DE102006027856B3

DE102006027856B3 - Anordnung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung mittels elektrischer Entladung an regenerierbaren Elektroden

Info

Publication number: DE102006027856B3
Application number: DE102006027856A
Authority: DE
Inventors: Guido Dr. Hergenhan; Christian Dr. Ziener; Frank Flohrer
Original assignee: Xtreme Technologies GmbH
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: US20080006783A1; JP2008004932A; NL1033983C2; US7649187B2; JP4288290B2; NL1033983A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von extrem ultravioletter (EUV-) Strahlung auf Basis eines mittels elektrischer Entladung erzeugten Plasmas. Die Aufgabe, eine neue Möglichkeit für Strahlungsquellen auf Basis einer elektrischen Entladung zu realisieren, die eine lange Lebensdauer der verwendeten Elektroden und einen großen Raumwinkel für die Bündelung der aus dem Plasma emittierten Strahlung gestattet, wird erfindungsgemäß gelöst, indem beschichtete Elektroden in Form von zwei endlosen über Führungsrollen (23) umlaufenden Bandelektroden (21, 22) vorhanden sind, die einen Bereich geringen Abstandes zueinander aufweisen, in dem die elektrische Entladung (61) stattfindet, wobei die Beschichtung durch Energiestrahlanregung und Plasmaerzeugung mindestens teilweise geopfert wird, und Mittel zum Antrieb (3) jeder Bandelektrode (21, 22) so angeordnet sind, dass die Bandelektroden (21, 22) während eines Umlaufs nach dem Eintauchen in eine Metallschmelze (26) durch einen Abstreifer (27) zur Erzeugung einer definierten Dicke von Beschichtungsmaterial führen, in einer Vakuumkammer (1) an einen Ort der gewünschten Plasmaerzeugung (6) leiten und nach der elektrischen Entladung (61) zur Regeneration der Beschichtung und zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden (21, 22) mit einer gepulsten Hochspannungsquelle (4) in die Metallschmelze (26) zurückführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von extrem ultravioletter (EUV-)Strahlung auf Basis eines mittels elektrischer Entladung erzeugten Plasmas, bei der Elektroden mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet sind, das bei energiestrahlinduzierter lokaler Verdampfung von Emittermaterial und anschließender Plasmaerzeugung durch elektrische Entladung zwischen den Elektroden mindestens teilweise geopfert wird und durch eine kontinuierliche Bewegung der Elektroden erneuerbar ist, indem für jede Elektrode ein Behälter mit einer Metallschmelze zur Regeneration der Beschichtung und zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden mit einer gepulsten Hochspannungsquelle vorhanden ist.
Die Erfindung ist insbesondere zur Herstellung langlebiger EUV-Strahlungsquellen für die Halbleiterlithographie vorgesehen.
Eine im Stand der Technik bekannte Methode, wie sie beispielsweise in WO 2005/025280 ( DE 103 42 239 A1 ) beschrieben ist, nutzt rotierende Scheibenelektroden. Dabei sind die Elektroden an der Peripherie in eine Schmelze aus metallischem Emittermaterial eingetaucht, so dass sie bei kontinuierlicher Drehung benetzt werden und ein dünner Film der Schmelze anhaftet. Mittels eines Laserstrahls wird ein Teil des Filmes der Metallschmelze verdampft, um nachfolgend die elektrische Entladung zu zünden, wobei weitere Teile der Metallschmelze des Filmes verdampft bzw. als Schmelze ausgetrieben werden. Man kann den Film der Metallschmelze daher auch als Opferschicht auf den Elektroden bezeichnen.
Diese regenerative Aufbringung der Metallschmelze sorgt für weitgehend gleiche Verdampfungsverhältnisse für jeden Laserimpuls, weist jedoch die folgenden Nachteile auf.

a) Aufgrund der eng benachbart angeordneten Scheibenelektroden wird ein großer Teil der vom Plasma als elektromagnetische und Teilchenstrahlung emittierten Energie in vergleichsweise kleinen Volumina der Elektroden absorbiert, so dass sich diese erheblich erhitzen.
b) Wegen der nur kurzen Verweildauer der Elektroden in der Metallschmelze reicht die Kühlung der Elektroden in der Schmelze nicht aus, so dass eine zusätzliche Flüssigkeitskühlung im Innern der Elektroden erforderlich ist, bei der für die Lagerung und den Antrieb der Drehelektroden Vakuumdurchführungen verwendet werden müssen, die nur eine begrenzte Lebensdauer aufweisen.
c) Eine Kombination der Drehelektroden mit einer Injektion von flüssigem oder festem Material ins Entladungsgebiet zur massenlimitierten Zuführung von Emittermaterial (beschrieben z.B. in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2005 030.304.8 ) ist infolge des schmalen Spaltes zwischen den eng benachbarten Scheibenelektroden nur mit einer tangential verlaufenden Flugbahn möglich, so dass die daraus resultierende lange Flugstrecke einer guten Puls-zu-Puls-Stabilität abträglich ist.
d) Wegen der geometrischen Randbedingungen können nur mehrfach geschachtelte Reflexionsoptiken mit streifendem Strahlungseinfall zum Bündeln der aus dem Plasma emittierten Strahlung eingesetzt werden, wodurch der nutzbare Raumwinkel der emittierten Strahlung stark begrenzt ist.

