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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung auf Basis eines Gasentladungsplasmas, wie diese gattungsgemäß aus der
WO 2009/031104 A1 bekannt ist.
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Die erzielbaren und erforderlichen Leistungen bei der Bereitstellung elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich extrem-ultravioletter Strahlung (EUV-Strahlung) haben sich in den letzten Jahren zunehmend erhöht. Damit einhergehend sind die Bauteile von EUV-Strahlungsquellen, insbesondere die verwendeten Elektroden, immer höheren Wärmebelastungen ausgesetzt. Eine Möglichkeit der Kühlung der Elektroden besteht darin, die Elektroden als Scheibenelektroden auszubilden und einen Teil ihres Umfangs durch ein Bad flüssigen Materials drehen zu lassen. Das Material haftet an der Oberfläche der Scheibenelektroden und bildet in erster Linie einen Schutzfilm gegen eine Erosion der Elektrodenoberfläche infolge von Hochstromentladungen, die mit hoher Frequenz stets an einem neuen Ort auf der Oberfläche der rotierenden Scheibenelektrode stattfinden. Die Hochstromentladung erfolgt an einer Entladungsposition, an der sich zwei Scheibenelektroden mit geringstem Abstand gegenüberstehen. Infolge einer erneuten Beschichtung der Entladungsorte an der Scheibenelektrode durch das Flüssigkeitsbad innerhalb einer vollständigen Elektrodenumdrehung steht die Oberfläche für jede Entladung stets wieder regeneriert zur Verfügung.
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Durch rotierende Scheibenelektroden, die einseitig in ein temperiertes Bad flüssigen Materials eintauchen, wird neben der permanenten Regeneration der Oberflächen der Scheibenelektroden vor allem deren Kühlung und gegebenenfalls auch deren elektrische Kontaktierung sichergestellt, wodurch eine stabilere Plasma- und Strahlungserzeugung erreicht werden kann.
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Aufgrund der angestrebten Leistungssteigerung der Vorrichtungen zur Erzeugung von kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung, vorzugsweise im Bereich um 13,5 nm, auf Basis eines Gasentladungsplasmas ist es erforderlich, die Geschwindigkeit der Elektroden zu erhöhen, um eine hinreichende Kühlung der Elektroden zu gewährleisten. Außerdem erfordern hohe Entladungsfrequenzen an der Entladungsposition, dass die Scheibenelektroden so schnell bewegt werden, dass auf deren Oberfläche stets ein Ort mit „frischem” Beschichtungsmaterial bereitgestellt wird, um die Plasmaerzeugung nicht an einer unbedeckten Oberfläche der Scheibenelektroden stattfinden zu lassen. Wegen der schnelleren Bereitstellung des Beschichtungsmaterials durch erhöhte Rotationsgeschwindigkeiten wird angestrebt, sehr gleichmäßige und dünne Schichten auf den Elektroden zu erzeugen, um eine Beschichtung mit geringen Dickenschwankungen bereitstellen zu können, die ein Abschleudern von Tropfen vermindert und konstante Entladungsbedingungen gewährleistet, falls das Beschichtungsmaterial zugleich als elektrische Kontaktierung der Elektroden und/oder als Emittermaterial für die Plasma- und Strahlungserzeugung verwendet wird.
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Aus der Schrift
US 7 630 475 B2 ist eine Strahlungsquelle bekannt, bei der rotierende Scheibenelektroden durch ein Reservoir mit flüssigem Metall, das sowohl als Beschichtungs- als auch als Emittermaterial ausgewählt ist, gedreht werden. Beim Durchgang durch das flüssige Metall werden die Scheibenelektroden gekühlt und gleichzeitig bildet sich auf der Oberfläche der Scheibenelektroden ein Film des flüssigen Metalls aus, der durch die Drehung der Scheibenelektroden an die Entladungsposition transportiert und dort durch Beaufschlagung mit Laserstrahlung verdampft wird. Infolge eines Stromflusses durch das verdampfte Beschichtungsmaterial entsteht ein Plasma, bei dessen Kompression extrem-ultraviolette(EUV-)Strahlung emittiert wird. Zur gleichmäßigen Bereitstellung des Beschichtungsmaterials an der Entladungsposition sind in der
US 7 630 475 B2 Abstreifer offenbart, die mit einem Abstand (Spalt) zur Oberfläche je einer Scheibenelektrode angeordnet sind. Durch die Abstreifer wird überständiges Beschichtungsmaterial von den Scheibenelektroden gewischt. Die Dicke der so erzielten Schichten ist durch die Dimension des Spalts bestimmt. Zum Prioritätszeitpunkt der Schrift (2006) waren Spaltbreiten von etwa 100 μm üblich und Schwankungen der Spaltbreiten bis zu 20 μm bedenkenlos tolerierbar. Da außerdem die Scheibenelektroden mit geringen Rotationsfrequenzen von rund 8,5 Hz gedreht wurden und Durchmesser von weniger als 10 cm (z. B. 97 mm) aufwiesen, traten Umfangsgeschwindigkeiten von lediglich rund 2,5 m/s auf. Daher konnten Vorrichtungen gemäß
US 7 630 475 B2 ohne größere Probleme betrieben werden.
