DE102012201557A1 - Beam guidance system for focusingly guiding X-ray beam from e.g. carbon dioxide high power laser onto tin droplet for EUV lithography, has mirror, where beam-induced changes of beam guidance properties of mirror are partially compensated - Google Patents

Beam guidance system for focusingly guiding X-ray beam from e.g. carbon dioxide high power laser onto tin droplet for EUV lithography, has mirror, where beam-induced changes of beam guidance properties of mirror are partially compensated Download PDF

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Abstract

The system has a mirror (7) provided as a reflective beam guidance component. A transmission component (9) e.g. plane parallel plate, is partially transmissive for a beam (3) and provided as a refractive beam guidance component. The transmission component is tiltably arranged in a beam path of the system. The mirror and the transmission component are arranged such that beam-induced changes of beam guidance properties of the mirror are partially compensated by beam-induced changes of beam guidance properties of the transmission component.

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik Field of application and state of the art

Die Erfindung betrifft ein Strahlführungssystem zur fokussierenden Führung von Strahlung einer Hochleistungs-Laserlichtquelle hin zu einem Target. The invention relates to a beam guidance system for focusing guidance of radiation of a high-power laser light source toward a target.

Diese Erfindung betrifft insbesondere das Strahlführungssystem des Lasers in einer LPP-(laser produced plasma, lasererzeugtes Plasma)Quelle für EUVL (Strahlung bzw. Licht mit einer Wellenlänge im extremen Ultraviolett). Die Erfindung betrifft weiterhin eine LPP-Röntgenstrahlquelle mit einer Laserlichtquelle und einem derartigen Strahlführungssystem. In particular, this invention relates to the beam delivery system of the laser in a laser produced plasma (LPP) source for EUVL (extreme ultraviolet wavelength radiation). The invention further relates to an LPP X-ray source with a laser light source and such a beam guidance system.

Die derzeit bevorzugten Laserplasmaquellen für die EUV-Lithographie verwenden CO2-Hochleistungs-Laser die auf ein Zinn-Tröpfchen fokussiert werden. Dadurch wird ein heißes, dichtes Plasma erzeugt, welches 13.5 nm Strahlung emittiert. The currently preferred laser plasma sources for EUV lithography use high-power CO2 lasers focused on a tin droplet. This produces a hot, dense plasma that emits 13.5 nm of radiation.

Um EUV-Leistungen im Bereich 200 Watt im sogenannten intermediate Fokus (Zwischenfokus) eines EUVL-Systems zu erreichen sind mittlere CO2-Laserleistungen von typischerweise 35 kW notwendig. Die zugehörige Wellenlänge ist 10.6 μm. In order to achieve EUV powers in the range of 200 watts in the so-called intermediate focus (intermediate focus) of an EUVL system, mean CO2 laser powers of typically 35 kW are necessary. The associated wavelength is 10.6 μm.

Um das Plasma effizient zu zünden, ist es wesentlich, dass eine möglichst hohe Laserintensität an der Stelle des Targets sichergestellt wird. In order to ignite the plasma efficiently, it is essential that the highest possible laser intensity at the location of the target is ensured.

Das Target besteht typischerweise aus kleinen (Durchmesser ca. 10–100 μm) Zinntröpfchen, die mit einer Genauigkeit von einigen μm bis einigen zehn μm genau getroffen werden müssen. The target typically consists of small (diameter about 10-100 microns) tin droplets, which must be met with an accuracy of a few microns to a few tens of microns exactly.

Den Laser auf das Target zu fokussieren ist Aufgabe des Strahlführungssystems. Als optische Komponenten in diesem, System stehen nur (Kupfer-)Spiegel und einige wenige Materialien (Diamant, ZnSe sowie ZnS, GaAs, Ge, Si) für refraktive Elemente zur Verfügung. Focusing the laser on the target is the task of the beam guidance system. As optical components in this system, only (copper) mirrors and a few materials (diamond, ZnSe as well as ZnS, GaAs, Ge, Si) are available for refractive elements.

Problemstellung und Nachteil des Standes der Technik Problem and disadvantage of the prior art

Die derzeit diskutierten Strahlführungssysteme bestehen im Wesentlichen aus wassergekühlten Kupfer-Umlenkspiegeln und Diamantfenstern. Andere Materialien sind im Bereich geringer Strahlquerschnitte und hoher Laserleistungen nicht beständig und können allenfalls im Bereich geringerer Intensitäten eingesetzt werden.The currently discussed beam guidance systems essentially consist of water-cooled copper deflecting mirrors and diamond windows. Other materials are not stable in the range of small beam cross sections and high laser powers and can be used at best in the range of lower intensities.

Durch die hohen Laserintensitäten und die endliche Absorption der beschichteten oder sogar unbeschichteten Spiegel kommt es zu einer Deformation der Spiegeloberflächen, die wiederum die Wellenfronten des Laserstrahls deformieren. Beschichtungen sind nur bis zu einer grenzwertigen Laserintensität stabil. Bei höheren Intensitäten muss aus Lebensdauergründen auf sie verzichtet werden. Due to the high laser intensities and the finite absorption of the coated or even uncoated mirror, the mirror surfaces are deformed, which in turn deform the wavefronts of the laser beam. Coatings are stable only to a marginal laser intensity. At higher intensities it must be waived for life reasons.

