DE10233634A1 - Target material used in plasma-based production of (soft) x-radiation, e.g. in analytical chemistry, x-ray microscopy or lithography, comprises polymer, preferably (per)fluorinated polymer, liquid at room temperature - Google Patents

Target material used in plasma-based production of (soft) x-radiation, e.g. in analytical chemistry, x-ray microscopy or lithography, comprises polymer, preferably (per)fluorinated polymer, liquid at room temperature Download PDF

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Manfred Dr. Faubel
Ales Dr. Charvat
Jürgen Prof. Dr. Troe
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Georg August Universitaet Goettingen
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Abstract

Hydrocarbon compound(s) used as target material, especially for plasma-based production of x-radiation, comprise polymer(s) (I) liquid at room temperature. Independent claims are also included for the following: (1) use of (I) as target material for production of soft x-radiation; (2) use of partly fluorinated or perfluorinated polymeric hydrocarbon ethers (IA) as target material for production of soft x-radiation; (3) process for plasma-based production of x-radiation by irradiation of a liquid target material of fluorinated hydrocarbon compound(s), to produce a plasma state, where the target material comprises (I); (4) x-ray source for plasma-based production of x-radiation.

Description

Die Erfindung betrifft Targetmaterialien zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, und Verfahren und Röntgenquellen zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung.The invention relates to target materials for the plasma-based generation of x-rays according to the generic term of claim 1, and methods and x-ray sources for plasma-based X-ray generation.

Es ist bekannt, Röntgenstrahlung als Bremsstrahlung mit einem kontinuierlichen Spektrum oder als Röntgenfluoreszenzstrahlung mit einem Linienspektrum zu erzeugen. Die Bremsstrahlung entsteht durch Energieumwandlung beim Aufprall von Elektronen auf Materie. Die Röntgenfluoreszenzstrahlung wird nach energetischer Anregung durch Übergänge der kernnächsten, inneren Elektronen der Atomhülle zurück in einen niedriger liegenden Zustand ausgestrahlt. Je nach Anwendung werden Röntgenstrahlen bisher bspw. mit Röntgenröhren oder Elektronenbeschleunigern erzeugt. Wenn für bestimmte Aufgaben, z. B. in der Röntgenspektroskopie, chemischen Analytik oder Halbleitertechnologie Röntgenfluoreszenzstrahlung mit bestimmten Spektrallinien benötigt wird, stellen Elektronenbeschleuniger- oder Synchrotronanlagen an sich universell einsetzbare Röntgenquellen dar. Sie besitzen jedoch den Nachteil eines extremen gerätetechnischen Aufwandes. Elektronenbeschleuniger sind als flexible, im Labor oder in der Produktion anwendbare Röntgenquellen ungeeignet.It is known to use x-rays as bremsstrahlung with a continuous spectrum or as X-ray fluorescence radiation to generate a line spectrum. The braking radiation arises from Energy conversion when electrons collide with matter. The X-ray fluorescence radiation after energetic stimulation through transitions of the closest ones, inner electrons of the atomic shell back into one broadcast lower lying state. Depending on the application X-rays so far for example with X-ray tubes or Electron accelerators generated. If for certain tasks, e.g. B. in X-ray spectroscopy, chemical analysis or semiconductor technology using X-ray fluorescence certain spectral lines is needed represent electron accelerator or synchrotron systems per se universally applicable X-ray sources However, they have the disadvantage of an extreme device technology Expenditure. Electron accelerators are as flexible, in the laboratory or X-ray sources applicable in production not suitable.

Eine Alternative stellen Röntgenquellen dar, mit denen durch hochenergetische Bestrahlung (z. B. Laser-Bestrahlung) ein Targetmaterial in einen Plasmazustand versetzt wird, in dem materialspezifisch Röntgenfluoreszenzstrahlung abgestrahlt wird. Erste Entwicklungen erfolgten mit festen, schichtförmigen Targetmaterialien, die sich jedoch wegen des bei jeder Plasmaanregung erfolgenden Materialverbrauchs für praktische Anwendungen als ungeeignet erwiesen haben. Eine Verbesserung wurde durch Verwendung flüssiger, tropfenförmiger Targetmaterialien erzielt. Bspw. wird gemäß EP 186 491 in einer evakuierten Kammer mit einem piezoelektrischen Tropfengeber eine Folge von flüssigen Tropfen erzeugt, die jeweils durch Laserbestrahlung in einen Plasmazustand überführt werden. Aus dem Plasmazustand erfolgt die Emission weicher Röntgenstrahlung, die durch ein Fenster in der Kammer aus tritt. Durch die Verwendung flüssiger Targetmaterialien wurde ein erheblicher Fortschritt erzielt, da mobile Röntgenquellen zur Erzeugung von Röntgenfluoreszenzstrahlung mit geringem gerätetechnischem Aufwand verfügbar wurden. Diese Röntgenquellen besitzen bislang jedoch eine Reihe von Nachteilen, die je nach Anwendung toleriert oder durch besondere Maßnahmen kompensiert werden.An alternative are X-ray sources with which a target material is brought into a plasma state by high-energy radiation (e.g. laser radiation), in which material-specific X-ray fluorescence radiation is emitted. The first developments were made with solid, layered target materials, which, however, have proven unsuitable for practical applications due to the material consumption that occurs with every plasma excitation. An improvement was achieved by using liquid, drop-shaped target materials. For example. is according to EP 186 491 In a evacuated chamber with a piezoelectric drop generator, a sequence of liquid drops is generated, each of which is converted into a plasma state by laser radiation. The emission of soft X-rays occurs from the plasma state and emerges through a window in the chamber. Significant progress has been made through the use of liquid target materials, since mobile X-ray sources for generating X-ray fluorescence radiation have become available with little expenditure on equipment. So far, however, these X-ray sources have a number of disadvantages which, depending on the application, are tolerated or compensated for by special measures.

Die Röntgenquelle gemäß EP 186 401 ist auf die Verwendung von Quecksilber als flüssiges Targetmaterial beschränkt. Entsprechend ist die generierbare Röntgenstrahlung auf bestimmte Spektrallinien eingegrenzt. Ein weiterer Nachteil von Quecksilber ist dessen relativ hoher Dampfdruck, der Probleme beim Auffangen des Quecksilbers und Verunreinigungen in der Kammer verursacht. Flüssige Metalle sind generell unverträglich mit den empfindlichen und extrem kostenintensiven Röntgenoptiken. So können auf Goldoptiken, die z. B. in der Fresnelzonen-Röntgenmikroskopie Standard sind, Schäden durch Quecksilberamalgam-Verbindungen entstehen. Zur Vermeidung von Verunreinigungen wird in US 5 459 771 vorgeschlagen, als Targetmaterial gefrorene Wasserkristalle zu verwenden. Diese Technik besitzt jedoch den Nachteil eines großen gerätetechnischen Aufwandes bei der Erzeugung der Kristalle und beim Auffangen des Targetmaterials.The x-ray source according to EP 186 401 is limited to the use of mercury as a liquid target material. Accordingly, the x-ray radiation that can be generated is limited to certain spectral lines. Another disadvantage of mercury is its relatively high vapor pressure, which causes problems with mercury trapping and contaminants in the chamber. Liquid metals are generally incompatible with the sensitive and extremely cost-intensive X-ray optics. So on gold optics z. B. are standard in Fresnel zone X-ray microscopy, damage caused by mercury amalgam compounds. To avoid contamination, in US 5,459,771 proposed using frozen water crystals as the target material. However, this technique has the disadvantage of a large expenditure on equipment in the production of the crystals and in the collection of the target material.

