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Technisches Anwendungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Gasentladungsquelle, insbesondere
zur Erzeugung von extrem ultravioletter (EUV)-Strahlung und/oder
weicher Röntgenstrahlung, mit mindestens zwei Elektrodenkörpern,
von denen ein erster Elektrodenkörper eine drehbar gelagerte
Elektrodenscheibe umfasst, einem Drehantrieb für die Elektrodenscheibe,
einer Einrichtung zum Aufbringen eines flüssigen Films
eines Targetmaterials auf eine radiale Außenfläche
der Elektrodenscheibe und einem Laser zur Emission eines Laserstrahls,
der in einem Entladungsbereich auf die radiale Außenfläche
der Elektrodenscheibe gerichtet ist, um Targetmaterial aus dem flüssigen
Film zu verdampfen.
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Stand der Technik
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Bei
gasentladungsbasierten Strahlungsquellen, zu denen auch die Gasentladungsquelle
der vorliegenden Erfindung zählt, wird durch einen gepulsten
Strom in einem Elektrodensystem ein Plasma erzeugt, das bei geeigneter
Wahl eines Targetmaterials im Entladungsbereich Quelle von EUV-Strahlung oder
weicher Röntgenstrahlung sein kann.
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Die
DE 103 42 239 A1 zeigt
eine Gasentladungsquelle mit einem speziellen Aufbau der Elektroden,
der Stromzuführung und der Kühlung sowie mit einer speziellen
Technik zur Bereitstellung des Targetmaterials.
1 zeigt
eine schematische Darstellung dieser Strahlungsquelle im Querschnitt,
die zwei drehbar gelagerte, scheibenförmigen Elektroden
1 in einer
Vakuumkammer
2 aufweist. Die Elektroden
1 sind
derart angeordnet, dass sie bei einer Eigenrotation um ihre Rotationsachsen
3,
die jeweils mit einem Antrieb zur Erzeugung der Rotation verbunden
sind, in zwei Reservoirs
4 mit flüssigem Metall
5,
bspw. Zinn, tauchen. Durch diese Rotation bildet sich ein dünner
Metallfilm auf dem kreisförmigen Umfang der Elektroden
1.
Die beiden Elektroden
1 bilden an einer Raumposition einen
kürzesten Abstand, im Bereich dessen die Gasentladung
6 gezündet
wird. Diese Zündung erfolgt über einen eingekoppelten
Laserpuls
7, der auf eine Oberfläche des kreisförmigen Umfangs
der Elektroden
1 fokussiert wird. Die Figur zeigt weiterhin
eine Einrichtung
8 zur Debris-Verringerung, eine metallische
Abschirmung
9 zwischen den Elektroden
1 sowie
eine äußere Abschirmung
10 zur Wandung
der Vakuumkammer
2. Weiterhin sind Abstreifer
11 zu
erkennen, mit denen die Dicke des Flüssigkeitsfilms auf
den Elektroden
1 einstellbar ist. Die Stromzufuhr erfolgt über
eine Kondensatorbank
12 und geeignet isolierte, elektrische
Durchführungen
13 zu den Metallbädern.
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Bei
dieser Gasentladungsquelle wird die durch die Gasentladung beanspruchte
Elektrodenoberfläche ständig regeneriert, so dass
vorteilhafterweise kein Verschleiß an dem Grundmaterial
der Elektroden auftritt. Weiterhin herrscht durch die Rotation der
Elektrodenscheiben durch die Metallschmelze ein inniger Wärmekontakt, über
den die durch die Gasentladung erhitzten Scheiben ihre Energie effizient
an die Schmelze abgeben können. Die drehenden Elektrodenscheiben
benötigen daher keine separate Kühlung. Da zwischen
den Elektrodenscheiben und der Metallschmelze ein sehr niedriger
elektrischer Widerstand besteht, lassen sich sehr hohe Ströme über
die Schmelze auf die Elektrodenscheiben übertragen, wie
sie bei der Gasentladung zur Erzeugung eines sehr heißen,
für die Strahlungserzeugung geeigneten Plasmas erforderlich
sind. Auf diese Weise kann der Strom den Elektroden stationär von
außen über einen oder mehrere Durchführungen zur
Metallschmelze zugeführt werden.
