CN118140598A - 高亮度激光等离子体光源及产生和收集辐射的方法 - Google Patents

Abstract

一种激光等离子体光源，包括真空室(1)、旋转靶组件(2)，其将靶(3)供应给具有聚焦激光束(5)的相互作用区(4)。靶是靶组件的环形槽的表面上的熔融金属层。短波长辐射的输出光束(7)离开相互作用区经过碎片减缓装置(12‑16)到达光学收集器(8)。靶的线速度优选不小于100m/s，并且将在相互作用区中靶的线速度矢量引导到穿过相互作用区和旋转轴(6)的平面(18)的一侧上，而聚焦激光束和输出光束位于所述平面的另一侧上。

Description

高亮度激光等离子体光源及产生和收集辐射的方法

相关申请的交叉引用

本专利申请是2020年11月19日提交的美国专利申请序列号16/952,587的部分续案申请，后者是2020年1月27日提交的美国专利申请序列号16/773,240的部分续案申请，后者是2019年8月8日提交的美国专利申请序列号16/535,404的部分续案申请，后者是2018年8月14日提交的美国专利申请16/103,243的部分续案申请，具有2017年11月24日提交的俄罗斯专利申请RU2017141042的优先权，本申请还要求2021年11月4日提交的俄罗斯专利申请RU2021132150的优先权，所有这些均通过引用其全部并入本申请中。

技术领域

本发明涉及设计为产生波长约0.4至200nm的软X射线、极紫外(EUV)和真空紫外(VUV)辐射的高亮度激光等离子体(LPP)光源，其提供高效的碎片减缓以确保光源及其集成设备长期运行，以及涉及产生和收集大立体角辐射的方法，其中发射等离子体区域的图像无像差地传输到光学收集器的远程焦点中。

背景技术

产生包括X射线、EUV和VUV的短波长辐射的高亮度光源用于许多领域：显微镜检查、材料科学、生物医学和医学诊断、材料测试、晶体和纳米结构分析、原子物理和光刻。这些光源是现代高科技生产分析的基础，也是开发基于它们的新材料和新产品的主要工具之一。

使用激光等离子体这些光谱范围内的光产生最有效。在光产生过程中，产生副产物碎片颗粒，其会使包括位于光源附近的一个或多个反射镜的光学收集器的表面劣化。碎片可以是高能离子、中性原子和靶材的团簇的形式。微滴和粒子在收集器反射镜上的沉积降低其反射，而高速粒子会损坏收集器反射镜，并可能损坏位于收集器反射镜下游的光学系统的其他部件。这决定了开发高亮度短波长光源与高效碎片减缓的相关性。

在2018年10月22日公开的专利RU2670273、2019年4月26日公开的RU2709183和2021年2月20日公开的RU2743572中，提出了一种基于快速旋转液态金属靶开发高亮度短波长LPP光源的新方法，其通过将碎片颗粒的液滴部分重新引导远离光学收集器和激光束的输入窗口提供了高效的碎片减缓。

在这些LPP光源中，已经使用了基于多层法向入射镜的光学收集器。然而，这种法向入射镜允许收集由反射镜反射的波长依赖性定义的相对较窄的光谱带中的短波长辐射。例如，当使用锡或含锡合金作为靶材时，等离子体在约13.5nm的光谱带中最有效地辐射，而当等离子体辐射的全光谱带为约6-7nm时，镜面反射带仅为0.54nm。基于法向入射镜的光学收集器的另一个缺点是将大收集角的要求与高效碎片减缓相结合的复杂性。在大收集角的情况下，碎片减缓装置放置的区域具有受限的尺寸，这对其效率产生了不利影响。此外，如果需要在中间焦点中获得尺寸接近发射等离子体的尺寸的光源图像，则必须使用制造上高度复杂且昂贵的非球面反射镜作为法向入射收集器反射镜，其制造复杂性和价格随着反射镜尺寸的增加而不成比例地增长。

