DE102004005241B4

DE102004005241B4 - Verfahren und Einrichtung zur plasmabasierten Erzeugung weicher Röntgenstrahlung

Info

Publication number: DE102004005241B4
Application number: DE102004005241A
Authority: DE
Inventors: Kai Dr. Gäbel; Guido Hergenhan; Christian Dr. Ziener
Original assignee: Xtreme Technologies GmbH
Current assignee: Xtreme Technologies GmbH
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-01-31
Also published as: JP2005251735A; DE102004005241A1; US7161163B2; US20050169429A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur plasmabasierten Erzeugung weicher Röntgenstrahlung, insbesondere zur Erzeugung extrem ultravioletter (EUV-)Strahlung. DOLLAR A Die Aufgabe, eine neue Möglichkeit zur Bereitstellung eines Targets für eine plasmabasierte Strahlungsquelle finden, die eine Reduzierung der Aufheizung und Erosion der Düse und somit eine verbesserte Temperaturkontrolle an der Injektionsvorrichtung gestattet, wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine Verschlussvorrichtung (2) zwischen der Targetdüse (1) und dem Wechselwirkungsgebiet (41) angeordnet ist, die eine Öffnung (22) zum zeitweiligen den Durchlass des Targetstroms (12) durch mechanisch bewegliche Elemente (23, 24, 25) unterbricht, wobei mindestens ein Abschnitt (13) vom reproduzierbar bereitgestellten Targetstrom (12) abgeteilt wird, um mit dem Energiestrrahl (3) nur während solcher Zeitintervalle in Wechselwirkung zu treten, in denen von der Verschlussvorrichtung (2) eine optische Transmission vom Wechselwirkungsgebiet (41) zur Targetdüse (1) verhindert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur plasmabasierten Erzeugung weicher Röntgenstrahlung, insbesondere zur Erzeugung extrem ultravioletter (EUV-) Strahlung, bei dem ein reproduzierbar bereitgestellter Targetstrom aus definierten Abschnitten mit einem gepulsten Energiestrahl zur Anregung eines Strahlung emittierenden Plasmas in Wechselwirkung gebracht wird, wobei die Wechselwirkung zur Erzeugung eines Strahlung emittierenden Plasmas führt. Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung bei Strahlungsquellen mit hoher Repetitionsrate, vorzugsweise in Strahlungsquellen für die Halbleiterlithographie.
Plasmabasierte Strahlungsquellen, bei denen das Plasma durch Energieeintrag in ein Target erzeugt wird, bestehen vorzugsweise aus einem Targetstrom, der in eine Vakuumkammer injiziert wird. Das Plasma wird dann in kurzer Entfernung vom Ort der Injektion (Düse) durch Wechselwirkung mit einem gepulsten Energiestrahl erzeugt. Insbesondere bei Verwendung eines Targetstrahls aus flüssigem Xenon bei Temperaturen um –100°C ist die Kontrolle des Prozessparameters Temperatur von entscheidender Bedeutung, um die Stabilität des Targetstroms zu gewährleisten. Die Stabilität des Targets wird jedoch durch die Aufheizung und Erosion der Targetdüse mit zunehmender Betriebsdauer oder bei Erhöhung der Impulsrate der Plasmaanregung drastisch verschlechtert, so dass die Düse nur eine geringe Lebensdauer hat.
Im Stand der Technik der plasmagenerierten Strahlungserzeugung mittels eines Energiestrahls (meist Laserstrahl) hat sich die Plasmaerzeugung aus massenlimitierten Targets durchgesetzt, da diese im Vergleich mit anderen Targettypen die unerwünschte Teilchenemission (Debris) minimieren. Ein massenlimitiertes Target ist dadurch charakterisiert, dass die Teilchenzahl in der Wechselwirkungsregion von Target und Energiestrahl auf die Größenordnung der zur Strahlungserzeugung benutzten Ionen begrenzt ist. Zur Erzeugung massenlimitierter Targets wird häufig auf einen Tröpfchengenerator zurückgegriffen.

Dazu ist in der Patentschrift EP 0 186 491 B1 die Anregung von Einzeltröpfchen beschrieben worden, d.h. pro Energieimpuls wird genau ein Tröpfchen getroffen, wobei die Tröpfchen die gleiche Größenordnung wie der Laserfokus haben. Aufgrund immer auftretender Schwankungen der Tröpfchenfrequenz, ist eine Detektion der Tröpfchentargets und eine Synchronisation mit den Laserimpulsen notwendig. Weiterhin sind Targets zur Plasmaerzeugung in Form von Clustern ( US 5,577,092 A ), Gaspuffs (H. Fiedorowicz in: SPIE Proceedings, Vol. 4688, S. 619) oder Aerosolen (WO 01/30122 A1) beschrieben worden. Die mittlere Dichte derartiger Targets im Fokusvolumen ist jedoch wesentlich geringer als bei flüssigen oder festen Targets, da das Target aus mikroskopischen Partikeln besteht bzw. gasförmig vorliegt. Außerdem ist die Targetdivergenz im Allgemeinen so groß (einige Grad Öffnungswinkel), dass die mittlere Targetdichte mit zunehmendem Abstand von der Düse schnell abnimmt und eine effiziente Einkopplung des Energiestrahls ausschließlich in unmittelbarer Nähe der Düse möglich ist. Die oben genannte nachteilige Düsenbelastung ist somit unvermeidbar.

Vorrichtungen mit einem kontinuierlichen Targetstrahl (flüssiger oder gefrorener Jet), wie beispielsweise aus WO 97/40650 A1 bekannt, erlauben zwar einen relativ großen Arbeitsabstand von der Düse, sind aber anfällig für Schockwellen. D.h. der eingekoppelte strahlungserzeugende Energieimpuls verursacht hydrodynamische Störungen, die entlang der Jetachse eine relativ große Reichweite besitzen und die Eigenschaften des nachfließenden Jets für eine optimale Plasma- und Strahlungserzeugung verschlechtern. Diese Störungen verhindern eine hohe Impulsfolgefrequenz, da für den nächsten Impuls das Abklingen der Störung abgewartet werden muss.

