DE102005041567B4 - EUV-Strahlungsquelle mit hoher Strahlungsleistung auf Basis einer Gasentladung - Google Patents
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Abstract
eine Gasbereitstellungseinheit (8) zur definierten Steuerung von Temperatur und Druck eines zinnhaltigen Arbeitsmediums und dessen gasförmiger Einströmung in die Vakuumkammer vorhanden ist, die
wenigstens ein thermisch isoliertes Vorratsgefäß (83) zur Aufrechterhaltung einer flüssigen Phase einer zinnhaltigen Substanz in der Nähe ihres Verdampfungspunktes unter Druckbedingungen der Vakuumkammer (4), um eine gesteuerte Temperierung und Druckregelung über den Dampfdruck der zinnhaltigen Substanz zu erreichen, und
eine thermisch isolierte Zuleitung (81; 82) zur Überführung der vom Vorratsgefäß...
Description
- Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf Basis eines Gasentladungsplasmas mit hoher Strahlungsemission im Bereich zwischen 12 nm und 14 nm. Sie findet Anwendung in der industriellen Halbleiterfertigung und ist insbesondere für den Prozess der EUV-Lithographie unter Produktionsbedingungen konzipiert.
- Auf dem Gebiet der plasmabasierten EUV-Strahlungsquellen hat sich als eine erfolgversprechende Anregungstechnologie die Strahlungserzeugung aus einem Gasentladungsplasma durchgesetzt. Dabei sind im Wesentlichen folgende Gasentladungskonzepte bekannt geworden:
- – z-Pinch-Anordnungen
mit Vorionisation (z. B.
US 6,414,438 B1 ), - – Plasma-Fokus-Anordnungen
(z. B.
WO 03/087867 A2 - – Hohlkatodenentladungen
(z. B.
US 6,389,106 B1 ), - – Star-Pinch-Entladungen
(z. B.
US 6,728,337 B1 ) und - – Kapillarentladungen
(z. B.
US 6,232,613 B1 ). - Weiterhin existieren Variationen der genannten Entladungstypen (z. B. die sogenannte Hypercycloidal-Pinch-Entladung) und Anordnungen, die Elemente verschiedener dieser Entladungstypen vereinen.
- Allen Anordnungen ist gemeinsam, dass eine gepulste Hochstromentladung von > 10 kA in einem Arbeitsgas bestimmter Dichte gezündet wird und als Folge der magnetischen Kräfte und der im ionisierten Arbeitsgas dissipierten Leistung lokal ein sehr heißes (kT > 30 eV) und dichtes Plasma erzeugt wird.
- Für den Einsatz unter Produktionsbedingungen in der Halbleiterlithographie müssen die Strahlungsquellen derzeit zusätzlich folgenden speziellen Anforderungen genügen:
- 1. Wellenlänge 13,5 nm ± 1%
- 2. Strahlungsleistung im Zwischenfokus 115 W
- 3. Folgefrequenz 7–10 kHz
- 4. Dosisstabilität 0,3% (gemittelt über 50 Impulse)
- 5. Lebensdauer der Kollektoroptik 6 Monate
- 6. Lebensdauer des Elektrodensystems 6 Monate
- Aus zum Teil unterschiedlichen Gründen erfüllen die oben genannten Anordnungen diese Anforderungen nur in einzelnen Punkten, wobei vor allem die Strahlungsleistung, deren Stabilität sowie die Lebensdauer des Elektrodensystems allgemein unzureichend sind.
- Es hat sich vor allem gezeigt, dass die erforderlichen Strahlungsleistungen nur durch eine effektive Emittersubstanz erreicht werden können. Solche Substanzen, die im gewünschten Spektralbereich zwischen 13 nm und 14 nm besonders intensiv emittieren, sind Xenon, Lithium und Zinn.
- Die beiden letztgenannten Materialien sind jedoch, wie zum Beispiel in
WO 03/087867 A2 - – bei festem Target: Entladungsinstabilitäten aufgrund von Kraterbildung an der Katode;
- – Bildung von Ablagerungen an den Elektroden (führen nach längerem Betrieb zum Kurzschluss des Elektrodensystems);
- – bei Laserverdampfung: schlechte Dosierbarkeit des (vorzugsweise verflüssigten) Targets;
- – bei gasförmigem Target: Erfordernis eines Hochleistungsofens zur Erzeugung des notwendigen Dampfdrucks (bei reinem Zinn: Temperaturen T > 1000°C).