Weitere flüssige Targetmaterialien wurden insbesondere für Anwendungen in der Röntgenlithographie vorgeschlagen. Von L. Rymell et al. wird in "Rev. Sci. Instrum." Band 66, 1995, Seite 4916–4920 die Verwendung von Ethanol als flüssiges Targetmaterial beschrieben. Ethanol oder andere monomere Flüssigkeiten besitzen jedoch den Nachteil, dass durch die Plasmaanregung Targetmoleküle in die Gasphase gelangen und sich auf Oberflächen empfindlicher Komponenten ablagern. Die abgelagerten Moleküle werden von der erzeugten Röntgenstrahlung zersetzt, wobei im Fall von Alkoholen teerartige Zersetzungsprodukte entstehen, die sich als unerwünschte Verunreinigungen in der Röntgenquelle und insbesondere auf optischen Bauteilen niederschlagen. Zur Verringerung dieser strahlungsinduzierten Zersetzungen ist eine Abschirmung mit einem Gasstrahl vorgesehen, durch die der Aufbau jedoch nachteilig verkompliziert wird. Neben Ethanol werden gemäß WO 97/40650 Ammoniak, Wasser oder fluorhaltige Flüssigkeiten als Targetmaterial verwendet. Um einem weiteren generellen Nachteil herkömmlicher flüssiger Targetmaterialien, nämlich der erschwerten Tropfenbildung in Folge geringer Viskosität, zu begegnen, wird in WO 97/40650 vorgeschlagen, das Targetmaterial in Form eines dünnen Strahls in die Kammer der Röntgenquelle einzuführen. Allerdings wird auch bei dieser Technik monomeres Targetmaterial verwendet, so dass es zu den oben genannten Problemen durch strahlungsinduzierte Zersetzungen von Niederschlägen kommt. Die Verwendung von Wasser als Targetmaterial ist auch aus US 6 377 651 bekannt. In US 6 324 255 wird vorgeschlagen, Stickstoff, Kohlendioxid, Krypton oder Xenon als Targetmaterial zu verwenden.Other liquid target materials have been proposed in particular for applications in X-ray lithography. By L. Rymell et al. is featured in "Rev. Sci. Instrum." Volume 66, 1995, pages 4916-4920 describes the use of ethanol as a liquid target material. However, ethanol or other monomeric liquids have the disadvantage that the plasma excitation brings target molecules into the gas phase and deposits on the surfaces of sensitive components. The deposited molecules are decomposed by the generated X-rays, whereby in the case of alcohols, tar-like decomposition products are formed which are reflected as undesirable impurities in the X-ray source and in particular on optical components. To reduce this radiation-induced decomposition, shielding with a gas jet is provided, which, however, disadvantageously complicates the structure. In addition to ethanol, ammonia, water or fluorine-containing liquids are used as target material in accordance with WO 97/40650. In order to counter a further general disadvantage of conventional liquid target materials, namely the more difficult drop formation due to low viscosity, WO 97/40650 proposes to introduce the target material into the chamber of the X-ray source in the form of a thin beam. However, monomeric target material is also used in this technique, so that the above-mentioned problems due to radiation-induced decomposition of precipitation occur. The use of water as a target material is also out US 6,377,651 known. In US 6,324,255 it is proposed to use nitrogen, carbon dioxide, krypton or xenon as the target material.

Von L. Malmqvist et al. wird in "Appl. Phys. Lett." Band 68, 1996, Seite 2627–2629 die Verwendung fluorierter Kohlenwasserstoffverbindungen (CnFm) vorgeschlagen. Diese sind zwar gut an die Generierung von Fluor-Linien (λ ≈ 1–2 nm) angepasst, besitzen jedoch auch mehrere Nachteile. Erstens besitzen die sogenannten Perfluor-Kohlenwasserstoffe einen hohen Dampfdruck, der die Bildung eines Flüssigkeitsstrahls und das Auffangen des Targetmaterials nach der Plasmaanregung erschwert. Bspw. beträgt der Dampfdruck von Perfluorpentan bei 0°C schon 0.3 bar. Des Weiteren ist insbesondere bei Anwendungen im Bereich der Röntgenspektroskopie auch die Generierung weiterer, langwelligerer Linien, wie z. B. die Generierung von Kohlenstoff-Emissionen von Interesse. Hierfür werden bisher jedoch Alkohole als Target verwendet (Rymell et al., siehe oben).By L. Malmqvist et al. is described in "Appl. Phys. Lett." Volume 68, 1996, pages 2627-2629 proposed the use of fluorinated hydrocarbon compounds (C n F m ). Although these are well adapted to the generation of fluorine lines (λ ≈ 1–2 nm), they also have several disadvantages. First, the so-called perfluorocarbons have a high vapor pressure, which is the formation of a liquid jet and the collection of the target material after the plasma excitation difficult. For example. the vapor pressure of perfluoropentane at 0 ° C is already 0.3 bar. Furthermore, especially in applications in the field of X-ray spectroscopy, the generation of further, longer-wave lines, such as. B. the generation of carbon emissions of interest. So far, however, alcohols have been used as a target for this (Rymell et al., See above).

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Targetmaterial zur plasma-basierten Röntgenstrahlerzeugung (insbesondere weiche Röntgenstrahlung oder extreme W-Strahlung) bereitzustellen, mit dem die Nachteile herkömmlicher Targetmaterialien überwunden werden. Das Targetmaterial soll insbesondere die herkömmlichen Probleme bei der Tropfenbildung und beim Auffangen des Targetmaterials lösen und die Erzeugung von Verunreinigungen vermeiden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung bereitzustellen, mit dem die Nachteile der herkömmlichen Techniken überwunden werden. Schließlich ist es auch eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Röntgenquelle bereitzustellen, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Targetmaterials betrieben wird.The object of the invention is an improved target material for plasma-based X-ray generation (especially soft x-rays or extreme UV radiation) with which the disadvantages conventional Overcome target materials become. The target material should especially be the conventional one Problems with droplet formation and catching the target material solve and avoid the generation of contaminants. Another job The invention is an improved method for generating X-rays to provide with which the disadvantages of conventional techniques are overcome become. Finally it is also an object of the invention to provide an improved x-ray source to provide using the target material of the invention is operated.

Diese Aufgaben werden durch ein Targetmaterial, ein Verfahren und eine Röntgenquelle mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 1, 10 und 20 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These tasks are accomplished through a target material, a method and an x-ray source with the features according to patent claims 1, 10 and 20 solved. Advantageous embodiments and applications of the invention result from the dependent claims.

Eine Grundidee der Erfindung ist es, ein Targetmaterial zur Erzeugung weicher Röntgenstrahlung bereitzustellen, das aus einer Kohlenwasserstoffverbindung besteht, die mindestens ein bei Raumtemperatur flüssiges Polymer umfasst. Die Verwendung flüssiger, polymerer Kohlenwasserstoffverbindungen besitzt eine Reihe von Vorteilen in Bezug auf die Bereitstellung des Targetmaterials in einer Röntgenquelle, die Vermeidung von Verunreinigungen und den Aufbau der Röntgenquelle, wie im Folgenden dargestellt wird.A basic idea of the invention is to provide a target material for generating soft X-rays, that consists of a hydrocarbon compound that at least a liquid at room temperature Polymer includes. The use of liquid, polymeric hydrocarbon compounds has a number of deployment advantages the target material in an X-ray source, the avoidance of contamination and the structure of the X-ray source, as shown below.

Erstens ist das erfindungsgemäße Targetmaterial schwer flüchtig. Schwer flüchtige Substanzen können besonders einfach aus einer Vakuumkammer, in der das Plasma zur Strahlungserzeugung angeregt wird, entfernt werden. Die Substanzen können direkt als Flüssigkeit in einer Falle aufgefangen und dort unter ihrem eigenen Dampfdruck abgeschieden werden. Ein weiteres Vakuumsystem zur Evakuierung der Falle ist nicht zwingend erforderlich, so dass der Aufbau der Röntgenquelle erheblich vereinfacht wird.First is the target material according to the invention difficult to flee. Difficult to flee Substances can particularly easy from a vacuum chamber in which the plasma for Radiation generation is stimulated to be removed. The substances can directly as a liquid caught in a trap and there under their own vapor pressure be deposited. Another vacuum system for evacuating the Trap is not mandatory, so the structure of the x-ray source is significantly simplified.

