DE102009020776B4

DE102009020776B4 - Anordnung zur kontinuierlichen Erzeugung von flüssigem Zinn als Emittermaterial in EUV-Strahlungsquellen

Info

Publication number: DE102009020776B4
Application number: DE102009020776A
Authority: DE
Inventors: Guido Dr. 07751 Hergenhan; Diethard 06722 Klöpfel; Todd 07743 Byrnes; Elma 99441 Weber; Mike 07749 Möritz
Original assignee: Xtreme Technologies GmbH
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2029-05-09
Also published as: NL2004632C2; US20100282987A1; DE102009020776A1; NL2004632A; JP2010263210A; JP4779048B2; US8154000B2

Abstract

Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf Basis eines heißen Plasmas unter Verwendung von flüssigem Emittermaterial, mit einer Emittermaterial-Bereitstellungseinheit, die mindestens einen Vorratsbehälter für Emittermaterial enthält, einer evakuierten Wechselwirkungskammer, in der ein fokussierter gepulster Energiestrahl auf einen Wechselwirkungspunkt gerichtet ist, sowie einer Injektionseinrichtung zum reproduzierbaren Bereitstellen von Tropfen des Emittermaterials im Wechselwirkungspunkt synchronisiert zum gepulsten Energiestrahl, um die Tropfen in heißes Plasma zur EUV-Emission zu konvertieren, dadurch gekennzeichnet, dass – die Emittermaterial-Bereitstellungseinheit (4) zwischen dem Vorratsbehälter (41) und der Injektionseinrichtung (5) mindestens einen ersten und einen zweiten Druckbehälter (44, 44') zur Erzeugung eines hohen Emittermaterialdruckes für die Injektionseinheit (5) aufweist, – die Druckbehälter (44, 44') von einem Hochdruck-Gassystem (73) mit einem Gasdruck (74) im Megapascal-Bereich beaufschlagt sind, um einen permanenten konstanten Emittermaterialdruck in der Injektionseinrichtung (5) aufrechtzuerhalten, und – die Emittermaterial-Bereitstellungseinheit (4) Mittel zum Umschalten des Hochdruck-Gassystems (73) von einem auf den anderen Druckbehälter (44, 44') und...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf Basis eines heißen Plasmas unter Verwendung von flüssigem Emittermaterial, mit einer Emittermaterialbereitstellungseinheit, die mindestens einen Vorratsbehälter für Emittermaterial enthält, einer evakuierten Wechselwirkungskammer, in der ein fokussierter gepulster Energiestrahl auf einen Wechselwirkungspunkt gerichtet ist, sowie einer Injektionseinrichtung zum reproduzierbaren Bereitstellen von Tropfen des Emittermaterials im Wechselwirkungspunkt synchronisiert zum gepulsten Energiestrahl, um die Tropfen in heißes Plasma zur EUV-Emission zu konvertieren.
Die Erfindung findet Anwendung für Gasentladungsquellen (GDP) und Laserplasmaquellen (LPP) sowie für Elektrodenbeschichtungen in kombinierten EUV-Quellen, die insbesondere in der Halbleiterlithographie zum Einsatz kommen.
Es hat sich in der jüngsten Vergangenheit gezeigt, dass die für die Halbleiterlithographie im extrem ultravioletten Spektralbereich um 13 nm bisher noch nicht ausreichenden Strahlungsleistungen offenbar nur durch effizientere Emittersubstanzen, wie z. B. Zinn oder Lithium bzw. Verbindungen davon ( DE 102 19 173 A1 ), wesentlich weiter erhöht werden können. In der DE 102 19 173 A1 wird auch bereits auf das technische Problem hingewiesen, dass bei der Verwendung von metallischen Emittern sehr hohe Temperaturen der Entladungsquelle für die Verdampfung erforderlich sind und eine Kondensation der Metalldämpfe im Quelleninneren vermieden werden muss, da ansonsten kurzfristig mit einem Funktionsausfall zu rechnen ist. Bei einer elektrischen Entladung zeigt sich dabei noch das Zusatzproblem, dass die Elektroden infolge der hohen Ströme und der unmittelbaren Plasmanähe so hohe Temperaturen annehmen, dass sowohl das hochschmelzende Elektrodenmaterial (z. B. Wolfram) nahe dem Schmelzpunkt belastet wird als auch weiteres Emittermaterial, das nicht direkt im Anregungsort zur Plasmaerzeugung vorgesehen ist, ebenfalls verdampft und einen unerwünschten Debrisanteil erzeugt.
Wird Zinn in Form gasförmiger Zinnverbindungen, wie z. B. als SnCl₄ zugeführt, besteht ebenfalls der Nachteil, dass in die Entladungskammer mehr Emittermaterial eingeleitet wird als für den EUV-Emissionsprozess nötig wäre. Übrigbleibende Restmengen führen infolge von Kondensation zu Ablagerungen von Zinnschichten und – bei Verwendung von SnCl₄ – zusätzlich von Chloriden, die nach relativ kurzer Betriebsdauer einen Ausfall der Quelle bewirken.
Ein wesentlicher Lösungsansatz zur Vermeidung überschüssigen Emittermaterials in der Plasmakammer der gepulst betriebenen Strahlungsquelle besteht darin, zur Erzeugung des Plasmas am Anregungsort für jeden Impuls nur soviel Emittermaterial zur Verfügung zu stellen, wie durch den Energieeintrag (durch elektrische Entladung (GDP), Laserstrahl (LPP) oder Elektronenstrahl) vollständig in strahlendes Plasma konvertiert werden kann.
Wird metallisches Emittermaterial als eine regelmäßige Folge von Flüssigkeitstropfen bereitgestellt, die durch eine Düse unter einem gewissen Druck erzeugt oder zur Beschichtung auf die Elektroden gerichtet wird, muss die Düse mit einem Reservoir von flüssigem Emittermaterial verbunden sein. Dabei ist für das Befüllen des Reservoirs eine Unterbrechung der Zufuhr des Emittermaterials zur Düse erforderlich, weil das Druckniveau zur konstanten Erzeugung der Tropfen während der Reservoirbefüllung nicht gleich bleibt.
Während feststehende Elektroden bei Repetitionsraten im Kilohertzbereich nach wenigen Impulsen eine Oberflächentemperatur über der Schmelztemperatur des Elektrodenmaterials selbst (für Wolfram immerhin 3650 K) erreichen, kann durch die Rotation der Elektrode eine Gleichgewichtstemperatur so niedrig gehalten werden, dass auch die Temperaturspitzen auf der Elektrodenoberfläche deutlich unterhalb der Schmelztemperatur von Wolfram bleiben. Die Temperaturspitzen werden dabei immer noch weit über der Schmelztemperatur des Emittermaterials (Zinn 505 K) liegen, so dass es zusätzlich zur kontrollierten Laserverdampfung zu einem unkontrollierten Zinnabtrag von den Elektroden kommt.
Die US 2007/0085044 A1 hat zur Vermeidung der unkontrollierten Verdampfung von Emittermaterial eine Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung mit rotierenden Elektroden offenbart, bei der eine Injektionseinrichtung eine Folge von Einzelvolumina des Emittermaterials in einen Entladungsbereich der rotierenden Elektroden mit definiertem Abstand zu diesen injiziert. Ein Energiestrahl ist zeitsynchron zur Frequenz der Gasentladung zur Plasmaerzeugung auf den Ort im Entladungsbereich gerichtet, an den die Einzelvolumina gelangen, um von dem Energiestrahl nacheinander vorionisiert zu werden. Die Injektionseinrichtung ist dazu so ausgelegt, dass die Einzelvolumina mit einer der Frequenz der Gasentladung angepassten Folgefrequenz bereitgestellt werden. Nachteilig dabei ist, dass Maßnahmen zur Gewährleistung der konstanten Tropfenerzeugung jedoch nicht erwähnt werden.
Ein Verfahren zur Tropfeninjektion ist aber in der WO 2006/93687 A1 für eine EUV-Quelle beschrieben, bei der ein Reservoir mit Zinnerschmelzung an einen Tropfengenerator gekoppelt ist, der mittels eines Piezoelements einzelne Tröpfchen generiert. Dabei werden beide Behälter (Reservoir und Generatorkammer) unter geregeltem Vakuumdruck gehalten, wobei der Druck für die Tröpfcheninjektion allein durch das Piezoelement erzeugt wird.