In der nicht vorveröffentlichten WO 2004/084592 A2 ist offenbart, dass der Targetstrom durch eine Sperrvorrichtung vor dem Ort der Plasmaerzeugung unterbrochen wird, um Targetabschnitte zu schaffen, die nahezu vollständig in heißes Plasma umgewandelt werden und somit eine die optischen Komponenten kontaminierende Partikelemission (Debris) verringern. Die Sperrvorrichtung trägt ausschließlich zum Schutz der Optiken bei, ein Schutz der Komponenten für die Targetzufuhr ist nicht beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Bereitstellung eines Targets für eine plasmabasierte Strahlungsquelle zu finden, welche die Targetdüse vor elektromagnetischer Strahlung und energiereichen Teilchen aus dem generierten Plasma ausreichend schützt, d.h. die eine Reduzierung der Aufheizung und Erosion der Düse und somit eine verbesserte Temperaturkontrolle an der Injektionsvorrichtung gestattet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur plasmabasierten Erzeugung weicher Röntgenstrahlung, insbesondere zur Erzeugung extrem ultravioletter (EUV-)Strahlung, bei dem ein reproduzierbar bereitgestellter Targetstrom in ein Wechselwirkungsgebiet eingebracht wird und definierte Abschnitte des Targetstroms mit einem gepulsten Energiestrahl zur Wechselwirkung gebracht werden, wobei die Wechselwirkung zur Erzeugung eines Strahlung emittierenden Plasmas führt, dadurch gelöst, dass der Targetstrom zwischen seinem Injektionsort und dem Wechselwirkungspunkt zeitweilig unterbrochen wird, wobei mindestens während der Wechselwirkung des Energiestrahls mit einem im Wechselwirkungsgebiet befindlichen Abschnitt des Targetstroms mittels einer Verschlussvorrichtung eine Abschirmung von aus dem Plasma generierten Teilchen erfolgt, dass der Energiestrahl im Wechselwirkungsgebiet auf einen definiert abgetrennten Abschnitt des Targetstroms trifft, dessen Material (mindestens größtenteils) in Strahlung erzeugendes Plasma umgewandelt wird, und dass die Verschlussvorrichtung in Impulspausen des Energiestrahls geöffnet wird, um weitere definierte Abschnitte des Targetstroms zum Wechselwirkungsgebiet des Energiestrahls passieren zu lassen.

Vorteilhaft wird flüssiges Targetmaterial durch eine Targetdüse als kontinuierlicher Targetstrom in die Vakuumkammer injiziert, wobei eine Zerteilung in definierte Targetabschnitte mittels der Verschlussvorrichtung erfolgt.

Dazu wird von der Verschlussvorrichtung zweckmäßig eine periodische Bewegung derart ausgeführt, dass der Targetstrom abwechselnd unterbrochen und freigegeben wird, wobei die Unterbrechung synchronisiert zu Impulsen des Energiestrahls erfolgt.

Durch eine Erweiterung der Verschlussvorrichtung wird die Vakuumkammer vorteilhaft in eine Injektions- und eine Wechselwirkungskammer mindestens teilweise oder aber vollständig und zeitweilig gasdicht unterteilt, wobei vom Injektionsort zum Wechselwirkungsgebiet ein Druckgefälle erzeugt bzw. in der Wechselwirkungskammer eine niedrigerer Druck als in der Injektionskammer eingestellt wird.

Weiterhin wird die Aufgabe gemäß der Erfindung bei einer Einrichtung zur plasmabasierten Erzeugung weicher Röntgenstrahlung, insbesondere zur Erzeugung extrem ultravioletter (EUV-) Strahlung, enthaltend einen Targetgenerator mit einer Targetdüse zur Bereitstellung eines in einer Vakuumkammer reproduzierbar bereitgestellten Targetstroms geringer Divergenz, und einen gepulsten Energiestrahl, der zur Erzeugung eines Strahlung emittierenden Plasmas in einem Wechselwirkungspunkt auf definierte Abschnitte des Targetstroms fokussiert ist, dadurch gelöst, dass eine Verschlussvorrichtung zwischen der Targetdüse und einem um den Wechselwirkungspunkt befindlichen Wechselwirkungsgebiet angeordnet ist, die mindestens eine Öffnung zum Durchlassen des Targetstroms aufweist und durch mechanisch bewegliche Elemente zeitweise den Durchlass des Targetstroms durch die Öffnung hindurch unterbricht, wobei mindestens ein Abschnitt vom aus der Targetdüse reproduzierbar bereitgestellten Targetstrom abgetrennt wird, um mit dem Energiestrahl in Wechselwirkung zu treten, und dass der gepulste Energiestrahl mit der Verschlussvorrichtung so synchronisiert ist, dass zum Wechselwirkungsgebiet durchgelassene Abschnitte des Targetstroms nur während solcher Zeitintervalle vom Energiestrahl in Strahlung emittierendes Plasma umgewandelt werden, in denen von der Verschlussvorrichtung eine optische und Teilchen-Transmission vom Wechselwirkungsgebiet zur Targetdüse verhindert ist.