Die führenden Aberrationen, die so eingeführt werden sind:

  • 1.) Defokus: Unter dem Einfluss der Laserstrahlung wölben sich alle Spiegeloberflächen gleichsinnig auf, d. h. der Effekt kumuliert beim Durchgang durch das System, welches, die Spiegel in den Power Amplifiern (Leistungsverstärker) mitgezählt, mehrere Dutzend Spiegel besitzen kann, so dass sich ein signifikanter nichttolerierbarer Fokusversatz aufsummieren kann. Der Laser wird dabei defokussiert.
  • 2.) Die Spiegel werden im Wesentlichen als 90°-Umlenkspiegel eingesetzt, dadurch entsteht eine Unsymmetrie in der thermischen Belastung die im Wesentlichen zu einem Astigmatismus und dadurch zu einer Reduktion der erreichbaren Peakintensität führt. Je nach relativer Anordnung der verschiedenen Spiegel können sich deren Beiträge aufsummieren oder kompensieren.
  • 3.) Durch Symmetriebrechungen in den Fassungen kann ein Wellenfrontkipp und damit ein Lateralvesatz des Strahles auftreten.
  • 4.) Durch höhere Ordnungen dieser Störungen (Koma, sph. Aberration, höherer Astigmatismus, ...) kann es zu einer zusätzlichen Reduktion der Peakintensität (Strehlfaktor) kommen.
The leading aberrations that are so introduced are:
  • 1.) Defocus: Under the influence of laser radiation, all mirror surfaces bulge in the same direction, ie the effect accumulates when passing through the system, which, counting the mirrors in the power amplifiers (power amplifier), can have several dozen mirrors, so that a can sum up significant non-tolerable focus offset. The laser is thereby defocused.
  • 2.) The mirrors are used essentially as a 90 ° deflecting mirror, thereby creating an asymmetry in the thermal load which essentially leads to astigmatism and thereby to a reduction of the achievable peak intensity. Depending on the relative arrangement of the different mirrors, their contributions can be summed or compensated.
  • 3.) Symmetry breaking in the versions can cause a wavefront tilt and thus a lateral damage of the beam.
  • 4.) By higher order of these disturbances (coma, sph. Aberration, higher astigmatism, ...) it can come to an additional reduction of the peak intensity (Strehlfaktor).

Insgesamt wird durch diese Mirror-heating-Effekte die Stabilität und Leistung des Laserplasmas stark beeinträchtigt. Overall, these mirror-heating effects greatly affect the stability and performance of the laser plasma.

Es müssen daher, sofern sie nicht vermeidbar sind, sehr aufwändige Kontroll- und Regelmechanismen in das Strahlführungssystem eingebaut werden um das System per feed-back oder ggf. feed-forward zu stabilisieren. Therefore, if they are unavoidable, very complex control and regulating mechanisms must be installed in the beam guidance system in order to stabilize the system via feedback or possibly feed-forward.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Strahlführungssystem der eingangs genannten Art derart weiter zu bilden, dass sich strahlinduzierte Änderungen an den Strahlführungseigenschaften des Strahlführungssystems nicht störend auf die fokussierende Führung der Strahlung der Laserlichtquelle auswirken. It is an object of the present invention to further develop a beam guidance system of the type mentioned at the outset such that beam-induced changes to the beam guidance properties of the beam guidance system do not interfere with the focusing guidance of the radiation of the laser light source.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Strahlführungssystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. This object is achieved by a beam guiding system with the features specified in claim 1.

Erfinderische Lösung Inventive solution

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich strahlinduzierte Änderungen an den Strahlführungseigenschaften des mindestens einen Spiegels des Strahlführungssystems durch strahlinduzierte Änderungen an den Strahlführungseigenschaften der mindestens einen Transmissions-Komponente zumindest teilweise kompensieren lassen, da ohne weiteres Komponentenanordnungen möglich sind, bei denen diese strahlinduzierten Änderungen einander entgegenwirken. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass sich eine induzierte Materialausdehnung sowie eine strahlinduzierte Brechungsindexänderung bei der mindestens einen Transmissions-Komponente grundsätzlich anders auf die Strahlführung auswirkt als eine strahlinduzierte Materialausdehnung bei dem mindestens einen Spiegel. According to the invention, it has been recognized that beam-induced changes to the beam guidance properties of the at least one mirror of the beam guidance system are due to beam-induced Modifications to the beam guiding properties of the at least one transmission component can be compensated for at least partially, since component arrangements are readily possible in which these beam-induced changes counteract each other. In this case, the fact is exploited that an induced material expansion as well as a beam-induced refractive index change in the at least one transmission component fundamentally has a different effect on the beam guidance than a beam-induced material expansion in the at least one mirror.

Das Strahlführungssystem kann mehrere Spiegel aufweisen. Das Strahlführungssystem kann mehrere Transmissions-Komponenten aufweisen. Die Spiegel und/oder die Transmissions-Komponenten können zu reflektiven bzw. refraktiven Komponentengruppen zusammengefasst oder auch abwechselnd im Strahlengang des Strahlführungssystems angeordnet sein. The beam guidance system can have a plurality of mirrors. The beam delivery system may include multiple transmission components. The mirrors and / or the transmission components can be combined to form reflective or refractive component groups or can also be arranged alternately in the beam path of the beam guidance system.