Für eine stabile Strahlungserzeugung aus einer Tropfenfolge (geringe Puls-zu-Puls-Schwankungen und keine Ausfälle) muss aber jeder Tröpfen an einem von der Düse entfernten Ort (typischer Abstand 50 ... 1000 mm) mit der gewünschten Wiederholrate zur Verfügung gestellt werden. Das erfordert eine sehr stabile Tropfenerzeugung, d. h. konstante Tropfengröße, Flugrichtung und Tropfengeschwindigkeit. Eine notwendige Voraussetzung dafür ist insbesondere ein sehr konstanter, geregelter hoher Druck des Emittermaterials im Tropfengenerator (in der Düse).
Die Einstellung eines geeigneten Drucks bei einem flüssigen Emittermaterial kann durch die Beaufschlagung der Flüssigkeit mittels eines Druckgases geschehen, wie es z. B. in der US 7,122,816 B2 beschrieben ist. Dort wird ein bestimmter Druck in dem Tropfengenerator sowie zusätzlich in einem Emittermaterialreservoir aufrechterhalten. Eine Verbindungsleitung mit einem steuerbaren Ventil zwischen beiden Gefäßen ist dazu vorgesehen, um den Tropfengenerator bei laufendem Betrieb nachfüllen zu können und zugleich eine kontrollierte Erschmelzung festen Emittermaterials im Emittermaterialreservoir je nach abgegebener Menge des Emittermaterials an den Tropfengenerator ständig verfügbar zu halten und die Nachfüllung ebenfalls bei laufendem Tropfengenerator zu ermöglichen. Die dafür kommerziell verfügbaren technischen Druckregler zur Einstellung und Regelung eines definierten Gasdruckes lösen jedoch nicht das Problem, das sich bei Beaufschlagung eines flüssigen metallischen Emittermaterials, wie z. B. Zinn, mit Gas unter erhöhtem Druck infolge der Löslichkeit des Gases (die Durchmischung der Flüssigkeit) im flüssigen Metall ergibt, da die Gaslösung in großen Mengen Emittermaterials im Reservoir erheblich zunimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Erzeugung von EUV-Strahlung zu finden, die eine kontinuierliche Bereitstellung von flüssigem, insbesondere metallischem Emittermaterial unter einem definierten hohen Druck gestattet, ohne dass die kontinuierliche Bereitstellung des Emittermaterials unterbrochen werden muss, wenn verbrauchtes Emittermaterial nachgefüllt werden muss.
Des Weiteren soll bei der kontinuierlichen und konstanten Bereitstellung von Emittermaterial die bei der Druckbeaufschlagung auftretende Lösung von Druckgas im Emittermaterial verringert oder vermieden werden.
Ferner besteht bei Verwendung flüssigen Metalls als Emittermaterial die Aufgabe, die Korrosion insbesondere beim Nachfüllvorgang (Ersatz verbrauchten Emittermaterials) zu unterbinden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf Basis eines heißen Plasmas unter Verwendung von flüssigem Emittermaterial, mit einer Emittermaterial-Bereitstellungseinheit, die mindestens einen Vorratsbehälter für Emittermaterial enthält, einer evakuierten Wechselwirkungskammer, in der ein fokussierter gepulster Energiestrahl auf einen Wechselwirkungspunkt gerichtet ist, sowie einer Injektionseinrichtung zum reproduzierbaren Bereitstellen von Tropfen des Emittermaterials im Wechselwirkungspunkt synchronisiert zum gepulsten Energiestrahl, um die Tropfen in heißes Plasma zur EUV-Emission zu konvertieren, dadurch gelöst, dass die Emittermaterial-Bereitstellungseinheit zwischen Vorratsbehälter und Injektionseinrichtung mindestens einen ersten und einen zweiten Druckbehälter zur Erzeugung eines hohen Emittermaterialdruckes für die Injektionseinheit aufweist, dass die Druckbehälter von einem Hochdruck-Gassystem mit einem Gasdruck im Megapascal-Bereich beaufschlagt sind, um einen permanenten konstanten Emittermaterialdruck in der Injektionseinrichtung aufrechtzuerhalten, und dass die Emittermaterial-Bereitstellungseinheit Mittel zum Umschalten des Hochdruck-Gassystems von einem auf den anderen Druckbehälter und zum entsprechend wechselnden Umschalten der Injektionseinheit auf den konstanten Emittermaterialdruck des jeweils druckbeaufschlagten Druckbehälters aufweist, wobei wenigstens einer der Druckbehälter bei kontinuierlichem Betrieb der Tropfen- und Plasmaerzeugung mit Emittermaterial aus dem Vorratsbehälter nachfüllbar ist.
Vorteilhaft ist die Emittermaterial-Bereitstellungseinheit weiterhin an ein Vakuumsystem angeschlossen, das wahlweise mit wenigstens einem der Druckbehälter, der nicht für das Hochdruck-Gassystem freigeschaltet ist, verbunden ist, um das Befüllen mit Emittermaterial aus dem Vorratsbehälter auszuführen.
Dabei ist das Vakuumsystem in der Emittermaterial-Bereitstellungseinheit zweckmäßig mit dem Vorratsbehälter verbunden, um das Befüllen des Vorratbehälters aus unterschiedlichen Quellen zu ermöglichen. Der Vorratsbehälter kann dabei durch Ansaugen flüssigen Emittermaterials von außen oder aus einem Recyclingbehälter befüllt werden oder ist durch Ansaugen festen Emittermaterials von außen befüllbar.
Zweckmäßig ist die Emittermaterial-Bereitstellungseinheit weiterhin an ein Niederdruck-Gassystem angeschlossen, das wahlweise mit dem Vorratsbehälter oder dem Recyclingbehälter verbunden wird, um Emittermaterial des Vorratsbehälters in einen der Druckbehälter umzufüllen oder den Vorratsbehälter mit recyceltem Emittermaterial aufzufüllen. Das Niederdruck-Gassystem ist vorzugsweise inertgasgefüllt, um einer Oxidation des Emittermaterials entgegenzuwirken.
In der Emittermaterial-Bereitstellungseinheit sind vorteilhaft Füllstandssensoren zur Messung des Füllstandes mindestens der Druckbehälter vorhanden, die ein rechtzeitiges Umschalten der Druckbeaufschlagung des Emittermaterials von einem der Druckbehälter auf einen anderen Druckbehälter steuern und die Auffüllung des jeweils leeren Druckbehälters auslösen. Dabei sind für die Füllstandssensoren verschiedene Gestaltungsformen einsetzbar.
In einer ersten zweckmäßigen Ausführung ist der Füllstandssensor als Kraftmesser ausgebildet, so dass der Füllstand anhand des Gewichts des jeweiligen Behälters feststellbar ist, wobei der jeweilige Behälter am Kraftmesser aufgehängt ist und flexible Anschlussleitungen aufweist.
In einer zweiten Variante ist der Füllstandssensor als Dehnungsmessstreifen ausgebildet, wobei der Behälter am freien Ende einer einseitig fest eingespannten, mit dem Dehnungsmessstreifen versehenen Biegefeder aufgehängt ist und flexible Anschlussleitungen aufweist und der Füllstand aufgrund des Gewichts des jeweiligen Behälters anhand der Dehnung des Dehnungsmessstreifens feststellbar ist.
In einer dritten Ausführungsform ist der Füllstandssensor als induktiver Füllstandsmesser aus zwei außenliegenden Zylinderspulen ausgebildet.
Eine vierte Gestaltung sieht den Füllstandssensor als Widerstandsdraht vor, wobei der mit metallischem Emittermaterial befüllte Behälter als elektrische Zuleitung zu dem im Behälter elektrisch isoliert vertikal angebrachten Widerstandsdraht dient.
In einer fünften Ausgestaltung ist der Füllstandssensor als kapazitiver Füllstandsmesser mit Widerstandsdraht, Koppelelektrode und Kollektorbahn ausgebildet, wobei die Koppelelektrode als Kreisring um den Widerstandsdraht und die Kollektorbahn schwimmend mit dem Flüssigkeitsspiegel des Emittermaterials mitbewegbar ist.
