DE102013001940A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von EUV-und/oder weicher Röntgenstrahlung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erzeugung von EUV-Strahlung und/oder weicher Röntgenstrahlung. Die Vorrichtung weist zwei sich gegenüber liegende Elektroden auf, zwischen denen durch Anlegen einer elektrischen Spannung einer Hochspannungsquelle eine Gasentladung gezündet werden kann. Die Vorrichtung umfasst auch mindestens eine vom Entladungsplasma getrennte Elektronenstrahlquelle, die so angeordnet und betreibbar ist, dass ein durch die Elektronenstrahlquelle erzeugter Elektronenstrahl auf das Entladungsplasma trifft und dieses zur Erzeugung wenigstens eines Anteils der EUV- und/oder Röntgenstrahlung anregen kann. Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung und dem vorgeschlagenen Verfahren lässt sich die Hauptentladung mit geringerem Leistungseintrag erzeugen, so dass die Erosion der Elektroden verringert und damit die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht wird.

Description

• Technisches Anwendungsgebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von EUV-Strahlung und/oder weicher Röntgenstrahlung, die wenigstens zwei sich gegenüber liegende Elektroden aufweist, zwischen denen durch Anlegen einer elektrischen Spannung einer Hochspannungsquelle eine Gasentladung gezündet werden kann. Die Erfindung befasst sich auch mit einem Verfahren zur Erzeugung von EUV-Strahlung und/oder weicher Röntgenstrahlung.
• Extreme Ultraviolett-Strahlung (EUV-Strahlung) und weiche Röntgenstrahlung werden bspw. in der Projektionslithographie oder bei Röntgenanalyseverfahren wie der Photoelektronenspektroskopie oder der Röntgenfluoreszenzanalyse benötigt. Bei diesen Anwendungen besteht ein Bedarf an kompakten, preisgünstigen und langlebigen EUV- bzw. Röntgenlichtquellen.
• Stand der Technik
• Dichte, heiße Plasmen sind bekannt als effiziente Emitter von EUV- und weicher Röntgenstrahlung. Dabei wird Materie so stark aufgeheizt, dass thermische Emission in diesem Spektralbereich auftritt. Die Aufheizung erfolgt heutzutage entweder in einer Gasentladung oder mit einem intensiven Laserpuls. Bei der Gasentladung wird Neutralgas mit einem gepulsten Strom auf die notwendige Dichte und Temperatur gebracht. Bei der Aufheizung mit einem Laserpuls wird ein Laserstrahl auf ein Target fokussiert, so dass mit der absorbierten Energie die Materie aufgeheizt wird und ein Laserplasma entsteht. Vorteile der Gasentladung liegen in der effizienten Umsetzung der elektrisch gespeicherten Energie und in dem geringeren technischen Aufwand durch den Verzicht auf einen Pulslaser. Mit dem Laserplasma lässt sich jedoch in der Regel eine höhere Brillanz erreichen, wie sie für viele Anwendungen in der Metrologie von Interesse ist.
• Die DE 197 53 696 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von EUV-Strahlung und weicher Röntgenstrahlung aus einer Gasentladung, bei denen mit einer geeigneten Elektrodengeometrie eine Pseudofunkenentladung erzeugt und zur Erzeugung der Strahlung genutzt wird. Allerdings tritt bei Gasentladungsplasmen durch den hohen Leistungseintrag über die Elektroden häufig eine starke Elektrodenerosion auf, die zu einer Verringerung der Lebensdauer des Elektrodensystems führt.
