DE10149654A1

DE10149654A1 - Verfahren und Anordnung zur Synchronisation der zeitlichen Abfolgen von Targets sowie von auf diese auftreffenden Anregungsimpulsen eines Lasers bei der Anregung von Plasma zur Strahlungsemission

Info

Publication number: DE10149654A1
Application number: DE2001149654
Authority: DE
Inventors: Mark Bischoff; Wolfgang Ziegler; Stefan Duesterer
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Priority date: 2001-10-08
Filing date: 2001-10-08
Publication date: 2003-04-10

Abstract

Aufgabe war es, die zeitlichen Abfolgen der Targets und der auf diese auftreffenden Laserimpulse auf möglichst einfache Weise zum Zweck der Konstanthaltung der vom Plasma emittierten Strahlung zu synchronisieren. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Bewegungsbahn der Targets (2) zumindest an einem festgelegten Detektionspunkt (6) abgetastet (5, 7). Dabei wird ein jeweils vom Passieren der Target am Detektionspunkt (6) geprägtes Sensorsignal (8) erzeugt, mit welchem im Fall einer erforderlichen Synchronisation eine Nachregelung der Targetgenerierung (1) und/oder der Impulserzeugung des Lasers (4) erfolgen. DOLLAR A Die Erfindung wird beispielsweise angewendet bei der Erzeugung von EUV-Strahlung und weicher Röntgenstrahlung für die Halbleiterlithografie und die Spektroskopie.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Synchronisation der zeitlichen Abfolgen von Targets sowie von auf diese auftreffenden Anregungsimpulsen eines Lasers bei der Anregung von Plasma zur Strahlungsemission. Die Erfindung wird beispielsweise angewendet bei der Erzeugung von EUV-Strahlung und weicher Röntgenstrahlung für die Halbleiterlithografie und die Spektroskopie.
Quellen hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung, wie im extrem ultravioletten Spektralbereich (EUV), lassen sich durch Wechselwirkung intensiver Laserstrahlung mit Materie realisieren. Trifft ein intensiver Laserimpuls auf ein festes, flüssiges oder gasförmiges Material (Target), so entsteht ein Plasma, das bei geeigneter Wahl der Laserimpuls- und Targetparameter EUV-Strahlung emittiert. Diesen physikalischen Effekt nutzen unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung weicher Röntgenstrahlung und insbesondere EUV-Strahlung. Bei einigen dieser Verfahren wird die Verwendung masselimitierter Targets beschrieben, die bei Laseranregung weniger Debris erzeugen. Als Targetmaterial werden dabei auch Flüssigkeiten verwendet, die masselimitiert mit Hilfe eines Tropfengenerators in eine evakuierte Wechselwirkungskammer eingebracht werden. Im Schnittpunkt des Laserstrahls und der Bahnkurve (Flugbahn) der Tropfentargets, der im Folgenden als Wechselwirkungspunkt bezeichnet wird, entsteht beim Zusammentreffen von Tropfentarget und Laserimpuls das gewünschte Plasma. Die zeitliche Abfolge der Tropfentargets ist an diesem Wechselwirkungspunkt eine zeitlich periodische Erscheinung (Tropfenkette), weshalb ihr Frequenz und Phase zugeordnet werden können.

Zur Erzeugung von Tropfentargets wurden verschiedene Verfahren beschrieben, beispielsweise unter Verwendung einer Vibrationseinrichtung an der Targetzufuhr (US 4.723.262), eines gepulsten Ventils (US 5.577.092) oder durch Modulation des Strömungswiderstandes einer Düse (US 3.416.153).

Den vorgeschlagenen Ausführungen für einen Tropfengenerator ist gemein, dass eine elektronische Steuereinrichtung das Modulationssignal für ein Ventil oder eine piezoelektrische Düse liefert, durch welche das flüssige Targetmaterial auf Grund eines Druckgradienten aus dem Targetreservoir in die Wechselwirkungskammer gelangt. Durch die periodische Modulation des Strömungswiderstandes am Ventil oder an der Düse erzeugt ein Tropfengenerator eine kontinuierliche Tropfenkette. Die zeitliche Abfolge der Tropfen am Wechselwirkungspunkt wird jedoch nicht allein vom Modulationssignal bestimmt, denn der Verlauf der Tropfenbildung und die Geschwindigkeit der Tropfentargets ist von einer Vielzahl weiterer Parameter abhängig. Weil die Konstanz der besagten zeitlichen Tropfenabfolge in der Praxis nur sehr unzulänglich ist, kam es bisher zu Variationen bei der zeitlichen Überlagerung sehr kurzer Laserimpulse (10E-14s bis 10E-8s Dauer) mit den Tropfentargets am Wechselwirkungspunkt. Diese Variationen erfordern nicht nur einen entsprechenden Aufwand, sondern bewirken auch unerwünschte Schwankungen der Energie, Intensität und Richtungsabhängigkeit der vom Plasma emittierten EUV-Strahlung.