Gemäß einer sechsten Ausführungsform weist der Füllstandssensor zwei elektrisch isolierte Kontakte unterschiedlicher Länge auf, wobei die elektrischen Kontakte mittels des metallischen Emittermaterials bei unterschiedlichen Füllständen geschlossen sind, um einen minimalen und einen maximalen Füllstand anzuzeigen.
Die Emittermaterial-Bereitstellungseinheit kann vorteilhaft innerhalb der Druckbehälter ein Trennmittel zur Separierung des Emittermaterials vom Druckgas aufweisen, das die Lösung von Druckgas im Emittermaterial vermindert.
Dabei kann das Trennmittel zweckmäßig eine Barriereschicht sein, die vorzugsweise durch ein viskoses Abdecköl ausgebildet ist.
Eine zweite mögliche Realisierung für das Trennmittel ist ein Kolben, der in einem zylindrisch ausgebildeten Druckbehälter auf und ab bewegbar ist.
In einer dritten Ausführungsform ist das Trennmittel als eine elastische Membran zwischen Emittermaterial und Druckgas vorhanden.
Die elastische Membran kann dabei vorteilhaft als druckgasgefüllter Well- oder Faltenbalg ausgebildet sein, der das Emittermaterial im Druckbehälter verdrängt, oder die elastische Membran ist als Well- oder Faltenbalg (464) mit Emittermaterial gefüllt und wird vom Druckgas zusammengepresst.
Dabei ist der Well- oder Faltenbalg vorzugsweise als metallischer Wellbalg ausgebildet.
Die Erfindung basiert auf der Grundidee, dass zur Erzeugung eines stabilen reproduzierbaren Tropfenstromes für die Plasmaerzeugung in einer EUV-Quelle ein konstanter und geeignet hoher Druck des Emittermaterials an der Düsenöffnung erforderlich ist, der in bekannter Weise durch Beaufschlagung mit einem Druckgas in der Größenordnung von 1 ... 50 MPa erfolgen kann. Nach dem Henry-Gesetz steigt jedoch proportional zum Gasdruck der Anteil von gelöstem Gas im flüssigen Material. Dieser Anteil gelösten Gases erzeugt ein erhebliches Problem bei der Injektion von flüssigem Emittermaterial in eine Vakuumkammer. Beim Austritt des flüssigen Emittermaterials aus der Düse ins Vakuum nimmt der Umgebungsdruck des freien Flüssigkeitsstrahls schlagartig auf nahezu Null ab. Das gelöste Gas kann dadurch erheblich leichter aus dem Emittermaterial austreten und ruft im Bereich der Düse, d. h. zwischen der Düsenöffnung und dem Zerfallspunkt des kontinuierlichen Strahls in Tropfen, erhebliche Instabilitäten bei der Tropfenerzeugung hervor, die keine stabile Strahlungserzeugung mehr zulassen.
Die Erfindung sieht deshalb Maßnahmen vor, die die Aufnahme von Gas in flüssigen, und insbesondere metallischen Emittermaterialien unterbinden bzw. erheblich behindern und dennoch eine hohe Druckbeaufschlagung des Emittermaterials in unterschiedlichen Vorrats- und Recyclinggefäßen bei ununterbrochener und stabiler Erzeugung des Emitterstromes auch beim Nachfüllen des verbrauchten Emittermaterials ermöglichen.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, eine stabile Erzeugung von EUV-Strahlung durch konstante Tropfenerzeugung für die Wechselwirkung mit einem gepulsten Energiestrahl zu realisieren, indem eine ununterbrochene Beaufschlagung von flüssigem, insbesondere metallischem Emittermaterial mit einem definierten hohen Druck gewährleistet wird, ohne dass die kontinuierliche Bereitstellung des Emittermaterials unterbrochen werden muss, wenn verbrauchtes Emittermaterial nachgefüllt werden muss.
Des Weiteren wird bei der kontinuierlichen und konstanten Bereitstellung von Emittermaterial die bei der Druckbeaufschlagung auftretende Lösung von Druckgas im Emittermaterial vermieden oder zumindest stark verringert.
Mit der Erfindung wird außerdem beim Nachfüllen von Emittermaterial in Form von flüssigem Metall dessen Korrosion verhindert.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
1: eine Prinzipansicht des Gesamtsystems zur plasmabasierten Strahlungserzeugung mit regenerativer Elektrodenbeschichtung,
2: ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für kontinuierlichen (ununterbrochenen) Betrieb der EUV-Strahlungserzeugung für die Plasmaerzeugung aus flüssigem Emittermaterial durch laserinitiierte elektrische Entladung,
3 und 4: Varianten der Füllstandsmessung durch Wägung,
5: eine induktive Variante der Füllstandsmessung,
6 und 7: Kontakt-Varianten der Füllstandsmessung (Widerstandsmessung),
8: eine Ausführungsform der Trennung von Emittermaterial und Druckgas mittels flüssiger Barriereschicht,
9: eine Ausführung der Trennung von Emittermaterial und Druckgas mittels eines schwimmenden Kolbens,
10 und 11: Varianten der Trennung von Emittermaterial und Druckgas mittels Faltenbalg,
12 eine Ausgestaltung der Erfindung mit Trennung des Massenflusses von Emittermaterial in zwei Richtungen zur Anregung in die Wechselwirkungskammer und zur Wiederverwendung im Emittermaterialkreislauf.
Eine Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung 15 auf Basis eines heißen Plasmas 14 enthält in ihrem Grundaufbau – wie in 1 dargestellt – ein EUV-Quellenmodul 1, in dem eine vollständige Ionisierung eines Emittermaterials 2 innerhalb einer Wechselwirkungskammer 13 zu einem annähernd punktförmigen heißen Plasma 14 erfolgt, um aus dem Plasma 14 EUV-Strahlung 15 zu emittieren.
Das Emittermaterial 2 für das strahlungsemittierende Plasma 14 wird – unabhängig von einem eventuell zusätzlich gewählten Hauptprozess der Plasmaerzeugung, der durch elektrische Entladung, Laser-, Elektronen- oder Ionenstrahl, Mikrowellen oder induktive Anregung erfolgen kann – in Form von Tropfen 22 zugeführt, die von einer Injektionseinrichtung 5 auf einen Ort der gewünschten Plasmaerzeugung gerichtet werden.
Die Energie zur Aufheizung des tropfenförmigen Emittermaterials 2 wird – wie bei rein laserinduzierten plasmabasierten Strahlungsquellen – durch einen Energiestrahl 6 eingebracht, der gepulst mit den aufeinanderfolgend injizierten Tropfen 22 in Wechselwirkung tritt.
In dem in 1 dargestellten Beispiel wird – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – die Energie für den Hauptanregungsprozess des Emittermaterials 2 durch elektrische Entladung eingebracht, indem rotierende Elektroden 11, die an einen Entladungsschaltkreis 12 angeschlossen sind, in einer Wechselwirkungskammer 13 mit einem Vakuumdruck zwischen 10^–1 ... 50 Pa (vorzugsweise um 1 Pa) gegenüberliegend angeordnet sind.
Zum Schutz der Elektroden 11 vor Erosion durch die Hochstromentladung wird der Rand der Elektroden 11 jeweils regenerativ mit flüssigem Emittermaterial 2 (vorzugsweise metallischem Zinn oder Lithium) beschichtet. Für die Beschichtung wird kontinuierlich flüssiges Emittermaterial 2 mittels einer zweiseitigen Beschichtungsdüse 31 auf den Rand jeder der rotierenden scheibenförmigen Elektroden 11 gespritzt.
Der Energiestrahl 6, der in der Nähe der Ränder der Elektroden 11 auf einen Tropfen 22 der synchronisierten Tropfenfolge 23 von Emittermaterial 2 trifft, initiiert die Entladung und lokalisiert den Weg der Entladung zwischen den Elektroden 11. Er ist vorzugsweise ein Laserstrahl, kann aber auch ein Elektronen- oder Ionenstrahl sein.