Eine weitere Lösung des Standes der Technik mit regenerativem Auftrag eines Targetmaterials ist in der US 6,320,937 B1 für ein ausschließlich durch Laseranregung erzeugtes Plasma beschrieben. Dabei wird ein umlaufendes (endloses) Transportband über zwei kryogen gekühlte Umlenkrollen bewegt, von denen eine das Band antreibt, und über eine Targetzuführung auf der Bandoberseite mit einem kryogenen Targetmaterial beschichtet, um auf der Bandunterseite einen Laserstrahl zur Plasmaerzeugung auf das regenerativ aufgebrachte Targetmaterial zu richten. Nachteilig sind hierbei neben der unzureichenden Gleichmäßigkeit der Targetschicht vor allem die unzureichende Kühlung des Bandes im Kontaktbereich der Umlenkrollen und die geringe Ausbeute an Röntgenstrahlung infolge von Strahlungsextinktion durch verdampftes Targetmaterial in der unmittelbaren Umgebung des im Laserfokus erzeugten Plasmas, wodurch sowohl die anregende Laserstrahlung als auch die emittierte Röntgenstrahlung geschwächt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit für eine EUV-Strahlungsquelle auf Basis einer elektrischen Entladung zu realisieren, bei der eine lange Lebensdauer der verwendeten Elektroden und ein möglichst großer Raumwinkel für die Bündelung der aus dem Plasma emittierten Strahlung erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung auf Basis eines mittels elektrischer Entladung erzeugten Plasmas, bei der Elektroden mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet sind, das bei energiestrahlinduzierter lokaler Verdampfung von Emittermaterial und anschließender Plasmaerzeugung durch die elektrische Entladung zwischen den Elektroden mindestens teilweise geopfert wird und durch eine kontinuierliche Bewegung der Elektroden erneuerbar ist, indem für jede Elektrode ein Behälter mit einer Metallschmelze aus Beschichtungsmaterial zur Regeneration der Beschichtung und zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden mit einer gepulsten Hochspannungsquelle vorhanden ist, dadurch gelöst, dass die Elektroden in Form von zwei endlos über Führungsrollen umlaufenden Bandelektroden angeordnet sind, die einen Bereich geringen Abstandes zueinander aufweisen, in dem die elektrische Entladung zur Erzeugung des Plasmas vorgesehen ist, dass jede Bandelektrode über mindestens eine Führungsrolle in dem mit der Metallschmelze befüllten Behälter geführt ist, wobei die jeweilige Bandelektrode mit einem wesentlich ausgedehnten Abschnitt ihrer Bandlänge in die Metallschmelze eingetaucht und nach dem Austritt aus der Metallschmelze durch einen Abstreifer geführt ist, um eine definierte Dicke des Beschichtungsmaterials auf der Bandelektrode zu erzeugen, und dass Mittel zum Antrieb jeder Bandelektrode vorhanden sind, wobei die Bandelektrode während eines Umlaufs in den Behälter mit Metallschmelze eingetaucht, in einer Vakuumkammer an einem Ort der gewünschten Plasmaerzeugung vorbeigeführt und nach der elektrischen Entladung in den Behälter mit Metallschmelze zurückgeführt ist.
Vorteilhaft sind die Bandelektroden jeweils als geschlossenes Flachband mit geringer Breite oder als geschlossener Runddraht ausgebildet. Sie können aber auch als geschlossenes Strangprofil mit kleiner Querschnittsfläche und beliebiger konvexer Querschnittsform ausgebildet sein. Als Trägermaterial der Bandelektroden können zweckmäßig Werkzeugstähle oder auch Zweikomponentenwerkstoffe, wie Kobalt-Molybdän-Stahl verwendet werden, wie sie auch für Hochleistungsbandsägen zum Einsatz kommen. Das Trägermaterial der Bandelektroden muss gegebenenfalls für den erforderlichen Überzug aus dem Beschichtungsmaterial noch mit einer für das Beschichtungsmaterial benetzenden Oberfläche versehen werden.
Als Beschichtungsmaterial werden zweckmäßig Metalle mit niedriger Schmelztemperatur, vorzugsweise Zink oder Zinn, oder Verbindungen oder Legierungen dieser Metalle eingesetzt.
Ist das Beschichtungsmaterial zugleich als Emittermaterial vorgesehen, kommt vorzugsweise Zinn bzw. eine Zinnverbindung oder -legierung zum Einsatz. Wird Emittermaterial gesondert in Form von Tröpfchen oder Kügelchen durch Energiestrahlionisation und anschließende Funkenentladung auf Plasmatemperaturen geheizt, bei denen Strahlung im gewünschten Spektralbereich emittiert wird, können beliebige andere Beschichtungsmaterialien, vornehmlich niedrigschmelzende Metalle, deren elektrisch leitende Verbindungen oder Legierungen für die Bandelektroden verwendet werden. Das Emittermaterial kann in diesem Fall auch nichtmetallisch (z.B. Xenon) sein.