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Eine weitere Ausführung von Elektroden einer auf Gasentladungen basierenden Strahlungsquelle ist in der
US 2011/0133621 A1 offenbart. Dabei ist eine teilweise von einem Gehäuse umfangene rotierbare Scheibenelektrode vorhanden. Zwischen den Seiten der Scheibenelektrode und einer Umfangsfläche der Scheibenelektrode und dem Gehäuse ist ein Kühlkanal gebildet. Der Kühlkanal weist eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung zum Einlass bzw. zum Auslass eines flüssigen Mediums (fortan: Beschichtungsmaterial) auf. In Richtung der Umfangsfläche ist das Gehäuse von dieser so gering beabstandet, dass mindestens ein Teil des Beschichtungsmaterials von der rotierenden Scheibenelektrode abgestreift wird und entweder auf der Scheibenelektrode ein dünner Film des Beschichtungsmaterials gebildet wird oder die Ausbildung eines solchen Films auf der Umfangsfläche verhindert wird.
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Des Weiteren ist aus der Schrift
WO 2009/031104 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei der zwei Scheibenelektroden durch ein Bad flüssigen Beschichtungsmaterials geführt sind. Jeder Scheibenelektrode ist ein Abstreifer zugeordnet, der bezüglich einer Rotationsrichtung der jeweiligen Scheibenelektrode feststehend angeordnet ist. Der Abstreifer weist zwei Schenkel auf, die jeweils entlang eines Bereichs jeder Seitenfläche der Scheibenelektrode angeordnet sind. Die Schenkel sind quer zur Umfangsfläche der Scheibenelektrode durch einen Steg verbunden, wodurch der Abstreifer eine U-förmige Gestalt aufweist. Der Abstreifer ist über eine Umfangsfläche der Scheibenelektrode übergreifend angeordnet, sodass bei einer Rotation der Scheibenelektroden überständiges flüssiges Beschichtungsmaterial von den Oberflächen der Scheibenelektroden entfernt wird. Mittels einer solchen Vorrichtung sollen Rotationsfrequenzen von 18 Hz erreichbar sein, wobei bereits das Problem höherer Rotationsfrequenzen angesprochen wurde. Bei Rotationsfrequenzen oberhalb von 18 Hz kommt es infolge von Fliehkräften zur Zunahme der Schichtdicke bis hin zur Bildung von Tropfen des auf der Oberfläche der Scheibenelektroden befindlichen Beschichtungsmaterials. Zur Vermeidung oder zumindest Reduzierung solcher Tropfen sollen die Schichten besonders dünn, vorzugsweise in der Größenordnung von wenigen Mikrometern (z. B. von 5 μm), aufgebracht werden. Allerdings ist eine Herstellung von so geringen Spaltmaßen zwischen Scheibenelektrode und Abstreifer wirtschaftlich sehr aufwändig und justiertechnisch sehr anspruchsvoll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Erzeugung von kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung auf Basis eines Gasentladungsplasmas zu finden, bei der mit einem Beschichtungsmaterial eine flüssige Beschichtung von rotierenden Scheibenelektroden erfolgt, wobei eine Tropfenbildung des Beschichtungsmaterials auch bei höheren Rotationsfrequenzen weitestgehend unterdrückt und zugleich eine gleichmäßige Schichtdicke des Beschichtungsmaterials auf den Elektrodenoberflächen gewährleistet wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Erzeugung von kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung auf Basis eines Gasentladungsplasmas, umfassend zwei gegenläufig rotierbare Scheibenelektroden, die mit einander gegenüberliegend angeordneten Entladungsbereichen zur Erzeugung des strahlungsemittierenden Plasmas vorgesehen sind, wobei jede Scheibenelektrode zwei Seitenflächen und eine Umfangsfläche sowie eine Rotationsrichtung um je eine Rotationsachse aufweist und mit einem Reservoir mit einem flüssigen Beschichtungsmaterial und einem Abstreifer zum Entfernen überständigen flüssigen Beschichtungsmaterials von Oberflächen der Scheibenelektroden versehen ist, wobei der Abstreifer bezüglich der Rotationsrichtung der Scheibenelektrode feststehend angeordnet ist und eine U-förmige Gestalt aus zwei zu den Seitenflächen der Scheibenelektrode parallelen Schenkeln und einem Steg quer über der Umfangsfläche der Scheibenelektrode aufweist, wodurch der Abstreifer einen allseitigen Spalt mit den Seitenflächen und der Umfangsfläche der Scheibenelektrode bildet, dadurch gelöst, dass der Abstreifer mindestens axial beweglich gelagert ist und Anströmelemente an den Schenkeln aufweist, sodass er durch das bei Rotation der Scheibenelektrode auf den Seitenflächen der Scheibenelektrode transportierte und in den Spalt gedrückte Beschichtungsmaterial selbsttätig axial justierbar ist, und als ein weiteres Anströmelement eine in Rotationsrichtung ausgeformte Hohlkehle vorhanden ist.