Zur Erzeugung der zur Impulsfrequenz des Energiestrahls 6 synchronisierten Tropfenfolge 23 wird das Emittermaterial 2 aus der Emittermaterial-Bereitstellungseinheit 4 der Injektionseinrichtung 5 zur Verfügung gestellt. Die Injektionseinrichtung 5 beinhaltet eine Düse 51, die unter hohem Druck einen Strahl von Emittermaterial 2 ausstößt, der durch eine spezielle Beeinflussung der Düse 51 bereits nach wenigen Millimetern in eine regelmäßige Reihe von Tropfen 22 (nur in 12 gezeigt) zerfällt.
Emittermaterial 2, das nicht bei der Plasmaerzeugung verwertet werden kann, sei es in Form von überschüssigen Tropfen 24, die hydrodynamisch bedingt zu dicht aufeinanderfolgend erzeugt werden, oder als von den Elektroden 11 abfliegendes Emittermaterial 25 (nur in 1 gezeigt), wird gesammelt und in einer Recyclingeinrichtung 8 der Emittermaterial-Bereitstellungseinheit 4 wieder zugeführt. Das für die Beschichtung nötige flüssige Emittermaterial 2 wird, wie bei der Bereitstellung der Tropfen 22, aus einem in der Emittermaterialbereitstellungseinheit 4 vorhandenen Vorratsbehälter 41 zur Verfügung gestellt. Die doppelseitig arbeitende Beschichtungsdüse 31 bespritzt die Ränder der rotierenden Elektroden 11. Davon bleibt infolge der Drehbewegung ein dünner Film von Emittermaterial 2 haften und wird bei der Entladung teilweise verdampft.
Ein großer Teil des aufgetragenen Emittermaterials 2 wird jedoch während der Rotation der Elektroden 11 wieder abgeschleudert. Das von den rotierenden Elektroden 11 abfliegende Emittermaterial 25 wird in einem Sammelbehälter 32 aufgefangen und ebenfalls über die Recyclingeinrichtung 8 wieder zur Emittermaterialbereitstellungseinheit 4 zurückgeführt.
In 2 ist eine spezielle Ausführung für die Bereitstellung eines flüssigen metallischen Emittermaterials 2 sowohl für die Beschichtung der Elektroden 11 als auch für die Bereitstellung von massenlimitierten und zeitlich definiert bereitgestellten Tropfen 22 für die Anregung mittels eines Energiestrahls 6 gezeigt. Dabei ist große Aufmerksamkeit darauf zu richten, dass nur soviel Emittermaterial 2 bereitgestellt wird, wie tatsächlich mittels eines gepulsten Energieeintrags durch Energiestrahl 6 und elektrische Entladung in Strahlung konvertiert werden können. Überschüssiges Emittermaterial 2 (überschüssige Tropfen 24 bzw. abfliegendes Emittermaterial 25), das im vorliegenden Beispiel – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – metallisches Zinn (Sn) sein soll, würde unnötig die Debriserzeugung erhöhen.
Bei einem energiestrahlinduzierten Plasma 14 wird jeweils ein Tropfen 22 (als massenlimitiertes Target) durch einen Energiestrahlungsimpuls angeregt. Als gepulster Energiestrahl 6 soll – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – im Folgenden von einem gepulsten fokussierten Laserstrahl gesprochen werden.
Wird ein Strom von Emittermaterial 2 als periodische Abfolge von Tropfen 22 erzeugt, bei der aufgrund der Art der Bereitstellung mehr Tropfen 22 generiert werden als von der Impulsfolge des Energiestrahls 6 des fokussierten Lasers (nicht dargestellt) getroffen werden können, so müssen nicht verwertbare, überschüssige Tropfen 24, die in den Impulspausen den Wechselwirkungsort des Energiestrahls 6 passieren würden, aus der Wechselwirkungskammer 13 oder bereits in einer vorgelagerten Tropfenselektionskammer 53 der Injektionseinrichtung 5 entfernt werden. Dieses überschüssige Emittermaterial 24 kann durch Recycling zurückgewonnen und in einem Kreislauf der Emittermaterialbereitstellungseinheit 4 erneut zugeführt werden. Andererseits muss für einen kontinuierlichen Betrieb der Plasma- und Strahlungserzeugung das verbrauchte Emittermaterial 2, das also dem Emittermaterialkreislauf durch den Plasmaerzeugungsprozess verloren geht, ersetzt werden, indem zyklisch neues Material dem Kreislauf zugeführt wird, ohne dass die Kontinuität des bereitgestellten Emittermaterialflusses unterbrochen wird.
Für die Erzeugung der synchronisierten Tropfenfolge 23, die aus der Emittermaterial-Injektionseinrichtung 5 mit hoher Geschwindigkeit (Austrittsgeschwindigkeit 20 ... 150 m/s) in die Wechselwirkungskammer 13 injiziert werden, muss das flüssige Emittermaterial 2 in der Düse 51 unter hohem Druck zur Verfügung gestellt werden (Flüssigkeitsdruck 1 ... 50 M Pa).
Diesen hohen Druck auch während des Nachfüllvorganges von Emittermaterial 2 ununterbrochen aufrechtzuerhalten, stellt eine besondere Herausforderung dar.
Bei der an sich einfachen Druckbeaufschlagung des Emittermaterials 2 mittels technischer Gase werden aufgrund des Gaskontakts mit einem flüssigen Emittermaterial 2 (wie z. B. erschmolzenem metallischem Zinn) unter hohem Druck jedoch die Anforderungen durch weitere Erfordernisse, wie Vermeidung von Korrosion und Lösung des Gases im Metall, noch deutlich erhöht.
Befüllvorgang
Das Emittermaterial 2 wird in fester oder flüssiger Form über eine gasdicht verschließbare Zufuhröffnung 42 in den Vorratsbehälter 41 eingefüllt. Mindestens der untere Teil des Vorratsbehälters 41 befindet sich innerhalb einer Heizkammer 43, die alle Teile der Emittermaterialbereitstellungseinheit 4 auf einer Temperatur über der Schmelztemperatur des Emittermaterials 2 hält. Das sind beispielsweise bei Zinn 232°C.
Anschließend wird die Zufuhröffnung 42 verschlossen und im Drucksystem 7 für das Emittermaterial 2 bestimmte Ventile wie folgt geschlossen oder geöffnet. An der Niederdruckleitung 722 zwischen der Niederdruck-Gasversorgung 721 und dem Vorratsbehälter 41 wird das Niederdruckventil 724 geschlossen. Gleichzeitig werden zwischen dem Vorratsbehälter 41, einem ersten Druckbehälter 44 und einem zweiten Druckbehälter 44' das erste und das zweite Emittermaterialzulaufventil 736 bzw. 736' geschlossen sowie das Recycelbehälter-Rücklaufventil 831 in der Recycling-Rückführungsleitung 84 zum Vorratsbehälter 41 geschlossen.
Danach wird das Vakuumventil 714 in der vom Vakuumsystem 71 kommenden Vakuumleitung 712 geöffnet, um den beim Befüllvorgang eingeschlossenen Sauerstoff abzusaugen. Das gegebenenfalls feste Emittermaterial 2 wird durch die Aktivierung der Heizkammer 43 aufgeschmolzen.
Ist im Vorratsbehälter 41 ein vorgegebener Vakuum-Enddruck (10^–2 ... 10⁺² Pa), der mittels eines Drucksensors 91 bestimmt wird, erreicht, wird das Vakuumventil 714 zum Vorratsbehälter 41 geschlossen.
Im kontinuierlichen Betrieb werden beide Druckbehälter 44 und 44' jeweils abwechselnd nachgefüllt oder unter Hochdruck (1 ... 50 MPa) gehalten, damit in der Emittermaterial-Injektionseinrichtung 5 ein gleichbleibend hoher Druck vom Hochdruck-Gassystem 73 auf das flüssige Emittermaterial 2 in der Düsenzuleitung 52 übertragen wird.
Um den ersten Druckbehälter 44 mit Emittermaterial 2 zu befüllen, werden – während das Hochdruckventil 733 geschlossen ist – das Vakuumventil 715 und das Druckumschaltventil 734 des ersten Druckbehälters 44 geöffnet und dadurch der erste Druckbehälter 44 evakuiert.