- In der
DE 102 60 458 B3 ist eine gattungsgemäß verwendete Strahlungsquelle mit hoher durchschnittlicher EUV-Strahlungsleistung beschrieben, die mit unter Zuführung von gasförmigem Emittermaterial eine Gasentladung zur Plasmaerzeugung verwendet. Die Gaszufuhr erfolgt jedoch mit unter Normalbedingungen gasförmigem Xenon, Edelgasen, anderen Inertgasen, Lithium- oder Joddämpfen, so dass eine gesonderte Gasbereitstellung von Emittermaterial mit nichtgasförmigem Aggregatzustand nicht erwähnt wird. - Die
EP 1 460 886 A2 offenbart darüber hinaus eine EUV-Strahlungsquelle mit Zinn als strahlende Substanz zur Erzeugung eines Z-Pinch-Plasmas. Das verwendete Emittermaterial ist flüssiges SnH4, das gasförmig in die Anregungskammer eingesprüht wird. Obwohl gesonderte Aufwände für die Verflüssigung bzw. das Gefrieren von SnH4 beschrieben sind, werden jedoch keine Maßnahmen offenbart, die vor oder in der (evakuierten) Anregungskammer unerwünschte Kondensationsvorgänge des Emittermaterials unterbinden könnten. Dadurch wird jedoch die Stabilität und Effizienz der Plasma- und Strahlungserzeugung erheblich beeinträchtigt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur plasmabasierten Strahlungserzeugung mit hoher Strahlungsleistung im EUV-Spektralbereich (insbesondere zwischen 12 nm und 14 nm) zu finden, die den Einsatz von Zinn als Arbeitsmedium in EUV-Gasentladungsquellen für stabile industrielle Anwendungen ermöglicht.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf Basis eines Gasentladungsplasmas mit hoher Strahlungsemission im Bereich zwischen 12 nm und 14 nm, mit zwei koaxialen, eine Vakuumkammer umschließenden Elektrodengehäusen, von denen ein erstes als eine Entladungskammer für die Gasentladung zur Plasmaerzeugung vorgesehen ist und ein zweites Elektrodengehäuse eine Vorionisationseinrichtung zur Erzeugung einer Anfangsionisierung eines in die Vakuumkammer eingeströmten Arbeitsgases aufweist, wobei ein verengter Elektrodenkragen des zweiten in das erste Elektrodengehäuse hineinragt, dadurch gelöst, dass eine Gasbereitstellungseinheit zur definierten Steuerung von Temperatur und Druck eines zinnhaltigen Arbeitsmediums und dessen gasförmiger Einströmung in die Vakuumkammer vorhanden ist, die wenigstens ein thermisch isoliertes Vorratsgefäß zur Aufrechterhaltung einer flüssigen Phase einer zinnhaltigen Substanz in der Nähe ihres Verdampfungspunktes unter Druckbedingungen der Vakuumkammer, um eine gesteuerte Temperierung und Druckregelung über den Dampfdruck der zinnhaltigen Substanz zu erreichen, und eine thermisch isolierte Zuleitung zur Überführung der vom Vorratsgefäß austretenden gasförmigen Phase des zinnhaltigen Arbeitsmediums von der Gasbereitstellungseinheit zu der innerhalb der Elektrodengehäuse befindlichen Vorionisationseinheit aufweist.
- Vorteilhaft weist die Gasbereitstellungseinheit in einer ersten Variante ein Thermogefäß zur gekühlten Bereithaltung eines verflüssigten Arbeitsmediums mit einer unter Normalbedingungen gasförmigen Zinnverbindung auf, wobei die Kühltemperatur an die Druckbedingungen der Vakuumkammer angepasst ist.
- Vorzugsweise ist die dabei verwendete gasförmige Zinnverbindung Zinnwasserstoff (SnH4). Das Thermogefäß ist in diesem Fall auf eine Innentemperatur zwischen –80°C und –100°C einstellbar.
