CN101513135B - 具有输送带电极的euv等离子体放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于通过电操作放电产生EUV辐射和/或软X射线的等离子体放电灯。该所提出的灯包括至少两个电极，所述电极设置在放电空间中，彼此相距一定距离，以便形成允许所述电极之间的气体介质中的等离子体(14)的点火的间隙。金属施加设备将金属施加到所述电极的表面。这些电极由被驱动来将所述金属运送到所述间隙的输送带(15)形成，其中对于这些电极中的每一个，在所述间隙处提供整形器元件(13)以确保在该间隙处所述电极具有适当的形状和距离。能量束设备(4)适于将能量束引导到所述间隙中的所述表面中的至少一个上，至少部分地蒸发所述施加的金属，从而产生所述气体介质。利用所提出的等离子体放电灯，可以以紧凑的灯设计实现高的输入功率。

Description

具有输送带电极的EUV等离子体放电灯
技术领域
本发明涉及用于通过电操作放电产生EUV辐射和/或软X射线的等离子体放电灯，其包括：至少两个电极，所述电极设置在放电空间中，彼此相距一定距离，以便形成允许所述电极之间的气体介质中的等离子体的点火的间隙；用于将金属施加到所述放电空间中的所述电极的表面的设备；以及能量束设备，其适于将能量束引导到所述间隙中的所述表面中的至少一个上，至少部分地蒸发所述施加的金属，从而产生所述气体介质。 
在EUV平版印刷术、显微术或计量学领域中需要用于产生EUV辐射(EUV：极紫外)或软X射线的等离子体放电灯，所述EUV辐射或软X射线即约1nm-20nm的波长区域中的辐射。对于大多数应用而言，所述灯的高转换效率以及长的寿命是所希望的。 
背景技术
WO2005/025280A2中公开的EUV等离子体放电灯满足上述要求。该文献的EUV灯包括两个电极轮，所述电极轮设置在放电空间中，彼此相距一定距离，以便形成允许所述电极之间的气体介质中的等离子体的点火的间隙，这可以从图1中看出。电极轮1被可旋转地安装，并且部分地浸入到包括液态金属(例如锡)的温控浴液(bath)2中。电极轮1的材料允许通过液态锡湿润所述电极，即当通过锡浴液2围绕旋转轴3旋转时，电极轮1的表面由薄锡层所覆盖。利用脉冲激光4，将锡从所述间隙中的电极轮之一蒸发。蒸汽云向第二电极轮扩展并且在一定时间之后在这些电极轮之间形成短路。通过孤立的馈通(feed through)6连接到锡浴液2并且从而也连接到电极轮1的电容器组5发生放电，并且形成发出希望的EUV辐射的热等离子体。整个装置位于真空器皿(vessel)8内，其达到至少10-4hPa的基本真空。利用该真空，可以将来自电容器组5的较高的电压(例如2-10kV)施加到电极1，而不会引起不受控制的破坏性放电。电极轮2的表面上的锡层7在厚度方面受到接触刷(wiper)9的控制。通常将该厚度控制在0.5μm和40μm之间的范围内。为了避免蒸发的锡转移到灯的其他部分，将金属防护物10设置在灯的内部。灯的外部像反射镜那样的光学元件由设置在灯的发射侧的碎片减缓(mitigation)单元11保护。这种碎片减缓单元11允许辐射的通过并且抑制金属蒸汽的通过。该图还示意性地示出了两个加热器/冷却单元12，其用于将浴液2中的金属熔化物维持在预设的温度下。
这种EUV等离子体放电灯具有以下优点。由于锡可以用作等离子体燃料，因而获得了存储在电容器组上的能量到EUV的高转换效率。由于所述电极旋转，因而由等离子体产生的热在大的表面上扩散，这允许高的平均输入功率。所述轮上的锡层连续地再生，因而电极腐蚀不改变这些电极的形状。因此，获得了灯的非常长的寿命。用于电容器组与旋转电极轮之间的电气接触的液态锡避免了对滑动接触器或者旋转电容器组的需要。 
等离子体周围的临界区域通过旋转所述电极来冷却，这意味着输入功率与旋转频率成比例地调节。然而，由于以下原因，旋转频率是有限的。离心力促使锡向外，并且在高的旋转频率下形成液滴，即锡层剥离。这个过程可以通过例如借助于适当的接触刷9减小锡膜的厚度而转向更高的旋转频率。另一种可能是增大电极的直径，这减小了相同速度(ωR)下的离心力(ω2R)。这种解决方案的缺点在于，需要极大的轮，这既没有改善灯的机械稳定性，也没有提高灯的紧密度。 