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Die mindestens axial bewegliche Lagerung des Abstreifers und die daran ausgebildeten Anströmelemente ermöglichen einen Ausgleich von Druckkräften, die durch das auf der Scheibenelektrode haftende und in den Spalt gedrückte Beschichtungsmaterial verursacht sind. An den Schenkeln des Abstreifers stellt sich daher ein Gleichgewicht von Druckkräften durch das nicht auf die Anströmelemente treffende Beschichtungsmaterial ein, das auf der Oberfläche der Scheibenelektrode verbleibt. Durch die Anströmelemente, die nachfolgend noch genauer durch ihre spezielle Form von Anströmflächen beschrieben werden, wird überständiges Beschichtungsmaterial abgelenkt und bestimmte Strömungsverläufe in einem in Rotationsrichtung vor dem Abstreifer befindlichen Staubereich verursacht. Die beidseitig der Scheibenelektrode erzeugten Strömungsverläufe am Abstreifer sind dabei durch das in dem Staubereich definiert abgelenkte Beschichtungsmaterial bedingt und bewirken einen ausgeglichenen Staudruck ebenfalls in dem Spalt zwischen den Schenkeln des Abstreifers und den Seitenflächen der Scheibenelektrode, wobei bei einem erhöhten Staudruck – wie er bei höheren Umlaufgeschwindigkeiten der Scheibenelektroden auftritt – auch ein höherer Anteil der Druckkräfte im Spalt wirkt und die axial schwimmende Führung im Sinne einer Selbstjustierung des Abstreifers sicherstellt.
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Infolge der Bewegung der Scheibenelektrode durch das Reservoir mit flüssigem Beschichtungsmaterial wird letzteres von der Scheibenelektrode teilweise mitgerissen, wodurch das Beschichtungsmaterial gefördert und anhaftend mittransportiert wird. Das Beschichtungsmaterial haftet aufgrund von Adhäsionskräften auf den Oberflächen der Scheibenelektrode, wobei die Adhäsion durch eine geeignete Vorbeschichtung (benetzende Grundbeschichtung) und/oder Strukturierung der Scheibenelektrode beeinflusst, vorzugsweise erhöht, wird. Bei größeren Rotationsfrequenzen, zum Beispiel bei 18–32 Hz, wird das Beschichtungsmaterial mit einer erheblichen Kraft gegen die Anströmelemente des Abstreifers und in den Spalt gedrückt, wobei das Beschichtungsmaterial beidseitig der Scheibenelektrode in den Spalt gedrückt wird, wodurch sich die auftretenden Kräfte kompensieren und der axial beweglich gestaltete Abstreifer durch die Wirkung der Kräfte axial zur Rotationsachse zentriert wird. Mit dieser Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorteilhaft erreicht, dass Ungenauigkeiten in der Fertigung der Scheibenelektroden sowie des Abstreifers als auch Bewegungen der Scheibenelektroden in radialer und axialer Richtung, selbsttätig ausgeglichen werden.
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Das Beschichtungsmaterial kann beispielsweise Zinn, Zinnlegierung, aber auch Lithium oder Natrium sein. Vorzugsweise ist das Beschichtungsmaterial elektrisch leitend und metallisch.
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Zweckmäßig ist jeder Scheibenelektrode genau ein Abstreifer zugeordnet. Der Abstreifer weist an jedem Schenkel als Anströmelemente mindestens eine Anströmfläche mit einem radial inneren und radial äußeren Ende auf, wobei mindestens ein äußerer Abschnitt am radial äußeren Ende gegenüber einem inneren Abschnitt am radial inneren Ende des Anströmelements in Rotationsrichtung zurückversetzt ist und die Abschnitte jeweils durch Schrägen verbunden sind, so dass auf der Scheibenelektrode befindliches überständiges Beschichtungsmaterial, das in Rotationsrichtung gegen die Anströmelemente strömt, radial nach außen geleitet wird. Die Anströmflächen der Schenkel des Abstreifers sind dabei bezüglich der Scheibenelektrode spiegelsymmetrisch übereinstimmend ausgebildet. Des Weiteren kann durch eine orthogonal zur Gestaltung von Anströmelementen in radialer Richtung eine Ausbildung von Anströmflächen in vertikaler Richtung so erfolgen, dass das überständige und abgestreifte Beschichtungsmaterial von der Oberfläche der Scheibenelektrode weggeführt wird. Das Beschichtungsmaterial wird dabei vorzugsweise entweder in Form einer in sich geschlossenen Welle, als ein gerichteter Strom oder in einer Kombination aus diesen Strömungsführungen abgeleitet. Das überständige und abgestreifte Beschichtungsmaterial wird dabei jeweils in einen oberhalb der Seitenflächen der Scheibenelektrode und in Rotationsrichtung vor den Schenkeln des Abstreifers befindlichen Sammelbereich geleitet.
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In weiteren Ausführungen können Profil und Dimensionierung weiterer Anströmflächen als Anströmelemente innerhalb oder zwischen den Abschnitten entweder sprunghaft wechseln oder gleitend ineinander übergehen. Kombinationen aus den genannten Ausführungen sind möglich.
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Das Reservoir ist in einer bevorzugten Ausführung als furchenförmige Vertiefung eines die Scheibenelektrode umgebenden Gehäuses oder eines der Scheibenelektrode zugeordneten Rahmens ausgeführt. Das Reservoir kann an seinem Ausgangsbereich, an dem die Scheibenelektrode wieder aus dem Reservoir herausgedreht ist, einen verengten Querschnitt aufweisen, um bereits im Ausgangsbereich einen Teil überständigen Beschichtungsmaterials von den Seitenflächen und der Umfangsfläche abzustreifen. Es ist günstig, wenn das Reservoir über einen mittleren Abschnitt seiner Längsausdehnung ein größeres Volumen an Beschichtungsmaterial aufnehmen kann. Das Reservoir kann gesteuert beheizbar sein und über eine Zuführung von Beschichtungsmaterial verfügen, durch die neues oder aufbereitetes Beschichtungsmaterial dem Reservoir zuführbar ist.