• Aus der Veröffentlichung von C. Jiang et al., „Pseudospark electron beam as an excitation source for extreme ultraviolet generation", Appl. Phys. Lett. 87, 131501 (2005), ist es bekannt, EUV-Strahlung mit Hilfe eines Elektronenstrahls anzuregen. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Anregung der Strahlung in einem thermischen Plasma durch Stoßanregung hochionisierter Ionen durch Elektronen erfolgt. In einem thermischen Plasma steht allerdings nur ein geringer Teil der Elektronen mit einer ausreichend hohen Energie in der Größenordnung der Photonenenergie zur Anregung der Ionen zur Verfügung. Durch die gezielte Erzeugung von Elektronen mit entsprechend hoher Energie kann daher nahezu verlustfrei deren Energie über Deposition der Energie im Plasma, Stoßanregung und nachfolgenden Strahlungsübergang des angeregten Ions in EUV-Licht umgesetzt werden. Die in der obigen Veröffentlichung von C. Jiang et al. dargestellte Technik ermöglicht eine Erzeugung der Elektronenstrahlen und somit der EUV-Strahlung durch eine Pseudofunkenentladung bei relativ geringen Spannungen.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erzeugung von EUV-Strahlung und/oder weicher Röntgenstrahlung mittels einer Gasentladung anzugeben, bei denen eine geringere Elektrodenerosion auftritt und die damit eine längere Lebensdauer des Elektrodensystems ermöglichen.
• Darstellung der Erfindung
• Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sowie des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
• Die vorgeschlagene Vorrichtung weist wenigstens zwei sich gegenüberliegende Elektroden auf, zwischen denen durch Anlegen einer elektrischen Spannung einer Hochspannungsquelle eine Gasentladung zur Erzeugung eines Entladungsplasmas gezündet werden kann. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie mindestens eine vom Entladungsplasma getrennte Elektronenstrahlquelle aufweist, die so angeordnet und betreibbar ist, dass ein durch die Elektronenstrahlquelle erzeugter Elektronenstrahl auf das Entladungsplasma der Gasentladung trifft und dieses zur Erzeugung wenigstens eines Anteils der EUV- und/oder Röntgenstrahlung anregen kann.
• Bei dieser Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren erfolgt somit eine Nachheizung des Entladungsplasmas durch einen oder mehrere Elektronenstrahlen. Die getrennte Erzeugung des oder der Elektronenstrahlen ermöglicht eine optimale Anpassung der Elektronenstrahlparameter hinsichtlich der Einkopplung in das Entladungsplasma. Das Entladungsplasma kann dabei mit einer relativ geringen elektrischen Energie erzeugt werden. Dieses Plasma wird dann durch den oder die Elektronenstrahlen effektiv nachgeheizt, wobei die zusätzlich über den oder die Elektronenstrahlen eingebrachte Energie bei geeigneter Anpassung der Elektronenstrahlparameter näherungsweise verlustfrei in die gewünschte kurzwellige Strahlung umgewandelt wird.
• Im Gegensatz zu einem laserinduzierten Plasma kann bei der vorgeschlagenen Vorrichtung ein Großteil der notwendigen Energie apparativ einfacher durch elektrische Energie beigetragen werden. Der Vorteil gegenüber einer reinen Gasentladung besteht in einem deutlich geringeren Eintrag elektrischer Leistung in unmittelbarer Nähe der Elektroden, woraus eine geringere Elektrodenerosion und damit eine höhere Lebensdauer der Elektrodenanordnung verbunden sind.
• Die für die optimale Nachheizung des Entladungsplasmas erforderlichen Elektronenparameter werden nachfolgend abgeschätzt.
• Die Eindringtiefe (Δ_c) von Elektronen mit der Energie (E_kin) in ein Plasma aufgrund von Abbremsen durch reine Coulombwechselwirkung mit den Ionen ist gegeben durch:

  

  wobei ε₀ der Dielektrizitätskonstante des Vakuums, n_e der Elektronendichte, e der Elektronenladung und lnΛ dem Coulomb-Logarithmus entsprechen. Für die Kombination ε₀ = 8,85E-12 AS/(Vm), e = 1,6E-19 C, lnΛ = 10, n_e = 1E-19 cm^–3 und E_kin = 2 keV ergibt sich eine Eindringtiefe von etwa Δ_c = 4,8 mm. Der entsprechende Wirkungsquerschnitt σ_c = 1/(Δ_c·n_e) beträgt hier etwa 2,1E-19 cm². Treffen die Elektronen auf Ionen mit freien Übergängen zur Anregung, so kommt ein weiterer Verlustmechanismus dazu. Der Wechselwirkungsquerschnitt hängt dabei in folgender Weise von den Plasma- und atomaren Parametern ab:

  
• Dabei sind E_ij und f_ij die Energie und die Oszillatorstärke des Übergangs, a₀ = 0,53E-10 m der Bohr'sche Radius, G ≈ 1 der Gauntfaktor und R_y die Rydberg-Konstante. Für f_ij = 0,4 und E_ij = 100 eV ergibt sich damit für 5 keV Elektronen ein Wirkungsquerschnitt von Δ_exc = 4,8E-19 cm². In diesem Fall also etwa 2,5fach dem Wert für die reine Coulombwechselwirkung aus dem vorangehenden Beispiel. In der Summe aller Prozesse, insbesondere bei mehreren möglichen Übergängen zur Anregung und unter Berücksichtigung des Energieverlustes der Elektronen während des Abbremsens, ergeben sich damit typische Eindringtiefen unterhalb von 1 mm bzw. einigen 100 μm. Dies liegt genau in der Größenordnung der Ausdehnung des Entladungsplasmas, welches typisch einen Durchmesser von einigen 100 μm und eine Länge von einigen Millimetern aufweist. Elektronen mit einer Energie von einigen keV können damit vollständig in dem Entladungsplasma abgebremst werden und sind für die Nachheizung optimal geeignet.
• Die Elektrodenanordnung für die Erzeugung des Entladungsplasmas ist bei der vorgeschlagenen Vorrichtung vorzugsweise so ausgebildet, dass das Entladungsplasma auf Basis einer Pseudofunkenentladung erzeugt wird. Eine derartige Elektrodengeometrie bzw. -anordnung ist bspw. aus der eingangs genannten DE 197 53 696 A1 bekannt. Vorzugsweise weisen die sich gegenüberliegenden Elektroden dabei jeweils eine auf einer gemeinsamen Achse liegende Durchgangsbohrung auf, so dass sich die Pseudofunkenentladung auf der gemeinsamen Achse ausbildet. Die als Kathode dienende Elektrode wird dabei bspw. als Hohlkathode ausgeführt. Durch die Öffnung oder Bohrung der Anode kann die die vom Entladungsplasma emittierte EUV- und/oder weiche Röntgenstrahlung nach außen treten.
• Die von der Gasentladung getrennte Erzeugung mindestens eines Elektronenstrahls erfolgt vorzugsweise ebenfalls über eine Pseudofunkenentladung. Hierzu kann bspw. eine weitere Hohlkathode eingesetzt werden, die mit der Elektrodenanordnung für die Erzeugung der Gasentladung eine gemeinsame Anode aufweist. Der Elektronenstrahl kann auch mit einer anders aufgebauten Elektronenstrahlquelle erzeugt werden, die es neben einer Einstellung der erforderlichen Elektronenenergie ermöglicht, den Elektronenstrahl in das Entladungsplasma zu richten. Beispiele für derartige Elektronenstrahlquellen können Systeme sein, bei denen thermische Emission oder Feldemission in Verbindung mit einem beschleunigenden Feld genutzt werden.
• Bei Erzeugung des mindestens einen Elektronenstrahls mit einer zusätzlichen Pseudofunkenentladung kann diese mit einer weiteren Hohlkathode auf der der Hohlkathode für die Plasmaentladung gegenüber liegenden Seite der Anode angeordnet sein. Diese Hohlkathode weist dann auf der der Anode abgewandten Seite ebenfalls eine entsprechende Durchgangsöffnung für die erzeugte EUV- und/oder weiche Röntgenstrahlung auf. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung einer zweiten Hochspannungsquelle zwischen dieser weiteren Hohlkathode und der Anode kann dann die Pseudofunkenentladung für die Erzeugung des Elektronenstrahls gezündet werden. Die Zündung der Gasentladung und der Entladung für den Elektronenstrahl kann dabei in einem oder beiden Fällen durch geeignete Triggerelektroden erfolgen. Selbstverständlich ist jedoch auch ein Betrieb mittels Selbstzündung möglich. Der getriggerte Betrieb hat den Vorteil einer sehr genauen Zeitabstimmung zwischen Zündung der Gasentladung für das Entladungsplasma und Erzeugung des Elektronenstrahls. Vorzugsweise wird hierbei die Erzeugung des Elektronenstrahls so gesteuert, dass er etwa einige 100 ns nach Zündung der Gasentladung auf das Entladungsplasma trifft. Die Zündung der Gasentladung für das Entladungsplasma sowie die Erzeugung des Elektronenstrahls werden dabei vorzugsweise über eine geeignete Steuereinrichtung getrennt voneinander gesteuert.
• Für die Nachheizung des Entladungsplasmas können auch mehrere Elektronenstrahlen erzeugt und eingesetzt werden. Eine Möglichkeit hierzu besteht in einer kegelförmigen Anordnung mehrerer Elektronenstrahlquellen auf der der Anode gegenüber liegenden Seite der Kathode für die Erzeugung des Entladungsplasmas. Die Anode muss hierzu eine geeignet große Öffnung für die Einkopplung der mehreren auf dem kegelförmig eintreffenden Elektronenstrahlen in das Entladungsplasma aufweisen.
• In einer weiteren Ausgestaltung kann die Elektronenstrahlquelle auch auf einer der Anode abgewandten Seite der Hohlkathode für die Erzeugung des Entladungsplasmas angeordnet sein. Dies kann bspw. durch eine weitere Hohlkathode realisiert sein, mit der durch Anlegen einer elektrischen Spannung einer zweiten Hochspannungsquelle zwischen den beiden Hohlkathoden dann die Pseudofunkenentladung zur Erzeugung des Elektronenstrahls gezündet werden kann. Die Hohlkathode für die Erzeugung des Entladungsplasmas muss hierbei eine zusätzliche Durchgangsbohrung für den Durchtritt des Elektronenstrahls aufweisen.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die vorgeschlagene Vorrichtung und das zugehörige Verfahren werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
• 1 ein Beispiel für den Aufbau einer Vorrichtung zur Erzeugung von EUV- und/oder weicher Röntgenstrahlung mittels Pseudofunkenentladung gemäß dem Stand der Technik;
• 2 ein Beispiel für den Aufbau der vorgeschlagenen Vorrichtung;
• 3 ein zweites Beispiel für den Aufbau der vorgeschlagenen Vorrichtung; und
• 4 ein drittes Beispiel für den Aufbau der vorgeschlagenen Vorrichtung.
• Wege zur Ausführung der Erfindung
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung sowie des zugehörigen Verfahrens wird eine Elektrodengeometrie auf Basis der Pseudofunkenentladung für die Erzeugung des Entladungsplasmas eingesetzt. 1 zeigt eine derartige Elektrodengeometrie, wie sie aus dem Stand der Technik zur Erzeugung von Entladungsplasmen für die Emission im EUV-Bereich bekannt ist. Die beiden in der Figur dargestellten Elektroden 1, 2 sind in einer Entladungskammer angeordnet, die mit dem Entladegas gefüllt ist. Die beiden Elektroden 1, 2 sind über einen Isolator 4 voneinander getrennt und niederinduktiv an eine Kondensatorbank 5 angeschlossen. Die Kathode 1 ist dabei als Hohlkathode ausgeführt. Die Anode 2, die in der Regel auf Erdpotential liegt, weist auf der gestrichelt dargestellten Symmetrieachse der Hohlkathode 1 ebenfalls eine Durchgangsbohrung auf, durch die von dem niederohmigen Entladungsplasma 6 emittierte EUV-Strahlung 7 und/oder weiche Röntgenstrahlung nach außen treten kann. Die Gasentladung wird gezündet, sobald zwischen den beiden Elektroden 1, 2 eine hinreichend hohe elektrische Spannung anliegt, mit der auch die Kondensatorbank 5 aufgeladen wird. Die Zündspannung, die im Bereich von kV