Zweitens werden durch das erfindungsgemäße Targetmaterial Erosionsschäden in der Vakuumkammer vermindert. Die Erfinder haben festgestellt, dass Erosionsschäden durch ein Zusammenwirken der Gasatmosphäre, die sich durch den Dampfdruck eines flüssigen Targets immer ausbildet, und der generierten Röntgenstrahlung auftreten können. Durch die Strahlung werden in der Gasatmosphäre vorliegende Targetmoleküle ionisiert. Die Ablagerung der Ionen auf Oberflächen in der Vakuumkammer, z. B. auf Düsen zur Einbringung des Targetmaterials, bewirken eine Plasmaätzung, durch die das jeweilige Material erodiert wird. Das erfindungsgemäß polymere Targetmaterial ist schwer flüchtig, so dass die Teilchenkonzentration in der Gasatmosphäre und mögliche Erosionsschäden minimiert werden.Second, the target material according to the invention erosion damage reduced in the vacuum chamber. The inventors have found that erosion damage through an interaction of the gas atmosphere, which is caused by the vapor pressure a liquid Targets always forms, and the generated X-rays can occur. By the radiation is ionized by target molecules present in the gas atmosphere. The deposition of the ions on surfaces in the vacuum chamber, e.g. B. on nozzles for the introduction of the target material, cause a plasma etching which the respective material is eroded. The polymer according to the invention Target material is volatile, so that the particle concentration in the gas atmosphere and possible erosion damage are minimized become.

Drittens ist der Niederschlag von polymerem Targetmaterial in der Vakuumkammer unkritisch. Aus den Polymeren entstehen bei strahlungsinduzierter Zersetzung leicht flüchtige Produkte, die ohne Weiteres aus der Vakuumkammer abgepumpt werden können. Ein Targetmaterial-Niederschlag kann erfindungsgemäß sogar als Schutzfilm auf Komponenten der Vakuumkammer wirken, der verhindert, dass hochenergetische Polymerfragmente direkt auf die Komponenten gelangen, und ggf. bei einer Reinigung leicht entfernt werden kann.Third is the precipitation of polymeric target material in the vacuum chamber is not critical. From the Polymers are easily formed when radiation-induced decomposition occurs volatile Products that are easily pumped out of the vacuum chamber can. A target material precipitation can even according to the invention act as a protective film on components of the vacuum chamber, which prevents that high-energy polymer fragments directly on the components reach, and if necessary can be easily removed during cleaning.

Schließlich verbessern flüssige Polymere die Strahl- und Tropfenerzeugung in der Röntgenquelle. Ein durchgehender Strahl oder eine Tropfenfolge aus dem erfindungsgemäßen Targetmaterial ist über mehrere Millimeter stabil.Finally, liquid polymers improve the generation of rays and drops in the X-ray source. A continuous one Jet or a sequence of drops from the target material according to the invention is over several Millimeter stable.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das flüssige Polymer mindestens eine Etherbindung zwischen Kohlenstoffatomen auf. Durch die Verwendung eines Kohlenwasserstoffs mit mindestens einer Etherbindung (oder Sauerstoffbrücke) werden Vorteile erzielt, die sich ebenfalls auf alle Phasen der plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung positiv auswirken. Die Sauerstoff-Brückenverbindungen zwischen Kohlenstoffatomen sind frei drehbar. Dies bewirkt eine hohe molekulare Flexibilität (oder: niedrige Viskosität) des Targetmaterials. Die niedrige Viskosität wirkt sich vorteilhaft sowohl auf die Tropfenbildung als auch auf den Zerfall in niedermolekulare Bestandteile nach der Plasmaanregung aus. Des Weiteren bewirkt die Zusammensetzung des Targetmaterials insbesondere aus Fluor, Kohlenstoff und Sauerstoff einen erweiterten Einsatzbereich des Targetmaterials. Es wird ein universelles Target für verschiedene Anwendungen bereitgestellt.According to a preferred embodiment of the Invention exhibits the liquid Polymer at least one ether bond between carbon atoms on. By using a hydrocarbon with at least advantages of an ether bond (or oxygen bridge) are achieved, which also affects all phases of plasma-based generation of X-rays have a positive impact. The oxygen bridge connections between carbon atoms are freely rotatable. This results in high molecular flexibility (or: low viscosity) of the target material. The low viscosity is beneficial both on the drop formation as well as on the decay into low molecular weight Components after the plasma excitation. Furthermore, the Composition of the target material in particular from fluorine, carbon and oxygen an extended area of application of the target material. It becomes a universal target for various applications provided.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Targetmaterial ein bei Raumtemperatur (rd. 20°C) flüssiges Polymer verwendet wird, das mindestens einen partiell fluorierten oder perfluorierten, polymeren Kohlenwasserstoffether umfasst. Die teilweise oder vollständige Fluorierung des Polymers fördert die Bildung leicht flüchtiger Zersetzungsprodukte bei Röntgenbestrahlung.It is particularly advantageous if as a target material a polymer that is liquid at room temperature (around 20 ° C) is used, the at least one partially fluorinated or perfluorinated, polymeric hydrocarbon ether. The partial or complete fluorination promotes the polymer the formation more volatile Decomposition products with X-rays.

Vorzugsweise wird als Targetmaterial ein Perfluorpolyether (PFPE) oder eine Mischung aus mehreren Perfluorpolyethern verwendet. PFPE-Verbindungen sind hochmolekular, wodurch die Strahl- und Tropfenerzeugung weiter begünstigt wird. Des Weiteren zersetzen sie sich durch Aufbrechen von Sauerstoff-Brücken bei Energiezufuhr, insbesondere nach Anregung des Plasmazustandes in leicht flüchtige Verbindungen, die leicht abgepumpt werden können. Dadurch werden Ablagerungen und Verschmutzungen, insbesondere an optischen Komponenten in der Röntgenquelle vermieden. Mit der Erfindung werden vorteilhafterweise die teuren und empfindlichen Röntgenoptiken geschützt. Nicht zersetzte Reste des Targetmaterials können besonders einfach auch im Vakuum ohne besondere Vorkehrungen zur Kondensation aufgefangen werden.A perfluoropolyether (PFPE) or a mixture of is preferably used as the target material used several perfluoropolyethers. PFPE compounds are high molecular weight, which further promotes jet and drop generation. Furthermore, they break down by breaking open oxygen bridges when energy is supplied, in particular after excitation of the plasma state, into readily volatile compounds which can be easily pumped off. This prevents deposits and contamination, especially on optical components in the X-ray source. With the invention, the expensive and sensitive x-ray optics are advantageously protected. Undecomposed residues of the target material can be collected particularly easily in a vacuum without special precautions for condensation.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besitzt das Targetmaterial einen Dampfdruck, der bei Raumtemperatur geringer als 10 mbar, vorzugsweise geringer als 1 mbar, z. B. 10–6 mbar, ist, ein Molekulargewicht größer als 100 g/mol, vorzugsweise größer als 300 g/mol, z. B. im Bereich 400 bis 8000 g/mol, und/oder bei Raumtemperatur eine Viskosität, die im Bereich von 1 bis 1800 cS gewählt ist. Die Massendichte des Targetmaterials liegt vorzugsweise im Bereich von 1.5 bis 2.5 g/mol, z. B. 1.8 bis 1.9 g/mol. Durch diese, ggf. in Kombination bereitgestellten Parameter wird die Tropfenbildung des Targetmaterials und das Auffangen von Materialresten nach der Plasmaanregung verbessert.According to preferred embodiments of the invention, the target material has a vapor pressure which is less than 10 mbar, preferably less than 1 mbar, e.g. B. 10 -6 mbar, is a molecular weight greater than 100 g / mol, preferably greater than 300 g / mol, e.g. B. in the range 400 to 8000 g / mol, and / or at room temperature a viscosity which is selected in the range of 1 to 1800 cS. The mass density of the target material is preferably in the range from 1.5 to 2.5 g / mol, e.g. B. 1.8 to 1.9 g / mol. These parameters, optionally provided in combination, improve the drop formation of the target material and the collection of material residues after the plasma excitation.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von weicher Röntgenstrahlung, bei dem das oben charakterisierte Targetmaterial in Strahl- oder Tropfenform verwendet wird.Another object of the invention is a method for producing soft X-rays, in which the Target material characterized above in jet or drop form is used.

