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Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur Erzeugung von intensiver kurzwelliger Strahlung auf Basis eines
Plasmas, wobei in der Vakuumkammer eine energiereiche Anregungsstrahlung
auf einen Targetstrom gerichtet ist, die mittels einer definierten Impulsenergie
den Targetstrom abschnittsweise vollständig in ein dichtes heißes Plasma
umgewandelt, das insbesondere kurzwellige Strahlung im Extrem-Ultravioletten (EUV),
d.h. im Wellenlängenbereich
von 1 nm bis 20 nm, emittiert.
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Die Erfindung findet Anwendung als
Lichtquelle kurzwelliger Strahlung, vorzugsweise für die EUV-Lithographie
bei der Herstellung integrierter Schaltkreise. Sie kann aber auch
für inkohärente Lichtquellen
in anderen Spektralbereichen vom weichen Röntgen- bis in den infraroten
Spektralbereich genutzt werden.
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Für
die Herstellung immer schnellerer integrierter Schaltkreise ist
es notwendig, dass die Breite der einzelnen Struktur auf dem Chip
immer kleiner wird. Da die Auflösung
bei optischen Verfahren (optische Lithographie) proportional zur
Wellenlänge
des verwendeten Lichts ist, geht die Entwicklung zu immer kürzeren Wellenlängen. Ein
Gebiet mit sehr guten Zukunftsaussichten ist die EUV-Lithographie (Wellenlänge um 13,5
nm).
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Um wirtschaftlich zu sein, muss ein
bestimmter Durchsatz an Wafern gewährleistet werden, was bei einer
bestimmten Effizienz der abbildenden Optiken eine Lichtquelle mit
einer großen
Mindestleistung notwendig macht. Im Wellenlängenbereich um 13,5 nm existieren
derzeit keine Lichtquellen, die in der Lage wären, die geforderten Leistungen
zu Verfügung
zu stellen. Auch die Auswahl an Lichtquellen, die potentiell dazu
in der Lage sein könnten,
ist sehr begrenzt.
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Als aussichtsreiche Strahlungsquellen
für die EUV-Lithographie
kommen nach dem heutigen Wissensstand laserproduzierte Plasmen,
Entladungsplasmen und Synchrotrons in Betracht. Die Quellen auf
Basis eines Plasmas haben dabei den Vorteil, dass sie relativ problemlos
in den vorhandenen Produktionsprozess einbezogen werden können.
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Um insbesondere bei laserproduzierten Plasmen
eine unerwünschte
Teilchenemission, die die Lebensdauer vor allem der ersten Optik
stark reduziert, einzuschränken,
wurden sogenannte „massenlimitierte" Targets entwickelt.
Diese schränken
die Menge des produzierten Debris wesentlich ein. Massenlimitiert
bedeutet dabei, dass das zur Verfügung stehende Targetmaterial
durch die Wechselwirkung mit dem Energiestrahl vollständig in
Plasma verwandelt wird. Da somit die Menge des Materials, das zur Strahlungserzeugung
zur Verfügung
steht, begrenzt ist, ergibt sich genau eine Energiemenge des Strahlungsimpulses
für eine
optimale Konversion von z.B. Laserphotonen in EUV-Photonen. Damit
wiederum steht bei einer gegebenen Impulsfolgefrequenz des Energiestrahls
die mittlere einkoppelbare Leistung und mit einer bestimmten Konversionseffizienz
auch die maximale erzeugbare EUV-Leistung fest. Die maximale Impulsfolgefrequenz
des Energiestrahls ergibt sich dadurch, dass das Target durch die
Plasmaerzeugung gestört
wird und deshalb ein minimaler zeitlicher Abstand der einzelnen
Laserimpulse notwendig ist, der von der Transportgeschwindigkeit
des Targetstroms abhängt.
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Bisher vorgeschlagene Targetkonzepte
sind:
- – ein
kontinuierlicher Materialstrahl (sogenannter Target-Jet) z.B. aus
kondensiertem Xenon (z.B. gemäß WO 97/40650
A1),
- – ein
dichter Tröpfchen-Nebel
aus mikroskopisch kleinen Tropfen (z.B. WO 01/30122 A1),
- – Cluster-Targets
(z.B. nach US 5,577,092 ),
- – makroskopische
Tropfen (z.B. gemäß EP 0 186 491 B1 )
und
- – Eiskristalle
durch Anwendung eines Spray ( US 6,324,256 ).