bis zu einigen 10 kV liegt, hängt vom Gasdruck und der Gasart in der Entladungskammer sowie von der Elektrodengeometrie ab. Im Verlauf der Entladung breitet sich zunächst im Hohlraum der Hohlkathode 1 ein Plasma aus, das sich in dem Spalt zwischen Kathodenbohrloch und Anodenbohrloch ausbreitet und dort einen niederohmigen Plasmakanal (Pinchplasma) ausbildet. Die Kondensatorbank 5 entleert sich dann sehr schnell. Die Entladungszeit beträgt einige 100 ns bei einigen kA bis einigen 10 kA Maximalstrom. Dieser Strom heizt und komprimiert das Gas, so dass dieses die charakteristische EUV-Strahlung 7 und/oder weiche Röntgenstrahlung emittiert.
• Die Entladung kann sowohl im Selbstdurchbruch als auch getriggert betrieben werden. Im Selbstdurchbruch wird der Gasdruck in der Entladungskammer so eingestellt, dass die Zündung bei Erreichen der Zündspannung an der Kondensatorbank erfolgt. Im getriggerten Betrieb, wie dies in der 1 dargestellt ist, wird der Durchbruch durch Anlegen eines Sperrpotentials an die Triggerelektrode 8 zunächst unterdrückt. Die Zündung erfolgt dann durch Schalten des Potentials der Triggerelektrode 8 auf das Kathodenpotential.
• Eine derartige Elektrodenanordnung kann als Basisanordnung für die Vorrichtung der vorgeschlagenen Vorrichtung eingesetzt werden. Zusätzlich zu dieser Elektrodenanordnung wird dann eine Elektronenstrahlquelle geeignet angeordnet, mit deren Elektronenstrahl das Entladungsplasma nachgeheizt werden kann. Selbstverständlich kann die Basisgeometrie der Elektrodenanordnung auch in anderer Weise ausgeführt werden. So könnte bspw. auch im Bereich zwischen Anode 2 und Kathode 1 eine weitere Elektrode oder ein weiteres Element mit zentraler Öffnung eingebracht sein. Diese(s) kann dann sowohl metallisch sein als auch aus einem Isolatormaterial bestehen. Die Hohlkathode 1 weist in einer derartigen Ausgestaltung vorzugsweise keine zentrale Bohrung bzw. Öffnung mehr auf. Vielmehr wird eine Hohlkathode mit mehreren Öffnungen eingesetzt, die bspw. auf einem Kreis um die Symmetrieachse verteilt angeordnet sind, um den Strom auf eine möglichst große Fläche auf der Kathode zu verteilen.
• 2 zeigt ein Beispiel für eine Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung, bei der die Basisgeometrie der Elektroden der 1 sowie der Mechanismus der Erzeugung des Entladungsplasmas 6 (Pinchplasma) beibehalten wurden. Zusätzlich wurde hier eine Elektronenstrahlquelle realisiert, mit der das Entladungsplasma nachgeheizt wird. Da das Plasma aufgrund der nachfolgenden Heizung mit dem Elektronenstrahl nicht so stark aufgeheizt werden muss, reicht für die Erzeugung des Entladungsplasmas 6 ein geringerer Strom bzw. eine geringere elektrische Pulsenergie aus. Als Beispiel für eine effiziente Anregung von Strahlung um 13,5 nm in einem Xenon-Gas wird bei einem rein auf Gasentladung betriebenen System wie dem der 1 eine elektrische Pulsenergie um 3 J benötigt. In einem System mit nachträglicher Heizung durch einen Elektronenstrahl gemäß der vorliegenden Erfindung wird demgegenüber nur eine Energie von etwa 1–2 J benötigt. Daraus resultieren erhebliche technische Vorteile, insbesondere eine geringere thermische Belastung und Erosion der Elektroden der Elektrodenanordnung.
