CN101971709B - 气体放电源,特别是用于euv辐射的气体放电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体放电源，其用于生成EUV辐射和/或软X辐射，该气体放电源包括至少两个电极体(110，120)，其中第一电极体(110)包括可旋转安装的电极盘(100)。所述源进一步包括用于电极盘的旋转驱动器(130)、用于将目标材料的液态膜施加到电极盘(100)的径向外表面上的设备(140)以及在放电区(240)内聚焦到电极盘(100)的径向外表面以蒸发目标材料的激光器。所述源的特征在于，在所述电极体之间形成中间空间(160)，该中间空间在放电区(240)外具有＜5mm的减小的宽度，该宽度小于该中间空间在放电区中的宽度。所述源使得所生成的辐射以简单的方式通过更大的立体角发射，而没有被所述电极遮蔽。

Description

气体放电源,特别是用于EUV辐射的气体放电源

技术领域

本发明涉及一种气体放电源，特别是用于生成极紫外(EUV)辐射和/或软X辐射的气体放电源，该气体放电源包括至少两个电极体，其中第一电极体包括可旋转安装的电极盘，并且该气体放电源包括用于电极盘的旋转驱动器、用于将目标材料的液态膜施加到电极盘的径向外表面上的设备以及用于发射在放电区内被聚焦到电极盘的径向外表面上以蒸发来自液态膜的目标材料的激光束的激光器。

背景技术

在根据本发明的气体放电源构成其一部分的基于气体放电的辐射源的情况下，在电极系统中借助脉冲电流生成等离子体，在适当选择放电区中的目标材料的情况下，该等离子体可以是EUV辐射源或软X辐射源。

DE10342239A1展示了一种具有电极、电流源和冷却系统的特别结构并且使用提供目标材料的特别技术的气体放电源。图1以截面视图示出该辐射源的图形表示，其示出了在真空室2中两个可旋转安装的盘形电极1。所述电极以这样的方式布置：在关于它们的旋转轴(这些旋转轴中的每一个都连接到用于产生旋转的驱动器)自动旋转的情况下，所述电极沉浸在两个包含液态金属5(例如锡)的贮存器(reservoir)4中。该旋转使得在电极1的圆形周界上形成薄金属膜。在一定空间位置，这两个电极1形成很小的空隙，在该空隙的区域中点火(ignite)气体放电6。该点火是通过使用在电极1的圆形周界的表面上聚焦的内耦合激光脉冲7而发生的。该图进一步示出了用于减少碎片(debris)的设备8、电极1之间的金属屏9以及真空室2的壁处的外屏10。此外，示出了刮板(scraper)，借助该刮板可以调节所述电极上液态膜的厚度。所述电流源经由电容器组12和适当绝缘的到金属浴的电引线(leadthrough)13而产生。

利用该气体放电源，经历气体放电的电极表面连续再生，从而有利地电极的基础材料不遭受磨损。而且，作为电极盘穿过金属熔体旋转的结果，存在紧密的热接触，从而使得被气体放电加热的所述盘高效地将能量驱散到所述熔体。结果，所述旋转电极盘不需要单独冷却。由于电极盘与所述金属熔体之间的电阻非常低，因而非常高的电流可以经由所述熔体传输到电极盘，所述非常高的电流在气体放电中是生成适合于产生辐射的非常热的等离子体所必需的。以此方式，电流可以经由一个或多个到所述金属熔体的引线以固定的方式从外部被馈送到电极。

在该气体放电源中，所述电极盘优选地被布置在真空系统中，该真空系统达到至少10^-2Pa的基本真空。结果，来自所述电容器组的例如2-10kV的高电压可以施加到所述电极，而这不会导致不受控的电击穿。所述电击穿由激光脉冲特意触发，所述激光脉冲在所述电极盘之间最窄位置处被聚焦到所述电极之一的径向外表面上。结果，所述电极上存在的金属膜的一部分蒸发并渡过(bridge)所述电极之间的距离。电击穿发生在该位置并且出现来自电容器组的非常高的电流流量。该电流将金属蒸气加热到这样的温度：在该温度下所述蒸气被电离并且在箍缩等离子体(pinch plasma)中发射期望的辐射。