Zur Verlängerung des Laufweges der Bandelektrode im Behälter der Metallschmelze sind vorteilhaft Führungsrollen zur mäanderförmigen Führung der Bandelektrode angeordnet, um vor allem die Kühlung der vom Plasma erhitzten Bandelektrode zu verbessern. Die Kühlung ist besonders einfach effektiv einstellbar, weil die Verweildauer der Bandelektroden in der Metallschmelze durch die Länge des Behälters und eine Verlängerung der Durchlaufstrecke über mäanderförmig angeordnete Führungsrollen eingestellt werden kann. Außerdem werden von den Bandelektroden infolge der geringeren geometrischen Absorptionsfläche ohnehin kleinere Wärmemengen aus dem Plasma absorbiert. Der Großteil der im Plasma entstehenden Wärme kann somit in größerer Entfernung (z.B. an den Wänden der Vakuumkammer) bei geringeren Leistungsdichten abgeführt werden.
Zur zusätzlichen Kühlung der Bandelektroden können zweckmäßig noch nach dem Durchlaufen des Behälters der Metallschmelze Kühleinrichtungen angeordnet sein.
Zum Spannen der Bandelektroden ist vorteilhaft mindestens eine Führungsrolle als Spannrolle verstellbar, vorzugsweise federnd, gelagert.
Der Antrieb der Bandelektroden kann durch einen Rotationsantrieb an einer Führungsrolle erfolgen, wobei die Übertragung der vorteilhaft außerhalb der Vakuumkammer erzeugten Drehbewegung mittels eines Motors zu der sich in der Vakuumkammer befindlichen Führungsrolle verschleißarm durch eine Magnetkupplung zu realisieren ist.
Vorteilhaft sind die Führungsrollen einer Bandelektrode so angeordnet, dass die Bandelektrode in einer einzigen Ebene umläuft.
In einer zweckmäßigen ersten Variante ist jede der Bandelektroden in einer Ebene angeordnet, die mit der Ebene der anderen Bandelektrode übereinstimmt, wobei die Bandelektroden in einem Bereich der Vakuumkammer durch gegenüberliegende Führungsrollen einen kleinsten Abstand zueinander aufweisen, durch den der Ort der gewünschten Plasmaerzeugung definiert ist.
In einer zweiten Variante sind die Bandelektroden in einer Ebene angeordnet, die mit der Ebene der anderen Bandelektrode übereinstimmt, wobei die Bandelektroden in einem begrenzten Abschnitt in der Vakuumkammer mit geringem Abstand zueinander parallel ausgerichtet sind und der Ort der gewünschten Plasmaerzeugung dadurch definiert ist, dass mittels lokaler Energieeinträge infolge einer Verdampfung und Vorionisation von Emittermaterial die elektrische Entladung gezielt auslösbar ist. Dadurch kann der Ort des Plasmas von den Führungsrollen entfernt gewählt werden.
Bei einer dritten vorzuziehenden Variante ist jede der Bandelektroden in einer Ebene angeordnet, die von der Ebene der anderen Bandelektrode verschieden ist, so dass Abschnitte der Bandelektroden am Ort der gewünschten Plasmaerzeugung windschief zueinander ausgerichtet sind und einen Ort geringsten Abstandes aufweisen.
Um den Ort des Plasmas stabil einstellen zu können, ist es von Vorteil, einen Energiestrahl zur Verdampfung (Vorionisation) von Emittermaterial auf den gewünschten Ort der Plasmaerzeugung zwischen den beiden Bandelektroden zu richten, so dass durch die Vorionisation des Emittermaterials ein Bereich höherer Leitfähigkeit zur lokal begrenzten Entladung und Plasmaentstehung zwischen der beiden Bandelektroden führt.
Dabei kann der Energiestrahl in einer ersten Variante am gewünschten Ort der Plasmaerzeugung auf das Beschichtungsmaterial der Bandelektroden gerichtet sein, wobei als Beschichtungsmaterial ein metallisches Emittermaterial, das im gewünschten EUV-Bereich effizient emittiert, eingesetzt ist. Vorzugsweise werden die Bandelektroden dabei mit Zinn oder einer zinnhaltigen Verbindung oder Legierung beschichtet.
In einer zweiten Variante wird der Energiestrahl am gewünschten Ort der Plasmaerzeugung zwischen den beiden Bandelektroden auf einen Tröpfchenstrom von Emittermaterial gerichtet, wobei jeweils ein Tröpfchen (massenlimitiert) verdampft (vorionisiert) wird, um mittels der elektrischen Entladung das leuchtende Plasma zu erzeugen.
Dabei kann der Tröpfchenstrom vorteilhaft aus verflüssigtem Xenon, Zinn, Zinnverbindungen oder Zinnlegierungen bestehen.
Der geringe Raumbedarf der Elektroden um das Entladungsgebiet ermöglicht nahezu beliebige Positionierungen der Düse zur zusätzlichen Einbringung von tropfenförmigem Emittermaterial. Auf Grund der geometrischen Freiräume kann der Abstand der Düse zum Plasma so gewählt werden, dass infolge der Positionsgenauigkeit der Tropfen am Ort des Plasmas eine genügende Puls-zu-Puls-Stabilität der Strahlungsquelle aber auch ein genügender Schutz der Düse vor Erosion gewährleistet wird.
In einer vorteilhaften dritten Variante ist der Energiestrahl am gewünschten Ort der Plasmaerzeugung zwischen den beiden Bandelektroden auf einen Tröpfchenstrom von metallischem Emittermaterial gerichtet, wobei jeweils ein Tröpfchen verdampft wird und das Emittermaterial zugleich als Beschichtungsmaterial der Bandelektroden eingesetzt wird. Dabei wird als Emittermaterial vorzugsweise Zinn oder eine zinnhaltige Verbindung oder Legierung eingesetzt.