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Allen bekannten Targetkonzepten ist
gemeinsam, dass die Menge an Material, das für einen Anregungsimpuls zur
Verfügung
steht, gering ist, so dass die maximale Energie des Einzelimpulses
begrenzt ist. Die Transportgeschwindigkeit des Targetmaterials und
der Durchmesser des Targetstrahls lässt sich aus physikalischen
Gründen
(Hydrodynamik) ebenfalls nicht unbegrenzt erhöhen, wodurch andererseits die
Impulsfolgefrequenz des Energiestrahls beschränkt ist. Da die mittlere Leistung
das Produkt aus Einzelimpulsenergie und Folgefrequenz des Anregungsstrahls
ist, ergibt sich daraus eine obere Grenze für die erzeugbare EUV-Leistung.
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Somit ist es mit herkömmlichen
Targets nicht möglich,
die von der Halbleiterindustrie geforderten hohen durchschnittlichen
Leistungen im EUV-Spektralbereich zu erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
neue Möglichkeit
zur Erzeugung von aus Plasma generierter Strahlung, insbesondere
EUV-Strahlung, zu finden, bei der unter Beibehaltung der Vorteile
der Massenlimitierung der Targets die ins Plasma konvertierte Einzelimpuls-Energie
und somit die nutzbare Strahlungsleistung deutlich gesteigert wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anordnung
zur Erzeugung von intensiver Strahlung auf Basis eines Plasmas,
die einen Targetgenerator mit einer Düse zur Dosierung und Ausrichtung
eines Targetstroms für
die Plasmaerzeugung und eine Vakuumkammer enthält, wobei in der Vakuumkammer eine
energiereiche Anregungsstrahlung auf den Targetstrom gerichtet ist
und der Targetstrom stückweise
mittels einer definierten Impulsenergie der Anregungsstrahlung vollständig in
ein Plasma, das eine hohe Konversionseffizienz für die intensive Strahlung in
einem gewünschten
Wellenlängenbereich
aufweist, umgewandelt wird, dadurch gelöst, dass die Düse des Targetgenerators
eine Mehrkanaldüse
mit mehreren separaten Öffnungen
ist, wobei die Öffnungen
mehrere Targetstrahlen erzeugen, auf die abschnittsweise jeweils
gleichzeitig die Anregungsstrahlung zur Plasmaerzeugung gerichtet
ist.
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Vorteilhaft sind die einzelnen Öffnungen
der Düse
derart angeordnet, dass ein von der Anregungsstrahlung auf alle
die Düse
verlassenden Targetstrahlen fokussierter Strahlungsfleck räumlich im Wesentlichen
gleichmäßig mit
parallelen Targetstrahlen abgedeckt ist, wobei alle Targetstrahlen über ihren
Durchmesser vollständig
bestrahlt sind.
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Dabei können die einzelnen Öffnungen
der Düse
zweckmäßig in wenigstens
einer Reihe angeordnet sein.
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Besonders vorteilhaft im Sinne der
Minimierung der Einkoppelverluste der Anregungsstrahlung ist es,
wenn die einzelnen Öffnungen
der Düse
so angeordnet sind, dass die Targetstrahlen den Strahlungsfleck
der Anregungsstrahlung lückenlos
und nicht überlappend
ausfüllen,
wobei für
im Strahlungsfleck benachbart erscheinende Targetstrahlen die Öffnungen
der Düse
zur Richtung der Anregungsstrahlung versetzt angeordnet sind.
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Dazu sind die einzelnen Öffnungen
der Düse vorzugsweise
entlang einer Geraden angeordnet, die mit der Einfallsrichtung der
Anregungsstrahlung einen Winkel zwischen 45° und 90° einschließt.
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In einer weiteren vorteilhaften Gestaltung sind
die einzelnen Öffnungen
der Düse
in mehreren Reihen versetzt zueinander angeordnet.
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Dabei können die Öffnungen zweckmäßig als
parallele Reihen mit gleichem Abstand der Öffnungen in der Düse vorhanden
sein, wobei die Reihen bezüglich
der Einfallsrichtung der Anregungsstrahlung hintereinander liegen
und um einen Bruchteil des Öffnungsabstandes,
der von der Anzahl der hintereinander liegenden Reihen abhängt, zueinander
versetzt angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Öffnungen der Düse in zwei
parallelen Reihen angeordnet sind, die orthogonal zur Richtung der
Anregungsstrahlung ausgerichtet und um den halben Öffnungsabstand
zueinander versetzt sind.