在DE102005023060A1中描述了该气体放电源的进一步发展。在该公布中，所述两个电极盘不再在它们相应的、包括金融熔体的大浴室中自由旋转。相反地，与金属熔体接触被限于所述盘周界的一部分与金属块14之间的间隙19作为相反形式(counterform)。如果该间隙足够窄，则毛细作用将导致液态金属被保留(retain)，并且甚至当它经受例如由重力引起的特定压力时，它将不会流出。图2在图示中通过实例示出所述电极系统的这种布置。在该实例中，所述金属块包括贮存器15，其包含液态金属5的供应(supply)。作为电极盘1关于它们的旋转轴3旋转的结果，间隙19中的金属在旋转的方向上向上传输，在间隙19的上端处的任何多余金属经由返回通道17回流到贮存器15中。所述旋转借助箭头表示。在该实例中，为了阻止液态金属5流出间隙19，在入口20和出口21处所述间隙被制造得特别窄。在供应通道16与返回通道17之间，间隙19可能非常适当地具有厚度为1mm的区域，以便最小化电极1与块14之间的摩擦力。原则上，在当前气体放电源的情况下，液态、导电材料的循环可以附加地由泵支持。包含液态金属的所述贮存器不一定必须位于金属决14中。可替代地，它可以是借助合适的进料管连接到金属块14的单独的容器。

所述存储电容器直接连接到金属块14，如图2所示。以此方式，建立了经由液态金属5到电极的低电阻的电连接。在本实例中，通过激光束的焦点(未示出)确定用于气体放电的源点18。这与如上面结合开始段落中描述的气体放电源解释的操作模式一致。

作为这些气体放电源的电极系统的结构的结果，其中在所述旋转电极盘之间的最窄位置的区域中生成辐射发射等离子体，所发射的辐射的散布至少部分地被电极本身阻碍。由于遮蔽效应，所述辐射不能如许多应用中所期望地简单地以2πsr的立体角散布。

本发明的目的是提供一种气体放电源，其具有不太复杂的构造且使得能够以可比的低程度的磨损也以立体角2πsr发射借助气体放电生成的辐射。

发明的公开

该目的是借助根据本发明的气体放电源实现的。所述气体放电源的有利实施例可以从下面的描述和示范性实施例中推断。

所提出的气体放电源包括至少两个电极体，其中第一电极体包括可旋转安装的电极盘。而且，所述气体放电源包括用于电极盘的旋转驱动器、用于将目标材料的液态膜施加到电极盘的径向外表面上的设备以及用于发射激光束的至少一个激光器，所述激光在放电区中被聚焦到电极盘的径向外表面上，以便蒸发来自液态膜的目标材料。所述气体放电源的特征在于，在电极体(110，120)之间形成中间空间(160)，与中间空间在放电区(240)中的宽度相比，中间空间在放电区(240)之外的宽度减小到＜5mm。所述中间空间优选地在电极体之间采取自由间隙的形式，然而它也可以部分地或完全用绝缘材料(例如陶瓷材料)填充。

根据该实施例和所述电极体的布置，可以在气体放电过程中在Paschen曲线的左手分支上发生操作，在该操作中，例如围绕电极体的气体可以展现至少1Pa的压力。在气体放电过程期间，所述电极体之间的窄间隙中的电离的气体被迅速中和(neutralized)，而在两个放电脉冲之间，放电区中和放电区之上的电离气体没有足够的可能性中和并且因此保持至少部分被电离。因此，在该放电区中，预电离保证了放电，而在所述窄间隙中闪络(flashover)或气体放电被阻止。如果所述间隙填充有绝缘材料，则该区域中的闪络是绝对不可能的。因此，与现有技术不同，所述电极必须不再被布置成使得所述放电区由所述电极盘之间的非常小的空隙的区域形成，而所述电极在所有其他位置处必须被进一步隔开。因此，所提出的气体放电源使得能够实现气体放电过程，其中与现有技术相比，由于电极体引起的遮蔽效应减小。

在一个优选实施例中，所述两个电极体被设计和布置成使得第二电极体在放电区中不在垂直于电极盘的径向外表面的方向上伸出电极盘之上。对于电极盘来说，特别优选的是在放电区中在垂直于其径向外表面的方向上伸出第二电极体之上。以此方式，有利地实现所述辐射生成等离子体可以以2πsr或更大的立体角发射辐射。

已经发现，在电极系统的这样的实施例中，经由所述两个电极体之一提供目标材料以便操作气体放电源是完全足够的。在本发明的气体放电源的情况下，该提供经由吸收(take up)液态目标材料的旋转电极盘而发生。在这种情况下，第二电极体可以被设计成完全固定的。