这些缺点在由串联布置的两个椭球镜单元组成的光学收集器中得到克服，从2003年5月20日公开的美国专利6,566,668中知悉，这种光学收集器用于放电等离子体(DPP)EUV光源。

该光源使用仅基于保护性气体逆流(下文称为保护性气流)的碎片减缓装置，这种装置在保护光学收集器不受由于源电极侵蚀而形成的碎片颗粒影响方面效率较差。此外，电极侵蚀显著降低DPP光源的寿命。DPP光源的另一个缺点是相对低的脉冲重复频率(几千赫兹)，这显著限制了这种光源的应用领域。此外，DPP光源的一个严重缺点在于辐射等离子体区域相对较大的尺寸(超过200μm)。首先，这阻碍了光源的高亮度的实现，其次，对于一系列应用，特别是对于X射线和EUV显微镜来说，这是无法接受的。

发明内容

因此，需要消除上述缺点。特别地，需要软X射线、EUV和VUV辐射的改进LPP光源，其是紧凑的，并且使用设计相对简单的宽带大收集角光学收集器提供高效的、优选几乎完全的碎片减缓。

需求通过独立权利要求的特征满足。从属权利要求描述了本发明的实施例。

根据本发明的一个实施例，提供了一种产生和收集辐射的方法，包括：在靶的离心力的作用下，在旋转靶组件中实施的环形槽的表面上形成熔融金属层，靶表面面向旋转轴；通过穿过碎片减缓装置的聚焦激光束以脉冲重复频率(特别地高脉冲重复频率，例如高于1或10kHz)照射靶；在相互作用区中产生激光等离子体并使短波长辐射的输出光束离开而经过碎片减缓装置进入光学收集器中。

在该实施例中，靶优选以线速度(例如不小于100m/s的高线速度)旋转，使得导致大部分喷射的碎片颗粒、特别是大部分碎片颗粒的液滴部分和相互作用区中靶的线速度矢量在穿过相互作用区和旋转轴的平面一侧上引导，同时提供对靶的照射和从激光等离子体收集辐射，使得聚焦激光束和输出光束位于所述平面的另一侧上。例如，术语“大部分”可指超过50％、70％、90％或甚至超过99％或99.9％的碎片颗粒的液滴部分。

在本发明的优选实施例中，估计(例如计算)来自相互作用区的碎片喷射率的空间分布，并且在碎片喷射率较低的空间区域中选择聚焦激光束和输出光束两者的通过方向。这些区域可以是在其中碎片喷射率低于其余空间区域的区域。

在本发明的优选实施例中，选择聚焦激光束和输出光束两者通过的空间区域，使得在所述空间区域中碎片颗粒的液滴部分的喷射率比碎片颗粒的液滴部分的最大喷射率小至少10⁴倍。

在本发明的优选实施例中，短波长辐射通过由串联布置的两个椭球镜单元组成的光学收集器收集，光学收集器以由所述单元的设计确定的比例将发射等离子体区域的图像优选无畸变地传输到第二椭球镜单元的第二焦点中，而第一椭球镜单元的第二聚焦点位于第二椭球镜单元的第一焦点中。

在一个实施例中，沿短波长辐射的整个路径为光学收集器提供碎片减缓。

在本发明的优选实施例中，通过一种或多种碎片减缓技术提供碎片减缓，碎片减缓技术包括保护性气流、磁减缓、箔捕集器、碎片防护装置、对于短波长辐射(例如，波长小于200nm或120nm)很大程度上透明的膜(透明度超过60％)中的至少一种。

在本发明的优选实施例中，靶以不小于3000g的离心加速度旋转，其中g是重力加速度，靶表面平行于旋转轴。

另一方面，本发明涉及一种激光等离子体光源，包括：真空室和将靶供应到相互作用区中的旋转靶组件。脉冲激光束聚焦到靶上，靶是在旋转靶组件中实施的环形槽的表面上的熔融金属层，其中靶表面面向靶组件的旋转轴。激光等离子体光源还包括光学收集器和碎片减缓装置。碎片减缓装置配置为使聚焦到靶上的脉冲激光束通过，并使离开聚焦激光束和靶之间的相互作用区的短波长辐射的输出光束传到光学收集器。