Als Energiestrahl kann ein Laserstrahl, ein Elektronenstrahl oder auch ein Ionenstrahl verwendet werden.
Mit der Erfindung ist es möglich, eine EUV-Strahlungsquelle auf Basis einer elektrischen Entladung zu realisieren, die eine lange Lebensdauer der verwendeten Elektroden garantiert und bei der die aus dem Plasma emittierte Strahlung aus einem erheblich größeren Raumwinkel als bei Drehelektroden nutzbar ist (weniger geometrische Abschattung).
Für die hohe Lebensdauer der Elektroden sind einerseits die mit einer industriell sehr gut erprobten Beschichtungstechnologie regenerativ aufgebrachte Schicht sowie andererseits die einfache und effektive Außenkühlung (ohne separate Kühlflüssigkeit und Vakuumdrehdurchführungen für Innenkühlung) ursächlich.
Infolge der geringen geometrischen Abschattung können des Weiteren auch Kollektoren mit nahezu senkrechtem Strahleinfall eingesetzt werden, wodurch eine höhere Kollektionseffizienz (Faktor 2) möglich ist.
In Gegenüberstellung zu den bei Drehelektroden bekannten Problemen, dass ionisierter Zinndampf oder ionisiertes Puffergas zu ungewollten parasitären Entladungen führt, können solche gasförmigen Ladungswolken bei der Erfindung schneller aus dem Gebiet der für die Entladung relevanten Elektrodenteile entweichen, da es keinen großflächig begrenzenden Elektrodenspalt gibt.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
1: eine Prinzipansicht der erfindungsgemäßen Anordnung mit Elektroden in Form von umlaufenden Endlosbändern,
2: eine Variante mit Injektion und Laseranregung von Emittermaterial zur Vorgabe eines definierten Ortes der Plasmaerzeugung,
3: eine modifizierte Variante nach 2, bei der das Beschichtungsmaterial gleichzeitig Emittermaterial ist und der Ort der Plasmaerzeugung durch Verdampfung von Beschichtungsmaterial im Bereich freilaufender Bandabschnitte aus dem Bereich der Führungsrollen der Bandelektroden entfernt wurde,
4: eine perspektivische Darstellung einer Variante, bei der die Bandelektroden in zwei einander schneidenden Ebenen umlaufen, wobei die Bandelektroden im Bereich der Plasmaentstehung auf geometrisch windschief zueinander orientierten Geraden verlaufen und im Bereich des geringsten Abstandes das Plasma erzeugt wird,
5: eine Seitenansicht der Darstellung von 4 mit Blickrichtung entlang der Schnittgeraden der Ebenen der beiden umlaufenden Bandelektroden, wobei für die Kollektoroptik mit nahezu senkrechtem Strahleinfall die einfallenden und reflektierten Strahlenbündel stilisiert eingezeichnet sind.
Die Erfindung besteht in ihrer Grundanordnung zur Erzeugung eines Funkenplasmas als Strahlungsquelle, wie in 1 als Prinzipdarstellung gezeigt, aus einer in einer Vakuumkammer 1 angeordneten Elektrodeneinheit 2 mit zwei endlos umlaufenden Bandelektroden 21 und 22, bei der ein Beschichtungsmaterial als elektrisch kontaktierte Metallschmelze 26 auf die Bandelektroden 21 und 22 aufgetragen und ein Emittermaterial mittels eines Energiestrahls 5 an einem Ort der gewünschten Plasmaerzeugung 6 verdampft wird, um ein definiertes heißes Plasma durch eine elektrische Entladung 61 zwischen den Bandelektroden 21 und 22 zu erzeugen.
Unter Bandelektroden 21 bzw. 22 sollen im Folgenden – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – zwei endlos umlaufende Flachbänder, Rund- oder Profildrähte verstanden werden, von deren Oberfläche eine gewisse Menge an Beschichtungsmaterial bei jedem Entladungsvorgang verdampft (geopfert) wird. Zur Realisierung einer langen Elektrodenlebensdauer in der Umgebung des Plasmas wird das verdampfte Beschichtungsmaterial als Opferschicht in einem kontinuierlichen Prozess stetig auf der Bandelektroden erneuert.
Der Vorgang, mit dem die Beschichtung geschieht, ist ein gebräuchliches Verfahren, wie es z.B. von den großtechnischen Verfahren des Feuerverzinkens oder Feuerverzinnens zur Herstellung von veredelten metallischen Endlosprofilen (z.B. Drähten und Strangprofilen), aber auch zur Herstellung von so genanntem Weißblech für Getränke- und Konservendosen, bekannt ist (Quellennachweise: a) http//www.stahl-info.de: „Schmelztauchveredeltes Band und Blech", b) http//www.feuerverzinken.com/: „Fachinfo, Arbeitsblätter, Feuerverzinken, 1.1 Korrosionsschutz mit Zink"). Völlig analog wird beim Feuerverzinnen ein kontinuierlich hergestelltes Materialprofil durch eine Zinnschmelze geführt (siehe z.B. www.prymetall.com, Prymetall GmbH & Co. KG, Firmenprospekt OV_SN_0511_D: „Verzinnte Bänder ihre Eigenschaften und Anwendungen"). In beiden Verfahren wird anschließend durch spezielle Abstreifer die gewünschte Schichtdicke eingestellt, die üblicherweise im Bereich zwischen 0,8 μm und 16 μm liegt.