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Um ein direktes Abfließen des radial nach außen geleiteten Materials von der Scheibenelektrode zu verhindern, kann eine Begrenzung an dem radial äußeren Ende des Schenkels vorhanden sein, die entgegen der Rotationsrichtung gerichtet ist. Durch eine solche Begrenzung wird radial nach außen geleitetes Beschichtungsmaterial wieder in Richtung auf den Sammelbereich gelenkt, wodurch diese ebenfalls als Anströmelement für die Selbstjustierung des Abstreifers betrachtet werden kann. Dadurch wird nämlich die Gefahr, dass der Abstreifer durch überständiges Beschichtungsmaterial überflossen oder entlang der Umfangsfläche der Scheibenelektrode überwunden wird, reduziert.
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In einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Gehäuse mit einem Innenraum zur Aufnahme und räumlichen Positionierung der Scheibenelektrode, des Reservoirs für das Beschichtungsmaterial und des Abstreifers vorhanden, wobei das Gehäuse mindestens an einem Ausschnitt eröffnet ist und die Scheibenelektrode in diesem Ausschnitt frei liegt, um mit der zweiten gegenüberliegenden und ebenfalls frei liegenden Scheibenelektrode einen Entladungsbereich zu bilden.
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Der Abstreifer kann in gemäß einer weiteren Ausführung vorteilhaft auch radial beweglich gelagert sein. Dem Abstreifer ist dann vorteilhafterweise ein Mittel zur Aufbringung einer Ausgleichskraft zugeordnet, wobei die Ausgleichskraft einer Radialkraft, die durch das infolge der Rotation der Scheibenelektrode nach außen beschleunigte Beschichtungsmaterial entsteht, betrags- und richtungsmäßig entgegen gerichtet ist. Ein Mittel zur Aufbringung der Ausgleichskraft kann eine Feder oder ein Federsystem sein. Dabei kann das Mittel zur Aufbringung der Ausgleichskraft ein lineares oder nicht lineares Ansprechverhalten aufweisen sowie ansteuerbar sein. Eine Ansteuerung kann beispielsweise abhängig von einer aktuellen Rotationsfrequenz der Scheibenelektrode erfolgen.
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In einer speziellen vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Rückführungskanal zur Aufnahme von abgestreiftem überständigen Beschichtungsmaterial vorgesehen, wobei das Beschichtungsmaterial durch einen infolge der rotierenden Scheibenelektrode am Abstreifer erzeugten Staudrucks in den Rückführungskanal gefördert und über den Rückführungskanal dem Reservoir zuführbar ist.
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Es ist ferner zweckmäßig, wenn das Beschichtungsmaterial nicht unmittelbar durch die Wirkung der Scheibenelektrode in den Rückführungskanal eingebracht ist. Vielmehr kann das entfernte überständige Beschichtungsmaterial entgegen der Rotationsrichtung der Scheibenelektrode von dem Abstreifer wegströmen. Dieses zurückströmende Beschichtungsmaterial gelangt zu einer Einlassöffnung des Rückführungskanals und wird durch nachdrängendes Beschichtungsmaterial in die Einlassöffnung und in den Rückführungskanal geschoben.
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Eine bevorzugte Ausführung besteht darin, dass der Rückführungskanal außen am Gehäuse angebracht ist und eine Einlassöffnung zur Zuführung des abgestreiften überständigen Beschichtungsmaterials und eine Auslassöffnung zur Abgabe des durch den Rückführungskanal transportierten Beschichtungsmaterials aufweist, wobei der Rückführungskanal über die Einlassöffnung unmittelbar vor dem Abstreifer und über die Auslassöffnung im Bereich des Reservoirs mit dem Innenraum des Gehäuses in Verbindung steht.
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Der Rückführungskanal ist vorzugsweise so dimensioniert, dass dieser erst bei einer Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Scheibenelektrode von mindestens 20 m/s durch das in den Rückführungskanal geförderte Beschichtungsmaterial ausgefüllt ist. Weisen die Scheibenelektroden einen Durchmesser von 200 mm auf, so beträgt deren Umfangsgeschwindigkeit bei einer Rotationsfrequenz von 32 Hz rund 20 m/s. Eine solche Gestaltung des Rückführungskanals gewährleistet vorteilhaft, dass das abgestreifte flüssige Material ohne nachteilige Staueffekte mittels des Rückführungskanals aus dem Bereich des Abstreifers abzuleiten ist. Dadurch wird ein nachteiliges Umfließen des Abstreifers durch abgestreiftes Beschichtungsmaterial vermieden. In weiteren Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Frequenzen z. B. 20, 25 und 30 Hz und die zugehörigen Umfangsgeschwindigkeiten weniger als 20 m/s betragen.
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Außerdem ist durch ein hinreichend großes Volumen des Rückführungskanals einem kritischen Absinken des Füllstandes in dem Reservoir begegnet. Neben einer Gewährleistung einer permanenten Beschichtung der Scheibenelektrode ist durch einen ausreichend hohen Füllstand auch die Einhaltung elektrischer Betriebsparameter der Vorrichtung verbessert. So können die Scheibenelektroden über ein flüssiges, elektrisch leitfähiges Beschichtungsmaterial in dem Reservoir, beispielsweise flüssiges Zinn, elektrisch kontaktiert sein. Ein für die Erzeugung der EUV-Strahlung benötigtes Plasma kann durch einen Stromfluss durch Reservoir, Beschichtungsmaterial und Scheibenelektrode erzeugbar sein.