光源，特别是旋转靶组件，可以配置为以线速度旋转靶，使得靶在相互作用区中的线速度矢量在穿过相互作用区和旋转轴的平面的一侧上引导，而聚焦激光束和输出光束位于所述平面的另一侧上。线速度可以足够高，使得将从相互作用区喷射的大部分碎片颗粒的液滴部分引导到线速度矢量引导到的平面的同一侧。线速度优选不小于100m/s。

在本发明的优选实施例中，靶在至少3000g的离心加速度下形成，并且靶的表面平行于旋转轴。

在本发明的优选实施例中，光学收集器包括沿输出光束的路径串联布置的两个椭球镜单元。碎片减缓装置可以沿短波长辐射的整个路径位于光学收集器中。

在本发明的优选实施例中，相互作用区位于第一椭球镜单元的第一焦点中，第二椭球镜单元的第一焦点位于第一椭球镜单元的第二焦点中。

在本发明的实施例中，第二椭球镜单元比第一椭球镜单元小几倍、小2到15倍，光学收集器的放大率优选接近1，例如0.8到1.2。

特别地，收集器反射镜的表面的材料选自包括以下或由以下组成的组：Mo、Ru、Rh、Pd、U、Ni、W、Fe、Nb、Al、Si、Co和BN。

在一个实施例中，碎片减缓装置包括椭球镜单元之间的保护性气流。

在一个实施例中，每个椭球镜单元包括一组嵌套的至少两个椭球镜。

在一个实施例中，碎片减缓装置包括位于收集角外的光学收集器的轴上的碎片防护装置。

在本发明的优选实施例中，碎片减缓通过以下技术中的一种或多种提供：保护性气流、磁减缓、箔捕集器、由属于包括或由碳纳米管、Ti、Al、Si、Zr、Si、BN组成的组的材料制造的膜。膜可以配置为对短波长辐射很大程度上透明(例如>70％、80％或90％)。

在一个实施例中，膜可以进一步配置为气锁，将压力不同的体积分开以提供保护性气流。

本发明的技术效果可以包括软X射线、EUV和VUV辐射的紧凑型高亮度高稳定光源的平均功率、所收集辐射的光谱范围、碎片减缓效率和使用寿命显著增加。

在本发明的优选特征和所实现的技术效果之间可能存在以下因果关系。

在具有快速旋转液态金属靶的LPP光源中使用具有两个椭球镜单元的光学收集器允许(与使用多层法向入射镜相比)，首先，显著增加短波长辐射的收集的立体角(收集角)，其次，显著扩展所收集辐射的光谱范围；第三，将等离子体光源的图像无像差地传输到中间焦点或远程焦点。

光学收集器的收集角和光谱范围的增加导致LPP光源的输出功率显著(几倍)增加。此外，在光学收集器中使用掠入射镜允许增加输出光束路径中碎片减缓装置布置的区域，从而延长光学收集器的使用寿命。

此外，在光学收集器中使用掠入射镜可以增加碎片减缓装置沿输出光束的传播路径放置的区域，从而延长光学收集器的使用寿命。

所有以上在实际所有应用中提供改善高亮度LPP光源的操作效率。

本发明的实施例结合了基于激光等离子体和快速旋转靶的光源与基于掠入射镜的光学收集器的优点。实际上，发明人已经发现，各种类型的LPP光源中收集器光学器件污染中的关键角色属于以相对低的速度从相互作用区喷射的碎片颗粒的液滴部分，根据本发明的实施例其有效减缓，由于快速靶旋转(数百Hz以超过100m/s的线速度)，重新引导液滴的绝大多数部分侧向远离光学收集器和激光束的输入窗口。同时，基于掠入射镜的光学收集器在宽立体角(高达立体弧度的十分之几)和宽光谱范围(高达几十纳米)内提供短波长辐射的高效收集，并使反射镜能够高效地抵御所有类型的碎片颗粒。