在一个优选实施例中，第二电极体横向包围第一电极体。例如，第二电极体可以在面对放电区的部分中包括间隙以用于允许电极盘通过，并且在其他方面被设计成优选地关于第一电极体旋转对称。第二电极体可以是例如圆顶状的。

上述实施例使得能够形成内部第一电极体，其中用于吸收目标材料的旋转电极盘被布置在其径向外表面处，并且该第一电极体被外部第二电极体横向包围，由此形成所述间隙，例如具有所述小间隙尺寸的间隙。所述内部第一电极可以例如用作电极系统的阴极，并且所述外部第二电极用作电极系统的阳极。所述两个电极体之间的间隙的所述小尺寸可以在放电区的位置处有利地增加。

在所提出的气体放电源中，可以如在开始段落中提及的两个申请DE10342239A1和DE102005023060A1中所述设计旋转电极盘以及用于将目标材料的液态膜施加到电极盘的径向外表面上的设备。在其中所提及的一种情况下，电极盘部分地浸入在包含液态目标材料的容器(receptacle)中，以便被该目标材料的薄膜湿润。在另一种情况下，该电极盘的周界的一部分被金属块包围，经由该部分周界，可以将液态目标材料提供到金属决与电极盘之间的间隙中，以便以相同方式利用液态金属膜湿润电极盘。所述电极盘优选地被作为第一电极体可旋转地安装在所述金属块中。在两个实施例中，可以通过与上述印刷公布相同的方式提供一个或多个刮板，以便限制电极盘的径向外表面上所述薄膜的厚度。此外，可以借助冷却设备使液态目标材料的供应保持在目标材料熔点以上的期望的温度。而且，电极盘的电接触可以经由金属熔体以相同的方式发生，从而使得对于能量供应来说不需要活动部件。当然，也可以使用用于将目标材料提供到电极材料的径向外表面的其他实施例，如上述印刷公布所述。而且，优选地也借助冷却系统使所述电极保持在例如正好在目标材料的熔点以上的温度。

所述两个电极体位于真空容器中，其中保持了适用于操作气体放电源的惰性气体或工作气体的压力。所述压力被选择成使得在Paschen曲线的左手分支上发生气体放电源的操作。以此方式，阻止了在这两个电极体之间的所述窄间隙中的气体放电。电极盘的旋转驱动器的电机(motor)被优选地布置在真空容器外并且经由合适的无润滑剂的带驱动电极盘。该带应当针对超过250℃来设计并且可以由例如金属制成。

作为气体放电源操作的结果，金属材料连续地从电极盘移除，并且例如也沉积在第二电极体的表面上。该材料的移除可以例如通过气体放电本身的溅射效应、通过将该材料排干或通过由于足够高的表面温度引起的蒸发来进行。在另一个实施例中，第二电极体包括一个或多个与放电区一样远地延伸的可旋转部件。沉积在这些可旋转部件上的任何材料随后通过这些部件的旋转而从放电区移除，并且可以例如通过合适的刮板在另一个位置被移走。

附图说明

下文将在不限制由本专利的权利要求给出的保护范围的情况下，借助示范性实施例并参照附图描述所提出的气体放电源。

在附图中：

图1是根据现有技术水平的已知气体放电源的示意图；

图2示意性示出根据现有技术水平的另一个已知气体放电源；

图3以两个视图示意性示出所提出的气体放电源的实施例的一个实例；

图4示意性示出所提出的气体放电源的实施例的另一个实例；以及

图5示意性示出所提出的气体放电源的可能实施例的另一个实例。

具体实施方式

在开始段落中已经解释了图1和2中所示的根据现有技术的气体放电源。所述气体放电源的电极系统的结构和操作导致其中发射所产生的辐射的立体角明显减小。借助所提出的气体放电源，可以明显增大该立体角。

例如，图3以90°穿过电极系统所取的两个截面图示出所提出的气体放电源的可能实施例的第一实例。外部部件(比如液态目标材料的处理、电容器组或电极盘(下文中也被称为阴极轮)的驱动器)中的每一个仅仅以图示的方式表示一次。在气体放电源的该非常有利的实施例中，仅仅所述阴极被配置成可旋转的阴极轮100，其可旋转地安装在阴极体110中。经常地利用借助用于提供液态锡的设备140提供的薄锡膜来湿润借助旋转驱动器130驱动的阴极轮100。

该用于提供液态锡的设备140可以是在阴极体110中形成的锡贮存器，阴极轮100部分地浸入到该贮存器中。此外，阴极体110可以可替代地采取金属块的形式，如DE102005023060A1所述，其围绕阴极轮的周界的一部分，由此形成中间间隙，并且其至少包括到中间间隙的供应通道以便经由中间间隙将液态锡提供给阴极轮100的径向外表面。