Ist ein vorgegebener und durch den zugeordneten Drucksensor 92 gemessener Enddruck erreicht, werden das Vakuumventil 715 und das Druckumschaltventil 734 wieder geschlossen. Das Ablaufventil 737 des ersten Druckbehälters 44 ist geschlossen, wenn der erste Druckbehälter 44 gefüllt werden soll.
Um das Emittermaterial 2 in den ersten Druckbehälter 44 einströmen zu lassen, muss das Emitterzulaufventil 736 geöffnet werden und das Niederdruck-Gassystem 72 aktiviert sein, indem das Niederdruckventil 724 in der Niederdruckleitung 723 von der Niederdruck-Gasversorgung 721 zum Vorratsbehälter 41 geöffnet wird. Das Emittermaterial 2 im Vorratsbehälter 41 erhält dann durch den Gasdruck (100 ... 500 kPa) der Niederdruck-Gasversorgung 721 eine Druckbeaufschlagung und wird über die Emittermaterialzuleitung 45 und durch das Filter 451 in den ersten Druckbehälter 44 befördert.
Beim Erreichen eines gewünschten Füllstandes im ersten Druckbehälter 44, gemessen mit einem Füllstandssensor 94, wird das Emitterzulaufventil 736 geschlossen und damit die Befüllung des ersten Druckbehälters 44 abgeschlossen.
In analoger Weise, jedoch in der Regel antizyklisch zum ersten Druckbehälter 44, werden die entsprechenden Ventile, das Vakuumventil 715', das Druckumschaltventil 734', das Ablaufventil 737', das Emitterzulaufventil 736' und das Niederdruckventil 724, gesteuert, um den zweiten Druckbehälter 44' zu befüllen. Die Ventilsteuerungen erfolgen dabei stets für Ventile mit derselben Bezugsnummer mit einem Apostroph sowie gemeinsam benutzte Ventile, die nur einmal vorhanden sind.
Hochdruck-Betrieb der Injektionseinrichtung 5:
Zum Erzeugen der Tropfen 22 in der Injektionseinrichtung 5 wird das Drucksystem 7 mittels folgender Ventileinstellungen gesteuert.
Die Hochdruckventile 733 und 733', die Vakuumventile 715 und 715', die Druckumschaltventile 734 und 734' sowie die Emittermaterialzulaufventile 736 und 736' zum ersten 44 und zum zweiten Druckbehälter 44' sind zunächst geschlossen. Anfangs ebenfalls verschlossen sind die Ablaufventile 737 und 737' sowie das Sperr- und Ausgleichsventil 735 und das Düsenzulaufventil 738.
Die Düse 51 wird über das Emittermaterial 2 (flüssiges Zinn) mit dem hohen Druck aus der Hochdruck-Gasversorgung 731 beaufschlagt, indem das Hochdruckventil 733, das Druckumschaltventil 734 und das Ablaufventil 737 des ersten Druckbehälters 44 sowie das Düsenzulaufventil 738 geöffnet werden. Das Emittermaterial 2 wird dann so lange aus dem ersten Druckbehälter 44 durch die Düse 51 gedrückt, bis ein unterer Schwellwert des Füllstandssensors 94 am ersten Druckbehälter 44 erreicht ist und der Füllstandssensor 94 ein Signal abgibt.
Mit dem abgegebenen Signal des Füllstandssensors 94 werden das Hochdruckventil 733' und das Druckumschaltventil 734' zum zweiten Druckbehälter 44' geöffnet. Hat sich im zweiten Druckbehälter 44' der gleiche Druck wie im ersten Druckbehälter 44 eingestellt und ist dieser durch die Drucksensoren 92 und 92' gemessen worden, wird das Ablaufventil 737 des ersten Druckbehälters 44 geschlossen und das Ablaufventil 737' des zweiten Druckbehälters 44' geöffnet.
Die Düse 51 in der Injektionseinrichtung 5 wird nun vom zweiten Druckbehälter 44' unter hohem Druck mit Emittermaterial 2 (Zinn) versorgt.
Um den Emittermaterialfluss durch die Düse 51 bei Bedarf zu unterbrechen, kann jederzeit das Düsenzulaufventil 738 geschlossen werden. Dadurch kann nach einer anwendungsbedingten Unterbrechung der Plasma- und Strahlungserzeugung im EUV-Quellenmodul 1 das Druckregime im gesamten Drucksystem 7 unverändert fortgeführt werden, ohne die übrigen Ventileinstellungen zu ändern.
Kontinuierlicher Betrieb
Um einen kontinuierlichen (unterbrechungsfreien) Betrieb der Injektionseinrichtung 5 zu gewährleisten, wird während der Versorgung der Düse 51 durch den zweiten Druckbehälter 44' der erste Druckbehälter 44 vom Hochdruck-Gassystem 73 und von der Injektionseinrichtung 5 abgekoppelt und kann dadurch neu mit Emittermaterial 2 befüllt werden.
Dazu wird das Hochdruckventil 733 zum ersten Druckbehälter 44 geschlossen und das Vakuumventil 715 geöffnet. Gegebenenfalls muss in der Vakuumleitung 712 ein Druckminderer und/oder ein Überdruckventil eingebaut sein, um die Vakuumpumpe 711 nicht zu zerstören.
Sobald der erste Druckbehälter 44 evakuiert ist, d. h. der Enddruck durch den Drucksensor 92 signalisiert ist, wird das Vakuumventil 715 wieder geschlossen und der Auffüllvorgang wird – wie oben unter der Unterüberschrift „Befüllen” beschrieben – gestartet.
Die Dimensionen der Druckbehälter 44 und 44' sowie der Verbindungsleitung 45 sind so bemessen, dass der Befüllvorgang deutlich schneller abgeschlossen ist, als der untere Schwellwert des Füllstandssensors 94 des zweiten Druckbehälters 44' erreicht ist.
Sobald der Füllstandssensor 94 den minimalen Füllstand des zweiten Druckbehälters 44' signalisiert, werden die Ventileinstellungen so umgeschaltet, dass die Düse 51 wieder vom ersten Druckbehälter 44 versorgt und der zweite Druckbehälter 44' in den Modus „Befüllen” versetzt wird. Zweckmäßig sind die Dimensionen der Druckbehälter 44 und 44' so bemessen, dass während der Betriebszeit des ersten Druckbehälters 44 nicht nur das Befüllen des zweiten Druckbehälters 44' (und umgekehrt) erfolgen kann, sondern auch noch (in größeren Zyklen) die Nachfüllung des Schmelz- und Vorratsbehälters 41 problemlos erfolgen kann.
Emittermaterialrecycling
Durch die Düse 51 wird meist verfahrensbedingt (infolge einer regelmäßig erzeugten Tropfenkette) deutlich mehr Emittermaterial 2 gepresst, als bei dem Plasmaerzeugungsprozess (aufgrund der Impulsfrequenz des Energiestrahls 6) gebraucht wird. Dieses überschüssige Emittermaterial 24 wird in einem Sammelbehälter 81 innerhalb der Wechselwirkungskammer 13 aufgefangen. Die in 2 dargestellte Zuführung ist rein schematisch skizziert und kann auch von den rotierenden Elektroden 11 abfliegendes Emittermaterial 25 (gemäß 1) oder beliebiges unverbrauchtes Emittermaterial 2 aufnehmen, das den Wechselwirkungsort unkonvertiert passiert hat oder das zur Verringerung der Tropfendichte von einer rotierenden Lochscheibe (nicht dargestellt) abgespritzt wird.
Bei einem bestimmten oberen Füllstand im Sammelbehälter 81, der mit einem Füllstandssensor 94 erkannt wird, muss der Sammelbehälter 81 wenigstens teilweise geleert werden. Dazu wird bei geschlossenem Sammelbehälterablaufventil 811, Niederdruckventil 725 und Recyclingrücklaufventil 831 das Vakuumventil 716 geöffnet und damit der Recyclingbehälter 83 evakuiert (Druck < 2 kPa). Zum Entleeren des Sammelbehälters 81 wird das Vakuumventil 716 geschlossen und das Sammelbehälterablaufventil 811 geöffnet. Das Emittermaterial 2 (Zinn) läuft dann infolge der Schwerkraft vom Sammelbehälter 81 innerhalb der Wechselwirkungskammer 13 (Hochvakuum 10^–2... 50 Pa) in den Recyclingbehälter 83 außerhalb der Wechselwirkungskammer 13. Das Emittermaterial 2 kann jetzt in den Kreislauf zurückgeführt werden.