Die Bestrahlung des Targetmaterials erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Umgebung bei einem Druck, der größer als der Gasdruck des bei der Bestrahlung freigesetzten Materials ist. Durch die Erhöhung des Druckes in der Vakuumkammer auf den Dampfdruck des Targetmaterials wird eine lokale Übersättigung bei der Plasmaerzeugung und damit eine Tröpfchenbildung in der Vakuumkammer vermieden. In diesem Fall verbleibt das freigesetzte Gas größtenteils in der Gasphase. Die Abführung aus der Vakuumkammer erfolgt durch Pumpen. Vorteilhafterweise werden somit an die Vakuumbedingungen in der Kammer einer Röntgenquelle verminderte Anforderungen gestellt, so dass das Verfahren mit geringerem gerätetechnischem Aufwand durchgeführt werden kann.The irradiation of the target material takes place according to a preferred embodiment of the method according to the invention in an environment at a pressure greater than the gas pressure at that Radiation is released material. By increasing the Pressure in the vacuum chamber to the vapor pressure of the target material becomes a local supersaturation during plasma generation and thus droplet formation in the vacuum chamber avoided. In this case, most of the released gas remains in the gas phase. The exhaustion from the vacuum chamber is done by pumping. Advantageously thus the vacuum conditions in the chamber of an X-ray source reduced requirements, so that the process with less technical equipment Effort done can be.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Röntgenquelle, die unter Verwendung des oben charakterisierten Targetmaterials betrieben wird. Die Röntgenquelle zeichnet sich insbesondere durch mindestens eine Heizeinrichtung aus, mit der zumindest Teile der Vakuumkammer temperierbar sind. Mit der Heizeinrichtung ist der Dampfdruck des Targetmaterials höher als der Druck des Gases einstellbar, das durch die Bestrahlung des Targetmaterials freigesetzt wird. Durch eine Temperaturerhöhung kann der Dampfdruck erhöht werden, was Vorteile für den Aufbau der Vakuumeinrichtung und die Verminderung von Niederschlägen liefert.Another object of the invention is an x-ray source, those using the target material characterized above is operated. The X-ray source is characterized in particular by at least one heating device with which at least parts of the vacuum chamber can be tempered. With the heater, the vapor pressure of the target material is higher than the pressure of the gas adjustable by the irradiation of the target material is released. The vapor pressure can be increased by increasing the temperature, what advantages for provides the structure of the vacuum device and the reduction of precipitation.

Wenn die Röntgenquelle mit einer in der Vakuumkammer angeordneten Bestrahlungsoptik zur Bestrahlung des Targetmaterials ausgestattet ist, kann es von Vorteil sein, eine Heizeinrichtung mit der Bestrahlungsoptik zu verbinden, so dass auf dieser Niederschläge des Targetmaterials vermieden werden. Durch Erhöhung der Effektivität der Bestrahlung und Plasmaerzeugung steigt der Wirkungsgrad der Röntgenquelle. Wenn die Bestrahlungsoptik außerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist, kann vorteilhafterweise auf eine gesonderte Heizeinrichtung an der Bestrahlungsoptik verzichtet werden. Es ergibt sich ein vereinfachter Aufbau der Röntgenquelle.If the x-ray source with one in the Vacuum chamber arranged radiation optics for irradiating the Target material is equipped, it can be an advantage To connect the heating device with the radiation optics, so that on this rainfall of the target material can be avoided. By increasing the effectiveness of radiation and Plasma generation increases the efficiency of the X-ray source. If the radiation optics outside the vacuum chamber is advantageously arranged on a separate heating device on the radiation optics can be dispensed with. The structure of the x-ray source is simplified.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Röntgenquelle mit einer Sammeleinrichtung zum kühlmittelfreien Auffangen von Targetmaterialresten ausgestattet. Die erfindungsgemäße Röntgenquelle besitzt den Vorteil eines vereinfachten Aufbaus. Durch die Stabilität des Strahls oder der Tropfenfolge des Targetmaterials wird die Justierung einer Bestrahlungseinrichtung zur Anregung des Plasmazustands vereinfacht. Durch den Einsatz einer einfachen Vakuumanlage und die Vermeidung einer aufwendigen Kühleinrichtung ist die Röntgenquelle als mobiles Gerät für einen erweiterten Anwendungsbereich in Laboratorien und in der Industrie geeignet.According to another preferred embodiment the invention is the x-ray source with a collection device for coolant-free collection of Remnants of target material. The X-ray source according to the invention has the advantage of a simplified structure. Due to the stability of the beam or the drop sequence of the target material becomes the adjustment of one Irradiation device for excitation of the plasma state simplified. By using a simple vacuum system and avoiding it an elaborate cooling device is the x-ray source as a mobile device for one extended application range in laboratories and in industry suitable.

Gemäß einer bevorzugten Anwendung der Erfindung wird die Röntgenquelle mit einer Röntgenlithographieeinrichtung, z. B. zur Strukturierung von Halbleiteroberflächen kombiniert. Hierbei kann die Röntgenlithographieeinrichtung in der Vakuumkammer in unmittelbarer Nähe des Ortes der Röntgenstrahlungserzeugung angeordnet werden. Dies ist im Unterschied zu den herkömmlichen Systemen wegen der geringen Tröpfchenbildung und verminderten Niederschläge des erfindungsgemäß verwendeten Targetmaterials erstmalig möglich. Die Röntgenquelle kann umgekehrt direkt in eine Röntgenlithographieeinrichtung integriert werden. Vorzugsweise ist die Röntgenlithographieeinrichtung mit einer eigenen Heizeinrichtung ausgestattet, so dass ggf. auftretende Rest-Niederschläge leicht in die Gasphase überführt und abgepumpt werden können.According to a preferred application the invention is the x-ray source with an X-ray lithography device, z. B. combined for structuring semiconductor surfaces. Here can the X-ray lithography device in the vacuum chamber in the immediate vicinity of the location where the X-rays are generated to be ordered. This is different from the traditional ones Systems due to the low droplet formation and reduced rainfall of the target material used according to the invention possible for the first time. The X-ray source can, conversely, go directly to an X-ray lithography facility to get integrated. The x-ray lithography device is preferably equipped with its own heating device, so that any Remaining precipitation easy transferred to the gas phase and can be pumped out.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann die Vakuumkammer der Röntgenquelle mit einer zusätzlichen Vakuumkammer kombiniert werden, die die Röntgenlithographieeinrichtung enthält. Durch den vereinfachten Aufbau der erfindungsgemäßen Röntgenquelle können beide Vakuumkammern auf engem Raum angeordnet werden.According to a modified embodiment the vacuum chamber of the x-ray source can be equipped with an additional Vacuum chamber can be combined using the X-ray lithography device contains. The simplified structure of the X-ray source according to the invention allows both Vacuum chambers can be arranged in a confined space.

Die erfindungsgemäße Röntgenquelle besitzt den besonderen Vorteil, dass Röntgenstrahlung (oder entsprechend Strahlung im fernen UV-Bereich) bei dauerhaftem Betrieb erzeugt werden kann. Die Anlage kann praktisch ununterbrochen (z. B. über Tage) arbeiten, was besonders wichtig für industrielle Anwendungen der Röntgenquelle ist.The x-ray source according to the invention has the particular advantage that x-ray radiation (or correspondingly radiation in the far UV range) can be generated during continuous operation. The system can be operated practically continuously (e.g. via Ta ge) work, which is particularly important for industrial applications of the X-ray source.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:More details and advantages The invention will hereinafter be described with reference to the accompanying drawings described. Show it:

1 und 2: Strukturformeln zur Charakterisierung des erfindungsgemäß verwendeten Targetmaterials, und 1 and 2 : Structural formulas for characterizing the target material used according to the invention, and

3 bis 6: schematische Darstellungen von Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Röntgenquelle. 3 to 6 : schematic representations of embodiments of an X-ray source according to the invention.