发明内容
本发明的目的是提供用于通过电操作放电产生EUV辐射和/或软X射线的等离子体放电灯，其可以使用金属蒸汽以便产生等离子体并且允许实现针对高输入功率的更紧凑的设计。 
这个目的是利用一种提出的等离子体放电灯来实现的。该灯的有利实施例是从属权利要求的主题，并且在以下描述以及用于实现本发明的实例中进一步公开。 
所提出的用于通过电操作放电产生EUV辐射和/或软X射线的等离子体放电灯包括至少两个电极，所述电极设置在放电空间中，彼此相距一定距离，以便形成允许所述电极之间的气体介质中的等离子体的点火的间隙。所提出的等离子体放电灯进一步包括金属施加设备，其被设置成将金属施加到所述电极的表面。优选地，所述金属施加设备包括两个具有金属熔化物的容器，并且每个所述电极浸入到所述容器之一中以便将金属熔化物施加到所述电极的表面上。该金属施加设备也可以由例如一 个或若干个蒸发或喷溅设备形成或者由一个或若干个用于施加金属或金属熔化物的辊(roller)形成。在当前的等离子体放电灯中，电极由被驱动来将金属运送到所述间隙的输送带形成。对于这些电极中的每一个，在间隙处提供整形器元件以确保在间隙处电极具有适当的形状和距离。输送带在该整形器元件上移动以便将其表面上的金属运送到间隙处。所提出的等离子体放电灯进一步包括能量束设备，特别是激光器，其适于将能量束引导到所述间隙中的所述表面中的至少一个上，至少部分地蒸发所施加的金属，从而产生所述气体介质。 
利用这种输送带作为等离子体放电灯的电极，即作为阴极和阳极，可以实现紧凑的灯设计，同时针对较高的输入功率实现电极的充分冷却。 
所提出的等离子体放电灯优选地被设计成除了所述两个电极的设计和运动之外与WO2005/025280A2的等离子体放电灯类似，该文献通过引用合并于此。使用输送带而不是电极轮具有另外的优点，即它允许在机械设计方面具有更大的灵活性。例如，可以容易地通过在相应的金属浴液中在熔化的金属的表面下进行若干次通过或转动(pass or turn)来增大所述带与熔化的金属之间的接触表面。这显著地改善了所述带的冷却。 
在所提出的等离子体放电灯的一个实施例中，形成所述整形器元件来在间隙处提供弯曲的表面，其中该弯曲的表面具有充分大的最小曲率(curvature)半径以便允许所述带的高驱动速度，而没有液态金属在这些整形器元件处由于离心力而剥离的风险。由于这些整形器元件的其余部分不与输送带接触，因而可以将该部分形成为占据最小的空间。这样的整形器元件可以具有圆片段的轮廓，其例如由圆盘的截断部分形成，所述圆盘具有的厚度等于所述带的宽度或者更小。其他的弯曲形状也是可能的。因此，与旋转轮相比，这样的整形器元件可以在所述间隙处提供所述电极的大曲率半径，而不占据相同的空间。然后，将另外需要的用于引导所述带的具有小得多的曲率的偏转元件置于液态金属浴液中，或者与适当的覆盖物相结合，所述覆盖物防止液态金属膜由于离心力而引起的剥离。 
电源的电容器组与所述电极之间的电气连接可以以WO2005/025280A2中已经公开的相同方式通过液态金属浴液来实现。然而，由于上面的实施例中的整形器元件固定并且不旋转，因而到这些电 极的电气连接也可以通过这些整形器元件来实现。其优点在于，具有金属熔化物的容器可以以足够的距离彼此分开，以便允许等离子体产生的EUV辐射和/或软X射线在这个方向上发射，即所述辐射可以在这两个容器之间通过。在这种情况下，电极通过容器的电气连接可能导致该系统的不希望的高电感。 
在另一种布置中，输送带的运动平面相对于竖直平面倾斜，即相对于图2-5的纸平面倾斜，以便允许等离子体产生的EUV辐射和/或软X射线在所述容器旁边通过。 
在当前的等离子体放电灯的另外的实施例中，所述整形器元件由具有如以上实施例的较小的曲率半径的旋转辊形成。为了避免液态金属在这些整形器元件处与所述表面的剥离，在这些整形器元件相对于带的驱动方向的上方提供附加的成对冷却辊。冷却这些附加的辊，使得在所述成对的冷却辊之间通过的带的表面上的液态金属膜冷却到熔解温度以下，从而形成输送带上的固体层。利用该固体层，金属熔化物不会移动并且较高驱动速度下的离心力问题不会出现，从而即使在较高的驱动速度下，整形器元件以及冷却辊往下的其他偏转元件的曲率可以保持为小。 