Die Metallschmelze 26 (vorzugsweise ein reines Zinnbad), in die jeweils eine umlaufende Bandelektrode 21 oder 22 nach dem Passieren des Ortes der Plasmaerzeugung 6 eintaucht, dient nicht nur der Elektrodenbeschichtung, sondern gleichzeitig der Kontaktierung mit dem Entladeschaltkreis eines Hochspannungs-Impulsgenerators 4 und zur Elektrodenkühlung. Die Bandelektroden 21 und 22 werden jeweils durch eine Antriebseinheit 3 in Umlaufbewegung versetzt, wobei jede Bandelektrode 21 bzw. 22 nach dem Ort der Plasmaerzeugung 6 in die Metallschmelze 26 eintaucht, nach dem Austritt aus der Metallschmelze 26 einer Abstreifeinrichtung 27 (vorzugsweise mit mechanischen Abstreifern oder Gasdüsen) durchläuft und danach erneut dem Ort der Plasmaerzeugung 6 zugeführt wird.
Selbst bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten der Bandelektrode 21, 22 von einigen m/s kann – im Gegensatz zu den drehenden Scheibenelektroden – die Verweildauer des Bandes in der Metallschmelze 26 für eine optimale Kühlung nahezu beliebig eingestellt werden. Falls die geometrische Länge der Behälter 24 oder 25 für die Kühlung in der Metallschmelze 26 nicht ausreicht, kann der Weg der Bandelektrode 21 oder 22 (und somit die Dauer ihres Tauchzustandes) durch mehrere umlenkende Führungsrollen 23 im Behälter 24 bzw. 25 (auf engstem Raum) noch weiter verlängert werden.
Als Ort der Plasmaerzeugung 6 wird in der Vakuumkammer 1 eine Stelle geringsten Abstandes der Bandelektroden 21 und 22 zueinander ausgewählt, indem zur Erhöhung der Leitfähigkeit im gewünschten Bereich Emittermaterial durch einen Energiestrahl 5 verdampft wird. In dem so erzeugten leitfähigen Kanal zwischen den Bandelektroden 21 und 22 wird dann über den an die Behälter 24 und 25 angeschlossenen Impulsgenerator 4 eine elektrische Entladung 61 gezündet, die ein heißes strahlendes Plasma erzeugt. Die vom Plasma emittierte Strahlung wird über eine Kollektoroptik 7 entlang deren optischer Achse 71 in einen Zwischenfokus 72 abgebildet, wobei dieser konjugierte Quellort als Strahlungsquelle für spezifische Beleuchtungsaufgaben verwendet wird.
Eine vorteilhafte Ausführung – wie in 2 dargestellt – besteht darin, den Ort der Plasmaerzeugung 6 durch Verdampfung von einzelnen Tröpfchen eines Tröpfchenstroms 62 aus Emittermaterial (z.B. Xenon oder Zinn), der aus einem Tröpfchengenerator 63 bereitgestellt wird, zu definieren, indem ein gepulster Laserstrahl 52 das Emittermaterial zwischen den Bandelektroden 21 und 22 verdampft, bevor die elektrische Entladung 61 gezündet wird. Dabei ist der Laser 51 mit der Impulsfrequenz des Impulsgenerators 4 getriggert, wobei im Idealfall auch der Tröpfchengenerator 63 mit derselben Frequenz die Tröpfchenfolge 62 bereitstellt. Mit einer solchen Konstellation wird nur soviel Emittermaterial in der Vakuumkammer 1 bereitgestellt, wie auch verdampft werden kann, so dass die Leitfähigkeit des Restgases im Vakuum nur am so vorgegebenen Ort der gewünschten Plasmaerzeugung 6 zyklisch erhöht ist.
Die Bandelektroden 21 und 22 sind gemäß 2 über mehrere (z.B. 5 in einer Ebene angeordnete) umlenkende Führungsrollen 23 durch die Metallschmelze 26 geführt, um die Bandelektroden 21 und 22 bei begrenzter Ausdehnung der Behälter 24 und 25 über einen möglichst langen Weg (und somit eine lange Zeitdauer) in der Metallschmelze 26 zu halten. Damit wird einerseits nach der thermischen Beanspruchung am Ort der Plasmaerzeugung 6 die Kühlung verbessert und andererseits der Impulsgenerator 4 über die Behälter 24 und 25 mit den Bandelektroden 21 bzw. 22 zuverlässiger kontaktiert. Die Bandelektroden 21 und 22 müssen nicht unbedingt – wie vorstehend angegeben – in einer einzigen Ebene geführt werden. Es kann sich unter bestimmten Umständen als nützlich erweisen, die Führungsrollen 23 (z.B. zur Verlängerung ihres Laufwege) in der Metallschmelze 26 in mehreren verschiedenen Ebenen zu führen, um die Behälter 24 und 25 möglichst bezüglich Höhe oder Volumen zu begrenzen.
Weiterhin ist in 2 nach dem Verlassen der Metallschmelze 26 für jede Bandelektrode 21 und 22 noch eine Kühleinheit 8 (mit quergerichteten Gasströmungen oder Kühlkammern) zur weiteren Abkühlung vorhanden.