阴极体110被阳极体120横向包围，在该实例中，该阳极体被设计成圆顶状。在上侧，该阳极体120形成间隙以允许阴极轮100通过，如图3所示。除了向上伸出的阴极轮100的区域之外，阳极体120与阴极体110被设计成关于轴150旋转对称，使得在阳极体120与阴极体110之间形成窄间隙160(在该情况下为2nm宽)。

阳极体110和阴极体120可以借助例如陶瓷环170而相对于彼此绝缘。该环可以同时与包围电极系统并且在该图中没有示出的真空容器形成接口。此外，如果所述两个电极体借助绝缘体环180而相对于真空容器本身绝缘，则可能是有利的。因此，阻止了放电电流的一部分从电极流到真空容器的壁。

用于蒸发来自阴极轮100的径向外表面的少量锡的激光脉冲190例如可以如图3所示地从上向下直接发射。从阴极流到阳极的电流借助电极体上的用点表示的等离子体产生，然而该等离子体也作为锡蒸气的结果而由电极空间中电离的气体形成。倘若阴极轮100像在该实例中的情况那样在其最高位置处伸出阳极体120轮廓之上，则整个上半部分空间中所产生的EUV辐射不被电极遮蔽。

当然，该电极系统也可以以不同方式进行空间布置或取向，使得相应的半空间被照射。原则上，所述电极可以布置在任何方向上，从而使得所述辐射也可以在任何空间方向上使用。

为电极提供大约10-20kA脉冲电流的能量存储器可以例如由电容器组200中并联布置的多个电容器构成。这些电容器被有利地以环形非常靠近阴极和阳极而布置，以便实现低电感过渡。

借助位于真空容器外的电机有利地驱动阴极轮100。在如图3所示的布置的情况下，旋转方向必须因此转向例如90°。由于真空中无润滑剂的齿轮的磨损，斜交轴锥齿轮(angular gear)是不合适的。因此，对于所述驱动器，有利地使用被设计成承受250℃以上的温度的齿形带或类似结构。因此，例如，一个或两个盘220可以附接到阴极轮100的轴210，所述盘展示出一行向外径向延伸的引脚(pin)。对于所述驱动带，随后可以利用例如设有孔的薄金属带，其在盘220上运行并且经由所述引脚驱动该盘。所述带与位于真空容器外的旋转驱动器130的电机连接。旋转轴210的轴承可以包含在例如电极体的区域中，作为真空密封。在这种情况下，具有所述驱动带的盘220也位于真空外。

为了实现在阴极轮100暴露到激光脉冲190的辐射下以及锡的关联的烧熔之后产生流向阳极的电流，导电的等离子体必须在所述电极之间产生(develop)或者已经存在于所述电极之间。倘若所述真空容器包含例如几Pa的低压气体，那么该气体自动通过气体放电源的操作而被电离。由于阳极体110与阴极体120之间的例如2mm的小距离，该电离的气体将在彼此相对地位于该间隙中的阳极120与阴极110的壁处在两个放电脉冲之间重新结合。在电极之上的区域中，到电极体的壁的距离增加，从而至少在＞1kHz的高脉冲重复率下不可能发生完全的重新结合。鉴于此，正好从每个后续的放电脉冲或激光脉冲开始，用于电流传输的导电的等离子体是可用的。可以设置的其他适当的参数是例如气体压力、气体类型或用于气体放电源的最佳操作的重复频率。此外，也可以借助用于预电离的设备例如使用DC放电或高频放电连续地保持放电区240中的等离子体。所述高频放电也可以以脉冲的方式发生并且在时间上适当地与电容器的充电且与激光脉冲同步。该放电可以具有附加的特征：作为溅射的结果，沉积在所述固定阳极上的锡再次被移除，使得仅仅形成例如数十微米的恒定厚度的“保护膜”。