当前的等离子体放电灯的输送带由一定材料制成，所述材料可以被液态金属(特别是锡)湿润并且具有充分高的耐热性以便经受灯工作期间的温度。优选地，该材料还具有高的导热性。所述带可以由例如Mo、W或Nb制成。这些带可以是闭合的或非闭合的带。在非闭合的带的情况下，对于每个带，提供了两个托辊(carrier roller)，其间向前和向后缠绕该带。 
本发明的这些和其他方面根据此后描述的实施例将是清楚明白的，并且将参照这些实施例进行阐述。 
附图说明
在下文中，通过举例的方式结合附图描述所提出的等离子体放电灯，所述附图没有限制由权利要求书限定的保护范围。在这些附图中： 
图1为现有技术EUV灯的实例； 
图2为所提出的EUV灯中的电极的设计的实例； 
图3为所提出的EUV灯中的电极的设计的另一实例； 
图4为所提出的EUV灯中的电极的设计的另一实例；以及 
图5为所提出的EUV灯中的电极的设计的另一实例。 
具体实施方式
图1的EUV等离子体放电灯已经在本说明书的引言部分中进行了描述。在以下实例中，描述了所提出的EUV等离子体放电灯的电极的设计的几个实施例，其可以用来替换图1的EUV等离子体放电灯的电极布置。该灯的另外的部件可以与该已知的灯相同，因而不结合以下实例进一步解释这些部件。 
为了实现图1的电极轮的高旋转速度——这对于更好的冷却以及相应的较高的输入功率是必要的，必须增大电极轮的半径以便避免通过离心力剥离液态金属膜。然而，利用这样的大的轮，不能实现紧凑的EUV灯。当使用作为电极的输送带与所谓的整形器元件的组合代替电极轮时，在当前的EUV灯中避免了大的轮。图2示出了这种电极设计的一个实例。整形器元件13限定了用附图标记14表示的等离子体附近的圆的小片段。因此，由图2显然可知，整形器元件13的尺寸可以相对较小，且具有大的曲率半径。代替圆的片段的是，这些整形器元件也可以具有其他种类的曲率，例如双曲线型。较小的曲率在用于引导输送带15的其他部件处是不可避免的，但是这些可以在锡浴液2中置于液体表面之下(如示为偏转轮16)，或者与覆盖物17相结合，如关于偏转轮18所示。在最后一种情况下，输送带15受到覆盖物17和偏转轮18的挤压，从而液态锡不会通过离心力剥离。整形器元件13可以与输送带具有相同的材料。 
在当前的实例中，输送带15由连接到适当的驱动电机的偏转辊18所驱动。这些输送带被引导通过包含锡浴液2的容器19，从而利用薄的锡膜湿润输送带15的表面。该膜的厚度由适当地设置在整形器元件13之上的接触刷9控制。在图2中，还示出了用于避免所述两个容器19之间的液态锡的减缓的防护物10。在该图以及后面的图中，没有绘出激光束、电容器组、加热/冷却系统以及真空器皿。如上所述，这些和其他部件可以以图1的EUV等离子体放电灯所示的相同方式来设置和设计。 
一些EUV照明系统要求使等离子体产生的EUV辐射向下，即在锡浴液2的方向上。利用图1的基于轮的系统非常难于实现这点。它可以 用图3中示出的所提出的电极设计来实现。在这种情况下，固定的整形器元件13可以用作电容器组与输送带15之间的电气接触器，使得该系统的电感不会太高。如果电流必须通过锡浴液2流到电极处，那么这种高的电感由包含锡浴液2的容器19之间的大的间隔所造成。 
在图2和图3的实例中，整形器元件13是固定的部分。图4的实施例示出了其中整形器元件13旋转的实例。在该图中，冷却辊20被提供并且用来将输送带15冷却到锡的熔点以下。利用固态锡覆盖输送带15的优点在于，可以获得所述带的高得多的驱动速度，而没有锡剥离的风险。为此目的，在驱动方向上将冷却辊20设置在第一偏转轮18之前，这可以在图4中看出。 
图2-4的示例性实施例示出了闭合的输送带15用作电极。然而，制造具有长的寿命的这种带可能是困难的。因此，可能有利的是使用缠绕到两个托辊21上的非常长的非闭合带，如图5所示。在这种情况下，输送带15的驱动方向可以在灯的照明中断时改变，例如在EUV平版印刷的情况下，在两个管芯(die)的照明之间改变。这要求每个输送带15的两个托辊21连接到或者可连接到适当的驱动电机。 