Vorteilhaft weist die Verschlussvorrichtung eine rotierende Blende mit mindestens einer Öffnung zum Durchlassen des Targetstroms auf, wobei die rotierende Blende eine Drehachse außerhalb und parallel zur Achse des Targetstroms hat, so dass sich Öffnungen und geschlossene Bereiche der Blende abwechselnd im Targetstrom befinden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Verschlussvorrichtung eine translatorisch bewegliche Verschlussplatte auf, um die Öffnung zum Durchlassen des Targetstroms zeitweilig zu verschließen, wobei die Verschlussplatte in einer Ebene orthogonal zur Achse des Targetstroms linear beweglich ist, so dass die Öffnung zum Durchlassen des Targetstroms alternativ von der Verschlussplatte verschlossen oder frei ist.

Die Verschlussvorrichtung kann zweckmäßig auch mehrere bewegliche Verschlussplatten zum Verschließen der Öffnung aufweisen, wobei die Verschlussplatten in einer orthogonalen Ebene zur Achse des Targetstroms so beweglich sind, dass sie zum zeitweiligen Schließen der Öffnung in der Achse des Targetstroms zusammentreffen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird die Verschlussvorrichtung durch einen rotierenden Zylinder gebildet, der seine Drehachse außerhalb und orthogonal zur Achse des Targetstroms hat, wobei der Zylinder mindestens eine durch seine Mantelfläche hindurchgehende Öffnung zum Durchlassen des Targetstroms aufweist, so dass sich Öffnung und geschlossene Mantelfläche des Zylinders abwechselnd im Targetstrom befinden. Dabei ist alternativ möglich, dass die so gestaltete rotierende Verschlussvorrichtung ein Hohlzylinder oder ein Vollzylinder ist.

Vorteilhaft werden in der Vakuumkammer zusätzliche, die Verschlussvorrichtung flächig erweiternde, unbewegliche mechanische Mittel zur Vergrößerung des abgeschatteten Bereiches Targetdüse angeordnet. Das geschieht vorzugsweise durch eine Trennwand, die die Vakuumkammer durch Erweiterung der Verschlussvorrichtung wenigstens partiell unterteilt in eine Injektionskammer und eine Wechselwirkungskammer.

Vorteilhaft sind in diesem Fall in der Wechselwirkungskammer Mittel zur graduellen Druckreduzierung auf einen geeigneten Arbeitsdruck im Wechselwirkungsgebiet vorhanden.

In einer Vorzugsvariante ist die Trennwand als Wand zur vollständigen Abtrennung der Wechselwirkungskammer von der Injektionskammer ausgebildet, so dass von der Targetdüse zum Wechselwirkungsgebiet ein Druckgefälle erzeugt werden kann.

Vorzugsweise ist die Trennwand als Wand zur zeitweilig gasdichten Abtrennung der Wechselwirkungskammer von der Injektionskammer ausgebildet, wodurch in der Wechselwirkungskammer ein niedrigerer Druck als in der Injektionskammer einstellbar ist.

Um eine unzulässige Aufheizung der Verschlussvorrichtung und/oder der Trennwand zu vermeiden, sind diese vorteilhaft mit zusätzlichen Kühlungsmitteln ausgestattet.

Es erweist sich von Vorteil, wenn der Targetstrom den Ort der Verschlussvorrichtung als kontinuierlicher Targetstrahl geringer Divergenz erreicht. Es ist aber auch möglich, dass er in Form von diskontinuierlichen Targetvolumina in die Verschlussvorrichtung (geeignet synchronisiert) eintritt.

Zweckmäßig liegt der Targetstrom im Wechselwirkungsgebiet in flüssigem oder erstarrtem Aggregatzustand vor. Zum Formen des Targetstroms durch die Targetdüse wird vorteilhaft ein verflüssigtes Gas oder Gasgemisch, vorzugsweise mit mindestens einem Edelgas, z.B. Xenon, verwendet. Der Targetstrom kann aber auch durch ein flüssiges Metall oder eine flüssige Metallverbindung gebildet werden und vorzugsweise Zinn enthalten. In analoger Weise können als Targetmaterialien Lithium, Fluor, Gallium bis Selen, Indium bis Strontium oder deren Verbindungen, insbesondere Salzlösungen, oder Fluor-Fomblin, eingesetzt werden.

Der Energiestrahl zur Plasmaerzeugung ist vorzugsweise ein Laserstrahl. Es sind aber auch ein Elektronenstrahl oder ein Ionenstrahl zur Anregung des heißen Plasmas geeignet.

Der Grundgedanke der Erfindung basiert darauf, dass die Erosion der Injektionsvorrichtung (Targetdüse) durch Teilchen aus dem Plasma verursacht wird, wie in experimentellen Untersuchungen an plasmabasierten Strahlungsquellen, die mit Energieimpulsen (z.B. eines Hochleistungslasers) gezündet werden, gezeigt werden konnte. Diese Düsenerosion reduziert die Anzahl der realisierbaren Plasmazündungen, für die ein stabiles Target aufgebaut werden kann (sehr begrenzte Lebensdauer der Targetdüse). Weiterhin wird durch die hohe Leistung der vom Plasma emittierten kurzwelligen Strahlung die Targetdüse zusätzlich aufgeheizt und damit die Kontrolle des Prozessparameters Temperatur erschwert. Die möglichst exakte Kontrolle der Prozessparameter ist jedoch entscheidend für die Richtungsstabilität des Targetstroms. Die Erfindung beinhaltet deshalb die Verwendung einer Schutzvorrichtung, die als mechanischer Verschluss beweglich zwischen Targetdüse und Plasma angebracht ist und dadurch Teilchen- und energetische Strahlung vom Plasma zur Targetdüse mindestens zeitweilig unterbricht. Durch diese Unterbrechung der Sichtlinie Plasma – Targetdüse während der Plasmaerzeugung wird verhindert, dass die vom Plasma emittierte Strahlung die Injektionsvorrichtung erreicht und insbesondere die Targetdüse aufheizen kann. Wenn die Unterbrechung einige Zeit nach Plasmazündung andauert, wird ebenfalls der Teilchenbeschuss aus dem Plasma auf die Targetdüse und somit deren Erosion deutlich reduziert.