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Für eine zuverlässige Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es von Vorteil, wenn der Abstreifer so gestaltet ist, dass das abgestreifte überständige Beschichtungsmaterial in einen in Rotationsrichtung vor dem Abstreifer befindlichen Sammelbereich geleitet ist und die Einlassöffnung des Rückführungskanals so dimensioniert und positioniert ist, dass das Beschichtungsmaterial aus dem gesamten Sammelbereich in den Rückführungskanal überführbar ist.
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Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Reservoire der beiden Scheibenelektroden mit flüssigem Beschichtungsmaterial befüllt. Das Beschichtungsmaterial dient dem Schutz der Scheibenelektrode vor Erosionen, die durch elektrische Entladungen verursacht werden. Außerdem wird die Scheibenelektrode durch das Beschichtungsmaterial gekühlt. Darüber hinaus kann das Beschichtungsmaterial vorteilhaft für die Erzeugung von EUV-Strahlung durch ein Gasentladungsplasma verwendet werden, wenn das Beschichtungsmaterial zugleich ein geeignetes Material für die EUV-Emission, wie beispielsweise Zinn, ist. Die Scheibenelektroden werden über einen Teil ihrer Oberfläche durch das Beschichtungsmaterial geführt und dabei jeweils um eine Rotationsachse rotiert. Durch das Beschichtungsmaterial wird die Oberfläche der Scheibenelektrode zumindest in einem Eintauchbereich der Scheibenelektrode im Reservoir beschichtet und ein Film des Beschichtungsmaterials auf der Oberfläche jeder der Scheibenelektroden ausgebildet. Durch eine weitere Drehung der Scheibenelektrode wird der Film aus dem Reservoir heraus transportiert. Durch Adhäsionskräfte wird der Film auch außerhalb des Reservoirs auf der Oberfläche gehalten. Gelangt der Film an den Abstreifer, wird all das Beschichtungsmaterial abgestreift, dass sich oberhalb eines lichten Spaltes zwischen Oberfläche der Scheibenelektrode und Abstreifer auf der Scheibenelektrode befindet. Das Beschichtungsmaterial, das in den Spalt hineingedrückt wird, bewirkt eine Druckkraft auf die Begrenzungen des Spalts. Diese Druckkraft wirkt auf beiden Seiten der Scheibenelektrode, wodurch sich der axial beweglich angeordnete Abstreifer selbsttätig justiert und bezüglich der Breite seiner Spalte zur Oberfläche der Scheibenelektrode zentriert ist. Die Druckkraft ist außerdem durch den Staudruck auf jeder Seite der Scheibenelektrode beeinflusst.
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Das überständige, abgestreifte Beschichtungsmaterial staut sich in dem Sammelbereich auf. Es gelangt durch die Einlassöffnung in den Rückführungskanal, durchfließt diesen und tritt durch die Auslassöffnung in das Reservoir aus. Es wird somit zurückgeführt und als Beschichtungsmaterial recycelt.
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Es ist auch möglich, dass nicht das Beschichtungsmaterial selbst, sondern ein anderweitig zugeführtes Emittermaterial mittels zugeführter Energie, z. B. mittels Laserstrahlung, verdampft wird und die elektrische Entladung durch das verdampfte Emittermaterial erfolgt, die zur Plasmaerzeugung mit EUV-Emission führt. Beispielsweise kann das Emittermaterial mittels Tröpfcheninjektion in den Entladungsbereich zwischen die Scheibenelektroden gebracht werden, wie es z. B. aus
US 7 531 820 B2 ,
US 7619 232 B2 und
US 7 800 086 B2 bekannt ist. Das zu verdampfende Emittermaterial und das Beschichtungsmaterial können beide gleich, z. B. beide Zinn, sein. Wird die EUV-Emission jedoch durch ein injiziertes, verdampftes und in Plasma konvertiertes Emittermaterial erzeugt, kann das Beschichtungsmaterial insbesondere auf den Schutz gegen Erosion der Scheibenelektroden und auf deren elektrische Kontaktierung optimiert werden.
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Mit der Erfindung ist die Erzeugung von kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung auf Basis eines Gasentladungsplasmas möglich, bei der mit einem Beschichtungsmaterial eine flüssige Beschichtung von rotierenden Scheibenelektroden erfolgt, wobei eine Tropfenbildung des Beschichtungsmaterials auch bei höheren Rotationsfrequenzen weitestgehend unterdrückt und zugleich eine gleichmäßige Schichtdicke des Beschichtungsmaterials auf den Elektrodenoberflächen gewährleistet wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Scheibenelektroden und einer Anregungsquelle;
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2 eine schematisierte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels von Scheibenelektrode, Reservoir und Abstreifer der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 eine vereinfachte Darstellung des Abstreifers an einer Scheibenelektrode;
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4 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel von Scheibenelektrode, Reservoir, Abstreifer und Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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5 eine Schemadarstellung eines zweites Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Gehäuse und Rückführungskanal;
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6 eine Prinzipdarstellung der Strömungsverhältnisse an einem Abstreifer und einem Rückführungskanal.
