DE10139677A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von extrem ultravioletter Strahlung und weicher Röntgenstrahlung - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Erzeugen von extrem ultravioletter Strahlung und weicher Röntgenstrahlung mit einer auf dem linken Ast der Paschenkurve betriebenen Gasentladung, insbesondere für die EUV-Lithographie, DOLLAR A bei dem ein Entladungsraum (10) vorbestimmten Gasdrucks und zwei Elektroden (11, 12) verwendet werden, die jeweils eine auf derselben Symmetrieachse (13) gelegene Öffnung (14, 15) haben und die im Verlauf eines Spannungsanstiegs beim Erreichen einer vorbestimmten Zündspannung (U¶z¶) ein im Bereich ihrer Öffnungen (14, 15) gelegenes Plasma (17) ausbilden, das eine Quelle der zu erzeugenden Strahlung (17') ist, DOLLAR A bei dem eine Zündung des Plasmas (17) durch Einflußnahme auf den Gasdruck und/oder durch eine Triggerung erfolgt DOLLAR A und bei dem mit der Zündung des Plasmas (17) ein Energiespeicher mittels der Elektroden (11, 12) Speicherenergie in das Plasma (17) einspeist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung des Plasmas (17) unter Anwendung eines vorbestimmten Zündverzugs erfolgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Er­ zeugen von extrem ultravioletter Strahlung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein Verfahren mit den vorangesprochenen Verfahrens­ schritten ist aus der DE-A-197 53 696 bekannt. Das Verfahren wird mit einer Vorrichtung durchgeführt, die ein den Entla­ dungsraum bildendes Elektrodensystem aufweist. Mit diesem Elektrodensystem wird extrem ultraviolette Strahlung und weiche Röntgenstrahlung erzeugt, die insbesondere für die EUV-Lithographie eingesetzt werden. Das Elektrodensystem be­ steht aus zwei Elektroden, nämlich einer Kathode und einer Anode, die jeweils mit einer Öffnung ausgebildet sind. Die Öffnung ist im wesentlichen ein Loch und beide Öffnungen liegen auf einer gemeinsamen Symmetrieachse. Die Kathode ist als Hohlkathode ausgebildet, weist also einen Hohlraum auf. Dieser wird dazu benutzt, das elektrische Feld in vorbe­ stimmter Weise auszubilden. Insbesondere ist die Anordnung der Elektroden so, daß die Feldlinien im Bereich der Bohr­ löcher genügend gestreckt sind, damit der Durchbruchbe­ dingung oberhalb einer bestimmten Spannung entsprochen wird.

Der Entladungsraum ist mit Gas gefüllt und der Gasdruck ist zumindest im Bereich des Elektrodensystems in der Größenord­ nung von 1 Pa bis 100 Pa. Die Geometrie der Elektroden und der Gasdruck sind so gewählt, daß die angestrebte Zündung des Plasmas auf dem linken Ast der Paschenkurve erfolgt und infolgedessen kein dielektrischer Durchbruch zwischen den Elektroden außerhalb der Öffnungen auftritt. Infolge der Zündung bildet sich ein stromführender Plasmakanal axialsymmetrischer Form aus, nämlich im Bereich der Öffnungen der Elektroden. Mit Hilfe des Energiespeichers wird dazu über diesen Kanal ein Strom geschickt. Die daraus resultierende Lorentz-Kraft schnürte das Plasma ein. Infolge dieses Einschnürungseffekts und durch ohmsche Heizung treten im Plasma sehr hohe Temperaturen auf und es wird Strahlung sehr kurzer Wellenlänge erzeugt. Die bekannte Vorrichtung kann EUV-Licht im Wellenlängenbereich von 10-20 nmn erzeugen.

Für das Verfahren ist wesentlich, daß auf ein Schalt­ element zwischen dem Elektrodensystem und dem Energie­ speicher grundsätzlich verzichtet werden kann. Daher läßt sich eine niederinduktive und effektive Einkopplung der elektrisch gespeicherten Energie in das Elektrodensystem er­ reichen. Pulsenergien von wenigen Joule sind ausreichend, um Strompulse im Bereich von mehreren Kiloampere bis zu einigen 10 Kiloampere auszulösen. Eine Auslösung der Energieeinkopp­ lung in die gesteuert oder im Selbstdurchbruch betriebene Entladung erfolgt unter Abstimmung auf eine vorbestimmte Zündspannung. Die Zündspannung wird beispielsweise durch die Gaszusammensetzung, die Temperatur, eine Vorionisierung, die elektrische Feldverteilung und andere Größen beeinflußt. Sie kann entsprechend der Paschenkurve mittels des Gasdrucks des Entladungsgefäßes eingestellt werden. Bis zu dieser Zünd­ spannung muß auch der Energiespeicher aufgeladen werden, um dann im Falle der Zündung möglichst viel Energie in das Plasma einspeisen zu können.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren mit den eingangs angesprochenen Verfahrensschritten so zu verbessern, daß die Strahlungsausbeute, also insbeson­ dere die Ausbeute an EUV-Licht je Puls verbessert wird, wie auch die Puls-zu-Puls-Stabilität einer Vielzahl von einander folgender Entladungen, die bei dem im Impulsbetrieb durchge­ führten Verfahren zur Erzeugung des EUV-Lichts ausgenutzt werden.