- Zweckmäßig wird zur kontinuierlichen Bereitstellung der EUV-emittierenden gasförmigen Zinnverbindung ein Reaktor zur Herstellung der Zinnverbindung eingesetzt, der mit dem gekühlten Thermogefäß verbunden ist, wobei das gekühlte Thermogefäß sowohl zur Verflüssigung der gasförmigen Zinnverbindung als auch als Pufferspeicher dient.
- Vorteilhaft weist die Gasbereitstellungseinheit zusätzlich ein Inertgasreservoir auf, um ein Inertgas als Initiator für eine homogene Gasentladung der gasförmigen Zinnverbindung beizumischen. Dabei enthält das Inertgasreservoir zweckmäßig mindestens ein Edelgas oder Stickstoff, um ein Gasgemisch aus gasförmiger Zinnverbindung und Inertgas zu erzeugen.
- Vorzugsweise ist mindestens eine Mengenfluss-Steuereinheit (Mass-Flow-Controller) zur Steuerung der zugeführten Mengenverhältnisse des Gasgemisches aus gasförmiger Zinnverbindung und Inertgas vor dem Gaseinlass in die Elektrodengehäuse angeordnet.
- Die thermisch isolierte Zuleitung für das gasförmige Arbeitsmedium ist zweckmäßig über einen Gaseinlass mit dem zweiten Elektrodengehäuse verbunden.
- Um die Ausströmung von Debris aus der Entladungskammer in Richtung der ersten Kollektoroptik zu minimieren, ist es aber auch vorteilhaft, die thermisch isolierte Zuleitung für das gasförmige Arbeitsmedium über einen ringförmigen Gaseinlass mit dem ersten Elektrodengehäuse zu verbinden.
- In einer zweiten Variante weist die Gasbereitstellungseinheit vorteilhaft ein Thermogefäß in Form eines thermisch isolierten Ofens auf, der vorzugsweise zum Verdampfen einer unter Normalbedingungen flüssigen Zinnverbindung vorgesehen ist. In einer weiteren Ausführung wird der Ofen zum flüssigen Bereithalten und Verdampfen einer unter Normalbedingungen festen Zinnverbindung verwendet.
- Zweckmäßig ist der Ofen elektrisch beheizbar und weist einen Thermostat zur Einstellung einer Verdampfungstemperatur der Zinnverbindung unter Vakuumbedingungen zwischen 247°C und 650°C auf.
- Der Ofen für das verdampfte zinnhaltige Arbeitsmediums ist dabei zweckmäßig in unmittelbarer Nähe des zweiten Elektrodengehäuses angeordnet und der Gaseinlass direkt mit der Vorionisationseinheit verbunden. Vorzugsweise ist der Gaseinlass der Vorionisationseinheit dazu so gestaltet, dass das verdampfte zinnhaltige Arbeitsgas zwischen einem die Vorionisationselektrode ummantelnden Isolatorröhrchen und einer äußeren Isolatorröhre der Vorionisationseinheit in die Vorionisationskammer des zweiten Elektrodengehäuses eingeleitet wird. Dabei wird zur Vermeidung einer Kondensation des zinnhaltigen Arbeitsgases im Gaseinlass zweckmäßig mindestens im Anfangsbereich der äußeren Isolatorröhre eine wärmeleitende Schicht, vorzugsweise aus Kupfer, aufgebracht. Zusätzlich kann im Gaseinlass auch auf dem Isolatorröhrchen eine wärmeleitende Schicht aufgebracht sein.
- Eine für die vorstehende Anordnung der Gasbereitstellungseinheit geeignete feste Zinnverbindung ist Zinnchlorid (SnClx). Um verdampftes SnCl2 in die Vakuumkammer einzuströmen, ist der Ofen vorteilhaft auf eine Temperatur zwischen 247 und 623°C aufheizbar.