Außerdem ist eine Methode zur Synchronisation bekannt (O. Hemberg, B.A.M. Hansson, M. Berglund and H. M. Hertz, Stability of droplet-target laser-plasma soft x-ray sources, J. Appl. Physics, Vol. 88, 2000, S. 5421-5425), bei der das entstehende Plasma zum Zweck einer Bildauswertung auf einer CCD-Kamera abgebildet wird. Im Ergebnis dieser Bildauswertung wird die Impulserzeugung für den Laser gesteuert. Die CCD-Detektion und Bildauswertung des jeweils vom Laser erzeugten Plasmas bedingen auch hier einen relativ hohen Aufwand.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, die zeitlichen Abfolgen der Targets und der auf diese auftreffenden Laserimpulse auf möglichst einfache Weise zum Zweck der Konstanthaltung der vom Plasma emittierten Strahlung zu synchronisieren.

Erfindungsgemäß wird die Bewegungsbahn der Targets zumindest an einem festgelegten Detektionspunkt optisch abgetastet. Dabei wird ein jeweils vom Passieren der Targets am Detektionspunkt geprägtes Sensorsignal erzeugt, mit welchem im Fall einer erforderlichen Synchronisation eine Nachregelung der Targetgenerierung und/oder der Impulserzeugung des Lasers erfolgt. Zu diesem Zweck sind ein optischer Sender und ein optischer Empfänger auf den Detektionspunkt in der Bewegungsbahn der Targets ausgerichtet, so dass bei Erscheinen eines Targets jeweils das Sensorsignal in charakteristischer Weise beeinflusst wird. Aus dem Sensorsignal werden Triggersignale für die Baugruppen zur Targetgenerierung und/oder für die Laserimpulserzeugung gebildet, indem insbesondere die Phase oder die Frequenz der zeitlichen Abfolgen der Targets und/oder Laserimpulse in zeitlicher Abhängigkeit der im besagten Detektionspunkt erfassten Targets nachgeregelt wird. In der Praxis ist die Flugzeit der Tropfentargets zwischen dem Detektionspunkt und dem sog. Wechselwirkungspunkt zur Plasmaanregung in erster Näherung das Produkt ihrer Geschwindigkeit und der Länge der Bahnkurve zwischen Detektions- und Wechselwirkungspunkt. Für kleine Abstände ist die Flugzeit der Targets zwischen Detektionspunkt und Wechselwirkungspunkt nahezu konstant, weshalb der mit dem Sensorsignal erfasste Erscheinungszeitpunkt eines Targets am Detektionspunkt eine in erster Näherung feste Phasenbeziehung zum zeitlich periodischen Erscheinen der Targets jeweils am Wechselwirkungspunkt aufweist.

Die Steuer- bzw. Regelvorgänge erfolgen somit in Abhängigkeit des zeitlich periodischen Sensorsignals zum Zeitpunkt des Passierens der Targets am Detektionspunkt, und damit, bezogen auf das jeweils detektierte Target, zeitlich vor der Plasmaanregung durch das Auftreffen des Laserstrahls am Wechselwirkungspunkt auf das besagte Target. Auf diese Weise wird die Regelgröße bereits erfasst, ausgewertet und im Regelkreis zur Phasen- bzw. Frequenzkorrektur umgesetzt, bevor sich Unregelmäßigkeiten in der zeitlichen Abfolge der Targets auf das Plasma und die Strahlungsemission auswirken könnten.

Mit der Korrekturregelung wird gewährleistet, dass die Laserimpulse die bestimmungsgemäßen Targets in jedem Fall am Wechselwirkungspunkt unter gleichen, reproduzierbaren geometrischen Bedingungen zur Plasmaanregung treffen.