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Die
Elektrodenscheiben sind bei dieser Gasentladungsquelle bevorzugt
in einem Vakuumsystem angeordnet, welches mindestens ein Grundvakuum von
10–2 Pa erreicht. Dadurch kann
an die Elektroden eine hohe Spannung von z. B. 2–10 kV
aus der Kondensatorbank angelegt werden, ohne dass es zu einem unkontrollierten
elektrischen Durchschlag kommt. Der elektrische Durchschlag wird
gezielt durch den Laserpuls ausgelöst, der an der engsten Stelle
zwischen den Elektrodenscheiben auf die radiale Außenfläche
einer der Elektrodenscheiben fokussiert wird. Dadurch verdampft
ein Teil des auf den Elektroden befindlichen Metallfilms und überbrückt den
Elektrodenabstand. Es kommt zu einem elektrischen Durchschlag an
dieser Stelle und zu einem sehr hohen Stromfluss aus der Kondensatorbank. Dieser
Strom erhitzt den Metalldampf auf Temperaturen, bei denen dieser
ionisiert wird und in einem Pinchplasma die gewünschte
Strahlung emittiert.
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Eine
Weiterentwicklung dieser Gasentladungsquelle ist in der
DE 10 2005 023 060
A1 beschrieben. Die beiden Elektrodenscheiben drehen sich
hier nicht mehr frei in je einem großen Bad einer Metallschmelze.
Der Kontakt mit der Metallschmelze wird vielmehr auf einen Spalt
19 zwischen
einem Teil des Scheibenumfanges und einem Metallblock
14 als Gegenform
beschränkt. Ist dieser Spalt hinreichend eng, dann wird
das flüssige Metall aufgrund von Kapillarkräften
gehalten und fließt auch gegen einen gewissen Druck, bspw.
durch die Schwerkraft verursacht, nicht aus.
2 zeigt
beispielhaft eine derartige Anordnung des Elektrodensystems in schematischer
Darstellung. In diesem Beispiel enthält der metallische
Block ein Reservoir
15, in dem ein Vorrat an flüssigem
Metall
5 vorliegt. Durch die Drehung der Elektrodenscheiben
1 um
ihre Rotationsachsen
3 wird das Metall in dem Spalt
19 in
Rotationsrichtung nach oben transportiert, wobei überflüssiges
Metall am oberen Ende des Spaltes
19 über einen
Rücklaufkanal
17 wieder in das Reservoir
15 zurückfließt.
Die Drehung ist durch die Pfeile angedeutet. Damit das flüssige
Metall
5 nicht aus dem Spalt
19 herauslaufen kann,
ist dieser im vorliegenden Beispiel am Einlauf
20 und Auslauf
21 besonders
verengt. Zwischen dem Zulaufkanal
16 und dem Rücklaufkanal
17 kann
der Spalt
19 jedoch durchaus einen Bereich von 1 mm Dicke
haben, um die Reibungskräfte zwischen der Elektrode
1 und
dem Block
14 minimal zu halten. Grundsätzlich
kann die Zirkulation des flüssigen, elektrisch leitfähigen
Materials bei der vorliegenden Gasentladungsquelle zusätzlich
auch durch eine Pumpe unterstützt werden. Das Reservoir
für das flüssige Metall muss sich nicht notwendigerweise
in dem Metallblock
14 befinden. Es kann auch als separates
Gefäß ausgebildet sein, welches mittels geeigneten
Zuleitungen mit dem Metallblock
14 verbunden ist.
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Die
Speicherkondensatoren sind direkt an den Metallblock 14 angeschlossen,
wie dies aus der 2 ersichtlich ist. Auf diese
Weise wird eine elektrische Verbindung mit niedrigem Widerstand über das
flüssige Metall 5 zu den Elektroden sichergestellt.