本发明的优点和特征将从以下参考附图以示例方式给出的示例性实施例的非限制性描述而更明显。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方案，其中：

图1是根据实施例的具有由两个椭球掠入射镜单元组成的光学收集器的高亮度LPP光源的示意图，

图2是根据实施例的高亮度LPP光源的简化示意图，

图3示出了说明来自相互作用区的碎片喷射的空间分布的计算结果以及进一步说明激光和短波辐射束传播的空间区域的选择的图。

在附图中，装置的相应元件具有相同的附图标记。

这些附图并不涵盖而且不限制实施此技术解决方案的全部选择范围，而仅仅是其实施的特定情况的说明性材料。

具体实施方式

根据图1所示的本发明的示例性实施例，短波长辐射的高亮度光源包含具有旋转靶组件2的真空室1，旋转靶组件2将靶3供应到相互作用区4，在相互作用区处靶3与聚焦激光束5相互作用。旋转靶组件2的一部分制造成固定到旋转轴的圆盘形式。所述圆盘具有环形屏障形式的外围部分，环形槽面向旋转轴6。靶3是通过离心力在旋转靶组件2的环形槽的表面上形成的熔融金属层。

如果靶材体积不超过槽的体积，则环形槽构造防止靶3的材料在径向方向和沿旋转轴6的两个方向上喷射。

为了确保LPP光源的靶表面和输出参数两者的高稳定性，采用离心加速度不小于3000g下的快速旋转速度，由此离心力的作用使液态金属靶3的表面平行于旋转轴6，即其基本上是其轴与旋转轴重合的圆柱形表面。

在相互作用区4中，在聚焦激光束5的作用下，产生靶材的脉冲高温等离子体。等离子体产生一个或多个光谱范围内的短波长辐射，其包括VUV、EUV和软X射线。使用的短波长辐射以发散的输出光束7的形式离开相互作用区4到达光学收集器8。

根据本发明，短波长辐射的收集由包括两个椭球镜单元9、10的光学收集器8进行。椭球镜单元9、10布置在一个共同的光轴11上，优选沿输出光束7的传播路径串联。相互作用区4位于第一椭球镜单元9的第一焦点中，第一单元9的第二焦点与第二椭球镜单元10的第一焦点重合。在这种情况下，相互作用区4中的发射等离子体区域的图像基本上无畸变地投射到第二椭球镜单元10的第二焦点17的区域中。

在沿光学收集器8的光轴11的输出光束7的路径上，存在由一种或多种技术提供的碎片减缓装置12、13、14、15、16，这些技术包括：

安装在收集角和聚焦激光束5的锥体外的碎片防护装置14、15；

沿着和/或垂直于光学收集器8的光轴11引导的保护性气流，以抑制碎片的蒸发部分；

箔捕集器，对于等离子体辐射高度透明，其基本上是相对于等离子体在径向方向上定向的板系统，足够有效地捕集液态金属靶材的中性原子和团簇；

优选由永磁体产生的磁场，以减缓碎片颗粒的带电部分；

优选可更换的膜16，其对于短波长辐射基本上是透明的，并且对于碎片和气体是不可渗透的。

在聚焦激光束5的传播路径中放置类似的碎片减缓装置。

根据本发明的实施例与使用基于法向入射镜的光学收集器的LPP光源相比实现了重要的优点，其中相互作用区和光学收集器之间的区域的很大一部分由短波长辐射的反射光束的传播区域占据。因此，在这些光源中，放置碎片减缓装置的区域受到很大限制。根据本发明，基本上在相互作用区4和光学收集器8之间的整个区域中放置碎片减缓装置12、14。这些装置部分地位于包围激光束5和短波长辐射光束7的外壳的内部和外部。所有这些提供高度有效的碎片减缓。