Der besondere Effekt der Erfindung besteht außerdem darin, dass bei Verwendung eines kontinuierlichen Targetstroms geringer Divergenz die Verschlussvorrichtung zugleich eine einstellbare Teilung des Targetstroms in definierte Abschnitte (massenlimitierte Einzeltargets) bewirkt, so dass die Einzeltargets in einem zur Targetdüse wesentlich größeren Abstand für die Wechselwirkung mit dem Energiestrahl bereitgestellt werden können und somit die erosive und Strahlenbelastung der Targetdüse weiter reduziert wird.

Mit der Erfindung ist es möglich, bei einer plasmabasierten Strahlungsquelle die Targetdüse während der Erzeugung des strahlenden Plasmas vor elektromagnetischer Strahlung und energiereichen Teilchen ausreichend zu schützen, d.h. eine Reduzierung der Aufheizung und Erosion der Düse und somit eine verbesserte Temperaturkontrolle an der Injektionsvorrichtung zu erreichen. Außerdem ist eine einfache Teilung des Targetstroms in definierte Abschnitte (massenlimitierte Targets) möglich, wodurch neben der Abstandsvergrößerung des Wechselwirkungsgebiets von der Targetdüse vor allem auch die vom Plasma erzeugte Debris reduziert werden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit rotierender-Blende zum Schutz der Targetdüse, wobei ein Zeitpunkt, in dem der Targetstrom die Öffnung der rotierende Blende passiert und kein Laserimpuls ausgelöst wird, dargestellt ist,
2: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1 zu einem späteren Zeitpunkt, in dem die Sichtverbindung zwischen Targetdüse und Wechselwirkungsregion durch einen geschlossenen Bereich der rotierenden Blende unterbrochen ist, der Laserimpuls einen separierten Targetabschnitt trifft und aufgrund der Blendenposition aus einem Plasma emittierte elektromagnetische Strahlung und energetische Ionen die Targetdüse nicht erreichen können,
3: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer linear bewegten Blende zu einem Zeitpunkt, in dem der Targetstrom die Blende passiert und kein Laserimpuls das Target trifft, wobei die Blende die Vakuumkammer durch eine gasdichten Trennwand (optional) in Injektionskammer und der Wechselwirkungskammer unterteilt,
4: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 3 zu einem Zeitpunkt, in dem der Laserimpuls das Target bei durch die Blende blockierter Sichtlinie Targetdüse – Wechselwirkungsregion trifft und die im Plasma erzeugten energetischen Ionen und elektromagnetische Strahlung die Targetdüse nicht erreichen können,
5: eine schematische Darstellung der Erfindung mit einer Blende in Form eines rotierenden Hohlzylinders zu einem Zeitpunkt, in dem ein kontinuierlicher Targetstrom düsenseitig in den Hohlzylinder eintritt und gleichzeitig ein Targetabschnitt den Hohlzylinder verlässt und kein Laserimpuls das Target trifft,
6: eine schematische Darstellung der Erfindung gemäß 5 zu einem Zeitpunkt der Plasmaanregung, in dem die Sichtlinie Wechselwirkungsregion – Targetdüse durch geschlossene Wandbereiche des Hohlzylinders geblockt wird und der Hohlzylindler (optional) in eine gasdichte Trennwand zur Unterteilung der Vakuumkammer in Injektionskammer und Wechselwirkungskammer eingepasst ist,
7: eine Ausgestaltung der Erfindung zur graduellen Druckreduzierung auf dem Weg in die Wechselwirkungskammer, die Wechselwirkung mit dem Energiestrahl (nicht dargestellt) findet in der unteren Kammer statt.
1 zeigt eine Einrichtung zur hochrepetierenden Erzeugung eines Strahlung emittierenden Plasmas, die sich innerhalb einer Vakuumkammer 5 (nur in 7 gezeigt) befindet.
Dazu wird mittels Injektion eines flüssigen Targetmaterials durch eine Targetdüse 1 in die Vakuumkammer 5 ein Targetstrom 12 mit geringer Divergenz erzeugt. Wird ein unter Normalbedingungen gasförmiges Element (oder eine Verbindung) zur Erzeugung des Targetstroms 12 verwendet, erfolgt die Verflüssigung des Gases (zweckmäßig Edelgas, bevorzugt Xenon) bei geeignetem Druck und geeigneter Temperatur vor der Injektion in die Vakuumkammer. Das Gleiche gilt für ein bei Normalbedingungen festes Element oder eine feste Verbindung. Da der Arbeitspunkt durch eine definierte Temperatur und einen definierten Druck gekennzeichnet ist, ist die Kontrolle dieser Parameter für eine stabile Prozessführung entscheidend. Insbesondere die Temperatur an der Injektionsvorrichtung wird durch Strahlungsheizung aus der Umgebung beeinflusst. Eine große Heizleistung wird durch die Plasmaquelle selbst erzeugt, wenn das Plasma die Targetdüse ungehindert bestrahlt, d.h. wenn keine Mittel zur Abschattung der Injektionsvorrichtung (zeitlich oder räumlich) verwendet werden.
Der injizierte Targetstrom 12 kann je nach Prozessbedingungen und Eigenschaften des Targetmaterials nach einer gewissen Strecke in der Vakuumkammer 5 in kontinuierlicher Form (flüssig oder fest) oder als Tröpfchen (flüssig oder fest) vorliegen Die folgenden Beispiele gehen von einem kontinuierlichen Targetstrom 12 aus, sind aber nicht darauf beschränkt. Bei einem Strom von Tröpfchentargets muss die Verschlussvorrichtung zusätzlich mit der Tröpfchenerzeugung der Injektionsvorrichtung synchronisiert werden, so dass allein eine Abschirmungs- bzw. Schutzfunktion der Verschlussvorrichtung zur Wirkung kommt.