尽管在附图和前面的说明中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被视为说明性的或示例性的，而不是限制性的；本发明并不限于这些公开的实施例。例如，尽管附图暗示所述两个电极的驱动平面是相同的，但是这些驱动平面也可能不彼此平行。此外，偏转轮的数量并不限于附图中所示的数量并且可以适当地设置。也可以组合上面描述的不同实施例，例如组合图3和图4或者图4和图5的实施例。 
本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，可以根据对于附图、公开内容以及所附的权利要求书的研究理解并且实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，措词“包括”并没有排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”并没有排除复数。相互不同的从属权利要求中陈述了某些技术措施这一事实并不意味着这些技术措施的组合不可以加以利用。权利要求中的任何附图标记都不应当被视为限制了这些权利要求。 
附图标记列表 
1电极轮 
2锡浴液 
3旋转轴 
4脉冲激光 
5电容器组 
6孤立馈通 
7锡层 
8真空器皿 
9接触刷 
10金属防护物 
11碎片减缓单元 
12加热器/冷却单元 
13整形器元件 
14等离子体 
15输送带 
16锡浴液中的偏转轮 
17覆盖物 
18锡浴液外的偏转轮 
19容器 
20冷却辊 
21托辊 

Claims (15)

1.用于通过电操作放电产生EUV辐射和/或软X射线的等离子体放电灯，包括：
-至少两个电极，所述电极设置在放电空间中，彼此相距一定距离，以便形成允许所述电极之间的气体介质中的等离子体(14)的点火的间隙，
-金属施加设备，其将金属施加到所述电极的表面，
-所述电极由被驱动来将所述金属运送到所述间隙的输送带(15)形成，
-其中对于这些电极中的每一个，在所述间隙处提供在其上移动输送带(15)的整形器元件(13)以确保在该间隙处所述电极具有适当的形状和距离，以及
-能量束设备(4)，其适于将能量束引导到所述间隙中的所述表面中的至少一个上，至少部分地蒸发所述施加的金属，从而产生所述气体介质。
2.依照权利要求1的等离子体放电灯，
其中所述金属施加设备包括两个具有金属熔化物的容器(19)，并且每个所述电极浸入到所述容器(19)之一中以便将该金属熔化物施加到所述电极的表面上。
3.依照权利要求2的等离子体放电灯，
其中所述电极通过容器(19)中的所述金属熔化物电气连接到电源(5)。
4.依照权利要求1或2的等离子体放电灯，
其中所述电极通过整形器元件(13)电气连接到电源(5)。
5.依照权利要求1或2的等离子体放电灯，
其中形成整形器元件(13)以便在所述间隙处提供弯曲的表面。
6.依照权利要求5的等离子体放电灯，
其中所述整形器元件具有圆片段的轮廓。
7.依照权利要求2的等离子体放电灯，
其中容器(19)外部用于输送带(15)的偏转元件(18)设有覆盖物(17)以便避免偏转期间所述金属熔化物的剥离。
8.依照权利要求2的等离子体放电灯， 
其中引导输送带(15)在若干次转动中通过容器(19)中的所述金属熔化物。
9.依照权利要求2的等离子体放电灯，
其中分开容器(19)以便允许所述等离子体产生的EUV辐射和/或软X射线在容器(19)之间通过。
10.依照权利要求9的等离子体放电灯，
其中所述电极通过整形器元件(13)电气连接到电源(5)。
11.依照权利要求2的等离子体放电灯，
其中输送带(15)的运动平面相对于所述容器(19)的截平面倾斜，以便允许所述等离子体产生的EUV辐射和/或软X射线在所述容器(19)旁边通过。
12.依照权利要求2的等离子体放电灯，
其中提供成对的冷却辊(20)以便将通过所述成对的辊(20)到达所述间隙的输送带(15)上的所述金属熔化物冷却到该金属熔化物的熔点以下的温度。
13.依照权利要求12的等离子体放电灯，
其中整形器元件(13)是旋转辊。
14.依照权利要求1或2的等离子体放电灯，
其中输送带(15)是闭合的带。
15.依照权利要求1或2的等离子体放电灯，
其中输送带(15)是非闭合的带，其每一个在两个缠绕托辊(21)之间来回移动。 
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