Insbesondere könnten thermisch induzierte oder intensitätsinduzierte Änderungen an den Strahlenführungseigenschaften kompensiert werden. Die Laserlichtquelle kann insbesondere Strahlung im IR-Bereich und insbesondere im MIR-Bereich (mittleres Infrarot, Wellenlängenbereich zwischen 2,5 µm und 25 µm) erzeugen. Bei der Laserlichtquelle kann es sich um einen CO2-Laser mit einer Emissionswellenlänge von 10,6 μm handeln. In particular, thermally-induced or intensity-induced changes in the beam guiding properties could be compensated. In particular, the laser light source can generate radiation in the IR range and in particular in the MIR range (middle infrared, wavelength range between 2.5 μm and 25 μm). In the laser light source may be a CO 2 laser having an emission wavelength of 10.6 microns.

Eine zumindest teilweise Kompensation der strahlinduzierten Änderungen an den Strahlführungseigenschaften, die einerseits durch den mindestens einen Spiegel und andererseits durch die mindestens eine Transmissions-Komponente bewirkt werden, liegt dann vor, wenn die kompensierte Strahlführungseigenschaft einem Vorgabewert um mindestens 5 % besser entspricht als eine unkompensierte Strahlführungseigenschaft. Die kompensierte Strahlführungseigenschaft kann einem Vorgabewert um mehr als 10 % besser entsprechen, um mehr als 25 % besser entsprechen oder auch um mehr als 50 % besser entsprechen. Die Kompensationswirkung kann insbesondere so sein, dass der Vorgabewert genau erreicht wird. An at least partial compensation of the beam-induced changes in the beam guidance properties, which are caused on the one hand by the at least one mirror and on the other by the at least one transmission component, is present when the compensated beam guidance property corresponds to a default value by at least 5% better than an uncompensated beam-guiding property , The compensated beam-guiding property can better correspond to a predefined value by more than 10%, correspond more than 25% better, or even correspond better by more than 50%. The compensation effect can in particular be such that the default value is reached exactly.

Diese relativen Kompensationswerte seien anhand eines Beispiels erläutert:
Als Strahlführungseigenschaft sei eine Fokalposition F der Strahlung im Bereich des Targets 5 vorgegeben. Der Vorgabewert sei eine Strahlposition F = z0 in Strahlführungsrichtung z. Eine strahlinduzierte Änderung an den Strahlführungseigenschaften des mindestens einen Spiegels führt zu einer Änderung der Fokalpositon hin zu einem Wert z0 + δzS. Die strahlinduzierte Änderung an der Fokalposition, bewirkt durch die Transmissions-Komponente führt zu einer Fokalposition z0 – δzT. Die Fokalposition hat sich dann aufgrund der strahlinduzierten Änderungen an den Strahlführungseigenschaften des mindestens einen Spiegels und der strahlinduzierten Änderungen an den Strahlführungseigenschaften der mindestens einen Transmissions-Komponente auf einen Wert F = z0 + δzS – δzT geändert. Eine zumindest teilweise Kompensation ist dann erreicht, wenn gilt: δzT ≥ 0,05·zS. Insbesondere gilt: δzT ≥ 0,1·δzS, δzT ≥ 0,25 δzS, δzT ≥ 0,5 δzS. Insbesondere gilt: δzS = δzT. These relative compensation values are explained by way of example:
As a beam guiding property is a focal position F of the radiation in the region of the target 5 specified. The default value is a beam position F = z 0 in the beam-guiding direction z. A beam-induced change in the beam guidance properties of the at least one mirror leads to a change in the focal position to a value z 0 + δz S. The beam-induced change at the focal position caused by the transmission component leads to a focal position z 0 - δz T. The focal position has then changed to a value F = z 0 + δz S -δz T due to the beam-induced changes to the beam-guiding properties of the at least one mirror and the beam-induced changes to the beam-guiding characteristics of the at least one transmission component. An at least partial compensation is achieved when: δz T ≥ 0.05 · z S. In particular: δz T ≥ 0.1 · δz S , δz T ≥ 0.25 δz S , δz T ≥ 0.5 δz S. In particular: δz S = δz T.

Auch für die anderen vorstehend angesprochenen führenden Abberationen geltend entsprechende Kompensationsbedingungen. Also for the other above-mentioned leading aberrations asserted corresponding compensation conditions.

Bei einer Ausführung nach Anspruch 2 ergibt sich die Möglichkeit einer Astigmatismuskompensation. Alternativ oder zusätzlich zu einer planparallelen Platte kann auch mindestens eine Transmissions-Komponente mit fokussierender oder defokussierender Wirkung, z. B. eine oder mehrere Linsen, beim Strahlenführungssystem zum Einsatz kommen. In an embodiment according to claim 2, there is the possibility of astigmatism compensation. Alternatively, or in addition to a plane-parallel plate, at least one transmission component with a focusing or defocusing effect, for. B. one or more lenses, come in the beam guidance system used.

Eine Keilplatte nach Anspruch 3 ermöglicht eine Kompensation von thermisch induzierten Komafehlern oder von Kippfehlern, also insbesondere eine Kompensation von hinsichtlich ihrer Rotationssymmetrie einzähligen Störungen. A wedge plate according to claim 3 enables a compensation of thermally induced coma faults or tilt errors, ie in particular a compensation of monotone interference with respect to their rotational symmetry.

Eine nach Anspruch 4 verkippbare Transmissions-Komponente ermöglicht eine gezielte Einstellung ihres Kompensationseinflusses. A tilting according to claim 4 transmission component allows a targeted adjustment of their compensation effect.

Ein Kompensations-Oberflächenprofil nach Anspruch 5 ermöglicht eine Kompensation von stationären Strahlführungsfehlern. A compensation surface profile according to claim 5 enables a compensation of stationary beam guiding errors.