Der Quellpunkt 18 für die Gasentladung wird im vorliegenden
Beispiel durch den Fokuspunkt eines nicht dargestellten Laserstrahls
festgelegt. Dies entspricht der Betriebsweise, wie sie bereits im
Zusammenhang mit der einleitend beschriebenen Gasentladungsquelle
erläutert wurde.
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Durch
den Aufbau des Elektrodensystems dieser Gasentladungsquellen, bei
dem das Strahlung emittierende Plasma im Bereich der engsten Stelle zwischen
den drehenden Elektrodenscheiben erzeugt wird, wird die emittierte
Strahlung durch die Elektroden selbst zumindest teilweise in ihrer
Ausbreitung behindert. Aufgrund des Abschattungseffektes ist eine
Ausbreitung der Strahlung in einen Raumwinkel von 2π sr,
wie sie für einige Anwendungen wünschenswert wäre,
nicht ohne weiteres möglich.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gasentladungsquelle
bereitzustellen, die weniger aufwendig aufgebaut ist und bei vergleichbarer
Verschleißarmut eine Abstrahlung der mit der Gasentladung
erzeugten Strahlung auch in einen Raumwinkel von 2π sr
ermöglicht.
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Darstellung der Erfindung
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Die
Aufgabe wird mit der Gasentladungsquelle gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Gasentladungsquelle
sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden
Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
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Die
vorgeschlagene Gasentladungsquelle weist mindestens zwei Elektrodenkörper
auf, von denen ein erster Elektrodenkörper eine drehbar
gelagerte Elektrodenscheibe umfasst. Weiterhin umfasst die Gasentladungsquelle
einen Drehantrieb für die Elektrodenscheibe, eine Einrichtung
zum Aufbringen eines flüssigen Films eines Targetmaterials
auf eine radiale Außenfläche der Elektrodenscheibe
und wenigstens einen Laser zur Emission eines Laserstrahls, der
in einem Entladungsbereich auf die radiale Außenfläche
der Elektrodenscheibe gerichtet ist, um Targetmaterial aus dem flüssigen
Film zu verdampfen. Die Gasentladungsquelle zeichnet sich dadurch
aus, dass zwischen den Elektrodenkörpern ein Zwischenraum
gebildet ist, der außerhalb des Entladungsbereiches eine
gegenüber einem Abstand im Entladungsbereich verringerte,
vorzugsweise konstante Breite von < 5
mm aufweist. Der Zwischenraum ist vorzugsweise als freier Spalt
zwischen den Elektrodenkörpern ausgebildet, kann jedoch
auch teilweise oder vollständig mit einem Isolationsmaterial
verfüllt sein, beispielsweise mit einer Keramik.
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Durch
diese Ausgestaltung und Anordnung der Elektrodenkörper
kann ein Betrieb auf dem linken Ast der Paschenkurve im Gasentladungsbetrieb
erfolgen, bei dem bspw. ein die Elektrodenkörper umschließendes
Gas einen Druck von mindestens 1 Pa aufweisen kann. Während
des Gasentladungsbetriebes wird dabei ionisiertes Gas in dem schmalen
Spalt zwischen den Elektrodenkörpern rasch neutralisiert, während
ionisiertes Gas im Entladungsbereich und darüber zwischen
zwei Entladungspulsen keine ausreichende Möglichkeit zur
Neutralisierung hat und damit zumindest teilweise ionisiert bleibt.
Damit ist in diesem Entladungsbereich durch die Vorionisation eine
Entladung gewährleistet, während Überschläge bzw.
Gasentladungen in dem schmalen Spalt verhindert werden. Bei Verfüllung
des Spaltes mit einem Isolationsmaterial können zwangsläufig
keine Überschläge in diesem Bereich stattfinden.
Die Elektroden müssen daher nicht mehr wie bei dem vorgenannten
Stand der Technik so angeordnet werden, dass der Entladungsbereich
durch einen Bereich geringsten Abstandes zwischen den Elektrodenscheiben
gebildet wird und die Elektrodenkörper ansonsten weiter
voneinander beabstandet sein müssen. Damit lässt
sich mit der vorgeschlagenen Gasentladungsquelle ein Gasentladungsbetrieb
realisieren, bei dem die Abschattungseffekte durch die Elektrodenkörper
gegenüber dem Stand der Technik verringert sind.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden Elektrodenkörper
so ausgebildet und angeordnet, dass der zweite Elektrodenkörper
die Elektrodenscheibe in einer Richtung senkrecht zu ihrer radialen
Außenfläche im Entladungsbereich nicht überragt.