Die vorgenannte Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Der Betrieb des Verfahrens mit Zündverzug führt zu einer Verlängerung des Aufbaus des leitfähigen Plasmas. Damit wird eine Verbesserung der für die Entladung notwen­ digen Zylindersymmetrie des niederohmigen Startplasmas er­ reicht, also desjenigen Plasmas, das sich im Bereich der Öffnungen der Elektroden nach Erreichen der Zündspannung aufbaut. Der Zündverzug führt infolgedessen zu einer Verbes­ serung der EUV-Ausbeute/Puls und Puls-zu-Puls-Stabilität. Es konnte bei einem Verfahren im Bereich eines Impulsbetriebs von 50 Hz bis 500 Hz eine Steigerung der EUV-Ausbeute um ca. 10 Prozent bei der Wahl eines Zündverzugs von ca. 1 ms beob­ achtet werden.

Zur Einflußnahme auf den Zündverzug wird so verfahren, daß der Zündverzug durch Erhöhung des Gasdrucks verringert oder durch Verminderung des Gasdrucks vergrößert wird. Der­ artige Veränderungen des Gasdrucks lassen sich insbesondere dann leicht erreichen, wenn das Gas den Bereich des Elektro­ densystems durchströmt, beispielsweise um Einfluß auf die Wiederholfrequenz zu nehmen, also das Verfahren mit höheren Pulsfrequenzen durchführen zu können.

Um den Zündverzug zu beeinflussen, kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß die Zündung durch ein Auslösen eines Triggerpulses erfolgt, der an eine auf einen Zündbe­ reich des Plasmas Einfluß nehmende Triggerelektrode angelegt wird. Mit der Triggerung wird die Verteilung von Ladungs­ trägern im Zündbereich des Plasmas beeinflußt und damit auch der Zeitpunkt, zu dem die Zündung dann effektiv erfolgt.

Zweckmäßig ist es, so zu verfahren, daß die Triggerung zum Erreichen eines vorbestimmten Zündverzugs in Kombination mit einer Anwendung eines Druckintervalls des Gasdrucks er­ folgt. In diesem Fall werden sowohl der Druck, als auch der Auslösezeitpunkt eingestellt, da die Entladung auch in ge­ triggertem Betrieb nur innerhalb eines bestimmten Druckin­ tervalls stabil bzw. überhaupt betrieben werden kann.

Im vorbeschriebenen Zusammenhang der Triggerung kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß die Triggerung mit einem vorbestimmten Triggerdelay angewendet wird. Der Zünd­ verzug wird dementsprechend vergrößert.

Die Einkopplung von gespeicherter Energie in eine im Selbstdurchbruch betriebene Entladung erfolgt mit dem Durch­ bruch, also mit der Zündung des Plasmas selbsttätig, wobei dafür gesorgt sein sollte, daß der Energiespeicher unter Be­ rücksichtigung des Pulsbetriebs vor erfolgender Zündung ge­ laden ist. Es ist daher erforderlich, Informationen über den Spannungsanstieg und das Erreichen einer vorbestimmten Zünd­ spannung zu haben. Infolgedessen kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß der Spannungsanstieg und/oder das Erreichen einer vorbestimmten Zündspannung meßtechnisch er­ faßt wird/werden, und daß eine Einflußnahme auf den Gasdruck und/oder auf die Triggerung unter Berücksichtigung des Meß­ ergebnisses erfolgt. Erfolgt die Einflußnahme im Rahmen einer fortlaufenden Regelung, so wird der Gasdruck bzw. ein Triggerdelay als Stellgröße genutzt. Damit kann der ge­ wünschte Zündverzug erreicht bzw. meßtechnisch überwacht werden.

Es kann auch so verfahren werden, daß der Zündzeitpunkt meßtechnisch erfaßt wird. Damit wird es möglich, die Zeit zu erfassen, die zwischen dem Zeitpunkt des Erreichens der Zündspannung und dem effektiven Zündzeitpunkt verstreicht, die dem Zündverzug entspricht.

Zur Durchführung der meßtechnischen Erfassung des Zünd­ zeitpunkts kann so verfahren werden, daß der Zündzeitpunkt mittels einer Messung eines Spannungsdifferentials der Elek­ trodenspannung und/oder mittels Messung eines Stromdifferen­ tials des Elektrodenstroms gemessen wird. Zu Beginn der Zün­ dung ändert sich die an den Elektroden anliegende Spannung abrupt, ebenso wie der in der Entladung fließende Strom. Die Spannung bricht zusammen und der Strom schwillt an, beides kann zuverlässig erfaßt werden.

Der Zündverzug kann dadurch geregelt werden, daß die Zeit zwischen dem Erreichen der vorbestimmten Zündspannung und dem Zündzeitpunkt gemessen wird, und daß der Gasdruck mittels des Meßergebnisses dem vorbestimmten Zündverzug ent­ sprechend eingestellt wird. Die Zeit zwischen dem Erreichen der vorbestimmten Zündspannung und dem Zündzeitpunkt wird beispielsweise analog mittels Integrator oder digital mit­ tels Zähler gemessen. Die Zeit wird einem Regler als Meß­ größe zugeführt, der dementsprechend den Gasdruck im Sinne einer Stabilisierung des Zündverzugs einstellt. Es kann über eine Reihe von Entladungsvorgängen gemittelt werden, also über eine vorbestimmte Anzahl von Pulsen.

Ein spezielles Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß eine meßtechnische Erfassung der an den Elektroden anliegen­ den Spannung vom Beginn des Spannungsanstiegs über einen vorbestimmten Zeitraum erfolgt, der einen mutmaßlichen Zünd­ zeitpunkt einschließt, wobei für die meßtechnische Erfassung vorzugweise ein Zündspannungsintegrator verwendet wird. Der Zeitraum übersteigt also die Zeitdauer, die für den Ladevor­ gang bzw. den Spannungsanstieg an den Elektroden benötigt wird. Infolgedessen kann eine Information über die Zündspan­ nung und über den Zündverzug im gleichen Signal ermittelt werden. Der Zündspannungsintegrator ermöglicht eine Mehrzahl von Informationen aus dem gleichen Meßsignal.