ZnSe ist ein aufgrund seiner Transmissionseigenschaften geeignetes Material für die mindestens eine Transmissions-Komponente. Alternativ kann die Transmissions-Komponente aus ZnS, GaAs, Germanium, Silizium, Diamant oder anderen hinreichend transparenten Materialien gefertigt sein. ZnSe is a material suitable for its transmission properties for the at least one transmission component. Alternatively, the transmission component may be made of ZnS, GaAs, germanium, silicon, diamond or other sufficiently transparent materials.

Spiegel nach Anspruch 7 haben sich zur Führung von HochleistungsLaserstrahlung insbesondere im MIR-Bereich bewährt. Mirrors according to claim 7 have proven themselves for guiding high-power laser radiation, in particular in the MIR range.

Alternativ zu einem Umlenkspiegel nach Anspruch 8 kann auch mindestens ein Spiegel mit einer fokussierenden oder defokussierenden Wirkung zum Einsatz kommen. Es können also Konkavspiegel und/oder Konvexspiegel zum Einsatz kommen. Alternatively to a deflection mirror according to claim 8, at least one mirror with a focusing or defocusing effect can also be used. So concave mirror and / or convex mirror can be used.

Ein Gehäuse nach Anspruch 9 vermeidet eine Degradation der dort untergebrachten Transmissions-Komponenten durch Umgebungseinflüsse, z. B. durch Staub. Das Gehäuse kann evakuiert sein oder mit einem Schutzgas bzw. Inertgas gefüllt sein. Bei den Gehäusefenstern kann es sich um Diamantfenster handeln. Das Gehäuse verhindert zusätzlich im Falle einer thermisch induzierten Zerstörung des Kompensators eine Kontamination der Umgebung.A housing according to claim 9 avoids degradation of the accommodated there transmission components by environmental influences, eg. By dust. The housing may be evacuated or filled with a protective gas or inert gas. The housing windows can be diamond windows. The housing additionally prevents in the case of a thermally induced destruction of the compensator contamination of the environment.

Eine Ausgestaltung nach Anspruch 10 ermöglicht eine geregelte Kompensation der strahlinduzierten Änderungen an den Strahlführungseigenschaften des Strahlführungssystems. An embodiment according to claim 10 enables a controlled compensation of the beam-induced changes to the beam guidance properties of the beam guidance system.

Die Vorteile einer Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 11 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Strahlführungssystem bereits erläutert wurden. Die Laserlichtquelle der Röntgenstrahlquelle kann unterteilt sein in eine Vorpuls- und eine HauptpulsLaserlichtquelle. Die Wellenlängen des Vorpulses und des Hauptpulses können gleich, können aber auch unterschiedlich sein. The advantages of an X-ray source according to claim 11 correspond to those which have already been explained above with reference to the beam guidance system according to the invention. The laser light source of the X-ray source may be divided into a pre-pulse and a main pulse laser light source. The wavelengths of the pre-pulse and the main pulse may be the same but may be different.

Nachfolgend werden noch einige Erläuterungen zu vorteilhaften Ausgestaltungen des Strahlführungssystems und der Röntgenstrahlquelle gegeben:
Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, dass ein oder mehrere Komponenten aus ZnSe in das Strahlführungssystem eingebracht werden. Some explanations are given below for advantageous embodiments of the beam guidance system and the X-ray source:
According to the invention, the problem is solved by introducing one or more ZnSe components into the beam guiding system.

Dies folgt an Stellen im Strahlführungssystem, die bzgl. der Strahlungsbelastung für ZnSe unkritisch sind. Dies kann z. B. an Stellen in der Verstärkerkette geschehen in denen die Laserleistung noch auf moderatem Niveau ist, oder an entsprechend aufgeweiteten Stellen an denen die Laserintensität hinreichend gering ist. This follows at points in the beam guiding system that are not critical with respect to the radiation load for ZnSe. This can be z. B. happen in places in the amplifier chain in which the laser power is still at a moderate level, or at corresponding widened locations where the laser intensity is sufficiently low.

Ausgenutzt wird, dass durch die Temperaturabhängigkeit der Brechzahl von ZnSe, dieses Material bei Temperaturerhöhung eine fokussierende Wirkung auf den Laserstrahl hat und damit die indizierte, defokussierende Wirkung der Spiegel kompensieren kann. It is exploited that due to the temperature dependence of the refractive index of ZnSe, this material has a focussing effect on the laser beam when the temperature is increased and thus can compensate for the indexed, defocusing effect of the mirrors.

Die Größe dieses Effektes ist abhängig von der Dicke des Materials und der Laserleistung. The size of this effect depends on the thickness of the material and the laser power.

Da davon ausgegangen werden kann, dass sowohl der von den Spiegeln als auch der von einer ZnSe-Planparallelplatte induzierte Effekt mehr oder weniger linear in der Laserleistung ist, lässt sich für eine feste Konfiguration eine optimale ZnSe-Dicke bestimmen, die die laserinduzierten Fokuseffekte für beliebte Leistungen (größtenteils) kompensiert. Since it can be assumed that the effect induced by the mirrors as well as that of a ZnSe plane parallel plate is more or less linear in laser power, a fixed configuration can determine an optimal ZnSe thickness, which the laser-induced focus effects are popular for Services (largely) compensated.