图4示出所提出的气体放电源的另一个可能的实施例。在该图中，也示出了其中安装了阴极轮100的阴极体110，在这种情况下，所述阴极体包括锡贮存器250，阴极轮100的一部分被浸入在该锡贮存器中。在放电区240下面的区域中，阴极体110被阳极体120横向包围。在垂直于其径向外表面的方向上，阴极轮100在发生放电的区域240中伸出阳极体之上，如图所示。同样在该实例中，阳极体和阴极体被设计成旋转对称，例外的是阴极轮100的区域。该图还示出了环状布置的电容器组200。在该实例中，中间板260布置在阳极体120之上。该中间板260设有用于允许阴极轮100通过的中心间隙和至少一个钻孔。这些钻孔用于规定在阴极与阳极之间用于电流路径的轨道。在该图的左下部分，示出了该中间板260的平面图，其中示出了单独的钻孔、阴极轮100通过的间隙和电流路径270。中间板260由金属制成，然而在这种情况下，它应当相对于其他部件绝缘。在该图中，这是借助绝缘体环290实现的。

图5示出所提出的气体放电源的另一个可能的实施例。该结构与图4中所示的结构相似，特别是在阴极的形状方面。然而，在该实例中，阳极体120在放电区240附近的上部区域中包括两个与放电区240一样远地延伸的阳极轮280。借助这些旋转阳极轮280，可以运走通过激光和放电从阴极移除的且沉积在其他表面上的锡，并且可以实现对阳极的高效冷却。在该图中，没有示出用于从阳极轮280移除锡的驱动机构和装置。

附图的文字说明

1电极盘

2真空室

3旋转轴

4贮存器

5液态金属

6气体放电

7激光脉冲

8用于减少碎片的设备

9金属屏

10屏幕

11刮板

12电容器组

13电引线

14金属块

15贮存器

16供应通道

17返回通道

18源点

19间隙

20入口

21出口

100阴极轮

110阴极体

120阳极体

130旋转驱动器

140用于提供液态锡的设备

150轴

160间隙

170陶瓷环

180绝缘体环

190激光脉冲

200电容器组

210轴

220盘

240放电区

250锡贮存器

260中间板

270电流路径

280阳极轮

290绝缘体环

Claims (14)

1.气体放电源，该气体放电源至少包括：

-两个电极体(110，120)，其中第一电极体(110)包括可旋转安装的电极盘(100)，

-用于电极盘(100)的旋转驱动器(130)，

-用于将目标材料的液态膜应用到电极盘(100)的径向外表面上的设备(140)，以及

-用于发射激光束(190)的激光器，所述激光束在放电区(240)中被聚焦到电极盘(100)的径向外表面上，以便蒸发来自液态膜的目标材料，

特征在于，在电极体(110，120)之间形成中间空间(160)，与中间空间在放电区(240)中的宽度相比，中间空间在放电区(240)之外的宽度减小到＜5mm。

2.如权利要求1所述的气体放电源，其特征在于，第二电极体(120)在放电区(240)中不在垂直于电极盘(100)的径向外表面的方向上伸出电极盘(100)之上。

3.如权利要求2所述的气体放电源，其特征在于，电极盘(100)在放电区(240)中在垂直于其径向外表面的方向上伸出第二电极体(120)之上。

4.如权利要求1-3中任一项所述的气体放电源，其特征在于，第二电极体(120)横向包围第一电极体(110)。

5.如权利要求4所述的气体放电源，其特征在于，第二电极体(120)在面对放电区(240)的一部分中包括间隙以用于允许电极盘(100)通过，并且另外地被设计成关于第一电极体(110)旋转对称。

6.如权利要求4所述的气体放电源，其特征在于，第二电极体(120)是圆顶状的。

7.如权利要求1-3中任一项所述的气体放电源，其特征在于，旋转驱动器(130)包括带，电机(230)经由该带驱动电极盘(100)。

8.如权利要求1-3中任一项所述的气体放电源，其特征在于，电极体(110，120)被布置在真空容器中，其中设置了≥1Pa的气压。

9.如权利要求1-3中任一项所述的气体放电源，其特征在于，中间空间(160)被设计成电极体(110，120)之间的间隙。

10.如权利要求1-3中任一项所述的气体放电源，其特征在于，中间空间(160)部分地或完全地填充绝缘材料。

11.如权利要求1-3中任一项所述的气体放电源，其特征在于，在放电区(240)的位置处，中间板(260)被布置成具有用于允许电极盘(100)通过的缝隙和用于规定电极体(110，120)之间的电流路径(270)的一个或多个孔。

12.如权利要求1-3中任一项所述的气体放电源，其特征在于，第二电极体(120)被设计成固定的。

13.如权利要求1-3中任一项所述的气体放电源，其特征在于，第二电极体(120)包括一个或多个延伸直到放电区(240)的可旋转部件(280)。

14.如权利要求1-3中任一项所述的气体放电源，其特征在于，所述放电源包括用于预电离放电区(240)中存在的气体的设备。

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