• Für die Erzeugung des Elektronenstrahls wird bei der Ausgestaltung der 2 die gleiche Elektrodengeometrie und der gleiche Entlademechanismus vorgeschlagen wie für die Erzeugung des Entladungsplasmas, im Folgenden auch als Hauptentladung bezeichnet. Durch eine Pseudofunkenentladung aus einer Hohlkathode kann effektiv ein Elektronenstrahl angeregt werden. Typische Parameter sind bis zu 100 A Strom und 100 ns Pulsdauer bei einigen kV Elektronenenergie, abhängig von der Ladespannung der angeschlossenen Kondensatorbank. 2 zeigt die zusätzliche Elektronenstrahlquelle, die in diesem Fall durch Anordnung der weiteren Hohlkathode 9 realisiert wird. Diese Hohlkathode 9 wird auf der der ersten Hohlkathode 1 gegenüberliegenden Seite der Anode 2 angeordnet und ist von dieser über einen Isolator 12 getrennt. Diese zweite Hohlkathode 9 stellt in Verbindung mit der Anode 2 die Elektronenstrahlquelle dar. Bei einer geeigneten Ladespannung der angeschlossenen Kondensatorbank 11 kann dabei ein geeigneter Elektronenstrahl 10 erzeugt werden. Dieser Elektronenstrahl 10 kann eine Energie von bspw. E = 100 A × 100 ns × 5 keV = 50 mJ erhalten. Aufgrund der symmetrischen Anordnung der beiden Hohlkathoden 1, 9 sowie der Anode 2 mit ihren Durchgangsbohrungen wird der Elektronenstrahl 10 auf der gleichen Achse erzeugt, auf der auch der Entladungskanal für das Targetplasma, d. h. das aufzuheizende Entladungsplasma 6, liegt. Durch geeignete zeitliche Anpassung der Erzeugung des Elektronenstrahls 10 und des Entladungsplasmas 6 wird erreicht, dass der Elektronenstrahl 10 das Plasma 6 optimal nachheizt. Die dafür erforderliche Elektronenenergie kann über die Ladespannung der zweiten Kondensatorbank 11 unabhängig von den Parametern der Hauptentladung eingestellt werden. Auch die Zeitpunkte der Erzeugung des Entladungsplasmas sowie des Elektronenstrahls können bei der vorgeschlagenen Vorrichtung optimal aneinander angepasst werden. Die zeitliche Anpassung kann zusätzlich durch eine Triggerung der Entladung für den Elektronenstrahl in der Hohlkathode 9 in der Genauigkeit verbessert werden, bspw. durch Wegschalten eines Sperrpotentials an einer isoliert eingebrachten Triggerelektrode in der Hohlkathode 9 (in der 2 nicht dargestellt). Die von dem Entladungsplasma erzeugte EUV-Strahlung 7 und/oder weiche Röntgenstrahlung kann über eine in der Rückseite der zweiten Hohlkathode 9 eingebrachte axiale Öffnung 13 austreten. Die in der 2 dargestellte Anordnung lässt sich konstruktiv sehr einfach realisieren.
• Falls Strahlung in einem größeren Emissionskegel für die entsprechende Anwendung genutzt werden soll, ist eine Anordnung und Ausbildung der Elektroden vorteilhaft, wie sie in der beispielhaften weiteren Ausbildung der vorgeschlagenen Vorrichtung in 3 dargestellt ist. Dabei sind mehrere Elektronenstrahlquellen mit den entsprechenden Hohlkathoden 9' auf einer Kegelöffnung um die Symmetrieachse der Elektroden für die Erzeugung der Hauptentladung angebracht. Diese Kegelöffnung 14 wird größer gewählt als diejenige für den genutzten Raumwinkel der Anwendung. Die Anode 2 weist in diesem Fall einen kegelstumpfförmigen Aufsatz auf, um für die Erzeugung der Elektronenstrahlen 10' einen entsprechenden Elektrodenspalt zur jeweiligen Hohlkathode 9' zu bilden. Dies ist in der 3 schematisch angedeutet.
• Die Ausgestaltung der Vorrichtung der 3 ist geeignet, eine größere Energie über die simultane Nutzung mehrerer Elektronenstrahlen in das Targetplasma einzutragen. Die simultane Zündung der Elektronenstrahlen 10' kann auch hier über das Schalten von Sperrpotentialen an geeigneten Triggerelektroden 15 erfolgen, die isoliert in die Hohlkathoden 9' eingebracht sind. Alternativ kann die Triggerung auch über eine simultane Injektion von Ladungsträgern in die Hohlkathoden erfolgen. Die Elektronenstrahlquellen sind dabei bevorzugt an eine gemeinsame Kondensatorbank 11 angeschlossen, um einen möglichst geringen technischen Aufwand zu verursachen. Mit dieser Anordnung wird neben dem größeren nutzbaren Raumwinkel der Strahlungsemission eine stärkere Nachheizung des Targetplasmas für die Emission der gewünschten EUV-Strahlung und/oder weicher Röntgenstrahlung ermöglicht als mit nur einem Elektronenstrahl.