Des weiteren kann das Verfahren dahingehend modifiziert werden, daß eine meßtechnische Erfassung der an den Elektro­ den anliegenden Spannung eine Speicherung des erreichten Zündspannungswertes bis zum Beginn des darauffolgenden Span­ nungsanstiegs umfaßt. Die Speicherung erfolgt beispielsweise mit einer Sample-and-Hold-Schaltung.

Zweckmäßigerweise kann so verfahren werden, daß der Ladezustand einer direkt an die Elektroden als Energie­ speicher angeschlossenen Kondensatorbank während eines Span­ nungsanstiegs fortlaufend überwacht wird, und daß nach einem Erreichen der vorbestimmten Zündspannung eine Triggerung be­ darfsweise mit dem vorbestimmten Triggerdelay durchgeführt wird. Informationen über den Ladezustand der Kondensatorbank können mit einer geeigneten Elektronik erhalten und ausge­ wertet werden. Sie bilden die Grundlage dafür, daß das Ver­ fahren nach einer der vorbeschriebenen Strategien betrieben werden kann, bei der auf den Gasdruck und/oder auf die Aus­ lösung eines Triggerpulses Einfluß genommen wird.

Bei manchen Hochspannungskondensatoren hängt deren Kapazität stark von der Temperatur ab. In solchen Fällen muß darauf geachtet werden, daß die Energie des Kondensators zum Zündzeitpunkt konstant gehalten wird. Hierbei kommt es dann also nicht auf ein Konstanthalten der Zündspannung an, viel­ mehr muß die vorbestimmte Zündspannung unter Durchführung einer Korrekturrechnung korrigiert werden. Für eine solche Korrekturrechnung kann man die Temperatur des Kondensators messen, oder die Kapazität über die Dauer der Laderampe der angelegten Ladespannung, um dann entsprechend zu korrigie­ ren.

Ein spezielles Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß eine Triggerung mittels einer auf Ladungsträger eines Elek­ trodenzwischenraums einwirkenden Triggerelektrode durchge­ führt wird, indem deren in Bezug auf eine Kathode ausgebil­ detes Sperrpotential verringert wird. Auf diese Weise kann ein Triggerpuls zu einem vorbestimmbaren Zeitpunkt erreicht werden, um so Einfluß auf den Zündverzug zu nehmen.

Im Hinblick auf eine hohe EUV-Lichtausbeute kann so verfahren werden, daß der Energiespeicher unter Verzicht auf eine nach dem Erlöschen des Plasmas vollständig erfolgende Rekombination des Gases bis zum Erreichen einer vorbestimm­ ten Zündspannung aufgeladen wird. Dadurch kann insbesondere die Wiederholfrequenz gesteigert werden, wobei der Energiespeicher in kürzeren Zeitabständen wieder aufgeladen werden kann.

Dabei ist es auch möglich, daß zwischen den Elektroden im Zeitraum zwischen zwei zu erzeugende Strahlung ausbilden­ den Plasmaentladungen ein hochohmiges Plasma brennen gelas­ sen wird. Das hochohmige Plasma führt zu besseren Bedingun­ gen für ein Startplasma der Hochstromentladung.

Die Erfindung bezieht auch auf eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 17. Eine derartige Vorrichtung soll insbesondere für die Durchführung von vor­ stehend beschriebenen Verfahren dahingehend verbessert wer­ den, daß eine hohe Lebensdauer und eine gute Kühlbarkeit der Elektroden gewährleistet ist. Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichenteils des An­ spruchs 17 gelöst. Die Ausbildung der Triggerelektrode als Wand gewährleistet auch im Falle eines temperatur- und plasmabedingten Abtrags von Werkstoff eine lange Haltbarkeit und ihre großen Flächen sind gut zu kühlen, was wiederum einer hohen Lebensdauer zu Gute kommt. Zugleich gewährlei­ stet die Anordnung der Triggerelektrode in einem vorbestimm­ ten Abstand von der Öffnung der ersten Elektrode, daß die für die Feldausbildung erforderliche Formgebung des elektri­ schen Feldes mittels der ersten Elektrode gewährleistet werden kann.

Im vorstehenden Sinne ist es vorteilhaft, die Vorrich­ tung so auszubilden, daß die erste Elektrode als Hohlelek­ trode ausgebildet ist, und daß die Triggerelektrode als Wand oder Wandabschnitt in der Geometrie dieser Hohlelektrode ausgebildet ist. Es ergibt sich eine entsprechende Verein­ fachung des Elektrodenaufbaus.

Wenn die Triggerelektrode als der Hohlelektrode paral­ lele, deren Öffnung gegenüberliegende Rückwand ausgebildet ist, wird die Vereinfachung des Elektrodenaufbaus besonders gefördert. Insbesondere lassen sich in Bezug auf die Symme­ trieachse der Bohrungen der Elektrode symmetrische Ausge­ staltungen des Elektrodensystems erreichen.

Es ist zu bevorzugen, daß die Triggerelektrode eine in der Symmetrieachse angeordnete Durchtrittsöffnung aufweist. Damit kann vermieden werden, daß bei Entladung auftretende Teilchenstrahlungen und damit verbundene gepulste Ströme von typischerweise einigen 10 Ampere über die Triggerelektrode in unerwünschter Weise auf die Triggerelektronik fließen.