- Die Grundidee der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass Zinn aus Gründen seiner intensiven Spektrallinien zwischen 12 nm und 14 nm bestens geeignet ist, die Ausbeute an EUV-Strahlung wesentlich zu erhöhen. Andererseits gibt es jedoch eine Zurückhaltung beim Einsatz von Zinn vor allem deshalb, weil elementares Zinn als Target in fester Form (wegen Kraterbildung) keine stabile Plasmaerzeugung gestattet, flüssiges Zinn ein ständiges Hochtemperaturbad erfordert, um einen ausreichenden Dampfdruck zu erzeugen, und eine Laserverdampfung aus flüssiger Phase ebenfalls technisch sehr aufwendig ist.
- Die Erfindung überwindet diese Nachteile im Zusammenwirken mit einer der Vorionisation des Arbeitsmediums vorgeordneten temperierten und isolierten Bereitstellung von Zinnverbindungen, die jeweils mit einfachen Mitteln in die gasförmige Phase überführbar sind.
- Mit den erfindungsgemäßen Anordnungen ist es möglich, eine plasmabasierte Strahlungserzeugung auf Basis einer Gasentladung mit hoher Strahlungsleistung im EUV-Spektralbereich (zwischen 12 und 14 nm) zu erreichen, die den Einsatz von Zinn als Arbeitsmedium in Gasentladungsquellen für die Halbleiter-Lithographie gestattet.
- Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
-
1 : eine Gasentladungsquelle mit einer Gasbereitstellungseinheit für zinnhaltiges Arbeitsgas bei katodenseitigem Gaseinlass und gekühlten Elektrodengehäusen, -
2 : eine Gestaltung der erfindungsgemäßen Gasentladungsquelle für zinnhaltiges Arbeitsgas mit katodenseitigem Gaseinlass, „Porous Metal"-Kühlung und Vakuumisolation zwischen den Elektrodengehäusen, -
3 : eine weitere Gestaltung der erfindungsgemäßen Gasentladungsquelle für zinnhaltiges Arbeitsgas mit anodenseitigem Gaseinlass, „Porous Metal"-Kühlung und Keramikisolation der Elektroden, -
4 : eine Ausführungsvariante der Erfindung mit einer Gasbereitstellungseinheit für flüssige bzw. verflüssigte zinnhaltige Substanzen, insbesondere Zinnwasserstoff (SnH4), -
5 : eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Gasentladungsquelle mit einer Gasbereitstellungseinheit in Form eines katodenseitigen Hochtemperatur-Gaseinlasses für feste zinnhaltige Substanzen, insbesondere Zinnchlorid (SnCl2). - Die
1 zeigt den Grundaufbau der erfindungsgemäßen Anordnung. Genutzt wird – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – eine Z-Pinch-Gasentladung mit Vorionisation, wobei zwischen Katode und Anode eine gepulste Gasentladung stattfindet. Dabei ist – wie in allen weiteren Figuren – die z-Achse identisch mit der vertikal in der Papierebene verlaufenden Symmetrieachse6 des Entladungssystems, gebildet aus einem ersten Elektrodengehäuse1 (z. B. Anode) und einem zweiten Elektrodengehäuse2 (z. B. Katode). - In
1 sind die Elektrodengehäuse1 und2 zur vereinfachten Darstellung stilisiert mit einer Rippenkühlung darstellt. Diese Kühlungsart ist für die hier beschriebenen Hochleistungs-EUV-Gasentladungsquellen nur bedingt einsetzbar. Die Elektrodengehäuse1 und2 weisen im Zentrum rotationssymmetrische Hohlräume auf, wobei sich im zweiten Elektrodengehäuse2 die Vorionisationskammer71 für die Vorionisation des Arbeitsgases und im ersten Elektrodengehäuse1 die Entladungskammer für die Hauptgasentladung befinden. Beide Hohlräume sind Teil einer gesamten Vakuumkammer4 , da die Erzeugung eines Plasmas5 , das die gewünschte EUV-Strahlung51 emittiert, an ein Vakuum im Druckbereich von einigen Pascal (z. B. 5 bis 30 Pa) gebunden ist. - Da in den meisten Fällen das erste Elektrodengehäuse
1 für die Hauptentladung und Erzeugung des Plasmas5 als Anode und das zweite Elektrodengehäuse2 für die Vorionisation als Katode geschaltet ist, werden – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – bei der weiteren Beschreibung der Ausführungsbeispiele verkürzt die Begriffe Anode1 und Katode2 verwendet. - In
