展。对于大多数的脉冲电源来说，输出功率等级、重复频率及寿命都是由开关的性能决定的。另外，输出脉冲波形及脉冲与脉冲之间的稳定性也依赖于开关的表现。传统的高功率脉冲技术常用的是气体火花间隙开关，这种开关是根据一定压强气体的击穿特性来完成开关动作的，它广泛应用于基于MARX发生器的高功率脉冲电源中，也常用作脉冲电源最后对负载的放电开关，这种开关虽然开关时间在纳秒量级，但由于气体击穿后恢复时间较长，很难满足重复频率脉冲功率技术的要求，另外由于电极烧蚀问题，它寿命短工作时间不能很长，因此气体火花开关适合在较低重复频率下运行。随着脉冲功率技术向着高重复频率，长寿命，装置紧凑小型可移动化的方向发展，越来越多的固态开关已经取代了气体火花开关。固态开关的不断发展也极大地改变了脉冲功率技术的概念及其应用领域，固态开关包括半导体开关以及磁开关等。
[0004]半导体开关的开通、关断主要依靠多数载流子的定向移动及消散来完成。目前，脉冲功率领域应用于通断脉冲高压、电流的半导体开关主要包括:FST(快恢复晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、IGCT(集成门极换流晶闸管)、SOS (半导体开断开关)、DBD (延迟阻尼二极管)、RSD(反向导通双晶复合管)、FID(快速电力晶体管)、DSRD(漂移阶跃恢复二极管)、SITH(静态感应晶闸管)。随着功率性能的不断提高，半导体开关已经越来越多地应用于脉冲电源中，并且半导体开关结构紧凑，体积小，已成为紧凑型脉冲电源的首选，但半导体开关耐压通流能力差，不能在大功率下运行，并且控制速度较慢、控制精度不够高，不能满足Xe介质毛细管放电检测用光源的要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决常规13.5nm极紫外电源无法满足Xe介质毛细管放电检测用光源的要求的问题，提供一种Xe介质毛细管放电检测用光源的主脉冲电源。
[0006]本发明所述的一种Xe介质毛细管放电检测用光源的主脉冲电源，包括初级充电电路1、中间储能脉冲形成电路2和脉冲压缩电路3，三相交流电源通过一号变压器P与初级充电电路I连接，初级充电电路I采用交流调压的充电电路，所述初级充电电路I为中间储能脉冲形成电路2充电，该中间储能脉冲形成电路2采用储能电容CO实现储能，中间储能脉冲形成电路2的输出端通过二号变压器PT将能量传递给脉冲压缩电路3，该脉冲压缩电路3通过磁脉冲压缩网络对脉冲进行压缩陡化，最终在负载上形成所需的脉冲。
[0007]所述的初级充电电路I包括调压模块1-1、接触调压器1-2、高压变压器1-3、整流桥1-4、分压器1-5和控制模块1-6，调压模块1-1的输入端连接三相交流电源，调压模块1-1的输出端连接接触调压器1-2的输入端，该接触调压器1-2的输出电压经高压变压器1-3升压后，通过整流桥1-4对中间储能脉冲形成电路2中的储能电容CO充电，分压器1-5与该储能电容CO并联，分压器1-5的采样信号输出端连接控制模块1-6的电压采样信号输入端，该控制模块1-6的控制信号输出端连接调压模块1-1的控制信号输入端。
[0008]所述的中间储能脉冲形成电路2包括储能电容CO、一号开关K1、电感L、二极管D、二号开关K2和一号电容Cl，储能电容CO、一号开关Kl、电感L和二极管D依次串联，构成串联支路，该串联支路与二号开关K2并联，且储能电容CO与二号开关K2的公共端接地，该二号开关K2的一端连接一号电容Cl的一端，一号电容Cl的另一端与二号开关K2的另一端为中间储能脉冲形成电路2的输出端。
[0009]所述的脉冲压缩电路3包括二号电容C2、三号电容C3、四号电容C4、一号可调电感MSl、二号可调电感MS2和三号可调电感MS3，二号电容C2的一端连接一号可调电感MSl的一端，该一号可调电感MSl的另一端同时连接三号电容C3的一端和二号可调电感MS2的一端，该二号可调电感MS2的另一端同时连接四号电容C4的一端和三号可调电感MS3的一端，该三号可调电感MS3的另一端和四号电容C4的另一端作为所述的电源的输出端，且所述的二号电容C2的另一端、三号电容C3的另一端和四号电容C4的另一端均接地，且二号电容C2的两端分别连接二号变压器PT的一对输出端。
[0010]本发明所述的一种Xe介质毛细管放电检测用光源的主脉冲电源，在单脉冲条件下，主脉冲电压峰值18.0kV、电流幅值15.6kA，半波宽120ns，均满足设计指标，配合相匹配的预脉冲电源，能够满足Xe介质毛细管放电检测用光源的要求。