Durch geeignetes Kippen einer solchen ZnSe-Platte mit geeigneter Dicke im Strahlengang, sollte sich – über den gleichen Mechanismus der in den Spiegeln Astigmatismus erzeugt –, auch ein kompensierendes Astigmatismusprofil erzeugen lassen, so dass auch der Astigmatismus des Gesamtsystems leistungsunabhängig kompensiert werden kann. By suitably tilting such a ZnSe plate with a suitable thickness in the beam path, it should also be possible-via the same mechanism of astigmatism generated in the mirrors-to produce a compensating astigmatism profile, so that the astigmatism of the entire system can be compensated independently of the power.

Thermisch induzierte Koma oder Kipp (einzählige Störungen) lassen sich durch Einbringen eines geeigneten Keiles aus ZnSe kompensieren. Thermally induced coma or Kipp (single disturbances) can be compensated by introducing a suitable wedge of ZnSe.

Zusätzliche lassen sich stationäre Strahlaberrationen, verursacht die Fassungs-, Kühl- und sonstige Effekte durch Aufprägen eines geeigneten Oberflächenprofils kompensieren. In addition, stationary beam aberrations, causing the framing, cooling and other effects can be compensated by imposing a suitable surface profile.

Im Idealfall ließen sich alle diese Kompensationsmechanismen in einem maßgeschneiderten gekippten ZnSe-Keil, definierter Dicke mit integriertem Korrekturprofil verwirklichen. Ideally, all of these compensation mechanisms could be realized in a customized tilted ZnSe wedge of defined thickness with integrated correction profile.

Eine Umsetzung der Erfindung ist natürlich auch auf andere Materialien und Wellenlängen verallgemeinerbar. Of course, an implementation of the invention is also generalizable to other materials and wavelengths.

Ein Aspekt der Erfindung lässt sich folgendermaßen formulieren: Strahlführungssystem für einen CO2-Laser, gekennzeichnet dadurch, dass von den Spiegeln thermisch induzierte Wellenfrontdeformationen durch eine Anordnung von plattenförmigen oder keilförmigen ZnSe-Elementen leistungsunabhängig kompensiert werden. One aspect of the invention can be formulated as follows: Beam guiding system for a CO2 laser, characterized in that thermally induced wavefront deformations are compensated for independently of performance by an array of plate-shaped or wedge-shaped ZnSe elements.

Ausführungsbeispiele embodiments

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. In this show:

1 schematisch eine Röntgenstrahlquelle mit einer Laserlichtquelle und einem Strahlführungssystem; 1 schematically an X-ray source with a laser light source and a beam guidance system;

2 in einer zu 1 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführung einer Röntgenstrahlquelle mit einer Laserlichtquelle und einem Strahlführungssystem; 2 in one too 1 a similar embodiment of another embodiment of an X-ray source with a laser light source and a beam guidance system;

3 bis 5 ebenfalls schematisch, aber stärker im Detail, verschiedene Ausführungen der Röntgenstrahlquelle nach 1; und 3 to 5 also schematically, but more in detail, different versions of the X-ray source according to 1 ; and

6 eine Ausschnittsvergrößerung gemäß Detail VI aus 5. 6 an enlarged detail according to detail VI 5 ,

1 zeigt schematisch eine Röntgenstrahlquelle 1. Die Röntgenstrahlquelle 1 dient zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, insbesondere im EUV-(extremes Ultraviolett)Wellenlängenbereich, beispielsweise im Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Röntgenstrahlquelle 1 handelt es sich um eine LPP-(laser produced plasma)Röntgenstrahlquelle. 1 schematically shows an X-ray source 1 , The X-ray source 1 serves to generate X-radiation, in particular in the EUV (extreme ultraviolet) wavelength range, for example in the wavelength range between 5 nm and 30 nm. In the case of the X-ray source 1 is an LPP (laser produced plasma) X-ray source.

Die Röntgenstrahlquelle 1 hat eine Laserlichtquelle 2, die Laserstrahlung 3 erzeugt. Bei der Laserlichtquelle 2 handelt es sich um eine HochleistungsLaserlichtquelle mit einer cw-Leistung der Laserstrahlung 3 im kW-Bereich, also beispielsweise im Bereich zwischen 500 W und 100 kW, insbesondere im Bereich zwischen 1 kW und 50 kW, beispielsweise im Bereich von 35 kW. Die Laserstrahlung 3 hat eine Wellenlänge im IR-Bereich, insbesondere im MIR-Bereich. Bei der Laserlichtquelle 2 handelt es sich um einen CO2-Laser. Die Laserlichtquelle 2 kann unterteilt sein in eine Vorpuls-(prepulse)Quelle und in eine Hauptpuls-(main pulse)Quelle wie dies für LPP-Röntgenstrahlquellen grundsätzlich bekannt ist. The X-ray source 1 has a laser light source 2 , the laser radiation 3 generated. At the laser light source 2 it is a High power laser light source with a cw power of laser radiation 3 in the kW range, ie for example in the range between 500 W and 100 kW, in particular in the range between 1 kW and 50 kW, for example in the range of 35 kW. The laser radiation 3 has a wavelength in the IR range, especially in the MIR range. At the laser light source 2 it is a CO 2 laser. The laser light source 2 may be divided into a prepulse source and a main pulse source, as is well known for LPP x-ray sources.