Der Umlauf der Bandelektroden 21 und 22 erfolgt mittels eines an einer der Führungsrollen 23 angreifenden Rotationsantriebs 31. Um einen Schlupf der Bandelektroden 21 und 22 zu vermeiden, ist eine Führungsrolle 23 als beweglich gelagerte Spannrolle 28 ausgeführt
Ferner ist als Kollektoroptik 7 zum Sammeln der aus dem Plasma emittierten Strahlung eine reflektierende Schalenoptik 73 für streifenden Strahlungseinfall eingesetzt, bei der mehrere metallische Spiegelschalen koaxial ineinander geschachtelt sind. Damit wird der Ort der Plasmaerzeugung 6 in einen Zwischenfokus 72 abgebildet.
Zur Verringerung der thermischen Belastung der Führungsrollen 23 zeigt 3 eine Ausführungsform, bei der ein Elektronenstrahl 53 das Plasma in der Vakuumkammer 1 in einem Bereich initiiert, der nicht an einer Führungsrolle 23 der Bandelektrode 21, 22 anliegt. Das Verdampfen von Emittermaterial erfolgt in diesem Beispiel durch einen Elektronenstrahl 53, der auf die Oberfläche einer der Bandelektroden 21 oder 22 gerichtet ist, um von dort das Beschichtungsmaterial Zinn (zugleich Emittermaterial) zu verdampfen. Das Verdampfen der Zinnschicht von einer der Oberflächen der Bandelektroden 21 und 22 mittels des Elektronenstrahls 53 dient dazu, den gewünschten Ort der Plasmaerzeugung 6 zu definieren, in dem die elektrische Entladung 61 reproduzierbar gezündet wird.
In diesem Beispiel sind die Abschnitte der Bandelektroden 21 und 22, die den geringsten Abstand zueinander aufweisen, parallel zueinander, so dass die Verdampfung des Zinns die einzige Maßnahme zur Ortsvorgabe für die elektrische Entladung 61 darstellt. Die Parallelführung der Bandelektroden 21 und 22 zwischen zwei gegenläufigen Paaren von Führungsrollen ermöglicht jedoch die mit der Plasmaerzeugung einhergehende starke thermische Belastung von den Führungsrollen fernzuhalten, so dass diese nicht zusätzlich gekühlt werden müssen. Alle übrigen Elemente, wie z.B. Spannrollen 28, zusätzliche Kühleinrichtung 8 und die Vielzahl der Führungsrollen innerhalb der Behälter 24 und 25 für die Zinnschmelze 26 sind genauso wie in 2 realisiert. Auch die Ausführung des Antriebs der Bandelektroden 21 und 22 an einer in der Vakuumkammer 1 befindlichen Führungsrolle 23 ist wie in 2 realisiert, wobei in diesem Fall die Drehbewegung mittels eines Motors vorzugsweise außerhalb der Vakuumkammer erzeugt und auf die sich in der Vakuumkammer 1 befindliche Führungsrolle 23 vakuumdicht und verschleißarm über eine Magnetkupplung (nicht gezeichnet) übertragen wird.
Eine Ausführung der EUV-Quelle, bei der die Bandelektroden 21 und 22 gegeneinander geneigt in ihren jeweiligen Behältern 24 bzw. 25 stehen, zeigt 4. Das Beschichtungsmaterial besteht in diesem Beispiel aus effektivem Emittermaterial (z.B. reinem Zinn), das in der Art des Feuerverzinnens auf die Bandelektroden 21 und 22 aufgebracht wird. Zusätzlich werden Tröpfchen aus demselben Emittermaterial (Zinn) auf den Ort der gewünschten Plasmaerzeugung gerichtet und mit einem Laserstrahl 52 verdampft. Die nachfolgende elektrische Entladung 61 zündet das Strahlung emittierende Plasma, dessen Strahlungsausbeute sich durch die Elektrodenbeschichtung mit Emittermaterial noch verbessert.
Die Ebenen, in denen die Bandelektroden 21 und 22 (mindestens am Ort der Plasmaerzeugung 6 innerhalb der Vakuumkammer 1) verlaufen, schneiden einander in einer Geraden, die im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Zinnschmelze 26 verläuft. Die zur Halterung der Führungsrollen 23 verwendeten Führungsplatten 29 sind im gleichen Winkel gegeneinander geneigt. Dadurch sind die zwischen zwei Führungsrollen 23 befindlichen Abschnitte der Bandelektroden 21 und 22, zwischen denen die elektrische Entladung 61 stattfinden soll, geometrisch windschief zueinander orientiert und weisen am Ort der gewünschten Plasmaerzeugung 6 den geringsten Abstand zueinander auf, der vorzugsweise etwa in der Mitte zwischen der letzten Führungsrolle 23 vor dem Ort der Plasmaerzeugung 6 und der Eintauchstelle in die Zinnschmelze 26 liegt. An dieser Stelle wird die elektrische Entladung 61 durch die unmittelbar vorher stattfindende Laserverdampfung eines zwischen die Bandelektroden 21 und 22 eingebrachten Zinntropfens des Tröpfchenstroms 62 initiiert, wodurch in der Entladungsstrecke das Plasma entsteht.