【附图说明】
[0011]图1为实施方式一所述的一种Xe介质毛细管放电检测用光源的主脉冲电源的电路结构图；
[0012]图2为实施方式二中的初级充电电路I的电路结构图；
[0013]图3为实施方式五中的中间储能脉冲形成电路2的电路结构图；
[0014]图4为实施方式六中的脉冲压缩电路3的电路结构图；
[0015]图5为本发明所述的一种Xe介质毛细管放电检测用光源的的原理框图；
[0016]图6为单脉冲断路负载放电时预脉冲电压波形；
[0017]图7为Xe气流量0.7sccm、放电频率10Hz条件下，预脉冲的电压波形图；
[0018]图8为Xe气流量0.7sccm、放电频率10Hz条件下，预脉冲的电流波形图；
[0019]图9为电源主脉冲的电压和电流波形图。
【具体实施方式】
[0020]【具体实施方式】一:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种Xe介质毛细管放电检测用光源的主脉冲电源，包括初级充电电路1、中间储能脉冲形成电路2和脉冲压缩电路3，三相交流电源通过一号变压器P与初级充电电路I连接，初级充电电路I采用交流调压的充电电路，所述初级充电电路I为中间储能脉冲形成电路2充电，该中间储能脉冲形成电路2采用储能电容CO实现储能，中间储能脉冲形成电路2的输出端通过二号变压器PT将能量传递给脉冲压缩电路3，该脉冲压缩电路3通过磁脉冲压缩网络对脉冲进行压缩陡化，最终在负载上形成所需的脉冲。
[0021 ] 如图1所示，本实施方式所述的主脉冲电源分为初级充电电路1、中间储能脉冲形成电路2和脉冲压缩电路3三个部分。初级充电电路I采用交流调压的充电方式，中间储能脉冲形成电路2由谐振式倍压电路及脉冲变压器组成，脉冲压缩电路3采用三级磁脉冲压缩的方式。电源工作过程为:三相交流电经升压整流后为大的储能电容CO充电，然后大的储能电容CO对一号电容Cl谐振充电，将一部分能量转移给一号电容Cl，一号电容Cl再通过升压脉冲变压器将能量传递给脉冲压缩电路3的二号电容C2，进而通过磁脉冲压缩网络对脉冲进行压缩陡化，最终在负载上形成所需的脉冲。该主脉冲电源配合相应的预脉冲电源，用在Xe介质毛细管放电检测用光源上，光源脉冲幅值、脉宽等各项指标均满足检测光源的要求。
[0022]【具体实施方式】二:结合图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种Xe介质毛细管放电检测用光源的主脉冲电源的进一步限定，本实施方式中，所述的初级充电电路I包括调压模块1-1、接触调压器1-2、高压变压器1-3、整流桥1-4、分压器1-5和控制模块1-6，调压模块1-1的输入端连接三相交流电源，调压模块1-1的输出端连接接触调压器1-2的输入端，该接触调压器1-2的输出电压经高压变压器1-3升压后，通过整流桥1-4对中间储能脉冲形成电路2中的储能电容CO充电，分压器1-5与该储能电容CO并联，分压器1-5的采样信号输出端连接控制模块1-6的电压采样信号输入端，该控制模块
1-6的控制信号输出端连接调压模块1-1的控制信号输入端。
[0023]初级充电电路I为储能电容CO充电到5kV，由于最终电源输出单个脉冲的能量为60?80J，考虑到后面脉冲压缩环节能量损耗，储能电容CO每次向后面环节提供100J的能量，储能电容CO初始储存的能量为1500J，则选取储能电容CO为120 μ F。因此，高压直流充电环节为120 yF的储能电容CO充电到5kV。由于电源输出的脉冲最高重复频率为200Hz，储能电容CO每次向后级环节供电100J，可知高压直流充电环节的功率为20kW。
[0024]电源的初级充电方式主要有恒压充电和恒流充电。恒压充电是利用高压直流电源通过大功率的限流电阻对电容进行充电。与恒压充电方式相比，恒流充电方式无限流电阻，直流电源直接对电容充电，充电效率高且充电速度快，但恒流充电原理和结构复杂，在大功率充电领域技术不成熟，而且都只是在一定范围内近似地恒流充电。本实施方式采用由大功率接触器及晶闸管智能控制模块组成的交流调压式近似恒流充电的方法。通过调节储能电容CO上的电压上升速度，从而控制充电电流的变化以实现一种准恒流充电的方式。
[0025]采用大功率的接触调压器1-2对电压在较大范围内调节，利用调压模块1-1对电压在小范围内调节。首先调解接触调压器1-2到某一定值，而后利用调压模块1-1对充电电压进行小范围内的精调。接触调压器1-2输出电压经高压变压器1-3升压后通过三相全桥整流电路对储能电