Dazu wird der Vorratsbehälter 41 über das Vakuumventil 714 evakuiert. Der Recyclingbehälter 83 wird bei geschlossenem Sammelbehälterablaufventil 811 und Vakuumventil 716 am Recyclingbehälter 83 durch Öffnen des Niederdruckventils 725 mit Druck beaufschlagt. Durch Öffnen des Recyclingrücklaufventils 831 wird dann das Emittermaterial 2 aus dem Recyclingbehälter 83 in den Vorratsbehälter 41 befördert und steht dort zum Befüllen der beiden Druckbehälter 44 und 44' (wie oben beschrieben) und somit zur erneuten Injektion in die Wechselwirkungskammer 13 durch die Düse 51 der Injektionseinrichtung 5 zur Verfügung.
Wesentliche Voraussetzungen für die kontinuierliche Bereitstellung von Emittermaterial 2 unter stabilem Druck sind insbesondere die Sensorfunktionen in den beiden Druckbehältern 44 und 44'.
Eine erste zu messende Größe stellt dabei die Füllstandsmessung in allen Behältern 41, 44, 44', 81 und 83 für das darin enthaltene Emittermaterial 2 dar. Dafür sind in den 3–7 verschiedene Varianten gezeigt.
3 und 4 stellen technische Realisierungen von Füllstandssensoren 94 nach dem Prinzip einer Gewichtsmessung dar und sind – ohne Beschränkung der Anwendbarkeit auf alle anderen Emittermaterialbehälter – für einen ersten Druckbehälter 44 gezeigt. Für diese Art der Füllstandsmessung muss die Steifigkeit aller Behälteranschlüsse (Druckleitungen und Emittermaterialzu- und -ableitungen) durch flexible Leitungen 452 so verringert werden, dass für die Gewichtsmessung eine gewisse vertikale Verschiebung Δx ermöglicht wird. Die Steifigkeit kann beispielsweise durch Spiralformen der Rohre und/oder durch eine entsprechende Material- oder Strukturwahl verringert werden.
Die Gewichtsmessung des Emittermaterials 2 im Druckbehälter 44 wird gemäß 3 mittels eines Federkraftmessers 941 durchgeführt, der z. B. für schweres metallisches Zink eine hinreichende Genauigkeit bietet.
In einer wesentlich höher auflösenden Ausführungsform gemäß 4 ist der Druckbehälter 44 am freien Ende einer einseitig fest eingespannten Biegefeder aufgehängt, deren Biegung mittels eines Dehnungsmessstreifens 942 ein Gewichtsäquivalent liefert.
Eine weitere technische Ausführung der Füllstandsmessung gemäß 5 verwendet einen Sensor, der die Induktivität des Druckbehälters 44 einschließlich des metallischen Emittermaterials 2 misst. Dafür ist ein induktiver Füllstandsmesser 943 in Form von zwei Spulen außerhalb des Druckbehälters 44 angebracht, der abhängig vom Füllstand des Druckbehälters 44 die Änderung der Induktivität als Maß für den Füllstand des Behälters 44 erfasst.
6 zeigt eine andere Möglichkeit der Füllstandsmessung, die einen Widerstandsdraht 944 aufweist, über den bei Verwendung von flüssigem Metall als Emittermaterial 2 (z. B. Zinn) mit abnehmendem Füllstand ein höherer Widerstandswert angezeigt wird.
Diese Ausführung kann – wie gestrichelt ergänzt – zu einem kapazitiven Füllstandsmesser 945 modifiziert werden, indem parallel zu dem hochohmigen Widerstandsdraht 944 eine niederohmige Kollektorbahn angebracht ist und eine Koppelelektrode in Form eines Kreisringes, die auf der Oberfläche des Emittermaterials 2 schwimmend – oder gegebenenfalls in einem Trennmittel 46 (siehe unten zu 8–11) integriert – die Kollektorbahn und den Widerstandsdraht 944 umschließt, kapazitiv berührungslos für einen ortsabhängigen Verschiebestrom von dem Widerstandsdraht 944 auf die Kollektorbahn sorgt. Der Verschiebestrom stellt das Maß für den Füllstand des Druckbehälters 44 dar.
Wird als Emittermaterial 2 metallisches Zinn eingesetzt, so ist es für den Betrieb der Emittermaterialbereitstellungseinheit 4 ausreichend, den Füllstand aller zinnbefüllten Behälter durch metallische Kontakte 946 anzeigen zu lassen, indem das flüssige Metall die Verbindung in den separaten Kontaktstromkreisen schließt.
So wird bei der in 7 dargestellten technischen Ausführung der Füllstandsmessung die Eigenschaft der elektrischen Leitfähigkeit des Zinns ausgenutzt, um jeweils ein Signal beim Erreichen des oberen und/oder unteren Kontaktes 946 als Schwellwerte des Füllstandes im Vorratsbehälter 41 zu erhalten.
In den Behälter, der – ohne Beschränkung der Gültigkeit für die anderen Behälter – als Vorratsbehälter 41 dargestellt ist und flüssiges Zinn enthalten soll, sind zwei Kontakte 946 an einem oberen und einem unteren Füllstandsniveau eingebracht. Je nach Füllstand wird entweder kein Kontakt 946 geschlossen (Füllstand unter unterem Niveau), ein Kontakt 946 geschlossen (Füllstand zwischen unterem und oberem Niveau) oder beide Kontakte 946 geschlossen (Füllstand über oberem Niveau).
Um eine kontinuierliche Füllstandsmessung zu realisieren, kann der lange Kontakt 946 zur Detektion des unteren Füllstandes auch in Form eines freiliegenden Widerstandsdrahts 944 ausgeführt sein. Durch Messung des Widerstandes kann dann auf den aktuellen Füllstand des Behälters 44 (entsprechend der Beschreibung zu 6) geschlossen werden.
Trotz der durch die Kopplung von abwechselnd betriebenen Druckbehältern 44 und 44' sichergestellten konstanten Druckbeaufschlagung, besteht ein weiteres erhebliches Problem bei der konstanten Tropfenerzeugung aus der Düse 51 der Emittermaterial-Injektionseinrichtung 5.
Durch die Beaufschlagung des Emittermaterials 2 (z. B. Zinn) mit einem Inertgas (N₂, Ar, He, Ne...) unter hohem Druck wird selbst in einem verflüssigten Metall, wie Zinn, in erheblichem Maße Gas gelöst.
Die Menge eines gelösten Gases in einer Flüssigkeit ist nach Henry's Gesetz proportional zum Gasdruck über der Flüssigkeit. Für die angestrebte Geschwindigkeit der Tropfen 22 in der Wechselwirkungskammer 13 ist ein sehr hoher Druck von einem bis zu einigen zehn Megapascal (1 ... 50 MPa) erforderlich, wobei sich eine entsprechend große Menge des Druckgases 74 in dem Emittermaterial 2 (Zinn) löst.
Beim Ausgießen der Flüssigkeit in ein Vakuum wird das gelöste Gas zu einem großen Teil sofort wieder freigesetzt. Beim Ausspritzen von Zinn als Emittermaterial 2 durch die Düse 51 in das Vakuum der Wechselwirkungskammer 13 treten am Düsenausgang, aber auch am Düseneintritt, infolge sogenannter Kavitation, starke Druckgefälle auf. Die dadurch entstehende Gasfreisetzung führt zur Bildung von Gasblasen und wirkt sich negativ auf die Tropfenbildung und Positionsstabilität des die Düse 51 verlassenden Flüssigkeitsstrahls (Jet) aus.
Um solche Instabilität der in der Injektionseinrichtung 5 generierten regelmäßigen Folge von Tropfen 22 zu vermeiden, sind nachfolgend Maßnahmen beschrieben, die eine Lösung des Druckgases 74 im flüssigen Emittermaterial 2 (Zinn) innerhalb der Druckbehälter 44 und 44' verringern bzw. vollständig verhindern.