1 wird durch einen Gaseinlass82 in der Katode2 das für die Gasentladung erforderliche Arbeitsgas in die Vorionisationskammer71 der Vakuumkammer4 eingeströmt, der von der Katode2 nahezu umschlossen ist und über einen verengten Ausgang21 in das Innere der Anode1 verfügt. Der verengte Ausgang21 wird durch einen Elektrodenkragen22 gebildet, der gegenüber der zylindrischen Innenwand der Anode1 durch einen rohrförmigen Isolator13 abgeschirmt ist, so dass die Gasentladung zwischen dem Elektrodenkragen22 der Katode2 und einem am konischen Ausgang11 nach innen gerichteten Elektrodenkragen12 der Anode1 erfolgen kann. Durch die starken magnetischen Kräfte wird das bei der Gasentladung erzeugte Vorplasma in der Symmetrieachse6 zu einem dichten, heißen Plasma5 (Z-Pinch) kontrahiert. - In der Katode
2 ist eine Vorionisationseinheit7 vorzugsweise für eine Gleitentladung75 ausgelegt worden, um das durch einen Gaseinlass82 eingeströmte Arbeitsgas zu ionisieren. Die Gleitentladung75 findet dabei über den Endbereich eines Isolatorröhrchens73 statt, das die Vorionisationselektrode72 ummantelt. Zur gepulsten Erzeugung der Gleitentladung75 steht einerseits die Vorionisationselektrode72 und andererseits die Katode2 mit einem Vorionisationsimpulsgenerator74 in Verbindung. Die Katode2 ist des Weiteren mit einem Hochspannungsimpulsgenerator14 verbunden, der im Zusammenwirken mit der Anode1 die Hauptgasentladung auslöst. - Die Zufuhr des erfindungsgemäßen Arbeitsmediums besteht nun darin, dass eine zinnhaltige Substanz in gasförmigem Zustand unter definiertem Druck über einen geeignet angebrachten Gaseinlass
82 in die Vorionisationskammer71 eingeströmt wird. Das zinnhaltige Arbeitsgas wird von einer Gasbereitstellungseinheit8 zur Verfügung gestellt, indem in einem Thermogefäß eine zinnhaltige Substanz in flüssiger Phase in der Nähe des Verdampfungspunktes gehalten und so durch gesteuerte Temperierung und Druckregelung ein Dampfdruck erzeugt wird, der eine ausreichende Einströmung zinnhaltigen Arbeitsgases über eine thermisch und elektrisch isolierte Zuleitung81 durch den Gaseinlass82 in die Vakuumkammer4 ermöglicht. - Die Vakuumkammer
4 wird mittels eines Vakuumpumpsystems41 trotz des zuströmenden Arbeitsmediums auf einem stationären Vakuumniveau gehalten. Zur Gewährleistung eines Dauerbetriebes der gepulsten Plasmaerzeugung werden die Elektrodengehäuse1 und2 mittels Wärmetauscherstrukturen91 (hier vereinfachte Darstellung als Rippen) gekühlt, indem die beiden Elektrodengehäuse1 und2 in Kühlkreisläufe eines Wärmeableitungssystems9 eingebunden sind. - Die Ausführung gemäß
2 zeigt eine gegenüber1 modifizierte Anordnung für eine EUV-Gasentladungsquelle, bei der die Konfiguration der Elektrodengehäuse1 und2 derart geändert ist, dass die Anode1 nicht mehr einen fast vollständig geschlossenen Innenraum aufweist, sondern die Vakuumkammer4 diese vollständig umgibt und zwischen Anode1 und Katode2 eine Vakuumisolationsschicht31 bildet. Die Gasbereitstellung und die Zuleitung des zinnhaltigen Arbeitsgases bleibt zunächst unverändert, es können jedoch alle der nachfolgend detailliert beschriebenen Gasbereitstellungsvarianten gemäß den3 bis5 eingesetzt werden. - Das Wärmeableitungssystem
9 ist in diesem Beispiel optimiert, indem im Kühlkreislauf als Wärmetauscherstrukturen91 in die Elektrodengehäuse1 und2 poröses Material92 eingebracht ist, das einen schnelleren Wärmeübergang ermöglicht und somit die Elektrodentemperaturen im Dauerbetrieb deutlich erniedrigt. - Im Ausführungsbeispiel gemäß
3 wird das zinnhaltige Arbeitsmedium für die Gasentladung als Gasgemisch aus Zinnverbindung und Inertgas bereitgestellt. Dazu enthält die Gasbereitstellungseinheit8 ein Thermogefäß83 mit der zinnhaltigen Verbindung und ein Inertgasreservoir86 , die über steuerbare Ventile das geeignete Gasgemisch als Arbeitsmedium erzeugen. - Von dem Gasgemisch stellt nur die zinnhaltige Komponente (z. B. das SnH4-Gas) die eigentliche EUV-Strahlung emittierende Substanz dar und das zusätzlich beigemischte Inertgas, das ein Edelgas (z. B. He, Ne, Ar) oder Stickstoff (N2) sein kann, dient als Initiator für eine homogenere Auslösung der Gasentladung.