包围相互作用区4和旋转靶的刚性安装的碎片防护装置14通过狭缝间隙与旋转靶组件2分开。碎片防护装置14仅具有两个小开孔(用于引入聚焦激光束和用于输出短波长辐射光束)，碎片颗粒可以通过两个开孔离开靶组件。在本发明的优选实施例中，这些开孔也用于将保护性气流引导到相互作用区4中。

穿过碎片减缓装置12的部分的输出光束7撞击第一单元9的收集器反射镜，其可以包括或由几个嵌入式同轴椭球镜组成，使得它们的焦点重合。在第一和第二椭球镜单元之间的区域中，优选存在碎片减缓装置13的第二部分，其用于通过围绕光轴安装的一排喷嘴供给保护性气体，优选氩气。由此，该区域成为加压区域，在碎片传播进入到第二椭球镜单元10和集成有LPP光源的设备中的途中用作额外的气体防护装置。气体通过也位于该区域中的环形支管(未示出)排出。此外，在此可以安装膜16，其一方面额外地限制污染颗粒的流动，另一方面将保护性气体压力不同的区域分开。膜优选由属于包括碳纳米管(CNT)、Ti、Al、Si、ZrSi、BN的组的材料制造。

在由第一单元9的镜子反射之后，短波长辐射聚焦在第一单元9的第二焦点中，并且撞击第二单元10的镜子，其将短波长辐射反射到第二椭球镜单元10的第二焦点17中。

为了放大碎片颗粒的液滴部分的减缓效果，从相互作用区4中靶的线速度矢量将输出光束7引导到穿过相互作用区4和靶组件的旋转轴6的平面18的另一侧，如图2所示。激光束5和输出光束7都位于所述平面18的一侧上。因此，矢量/>和短波长和激光辐射光束7、5位于平面18的不同侧上。

通过由RZLINE编码执行的来自相互作用区4的碎片喷射的空间分布的计算建模的结果证实了这一积极影响，RZLINE编码是为应用于稠密高温等离子体的辐射流体动力学领域而创建的。该编码使用基于多年实验和理论工作的数学模型，例如，从出版物K.Koshelev,V.Ivanov,V.Medvedev,et al“Return-to-zero line code modeling ofdistributed tin targets for laser-produced plasma sources of extremeultraviolet radiation”,Journal of Micro/Nanolithography,MEMS,and MOEMSVol.11,Issue 2(2012年5月)已知。该编码允许对激光辐射与气体、液体和固体表面的相互作用及随后的等离子体产生以及与等离子体本身的相互作用进行建模。

图3示出了实验坐标中碎片颗粒(考虑所有速度的所有部分的颗粒)喷射率的空间分布图，其中θ-是与旋转轴的角度，-是位于图的平面中的方位角。坐标的原点在相互作用区中。相互作用区中的典型方向如下：

I-平行于旋转轴：θ＝0，-任何值

II-沿靶速度：θ＝90°，

III-垂直于靶表面：θ＝90°，

IV-相反于靶速度：θ＝90°，

如图3所示，碎片喷射率的空间分布以nm/(月·W)为单位计算为每单位激光功率在距离相互作用区40cm的暴露样品的表面上沉积的碎片颗粒的膜厚度的比生长速率。除了快速靶旋转外，没有使用其他碎片减缓技术。

这种分布对于以下光源参数的典型值获得：靶材为锡，激光辐射波长为～1-2μm，脉冲持续时间几ns时的激光脉冲能量为几mJ，焦点直径为几十μm，靶线速度为200m/s。