Zum Schutz der Targetdüse 1 werden periodisch mechanische Komponenten einer Verschlussvorrichtung 2 so zwischen Wechselwirkungsgebiet 41 und Injektionsort (Targetdüse 1) gebracht, dass die Sichtlinie zwischen beiden zum Zeitpunkt der Plasmaerzeugung sowie einige Zeit danach unterbrochen wird. Dazu wird ausgenutzt, dass der Targetstrom 12 zur Erzielung höherer Energieeinträge mit einem gepulsten Energiestrahl 3 in Wechselwirkung gebracht wird und daher der Targetstrom 12 zwischen Targetdüse 1 und Wechselwirkungsort 4 mindestens zeitweise unterbrochen werden kann. Unter einem Schutz der Targetdüse 1 wird im allgemeinen Sinn schon die Reduzierung der Strahlungsbelastung der Targetdüse 1 (durch Teilchen- und hochenergetische Strahlung aus dem Plasma 42) verstanden.
Durch die zeitweilige Abschattung der Targetdüse 1 im Augenblick der Plasma- und Strahlungserzeugung sowie einige Zeit danach wird vermieden, dass energetische Ionen aus dem Plasma 42 die Targetdüse 1 erreichen, wodurch die Erosion an der Targetdüse 1 stark reduziert wird. Zugleich wird durch die zeitweilige Abschattung der Tartgetdüse 1 die elektromagnetische Strahlung, mit der die Targetdüse 1 beaufschlagt wird, minimiert.
Die Vorrichtung zur Abschattung der Targetdüse 1 trennt gleichzeitig den anfänglich. kontinuierlichen Targetstrom 12, der anfällig für Störungen durch die Plasmaerzeugung ist, in definierte separate Abschnitte 13 auf.
Im Gegensatz zu einzelnen Tropfen, deren Volumen bei einem festen Düsendurchmesser nur gering variiert werden kann, ist das Volumen eines so vom Targetstrom 12 abgetrennten Abschnitts 13 relativ einfach über die Länge des Abschnitts 13 einstellbar.
Die Synchronisation mit dem Anregungsimpuls des Energiestrahls 3 ist wesentlich einfacher als für Tröpfchentargets, bei denen die Frequenz der Tropfenbildung nicht völlig schwankungsfrei ist.
Aufgrund der geringen Divergenz eines reproduzierbar bereitgestellten Targetstroms 12 kann ein relativ großer Arbeitsabstand (Größenordnung einige Zentimeter) zur Targetdüse 1 gewählt werden.
Beispiel 1:
1 und 2 zeigen zwei unterschiedliche Zeitpunkte bei der plasmabasierten Strahlungserzeugung, bei der eine drehbare Blende 23 derart zwischen Targetdüse 1 und den Wechselwirkungspunkt 4 (Schnittpunkt von Targetachse 11 und Energiestrahlachse 31) angebracht ist, dass sich die Drehachse 21 der Blende 23 nicht auf der Targetachse 11 befindet und dass in der Blende 23 mindestens eine Öffnung 22 (im diesem Beispiel eine Vielzahl auf einem Kreis um die Drehachse 21 regelmäßig angeordneter Öffnungen 22) eingebracht ist (sind), die bei gleichförmiger Drehung der Blende 23 den Targetstrom 12 periodisch zeitweise freigeben bzw. abschatten. Somit wird der Targetstrom 12 in separate Targetvolumina (Abschnitte 13) unterbrochen, die in das Wechselwirkungsgebiet 41 von Targetstrom 12 und Energiestrahl 3 gelangen. Das Wechselwirkungsgebiet 41 wird durch den Schnittpunkt von Targetachse 11 und Achse 31 des Energiestrahls 3 sowie dessen unmittelbare Umgebung definiert.
Durch die geschlossenen Bereiche (zwischen den Öffnungen 22) der Blende 23 wird die direkte Sichtlinie (freier optischer Lichtweg) zwischen Wechselwirkungsgebiet 41 und Targetdüse 1 zeitweilig vollständig unterbrochen.
Die Größe der Öffnungen 22 bzw. das Verhältnis der Bogenlänge innerhalb einer Öffnung 22 zur Bogenlänge geschlossener Bereiche der Blende 23 sowie die Rotationsgeschwindigkeit der Blende 23 sind geeignet wählbar, um die Länge und den Abstand der Targetabschnitte 13 untereinander für die gewünschte Repetitionsrate und Strahlungsausbeute je Impuls Energiestrahls 3 einzustellen. Der Radius des Bogens wird durch den Abstand zwischen der Drehachse 21 der Blende 23 und der Targetachse 11 bestimmt. Die Synchronisation der Plasmaerzeugung mit der Unterbrechung der direkten Sichtlinie erfolgt derart, dass die elektromagnetische Strahlung und/oder der Hauptteil der energetischen Ionen durch geschlossene Bereiche der Blende 23 daran gehindert wird, die Targetdüse 1 zu erreichen. D.h. auf der Sichtlinie zwischen dem Wechselwirkungsgebiet 41 und der Targetdüse 1 befindet sich während und eine gewisse Zeit nach der Zündung des Plasmas 42 ein geschlossener Blendenbereich zwischen zwei Öffnungen 22. Die konkreten Zeiten sind abhängig von den Plasmabedingungen sowie der Geometrie der Anordnung.
Beispielhaft sei hier eine konstruktive Ausführung der Erfindung mit einer drehbaren Blende 23 wie folgt angegeben. Der Targetstrom 12 hat eine Geschwindigkeit v_jet = 50 m/s (bei einem Durchmesser von einigen 10 μm). Wählt man einen Abstand von 50 mm zwischen Targetachse 11 und Drehachse 21 der Blende 23, einen Durchmesser der einzelnen Öffnungen 22 (Bohrung) von je 2,5 mm, eine Bogenlänge zwischen zwei Öffnungen 22 von 5 mm und eine Drehfrequenz der Blende 23 von 300 Hz (18 000 U/min, vergleichbar mit Turbopumpenrotor), so ergibt sich ein aus dem Targetstrom 12 abgetrennter Abschnitt 13 (Einzeltarget) mit einer Länge von 1 mm mit einem Abstand von 2 mm zwischen zwei Abschnitten 13. Liegt der Wechselwirkungspunkt 4 des Energiestrahls 3 in einer Entfernung von 5 cm unterhalb der Blende 23 ist im Moment der Plasmaerzeugung die Sichtlinie zwischen Plasma 42 und Targetdüse 1 vollständig geblockt. Somit ist der Schutz der Targetdüse 1 (gemäß 2) gewährleistet und zugleich eine akzeptable Aufeinanderfolge und Länge der Einzeltargets (Abschnitte 13) eingestellt.
Die Plasmaerzeugung erfolgt vorzugsweise mit einem Laserstrahl als Energiestrahl 3. Es kann aber ebenso ein energetischer Teilchenstrahl (Elektronenstrahl oder Ionenstrahl) zur Erzeugung des Plasmas 42 eingesetzt werden.
Beispiel 2:
Linear bewegte Blendenplatte