Die Tropfen des Tröpfchenstroms 62 werden durch einen Tröpfchengenerator 6.3 erzeugt, der so angeordnet ist, dass der Tröpfchenstrom 62 in einen der beiden Behälter 24 oder 25 gerichtet ist, um nicht verdampftes Emittermaterial einer Wiederverwendung zuzuführen.
4 zeigt ferner eine Kollektoroptik 7 in Form einer reflektierenden Wechselschichtoptik 74 (multilayer mirror optics), bei der die vom Plasma emittierte Strahlung mit nahezu senkrechtem Strahlungseinfall gesammelt und in einen Zwischenfokus 72 fokussiert wird. Die optische Achse 71 der Kollektoroptik 7 verläuft durch den gewünschten Ort der Plasmaerzeugung 6 und ist so eingerichtet, dass die ausschließlich im Strahlengang verbliebenen Bandelektroden 21 und 22 (da alle anderen Elemente erfindungsgemäß weit nach außen verlagert sind) bei der Abbildung des Plasmas über Kollektoroptik 7 einen möglichst geringen Schatten werfen.
Der Einsatz einer solchen (vorzugsweise als Mo/Si-Wechselschichtsystem aufgebauten) Kollektoroptik 7 ist in dieser Anordnung nach 4 besonders vorteilhaft, wenn die beiden Bandelektroden 21 und 22 schmal sind und im Bereich der elektrischen Entladung 61 zueinander windschief verlaufen, so dass sie über den gesamten Raumwinkel von 4π nur einen sehr geringen Schattenwurf verursachen.
5 zeigt eine Seitenansicht der in 4 beschriebenen Anordnung mit nahezu senkrecht reflektierender Wechselschichtoptik 74. Die Blickrichtung ist in 4 von hinten rechts entlang der Schnittlinie der Ebenen der Führungsplatten 29, an denen die Bandelektroden 21 und 22 umlaufen, gewählt.
Durch geschnitten dargestellte Behälter 24 und 25 für die Zinnschmelzen 26, die mit unterschiedlichen Polen des Impulsgenerators 4 in Verbindung stehen (nur in 1 bis 3 dargestellt), sind die gewählte Schräglage der Führungsplatten 29 und auch die innerhalb der Zinnschmelze 26 befindlichen Führungsrollen 23, die den Laufweg der Bandelektroden 21 und 22 in ihren jeweiligen Behältern 24 bzw. 25 durch mäanderförmige Führung verlängern, besser erkennbar. Auf die Darstellung der Abstreifer 27 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Sie sind in Analogie zu 1 bis 3 anzubringen.
Im Unterschied zu 4 sind in 5 zusätzlich die Strahlkegel des von der Wechselschichtoptik 74 erfassten und des zum Zwischenfokus 72 reflektierten Strahlenbündels dargestellt. Alle übrigen räumlichen Lagebedingungen und Funktionsabläufe stimmen mit denen von 4 überein und können von dort übernommen werden.

1: Vakuumkammer
2: Elektrodeneinheit
21: erste Bandelektrode
22: zweite Bandelektrode
23: Führungsrollen
24: erster Behälter (für Metallschmelze)
25: zweiter Behälter (für Metallschmelze)
26: Metallschmelze/Zinnschmelze
27: Abstreifer
28: Spannrolle
29: Führungsplatte
3: Antriebseinheit
31: Rotationsantrieb
4: Impulsgenerator
5: Energiestrahl
51: Laser
52: Laserstrahl
53: Elektronenstrahl
6: Ort der Plasmaerzeugung
61: (elektrische) Entladung
62: Tröpfchenstrom
63: Tröpfchengenerator
7: Kollektoroptik
71: optische Achse
72: Zwischenfokus
73: Schalenoptik (für streifenden Strahlungseinfall)
74: Wechselschichtoptik
8: Kühleinrichtung

Claims

Anordnung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung auf Basis eines mittels elektrischer Entladung erzeugten Plasmas, bei der Elektroden mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet sind, das bei energiestrahlinduzierter lokaler Verdampfung von Emittermaterial und anschließender Plasmaerzeugung durch die elektrische Entladung zwischen den Elektroden mindestens teilweise geopfert wird und durch eine kontinuierliche Bewegung der Elektroden erneuerbar ist, indem für jede Elektrode ein Behälter mit einer Metallschmelze aus Beschichtungsmaterial zur Regeneration der Beschichtung und zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden mit einer gepulsten Hochspannungsquelle vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Elektroden in Form von zwei endlos über Führungsrollen (23) umlaufenden Bandelektroden (21, 22) angeordnet sind, die einen Bereich geringen Abstandes zueinander aufweisen, in dem die elektrische Entladung (61) zur Erzeugung des Plasmas vorgesehen ist, – jede Bandelektrode über mindestens eine Führungsrolle in dem mit der Metallschmelze befüllten Behälter geführt ist, wobei die jeweilige Bandelektrode (21, 22) mit einem wesentlich ausgedehnten Abschnitt ihrer Bandlänge in die Metallschmelze (26) eingetaucht und nach dem Austritt aus der Metallschmelze (26) durch einen Abstreifer (27) geführt ist, um eine definierte Dicke des Beschichtungsmaterials auf der Bandelektrode (21, 22) zu erzeugen, und – Mittel zum Antrieb (3) jeder Bandelektrode (21, 22) vorhanden sind, wobei die Bandelektrode (21, 22) während eines Umlaufs in den Behälter (24, 25) mit Metallschmelze (26) eingetaucht, in einer Vakuumkammer (1) an einem Ort der gewünschten Plasmaerzeugung (6) vorbeigeführt und nach der elektrischen Entladung (61) in den Behälter mit Metallschmelze (26) zurückgeführt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandelektroden (21, 22) als geschlossene Flachbänder mit geringer Breite ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandelektroden (21, 22) als geschlossene Runddrähte ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandelektroden (21, 22) als geschlossene Strangprofile mit kleiner Querschnittsfläche und beliebiger konvexer Querschnittsfläche ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial reines Zinn vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial Zinnverbindungen oder Zinnlegierungen vorgesehen sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial reines Zink vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial Zinkverbindungen oder Zinklegierungen vorgesehen sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verlängerung des Laufweges der Bandelektrode (21, 22) im Behälter (24, 25) der Metallschmelze (26) mindestens zwei Führungsrollen (23) zur Führung der Bandelektrode (21, 22) vorhanden sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verlängerung des Laufweges der Bandelektrode (21, 22) im Behälter (24, 25) der Metallschmelze (26) mindestens drei Führungsrollen (23) zur mäanderförmigen Führung der Bandelektrode (21, 22) vorhanden sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung (8) zur zusätzlichen Kühlung der Bandelektrode (21, 22) nach dem Durchlaufen des Behälters (24, 25) der Metallschmelze (26) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Führungsrolle (23) als Spannrolle (28) für die Bandelektrode (21, 22) verstellbar gelagert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandelektroden (21, 22) durch einen Rotationsantrieb (31) an einer Führungsrolle (23) angetrieben sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandelektroden (21, 22) durch Magnetkopplung (32) angetrieben sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrollen (23) einer Bandelektrode (21, 22) so angeordnet sind, dass die Bandelektrode (21, 22) in einer einzigen Ebene umläuft.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Bandelektroden (21, 22) in einer Ebene angeordnet ist, die mit der Ebene der anderen Bandelektrode (21, 22) übereinstimmt, wobei die Bandelektroden (21, 22) in einem Bereich der Vakuumkammer (1) durch gegenüberliegende Führungsrollen (23) einen kleinsten Abstand zueinander aufweisen, durch den der Ort der gewünschten Plasmaerzeugung (6) definiert ist.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Bandelektroden (21, 22) in einer Ebene angeordnet ist, die mit der Ebene der anderen Bandelektrode (21, 22) übereinstimmt, wobei die Bandelektroden (21, 22) in einem begrenzten Abschnitt in der Vakuumkammer (1) mit geringem Abstand zueinander parallel ausgerichtet sind und der Ort der gewünschten Plasmaerzeugung (6) dadurch definiert ist, dass mittels lokaler Energieeinträge mittels Energiestrahl (5) infolge einer Verdampfung und Vorionisation von Emittermaterial die elektrische Entladung (61) gezielt auslösbar ist.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Bandelektroden (21, 22) in einer Ebene angeordnet ist, die von der Ebene der anderen Bandelektrode (21, 22) verschieden ist, so dass Abschnitte der Bandelektroden (21, 22) am Ort der gewünschten Plasmaerzeugung (6) windschief zueinander ausgerichtet sind und einen Ort geringsten Abstandes aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiestrahl (5) zur Verdampfung von Emittermaterial auf den gewünschten Ort der Plasmaerzeugung (6) zwischen den beiden Bandelektroden (21, 22) gerichtet ist, so dass durch die Vorionisation des Emittermaterials ein Bereich höherer Leitfähigkeit zur lokal begrenzten Entladung und Plasmaentstehung zwischen den beiden Bandelektroden (21, 22) führt.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Emittermaterial Zinn oder eine zinnhaltige Verbindung oder Legierung vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (5) am gewünschten Ort der Plasmaerzeugung (6) auf das Beschichtungsmaterial der Bandelektroden (21, 22) gerichtet ist, wobei als Beschichtungsmaterial ein metallisches Emittermaterial eingesetzt ist.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (5) am gewünschten Ort der Plasmaerzeugung (6) zwischen den beiden Bandelektroden (21, 22) auf einen Tröpfchenstrom (62) von Emittermaterial gerichtet ist, wobei jeweils ein Tröpfchen verdampft wird, um mittels der elektrischen Entladung das Plasma zu erzeugen.
Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Tröpfchenstrom (62) aus Xenon besteht.
Anordnung nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (5) am gewünschten Ort der Plasmaerzeugung (6) zwischen den beiden Bandelektroden (21, 22) auf einen Tröpfchenstrom (62) von Emittermaterial gerichtet ist, wobei jeweils ein Tröpfchen verdampft wird und das Emittermaterial zugleich als Beschichtungsmaterial der Bandelektroden (21, 22) eingesetzt ist.
Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Emittermaterial Zinn oder eine zinnhaltige Verbindung oder Legierung vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (5) ein Laserstrahl (52) ist.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (5) ein Elektronenstrahl (53) ist.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (5) auf eine der Oberflächen der Bandelektroden (21, 22) gerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (5) auf einen zusätzlichen Tröpfchenstrom (62) von Emittermaterial zwischen den Bandelektroden (21, 22) gerichtet ist.