Darüber hinaus ist die Erfassung der Regelgröße über den optischen Sender und Empfänger vergleichsweise weniger aufwendig als eine Bilderfassung und -auswertung des Plasmas, auf welches sich eventuelle Unregelmäßigkeiten in der zeitlichen Abfolge der Targets bereits ausgewirkt haben. Insbesondere die Verwendung aufwendiger CCD- Kameras ist bei vorliegender Erfindung nicht erforderlich.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 Prinzipaufbau eines erfindungsgemäßen Regelkreises,
Fig. 2 Regelkreis zur Phasenregelung der Targetgenerierung.
In Fig. 1 ist der Prinzipaufbau eines erfindungsgemäßen Regelkreises bei der Plasmaanregung zur Emission von EUV-Strahlung in einer aus Übersichtsgründen nicht näher dargestellten evakuierten Wechselwirkungskammer gezeigt. Ein Tropfengenerator 1 erzeugt, eine zeitliche Abfolge flüssiger Targets 2, auf welche in einem Wechselwirkungspunkt 3 Impulse eines Lasers 4 zur Anregung eines Plasmas treffen. Ein optischer Sender 5, beispielsweise ein Diodenlaser, beleuchtet die Bewegungsbahn der Targets 2 in einem Detektionspunkt 6. Ein ebenfalls örtlich auf den Detektionspunkt 6 ausgerichteter optischer Detektor 7 zum Empfang des Lichtes vom optischer Sender 5, beispielsweise ein Photowiderstand, erzeugt in Abhängigkeit des Erscheinens der Targets 2 am Detektionspunkt 6 ein zeitlich periodisches Sensorsignal 8, indem das vom optischen Sender 5 ausgestrahlte Licht am Detektionspunkt 6 jeweils durch die Targets 2 in charakteristischer Weise verändert wird. Das Sensorsignal 8 gelangt auf eine Auswerteeinheit 9, die ein Triggersignal 10 sowie ein Steuersignal 11 für den Tropfengenerator 1 erzeugt. Über die Auswerteeinheit 9 können die zeitlichen Abfolgen der im Tropfengenerator 1 erzeugten Targets 2 sowie der mit dem Laser 4 generierten Anregungsimpulse für das Plasma verändert und in Abhängigkeit des Passierens der Tagets 2 am Detektionspunkt 6 nachgeregelt werden, so dass sich ungeachtet eventueller Abweichungen in der Bewegung der Targets 2 am Wechselwirkungspunkt 3 eine definierte Phasenlage der zeitlichen Abfolgen der Tagets 2 und der Anregungsimpulse des Lasers 4 einstellt. Die Anregungsimpulse des Lasers 4 treffen somit in jedem Fall jeweils unter gleichen geometrischen Bedingungen auf die bestimmungsgemäßen Targets 2 zur Plasmaanregung auf.
Fig. 2 zeigt einen speziellen Regelkreis zur Phasenregelung der Targetgenerierung. Ein Triggergenerator 12 steht ausgangsseitig mit einem Triggereingang des Lasers 4 und über eine Phasenschieberstufe 13 mit einem Triggereingang des Tropfengenerators 1, der symbolisch als piezoelektrische Düse dargestellt ist, in Verbindung. Auf diese Weise wird eine definierte Phasenlage zwischen der zeitlichen Abfolge der vom Tropfengenerator 1 erzeugten Targets 2 und der zeitlichen Abfolge der vom Laser 4 generierten Anregungsimpulse erzeugt. Über den optischen Sender 5 und den optischen Detektor 7 wird, wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, in Abhängigkeit des Passierens der Targets 2 am Detektionspunkt 2 das zeitlich periodische Sensorsignal 8 erzeugt. Dieses wird einem ersten Phasenkomparator 14 zugeführt, in welchem zur Feststellung der aktuellen Phasenlage der zeitlichen Abfolge der Targets 2 (Targetfolgefrequenz) im Detektionspunkt 6 eine Phasendifferenz des Sensorsignals 8 und des Ausgangssignals des Triggergenerators 12 für den Tropfengenerator 1 gebildet und in einem zweiten Phasenkomparator 15 mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Der Ausgang des Phasenkomparators 15 liefert ein Phasensteuersignal 16 für die Phasenschieberstufe 13, durch welche im Fall von Abweichungen jeweils die Phasenlage der vom Triggergenerator 12 für den Tropfengenerator 1 bereitgestellten Steuerimpulse nachgestellt wird. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Phasenregelung beschränkt. Auch eine Regelung der zeitlichen Abfolgen der Targets 2 und der Anregungsimpulse des Lasers 4 an sich (Frequenzregelung) in Abhängigkeit des Sensorsignals 8 ist möglich. Außerdem ist es möglich, soll jedoch nicht näher dargestellt werden, aus Gründen einer Erhöhung der Auflösung und Feinfühligkeit der Regelung zusätzlich zur Detektion des Passierens der Targets 2 am Detektionspunkt 6 noch andere Bewegungsparameter der Targets 2 in der Bewegungsbahn zu erfassen. Beispielsweise könnte die Targetgeschwindigkeit über mehrere Sensoren ermittelt und bei der beschriebenen Phasen- bzw. Frequenzkorrektur berücksichtigt werden. Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Tropfengenerator
2 Target
3 Wechselwirkungspunkt
4 Laser
5 optischer Sender
6 Detektionspunkt
7 optischer Detektor
8 Sensorsignal
9 Auswerteeinheit
10 Triggersignal
11 Steuersignal
12 Triggergenerator
13 Phasenschieberstufe
14, 15 Phasenkomparator
16 Phasensteuersignal