In einer zweiten Ausführung gemäß 3 und 4 wird die periodische Unterbrechung der Sichtlinie zwischen Wechselwirkungsbereich 41 und Targetdüse 1 mit einer beweglichen Blendenplatte 24 erreicht, die eine periodische Linearbewegung mit mindestens einer senkrechten Projektion zum Targetstrom 12 derart ausführt, dass eine einzelne Öffnung 22 sich zeitweilig in der Achse 11 des Targetstroms 12 befindet und den optischen Lichtweg freigibt. Ein geschlossener Bereich der Blendenplatte 24 befindet sich auf der Sichtlinie während und eine gewisse Zeit nach der Zündung des Plasmas 42. Da die Amplitude der Translation für typische Targetdurchmesser von ca. 20 μm lediglich eine Größenordnung größer sein muss, kann die Anregung mit einem piezoelektrischen Stellelement erfolgen.
Es ist ebenfalls möglich, den Targetstrom 12 mit zwei linear gegeneinander verschiebbaren Blendenplatten 24 zu unterbrechen, deren Verschlusslinie (nicht gezeigt) in der Achse 11 des Targetstroms 12 liegt.
Beispi el 3:
Rotierender Zylinder
In einer weiteren Ausführung gemäß 5 und 6 wird die Sichtlinie zwischen Wechselwirkungsgebiet 41 und Targetdüse 1 durch einen rotierenden Hohlzylinder 25 zeitweilig freigegeben bzw. unterbrochen.
Die Rotationsachse 21 des Hohlzylinders 25 befinden sich außerhalb der Achse 11 des Targetstroms 12 und ist zu dieser orthogonal ausgerichtet. Der Hohlzylinder 25 weist in seiner Mantelfläche Öffnungen 22 auf, die während mindestens einer Rotationsposition Teile (Abschnitte 22) des Targetstroms 12 entlang der Achse 11 durchlassen. Die Mantelfläche des Hohlzylinders 25 weist dazu mindestens eine Bohrung auf, durch die ein Abschnitt 13 des Targetstromes 12 ins Innere des Hohlzylinders 25 gelangt und bei entsprechender Synchronisation der Linearbewegung des durchgelassenen Abschnitts 13 mit der Rotationsbewegung des Hohlzylinders 25 diesen wieder verlässt und in das Wechselwirkungsgebiet 41 gelangt.
Im Augenblick der Plasmaanregung durch den Energiestrahl 3 im Wechselwirkungspunkt 4 sowie einige Zeit danach wird die Sichtlinie zur Targetdüse 1 durch geschlossene Mantelflächenbereiche des Hohlzylinders 25 unterbrochen.
Der in 5 gezeigte Fall, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt eine vollständig freie Sichtlinie zwischen Wechselwirkungsgebiet 41 und Targetdüse 1 besteht, ist nur eine Variante, die auch die Möglichkeit, einen Vollzylinder zu verwenden, mit berücksichtigt, ansonsten aber nicht zwingend ist, da für die Plasma- und Strahlungserzeugung kein freier optischer Lichtweg von der Targetdüse 1 zum Wechselwirkungspunkt 4 benötigt wird. So kann anstelle des Hohlzylinders 25 – ohne dass dieser Fall separat gezeichnet ist – ein Vollzylinder eingesetzt werden, der eine oder mehrere geeignet eingebrachte Bohrungen enthält, die die Targetachse 11 zeitweilig freigeben (gestrichelter Kanal in 5).
Bei einem Hohlzylinder 25 ist es lediglich notwendig, dass die Drehgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass die Öffnungen 22 in der Mantelfläche einen Targetabschnitt 13, der in den Hohlzylinder 25 hineingelangt ist, ungehindert entlang der Achse 11 des Targetstroms 12 wieder hinauslassen.
Weiterhin ist die Verschlussvorrichtung 2, die in diesem Beispiel durch einen Hohlzylinder 25 repräsentiert ist, um eine ergänzende Trennwand 51 erweitert, wodurch die Vakuumkammer 5 (in 5 und 6 gestrichelt und nur teilweise als Träger der Schutzwand 51 angedeutet) in zwei Teilkammern unterteilt wird, wobei ein Druckgefälle (p₂ < p₁) zwischen den beiden Teilen der Vakuumkammer 5 einstellbar ist.
In den anderen Ausführungen gemäß den Beispielen 1 und 2 ist es ebenfalls möglich, eine die Verschlussvorrichtung 2 ergänzende Trennwand 51 einzubringen, womit die die Targetdüse 1 abschattende Fläche vergrößert wird und ein zeitweiliger gasdichter Abschluss (mindestens aber ein Druckgefälle) zwischen Targetdüse 1 und Wechselwirkungsgebiet 41 durch Unterteilung der Vakuumkammer 5 in eine Injektionskammer 52 und eine Wechselwirkungskammer 53 erreicht wird.
Eine ergänzende Trennwand 51, wie sie ausschließlich für das dritte Ausführungsbeispiel mit rotierendem Hohlzylinder 25 beispielhaft dargestellt ist, wird – um die Allgemeingültigkeit für alle gezeigten Beispiele und den prinzipiellen Einbau zu verdeutlichen – nochmals in 7 in einer Gesamtdarstellung gezeigt.
In 7 sind zu diesem Zweck eine Trennwand 51 und eine schematisierte Verschlussvorrichtung 2 in einer stilisierten Vakuumkammer 5 dargestellt. Diese Anordnung gestattet neben der verbesserten Abschattung der Targetdüse 1 eine graduelle Druckreduzierung auf dem Weg des Targetstroms 12 zur Wechselwirkungsregion 41.
Da ein flüssiger Targetstrom 12 beim Austritt aus der Targetdüse 1 des Injektionssystems in die Vakuumkammer 5 in einen Nichtgleichgewichtszustand gelangt (Dampfdruck groß gegen Umgebungsdruck), verdampft eine Oberflächenschicht des Targetstroms 12 beim Eintritt in die Injektionskammer 52. Durch eine geeignete Apertur für den Targetstrom 12 und den Anschlussort der Vakuumpumpe (nur schematisch gezeigt) in der Wechselwirkungskammer 53 wird erreicht, dass der untere Teil der Vakuumkammer 5 (Wechselwirkungskammer 53) effizienter evakuiert wird als der obere Teil (Injektionskammer 52). Auf diese Weise werden in den verschiedenen Teilen der Vakuumkammer 5 unterschiedliche Drücke (Druckgefälle von der Injektionskammer 52 zur Wechselwirkungskammer 53) eingestellt.
Weiterhin sind in allen Ausführungsbeispielen zusätzliche Mittel zur Kühlung der bewegten Blenden 23, 24, 25 und/oder der unbeweglichen Trennwand 51 möglich, die eine übermäßig starke Aufheizung der Verschlussvorrichtung 2 und/oder der Trennwand 51 verhindern.