如图3所示，碎片颗粒的大多数(mass)主要集中在沿“方位角”和“极角”θ0°-90°限制的靶速度的方向的部分中。沿靶旋转的方向的最大碎片喷射率为107nm/(月·W)。在图3中，椭圆用于指示激光35和输出光束37的锥体所在的空间方向，由此激光锥体35中的估计碎片喷射率小于0.2nm/月·W，而短波长辐射锥体37中的估计碎片喷射率小于1nm/月/W(所示锥体近似对应于0.3sr的立体角)。提供的数据假设激光辐射的功率为1W，并且光源全天候使用。在图3中，附图标记31表示靶的速度的方向(速度为200m/s)，其最大碎片喷射率为107nm/(月·W)。附图标记32表示以nm/(月·W)为单位给出的Sn-碎片喷射率的水平的线。附图标记35表示激光束的锥体中的碎片喷射，其小于0.2nm/(月·W)。附图标记37表示收集角的锥体中的碎片喷射，其小于1nm/(月·W)。

高亮度激光等离子体光源如下所述并且如图1、图2和图3所示操作。

使用无油真空泵系统将真空室1抽真空至压力低于10^-5……10^-11mbar。同时，去除能够与靶材相互作用和污染收集器反射镜的气体成分，例如氮、氧、碳等。

使用可采用感应加热的固定加热系统，将属于包括Sn、Li、In、Ga、Pb、Bi、Zn及其合金的无毒易熔金属的组的靶材转化到熔融状态并维持在预定的最佳温度范围内。

旋转靶组件2使用旋转驱动单元、例如具有磁耦合的电动机驱动，其确保真空室1的清洁。在离心力的作用下，靶3以熔融金属层在环形槽面向旋转轴6的表面上形成。在至少3000g的离心加速度下，靶表面基本上平行于旋转轴。

靶3暴露于具有高脉冲重复频率的聚焦激光束5，高脉冲重复频率可以在1kHz到5MHz的范围内。通过聚焦激光束5将靶材加热到等离子体形成温度，产生短波长辐射。激光等离子体发射包括波长0.4至120nm的短波长范围内的光。取决于焦点和靶材中的激光辐射功率密度，主要产生软X射线(0.4-10nm)和/或EUV(10-20nm)和/或VUV(20-120nm)范围内的短波长辐射。

通过旋转靶组件2和固定水冷式换热器(未示出)之间的狭窄间隙确保从靶的热传递，气体以约1mbar的压力吹过换热器。对于这种类型的冷却，气体传导率和接触面积足以去除高达1.5kW的热功率。同时，其他冷却方法可以用于旋转靶组件2。

在相互作用区4中形成的稠密高温激光等离子体发射短波长辐射。输出光束7从高温等离子体出来，经过碎片减缓装置12、13、14、15、16进入基于两个同轴椭球镜单元9、10的光学收集器中。由于快速靶旋转，从相互作用区喷射的碎片颗粒的液滴部分获得与线性靶速度相当的显著切向速度分量，图2。因此，由于相互作用区中靶的线速度矢量和所述光束5、7位于穿过相互作用区4和旋转轴6的平面18的不同侧上，因此所产生的液滴速度矢量将在很大程度上从激光束5和输出光束7的锥体重新定向。

第一椭球镜单元9将发射等离子体区域的图像从位于第一椭球镜的第一焦点中的相互作用区传输到第二焦点中。由于椭球镜的不同部分的不同增益因子，所产生的发射等离子体的图像在两个镜单元9、10之间的中间焦点中强烈畸变。与此同时，第二椭球镜单元10，其第一焦点与第一椭球镜单元9的第二焦点重合，消除了所述图像畸变。因此，在第二椭球镜单元的第二焦点中，以由第一和第二椭球镜单元9、10的设计限定的比例因子无畸变地投射等离子体图像。

在本发明的实施例中，光学收集器8的放大率接近或等于1、在0.8至1.2的范围内。在优选实施例中，第二椭球镜单元10比第一椭球镜单元9小几倍、小2到15倍。这是因为，尽管收集角相同，但无需在第二椭球镜前面为碎片减缓装置保留太多空间。这种配置使光学收集器组件更紧凑且更便宜。可用于保护第二椭球镜单元10和下游光学器件的碎片减缓装置可包括：