Das erfindungsgemäß in einer Plasma-Röntgenquelle verwendete Targetmaterial basiert vorzugsweise auf einer bei Raumtemperatur flüssigen, polymeren Kohlenwasserstoffverbindung, insbesondere mit mindestens einer Etherbindung. Ein Baustein einer derartigen Kohlenwasserstoffverbindung ist beispielhaft in 1 illustriert. Es wird betont, dass die Umsetzung der Erfindung nicht auf die illustrierten Beispiele beschränkt ist. Alternativ zu fluorierten Polyethern können erfindungsgemäß allgemein auch nicht-fluorierte Polymere, Gemische aus fluorierten und nicht-fluorierten Polymeren oder Polymere mit einem geringem Lösungsmittel-Anteil (kleiner als 20 Vol.-%) verwendet werden. Ferner kann die Fluorierung zumindest teilweise durch eine andere Halogenierung, insbesondere eine Chlorierung ersetzt werden.The target material used according to the invention in a plasma X-ray source is preferably based on a polymeric hydrocarbon compound which is liquid at room temperature, in particular with at least one ether bond. A building block of such a hydrocarbon compound is exemplified in 1 illustrated. It is emphasized that the implementation of the invention is not limited to the illustrated examples. As an alternative to fluorinated polyethers, non-fluorinated polymers, mixtures of fluorinated and non-fluorinated polymers or polymers with a low solvent content (less than 20% by volume) can generally also be used according to the invention. Furthermore, the fluorination can at least partially be replaced by another halogenation, in particular chlorination.

Das in 1 beispielhaft gezeigte Targetmaterial besteht aus einer Vielzahl derartig oder entsprechend aus C, F, O und ggf. H aufgebauten Bausteinen, so dass ein schwerflüchtiges Polymer gebildet wird. Die Verwendung des schwerflüchtigen Polymers vermindert vorteilhafterweise die Anforderungen an das Vakuumsystem einer Röntgenquelle.This in 1 Target material shown as an example consists of a large number of building blocks constructed in this way or correspondingly from C, F, O and possibly H, so that a low-volatility polymer is formed. The use of the low volatility polymer advantageously reduces the demands on the vacuum system of an X-ray source.

Das Targetmaterial bildet insbesondere einen partiell oder perfluorierten Polyether (PFPE) oder eine Mischung aus mehreren partiell fluorierten oder perfluorierten Polyethern. Ein Perfluorpolyether ist beispielhaft in 2 illustriert. Zu dieser Substanzklasse gehören auch die PFPE-Verbindungen FOMBLIN (registrierte Marke) und GALDEN (registrierte Marke).The target material forms in particular a partially or perfluorinated polyether (PFPE) or a mixture of several partially fluorinated or perfluorinated polyethers. A perfluoropolyether is exemplified in 2 illustrated. The PFPE compounds FOMBLIN (registered trademark) and GALDEN (registered trademark) also belong to this class of substances.

In 3 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Röntgenquelle schematisch illustriert. Die Röntgenquelle umfasst eine Targetquelle 10, die mit einer temperierbaren Vakuumkammer 20 verbunden ist, eine Bestrahlungseinrichtung 30 und eine Sammeleinrichtung 40. Die Targetquelle 10 umfasst ein Reservoir 11 für das Targetmaterial, eine Zufuhrleitung 12 und eine Düse 13 (oder: eine Tröpfchenkanone 13, siehe 4). Mit einer (nicht dargestellten) Betätigungseinrichtung, die bspw. eine Pumpe oder eine piezoelektrische Fördereinrichtung umfasst, wird Targetmaterial zur Düse oder Tröpfchenkanone 13 geführt und von dieser in Form eines Flüssigkeitsstrahls oder in Form von Tropfen 50 abgegeben und in die Vakuumkammer 20 injiziert.In 3 is an example of an X-ray source according to the invention schematically illustrated. The x-ray source comprises a target source 10 with a temperature controlled vacuum chamber 20 is connected to an irradiation device 30 and a collection facility 40 , The target source 10 includes a reservoir 11 for the target material, a supply line 12 and a nozzle 13 (or: a droplet cannon 13 , please refer 4 ). With an actuating device (not shown), which comprises, for example, a pump or a piezoelectric conveying device, target material becomes a nozzle or droplet cannon 13 guided and by this in the form of a liquid jet or in the form of drops 50 dispensed and into the vacuum chamber 20 injected.

Die Bestrahlungseinrichtung 30 umfasst eine Strahlungsquelle 31 und eine Bestrahlungsoptik 32, mit der Strahlung von der Strahlungsquelle 31 auf das Targetmaterial 50 fokussierbar sind. Die Strahlungsquelle 31 ist bspw. ein Laser, dessen Licht ggf. mit Hilfe von Umlenkspiegeln (nicht dargestellt) hin zum Targetmaterial gelenkt wird. Alternativ kann als Bestrahlungseinrichtung eine Ionenquelle oder eine Elektronenquelle vorgesehen sein, die mit in der Kammer 20 angeordnet ist.The radiation device 30 includes a radiation source 31 and radiation optics 32 , with the radiation from the radiation source 31 on the target material 50 are focusable. The radiation source 31 is, for example, a laser, the light of which is deflected towards the target material with the aid of deflecting mirrors (not shown). Alternatively, an ion source or an electron source can be provided as the radiation device, which is also in the chamber 20 is arranged.

Die Sammeleinrichtung 40 umfasst einen Aufnehmer 41 z. B. in Form eines Trichters oder einer Kapillare, der Targetmaterial, das nicht unter Einwirkung der Bestrahlung verdampft ist, aus der Vakuumkammer entfernt und in einen Sammelbehälter 42 leitet. Wegen der Verwendung des flüssigen Polymers als Targetmaterial kann die gesammelte Flüssigkeit vorteilhafterweise ohne weitere Maßnahmen im Sammelbehälter 42 aufgefangen werden. Um ggf. die Gefahr eines Rückstroms von gesammeltem Targetmaterial in die Vakuumkammer 20 zu vermeiden, kann eine Kühlung des Sammelbehälters 42 mit einer Kühleinrichtung (nicht dargestellt) und/oder eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) vorgesehen sein.The collection facility 40 includes a transducer 41 z. B. in the form of a funnel or a capillary, the target material, which has not evaporated under the action of the radiation, removed from the vacuum chamber and into a collection container 42 passes. Because of the use of the liquid polymer as the target material, the collected liquid can advantageously be in the collecting container without further measures 42 to be caught. To avoid any risk of backflow of collected target material into the vacuum chamber 20 to avoid cooling the collection container 42 be provided with a cooling device (not shown) and / or a vacuum pump (not shown).

Die Vakuumkammer 20 umfasst ein Gehäuse 21 mit mindestens einem ersten Fenster 22, durch das das Targetmaterial 50 bestrahlbar ist, und mindestens einem zweiten Fenster 23, durch das die generierte Röntgenstrahlung austritt. Das zweite Fenster 23 ist optional vorgesehen, um die generierte Röntgenstrahlung aus der Vakuumkammer 20 für eine bestimmte Anwendung auszukoppeln. Falls dies nicht erforderlich ist, kann auf das zweite Fenster 23 verzichtet werden (siehe unten). Die Vakuumkammer 20 ist ferner mit einer Vakuumeinrichtung 24 verbunden, mit der in der Kammer 20 ein Unterdruck erzeugt wird. Dieser Unterdruck liegt vorzugsweise unterhalb von 10–5 mbar. Die Bestrahlungsoptik 32 ist ebenfalls in der Vakuumkammer 20 angeordnet.The vacuum chamber 20 includes a housing 21 with at least one first window 22 through which the target material 50 can be irradiated, and at least one second window 23 , through which the generated x-ray radiation emerges. The second window 23 is optionally provided to the generated x-rays from the vacuum chamber 20 decoupling for a specific application. If this is not necessary, you can click on the second window 23 can be dispensed with (see below). The vacuum chamber 20 is also with a vacuum device 24 connected to that in the chamber 20 a negative pressure is generated. This negative pressure is preferably below 10 -5 mbar. The radiation optics 32 is also in the vacuum chamber 20 arranged.

Die Vakuumkammer 20 ist mit einer Heizeinrichtung 60 ausgestattet, die einen oder mehrere Thermostaten 61 bis 63 umfasst. Mit den Thermostaten sind das Gehäuse 21, der Aufnehmer 41 und/oder die Bestrahlungsoptik 32 temperierbar. Ggf. kann auch die Targetquelle 10 temperiert werden. Ein Thermostat umfasst beispielsweise eine an sich bekannte Widerstandsheizung.The vacuum chamber 20 is with a heater 60 equipped with one or more thermostats 61 to 63 includes. With the thermostats are the housing 21 , the pickup 41 and / or the radiation optics 32 temperature-controlled. Possibly. can also be the target source 10 be tempered. A thermostat includes, for example, a resistance heater known per se.