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In 1 ist vereinfacht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung (EUV-Strahlung) mittels einer Gasentladung gezeigt, die für die Plasmaerzeugung mittels Gasentladung als wesentliche Elemente zwei in je einem Gehäuse 8 befindliche Scheibenelektroden 1 umfasst und je Scheibenelektrode 1 einen Abstreifer 5 enthält.
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Die beiden Scheibenelektroden 1 sind jeweils an einen Teil ihrer Peripherie und einen äußeren radialen Bereich ihrer Seitenflächen in einem, mit einem flüssigen Beschichtungsmaterial 4 gefüllten, Reservoir 3 geführt (siehe 2). Sie weisen an einem anderen Teil ihrer Peripherie einen freien Bereich auf. Die freien Bereiche sind durch jeweils einen Ausschnitt 8.1 in dem jeweiligen Gehäuse 8 bedingt. An diesen freien Bereichen sind die Scheibenelektroden 1 einander angenähert, d. h. sie haben einen geringsten Abstand zueinander. Der Ort mit der größten Annäherung der beiden Scheibenelektroden 1 definiert den Entladungsbereich 14 für eine elektrische Entladung zur Erzeugung eines Gasentladungsplasmas. Für die elektrische Kontaktierung der Scheibenelektroden 1 sind im Stand der Technik unterschiedlichste Möglichkeiten bekannt (z. B. Schleifkontakte, Kontaktierung über das Reservoir mit metallischem Beschichtungsmaterial etc.), die hier beliebig ausgewählt werden können. Das Beschichtungsmaterial 4 ist in diesem Beispiel Zinn und somit auch für die elektrische Kontaktierung geeignet.
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In einer bevorzugten Ausführung, in der das Beschichtungsmaterial 4 zugleich als Emittermaterial dient, ist in den Entladungsbereich 14 ein Laserstrahl 16 auf wenigstens eine der Scheibenelektroden gerichtet. Durch die Einwirkung des Laserstrahls 16 wird das Beschichtungsmaterial 4 (nur schematisch gezeigt) im Entladungsbereich 14 mit Energie beaufschlagt und verdampft. Durch das verdampfte Beschichtungsmaterial 4 hindurch wird dann mittels einer getriggerten elektrischen Entladung ein Stromfluss zwischen den beiden Scheibenelektroden 1 ausgelöst und ein Plasma erzeugt, bei dessen Kompression die gewünschte EUV-Strahlung emittiert wird.
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Die Scheibenelektrode 1 ist, wie in 2 gezeigt, um eine Rotationsachse 1.1 in einer Rotationsrichtung 2 drehbar. Das Reservoir 3 weist eine gekrümmte Form auf, erstreckt sich über einen definierten Sektor entlang des Umfangs der Scheibenelektrode 1 und ist dem Außenradius der Scheibenelektrode 1 angepasst. Die Scheibenelektrode 1 und das Reservoir 3 sind so zueinander positioniert, dass die Scheibenelektrode 1 über ihren Umfang und mit ihrem äußeren radialen Bereich ihrer Seitenflächen 1.2 durch das Reservoir 3 geführt ist.
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In Rotationsrichtung 2 nach dem Reservoir 3 ist der Abstreifer 5 angeordnet, der bezüglich der Radialrichtung der Scheibenelektrode 1 Anströmelemente in Form von einem innen liegenden ersten radialen Abschnitt 5.41 und einem außen liegenden zweiten radialen Abschnitt 5.42 aufweist. Der erste radiale Abschnitt 5.41 weist eine radial nach außen und in Rotationsrichtung 2 verlaufende Kurvenform auf, wobei der zweite radiale Abschnitt 5.42 in Rotationsrichtung 2 gegenüber dem ersten radialen Abschnitt 5.41 zurückversetzt ist. Der erste radiale Abschnitt 5.41 und der zweite radiale Abschnitt 5.42 sind jeweils durch eine Schräge 5.43 verbunden. Am radial äußeren Ende des Abstreifers 5 ist eine entgegen der Rotationsrichtung 2 gerichtete Begrenzung 5.5 angeformt. Bezüglich der Rotationsrichtung vor dem Abstreifer 5 wird auf der Oberfläche der Scheibenelektrode 1 (dreiseitig) ein Sammelbereich 13 gebildet.