Für den Aufbau einer Hohlelektrode ist es vorteilhaft, die Vorrichtung so auszubilden, daß die Triggerelektrode topfförmig ausgebildet ist, und daß eine auf einem Topfboden senkrechte Topfachse mit der Symmetrieachse der Elektroden gleichliegt.

Ein vereinfachter Aufbau ergibt sich dadurch, daß die Triggerelektrode mit der ersten Elektrode über einen Iso­ lator zusammengebaut ist. Der Isolator gestattet es, die erste Elektrode einerseits und die Triggerelektrode anderer­ seits auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen zu hal­ ten.

Die vorbeschriebene Ausgestaltung der Vorrichtung kann dahingehend spezifiziert werden, daß die erste Elektrode einen zu ihrer Öffnung konzentrischen Ringbund aufweist, der den Isolator überlappend an die Triggerelektrode angrenzt oder in eine Ringausnehmung der Triggerelektrode eingreift, jeweils unter Wahrung eines potentialtrennenden Abstands.

Auf diese Weise kann eine Bedampfung und ein Kurzschluß des Isolators vermieden werden.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Elek­ trodensystems,

Fig. 2, Fig. 3 diagrammartige Darstellungen des Span­ nungsverlaufs an den Elektroden des Elektro­ densystems für einen Zündvorgang eines Plas­ mas bei Impulsbetrieb, und

Fig. 4, Fig. 5 unterschiedlich ausgestaltete Elektro­ denausbildungen.

Fig. 1 zeigt schematisch die Ausbildung eines in einem Entladungsraum 10 angeordneten Elektrodensystem. Der Entla­ dungsraum 10 ist mit Gas vorbestimmten Gasdrucks gefüllt und kann von der schematischen Darstellung, von geeignet ausge­ bildeten Elektroden des Elektrodensystems selbst gebildet sein. Der Gasdruck ist einstellbar. Die zum Einstellen des Gasdrucks erforderliche Ausrüstung des Entladungsgefäßes 10 und eine hierauf abgestimmte Ausformung des Elektroden­ systems ist vorhanden, aber nicht dargestellt.

Es sind zwei Elektroden 11, 12 vorhanden. Die Elektrode 12 ist als Anode mit einer zentralen Öffnung 15 ausgebildet, die sich von einem Elektrodenzwischenraum 22 ausgehend ko­ nisch erweitert.

Die Elektrode 11 ist als Kathode ausgebildet, und zwar als Hohlkathode mit einem Hohlraum 23, der über eine Öffnung 14 der Kathode an den Elektrodenzwischenraum 22 angeschlos­ sen ist. Die Öffnungen 14, 15 fluchten und bilden eine Symme­ trieachse 13 des Elektrodensystems. Die Elektroden 11, 12 sind gegeneinander isoliert. Ein hierzu dienender Isolator 29 bestimmt den Elektrodenabstand.

Das Elektrodensystem ist infolge der vorbeschriebenen Ausgestaltung in der Lage, beim Anlegen einer elektrischen Hochspannung im Bereich von beispielsweise einigen 10 kV Feldlinien auszubilden, die jedenfalls im Bereich des Elek­ trodenzwischenraums 22 geradlinig und parallel zu der Symme­ trieachse 13 verlaufen. Wird die Spannung von einem vorbe­ stimmten tiefen Wert ausgehend impulsmäßig gesteigert, so ergibt sich eine Laderampe bzw. ein Spannungsanstieg 16 ge­ mäß den Fig. 2, 3. Es kommt zu Ionisationsvorgängen, die sich aufgrund der Feldstärkeverhältnisse im Elekroden­ zwischenraum 22 konzentrieren. Hierzu sind der Spannungsan­ stieg 16 und der Gasdruck so aufeinander abgestimmt, daß es infolge der Ionisierung zu einer Gasentladung auf dem linken Ast der Paschenkurve kommt, bei der ein Plasmakanal bzw. dessen Plasma nicht über eine einzige kurzzeitige Elektro­ nenlawine aufgebaut wird, sondern mehrstufig über Sekundär­ ionisationsprozesse. Infolgedessen ist die Plasmaverteilung bereits in der Startphase in hohem Maße zylindersymmetrisch, wie es die schematische Darstellung des Plasmas in der Fig. 1 zum Ausdruck bringen soll. Das sich ausbildende Plasma 17 ist eine Quelle der zu erzeugenden Strahlung 17'.

Es versteht sich, daß eine Zündung des Plasmas 17 erst möglich ist, wenn eine Zündspannung U_z erreicht ist. Bei der Erfindung wird nun dafür gesorgt, daß ein Zündverzug 18 auf­ tritt. Infolgedessen liegt der Zündzeitpunkt t_z trotz des Vorhandenseins der Zündspannung U_z entsprechend später. Die Größe des Zündverzugs 18 wird durch Steuerung des Gasdrucks reguliert. Die Größe des Zündverzugs bewegt sich bei typi­ schen Dauern im Bereich von wenigen Microsekunden bis zu einigen Millisekunden. Der Zündverzug führt zu einer Verlän­ gerung des Aufbaus des leitfähigen Plasmas. Dadurch wird eine Verbesserung der Zylindersymmetrie des Plasmas 17 er­ reicht.

Das nach Zündverzug ausgebildete Plasma kann als Start­ plasma bezeichnet werden. Es kann der Energieeinkopplung aus einem Energiespeicher im Selbstdurchbruchbetrieb dienen. Fig. 1 zeigt eine Kondensatorbank 21 als Energiespeicher, der sich nach Erreichen der vorbestimmten Zündspannung und Zünd­ verzug entlädt und dabei ermöglicht, Strompulse im zweistel­ ligen Kiloampere-Bereich in das Plasma einzuspeisen. Die sich infolgedessen ausbildenden Lorentz-Kräfte des Magnetfel­ des schnüren das Plasma ein, so daß es zu einer hohen Leuchtdichte kommt und insbesondere zur Ausbildung extrem ultravioletter Strahlung und weicher Röntgenstrahlung, die insbesondere für die EUV-Lithographie die erforderlichen Wellenlängen aufweist.