Besonders bevorzugt steht hierbei die Elektrodenscheibe in einer
Richtung senkrecht zu ihrer radialen Außenfläche
im Entladungsbereich über den zweiten Elektrodenkörper über.
Auf diese Weise wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass das Strahlung
erzeugende Plasma in einen Raumwinkel von 2π sr oder darüber
ungehindert abstrahlen kann.
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Es
hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Ausgestaltung des Elektrodensystems
eine Zuführung des Targetmaterials über einen
der beiden Elektrodenkörper für den Betrieb der
Gasentladungsquelle vollkommen ausreichend ist. Diese Zuführung
erfolgt bei der vorliegenden Gasentladungsquelle über die
drehende Elektrodenscheibe, die das flüssige Targetmaterial
aufnimmt. Der zweite Elektrodenkörper kann hierbei vollkommen
unbeweglich ausgebildet sein.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung umschließt der zweite Elektrodenkörper
den ersten Elektrodenkörper vollständig lateral.
Beispielsweise kann der zweite Elektrodenkörper in einem
dem Entladungsbereich zugewandten Teil einen Schlitz für den
Durchtritt der Elektrodenscheibe aufweisen und ansonsten vorzugsweise
rotationssymmetrisch um den ersten Elektrodenkörper ausgebildet
sein. Der zweite Elektrodenkörper kann hierbei bspw. eine Kuppelform
aufweisen.
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Die
vorgenannten Ausgestaltungen ermöglichen die Ausbildung
eines inneren ersten Elektrodenkörpers, in dem eine drehende
Elektrodenscheibe zur Aufnahme des Targetmaterials an seiner radialen
Außenfläche gelagert ist und der von einem äußeren
zweiten Elektrodenkörper unter Bildung des genannten Zwischenraums
bzw. Spaltes mit dem geringen Spaltabstand lateral umschlossen ist.
Die innere erste Elektrode kann bspw. als Kathode und die äußere
zweite Elektrode als Anode des Elektrodensystems genutzt werden.
Der geringe Spaltabstand zwischen den beiden Elektrodenkörpern
kann sich vorteilhaft am Entladungsbereich erweitern.
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Bei
der vorgeschlagenen Gasentladungsquelle können die rotierende
Elektrodenscheibe sowie die Einrichtung zum Aufbringen des flüssigen Films
des Targetmaterials auf die radiale Außenfläche
der Elektrodenscheibe so ausgebildet sein wie in den beiden in der
Beschreibungseinleitung genannten Druckschriften
DE 103 42 239 A1 und
DE 10 2005 023 060
A1 . In einem Fall taucht die Elektrodenscheibe dabei in
ein Behältnis mit dem flüssigen Targetmaterial
teilweise ein um durch einen dünnen Film dieses Targetmaterials
benetzt zu werden. Im anderen Fall ist diese Elektrodenscheibe über
einen Teilumfang von einem Metallblock umschlossen, über
den flüssiges Targetmaterial in einen Spalt zwischen Metallblock
und Elektrodenscheibe zugeführt werden kann, um die Elektrodenscheibe
in gleicher Weise mit einem flüssigen Metallfilm zu benetzen. Die
Elektrodenscheibe ist dabei vorzugsweise in dem Metallblock als
erstem Elektrodenkörper drehbar gelagert. In beiden Ausgestaltungen
können in gleicher Weise wie bei den vorgenannten Druckschriften
ein oder mehrere Abstreifer vorgesehen sein, um die Dicke des dünnen
Films auf der radialen Außenfläche der Elektrodenscheibe
zu begrenzen. Weiterhin kann ein Vorrat des flüssigen Targetmaterials
mit einer Kühlvorrichtung auf einer gewünschten
Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Targetmaterials gehalten
werden. Auch die elektrische Kontaktierung der Elektrodenscheibe
kann in gleicher Weise über die metallische Schmelze erfolgen,
so dass keine bewegten Teile für die Energiezuführung
erforderlich sind. Selbstverständlich lassen sich auch
andere Ausgestaltungen für die Zuführung des Targetmaterials
auf die radiale Außenfläche des Elektrodenmaterials
nutzen, wie sie in den oben genannten Druckschriften beschrieben
sind. Weiterhin werden vorzugsweise auch die Elektroden durch ein
Kühlsystem auf Temperaturen von beispielsweise knapp über
der des Schmelzpunktes des Targetmaterials gehalten.