• 4 zeigt ein weiteres Beispiel einer möglichen Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung. In dieser Ausgestaltung wird der Elektronenstrahl 10 wiederum auf der Achse des Target- bzw. Entladungsplasmas 6 erzeugt. In dieser Ausgestaltung wird die Hohlkathode 9 für die Erzeugung des Elektronenstrahls auf der der Anode 2 gegenüber liegenden Seite der Hohlkathode 1 für die Erzeugung der Hauptentladung angeordnet, wie dies in der Figur dargestellt ist. Die beiden Hohlkathoden 1, 9 sind hierbei wiederum über einen Isolator 12 voneinander getrennt. Die Hohlkathode 1 für die Erzeugung der Hauptentladung weist hierbei eine geeignete Durchgangsbohrung für den Durchtritt des Elektronenstrahls 10 von der Rückseite her auf. Durch Anlegen einer geeigneten Ladespannung über die Kondensatorbank 11 zwischen den beiden Hohlkathoden 1, 9 kann der Elektronenstrahl erzeugt werden.
• Diese Anordnung mit der rückseitigen Erzeugung des Elektronenstrahls ist insbesondere vorteilhaft, wenn große Raumwinkel von der erzeugten EUV- und/oder Röntgenstrahlung abgedeckt werden sollen. Dies ist durch die große Öffnung in der Anode 2 sowie den entsprechenden Öffnungskegel 14 angedeutet, auf dem die erzeugte Strahlung auftreten kann.
• Ein möglicher Entladeverlauf dieser Anordnung wird im Folgenden beschrieben. Die Hohlkathode 1 liegt dabei auf Erdpotential. Die Kondensatorbänke 5, 11 für die Hauptentladung und den Elektronenstrahl werden über Anlegen positiver Hochspannung an die Anode 2 und negativer Hochspannung an die Hohlkathode 9 aufgeladen. Zunächst wird die Hauptentladung für das Target- bzw. Entladeplasma 6 gezündet. Dies erfolgt z. B. entweder durch Betrieb im Selbstdurchbruch oder durch einen Laserpuls, der über die Öffnung der Anode 2 auf die Innenfläche der Hohlkathode 1 fokussiert wird und dort Photoelektronen auslöst. Die Auslösung der Elektronenstrahlentladung erfolgt dann bspw. wieder durch Wegschalten eines Sperrpotentials an der Triggerelektrode 15.
• Die Kapazität der Kondensatorbank 11 für die Elektronenstrahlentladung kann etwa die gleiche Größenordnung wie die Kapazität der Kondensatorbank 5 für die Hauptentladung aufweisen. Bei einer typischen Effizienz von 5% für die Umwandlung elektrischer Energie in Energie des Elektronenstrahls wird bei z. B. angestrebten 50 mJ im Elektronenstrahl eine elektrisch gespeicherte Energie von 1 J benötigt.
• Mit den dargestellten beispielhaften Vorrichtungen lassen sich sowohl die Ladespannung für die Erzeugung des Elektronenstrahls als auch der Zeitpunkt der Erzeugung des Elektronenstrahls relativ zum Zeitpunkt der Zündung des Entladungsplasmas gezielt einstellen, um eine optimale Nachheizung des Entladungsplasmas zu erreichen. Für eine optimale Nachheizung muss zum einen die Energie der Elektronenstrahlen je nach verwendetem Entladungsgas so hoch sein, dass die für die Erzeugung von EUV- und/oder weicher Röntgenstrahlung erforderlichen Zustände durch Stoß mit den Elektronen angeregt werden können. Zum anderen sollte der Elektronenstrahl erst nach der Entstehung des Entladungsplasmas und vor dessen Erlöschen eintreffen, um eine effiziente Nachheizung zu erreichen.
• Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Elektrodengeometrien sind ebenso wie die dargestellten Ausführungen der Elektronenstrahlquellen nur beispielhaft zu verstehen. Die Elektrodengeometrien können selbstverständlich ebenso wie die Anordnung und Ausbildung der Elektronenstrahlquellen davon abweichen, solange mit der entsprechenden Anordnung ein Entladungsplasma erzeugt und mit einem oder mehreren Elektronenstrahlen nachgeheizt werden kann.
• Bezugszeichenliste