- Die zweite Besonderheit dieser Ausführungsvariante besteht darin, dass das so erzeugte Arbeitsmedium durch einen ringförmigen Gaseinlass
82 an der Anode1 in Richtung Katode2 eingeströmt wird, wobei ein zusätzlicher Ausgang zum Vakuumpumpsystem41 an der Hinterseite der Katode2 angebracht ist, der das am Ausgang11 der Anode1 eingeströmte Gasgemisch ansaugt, um es in die Vorionisationskammer71 der Vorionisation zuzuführen. Das hat den Vorteil, dass bei erfindungsgemäßer Verwendung zinnhaltiger Arbeitsgase, z. B. SnH4 oder verdampftes SnCl2, diese nicht in Richtung der Kollektoroptik geblasen werden und somit dort nicht zu Ablagerungen führen können. - In der in
4 dargestellten Anordnung wird als Arbeitsmedium SnH4-Gas verwendet, wobei die Gasbereitstellungseinheit8 dazu wie folgt ausgestaltet ist. - Das oben beschriebene Thermogefäß
83 wird in diesem Fall als Kühlbehälter betrieben und auf geeigneter Temperatur (für SnH4 auf ca. –95°C) gehalten, um den nötigen Dampfdruck über dem verflüssigten SnH4 zu erzielen. Die Herstellung des SnH4-Gases kann dabei – wie durch gestrichelte Darstellung als optional angedeutet – in einem Reaktor85 nach an sich bekannten Verfahren kontinuierlich erfolgen, um eine dauerhafte SnH4-Gasbereitstellung zu sichern. Das gekühlte Thermogefäß83 dient dabei sowohl zur Verflüssigung als auch als geeignet temperiertes Reservoir zur Aufrechterhaltung des notwendigen Dampfdruckes für die zinnhaltige Arbeitsgaskomponente. Als zweite Komponente des Arbeitsmediums wird aus einem Inertgasreservoir86 wiederum ein Inertgas, vorzugsweise Argon (oder aber Neon oder Stickstoff) beigemischt. - Über thermisch isolierte oder geeignete thermostatische Leitungen
81 und Mass-Flow-Controller84 wird dabei das richtige Mengenverhältnis der Arbeitsgaskomponenten eingestellt. Die Mass-Flow-Controller84 sind insbesondere dann von Vorteil, wenn – wie in4 dargestellt – gleichzeitig aus dem Vakuumpumpsystem41 eine Gasrückgewinnung erfolgt und ebenfalls mit eingespeist wird. -
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem SnCl2 als Arbeitsmedium genutzt wird. SnCl2 ist unter Standardbedingungen ein kristallines weißes Pulver. Dieses wird im Innern eines Ofens87 nahe der Vorionisationseinheit7 deponiert. Da sich materialabhängig erst bei definierten hohen Temperaturen ausreichend hohe Dampfdrücke von etwa 133 Pa einstellen, muss der Ofen87 bis zu solchen Temperaturen heizbar und nach außen hinreichend thermisch isoliert sein. Für SnCl2 genügen etwa 623°C und für SnCl4 reichen ca. 114°C aus, während für metallisches Zinn etwa 1400°C notwendig wären. - Der SnCl2-Dampf wird durch einen ringförmigen Gaseinlass
82 zwischen dem Isolatorröhrchen73 der Vorionisationselektrode72 und einer äußeren Isolatorröhre76 in die Vorionisationskammer71 in die Katode2 eingeleitet. Die äußere Isolatorröhre76 ist im oberen Teil ihrer Innenwand mit einer Wärmeleitungsschicht88 belegt, damit der Dampf nicht schon vor Eintritt in die Vorionisationskammer71 der Katode2 kondensiert. Diese Wärmeleitungsschicht88 ist beispielsweise eine Kupferschicht, die vorzugsweise auf die äußere Isolatorröhre76 aufgedampft ist. Es kann auch einer weitere solche Wärmeleitungsschicht88 an der Außenseite des inneren Isolatorröhrchens73 aufgebracht werden, um den Abkühlungseffekt weiter zu verringern. - Alle anderen Elemente sind in dieser Ausführung der Erfindung in gleicher Weise wie im vorhergehenden Beispiel angeordnet und stimmen mit den zu