Die Röntgenstrahlquelle 1 umfasst weiterhin ein Strahlführungssystem 4. Dieses dient zur fokussierenden Führung der Laserstrahlung 3 der Laserlichtquelle 2 hin zu einem Target 5. Bei dem Target handelt es sich um ein Zinntröpfchen mit einem typischen Durchmesser im Bereich zwischen 10 μm und 100 μm und insbesondere mit einem typischen Durchmesser von 30 μm. Das Stahlführungssystem 4 ist so ausgeführt, dass das Target 5 mit einer Strahlführungsgenauigkeit im Bereich von 1 μm bis einigen 10 μm, genau getroffen wird. The X-ray source 1 further comprises a beam guiding system 4 , This serves for focusing guidance of the laser radiation 3 the laser light source 2 towards a target 5 , The target is a tin droplet with a typical diameter in the range between 10 μm and 100 μm and in particular with a typical diameter of 30 μm. The steel guidance system 4 is designed so that the target 5 with a beam guidance accuracy in the range of 1 .mu.m to a few 10 .mu.m, exactly hit.

Das Strahlführungssystem 4 umfasst eine reflektive Komponentengruppe 6 mit mindestens einem Spiegel 7 als reflektiver Strahlführungskomponente und eine refraktive Komponentengruppe 8 mit mindestens einer für die Strahlung zumindest partiell durchlässigen Transmissions-Komponente 9 als refraktiver Strahlführungskomponente. Die reflektive Komponentengruppe 6 kann genau einen Spiegel 7 aufweisen, kann aber auch mehrere Spiegel aufweisen. Die refraktive Komponentengruppe 8 kann genau eine Transmissions-Komponente 9, kann aber auch mehrere TransmissionsKomponenten aufweisen. Spiegel 7 und Transmissions-Komponenten 9 des Strahlführungssystems 4 können auch abwechselnd im Strahlengang des Strahlführungssystems 4 angeordnet sein, wie dies beispielhaft in der 2 angedeutet ist, wo zwischen zwei Spiegeln 7 im Strahlengang der Laserstrahlung 3 eine Transmissions-Komponente 9 angeordnet ist. In gleicher Weise kann bei einer nicht dargestellten Ausführung auch ein Spiegel 7 zwischen zwei Transmissions-Komponenten 9 angeordnet sein. The beam guiding system 4 includes a reflective component group 6 with at least one mirror 7 as a reflective beam-guiding component and a refractive component group 8th with at least one transmission component which is at least partially permeable to the radiation 9 as refractive beam guiding component. The reflective component group 6 can be exactly one mirror 7 but may also have multiple mirrors. The refractive component group 8th can be exactly one transmission component 9 but may also have multiple transmission components. mirror 7 and transmission components 9 of the beam guidance system 4 can also be alternately in the beam path of the beam guidance system 4 be arranged as exemplified in the 2 implied where between two mirrors 7 in the beam path of the laser radiation 3 a transmission component 9 is arranged. Similarly, in a non-illustrated embodiment, a mirror 7 between two transmission components 9 be arranged.

Die Anordnung des mindestens einen Spiegels 7 und der mindestens einen Transmissions-Komponente 9 innerhalb des Strahlführungssystems 4 ist derart, dass sich strahlinduzierte Änderungen an den Strahlführungseigenschaften des mindestens einen Spiegels 7 durch strahlinduzierte Änderungen an den Strahlführungseigenschaften der mindestens einen Transmissions-Komponente 9 zumindest teilweise kompensieren. The arrangement of the at least one mirror 7 and the at least one transmission component 9 within the beam guidance system 4 is such that there are beam-induced changes to the beam-guiding properties of the at least one mirror 7 by beam-induced changes to the beam guidance properties of the at least one transmission component 9 at least partially compensate.

Die strahlinduzierten Änderungen an den Strahlführungseigenschaften des mindestens einen Spiegels 7 ergeben sich insbesondere durch eine strahlinduzierte Erwärmung eines strahlungsbeaufschlagten Abschnitts der Reflexionsfläche des Spiegels 7 und eine damit einhergehende Änderung einer Topographie der Reflexionsfläche aufgrund einer thermischen Ausdehnung des Spiegelmaterials.The beam-induced changes to the beam guiding properties of the at least one mirror 7 arise in particular by a beam-induced heating of a radiation-exposed portion of the reflection surface of the mirror 7 and a concomitant change in topography of the reflective surface due to thermal expansion of the mirror material.

Strahlinduzierte Änderungen an den Strahlführungseigenschaften der mindestens einen Transmissions-Komponente können sich durch strahlinduzierte Brechungsindexänderungen des Komponentenmaterials und ebenfalls durch eine Änderung einer Topographie der die Laserstrahlung 3 brechenden Komponentenflächen aufgrund einer thermischen Ausdehnung der Transmissions-Komponente 9 insbesondere aufgrund einer Restabsortion der Laserstrahlung 3 ergeben. Beam-induced changes to the beam guiding properties of the at least one transmission component may be due to beam-induced refractive index changes of the component material and also due to a change in topography of the laser radiation 3 refractive component surfaces due to thermal expansion of the transmission component 9 in particular due to a residual absorption of the laser radiation 3 result.

Die Transmissions-Komponente 9 ist aus ZnSe (Zinkselenid) gefertigt. Alternativ kann die Transmissions-Komponente 9 auch aus ZnS, Ge, GaAs, Silizium, Diamant oder anderen Materialien mit hinreichender Transmission gefertigt sein. The transmission component 9 is made of ZnSe (zinc selenide). Alternatively, the transmission component 9 also be made of ZnS, Ge, GaAs, silicon, diamond or other materials with sufficient transmission.