8 zeigt dazu eine mögliche Variante, einen direkten Kontakt des Druckgases 74 mit dem Emittermaterial 2 zu vermeiden. Dazu wird eine Barriereschicht 461 aus einer viskosen Flüssigkeit auf das Emittermaterial 2 innerhalb der Druckbehälter 44 und 44' (nur in 2 gezeichnet) gebracht. Diese Barriereschicht 461 (Barriereflüssigkeit) muss aus einem Material bestehen, das eine geringere Dichte aufweist als das. Emittermaterial 2, mit diesem nicht chemisch reagiert und sich nicht mit ihm vermischt. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Abdecköl, wie es in der Elektronikindustrie zur Vermeidung der Oxidation eingesetzt wird.
Eine zuverlässigere Variante zur Separation des Druckgases 74 und des Emittermaterials 2 ist in 9 schematisch dargestellt. In diesem Beispiel wird ein Kolben 462 zwischen dem Emittermaterial 2 und dem Druckgas 74 eingebracht. Der Kolben 462 gleitet in dem zylinderförmigen Druckbehälter 44 auf und ab und überträgt somit den Druck vom Druckgas 74 (Inertgas) auf das Emittermaterial 2 bei gleichzeitiger Trennung von Druckgas 74 und flüssigem Emittermaterial 2.
In 10 und 11 sind weitere Varianten zur Vermeidung des Eindringens des Druckgases 74 in das flüssige Emittermaterial 2 dargestellt, die eine vollständige Separation ermöglichen.
Dabei befindet sich innerhalb des Druckbehälters 44 eine geschlossene druckelastische Membran, die ein eingeschlossenes Volumen ändern kann. Um die Volumenänderung zu vergrößern, kann die Membran in Form eines Wellbalgs oder Faltenbalgs 463, 464 ausgeführt sein.
In 10 stellt ein Faltenbalg 463 ein für das Druckgas 74 geschlossenes Volumen bereit und bildet mit seiner gesamten Oberfläche das Trennmittel 46 zwischen Emittermaterial 2 und Druckgas 74. Innerhalb des Druckbehälters 44 wird durch die Elastizität des Faltenbalgs 463 der Gasdruck infolge der Flüssigkeitsverdrängung auf den mit Emittermaterial 2 gefüllten Faltenbalg 463 übertragen. Selbst- bei sehr hohen Drücken von über 10 MPa ist die Druckdifferenz zwischen dem Gasvolumen innerhalb des Faltenbalgs 463 und außerhalb im Druckbehälter 44 sehr gering. Die Druckdifferenz ergibt sich lediglich aus der Kraft, die bei der elastischen Verformung des Faltenbalgs 463 (Membran) für eine definierte Volumenänderung notwendig ist. Die Wirkungsweise ist dabei vergleichbar mit der des Kolbens 462 gemäß 9, jedoch ist die Trennung gegenüber dem Kolben 462 beim Faltenbalg 463 (bzw. Membran) vollständig und wesentlich zuverlässiger, so dass als Druckgas 74 auch gewöhnliche Luft anstelle eines Inertgases zum Einsatz kommen kann.
Eine zu 10 gleichartige, aber invertierte Ausführungsform ist in 11 dargestellt. Dabei ist ein mit flüssigem Emittermaterial 2 gefüllter Faltenbalg 464 (bzw. Membran) vorgesehen und außerhalb des emittermaterialgefüllten Faltenbalgs 464 wird das Druckgas 74 im Druckbehälter 44 eingeströmt.
Nachdem die Stabilität des druckbeaufschlagten Emittermaterials 2 durch Verhinderung einer Löslichkeit des Druckgases 74 hergestellt ist, gelangt es zur Emittermaterial-Injektionseinrichtung 5. Diese beinhaltet eine mit Mitteln für angeregten Tropfenzerfall ausgerüstete Düse 51, die das über eine Düsenzuleitung 52 zugeführte flüssige Emittermaterial 2 als eine regelmäßige Tropfenfolge 23 in eine Tropfenselektionskammer 53 abgibt. Zur Selektion einzelner Tropfen 22 (z. B. jedes zehnten) aus der von der Düse 51 erzeugten Tropfenfolge ist ein Tropfenselektor 54 vorhanden.
In diesem in 12 gezeigten Beispiel weist der Tropfenselektor 54 eine Aufladeelektrode 541 und zwei nachfolgende Ablenkelektroden 542 zur Ablenkung eines Großteils der Tropfen 22 als überschüssige Tropfen 24 und Nichtbeeinflussung einzelner definiert ausgewählter Tropfen 22 auf. Diese ausgewählten Tropfen 22 ergeben die mit den Impulsen des Energiestrahls 6 synchronisierte Tropfenfolge 23. Die selektive Auswahl der Tropfen 22 erfolgt nach Bedarf der Plasmaerzeugung (im gezeigten Beispiel für jeden siebten Tropfen 22), indem alle nicht benötigten überschüssigen Tropfen 24 beim Durchfliegen der Aufladeelektrode 541 durch einen Spannungsimpuls aufgeladen und durch die anschließende Strecke der Ablenkelektroden 542, zwischen denen ein elektrisches Feld ausgebildet ist, abgelenkt werden. Auf diese Art und Weise wird ein Großteil des Emittermaterials 2 abgelenkt und über einen Sammelbehälter 81 einem nachfolgenden Recyclingbehälter 83 zugeführt. Dieses unverbrauchte Emittermaterial 2 kann somit wieder in einem Kreislauf zurückgeführt werden und steht erneut im Vorratsbehälter 41 zur Verfügung.
Bezugszeichenliste

1: EUV-Quellenmodul
11: Elektroden
12: Entladungsschaltkreis
13: Wechselwirkungskammer
14: Plasma
15: EUV-Strahlung
2: Emittermaterial
21: Beschichtungsstrahl
22: Tropfen
23: synchronisierte Tropfenfolge
24: überschüssige Tropfen
25: abfliegendes Emittermaterial
3: Elektrodenbeschichtungssystem
31: Beschichtungsdüse
32: Sammelbehälter
4: Emittermaterialbereitstellungseinheit
41: Vorratsbehälter
42: Zufuhröffnung (zum Vorratsbehälter)
43: Heizkammer (für Emittermaterial)
44: Druckbehälter 1 (für Emittermaterial)
44': Druckbehälter 2 (für Emittermaterial)
45: Emittermaterialzuleitung (für Druckbehälter)
451: Filter
452: flexible Leitung
46: Trennmittel (zwischen Druckgas-Emittermaterial)
461: Barriereschicht
462: Kolben
463: Faltenbalg (für Gasvolumen)
464: Faltenbalg (für Emittermaterialvolumen)
5: Emittermaterial-Injektionseinrichtung
51: Düse (mit Anregung für Tropfenzerfall)
52: Düsenzuleitung (für Emittermaterial)
53: Tropfenselektionskammer
54: Tropfenselektor
541: Aufladeelektrode
542: Ablenkelektrode
6: Energiestrahl (Laserstrahl)
7: Drucksystem (für Emittermaterial)
71: Vakuumsystem
711: Vakuumpumpe
712: Vakuumleitung (< 10 Pa)
713: Vakuumleitung (zum Vorratsbehälter)
714: Vakuumventil (zum Vorratsbehälter)
715: Vakuumventil (zum ersten Druckbehälter)
715': Vakuumventil (zum zweiten Druckbehälter)
716: Vakuumventil (vom Recyclingbehälter)
72: Niederdruck-Gassystem
721: Niederdruck-Gasversorgung
722: Niederdruckleitung (50 ... 500 kPa)
723: Niederdruckleitung (zum Vorratsbehälter)
724: Niederdruckventil (zum Vorratsbehälter)
725: Niederdruckventil (vom Recyclingbehälter)
73: Hochdruck-Gassystem
731: Hochdruck-Gasversorgung (1 ... 50 MPa)
732: Hochdruckleitung (zu den Emitterdruckbehältern)
733: Hochdruckventil (zum ersten Druckbehälter)
733': Hochdruckventil (zum zweiten Druckbehälter)
734: Druckumschaltventil (zum ersten Druckbehälter)
734': Druckumschaltventil (zum zweiten Druckbehälter)
735: Sperr- und Ausgleichsventil (zwischen den Druckzuleitungen)
736: Emitterzulaufventil (zum ersten Druckbehälter)
736': Emitterzulaufventil (zum zweiten Druckbehälter)
737: Ablaufventil (vom ersten Druckbehälter)
737': Ablaufventil (vom zweiten Druckbehälter)
738: Düsenzulaufventil
74: Druckgas (unter 1 ... 50 MPa)
8: Recyclingeinrichtung
81: Sammelbehälter
811: Sammelbehälterablaufventil
82: Sammelbehälterableitung (zum Recyclingbehälter)
83: Recyclingbehälter
831: Recyclingrücklaufventil
84: Recycling-Rückführungsleitung
9: Sensorsystem
91: Drucksensor (des Vorratsbehälters)