1

Kathode für Hauptentladung

2

Anode für Hauptentladung

3

Hohlraum der Hohlkathode

4

Isolator

5

Kondensatorbank für Hauptentladung

6

Entladungsplasma

7

EUV-Emission des Entladungsplasmas

8

Triggerelektrode für Hauptentladung

9, 9'

Hohlkathode für Elektronenstrahlentladung

10, 10'

Elektronenstrahl

11

Kondensatorbank für Elektronenstrahlentladung

12

Isolator

13

Öffnung für Extraktion/Nutzung der EUV-Strahlung

14

Öffnungskegel für nutzbare EUV-Strahlung

15

Triggerelektrode für Elektronenstrahlentladung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 19753696 A1 [0004, 0014]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• C. Jiang et al., „Pseudospark electron beam as an excitation source for extreme ultraviolet generation”, Appl. Phys. Lett. 87, 131501 (2005) [0005]
• C. Jiang et al. [0005]

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von EUV-Strahlung und/oder weicher Röntgenstrahlung, die wenigstens zwei sich gegenüber liegende Elektroden (1, 2) aufweist, zwischen denen durch Anlegen einer elektrischen Spannung einer Hochspannungsquelle (5) eine Gasentladung zur Erzeugung eines Entladungsplasmas (6) gezündet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine vom Entladungsplasma (6) getrennte Elektronenstrahlquelle aufweist, die so angeordnet und betreibbar ist, dass ein durch die Elektronenstrahlquelle erzeugter Elektronenstrahl (10) auf das Entladungsplasma (6) trifft und dieses zur Erzeugung wenigstens eines Anteils der EUV- und/oder Röntgenstrahlung (7) anregen kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüber liegenden Elektroden (1, 2) eine Geometrie aufweisen, durch die eine Pseudofunkenentladung ermöglicht wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüber liegenden Elektroden (1, 2) jeweils eine auf einer gemeinsamen Achse liegende Durchgangsbohrung aufweisen, so dass sich die Pseudofunkenentladung auf der gemeinsamen Achse ausbildet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenstrahlquelle (9, 9') so ausgebildet ist, dass sie den Elektronenstrahl (10) mit einer weiteren Pseudofunkenentladung erzeugt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenstrahlquelle (9, 9') so ausgebildet ist, dass sie den Elektronenstrahl (10) mit einer Pseudofunkenentladung erzeugt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüber liegenden Elektroden (1, 2) eine Anode (2) und eine Hohlkathode (1) bilden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Hohlkathode (1) gegenüber liegenden Seite der Anode (2) eine weitere Hohlkathode (9) angeordnet ist, mit der durch Anlegen einer elektrischen Spannung einer zweiten Hochspannungsquelle (11) zwischen der weiteren Hohlkathode (9) und der Anode (2) eine Pseudofunkenentladung zur Erzeugung des Elektronenstrahls (10) gezündet werden kann, der durch die Durchgangsbohrung der Anode (2) auf das Entladungsplasma (6) trifft.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Hohlkathode (1) gegenüber liegenden Seite der Anode (2) mehrere weitere Hohlkathoden (9') in einer kegelförmigen Anordnung um die Durchgangsbohrung der Anode (2) angeordnet sind, mit denen durch Anlegen einer elektrischen Spannung einer zweiten Hochspannungsquelle (11) zwischen den weiteren Hohlkathoden (9') und der Anode (2) mehrere Pseudofunkenentladungen zur Erzeugung mehrerer Elektronenstrahlen (10') gezündet werden können, die durch die Durchgangsbohrung der Anode (2) auf das Entladungsplasma (6) treffen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Anode (2) abgewandten Seite der Hohlkathode (1) eine weitere Hohlkathode (9) angeordnet ist, mit der durch Anlegen einer elektrischen Spannung einer zweiten Hochspannungsquelle (11) zwischen den beiden Hohlkathoden (1, 9) eine Pseudofunkenentladung zur Erzeugung des Elektronenstrahls (10) gezündet werden kann, der durch zwei Durchgangsbohrungen der Hohlkathode (1) auf das Entladungsplasma (6) trifft.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, mit der die Erzeugung des Entladungsplasmas (6) und des Elektronenstrahls (10) unabhängig voneinander steuerbar sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Triggerelektroden (8, 15) für die Zündung der Gasentladung und/oder für die Erzeugung des Elektronenstrahls (10, 10') angeordnet sind.
12. Verfahren zur Erzeugung von EUV-Strahlung und/oder weicher Röntgenstrahlung, bei der eine Gasentladung zur Erzeugung eines Entladungsplasmas (6) gezündet wird, das die EUV- und/oder weiche Röntgenstrahlung (7) emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsplasma (6) durch einen getrennt vom Entladungsplasma (6) erzeugten Elektronenstrahl (10, 10') zur Erzeugung wenigstens eines Anteils der EUV- und/oder Röntgenstrahlung (7) angeregt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsplasma (6) durch eine Pseudofunkenentladung erzeugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenstrahl (10, 10,) durch eine Pseudofunkenentladung erzeugt wird.

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