Der mindestens eine Spiegel 7 hat eine Reflexionsfläche aus Kupfer. Er kann eine absorptionsminderende Beschichtung besitzen. Im Bereich geringerer Intensitäten sind auch andere Spiegelmaterialien denkbar. Der mindestens eine Spiegel 7 kann reine Umlenkeigenschaften haben. Alternativ ist es möglich, dass der Spiegel 7 eine fokussierende oder eine defokussierende Wirkung auf die Laserstrahlung 3 hat. The at least one mirror 7 has a reflection surface made of copper. It may have an absorption-reducing coating. In the range of lower intensities, other mirror materials are also conceivable. The at least one mirror 7 can have pure deflecting properties. Alternatively it is possible that the mirror 7 a focusing or a defocusing effect on the laser radiation 3 Has.

Die mindestens eine Transmissions-Komponente 9 oder auch eine gesamte refraktive Komponentengruppe 8 kann, wie dies in den 1 und 2 gestrichelt dargestellt ist, in einem gasdichten Gehäuse 10 mit mindestens einem für die Laserstrahlung 3 durchlässigen Fenster 11 untergebracht sein. Das Innere des Gehäuses 10 kann evakuiert sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Innere des Gehäuses 10 eine Inertgas-Atmosphäre aufweisen. The at least one transmission component 9 or an entire refractive component group 8th can, as in the 1 and 2 shown in dashed lines, in a gas-tight housing 10 with at least one for the laser radiation 3 permeable window 11 be housed. The interior of the housing 10 can be evacuated. Alternatively or additionally, the interior of the housing 10 have an inert gas atmosphere.

Bei der Ausführung nach 3 ist der Spiegel 7 als konkaver Kollimationsspiegel ausgeführt. Die Transmissions-Komponente 9 ist als Plankonvexlinse ausgeführt. Auch eine Ausführung der Transmissions-Komponente als Bikonvexlinse oder als Meniskuslinse ist möglich. Bei einer nicht dargestellten Ausführung kann mindestens eine der Transmissions-Komponenten 9 als defokussierende Linse, als beispielsweise Plankonkav- oder als Bikonkavlinse ausgeführt sein. In the execution after 3 is the mirror 7 designed as a concave collimation mirror. The transmission component 9 is designed as a plano-convex lens. An embodiment of the transmission component as a biconvex lens or as a meniscus lens is also possible. In one embodiment, not shown, at least one of the transmission components 9 be designed as a defocusing lens, as for example Plankonkav- or as a biconcave lens.

Anhand der 3 bis 6 werden nachfolgend verschiedene Varianten für das Strahlführungssystem 4 erläutert. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. Based on 3 to 6 Below are different variants for the beam guidance system 4 explained. Components which correspond to those described above with reference to 1 and 2 already described, bear the same reference numbers and will not be discussed again in detail.

Bei der Ausführung nach 4 ist der Spiegel 7 als konkaver Fokussierspiegel ausgeführt. Die Transmissions-Komponente 9 ist als planparallele Platte ausgeführt. Die planparallele Platte 9 nach 4 steht mechanisch mit einem Kippantrieb 12 zur gesteuerten Verkippung der planparallelen Platte 9 in Wirkverbindung. Der Kippantrieb 12 steht mit einer Steuer/Regeleinrichtung 13 in Signalverbindung. Letztere steht mit einem bildgebenden optischen Sensormodul 14 in Signalverbindung, welches einen Strahlfokus der Laserstrahlung 3 im Bereich des Targets 5 erfasst. Je nach dem Fokus-Bildergebnis, welches das Sensormodul 14 erfasst und welches in der Steuer-Regeleinrichtung 13 mit Hilfe eines entsprechenden Algorithmus ausgewertet wird, wird über den Kippantrieb 12 ein Kippwinkel der planparallelen Platte 9 im Strahlengang der Laserstrahlung 3 nachgeregelt, wie dies in der 4 durch einen Doppelpfeil 15 angedeutet ist. In the execution after 4 is the mirror 7 designed as a concave focusing mirror. The transmission component 9 is designed as a plane-parallel plate. The plane-parallel plate 9 to 4 is mechanically with a tilting drive 12 for controlled tilting of the plane-parallel plate 9 in active connection. The tilt drive 12 stands with a control / regulation device 13 in signal connection. The latter stands with an imaging optical sensor module 14 in signal connection, which has a beam focus of the laser radiation 3 in the range of the target 5 detected. Depending on the focus image result, which is the sensor module 14 detected and which in the control device 13 is evaluated by means of a corresponding algorithm is via the tilting drive 12 a tilt angle of the plane-parallel plate 9 in the beam path of the laser radiation 3 readjusted, as in the 4 by a double arrow 15 is indicated.

Bei der Ausführung nach 5 dient eine Keilplatte als Transmissions-Komponente 9. Die beiden optischen Flächen der Keilplatte 9, die von der Laserstrahlung 3 durchtrieben werden, haben einen Keilwinkel zueinander, der im Bereich zwischen 1° und 30° liegt. Auch die Keilplatte 9 kann geregelt verkippt werden (Doppelpfeil 15) wie dies im Zusammenhang mit der planparallelen Platte 9 nach 4 bereits erläutert wurde. In the execution after 5 serves a wedge plate as a transmission component 9 , The two optical surfaces of the wedge plate 9 by the laser radiation 3 are driven through, have a wedge angle to each other, which is in the range between 1 ° and 30 °. Also the wedge plate 9 can be tilted fixed (double arrow 15 ) like this in connection with the plane-parallel plate 9 to 4 has already been explained.