Die mit der Heizeinrichtung 60 eingestellte Temperatur wird so gewählt, dass der Dampfdruck des Targetmaterials den Gasdruck übersteigt, der durch Bestrahlung des Targetmaterials 50 mit der Bestrahlungseinrichtung 30 gebildet wird. Dadurch wird erfindungsgemäß eine Übersättigung der Gasphase in der Vakuumkammer vermieden. Das freigesetzte Polymer bleibt gasförmig und kann nahezu quantitativ mit der Vakuumeinrichtung 24 abgepumpt werden.The one with the heater 60 set temperature is selected so that the vapor pressure of the target material exceeds the gas pressure caused by irradiation of the target material 50 with the radiation device 30 is formed. This avoids oversaturation of the gas phase in the vacuum chamber. The released polymer remains gaseous and can be measured almost quantitatively with the vacuum device 24 be pumped out.

Das zweite Fenster 23 besteht aus einem für weiche Röntgenstrahlung transparenten Fenstermaterial, z. B. aus Beryllium. Wenn das zweite Fenster 23 vorgesehen ist, kann sich eine evakuierbare Bearbeitungskammer 26 anschließen, die mit einer weiteren Vakuumeinrichtung 27 verbunden ist. In der Bearbeitungskammer 26 kann die Röntgenstrahlung zur Materialbearbeitung auf ein Objekt abgebildet werden. Es ist bspw. eine Röntgenlithographieeinrichtung 70 vorgesehen, mit der die Oberfläche eines Halbleitersubstrats bestrahlt wird. Die räumliche Trennung der Röntgenquelle in der Vakuumkammer 20 und der Röntgenlithographieeinrichtung 70 in der Bearbeitungskammer 26 besitzt den Vorteil, dass das zu bearbeitende Material nicht Ablagerungen von verdampftem Targetmaterial ausgesetzt wird.The second window 23 consists of a window material transparent for soft X-rays, e.g. B. from beryllium. If the second window 23 is provided, an evacuable processing chamber 26 connect that with another vacuum device 27 connected is. In the processing chamber 26 X-rays can be mapped onto an object for material processing. It is, for example, an X-ray lithography device 70 provided with which the surface of a semiconductor substrate is irradiated. The spatial separation of the X-ray source in the vacuum chamber 20 and the X-ray lithography device 70 in the processing chamber 26 has the advantage that the material to be processed is not exposed to deposits of evaporated target material.

Die Röntgenlithographieeinrichtung 70 umfasst bspw. einen Filter 71 zur Selektion der gewünschten Röntgen-Wellenlänge, eine Maske 72 und das zu bestrahlende Substrat 73. Zusätzlich können Abbildungsoptiken (bspw. Spiegel) vorgesehen sein, um die Röntgenstrahlung auf die Einrichtung 70 zu lenken.The X-ray lithography facility 70 includes, for example, a filter 71 to select the desired X-ray wavelength, a mask 72 and the substrate to be irradiated 73 , In addition, imaging optics (for example mirrors) can be provided to direct the x-ray radiation onto the device 70 to steer.

Bei der abgewandelten Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 ist die Röntgenlithographieeinrichtung 70 in der Vakuumkammer 20 angeordnet. Zur Vermeidung von Niederschlägen ist die Einrichtung 70 ebenfalls mit einem Thermostaten 64 verbunden. Des Weiteren illustriert 4 die Verwendung einer Tropfenkanone 13 anstelle der oben genannten Düse, wobei mit der Tropfenkanone eine Tropfenfolge erzeugt wird.In the modified embodiment of the invention according to 4 is the X-ray lithography facility 70 in the vacuum chamber 20 arranged. The facility is to avoid rainfall 70 also with a thermostat 64 connected. Illustrated further 4 the use of a drop cannon 13 instead of the nozzle mentioned above, whereby a drop sequence is generated with the drop gun.

Wenn die Bestrahlungsoptik 32 gemäß 5 außerhalb der Vakuumkammer 20 angeordnet wird, kann vorteilhafterweise auf eine gesonderte Temperierung verzichtet werden. In diesem Fall muss allerdings das Fenster 22 ausreichend stabil in Bezug auf die zumindest teilweise fokussierte und ggf. hochrepetierende Strahlung der Strahlungsquelle 31 sein. Des Weiteren wird bei dieser Ausführungsform das Targetmaterial 50 relativ dicht (z. B. im Abstand von wenigen cm) am Fenster 22 vorbeigeführt. Auch bei dieser Ausführungsform kann eine Tröpfchenkanone anstelle der illustrierten Düse 13 verwendet werden.If the radiation optics 32 according to 5 outside the vacuum chamber 20 is arranged, a separate temperature control can advantageously be dispensed with. In this case, however, the window 22 sufficiently stable with respect to the at least partially focused and possibly highly repetitive radiation from the radiation source 31 his. Furthermore, in this embodiment, the target material 50 relatively close (e.g. at a distance of a few cm) to the window 22 past. In this embodiment too, a droplet gun can be used instead of the illustrated nozzle 13 be used.

Wenn flüssige Polymere als Targetmaterial verwendet werden, deren Dampfdruck so hoch ist, dass eine Temperierung des Gehäuses 21 nicht erforderlich ist, so sollten dennoch empfindliche Komponenten der Vakuumkammer 20, wie z. B. die Abbildungsoptik 32 oder die Einrichtung 70 geheizt werden. Diese Ausführungsform der Erfindung ist in 6 illustriert. Durch die lokale Heizung wird vorteilhafterweise erreicht, dass das bei der Bestrahlung freigesetzte Targetmaterial bevorzugt auf den kälteren Wänden des Gehäuses 21 abgesetzt wird. Die empfindlichen, für die jeweilige Anwendung wichtigen Komponenten werden geschont.If liquid polymers are used as target material, the vapor pressure of which is so high that the housing is tempered 21 is not required, sensitive components of the vacuum chamber should still be 20 , such as B. the imaging optics 32 or the establishment 70 be heated. This embodiment of the invention is in 6 illustrated. The local heating advantageously ensures that the target material released during the irradiation preferably on the colder walls of the housing 21 is discontinued. The sensitive components that are important for the respective application are protected.

Zur erfindungsgemäßen Generation von Röntgenstrahlung werden mit der Targetquelle 10 ein Strahl oder Tropfen des Targetmaterials 50 erzeugt. Der Durchmesser des Strahls oder der Tropfen beträgt bspw. 10 μm bis 0.1 mm. Die Strecke, die das Targetmaterial 50 im Vakuum zurücklegt, beträgt typischerweise einige mm bis einige cm. Es wird bspw. eine Tropfenfolge von 104 Tropfen je Sekunde generiert. Die Tropfen 50 werden mit der Bestrahlungseinrichtung 30 in an sich bekannter Weise bestrahlt. Die Bestrahlung erfolgt fokussiert mit einer derartigen Intensität, dass das Targetmaterial in einen Plasmazustand überführt wird. Im Plasmazustand wird weiche Röntgenstrahlung emittiert und zur ggf. jeweiligen Anwendung durch das zweite Fenster 23 ausgekoppelt.For the generation of X-rays according to the invention, the target source 10 a jet or drop of the target material 50 generated. The diameter of the jet or drops is, for example, 10 μm to 0.1 mm. The distance that the target material 50 covered in a vacuum is typically a few mm to a few cm. For example, a drop sequence of 10 4 drops per second is generated. The drops 50 be with the radiation device 30 irradiated in a manner known per se. The radiation is focused with such an intensity that the target material is converted into a plasma state. In the plasma state, soft X-rays are emitted and, if applicable, through the second window for the respective application 23 decoupled.