位于收集角外的碎片防护装置15；

可更换的半透明膜16；

通过第一椭球镜单元9的第二焦点前面的喷嘴供应的保护性气流，喷嘴优选位于相对于光轴11和用于气体排出的环形支管的圆上，从而在第一镜单元的第二焦点前面的区域中产生气帘。

当光学收集器的积分放大率接近1时，在光学收集器的第二单元的第二焦点17中获得相同尺寸的等离子体光源的未畸变图像。

取决于波长的工作范围，可以选择具有相对较高的掠入射反射率的以下材料之一作为椭球镜表面的反射材料：Mo、Ru、Rh、Pd、U、Ni、W、Fe、Nb、Al、Si、Co和BN。

取决于波长的工作范围，可以选择以下材料之一作为光源的工作介质：Sn、Li、In、Ga、Pb、Bi、Zn及其合金。

产生和收集激光等离子体辐射的方法如下所述并且如图1、图2和图3所示实施。

在离心力的作用下，靶以熔融金属层的形式形成在旋转靶组件2的环形槽的表面上，表面面向旋转轴。靶由脉冲聚焦激光束5照射，导致在相互作用区4中形成等离子体。产生输出光束，经过碎片减缓装置12、13、14、15、16进入光学收集器8中。使用包括两个同轴椭球镜单元9和10的光学收集器8收集短波长辐射，两个单元基本上无畸变地将辐射等离子体区域的图像传输到第二椭球镜单元的第二焦点17中，条件是第一椭球镜单元的第二焦点与第二椭球镜单元的第一焦点重合。

靶的脉冲照射以此方式进行，使得相互作用区中的靶线速度矢量以及激光和短波长辐射的光束5、7位于穿过相互作用区4和旋转轴6的平面18的不同侧上，同时靶的线速度足够高，超过100m/s，以防止将碎片颗粒的液滴部分的最大部分引导到光学收集器8和聚焦激光束5的锥体。

计算来自相互作用区4的碎片喷射率的空间分布，在碎片喷射率较低的空间区域中选择聚焦激光束5和短波长辐射的输出光束7两者的通过方向。

选择聚焦激光束5和输出光束7两者通过的空间区域，使得所述空间区域中的碎片喷射率比最大碎片喷射率低至少10⁴倍、优选10⁶倍。

任选地，使用其它碎片减缓装置，包括保护性气流、磁体、箔捕集器、对短波长辐射很大程度上透明的膜16以及碎片防护装置14、15。

因此，本发明提供了产生软X射线、EUV和VUV辐射的LPP源，其特征在于高平均功率、高亮度的短波长辐射、使用寿命长和使用简单。

工业应用

所提出的装置用于许多应用，包括显微镜检查、材料科学、材料的X射线诊断、生物医学和医学诊断、纳米和微观结构的检查以及光刻，包括光刻EUV掩模的光化控制。

Claims (22)

1.一种产生和收集辐射的方法，包括：在离心力的作用下，在旋转靶组件中实施的环形槽的表面上以熔融金属层形成靶，靶表面面向旋转靶组件的旋转轴；通过穿过碎片减缓装置的聚焦激光束以脉冲重复频率照射靶；在聚焦激光束和靶之间的相互作用区中产生激光等离子体，并使短波长辐射的输出光束离开而经过碎片减缓装置进入光学收集器中，其中