Statt einer Einflußnahme auf den Zündverzug 18 über den Gasdruck kann auch zusätzlich eine Einflußnahme über eine Triggerelektrode erfolgen. Mit einer Triggerelektrode 19 kann erreicht werden, daß trotz des Erreichens einer vorbe­ stimmten Zündspannung U_z ein zur Entladung erfolgender Durchbruch zwischen den Elektroden 11, 12 noch nicht erfolgt. Ein mit einer Triggerelektrode 19 gemäß Fig. 4, 5 zum Beispiel erreichbarer Triggerdelay 20 ist in Fig. 3 dargestellt. Er addiert sich zum Zündverzug 18. Eine Beeinflussung eines Ge­ samtzündverzugs durch einen Triggerdelay 20 ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil Meßtechnik benutzt werden kann, um exaktere Zündzeitpunkte t_z zu erreichen. Das gilt sowohl für den Fall, daß der Gasentladungsbetrieb im Selbstdurch­ bruch erfolgt, als auch bei Einsatz eines Schaltelements zwischen Elektrodensystem und Kondensatorbank. Das Schalt­ element erlaubt es, eine Spannung an das Elektrodensystem anzulegen, die größer als die für den Selbstdurchbruchbe­ trieb erforderliche Zündspannung U_z ist. Man kann in letzte­ rem Fall dann mit höheren Gasdrücken arbeiten, was zu höhe­ ren Intensitäten der emittierten Strahlung führt.

Es ist zweckmäßig, den Zündzeitpunkt zu messen, insbe­ sondere wenn mit dem Ladegerät eine höhere Spannung an dem Elektrodensystem zugelassen wird, als die vorbestimmte Zünd­ spannung U_z. Die an das Elektrodensystem gelegte Spannung, also der Verlauf eines Spannungsanstiegs 16 kann erfaßt wer­ den, zum Beispiel durch eine Erfassung der zeitlichen Ände­ rung der an den Elektroden 11, 12 anliegenden Spannung. Es erfolgt eine dU/dt-Messung. Auch eine dI/dt-Messung kann er­ folgen, also eine Erfassung der zeitlichen Änderung des Ent­ ladestroms. Strom und Spannung ändern sich bei Erreichen des Zündzeitpunkts t_z schlagartig. Dabei kann die Zeit zwischen dem Erreichen der vorbestimmten Zündspannung U_z und dem Zündzeitpunkt zum Beispiel analog mittels eines Integrators oder digital mittels eines Zählers gemessen werden. Diese Zeit wird einem Regler als Meßgröße zugeführt, der daraufhin den Gasdruck im Sinne einer Stabilisierung des Zündverzugs 18 beeinflußt. Das gilt auch für den Fall der Anwendung eines Triggerdelays 20.

Eine Durchführung der Messung kann beispielsweise mit einem Zündspannungsintegrator erfolgen, der die dem eigent­ lichen Regler vorgeschaltete Aufbereitung der Meßgröße Hoch­ spannung bzw. Spannung an dem Elektrodensystem bzw. der Kon­ densatorbank übernimmt. Dabei integriert der Zündspannungs­ integrator die an den Elektroden 11, 12 anliegende herunter­ geteilte Hochspannung und registriert deren Endwert über einen Sample-and-Hold bis zum nächsten Ladevorgang. Der In­ tegrationsvorgang beginnt mit dem Ladevorgang, also mit dem Anstieg der an die Elektroden 11, 12 gelegten elektrischen Spannung, und wird bis zu einer über einen Timer festgeleg­ ten Zeitdauer fortgeführt. Diese Zeitdauer ist in der Regel länger, als der eigentliche Ladevorgang, so daß damit auch die gewünschte Information über die Größe des Zündverzugs ermittelt werden kann. Zusätzliche nichtlineare Glieder, wie zum Beispiel Radizierer, können eingesetzt werden, um die Übertragungskennlinie zu verbessern. Damit werden also In­ formationen über den Zündverzug gewonnen, wie auch über die Zündspannung, und zwar mit dem gleichen Meßsignal. Im Gegen­ satz zu einem Peakdetektor, der Zündspannung ermittelt, ist das Verfahren völlig unempfindlich gegenüber Störspitzen, die zum Beispiel vom Hochspannungsgenerator herrühren. Eine Elektronik ist zur Zündzeitpunkterkennung nicht er­ forderlich.