1: Targetdüse
11: Targetachse
12: Targetstrom
13: Abschnitt
2: Verschlussvorrichtung
21: Drehachse
22: Öffnung
23: rotierende Blende
24: Blendenplatte
25: Hohlzylinder
3: Energiestrahl
31: Achse (des Energiestrahls)
32: Fokussiereinrichtung
4: Wechselwirkungspunkt
41: Wechselwirkungsgebiet
42: Plasma
43: energetische und Teilchenstrahlung
5: Vakuumkammer
51: Trennwand
52: Injektionskammer
53: Wechselwirkungskammer

Claims

Verfahren zur plasmabasierten Erzeugung weicher Röntgenstrahlung, insbesondere zur Erzeugung extrem ultravioletter (EUV-) Strahlung, bei dem ein reproduzierbar bereitgestellter Targetstrom in ein Wechselwirkungsgebiet eingebracht wird und definierte Abschnitte des Targetstroms mit einem gepulsten Energiestrahl zur Wechselwirkung gebracht werden, wobei die Wechselwirkung zur Erzeugung eines Strahlung emittierenden Plasmas führt, dadurch gekennzeichnet, dass – der Targetstrom (12) zwischen seinem Injektionsort (1) und dem Wechselwirkungspunkt (4) zeitweilig unterbrochen wird, wobei mindestens während der Wechselwirkung des Energiestrahls (3) mit einem im Wechselwirkungsgebiet (41) befindlichen Abschnitt (13) des Targetstroms (12) mittels einer Verschlussvorrichtung (2) eine Abschirmung von aus dem Plasma (42) generierten Teilchen erfolgt, – der Energiestrahl (3) im Wechselwirkungsgebiet (41) auf einen definiert abgetrennten Abschnitt (13) des Targetstroms (12) trifft, dessen Material in Strahlung erzeugendes Plasma (42) umgewandelt wird, und – die Verschlussvorrichtung (2) in Impulspausen des Energiestrahls (3) geöffnet wird, um weitere definierte Abschnitte (13) des Targetstroms (12) zum Wechselwirkungsort (4) des Energiestrahls (3) passieren zu lassen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass flüssiges Targetmaterial durch eine Targetdüse (1) eines Targetgenerators in die Vakuumkammer (5) injiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Verschlussvorrichtung (2) eine periodische Bewegung derart ausgeführt wird, dass der Targetstrom (12) abwechselnd unterbrochen und freigegeben wird, wobei die Unterbrechung synchron zu den Impulsen des Energiestrahls (3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (5) durch eine erweiterte Verschlussvorrichtung (2; 51) mindestens teilweise unterteilt wird, wobei vom Injektionsort der Targetdüse (1) zum Wechselwirkungsgebiet (41) ein Druckgefälle erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (5) durch eine erweiterte Verschlussvorrichtung (2; 51) zeitweilig vollständig unterteilt wird, wobei in einer das Wechselwirkungsgebiet (41) enthaltenden Wechselwirkungskammer (53) ein geringerer Druck als in einer die Targetdüse (1) enthaltenden Injektionskammer (52) eingestellt wird.
Einrichtung zur plasmabasierten Erzeugung weicher Röntgenstrahlung, insbesondere zur Erzeugung extrem ultravioletter (EUV-) Strahlung, enthaltend einen Targetgenerator mit einer Targetdüse zur Erzeugung eines in einer Vakuumkammer reproduzierbar bereitgestellten Targetstroms geringer Divergenz, und einen gepulsten Energiestrahl, der zur Erzeugung eines Strahlung emittierenden Plasmas in einem Wechselwirkungspunkt auf definierte Abschnitte des Targetstroms fokussiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Verschlussvorrichtung (2) zwischen der Targetdüse (1) und einem um den Wechselwirkungspunkt (4) befindlichen Wechselwirkungsgebiet (41) angeordnet ist, die mindestens eine Öffnung (22) zum Durchlassen des Targetstroms (12) aufweist und durch mechanisch bewegliche Elemente (23; 24; 25) zeitweise den Durchlass des Targetstroms (12) durch diese Öffnung hindurch unterbricht, wobei mindestens ein Abschnitt (13) vom aus der Targetdüse (1) bereitgestellten Targetstrom (12) abgetrennt wird, um mit dem Energiestrahl (3) in Wechselwirkung zu treten, und – der gepulste Energiestrahl (3) mit der Verschlussvorrichtung (2) so synchronisiert ist, dass zum Wechselwirkungsgebiet (41) durchgelassene Abschnitte (13) des Targetstroms (12) nur während solcher Zeitintervalle vom Energiestrahl (3) in Strahlung emittierendes Plasma (42) umgewandelt werden, in denen durch die Verschlussvorrichtung (2) eine optische Transmission vom Wechselwirkungsgebiet (41) zur Targetdüse (1) verhindert ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung (2) eine rotierende Blende (23) mit mindestens einer Öffnung (22) zum Durchlassen des Targetstroms (12) aufweist, wobei die rotierende Blende (23) eine Drehachse (21) außerhalb und parallel zur Achse (11) des Targetstroms (12) hat, so dass sich Öffnungen (22) und geschlossene Bereiche der Blende (23) abwechselnd im Targetstrom (12) befinden.