靶以足够高的线速度旋转，使得将从相互作用区喷射的大部分碎片颗粒的液滴部分和相互作用区中靶的线速度矢量引导到穿过相互作用区和旋转轴的平面的一侧上，同时提供对靶的照射和收集来自激光等离子体的辐射，使得聚焦的激光束和输出光束位于所述平面的另一侧上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中估计来自相互作用区的碎片喷射率的空间分布，并且在碎片喷射率低于其余空间区域的空间区域中选择聚焦激光束和短波长辐射光束两者通过的方向。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中线速度是不小于100m/s的高线速度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中选择聚焦激光束和短波长辐射光束两者通过的空间区域，使得在所述空间区域中碎片颗粒的液滴部分的喷射率比碎片颗粒的液滴部分的最大喷射率小至少10⁴倍。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过由串联布置的两个椭球镜单元组成的光学收集器收集短波长辐射，光学收集器将发射等离子体区域的图像传输到第二椭球镜单元的第二焦点中，第一椭球镜单元的第二聚焦点位于第二椭球镜单元的第一焦点中。

6.根据权利要求5所述的方法，其中光学收集器无畸变地传输发射等离子体区域的图像，和/或其中图像的比例因子由所述椭球镜单元的设计确定。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中碎片减缓沿短波辐射的整个路径提供给光学收集器。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过一种或多种碎片减缓技术提供碎片减缓，碎片减缓技术选自由以下组成的组：保护性气流、磁减缓、箔捕集器、碎片防护装置、对短波长辐射几乎透明的膜，透明度大于60％。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中靶以不小于3000g的离心加速度旋转，其中g是重力加速度，并且靶表面平行于旋转轴。

10.一种激光等离子体光源，包括：真空室；配置为将靶供应到相互作用区中的旋转靶组件，其中靶是在旋转靶组件中实施的环形槽的表面上的熔融金属层，靶表面面向旋转靶组件的旋转轴；光学收集器；以及碎片减缓装置，其中碎片减缓装置配置为使聚焦到靶上的脉冲激光束通过，和使离开聚焦激光束和靶之间的相互作用区的短波长辐射的输出光束通过而到光学收集器，

其中旋转靶组件配置为以线速度旋转靶，使得将在相互作用区中靶的线速度矢量引导到穿过相互作用区和旋转轴的平面的一侧上，而聚焦激光束和输出光束位于平面的另一侧上。

11.根据权利要求10所述的光源，其中靶的速度不小于100m/s。

12.根据权利要求10或11所述的光源，其中旋转靶组件配置为在至少3000g的离心加速度下形成靶，并且靶的表面平行于旋转轴。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的光源，其中光源进一步包括光学收集器，光学收集器包括沿输出光束的路径串联布置的两个椭球镜单元，和/或其中碎片减缓装置沿短波辐射的整个路径位于光学收集器中。

14.根据权利要求13所述的光源，其中相互作用区位于第一椭球镜单元的第一焦点中，第二椭球镜单元的第一焦点位于第一椭球镜单元的第二焦点中。

15.根据权利要求13或14所述的光源，其中第二椭球镜单元比第一椭球镜单元小几倍、小2到15倍，光学收集器的放大率在0.8到1.2之间、优选接近1。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的光源，其收集器反射镜的表面的材料选自由以下组成的组：Mo、Ru、Rh、Pd、U、Ni、W、Fe、Nb、Al、Si、Co和BN。

17.根据权利要求13-16中任一项所述的光源，其中碎片减缓装置包括椭球镜单元之间的保护性气流。

18.根据权利要求13-17中任一项所述的光源，其中每个椭球镜单元包括一组嵌套的至少两个椭球镜。

19.根据权利要求10-18中任一项所述的光源，其中碎片减缓装置包括位于收集角外的光学收集器的轴上的碎片防护装置。

20.根据权利要求10-19中任一项所述的光源，其中碎片减缓通过一种或多种技术提供，包括：保护性气流、磁减缓、箔捕集器、由属于包括碳纳米管、Ti、Al、Si、Zr、Si、BN的组的材料制造的膜，其中膜优选对短波长辐射是透明的。

21.根据权利要求20所述的光源，其中膜配置为提供将不同压力的体积分开的气锁，用于提供保护性气流。

22.根据权利要求10-21中任一项所述的光源，其中光学收集器包括掠入射反射镜，优选两个掠入射椭球镜单元。