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In einer anderen geeigneten Ausführung kreuzen
die Reihen von Öffnungen
einander, wobei einander kreuzende Reihen ihre erste oder letzte Öffnung als
gemeinsame Öffnung
haben, die deren Schnittpunkt darstellt, und gegenüber der
Einfallsrichtung der Anregungsstrahlung unter dem gleichen Schnittwinkel
spiegelsymmetrisch ausgerichtet sind .
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn zwei einander
schneidende Reihen von Öffnungen
V-förmig
gegenüber
der Einfallsrichtung der Anregungsstrahlung ausgerichtet sind.
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Dabei kann die V-Form einerseits
mit der Spitze und andererseits mit der Öffnung in Einfallsrichtung
der Anregungsstrahlung ausgerichtet sein.
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Als Anregungsstrahlung für den Energieeintrag
in die Targetstrahlen ist vorteilhaft ein beliebiger gepulster Energiestrahl
vorgesehen, wobei der Energiestrahl einen Fokus aufweist, dessen
Querschnittsfläche
die Breite aller nebeneinander angeordneten Targetstrahlen gleichzeitig überdeckt.
Vorzugsweise wird der Energiestrahl durch einen gepulsten Laser erzeugt.
Es kann jedoch auch in geeigneter Weise ein Teilchenstrahl, insbesondere
ein Elektronen oder Ionenstrahl, eingesetzt werden.
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Ein Energiestrahl in Form eines Laserstrahls wird
zweckmäßig durch
eine Zylinderoptik zu einer orthogonal zur Richtung der Targetstrahlen
ausgerichteten Fokuslinie auf die Targetstrahlen fokussiert.
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In einer anderen Ausführungsvariante
kann der Energiestrahl aber auch aus mehreren einzelnen Energiestrahlen
zusammengesetzt sein, wobei die Energiestrahlen durch geeignete
optische Elemente orthogonal zur Richtung der Targetstrahlen zu
einer quasi-kontinuierlichen Fokuslinie aneinandergereiht sind und
gleichzeitig auf die Targetstrahlen treffen.
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Für
eine weitere zweckmäßige Gestaltung der
Plasmaanregung wird der Energiestrahl aus mehreren einzelnen Energiestrahlen
zusammengesetzt, wobei die einzelnen Energiestrahlen jeweils auf
einen Targetstrahl fokussiert sind und alle Targetstrahlen gleichzeitig
bestrahlt werden. Dabei können
zur Erzeugung der Reihe von einzelnen Energiestrahlen vorteilhaft
ein Laser mit strahlteilenden optischen Elementen oder mehrere synchron
betriebene Laser vorgesehen sein.
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In jeder der vorgenannten Anregungsvarianten
wird der Energiestrahl hinsichtlich der Effizienz seiner Energieeinkopplung
zweckmäßig durch
Anwendung von Doppelimpulsen aus Vor- und Hauptimpuls oder Mehrfachimpulsen
optimiert.
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Die aus den Öffnungen der Mehrkanaldüse bereitgestellten
Targetstrahlen sind im Bereich der Wechselwirkung mit der Anregungsstrahlung
vorzugsweise kontinuierliche Flüssigkeitsstrahlen,
Flüssigkeitsstrahlen,
die spätestens
im Bereich der Wechselwirkung mit der Anregungsstrahlung in Tropfenform
zerfallen sind, oder Strahlen, die beim Austritt aus der Düse in die
Vakuumkammer in den festen Aggregatzustand übergehen.
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Vorzugsweise werden die Targetstrahlen
aus kondensiertem Xenon erzeugt. Es sind aber auch Targetstrahlen
aus wässriger
Lösung
von Metallsalzen geeignet.
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Die Anordnung zur Erzeugung von plasmagenerierter
Strahlung wird vorteilhaft als Strahlungsquelle in den Wellenlängenbereichen
zwischen weicher Röntgenstrahlung
und Infrarot-Spektralbereich verwendet. Vorzugsweise wird sie zur
Erzeugung von EUV-Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 1 und
20 nm für
Vorrichtungen für
die Halbleiter-Lithographie, insbesondere für die EUV-Lithographie im Bereich
um 13,5 nm, angewendet.