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung (2) eine translatorisch bewegliche Blendenplatte (24) aufweist, um die Öffnung (22) zum Durchlassen des Targetstroms (12) zeitweilig zu verschließen, wobei die Blendenplatte (24) in einer Ebene orthogonal zur Achse des Targetstroms (12) linear beweglich ist, so dass die Öffnung (22) zum Durchlassen des Targetstroms (12) alternativ von der Blendenplatte (24) abgedeckt oder frei ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung (2) mehrere bewegliche Blendenplatten (24) aufweist, um die Öffnung (22) zum Durchlassen des Targetstroms (12) zeitweilig zu verschließen, wobei die Blendenplatten (24) in einer Ebene orthogonal zur Achse (11) des Targetstroms (12) so beweglich sind, dass sie zum zeitweiligen Schließen der Öffnung (22) in der Achse (11) des Targetstroms (12) zusammentreffen.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung (2) ein rotierender Zylinder (25) ist, der seine Drehachse (21) außerhalb und orthogonal zur Achse (11) des Targetstroms (12) hat, wobei der Zylinder (25) mindestens eine durch seine Mantelfläche hindurchgehende Öffnung (22) zum Durchlassen des Targetstroms (12) aufweist, so dass sich Öffnung (22) und geschlossene Mantelfläche des Zylinders (25) abwechselnd im Targetstrom (12) befinden.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung (2) einen rotierenden Hohlzylinder (25) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung (2) ein rotierender Vollzylinder ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumkammer (5) zusätzliche, die Verschlussvorrichtung (2) erweiternde, unbewegliche mechanische Mittel zur Vergrößerung des abgeschatteten Bereiches der Targetdüse (1) vorhanden sind.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumkammer (5) eine die Verschlussvorrichtung (2) erweiternde Trennwand (51) zur Unterteilung der Vakuumkammer (5) in eine Injektionskammer (52) und eine Wechselwirkungskammer (53) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wechselwirkungskammer (53) Mittel zur graduellen Druckreduzierung auf einen geeigneten Arbeitsdruck im Wechselwirkungsgebiet (41) vorhanden sind.
Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (51) als Wand zum vollständigen Abteilen der Wechselwirkungskammer (53) von der Injektionskammer (52) ausgebildet ist, so dass von der Targetdüse (1) zum Wechselwirkungsgebiet (41) ein Druckgefälle vorhanden ist.
Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (51) als Wand zum zeitweiligen gasdichten Abteilen der Wechselwirkungskammer (53) von der Injektionskammer (52) ausgebildet ist, wodurch in der Wechselwirkungskammer (53) ein niedrigerer Druck als in der Injektionskammer (52) einstellbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 6 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Kühlungsmittel für Verschlussvorrichtung (2) oder Trennwand (51) angebracht sind.
Einrichtung nach Anspruch 6 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Targetstrom (12) als reproduzierbar bereitgestellter Targetstrom den Ort der Verschlussvorrichtung (2) in Form von diskontinuierlichen Targetvolumina erreicht.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Targetstrom (12) im Wechselwirkungsgebiet (41) in flüssigem oder erstarrtem Aggregatzustand vorliegt.
Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zum Formen des Targetstroms (12) in der Targetdüse (11) ein verflüssigtes Gas oder Gasgemisch vorhanden ist.
Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Targetstrom (12) mindestens ein Edelgas, vorzugsweise Xenon enthält.
Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Targetstrom (12) flüssiges Metall oder eine flüssige Metallverbindung enthält.
Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Targetstrom (12) Zinn enthält.
Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Targetstrom (12) eine Salzlösung ist.
Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Targetstrom (12) aus Fluor-Fomblin besteht.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (3) zur Plasmaerzeugung ein Laserstrahl ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (3) zur Plasmaerzeugung ein Elektronenstrahl ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (3) zur Plasmaerzeugung ein Ionenstrahl ist.