Claims

1. Verfahren zur Synchronisation der zeitlichen Abfolgen von Targets sowie von auf diese auftreffenden Anregungsimpulsen eines Lasers bei der Anregung von Plasma zur Strahlungsemission, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahn der Targets zumindest an einem festgelegten Detektionspunkt optisch abgetastet wird, dass ein jeweils vom Passieren der Targets am Detektionspunkt geprägtes Sensorsignal erzeugt wird und dass mit diesem Sensorsignal im Fall einer erforderlichen Synchronisation die Targetgenerierung und/oder die Impulserzeugung des Lasers nachgeregelt werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine feste Phasenlage zwischen dem Sensorsignal und der Impulsfolge des Lasers erzeugt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Phasenlage unter Phasenregelung der zeitlichen Abfolge der Targets realisiert wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Phasenlage unter Frequenzregelung der zeitlichen Abfolge der Targets realisiert wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Phasenlage unter Phasenregelung der zeitlichen Abfolge der Laserimpulse realisiert wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Phasenlage unter Frequenzregelung der zeitlichen Abfolge der Laserimpulse realisiert wird.

7. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Abfolge der Targets eingestellt wird, deren Frequenz gleich oder höher als die Frequenz der zeitlichen Abfolge der Laserimpulse ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzunterschied ein ganzzahliges Vielfaches beträgt.

9. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Phasen- bzw. Frequenzregelung der zeitlichen Abfolgen der Targets und/oder der Laserimpulse andere Bewegungsparameter der Targets, insbesondere deren Geschwindigkeit, in Abhängigkeit des Erscheinens der Targets im Detektionspunkt beeinflusst werden.

10. Anordnung zur Synchronisation der zeitlichen Abfolgen von Targets sowie von auf diese auftreffenden Anregungsimpulsen eines Lasers bei der Anregung von Plasma zur Strahlungsemission in Abhängigkeit einer Regelgröße, mit einem Targetgenerator zur Erzeugung von Targets auf einer vorbestimmten Bewegungsbahn und mit einem Laser, dessen Impulse bei ihrem Auftreffen auf die Targets jeweils das Plasma zur Strahlungsemission hervorrufen, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Sender (5) und ein optischer Empfänger (7) jeweils auf einen festgelegten Detektionspunkt (6) in der Bewegungsbahn der Targets (2) zum Zweck der Erzeugung eines das Passieren der Targets (2) am Detektionspunkt (6) jeweils repräsentierenden Sensorsignals (8) ausgerichtet sind und dass der optische Empfänger (7) für eine Beeinflussung der zeitlichen Abfolgen der Targets (2) bzw. der Anregungsimpulse des Lasers (4) in Abhängigkeit des Sensorsignals (8) ausgangsseitig über eine Auswerteeinheit (9) mit Triggereingängen des Targetgenerators (1) und/oder des Lasers (4) in Verbindung steht.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (9) Elemente für einen Phasenvergleich (14, 15) und eine Phasensteuerung (13) enthält.

12. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (9) Elemente zur Frequenzsteuerung enthält.

13. Verfahren gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Diodenlaser als optischer Sender (5).

14. Verfahren gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Photowiderstand als optischer Empfänger (7).