92, 92': Drucksensor (für Druckbehälter)
93: Drucksensor (Recyclingbehälter)
94: Füllstandssensoren
941: Kraftmesser (zur Füllstandsmessung)
942: Dehnungsmessstreifen (zur Füllstandsmessung)
943: induktiver Füllstandsmesser
944: Widerstandsdraht
945: kapazitiver Füllstandsmesser
946: Kontakte (zur Füllstandsmessung)

Claims

Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf Basis eines heißen Plasmas unter Verwendung von flüssigem Emittermaterial, mit einer Emittermaterial-Bereitstellungseinheit, die mindestens einen Vorratsbehälter für Emittermaterial enthält, einer evakuierten Wechselwirkungskammer, in der ein fokussierter gepulster Energiestrahl auf einen Wechselwirkungspunkt gerichtet ist, sowie einer Injektionseinrichtung zum reproduzierbaren Bereitstellen von Tropfen des Emittermaterials im Wechselwirkungspunkt synchronisiert zum gepulsten Energiestrahl, um die Tropfen in heißes Plasma zur EUV-Emission zu konvertieren, dadurch gekennzeichnet, dass – die Emittermaterial-Bereitstellungseinheit (4) zwischen dem Vorratsbehälter (41) und der Injektionseinrichtung (5) mindestens einen ersten und einen zweiten Druckbehälter (44, 44') zur Erzeugung eines hohen Emittermaterialdruckes für die Injektionseinheit (5) aufweist, – die Druckbehälter (44, 44') von einem Hochdruck-Gassystem (73) mit einem Gasdruck (74) im Megapascal-Bereich beaufschlagt sind, um einen permanenten konstanten Emittermaterialdruck in der Injektionseinrichtung (5) aufrechtzuerhalten, und – die Emittermaterial-Bereitstellungseinheit (4) Mittel zum Umschalten des Hochdruck-Gassystems (73) von einem auf den anderen Druckbehälter (44, 44') und zum entsprechend wechselnden Umschalten der Injektionseinheit (5) auf den konstanten Emittermaterialdruck des jeweils druckbeaufschlagten Druckbehälters (44, 44') aufweist, wobei wenigstens einer der Druckbehälter (44, 44') bei kontinuierlichem Betrieb der Tropfen- und Plasmaerzeugung mit Emittermaterial (2) aus dem Vorratsbehälter (41) nachfüllbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emittermaterial-Bereitstellungseinheit (4) weiterhin an ein Vakuumsystem (71) angeschlossen ist, das wahlweise mit wenigstens einem der Druckbehälter (44, 44'), der nicht für das Hochdruck-Gassystem (73) freigeschaltet ist, verbunden ist, um das Befüllen mit Emittermaterial (2) aus dem Vorratsbehälter (41) auszuführen.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumsystem (71) in der Emittermaterial-Bereitstellungseinheit (4) weiterhin mit dem Vorratsbehälter (41) verbunden ist, um das Befüllen des Vorratbehälters (41) aus unterschiedlichen Quellen zu ermöglichen.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (41) durch Ansaugen flüssigen Emittermaterials (2) von außen befüllbar ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (41) durch Ansaugen flüssigen Emittermaterials (2) aus einem Recyclingbehälter (83) befüllbar ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (41) durch Ansaugen festen Emittermaterials (2) von außen befüllbar ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Emittermaterial-Bereitstellungseinheit (4) an ein Niederdruck-Gassystem (72) angeschlossen ist, das wahlweise mit dem Vorratsbehälter (41) oder dem Recyclingbehälter (83) verbunden ist, um Emittermaterial (2) des Vorratsbehälters (41) in einen der Druckbehälter (44, 44') umzufüllen oder den Vorratsbehälter (41) mit recyceltem Emittermaterial (2) aufzufüllen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdruck-Gassystem (72) inertgasgefüllt ist, um einer Oxidation des Emittermaterials (2) entgegenzuwirken.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Emittermaterial-Bereitstellungseinheit (4) Füllstandssensoren (94) zur Messung des Füllstandes mindestens der Druckbehälter (44, 44') vorhanden sind, die ein rechtzeitiges Umschalten der Druckbeaufschlagung des Emittermaterials (2) von einem der Druckbehälter (44, 44') auf den jeweils anderen Druckbehälter (44', 44) steuern und die Auffüllung des jeweils leeren Druckbehälters (44', 44) auslösen.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandssensor (94) als Kraftmesser (941) ausgebildet ist und der Füllstand anhand des Gewichts des jeweiligen Behälters (44, 44'; 41; 83) feststellbar ist, wobei der Behälter (44, 44'; 41; 83) am Kraftmesser (941) aufgehängt ist und flexible Anschlussleitungen (452) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandssensor (94) als Dehnungsmessstreifen (942) ausgebildet ist, wobei der Behälter (44, 44'; 41; 83) am freien Ende einer einseitig fest eingespannten Biegefeder mit dem Dehnungsmessstreifen (942) aufgehängt ist und flexible Anschlussleitungen (452) aufweist und der Füllstand aufgrund des Gewichts des jeweiligen Behälters (44, 44'; 41; 83) anhand der Dehnung des Dehnungsmessstreifens (942) feststellbar ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandssensor (94) als induktiver Füllstandsmesser (943) aus zwei außenliegenden Zylinderspulen ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandssensor (94) als Widerstandsdraht (944) ausgebildet ist, wobei der mit metallischem Emittermaterial (2) befüllte Behälter (44, 44'; 41; 83) als elektrische Zuleitung zu dem im Behälter (44, 44'; 41; 83) elektrisch isoliert vertikal angebrachten Widerstandsdraht (944) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandssensor (94) als kapazitiver Füllstandsmesser (945) aus Widerstandsdraht (944), Koppelelektrode und Kollektorbahn ausgebildet ist, wobei die Koppelelektrode als Kreisring um den Widerstandsdraht (944) und die Kollektorbahn schwimmend mit dem Flüssigkeitsspiegel des Emittermaterials (2) mitbewegbar ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandssensor (94) zwei elektrisch isolierte Kontakte (946) unterschiedlicher Länge aufweist, wobei die elektrischen Kontakte (946) mittels des metallischen Emittermaterials (2) bei unterschiedlichen Füllständen geschlossen sind, um einen minimalen und einen maximalen Füllstand anzuzeigen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emittermaterial-Bereitstellungseinheit (4) innerhalb der Druckbehälter (44, 44') ein Trennmittel (46) zur Separierung des Emittermaterials (2) vom Druckgas (74) aufweist, das die Lösung von Druckgas (74) im Emittermaterial (2) vermindert.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel (46) eine Barriereschicht (461) ist.
Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (461) durch ein viskoses Abdecköl ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel (46) ein Kolben (462) ist, der in einem zylindrisch ausgebildeten Druckbehälter (44, 44') auf und ab bewegbar ist.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennmittel (46) eine elastische Membran (463; 464) vorhanden ist.
Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Membran als druckgasgefüllter Well- oder Faltenbalg (463) ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Membran als mit Emittermaterial (2) gefüllter Well- oder Faltenbalg (464) ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Well- oder Faltenbalg (463; 464) als metallischer Wellbalg ausgebildet ist.