Bei Verwendung hochrepetierender Laser als Strahlungsquelle kann eine intensive Röntgenstrahlung mit einer Ausgangsleistung im Bereich von rund 1 W bereitgestellt werden. Die Röntgenstrahlung umfasst einen Wellenlängenbereich von bis zu ungefähr 15 nm. Vorteilhafterweise werden insbesondere die Ka-Linie mit λ = 3.37 nm, F-Linien mit λ = 0.7 nm bis 1.7 nm und die O-Linie mit λ = 13 nm emittiert. Besonders vorteilhaft ist, dass die Kohlenstoff-Ka-Linie unter Vermeidung störender Graphitablagerungen generiert werden kann. In der Röntgenmikroskopie ist die Ka-Linie von starkem Interesse, da diese in das sogenannte "Wasserfenster" fällt, in dem keine Röntgenabsorption durch Wasser auftritt. Durch die dauerhafte Vermeidung von Erosionen und Ablagerungen ist die erfindungsgemäße Röntgenquelle für röntgenmikroskopische und -lithographische Anwendungen hervorragend geeignet. Ein weiterer Vorteil ist durch die Miniaturisierung des Aufbaus gegeben. Die Einrichtung 70 (siehe 4) kann in unmittelbarer Nähe des Fokus der Bestrahlungseinrichtung 30 angeordnet werden.If highly repetitive lasers are used as the radiation source, intensive X-ray radiation with an output power in the range of around 1 W can be provided. The X-ray radiation encompasses a wavelength range of up to approximately 15 nm. In particular, the Ka line with λ = 3.37 nm, F lines with λ = 0.7 nm to 1.7 nm and the O line with λ = 13 nm are advantageously emitted. It is particularly advantageous that the carbon Ka line can be generated while avoiding annoying graphite deposits. The Ka line is of great interest in X-ray microscopy, since it falls into the so-called "water window", in which no X-ray absorption by water occurs. Due to the permanent avoidance of erosions and deposits, the X-ray source according to the invention is outstandingly suitable for X-ray microscopic and lithographic applications. Another advantage is the miniaturization of the structure. The facility 70 (please refer 4 ) can be in the immediate vicinity of the focus of the radiation device 30 to be ordered.

Die erfindungsgemäße Röntgenquelle wird bspw. mit den folgenden Parametern betrieben. Es wird mit der Bestrahlungseinrichtung 30 dem Targetmaterial pulsförmig eine Energie von 100 μJ pro Bestrahlungspuls (z. B. Laserschuss) zugeführt. Bei einer Pulsrate von 10 kHz wird eine Ausgangsleistung von 1 W erreicht. Falls pro, Puls ein Volumen aus dem Targetstrahl verdampft wird, das einem Würfel der Kantenlänge 20 μm entspricht, wird bei einer Dichte von z. B. 2 g/ml des Targetmaterials pro Puls eine Masse von 2·10–8 g verdampft. Bei der genannten Anregungsrate ergibt sich eine freigesetzte Masse von 2·10–9 g/s. Bei einer Molmasse von 1000 g/mol ergibt sich eine Gasmenge von 2·10–7 mol/s, die mit einer Sauggeschwindigkeit von rund 1000 1/s zur Aufrechterhaltung eines Vakuums von rund 5·10–6 mbar abgeführt wird. Der Dampfdruck des Materials (z. B. 10–5 mbar) wird (ggf. durch Temperieren) so gewählt, dass er den Kammerdruck leicht übersteigt, so dass die oben genannte Tröpfchenbildung durch Übersättigung vermieden wird.The X-ray source according to the invention is operated, for example, with the following parameters. It comes with the radiation device 30 An energy of 100 μJ per radiation pulse (e.g. laser shot) is supplied to the target material in pulsed form. An output power of 1 W is achieved at a pulse rate of 10 kHz. If, per pulse, a volume is evaporated from the target beam that corresponds to a cube with an edge length of 20 μm, a density of z. B. 2 g / ml of the target material per pulse evaporates a mass of 2 · 10 -8 g. At the excitation rate mentioned, a released mass of 2 · 10 -9 g / s results. With a molar mass of 1000 g / mol, there is a gas quantity of 2 · 10 -7 mol / s, which is removed at a suction speed of around 1000 1 / s to maintain a vacuum of around 5 · 10 -6 mbar. The vapor pressure of the material (e.g. 10 -5 mbar) is selected (if necessary by tempering) so that it slightly exceeds the chamber pressure so that the above-mentioned droplet formation due to oversaturation is avoided.

Wegen der geringen Flüchtigkeit des erfindungsgemäß verwendeten Materials kann die Sammeleinrichtung 40 vorteilhafterweise ohne ein Kühlmittel und ohne eine Kühleinrichtung betrieben werden. Es ist insbesondere nicht erforderlich, dass eine sogenannte Kryofalle oder ein Abscheider zum Kondensieren von Restmaterialien vorgesehen ist. Der Aufnehmer 41 und der Sammelbehälter 42 sind direkt miteinander verbunden.Because of the low volatility of the material used according to the invention, the collecting device 40 are advantageously operated without a coolant and without a cooling device. In particular, it is not necessary that a so-called cryogenic trap or a separator for the con densifying residual materials is provided. The pickup 41 and the collection container 42 are directly connected to each other.

Die nicht von der Sammeleinrichtung 40 erfassten Restmaterialien sind vorteilhafterweise leicht flüchtige Komponenten, die mit der Vakuumeinrichtung 24 aus der Kammer 20 entfernt werden können. Die Vakuumeinrichtungen 24, 27 umfassen bspw. Drehschieber-Ölpumpen.Not from the collection facility 40 Residual materials detected are advantageously volatile components that are used with the vacuum device 24 out of the chamber 20 can be removed. The vacuum devices 24 . 27 include, for example, rotary vane oil pumps.

Bevorzugte Anwendungen der erfindungsgemäßen Röntgenquelle bestehen in der analytischen Chemie, in der Röntgenmikroskopie, in der Röntgenlithographie und in der Kombination mit weiteren spektroskopischen Messverfahren, wie z. B. der fs-Spektroskopie.Preferred applications of the X-ray source according to the invention exist in analytical chemistry, in X-ray microscopy, in X-ray lithography and in combination with other spectroscopic measurement methods, such as B. fs spectroscopy.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Targetmaterials ist nicht auf Röntgenquellen mit freien Strahl- oder Tropfenquellen beschränkt, sondern auch bei anderen geometrischen Targetformen möglich.The use of the target material according to the invention is not on x-ray sources limited with free jet or drop sources, but also with others geometric target shapes possible.

Claims (29)