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Die Funktionsweise eines Abstreifers 5 ist vereinfacht in 3 gezeigt. Der Abstreifer 5 weist zwei Schenkel 5.1 auf, die zueinander parallel verlaufen und durch einen Steg 5.2 U-förmig miteinander verbunden sind. Der Abstreifer 5 ist sattelartig über die Scheibenelektrode 1 greifend angeordnet, wobei der Steg 5.2 parallel zur Umfangsfläche 1.3 der Scheibenelektrode 1 und die Schenkel 5.1 jeweils parallel zu einer Seitenfläche 1.2 angeordnet sind. Zwischen der Scheibenelektrode 1 und dem Abstreifer 5 ist allseitig ein Spalt 6 vorhanden. Der Spalt 6 ist bei einer bestimmungsgemäßen Benutzung der Vorrichtung durch ein flüssiges Beschichtungsmaterial 4 ausgefüllt. Das Beschichtungsmaterial 4 wird durch eine Rotationsbewegung der Scheibenelektrode 1 in den Spalt 6 transportiert. Ist der Spalt 6 zwischen einer Seitenfläche 1.2 und dem Schenkel 5.1, der über der betreffenden Seitenfläche 1.2 angeordnet ist, mit dem Beschichtungsmaterial 4 gefüllt, wird durch das Beschichtungsmaterial 4 eine allseitig wirkende Druckkraft (durch Doppelpfeile symbolisiert) erzeugt. Durch diese Druckkraft wird der Abstreifer 5 von der Scheibenelektrode 1 auf Abstand gehalten (allseitiger Spalt 6). Auf der gegenüberliegenden Seitenfläche 1.2 wirkt durch das dort vorhandene Beschichtungsmaterial 4 ebenfalls eine Druckkraft. Wird das Beschichtungsmaterial 4 auf beiden Seiten der Scheibenelektrode 1 mit gleicher Kraft in den Spalt 6 gedrückt und ist die Breite des Spalts 6 auf beiden Seiten gleich groß, so sind auch die wirkenden Druckkräfte gleich groß und heben sich in ihrer Wirkung auf. Ist dagegen die Breite des Spalts 6 auf einer Seite geringer als auf der anderen Seite, wird auf der Seite mit der geringeren Breite weniger Beschichtungsmaterial 4 in den Spalt 6 gedrückt. Aufgrund von Reibungs- und Strömungswiderständen sinkt die Geschwindigkeit des Beschichtungsmaterials 4 in dem Spalt 6 und der Druck erhöht sich in bekannter Weise. Die durch den erhöhten Druck verursachte Druckkraft ist größer als die Druckkraft, die zwischen der anderen Seitenfläche 1.2 und dem anderen Schenkel 5.1 (Spalt 6 mit der größeren Breite) bewirkt ist. Das führt bei Druckkraftdifferenzen zu einer resultierenden Verschiebung in Richtung auf die geringere Druckkraft, bis wieder ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Durch diese Wechselbeziehung von Druckkräften und Breiten des Spaltes 6 wird eine dynamische Zentrierung des Abstreifers 5 erreicht.
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Außerdem ist bei einem Durchgang der Scheibenelektrode 1 durch das Reservoir 3 auch die Umfangsfläche 1.3 mit Beschichtungsmaterial 4 beschichtet. Dieses wird bei der weiteren Rotation der Scheibenelektrode 1 in radialer Richtung beschleunigt und gegebenenfalls tangential abgeschleudert. Ist Beschichtungsmaterial 4 zwischen Umfangsfläche 1.3 und Steg 5.2 gedrückt, wirkt auch hier eine durch das Beschichtungsmaterial 4 bewirkte Druckkraft, die als Radialkraft 9 bezeichnet ist. Um ein Abheben des Abstreifers 5 in radialer Richtung zu vermeiden, ist eine Ausgleichskraft 10 auf den Steg 5.2 aufgebracht, die der Radialkraft 9 entgegenwirkt und diese aufhebt.
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In 4 ist für ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, wie eine Ausgleichskraft 10 erzeugt wird. Der Abstreifer 5 ist mittels einer Halterung 5.6 zur Scheibenelektrode 1 positioniert. Die Halterung 5.6 ist an einem die Scheibenelektrode 1 umgebenden Gehäuse 8 so befestigt, dass der Abstreifer 5 um einen bestimmten Betrag in radialer Richtung verschiebbar ist. Um die Ausgleichskraft 10 (durch den Pfeil symbolisiert) zu bewirken, ist ein Mittel zur Aufbringung einer Ausgleichskraft 11 in Form einer Feder 11.1 so angeordnet, dass der durch die Radialkraft 9 radial nach außen gedrängte Abstreifer 5 gegen die Feder 11.1 gedrückt wird. Die dabei durch die Feder 11.1 bewirkte Federkraft ist der Radialkraft 9 als Ausgleichskraft 10 in Richtung und Betrag entgegengesetzt gerichtet.
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Weiterhin zeigt 4, dass durch das Gehäuse 8 ein Innenraum 7 umgrenzt ist, in dem die Scheibenelektrode 1 und das Reservoir 3 (nicht gezeigt) angeordnet sind. Durch die in Rotationsrichtung 2 rotierende Scheibenelektrode 1 ist Beschichtungsmaterial 4 gegen den Abstreifer 5 und in den Spalt 6 (siehe 3) geführt. Der durch den Abstreifer 5 abgestreifte Anteil des Beschichtungsmaterials 4 wird vor dem Abstreifer 5 in dem Sammelbereich 13 aufgestaut.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in 5 vereinfacht gezeigt. Die Scheibenelektrode 1 und das Reservoir 3 sind von dem Gehäuse 8 nahezu vollständig eingehaust. Auf dem Gehäuse 8 ist die Halterung 5.6 und das Mittel zur Aufbringung einer Ausgleichskraft 11 angeordnet. Das Gehäuse 8 ist segmental eröffnet, so dass die Scheibenelektrode 1 mit einem peripheren Abschnitt aus dem Gehäuse 8 tritt bzw. frei liegt. In diesen Bereich der Scheibenelektrode 1 kann ein Entladungsbereich 14 festgelegt werden, an der das Beschichtungsmaterial 4 mittels Energiezufuhr verdampfbar ist.