Falls das Verfahren ohne Triggerelektrode durchgeführt wird, kann der Zündzeitpunkt t_z nur über die Höhe des Gas­ drucks bestimmt werden. Bei einem Verfahren mit Triggerelek­ trode kann das vorbeschriebene Triggerdelay benutzt werden, um den Zündzeitpunkt, bedarfsweise in Kombination mit einer Auswahl des geeigneten Gasdrucks festzulegen. Dabei wird der Ladezustand der Kondensatorbank 21 über eine Auswerteelek­ tronik bestimmt, beispielsweise mit Hilfe des oben beschrie­ benen Zündspannungsintegrators. Eine Triggerung mit Hilfe der Triggerelektrode führt dazu, daß trotz des Erreichens der Zündspannung U_z eine das Entladen der Kondensatorbank 21 herbeiführende Plasmaausbildung noch nicht erfolgt. Erst im Falle der Triggerung wird gezündet, also im Falle des Aus­ lösen eines Triggerpulses nach vorbestimmtem Triggerdelay 20. Stellgröße kann auch hier der Gasdruck sein, der zum Beispiel über ein elektronisches Einlaßventil eingestellt wird. Wird die Haltespannung nach einer vorgegebenen Ausle­ sezeit nicht erreicht, muß der Gasdruck verringert werden. Im anderen Fall muß der Gasdruck bei Ausbleiben einer Zün­ dung nach einem Triggerpuls erhöht werden. Regelgröße ist bei diesem Verfahren mit Triggerelektrode letztlich der Zündverzug, das heißt die Zeit zwischen dem Auslösen des Triggerpulses und dem Spannungszusammenbruch. Der Druck wird dann so eingestellt, daß der Zündverzug innerhalb einer ge­ wissen Toleranz konstant gehalten wird.

Der in Fig. 3 angegebene Triggerdelay 20 ist dort exem­ plarisch auf den Zeitpunkt des Erreichens der vorbestimmten Zündspannung U_z bezogen. Prinzipiell kann auch jeder Zeit­ punkt vorher gewählt werden, der mit einer geeigneten Elek­ tronik bestimmt werden kann, beispielsweise der Beginn des Ladevorgangs oder das Erreichen eines vorbestimmten Werts für die Ladespannung.

In den Fig. 4, 5 sind beispielsweise Ausgestaltungen von Triggerelektroden dargestellt. Die Triggerelektroden 19 sind der Kathode 11 benachbart, und zwar auf der der Anode 12 abgewendeten Seite der Kathode 11. Hier sind sie mit der Kathode 11 über einen Isolator 26 zusammengebaut, wobei Mit­ tel zum Zusammenhalt der Elektrode 11, des Isolators 26 und der Triggerelektrode 19 nicht dargestellt sind.

Allen Ausführungsformen der Triggerelektrode ist ge­ meinsam, daß sie in Bezug auf die Symmetrieachse 13 symme­ trisch angeordnet sind. Alle Ausführungsformen haben eine Achse, die mit der Symmetrieachse 13 fluchtet. Dabei ist die Triggerelektrode 19 als Wand bzw. als Wandabschnitt ausge­ bildet. Sie liegt in einem vorbestimmten Abstand von der Öffnung 14 der Elektrode 11. Damit kann zugleich erreicht werden, daß die Elektrode 11 als Hohlelektrode ausgebildet ist, beispielsweise als Hohlkathode. Die Triggerelektrode 19 bildet dann im wesentlichen die Rückwand der Kathode. Eine solche Rückwand ist im Falle Fig. 4 eine Wand 29 und im Fall der Fig. 5 ein Topfboden 19' der topfförmigen Triggerelektro­ de 19.

Die topfförmige Ausbildung der Triggerelektrode 19 zeigt, daß diese nicht nur Rückwand der Elektrode 11 sein kann, sondern auch Seitenwand des zu umgrenzenden Raums 23 dieser Hohlelektrode. Es ist auch vorstellbar, daß die Trig­ gerelektrode 19 ausschließlich Seitenwandabschnitt einer Elektrode 11 ist, die im übrigen an Elektroden- bzw. Katho­ denpotential liegt.

Fig. 4 veranschaulicht, daß die Triggerelektrode 19 mit einer Durchtrittsöffnung 24 versehen sein kann, die dem Durchtritt von Teilchenstrahlen dient, die sich gemäß der Elektrodenausbildung vornehmlich im Bereich der Symmetrie­ achse ausbilden. Mit einer derartigen Durchtrittsöffnung kann eine Belastung der Triggerelektronik in annehmbaren Grenzen gehalten werden. Die Teilchenstrahlen werden von den Teilen des Elektrodensystems aufgenommen, die auf dem Poten­ tial der Kathode liegen. Eine Durchtrittsöffnung 24 ist auch im Falle der Fig. 5 anwendbar.

In Fig. 4 sind der Durchtrittsöffnung 24 parallele Boh­ rungen 24' dargestellt. Diese Bohrungen 24' können als Gas­ bohrungen dienen, nämlich zum Durchtritt von Gas im Sinne eines Gaseinlasses. Im Sinne einer solchen Gasdurchströmung bzw. im Sinne eines Gaseinlasses kann auch die Durchtritts­ öffnung 24 genutzt werden. Beides ist insbesondere dann vor­ teilhaft, wenn das Elektrodensystem selbst den Entladungsraum 10 bildet.

Im Fall der in den Raum 23 hineinragenden Gasentladung ist mit einer Bedampfung des Isolators 26 mit Metalldampf zu rechnen. Eine solche könnte zu einem Kurzschluß des Isola­ tors 26 führen. Um diesen gegen auftretenden Metalldampf ab­ zuschirmen, ist die Elektrode 11 mit einem Ringbund 27 ver­ sehen, der konzentrisch zu der Öffnung 14 angeordnet ist und den torusförmigen Isolator 26 überlappt. Außerdem ist die Triggerelektrode 19 mit einer Ringausnehmung 28 versehen. Der Ringbund 27 greift in die Ringausnehmung 28 ein. Dabei wird ein potentialtrennender Abstand gewahrt, der jedoch we­ gen der normalerweise geringen Potentialunterschiede zwischen der Kathode 11 und Triggerelektrode 19 nur klein zu sein braucht.