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Die Erfindung basiert auf der Grundüberlegung,
dass insbesondere die in der Halbleiter-Lithographie geforderten
Strahlungsleistungen aus einer plasmabasierten Strahlung wegen der
Massenlimitierung der Targets und wegen der notwendigen Targetnachführung (Targetstrom)
mit der herkömmlichen Targetbereitstellung
nicht erreichbar sind. Da die Menge des Materials, das nach Ausstoß aus einer Düse zur Strahlungserzeugung
zur Verfügung
steht, begrenzt ist und sich die Targetgröße nicht beliebig steigern
lässt,
ist nur eine beschränkte
Energiemenge der Anregungsstrahlung optimal in Plasma, das die gewünschte Strahlung
emittiert, konvertierbar.
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Diese scheinbar unüberwindliche
Schranke der begrenzten Energiekonversion wird erfindungsgemäß durch
Gestaltung einer Düse
mit mehreren Einzelöffnungen
durchbrochen, indem eine Steigerung der Einkopplungseffizienz der
Anregungsenergie in Plasma und zugleich eine Minimierung von Transmissionsverlusten
erreicht werden. Die Düse enthält mehrere
Kanäle,
die dazu dienen, mehrere einzelne Targetstrahlen in einer Wechselwirkungskammer
(Vakuumkammer) zu erzeugen und diese gleichzeitig mit energiereicher
Anregungsstrahlung (z.B. Laserstrahl, Elektronenstrahl etc.) zu
bestrahlen, um ein räumlich
ausgedehntes, homogenes Plasma zu erzeugen.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung
ist es möglich,
aus Plasma generierte Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung, mit
hoher durchschnittlicher Leistung zu erzeugen, bei der trotz Massenlimitierung
der Targets die ins Plasma einkoppelbare Einzelimpuls-Energie und
somit die nutzbare Strahlungsleistung deutlich erhöht ist.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand
von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
Die Zeichnungen zeigen:
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1 den
Prinzipaufbau der erfindungsgemäßen Anordnung
mit einer Mehrkanaldüse
zur Erzeugung von mehreren parallelen Targetstrahlen, die bezüglich der
Anregungsstrahlung räumlich
versetzt und auf Lücke
angeordnet sind,
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2a-d vier
Draufsichten auf erfindungsgemäße Mehrkanaldüsen zur
Erzeugung von parallelen Targetstrahlen, die bezüglich der Richtung der Anregungsstrahlung
zueinander versetzt, hintereinander auf Lücke angeordnet sind und bei
minimalem Transmissionsverlust an Anregungsstrahlung größere Abstände der
Kanäle
innerhalb der Düse
ermöglichen,
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3 eine
perspektivische Ansicht einer Mehrkanaldüse mit in mehreren Reihen zueinander versetzt
angeordneten Öffnungen,
bei der alle Targetstrahlen mit einem Energiestrahl großen Durchmessers
angeregt werden,
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4 eine
Draufsicht auf die Austrittsseite einer erfindungsgemäßen Mehrkanaldüse mit mehreren
parallelen Reihen von Öffnungen
(Kanälen), bei
der ein anregender Energiestrahl (in analoger Weise zu 3) jeweils durch die Abstände der
Targetstrahlen innerhalb der Reihen die Bestrahlung aller Targetstrahlen
in weiter hinten angeordneten Reihen ermöglicht,
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Mehrkanaldüse mit in zwei Reihen zueinander
versetzt angeordneten Kanälen,
bei der die Targetstrahlen mit mehreren, zu einer linienförmigen Beleuchtung
zusammengefügten
Laserstrahlen angeregt werden,
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6 eine
perspektivische Ansicht einer Mehrkanaldüse mit nur einer linearen Anordnung
von Targetstrahlen, bei der nebeneinander aufgereihte Laserstrahlen
jeweils auf einen Targetstrahl fokussiert sind,
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7 eine
perspektivische Ansicht einer Mehrkanaldüse mit in zwei Reihen zueinander
versetzt angeordneten Kanälen,
bei der die Targetstrahlen mit einer linienförmigen Beleuchtung eines über eine
Zylinderoptik geformten Laserstrahls angeregt werden,
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8 eine
perspektivische Ansicht einer Mehrkanaldüse mit nur einer Reihe von
Düsenöffnungen,
bei der die linienförmige
Anordnung von Targetstrahlen durch Drehung gegenüber der Normalebene 48 zur
Anregungsstrahlung (Laserstrahl großen Durchmessers) ohne Lücken den
Anregungsfleck ausfüllen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung besteht in ihrer
Grundvariante aus einer Vakuumkammer 1, einem Targetgenerator 2,
der über
eine Düse 2i,
die mehrere einzelne Öffnungen 22 aufweist,
ein Bündel von
parallelen Targetstrahlen 3 erzeugt und einer Anregungsstrahlungsquelle 4,
die orthogonal auf die Targetstrahlen 3 fokussiert ist
und dort einen Strahlungsfleck 41 über alle Targetstrahlen 3 bildet.