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Auf dem die Seitenflächen 1.2 der Scheibenelektroden 1 überdeckenden Teil des Gehäuses 8 ist ein Rückführungskanal 12 vorhanden. Dieser weist eine durch das Gehäuse 8 in den Sammelbereich 13 mündende Einlassöffnung 12.1 und eine durch das Gehäuse 8 in das Reservoir 3 mündende Auslassöffnung 12.2 auf. Der Rückführungskanal 12 hat einen so großen freien Querschnitt, dass Beschichtungsmaterial 4 (siehe 6), das durch die Einlassöffnung 12.1 in den Rückführungskanal 12 gelangt ist, durch diesen frei hindurch fließen kann, ohne dass es zu einem nachteiligen Stau des Beschichtungsmaterials 4 im Bereich der Einlassöffnung 12.1 kommt.
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Bei der Rotation der Scheibenelektrode 1 in Rotationsrichtung 2 wird Beschichtungsmaterial 4 aus dem Reservoir 3 in Richtung des Abstreifers 5 (siehe 4) transportiert. An diesem wird überständiges Beschichtungsmaterial 4 von der Scheibenelektrode 1 abgestreift, gestaut und in den Sammelbereich 13 geleitet. Von dort gelangt das überständige Beschichtungsmaterial 4 über die Einlassöffnung 12.1 in den Rückführungskanal 12. Das Beschichtungsmaterial 4 (durch gestichelten Pfeil symbolisiert) durchfließt den Rückführungskanal 12 und gelangt durch die Austrittsöffnung 12.2 zurück in das Reservoir 3. Dadurch wird die Neuzufuhr von Beschichtungsmaterial 4 von außen in das Reservoir 3 deutlich reduziert und zugleich ein unerwünschtes unkontrolliertes Ab- oder Überfließen von überständigem Beschichtungsmaterial 4 in den Entladungsbereich 14 verhindert.
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In 6 sind die Vorgänge an einem Abstreifer 5 vereinfachend dargestellt. Auf der Scheibenelektrode 1 ist nach dem Durchgang durch das Reservoir 3 (nicht gezeigt) eine Schicht von anhaftendem Beschichtungsmaterial 4 vorhanden, welches einen Film unbestimmter Dicke auf den Seitenflächen 1.2 der nur ausschnittsweise gezeigten Scheibenelektrode 1 bildet. Das Beschichtungsmaterial 4 ist über jeder Seitenfläche 1.2 gegen eine als Hohlkehle 5.31 gestaltetes Anströmelement 5.3 der Schenkel 5.1 geführt. Jedes Anströmelement 5.3 ist an einem Schenkel 5.1 ausgebildet und entgegen der Rotationsrichtung 2 und parallel zur jeweiligen Seitenfläche 1.2 ausgerichtet angeordnet. Ein Anteil des Beschichtungsmaterials 4 ist durch den Spalt 6 transportiert, wodurch nach dem Spalt 6 eine bestimmte Dicke des Films des Beschichtungsmaterials 4 vorliegt. Überständiges, durch die Schenkel 5.1 abgestreiftes Beschichtungsmaterial 4 wird entlang des Anströmelements 5.3 von der Scheibenelektrode 1 weggeführt. Das Beschichtungsmaterial 4 staut sich, bleibt aber in Bewegung. Durch die Form des Anströmelements 5.3 und eine Begrenzung des vor dem Anströmelement 5.3 vorhandenen Sammelbereichs 13 durch das Gehäuse 8 wird das Beschichtungsmaterial 4 im Sammelbereich 13 umgewälzt. Das Beschichtungsmaterial 4 gelangt dann in den Rückführungskanal 12, wenn je Zeiteinheit mehr Beschichtungsmaterial 4 durch die Scheibenelektrode 1 herangeführt wird, als je Zeiteinheit durch den Spalt 6 passieren kann und der Sammelbereich 13 ausgefüllt ist. Drängt weiteres Beschichtungsmaterial 4 aus dem Sammelbereich 13 durch die Einlassöffnung 12.1 in den Rückführungskanal 12, wird das bereits in dem Rückführungskanal 12 vorhandene Beschichtungsmaterial 4 weiter durch den Rückführungskanal 12 geschoben.
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In einer weiteren Ausführung der Vorrichtung können der Abstreifer 5 und der Rückführungskanal 12 auch so positioniert und ausgerichtet sein, dass das Beschichtungsmaterial 4 aufgrund der wirkenden Schwerkraft durch den Rückführungskanal 12 fließt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheibenelektrode
- 1.1
- Rotationsachse
- 1.2
- Seitenfläche
- 1.3
- Umfangsfläche
- 2
- Rotationsrichtung
- 3
- Reservoir
- 4
- Beschichtungsmaterial
- 5
- Abstreifer
- 5.1
- Schenkel
- 5.2
- Steg
- 5.3
- Anströmelement
- 5.31
- Hohlkehle
- 5.4
- Anströmelement
- 5.41
- erster radialer Abschnitt
- 5.42
- zweiter radialer Abschnitt
- 5.43
- Schräge
- 5.5
- Begrenzung
- 5.6
- Halterung
- 6
- Spalt
- 7
- Innenraum
- 8
- Gehäuse
- 8.1
- Ausschnitt
- 9
- Radialkraft
- 10
- Ausgleichskraft
- 11
- Mittel zur Aufbringung einer Ausgleichskraft
- 11.1
- Feder
- 12
- Rückführungskanal
- 12.1
- Einlassöffnung
- 12.2
- Auslassöffnung
- 13
- Sammelbereich
- 14
- Entladungsbereich
- 15
- Anregungsquelle
- 16
- Laserstrahl