Targetmaterial, insbesondere zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung, das aus mindestens einer Kohlenwasserstoffverbindung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffverbindung mindestens ein bei Raumtemperatur flüssiges Polymer umfasst.Target material, in particular for the plasma-based generation of X-rays, which consists of at least one hydrocarbon compound, characterized in that the hydrocarbon compound comprises at least one polymer which is liquid at room temperature. Targetmaterial nach Anspruch 1, bei dem die Kohlenwasserstoffverbindung mindestens eine Etherbindung zwischen Kohlenstoffatomen aufweist.The target material of claim 1, wherein the hydrocarbon compound has at least one ether bond between carbon atoms. Targetmaterial nach Anspruch 1 oder 2, das mindestens einen partiell fluorierten oder perfluorierten, polymeren Kohlenwasserstoffether umfasst.Target material according to claim 1 or 2, the at least one partially fluorinated or perfluorinated, polymeric hydrocarbon ether includes. Targetmaterial nach Anspruch 3, das einen Perfluorpolyether oder eine Mischung aus Perfluorpolyethern umfasst.Target material according to claim 3, which is a perfluoropolyether or a mixture of perfluoropolyethers. Targetmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Dampfdruck bei Raumtemperatur geringer als 10 mbar ist.Target material according to one of the preceding claims, the Vapor pressure at room temperature is less than 10 mbar. Targetmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Molekulargewicht größer als 100 g/mol ist.Target material according to one of the preceding claims, the Molecular weight greater than 100 is g / mol. Targetmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Viskosität im Bereich von 1 cS bis 1800 cS gewählt ist.Target material according to one of the preceding claims, the viscosity is selected in the range from 1 cS to 1800 cS. Verwendung von bei Raumtemperatur flüssigen, polymeren Kohlenwasserstoffverbindungen als Targetmaterial zur Erzeugung weicher Röntgenstrahlung.Use of polymeric hydrocarbon compounds that are liquid at room temperature as a target material for the generation of soft X-rays. Verwendung von partiell fluorierten oder perfluorierten, polymeren Kohlenwasserstoffethern als Targetmaterial zur Erzeugung weicher Röntgenstrahlung.Use of partially fluorinated or perfluorinated, polymeric Hydrocarbon ethers as the target material for producing softer X-rays. Verfahren zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung, bei dem ein flüssiges Targetmaterial (50), das aus mindestens einer fluorierten Kohlenwasserstoffverbindung besteht, bestrahlt wird, um einen Plasmazustand zu erzeugen, in dem die Röntgenstrahlung abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Targetmaterial (50) eine Kohlenwasserstoffverbindung verwendet wird, die mindestens ein bei Raumtemperatur flüssiges. Polymer umfasst.Process for the plasma-based generation of X-rays, in which a liquid target material ( 50 ), which consists of at least one fluorinated hydrocarbon compound, is irradiated to produce a plasma state in which the X-radiation is emitted, characterized in that as the target material ( 50 ) a hydrocarbon compound is used which has at least one liquid at room temperature. Polymer includes. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem als Targetmaterial (50) eine Kohlenwasserstoffverbindung verwendet wird, die mindestens eine Etherbindung zwischen Kohlenstoffatomen aufweist.A method according to claim 10, wherein the target material ( 50 ) a hydrocarbon compound is used which has at least one ether bond between carbon atoms. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem als Targetmaterial (50) mindestens ein partiell fluorierter oder perfluorierter, polymerer Kohlenwasserstoffether verwendet wird.A method according to claim 11, wherein the target material ( 50 ) at least one partially fluorinated or perfluorinated, polymeric hydrocarbon ether is used. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem als Targetmaterial (50) ein Perfluorpolyether oder eine Mischung aus Perfluorpolyethern verwendet wird.Method according to Claim 12, in which the target material ( 50 ) a perfluoropolyether or a mixture of perfluoropolyethers is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, bei dem ein Targetmaterial (50) verwendet wird, dessen Dampfdruck bei Raumtemperatur geringer als 10 mbar ist.Method according to one of the preceding claims 10 to 13, in which a target material ( 50 ) is used, the vapor pressure of which is less than 10 mbar at room temperature. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, bei dem ein Targetmaterial (50) verwendet wird, dessen Molekulargewicht größer als 100 g/mol ist.Method according to one of the preceding claims 10 to 14, in which a target material ( 50 ) is used, whose molecular weight is greater than 100 g / mol. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 15, bei dem ein Targetmaterial (50) verwendet wird, dessen Viskosität im Bereich von 1 cS bis 1800 cS gewählt ist.Method according to one of the preceding claims 10 to 15, in which a target material ( 50 ) is used, the viscosity of which is selected in the range from 1 cS to 1800 cS. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 16, bei dem Tropfen des Targetmaterials (50) erzeugt werden, die zur Erzeugung des Plasmazustands bestrahlt werden.Method according to one of the preceding claims 10 to 16, in which drops of the target material ( 50 ) are generated, which are irradiated to generate the plasma state. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 17, bei dem die Bestrahlung des Targetmaterials (50) in einer Vakuumkammer (20) erfolgt, die zumindest lokal derart geheizt ist, dass der Dampfdruck des Targetmaterials (50) höher als der Druck des Gases ist, das durch die Bestrahlung des Targetmaterials (50) freigesetzt wird.Method according to one of the preceding claims 10 to 17, in which the irradiation of the target material ( 50 ) in a vacuum chamber ( 20 ) which is heated at least locally in such a way that the vapor pressure of the target material ( 50 ) is higher than the pressure of the gas caused by the irradiation of the target material ( 50 ) is released. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 15, bei dem Targetmaterial (50) nach der Bestrahlung in einer Sammeleinrichtung bei Raumtemperatur aufgefangen wird.Method according to one of the preceding claims 8 to 15, in which the target material ( 50 ) after radiation in a collection facility Room temperature is collected. Röntgenquelle zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung durch hochenergetische Bestrahlung eines flüssigen Targetmaterials (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die umfasst: – eine Targetquelle (10), die in einer Vakuumkammer (20) das Targetmaterial (50) bereitstellt, – eine Bestrahlungseinrichtung (30) zur Bestrahlung des Targetmaterials (50) in der Kammer, und – einer Sammeleinrichtung (40) zum Auffangen des Targetmaterials (50) nach der Bestrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens eine Heizeinrichtung (60) vorgesehen ist, mit der zumindest Teile der Vakuumkammer (20) temperierbar sind.X-ray source for the plasma-based generation of X-rays by high-energy irradiation of a liquid target material ( 50 ) according to one of claims 1 to 7, comprising: - a target source ( 10 ) in a vacuum chamber ( 20 ) the target material ( 50 ) provides - an irradiation device ( 30 ) to irradiate the target material ( 50 ) in the chamber, and - a collection facility ( 40 ) to catch the target material ( 50 ) after the irradiation, characterized in that - at least one heating device ( 60 ) is provided with which at least parts of the vacuum chamber ( 20 ) can be tempered. Röntgenquelle gemäß Anspruch 20, bei der die Heizeinrichtung (60) mehrere Thermostaten (61–64) umfasst, die mit Komponenten an und/oder in der Vakuumkammer (20) verbunden sind.X-ray source according to Claim 20, in which the heating device ( 60 ) several thermostats ( 61-64 ) that includes components on and / or in the vacuum chamber ( 20 ) are connected. Röntgenquelle gemäß Anspruch 21, bei der die Bestrahlungseinrichtung eine Bestrahlungsoptik aufweist, die in der Vakuumkammer (20) angeordnet und mit einem Thermostaten (63) verbunden ist.X-ray source according to Claim 21, in which the irradiation device has irradiation optics which are arranged in the vacuum chamber ( 20 ) arranged and with a thermostat ( 63 ) connected is. Röntgenquelle gemäß Anspruch 20, bei der die Bestrahlungseinrichtung eine Bestrahlungsoptik aufweist, die außerhalb der Vakuumkammer (20) angeordnet ist.X-ray source according to Claim 20, in which the irradiation device has irradiation optics which are located outside the vacuum chamber ( 20 ) is arranged. Röntgenquelle gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, bei der die Sammeleinrichtung zum kühlmittelfreien Betrieb eingerichtet ist.X-ray source according to one of claims 20 to 23, at which the collection device is set up for coolant-free operation is. Röntgenquelle gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, bei der in der Vakuumkammer (20) eine Röntgenlithographieeinrichtung (70) angeordnet ist.X-ray source according to one of Claims 20 to 24, in which in the vacuum chamber ( 20 ) an X-ray lithography device ( 70 ) is arranged. Röntgenquelle gemäß Anspruch 25, bei der die Röntgenlithographieeinrichtung (70) mit einem Thermostaten (64) verbunden ist.X-ray source according to Claim 25, in which the X-ray lithography device ( 70 ) with a thermostat ( 64 ) connected is. Röntgenquelle gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, bei der die Vakuumkammer (20) mit einer Bearbeitungskammer (26) verbunden ist, in der eine Röntgenlithographieeinrichtung (70) angeordnet ist.X-ray source according to one of Claims 20 to 24, in which the vacuum chamber ( 20 ) with a processing chamber ( 26 ) in which an X-ray lithography device ( 70 ) is arranged. Verwendung eines bei Raumtemperatur flüssigen Polymers, das aus mindestens einer Kohlenwasserstoffverbindung besteht, als Schutzfilm gegen ionen- und/oder energiereiche Fragmente auf Komponenten, die sich in einer Röntgenquelle gemäß einem der Ansprüche 20 bis 27 befinden.Use of a polymer which is liquid at room temperature and which consists of at least a hydrocarbon compound, as a protective film against ion and / or high-energy fragments on components that are in a X-ray source according to one of claims 20 to 27. Verwendung gemäß Anspruch 28, bei dem das Polymer einen flüssigen, geschlossenen Schutzfilm bildet.Use according to claim 28, in which the polymer is a liquid, forms a closed protective film.
DE2002133634 2002-07-24 2002-07-24 Target material used in plasma-based production of (soft) x-radiation, e.g. in analytical chemistry, x-ray microscopy or lithography, comprises polymer, preferably (per)fluorinated polymer, liquid at room temperature Withdrawn DE10233634A1 (en)

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WO2004110112A1 (en) * 2003-06-11 2004-12-16 Max-Planck-Gesellschaft Zur Förderung De Wissenschaften E.V. Plasma-based generation of x-ray radiation with a stratiform target material

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