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Durch die einzelnen Öffnungen 22 der
Düse 21 treten
die Targetstrahlen 3 in die Vakuumkammer 1 ein.
Dort werden sie durch Beschuss mit energiereicher Anregungsstrahlung
aus der Strahlungsquelle 4, die einen Energiestrahl 42 (Laser-,
Elektronen- oder Ionenstrahl) liefert und alle Targetstrahlen 3 zugleich
bestrahlt, in Plasma umgewandelt, wobei das Plasma Licht im interessierenden
Spektralbereich, vorzugsweise im extrem ultravioletten (EUV-) Bereich,
emittiert.
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Die Targetstrahlen 3 sind
beim Eintritt in die Vakuumkammer 1 flüssig, können aber im Bereich der Wechselwirkung
mit dem Energiestrahl 42 flüssig, kontinuierlich (Strahl/Jet)
oder diskontinuierlich (Tröpfchenstrom),
oder fest (gefroren) sein. Eine Möglichkeit ist die Verwendung
von verflüssigten
Gasen, für
die EUV-Erzeugung bevorzugt Xenon. Andere mögliche Targetmaterialien sind
Metallsalze in wässriger
Lösung.
Feste Targetstrahlen 3 werden durch entsprechend gekühltes Targetmaterial
erzeugt, indem diese bei Eintritt in die Vakuumkammer 1 gefrieren
und in diesem Zustand in den Bereich der Wechselwirkung mit dem
Energiestrahl gebracht werden. Die Menge an Targetmaterial, die
für einen einzelnen
Impuls des Energiestrahls 42 zur Verfügung steht, und damit die für die EUV-Strahlungserzeugung
optimale Einzelimpulsenergie ist bei gleicher Austrittsgeschwindigkeit
des Targetmaterials und gleichem Durchmesser der einzelnen Öffnungen 22 gegenüber einer
herkömmlichen
Einkanaldüse um
einen Faktor höher,
der der Anzahl der einzelnen Öffnungen 22 der
Düse 21 entspricht.
Die Anordnung der Öffnungen 22 ist
in diesem Beispiel so gewählt, dass
die Transmissionsverluste für
den einfallenden Energiestrahl 42 minimal werden, d.h.
dass der gesamte fokussierte Strahlungsfleck 41 vollständig durch
die auf Lücke
stehenden Targetstrahlen 3 abgedeckt werden. Das kann z.B.
dadurch erreicht werden, dass die Einzelöffnungen räumlich versetzt angeordnet
sind.
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Prinzipiell wird gemäß der Erfindung
eine Art „Gießkannendüse" mit definiert geordneten Öffnungen 22 angewendet.
Diese weist jedoch die Besonderheit auf, dass in Richtung des Energiestrahls 42 keine
Düsenöffnungen 22 hintereinander
stehen oder sich wesentlich überlappen.
Wegen der Expansion der Durchmesser der Targetstrahlen 3 bei
der Umwandlung in Plasma, können
in der Projektion des Strahlungsflecks 41 des Energiestrahls 42 sogar
geringe Lücken
zwischen den Targetstrahlen 3 verbleiben.
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2 zeigt
in den Teildarstellungen a bis d vier wesentliche Varianten der
Anordnung von Öffnungen 22 der
Düse 21.
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In 2a ist
in einer Draufsicht ein Muster der Öffnungen 22 als Anordnung
von zwei parallelen Reihen 23 dargestellt, die um den halben
Abstand der Öffnungen 22 innerhalb
jeder Reihe 23 zueinander versetzt sind. Bei drei parallelen
Reihen 23 würde sich
der Versatz auf ein Drittel des Abstandes der Öffnungen 22 verringern,
wie es weiter unten zu 4 noch
ausführlicher
beschrieben ist.