Triggerelektroden gemäß Fig. 4, 5 sind auch in Verbindung mit einer Hohlanode möglich. In diesem Fall müßte das Licht des Plasmas 17 aus der Elektrode 11 bzw. aus der Hohlkathode ausgekoppelt werden. Es ist allerdings vorteilhafter, das Licht anodenseitig auszukoppeln, wie es Fig. 1 zeigt, und die Kathode mit negativer Hochspannung zu betreiben, da so De­ bris aus Sputtern und Hochfrequenzentladungen in dem einem Beobachter zugewandten Teil des Elektrodensystems besser vermieden werden können.

Das Potential der Triggerelektrode 19 wird vor dem Aus­ lösen eines Triggerpulses und damit vor dem Auslösen einer niederohmigen Plasmaentladung so gewählt, daß Ladungsträger aus der Hohlelektrode bzw. Hohlkathode und dem Elektroden­ zwischenraum im Bohrlochbereich abgezogen werden. Das er­ folgt beispielsweise durch das Anlegen einer gegenüber dem Kathodenpotential positiven Spannung von typischerweise ei­ nigen 100 V an die Triggerelektrode 19. Ein Triggerpuls wird dann ausgelöst, indem das Potential der Triggerelektrode auf das der Kathode heruntergezogen wird oder indem an die Trig­ gerelektrode 19 ein negatives Potential angelegt wird. Typi­ sche Zeitkonstanten für eine Veränderung des Potentials der Triggerelektrode 19 liegen dabei vorteilhaft im Bereich ei­ niger Nanosekunden bis zu einigen 100 ns.

Um hohe Lichtausbeuten zu erreichen, wird angestrebt, die Wiederholfrequenz der Entladungen möglichst hqch zu hal­ ten, nämlich im Bereich mehrerer kHz und vorzugsweise ober­ halb von 10 kHz. Hier setzen die erforderlichen Wiederver­ festigungszeiten bzw. Rekombinationszeiten des Plasmas Gren­ zen. Diese Grenzen sind abhängig von der Gasart, mit der das Verfahren betrieben wird. Im Hinblick auf eine hohe Strah­ lungsausbeute im EUV-Bereich ist die Anwendung von Xenon von besonderem Interesse. Bei einem Betrieb mit reinem Xenon sind Wiederholfrequenzen oberhalb von etwa 1 kHz bei typischen Pulsenergien im Bereich von 1 Joule bis 10 Joule bei Betrieb im Selbstdurchbruch kaum zu erreichen. Es ist daher anzustreben, Maßnahmen zur Beschleunigung der Wieder­ verfestigung durchzuführen.

Als eine Möglichkeit sei das Beimischen von Gasen genannt. Eine schnellere Rekombination des Plasmas nach Ent­ ladung der Kondensatorbank kann durch Beimischung von Gasen erreicht werden, wie zum Beispiel Luft, synthetische Luft, Stickstoff, Sauerstoff oder Halogene.

Außerdem kann der Abtransport von geladenen Teilchen aus dem Bereich der Öffnungen 14, 15 durch geeignete Gasströ­ mung unterstützt werden. Vorteilhaft ist dabei Strömung mit Gaseinlaß über die Kathode und/oder über den Elektroden­ zwischenraum und mit Gasevakuierung über die Anode, die gemäß Fig. 1 die dem Beobachter zugewandte Elektrode ist. Mit einer solchen Gasströmung kann Druckabfall im Bereich der Anode bzw. im Bereich einer Hohlanode erzeugt werden. Mit derartigen Druckgradienten ist es möglich, das Plasma 17 zu verlagern, um dadurch eine erhöhte Transmission für die EUV- Strahlung in der Beobachtungsstrecke bis zum Anwender zu er­ reichen.

Weitere Maßnahmen zur Steigerung der Wiederholfrequenz lassen sich in Zusammenhang mit der Kondensatorbank 21 durchführen. Dabei wird davon ausgegangen, daß der Aufbau des niederohmigen Plasmas je nach Bedingungen bis zu mehreren 100 Mikrosekunden dauert. Die Kondensatorbank 21 kann nun schneller aufgeladen werden, als es dieser Aufbauzeit des niederohmigen Plasmas entspricht. Infolgedessen kann auf eine vollständige Rekombination des Plasmas verzichtet wer­ den. Es ist darüber hinaus sogar möglich, zwischen zwei Ent­ ladungen ein hochohmiges Plasma im Bereich der Öffnungen 14, 15 brennen zu lassen, was zu besseren Bedingungen für ein Startplasma der Hochstromentladung führen kann.

Claims (24)

