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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, scheibenförmige 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 eine
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 2πsr, wie sie
für einige
Anwendungen wünschenswert
wäre, nicht
ohne weiteres möglich.
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Eine
Gasentladungsquelle mit zwei Elektrodenkörpern, von denen ein erster
Elektrodenkörper eine
drehbar gelagerte Elektrodenscheibe umfasst, einem Drehantrieb für die Elektrodenscheibe
sowie einer Einrichtung zum Aufbringen eines flüssigen Films eines Targetmaterials
auf eine radiale Außenfläche der Elektrodenscheibe,
so dass dieses mit einem Laserstrahl verdampft werden kann, ist
aus der
EP 1 804 555
A1 oder der
DE
10 2006 015 641 A1 bekannt. Zwischen den Elektrodenkörpern ist
bei den Gasentladungsquellen dieser Druckschriften ein Zwischenraum
gebildet, der eine gegenüber
dem Entladungsbereich verringerte Breite aufweist. Die in den Druckschriften
dargestellten Ausgestaltungen ermöglichen jedoch keine Abstrahlung
der erzeugten Strahlung in einen Raumwinkel von 2πsr.
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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 2πsr
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. Der zweite Elektrodenkörper umschließt den ersten
Elektrodenkörper
vollständig
lateral, weist in einem dem Entladungsbereich zugewandten Teil einen
Schlitz für
den Durchtritt der Elektrodenscheibe auf und ist ansonsten rotationssymmetrisch
um den ersten Elektrodenkörper
ausgebildet. Der zweite Elektrodenkörper kann hierbei bspw. eine
Kuppelform aufweisen.
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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 2πsr 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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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
Vakuumgefäges
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