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In einer anderen Variante gemäß 2b sind zwei Reihen 23 unter
entgegengesetzten Winkeln zur Einfallsrichtung 43 des Energiestrahls 42 angebracht.
Dabei haben die beiden Reihen 23 eine Öffnung 22 der Düse 21 gemeinsam,
wobei durch diese Öffnung 22 zugleich
der Schnittpunkt 24 beider Reihen 23 gegeben ist.
Der Winkel gegenüber
der Einfallsrichtung 43 des Energiestrahls 42 ist
für beide Reihen 23 betragsmäßig gleich
und variiert in Abhängigkeit
vom Durchmesser der Öffnungen 22 und
einer (möglicherweise
gewollten) Lückenbildung
oder geringen Überlappung
der austretenden Targetstrahlen 3 in der Projektion des
Strahlungsflecks 41 (wie in 1 dargestellt).
Das sich abzeichnende Muster der Öffnungen 22 entspricht
einer V-Form, die einerseits – wie
in 2b gezeigt – mit dem
Schnittpunkt 24 der Reihen 23 (d.h. mit der Spitze
des V) in Richtung des Energiestrahls 42 oder andererseits
entgegen dem einfallenden Energiestrahl 42 ausgerichtet sein
kann.
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2c stellt
eine Möglichkeit
dar, bei der die Öffnungen 22 in
nur einer Reihe 23 angeordnet sind. Zur Vermeidung von
Lücken
zwischen den Targetstrahlen 3 ist die Reihe 23 nach
den gleichen Maßgaben,
wie oben zu 2b erläutert, gegenüber der
Einfallsrichtung 43 des Energiestrahles 42 um
einen Winkel geneigt. Für
den Fall, dass Lücken
zwischen den Targetstrahlen 3 zulässig oder erwünscht sind
(siehe z.B. auch die Ausführungen
zu 6), kann der Winkel
sehr groß sein
oder exakt 90° betragen.
Andernfalls wird der Winkel vorzugsweise im Bereich um 45° zu wählen sein.
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Abschließend, aber nicht im Sinne einer
Erschöpfung
der Möglichkeiten,
ist in 2d eine Kombination
der Düsenmuster
aus 2a und 2b angegeben. Diese Anordnung
kann sowohl als hintereinander liegende parallele Reihen 23 mit
unterschiedlichen Abständen
der Öffnungen 22 beschrieben
werden als auch als quer zum Energiestrahl 42 fortgesetzte
V-Formen aufgefasst werden. Dem Wesen nach wird das Muster aber
wohl treffender als quer zur Einfallsrichtung 43 des Energiestrahles 42 orientiertes
Zick-Zack-Muster beschrieben. Dabei schneiden sich zwei gegensätzlich zur
Einfallsrichtung 43 des Energiestrahls 42 angeordnete
Parallelscharen 25 und 26 von Öffnungen 22, bei denen
die Schnittpunkte 24 – wie
bereits bei der V-Form beschrieben – mit jeweils einer gemeinsamen Öffnung 22 besetzt
sind.
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Eine mögliche Energieeinkopplung besteht darin,
dass die durch die Mehrkanaldüse 21 erzeugten
Targetstrahlen 3 durch einen Laser als Energiestrahl 42 so
bestrahlt werden, dass der Strahlungsfleck 41, der dem
Laserfokus (häufig
auch: Lasertaille) entspricht, mindestens so groß ist wie die Breite des gesamten
Bündels
der Targetstrahlen 3 (in 3 gezeigt).
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Für
einen solchen Fall zeigt 4 die
Draufsicht auf eine Düse 21 mit
drei parallel hintereinander angeordneten Reihen 23 von Öffnungen 22 sowie den
auftreffenden, stilisierten Lichtkegel 44 der Lasertaille
als fokussierten Teil des Energiestrahls 42.
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Wie deutlich zu erkennen, sind die
Reihen 23 jeweils um etwa ein Drittel des (einheitlichen)
Abstandes der Öffnungen 22 parallel
verschoben, ohne dass sich die daraus ausströmenden Targetstrahlen 3 im
Lichtkegel 44 überlappen.