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Die
beiden Elektrodenkörper befinden sich in einem Vakuumgefäß,
in dem ein für den Betrieb der Gasentladungsquelle geeigneter
Druck eines Inert- oder Arbeitsgases aufrechterhalten wird. Der
Druck wird dabei so gewählt, dass ein Betrieb der Gasentladungsquelle
auf dem linken Ast der Paschenkurve stattfindet. Damit werden Gasentladungen
in dem schmalen Spalt zwischen den beiden Elektrodenkörpern
vermieden. Ein Motor für den Drehantrieb der Elektrodenscheibe
ist dabei vorzugsweise außerhalb des Vakuumgefäßes
angeordnet und treibt die Elektrodenscheibe vorzugsweise über
einen geeigneten Riemen an, der keinerlei Schmierung erfordert.
Dieser Riemen sollte für Temperaturen von mehr als 250°C
ausgelegt sein und kann bspw. aus einem Metall bestehen.
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Durch
den Betrieb der Gasentladungsquelle wird ständig metallisches
Material von der Elektrodenscheibe abgetragen und bspw. auch auf
der Oberfläche des zweiten Elektrodenkörpers abgelagert.
Der Abtransport dieses Materials kann bspw. durch Sputterwirkung
der Gasentladung selbst, durch einen Abfluss als Flüssigkeit
oder durch Abdampfen aufgrund einer hinreichend hohen Oberflächentemperatur
erfolgen. In einer weiteren Ausgestaltung weist der zweite Elektrodenkörper
eine oder mehrere drehbare Komponenten auf, die sich bis an den
Entladungsbereich erstrecken. Material, das sich auf diesen drehbaren
Komponenten ablagert, wird dann durch Drehung dieser Komponenten
vom Entladungsbereich weg transportiert und kann an anderer Stelle,
bspw. durch geeignete Abstreifer, abgeführt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorgeschlagene Gasentladungsquelle wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des durch
die Patentansprüche vorgegebenen Schutzbereichs nochmals
näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 schematisch
eine bekannte Gasentladungsquelle gemäß dem Stand
der Technik;
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2 schematisch
eine weitere bekannte Gasentladungsquelle gemäß dem
Stand der Technik;
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3 schematisch
ein Beispiel einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Gasentladungsquelle in
zwei Ansichten;
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4 ein
weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der vorgeschlagenen Gasentladungsquelle in
schematischer Darstellung; und
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5 ein
weiteres Beispiel einer möglichen Ausgestaltung der vorgeschlagenen
Gasentladungsquelle in schematischer Darstellung.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Die
in den 1 und 2 dargestellten Gasentladungsquellen
des Standes der Technik wurden bereits in der Beschreibungseinleitung
näher erläutert. Durch den Aufbau und Betrieb
der Elektrodensysteme dieser Gasentladungsquellen ist der Raumwinkel,
in den die erzeugte Strahlung abgestrahlt wird, deutlich eingeschränkt.
Mit der vorgeschlagenen Gasentladungsquelle lässt sich
dieser Raumwinkel deutlich vergrößern.