Eine Austrittsfläche 16 der Keilplatte 9 ist als Kompensations-Oberflächenprofil (vgl. die Ausschnittsvergrößerung nach 6) zur zumindest teilweisen Kompensation von Strahlführungsfehlern ausgebildet, die von der Laserlichtquelle 2 bzw. von einer der weiteren Komponenten des Strahlführungssystems 4 erzeugt werden. Insbesondere stationäre Strahlführungsfehler können mit Hilfe des Kompensations-Oberflächenprofils kompensiert werden. An exit surface 16 the wedge plate 9 is as a compensation surface profile (see the enlarged detail to 6 ) for the at least partial compensation of beam guiding errors, that of the laser light source 2 or of one of the other components of the beam guidance system 4 be generated. In particular, stationary beam guiding errors can be compensated with the aid of the compensation surface profile.

Claims (11)

Strahlführungssystem (4) zur fokussierenden Führung von Strahlung (3) einer Hochleistungs-Laserlichtquelle (2) hin zu einem Target (5), – mit mindestens einem Spiegel (7) als reflektiver Strahlführungskomponente und – mit mindestens einer für die Strahlung (3) zumindest partiell durchlässigen Transmissions-Komponente (9) als refraktiver Strahlführungskomponente, – wobei die Anordnung des mindestens einen Spiegels (7) und der mindestens einen Transmissions-Komponente (9) derart ist, dass sich strahlinduzierte Änderungen an den Strahlführungseigenschaften des mindestens einen Spiegels (7) durch strahlinduzierte Änderungen an den Strahlführungseigenschaften der mindestens einen Transmissions-Komponente (9) zumindest teilweise kompensieren.Beam guiding system ( 4 ) for focusing guidance of radiation ( 3 ) of a high power laser light source ( 2 ) to a target ( 5 ), - with at least one mirror ( 7 ) as a reflective beam guiding component and - with at least one for the radiation ( 3 ) at least partially transmissive transmission component ( 9 ) as a refractive beam guiding component, - wherein the arrangement of the at least one mirror ( 7 ) and the at least one transmission component ( 9 ) such that beam-induced changes to the beam guiding properties of the at least one mirror ( 7 ) by beam-induced changes to the beam guidance properties of the at least one transmission component ( 9 ) at least partially compensate. Strahlführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissions-Komponente (9) als planparallele Platte ausgeführt ist. Beam guiding system according to claim 1, characterized in that the transmission component ( 9 ) is designed as a plane-parallel plate. Strahlführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissions-Komponente (9) als Keilplatte ausgeführt ist. Beam guiding system according to claim 1, characterized in that the transmission component ( 9 ) is designed as a wedge plate. Strahlführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissions-Komponente (9) im Strahlengang des Strahlführungssystems (4) verkippbar (15) angeordnet ist. Beam guiding system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the transmission component ( 9 ) in the beam path of the beam guidance system ( 4 ) tiltable ( 15 ) is arranged. Strahlführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissions-Komponente (9) ein Kompensations-Oberflächenprofil (16) zur zumindest teilweisen Kompensation von Strahlführungsfehlern aufweist, die von der Laserlichtquelle (2) und/oder von einer Komponente (7, 9) des Strahlführungssystems (4) erzeugt werden. Beam guiding system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the transmission component ( 9 ) a compensation surface profile ( 16 ) for at least partial compensation of beam guiding errors emitted by the laser light source ( 2 ) and / or of a component ( 7 . 9 ) of the beam guidance system ( 4 ) be generated. Strahlführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Transmissions-Komponente (9) aus ZnSe gefertigt ist. Beam guiding system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one transmission component ( 9 ) is made of ZnSe. Strahlführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Spiegel (7) eine Reflexionsfläche aus Kupfer hat. Beam guiding system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one mirror ( 7 ) has a reflective surface made of copper. Strahlführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Spiegel (7) reine Umlenkeigenschaften für die Strahlung (3) hat. Beam guiding system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least one mirror ( 7 ) pure deflecting properties for the radiation ( 3 ) Has. Strahlführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Transmissions-Komponente (9) in einem gasdichten Gehäuse (10) mit mindestens einem für die Strahlung (3) durchlässigen Fenster (11) untergebracht ist. Beam guiding system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one transmission component ( 9 ) in a gastight housing ( 10 ) with at least one for the radiation ( 3 ) permeable windows ( 11 ) is housed. Strahlführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch – ein Sensormodul (14) zur Fokuserfassung der Strahlung (3) im Bereich des Targets (5), – einen Verlagerungsantrieb (12) zum Verlagern der Transmissions-Komponente (9) und – eine Steuer-/Regeleinrichtung (13), die in Signalverbindung mit dem Sensormodul (14) und dem Verlagerungsantrieb (12) steht.Beam guiding system according to one of claims 1 to 9, characterized by - a sensor module ( 14 ) for focus detection of the radiation ( 3 ) in the area of the target ( 5 ), - a displacement drive ( 12 ) for relocating the transmission component ( 9 ) and - a control device ( 13 ) in signal communication with the sensor module ( 14 ) and the displacement drive ( 12 ) stands. Laser Produced Plasma-(LPP-)Röntgenstrahlquelle (1) mit einer Laserlichtquelle (2) und mit einem Strahlführungssystem (4) nach Anspruch 1. Laser Produced Plasma (LPP) X-ray source ( 1 ) with a laser light source ( 2 ) and with a beam guiding system ( 4 ) according to claim 1.
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