Wegen der Expansion der Durchmesser der Targetstrahlen 3 bei
Umwandlung in Plasma, können
in der Projektion des Strahlungsflecks 41 des Energiestrahls 42 aber
auch geringe Lücken
zwischen den Targetstrahlen 3 verbleiben. Damit wird gewährleistet,
dass alle Targestrahlen 3 dieselbe Strahlungsleistung des
Energiestrahles 42 erhalten und somit optimal angeregt
und in Plasma umgewandelt werden können.
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Die Anregung der Targetstrahlen 3 ist
streng genommen als quasi-gleichzeitig zu bezeichnen, da in Ausbreitungsrichtung
des Energiestrahles 42 faktisch die Targetstrahlen 3 aus
den hinteren Reihen 23 der Düsenöffnungen 22 vom Impuls
des Energiestrahls 42 später erreicht werden. Das kann
aus Sicht der Plasmaerzeugung jedoch vernachlässigt werden und wird nachfolgend
stets als gleichzeitig beschrieben.
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Das aus den Targetstrahlen 3 erzeugte
Plasma (nicht gezeichnet) verschmilzt infolge der gleichzeitigen
Anregung aller Targetstrahlen 3 zu einem ausgedehnten Plasma
mit – entsprechend
der Anzahl der Targetstrahlen 3 – vervielfachter Strahlungsleistung
im gewünschten
Wellenlängenbereich
(z.B. EUV-Strahlung), wenn weitere bekannte Faktoren des Energieeintrages
(Strahlungsleistung auf die Targetmasse, optimierte Anregung durch
geeignete zeitliche Impulsform etc.) für die einzelnen massenlimitierten
Targetstrahlen 3 erfüllt
sind.
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In 5 wird
der Strahlungsfleck 41 für die Plasmaerzeugung im gesamten
Bündel
der Targetstrahlen 3 durch sogenanntes räumliches
Multiplexing erzeugt, bei dem die Anregungsstrahlung mehrere Einzelstrahlen 45 in
einer linearen Aneinanderreihung 46 umfasst, die aus mehreren
gleichen Lasern oder durch Strahlteilung aus einem oder wenigen
Lasern kombiniert werden und zeitlich synchron das Target beschießen. Das
hat den Vorteil, dass die Impulsenergie des einzelnen Lasers nicht
so hoch zu sein braucht wie im Fall eines Lasers mit großem Durchmesser
des fokussierten Strahlungsflecks 41. Im Ergebnis werden
die Foki der Einzelstrahlen 45 räumlich übereinander gelegt und bilden
eine Art Linienfokus 47.
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Andererseits ist das Nebeneinander-Fokussieren
von Einzelstrahlen 45 von Lasern auch insofern interessant,
dass – entsprechend
der Darstellung von 6 – jeder
Targetstrahl 3 von genau einem Einzelstrahl 45 getroffen
wird, so dass die lückenlose
Anordnung von Targetstrahlen 3 bei Konzipierung der Düse 21 weniger
kritisch ist und die Anordnung der Öffnungen 22 in nur
einer Reihe erfolgen kann. Das ist insbesondere für solche
Anwendungen interessant, bei denen für die resultierende Strahlung auf
den Charakter einer Punktlichtquelle nicht verzichtet werden soll.
In diesem Fall sollte die Auskopplung der gewünschten Strahlung aus dem Plasma
orthogonal zur Richtung der Targetstrahlen 3 und zur Einfallsrichtung 43 der
Einzelstrahlen 45 erfolgen. Folglich können, indem die einzelnen Targetstrahlen 3 von
jeweils einem Einzelstrahl 45 (eines Lasers) synchron bestrahlt
werden, die Transmissionsverluste und damit auch die Einkoppelverluste
für eine
einzelne Reihe 23 von Öffnungen 22 in
der Düse 21 minimiert
werden.
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Zusätzlich wird die Energieeinkopplung
verbessert, indem ein kleinerer Vorimpuis zeitlich vor dem Hauptenergieimpuls
auf die Targetstrahlen 3 eingestrahlt wird, so dass ein
sogenanntes Vorplasma über
die gesamte Breite der zueinander beabstandeten Targetstrahlen 3 „verschmiert" wird. In dieses
Vorplasma kann die Energie des Hauptimpulses sehr effektiv eingekoppelt
werden, so dass trotz der Verwendung einzelner Targetstrahlen 3 und
einzelner Energiestrahlen 44 die Transmissionsverluste
an Anregungsstrahlung minimiert sind und die Strahlungserzeugung
aus dem Plasma weitgehend homogen ist.