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So
zeigt 3 ein erstes Beispiel einer möglichen
Ausgestaltung der vorgeschlagenen Gasentladungsquelle in zwei Schnitten
unter 90° durch das Elektrodensystem. Externe Komponenten
wie das Handling des flüssigen Targetmaterials, die Kondensatorbank
oder der Antrieb der Elektrodenscheibe, im Folgenden auch als Kathodenrad
bezeichnet, sind dabei jeweils nur einmal schematisch angedeutet. Bei
dieser sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Gasentladungsquelle
ist nur die Kathode als drehbares Kathodenrad 100 ausgebildet,
das in einem Kathodenkörper 110 drehbar gelagert
ist. Das über einen Drehantrieb 130 angetriebene
Kathodenrad 100 wird über eine Einrichtung zur
Zuführung von flüssigem Zinn 140 ständig
mit einem dünnen Zinnfilm benetzt.
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Diese
Einrichtung zur Zuführung von flüssigem Zinn
140 kann
bspw. durch ein in dem Kathodenkörper
110 ausgebildetes
Zinnreservoir gebildet sein, in das das Kathodenrad
100 teilweise
eintaucht. Weiterhin kann der Kathodenkörper
110 auch
entsprechend der
DE
10 2005 023 060 A1 als Metallblock ausgebildet sein, der
das Kathodenrad über einen Teilumfang unter Bildung eines
Zwischenspalts umschließt und zumindest einen Zufuhrkanal
zum Zwischenspalt aufweist, um der radialen Außenfläche
des Kathodenrads
100 das flüssige Zinn über den
Zwischenspalt zuzuführen.
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Der
Kathodenkörper 110 ist lateral von einem Anodenkörper 120 vollständig
umschlossen, der in diesem Beispiel kuppelförmig ausgebildet
ist. An der Oberseite bildet dieser Anodenkörper 120 einen Schlitz
für den Durchtritt des Kathodenrades 100, wie dies
in 3 ersichtlich ist. Anodenkörper 120 und Kathodenkörper 110 sind
dabei bis auf den Bereich des oben herausstehenden Kathodenrads 100 rotationssymmetrisch
um die Achse 150 so ausgebildet, dass ein dünner
Spalt 160 von in diesem Fall 2 mm zwischen Anodenkörper 120 und
Kathodenkörper 110 gebildet wird.
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Anoden-
und Kathodenkörper 110, 120 können
bspw. durch einen Keramikring 170 gegeneinander isoliert
werden. Dieser Ring kann auch gleichzeitig die Schnittstelle zum
Vakuumgefäß bilden, das das Elektrodensystem umschließt
und in dieser Figur nicht dargestellt ist. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn
die beiden Elektrodenkörper mittels eines Isolatorringes 180 gegenüber
dem Vakuumgefäß selbst isoliert werden. Dadurch
wird verhindert, dass ein Teil des Entladungsstroms von den Elektroden
zu den Wänden des Vakuumgefäßes fließt.
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Der
Laserpuls 190 zum Verdampfen einer kleinen Menge Zinn von
der radialen Außenfläche des Kathodenrads 100 kann
bspw. direkt von oben eingestrahlt werden, wie in der 3 ersichtlich
ist. Der Stromfluss von Kathode zu Anode erfolgt durch ein durch
Punkte angedeutetes Plasma oberhalb der Elektrodenkörper,
welches durch den Zinndampf aber auch durch ionisiertes Gas im Elektrodenraum gebildet
wird. Sofern das Kathodenrad 100, wie im vorliegenden Beispiel,
an seiner höchsten Stelle die Kontur des Anodenkörpers 120 überragt,
wird die erzeugte EUV-Strahlung im gesamten oberen Halbraum nicht
von den Elektroden abgeschattet.
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Selbstverständlich
lässt sich dieses Elektrodensystem jedoch auch anders im
Raum anordnen bzw. orientieren, wobei dann eine Abstrahlung in den entsprechenden
Halbraum erreicht wird. Die Elektroden können prinzipiell
in jeder Richtung angeordnet werden, so dass auch die Strahlung
in jeder Raumrichtung nutzbar ist.
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Der
Energiespeicher, der die Elektroden mit einem Pulsstrom von ca.
10 bis 20 kA versorgt, kann bspw. aus einer Parallelschaltung von
mehreren Kondensatoren in einer Kondensatorbank 200 bestehen.