1 beschriebenen Grundfunktionen überein. -
- 1
- erstes Elektrodengehäuse
- 11
- Austrittsöffnung
- 12
- (erster) Elektrodenkragen
- 13
- rohrförmiger Isolator
- 14
- Hochspannungsimpulsgenerator
- 2
- zweites Elektrodengehäuse
- 21
- verengter Ausgang
- 22
- (zweiter) Elektrodenkragen
- 3
- elektrisch isolierende Schicht
- 31
- Vakuumisolationsspalt
- 4
- Vakuumkammer
- 41
- Vakuumpumpsystem
- 5
- Plasma
- 51
- emittierte Strahlung
- 6
- Symmetrieachse
- 7
- Vorionisationseinheit
- 71
- Vorionisationskammer
- 72
- Vorionisationselektrode
- 73
- Isolatorröhrchen
- 74
- Vorionisationsimpulsgenerator
- 75
- Gleitentladung
- 76
- äußere Isolatorröhre
- 8
- Gasbereitstellungseinheit
- 81
- thermisch isolierte Zuleitungen
- 82
- Gaseinlass
- 83
- Thermogefäß
- 84
- Mass-Flow-Controller
- 85
- Gasreaktor
- 86
- Inertgasreservoir
- 87
- Ofen
- 88
- Metallbeschichtung
- 9
- Wärmeableitungssystem
- 91
- Wärmetauscherstruktur (Rippen)
- 92
- poröses Material
Claims (20)
- Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf Basis eines Gasentladungsplasmas mit hoher Strahlungsemission im Bereich zwischen 12 nm und 14 nm, mit zwei koaxialen, eine Entladungskammer umschließenden Elektrodengehäusen, von denen ein erstes als eine Entladungskammer für die Gasentladung zur Plasmaerzeugung vorgesehen ist und ein zweites Elektrodengehäuse eine Vorionisationseinrichtung zur Erzeugung einer Anfangsionisierung eines in die Vakuumkammer kontinuierlich eingeströmten Arbeitsgases aufweist, wobei ein verengter Elektrodenkragen des zweiten in das erste Elektrodengehäuse hineinragt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasbereitstellungseinheit (
8 ) zur definierten Steuerung von Temperatur und Druck eines zinnhaltigen Arbeitsmediums und dessen gasförmiger Einströmung in die Vakuumkammer vorhanden ist, die wenigstens ein thermisch isoliertes Vorratsgefäß (83 ) zur Aufrechterhaltung einer flüssigen Phase einer zinnhaltigen Substanz in der Nähe ihres Verdampfungspunktes unter Druckbedingungen der Vakuumkammer (4 ), um eine gesteuerte Temperierung und Druckregelung über den Dampfdruck der zinnhaltigen Substanz zu erreichen, und eine thermisch isolierte Zuleitung (81 ;82 ) zur Überführung der vom Vorratsgefäß (83 ) austretenden gasförmigen Phase des zinnhaltigen Arbeitsmediums von der Gasbereitstellungseinheit (8 ) zu der innerhalb der Elektrodengehäuse (1 ,2 ) befindlichen Vorionisationseinheit (7 ) aufweist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbereitstellungseinheit (
8 ) ein Thermogefäß (83 ) zur gekühlten Bereithaltung eines verflüssigten Arbeitsmediums mit einer unter Normalbedingungen gasförmigen Zinnverbindung aufweist, wobei die Kühltemperatur an die Druckbedingungen der Vakuumkammer (4 ) angepasst ist. - Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinnverbindung Zinnwasserstoff (SnH4) ist.
- Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogefäß (
83 ) auf eine Innentemperatur zwischen –80°C und –100°C einstellbar ist. - Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktor (
85 ) zur Herstellung der EUV-emittierenden gasförmigen Zinnverbindung vorhanden ist, der mit dem gekühlten Thermogefäß (83 ) verbunden ist, wobei das gekühlte Thermogefäß (83 ) zur Verflüssigung der gasförmigen Zinnverbindung und als Pufferspeicher vorgesehen ist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbereitstellungseinheit (
8 ) zusätzlich ein Inertgasreservoir (86 ) aufweist, um ein Inertgas als Initiator für eine homogene Gasentladung der gasförmigen Zinnverbindung beizumischen. - Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgasreservoir (
86 ) ein Edelgas enthält, um ein Gasgemisch aus gasförmiger Zinnverbindung und Edelgas zu erzeugen. - Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgasreservoir (
86 ) Stickstoff enthält, um ein Gasgemisch aus gasförmiger Zinnverbindung und Stickstoff zu erzeugen. - Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Mengenfluss-Steuereinheit (
84 ) zur Steuerung der zugeführten Mengenverhältnisse des Gasgemisches aus gasförmiger Zinnverbindung und Inertgas vor dem Gaseinlass (82 ) in die Elektrodengehäuse (1 ,2 ) angeordnet ist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch isolierte Zuleitung (
81 ) für das gasförmige Arbeitsmedium über einen Gaseinlass (82 ) mit dem zweiten Elektrodengehäuse (2 ) verbunden ist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch isolierte Zuleitung (
81 ) für das gasförmige zinnhaltige Arbeitsmedium über einen ringförmigen Gaseinlass (82 ) mit dem ersten Elektrodengehäuse (1 ) verbunden ist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbereitstellungseinheit (
8 ) ein Thermogefäß (83 ) in Form eines thermisch isolierten Ofens (87 ) zum Verdampfen einer flüssigen Zinnverbindung aufweist. - Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (
87 ) zum flüssigen Bereithalten und Verdampfen einer unter Normalbedingungen festen Zinnverbindung aufweist. - Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (
87 ) elektrisch beheizbar ist und einen Thermostat zur Einstellung einer Verdampfungstemperatur der Zinnverbindung unter Vakuumbedingungen zwischen 247°C und 650°C aufweist. - Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (
87 ) für das verdampfte zinnhaltige Arbeitsmedium in unmittelbarer Nähe des zweiten Elektrodengehäuse (2 ) angeordnet ist und der Gaseinlass (82 ) direkt mit der Vorionisationseinheit (7 ) in Verbindung steht. - Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaseinlass (
82 ) der Vorionisationseinheit (7 ) so gestaltet ist, dass das verdampfte zinnhaltige Arbeitsmedium zwischen einem die Vorionisationselektrode (72 ) ummantelnden Isolatorröhrchen (73 ) und einer äußeren Isolatorröhre (76 ) der Vorionisationseinheit (7 ) in die Vorionisationskammer (71 ) des zweiten Elektrodengehäuses (2 ) eingeleitet wird. - Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Gaseinlass (
82 ) mindestens im Anfangsbereich der äußeren Isolatorröhre (76 ) eine wärmeleitende Schicht (88 ) aufgebracht ist. - Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Gaseinlass (
82 ) zusätzlich auf dem Isolatorröhrchen (73 ) eine wärmeleitende Schicht (88 ) aufgebracht ist. - Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinnverbindung Zinnchlorid (SnClx) ist.
- Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (
87 ) auf eine Temperatur zwischen 247°C und 623°C zur Verdampfung des SnCl2 unter Vakuumbedingungen aufheizbar ist, wobei SnCl2 als kristallines Pulver dem Ofen zugeführt wird.
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