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Wie man aus der Darstellung gemäß 7 ersieht, ist es ebenfalls
möglich
und sinnvoll, einen echten Linienfokus 47 für die Bestrahlung
der Targetstrahlen 3 einzusetzen. Bei einer Laseranregung lässt sich
der Linienfokus 47 z.B. einfach durch eine Zylinderoptik
erzeugen. Ein solcher Linienfokus 47 kann insbesondere
für großflächige Bündel von
Targetstrahlen 3, die ein großflächiges Plasma zur Folge haben,
wesentliche Bedeutung erlangen, wenn die Homogenität des Plasmas
für die
Strahlungserzeugung wichtig ist, da in dieser Konfiguration ein
einheitlicher Energieeintrag in jeden der Targetstrahlen 3 erfolgt.
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8 zeigt
noch eine weitere Variante der Anordnung von Targetstrahlen 3 unter
Nutzung einer Düse 21 gemäß 2c, bei der bei einem einzigen Energiestrahl 42 kein
Transmissionsverlust an Anregungsstrahlung zu verzeichnen ist. Obwohl
lediglich eine einfache Reihe 23 von Öffnungen 22 der Düse 21 vorhanden
ist und die Reihe 23 zwischen den Öffnungen 22 zwangsläufig Abstände aufweisen
muss, wird hier die Lückenlosigkeit
des Bündels
der Targetstrahlen 3 hergestellt, indem die Reihe 23 der
Düsenöffnungen 22 mit
der Normalebene 48 des einfallenden Energiestrahls 42 einen
Winkel a einschließt, so
dass die an sich zwischen den Öffnungen 22 der Düse 21 vorhandenen
Abstände
bei der Projektion des Strahlungsfleckes 41 der Anregungsstrahlung auf
das so gedrehte Bündel
der Targetstrahlen 3 nicht in Erscheinung treten. Damit
kann durch die Wahl des Winkels a der Transmissionsverlust geeignet
minimiert bzw. die flächenabhängige Energieeinkopplung
maximal eingestellt werden. Außerdem
ergibt sich als Zusatzvorteil eine größere Fläche des strahlenden Plasmas
auch orthogonal zu den Richtungen von Targetstrahlen 3 und
Energiestrahl 42.
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Weitere Gestaltungsvarianten der
Erfindung (insbesondere bezüglich
der Düsenvariationen
nach 2a bis 2d) sind ohne Weiteres möglich, ohne
den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen. Ausgegangen wurde in den
vorhergehend beschriebenen Beispielen von parallelen, lückenlos
angeordneten Targetstrahlen 3, die bei Erhaltung der Massenlimitierung
relativ große
Targetmassen ermöglichen.
Darüber
hinaus sind aber andere Konfigurationen mit sich kreuzenden oder überlappenden
Targetstrahlen oder auch mehreren Bündeln von Targetstrahlen 3 aus
unterschiedlich positionierten Düsen
nicht erfindungsfremd. Es sind insbesondere solche Düsenformen und
Targetanordnungen, die in den Zeichnungen nicht explizit gezeigt
oder beschrieben sind, gleichfalls klar als zur erfindungsgemäßen Lehre
gehörig zu
verstehen, solange sich diese ohne erfinderisches Zutun auf das
Prinzip der Vervielfachung der Strahlungsausbeute durch Einsatz
einer Mehrzahl von massenlimitierten Targets und deren zeitsynchroner Anregung
zurückführen lassen.
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- 1
- Vakuumkammer
- 2
- Targetgenerator
- 21
- Düse
- 22
- Öffnungen
- 23
- Reihe
- 24
- Schnittpunkt
- 25,
26
- Parallelscharen
- 3
- Targetstrahlen
- 4
- Anregungsstrahlungsquelle
- 41
- fokussierter
Strahlungsfleck (der Anregungsstrahlung)
- 42
- Energiestrahl
- 43
- Einfallsrichtung
- 44
- Lichtkegel
- 45
- Einzelstrahl
(der Anregungsstrahlung)
- 46
- lineare
Aneinanderreihung (der Einzelstrahlfoki)
- 47
- Linienfokus
- 48
- Normalebene
(des Energiestrahls)