Diese Kondensatoren werden in vorteilhafter Weise in einer Ringform
sehr nahe bei Kathode und Anode angeordnet um einen niederinduktiven Übergang
zu erreichen.
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Der
Antrieb des Kathodenrads 100 erfolgt in vorteilhafter Weise
mittels eine Motors außerhalb des Vakuumgefäßes.
Bei einer Anordnung, wie sie in 3 dargestellt
ist, muss daher die Drehrichtung um bspw. 90° umgelenkt
werden. Aufgrund des Abriebs von Zahnrädern ohne Schmierung
im Vakuum ist ein Winkelgetriebe ungünstig. Vorteilhafter
Weise erfolgt der Antrieb daher über einen Zahnriemen oder ein
einem Zahnriemen ähnliches Gebilde, das für Temperaturen
von mehr als 250° ausgelegt ist. So können bspw.
auf der Achse 210 des Kathodenrads 100 eine oder
zwei Scheiben 220 befestigt werden, die radial nach außen
eine Reihe von Stiften aufweisen. Als Antriebsband kann dann bspw.
ein mit Löchern versehenes dünnes Metallband dienen,
welches über die Scheibe 220 läuft und
diese über die Stifte antreibt. Das Band ist dann mit dem
Motor des Drehantriebs 130 verbunden, der sich außerhalb
des Vakuumgefäßes befindet. Das Lager der Drehachse 210 kann
dabei z. B. im Bereich des Elektrodenkörpers als Vakuumdichtung
ausgeführt sein. Dann befindet sich die Scheibe 220 mit
dem Antriebsband ebenfalls außerhalb des Vakuums.
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Damit
nach der Einstrahlung des Laserpulses 190 auf das Kathodenrad 100 und
der damit verbundenen Ablation des Zinns der Stromfluss zur Anode
zustande kommt, muss sich zwischen den Elektroden ein elektrisch
leitfähiges Plasma ausbilden oder bereits dort befinden.
Sofern sich im Vakuumgefäß ein Gas bei niedrigem
Druck von bspw. einigen Pa befindet, wird dieses Gas durch den Betrieb
der Gasentladungsquelle automatisch ionisiert. Aufgrund des geringen
Abstandes von Anoden- und Kathodenkörper 110, 120 von
bspw. 2 mm wird dieses ionisierte Gas zwischen zwei Entladungspulsen
an den sich in diesem Spalt gegenüberliegenden Wänden
von Anodenkörper 120 und Kathodenkörper 110 rekombinieren.
Im Bereich oberhalb der Elektroden wird der Abstand zu den Wänden
der Elektrodenkörper größer, so dass
zumindest bei hohen Puls-Wiederholraten von > 1 kHz keine vollständige Rekombination stattfinden
kann. Dadurch steht bereits zu Beginn des jeweils nachfolgenden
Entladungspulses bzw. Laserpulses ein leitfähiges Plasma
zum Stromtransport zur Verfügung. Als weitere geeignete
Parameter können bspw. der Gasdruck, die Gasart oder die
Wiederholfrequenz für einen optimalen Betrieb der Gasentladungsquelle
eingestellt werden. Außerdem besteht auch die Möglichkeit
mit einer Einrichtung zur Vorionisation, bspw. über eine
DC- oder über eine Hochfrequenzentladung, ständig
ein Plasma im Entladungsbereich 240 zu unterhalten. Die
Hochfrequenzentladung kann auch gepulst betrieben und mit dem Laden
der Kondensatoren und dem Laserpuls zeitlich geeignet synchronisiert
werden. Diese Entladung kann außerdem die Eigenschaft haben,
durch Sputterwirkung das Zinn, welches auf die nichtdrehende Anode
abgelagert wird, wieder derart zu entfernen, dass sich dort nur
ein „Schutzfilm" mit konstanter Dicke von bspw. einigen
10 Mikrometern einstellt.
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4 zeigt
eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der vorgeschlagenen
Gasentladungsquelle. In dieser Figur ist wiederum der Kathodenkörper 110 mit
dem darin gelagerten Kathodenrad 100 zu erkennen, der in
diesem Fall ein Zinnreservoir 250 beinhaltet, in den das
Kathodenrad 100 über einen Teilabschnitt eintaucht.