1. Verfahren zum Erzeugen von extrem ultravioletter Strah­ lung und weicher Röntgenstrahlung mit einer auf dem linken Ast der Paschenkurve betriebenen Gasentladung, insbesondere für die EUV-Lithographie,
bei dem ein Entladungsraum (10) vorbestimmten Gasdrucks und zwei Elektroden (11, 12) verwendet werden, die je­ weils eine auf derselben Symmetrieachse (13) gelegene Öffnung (14, 15) haben, und die im Verlauf eines Span­ nungsanstiegs (16) beim Erreichen einer vorbestimmten Zündspannung (U_z) ein im Bereich ihrer Öffnungen (14, 15) gelegenes Plasma (17) ausbilden, das eine Quelle der zu erzeugenden Strahlung (17') ist,
bei dem eine Zündung des Plasmas (17) durch Einflußnah­ me auf den Gasdruck und/oder durch eine Triggerung er­ folgt,
und bei dem mit der Zündung des Plasmas (17) ein Ener­ giespeicher mittels der Elektroden (11, 12) Speicherener­ gie in das Plasma (17) einspeist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zündung des Plasmas (17) unter An­ wendung eines vorbestimmten Zündverzugs (18) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündverzug (18) durch Erhöhung des Gasdrucks verringert oder durch Verminderung des Gasdrucks ver­ größert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zündung durch ein Auslösen eines Triggerpulses erfolgt, der an eine auf einen Zündbe­ reich des Plasmas (17) Einfluß nehmende Triggerelektro­ de (19) angelegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerung zum Erreichen eines vorbestimmten Zündverzugs (18) in Kombination mit einer Anwendung eines Druckintervalls des Gasdrucks erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerung mit einem vorbe­ stimmten Triggerdelay (20) angewendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsanstieg (16) und/oder das Erreichen einer vorbestimmten Zündspannung (U_z) meßtechnisch erfaßt wird/werden, und daß eine Ein­ flußnahme auf den Gasdruck und/oder auf die Triggerung unter Berücksichtigung des Meßergebnisses erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt (t_z) meßtech­ nisch erfaßt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt (t_z) mittels einer Messung eines Spannungsdifferentials (dU/dt) der Elektrodenspannung (U) und/oder mittels Messung eines Stromdifferentials (dI/dt) des Elektrodenstroms gemes­ sen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit zwischen dem Erreichen der vorbestimmten Zündspannung (U_z) und dem Zündzeit­ punkt (t_z) gemessen wird, und daß der Gasdruck mittels des Meßergebnisses dem vorbestimmten Zündverzug (18) entsprechend eingestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine meßtechnische Erfassung der an den Elektroden (11, 12) anliegenden Spannung vom Be­ ginn des Spannungsanstiegs (16) über einen vorbestimm­ ten Zeitraum erfolgt, der einen mutmaßlichen Zündzeit­ punkt (t_z) einschließt, wobei für die meßtechnische Er­ fassung vorzugsweise ein Zündspannungsintegrator ver­ wendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine meßtechnische Erfassung der an den Elektroden (11, 12) anliegenden Spannung (U) eine Speicherung des erreichten Zündspannungswertes (U_z) bis zum Beginn des darauffolgenden Spannungsanstiegs (16) umfaßt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezustand einer direkt an die Elektroden als Energiespeicher angeschlossenen Kon­ densatorbank (21) während eines Spannungsanstiegs (16) fortlaufend überwacht wird, und daß nach einem Er­ reichen der vorbestimmten Zündspannung (U_z) eine Trig­ gerung bedarfsweise mit dem vorbestimmten Triggerdelay (20) durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zündspannung (U_z) in Abhängigkeit von mindestens einem Kapazitäts­ parameter einer Kondensatorbank (21) korrigiert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Triggerung mittels einer auf Ladungsträger eines Elektrodenzwischenraums (22) ein­ wirkenden Triggerelektrode (19) durchgeführt wird, in­ dem deren in Bezug auf eine Kathode ausgebildetes Sperrpotential verringert wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher unter Ver­ zicht auf eine nach dem Erlöschen des Plasmas (17) vollständig erfolgende Rekombination des Gases bis zum Erreichen einer vorbestimmten Zündspannung (U_z) aufge­ laden wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (11, 12) im Zeitraum zwi­ schen zwei zu erzeugende Strahlung ausbildenden Plasma­ entladungen ein hochohmiges Plasma brennen gelassen wird.

17. Vorrichtung zum Erzeugen von extrem ultravioletter Strahlung und weicher Röntgenstrahlung mit einer auf dem linken Ast der Paschenkurve betriebenen Gasentla­ dung,
bei der ein Entladungsraum (10) vorbestimmten Gasdrucks und zwei Elektroden (11, 12) vorhanden sind, die jeweils eine auf derselben Symmetrieachse (13) gelegene Öffnung haben (14, 15), und die im Verlauf eines Spannungs­ anstiegs (16) beim Erreichen einer vorbestimmten Zünd­ spannung (U_z) einen im Bereich ihrer Öffnungen (14, 15) gelegenes Plasma (17) aufweisen, das eine Quelle der zu erzeugenden Strahlung (17') ist,
bei der in einem an eine erste Elektrode (11) angren­ zenden Raum (23) eine Triggerelektrode (19) für eine durch Triggerung erfolgende Zündung des Plasmas (17) vorhanden ist,
insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Triggerelektrode (19) als Wand (29) ausgebildet ist, die zumindest flächenab­ schnittsweise einen vorbestimmten Abstand von der Öff­ nung (14) der ersten Elektrode (11) aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Elektrode (11) als Hohlelektrode ausgebildet ist, und daß die Triggerelektrode (19) als Wand oder Wandabschnitt in der Geometrie dieser Hohl­ elektrode ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Triggerelektrode (19) als der Hohl­ elektrode parallele, deren Öffnung (14) gegenüberlie­ gende Rückwand ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Triggerelektrode (19) eine in der Symmetrieachse (13) angeordnete Durch­ trittsöffnung (24) aufweist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (24) und/oder der Symmetrie­ achse (13) parallele Bohrungen (24') als Gaseinlaß aus­ gebildet ist/sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß die Triggerelektrode (19) topfförmig ausgebildet ist, und daß eine auf einem Topfboden (19') senkrechte Topfachse (25) mit der Sym­ metrieachse (13) der Elektroden (11, 12) gleichliegt.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß die Triggerelektrode (19) mit der ersten Elektrode (11) über einen Isolator (26) zusammengebaut ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (11) einen zu ihrer Öffnung (14) konzentrischen Ringbund (27) aufweist, der den Isolator (26) überlappend an die Triggerelektrode (19) angrenzt oder in eine Ringausneh­ mung (28) der Triggerelektrode (19) eingreift, jeweils unter Wahrung eines potentialtrennenden Abstands.