Der Kathodenkörper 110 wird lateral in einem Bereich
unterhalb des Entladungsbereiches 240 von einem Anodenkörper 120 umschlossen.
Das Kathodenrad 100 ragt in einer Richtung senkrecht zu
seiner radialen Außenfläche im Entladungsbereich 240 über
den Anodenkörper 120 hinaus, wie dies aus der
Figur ersichtlich ist. Anoden- und Kathodenkörper sind
auch in diesem Beispiel rotationssymmetrisch, mit Ausnahme des Bereichs
des Kathodenrads 100, ausgebildet. In der Figur ist auch die
ringförmig angeordnete Kondensatorbank 200 zu erkennen.
In diesem Beispiel ist eine Zwischenplatte 260 oberhalb
des Anodenkörpers 120 gelagert. Diese Zwischenplatte 260 weist
im Zentrum einen Schlitz für den Durchtritt des Kathodenrads 100 und mindestens
eine Bohrung auf. Die Bohrungen haben den Zweck, Wege für
Strompfade zwischen Kathode und Anode festzulegen. Im linken unteren
Teil der Figur ist eine Draufsicht auf diese Zwischenplatte 260 dargestellt,
in der die einzelnen Bohrungen, der Schlitz mit dem durchtretenden
Kathodenrad 100 und die Strompfade 270 dargestellt
sind. Die Zwischenplatte 260 kann metallisch sein, sollte
jedoch dann gegenüber den anderen Komponenten isoliert gelagert
sein. In der Figur erfolgt dies über einen Isolatorring 290.
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5 zeigt
eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der vorgeschlagenen
Gasentladungsquelle. Der Aufbau ist ähnlich dem der 4,
insbesondere hinsichtlich der Form der Kathode. In diesem Beispiel
weist der Anodenkörper 120 jedoch im oberen Bereich
nahe des Entladungsbereiches 240 zwei Anodenräder 280 auf,
die sich bis an den Entladungsbereich 240 erstrecken. Mit
diesen drehenden Anodenrädern 280 lässt
sich sowohl das durch den Laser und die Entladung von der Kathode
abgetragene und auf andere Oberflächen abgelagerte Zinn
abtransportieren als auch eine effiziente Kühlung der Anode
realisieren. Der Antriebsmechanismus und die Mittel für
den Abtransport des Zinns von den Anodenrädern 280 sind
aus dieser Figur nicht ersichtlich.
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- 1
- Elektrodenscheiben
- 2
- Vakuumkammer
- 3
- Rotationsachse
- 4
- Reservoir
- 5
- flüssiges
Metall
- 6
- Gasentladung
- 7
- Laserpuls
- 8
- Einrichtung
zur Debris-Verringerung
- 9
- Metallische
Abschirmung
- 10
- Abschirmung
- 11
- Abstreifer
- 12
- Elektrische
Durchführungen
- 14
- Metallischer
Block
- 15
- Reservoir
- 16
- Zulaufkanal
- 17
- Rücklaufkanal
- 18
- Quellpunkt
- 19
- Spalt
- 20
- Einlauf
- 21
- Auslauf
- 100
- Kathodenrad
- 110
- Kathodenkörper
- 120
- Anodenkörper
- 130
- Drehantrieb
- 140
- Einrichtung
zur Zuführung von flüssigem Zinn
- 150
- Achse
- 160
- Spalt
- 170
- Keramikring
- 180
- Isolatorring
- 190
- Laserpuls
- 200
- Kondensatorbank
- 210
- Achse
- 220
- Scheibe
- 240
- Entladungsbereich
- 250
- Zinnreservoir
- 260
- Zwischenplatte
- 270
- Strompfade
- 280
- Anodenräder
- 290
- Isolatorring
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10342239
A1 [0003, 0017]
- - DE 102005023060 A1 [0006, 0017, 0028]