DE10339495B4

DE10339495B4 - Anordnung zur optischen Detektion eines bewegten Targetstromes für eine gepulste energiestrahlgepumpte Strahlungserzeugung

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Publication number: DE10339495B4
Application number: DE10339495A
Authority: DE
Inventors: Gregor Stobrawa; Mark Dr. Bischoff; Klaus Rühle; Roland Prof. Dr. Sauerbrey; Wolfgang Ziegler
Original assignee: Xtreme Technologies GmbH
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: DE10339495A1; US20040105095A1; US7068367B2

Abstract

Anordnung zur optischen Detektion eines bewegten Targetstromes für eine gepulst energiestrahlgepumpte Strahlungserzeugung auf Basis eines Plasmas, bei der ein Targetgenerator zur Erzeugung eines entlang einer Bahnkurve fortschreitenden Targetstromes vorhanden ist und ein Energiestrahl zur Plasmaerzeugung auf einen definierten Wechselwirkungspunkt der Bahnkurve des Targetstromes gerichtet ist, wobei der Wechselwirkungspunkt in einer Vakuumkammer zur Plasmaerzeugung liegt, dadurch gekennzeichnet, dass
– der Targetgenerator (4) einen Targetstrom (41) bewegten Materials mit relativ konstanten Targetzuständen im Wechselwirkungspunkt (61) bereitstellt, wobei der Targetstrom (41) wenigstens zeitlich wiederkehrend gleiche Bedingungen zur Erzeugung des Plasmas (51) für die Strahlungsemission aufweist,
– eine Sensoreinheit zur Beobachtung der Lage des Targetstromes (41) in einem Detektionspunkt (31), der auf der Bahnkurve (43) in kurzem Abstand vom Wechselwirkungspunkt (61) entfernt liegt, vorhanden ist, wobei die Sensoreinheit sowohl zum Beleuchten des vorbei bewegten Targetstromes (41) mit Sendelicht als auch zum Aufnehmen von an einem Teil des beleuchteten Targetstromes (41) zurückgeworfenen Anteilen...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Detektion eines bewegten Targetstromes für eine gepulste energiestrahlgepumpte Strahlungserzeugung auf Basis eines Plasmas, beispielsweise für die Erzeugung extrem ultravioletter Strahlung (EUV), weicher Röntgenstrahlung oder Teilchenstrahlung.
Bei der Wechselwirkung intensiver Laserstrahlung mit Materie kann unter definierten Bedingungen weiche Röntgenstrahlung, insbesondere EUV-Strahlung, sowie Teilchenstrahlung erzeugt werden. Zu diesem Zweck werden intensive Laserimpulse auf ein festes, flüssiges oder gasförmiges Material (Target) geleitet und erzeugen dort ein Plasma, welches die gewünschte Strahlung emittiert.
Werden Flüssigkeiten als Targetmaterial verwendet und mit Hilfe eines Targetgenerators in eine evakuierte Wechselwirkungskammer eingebracht, so müssen diese bewegten Targets dort mit dem energiereichen Anregungsstrahl auf eine günstige Weise möglichst identisch angeregt werden. Nur auf diese Weise kann eine effiziente und stabile Strahlung erzeugt werden.
Aus der WO 02 11 499 A1 ist ein Verfahren für die Erzeugung von Röntgen- oder EUV-Strahlung bekannt geworden, bei dem ein Elektronenstrahl mit einem bewegten Target-Jet in einer Vakuumkammer in Wechselwirkung gebracht wird. Hier wird – um die gewünschte Strahlungsart, weiche Röntgenstrahlung oder EUV-Strahlung, einzustellen – der verwendete Elektronenstrahl zur Erzeugung eines Plasmas auf einen flüssigen Targetstrom gerichtet, der durch eine Düse aus einer Druckkammer ausgestoßen wird. Bei dieser Lösung sind keinerlei Angaben über Wellenlängen- und Energiestabilität der Strahlung getroffen, so dass diese für Belichtungsprozesse in der Halbleiterherstellung unzureichend bestimmt ist.
Zur Stabilisierung der Strahlungserzeugung wurde deshalb im Zusammenhang mit der EUV-Strahlungserzeugung eine weitere Lösung in der WO 02 32 197 A1 vorgeschlagen. Diese enthält eine Regelung auf Basis einer Temperaturmessung der Auslassdüse des Flüssigkeitsstrahls.
Den vorbeschriebenen Lösungen ist der Nachteil gemeinsam, dass die Lage des Targetstromes während der Plasmaanregung durch energiereiche Strahlung (z.B. Laser- oder Elektronenstrahl) nicht überwacht wird, wodurch Emissionsfluktuationen infolge des unterschiedlichen Ortes des Targets auftreten, die z.B. in photolithographischen Belichtungsmaschinen nicht tolerierbar sind.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik bekannt, eine kontinuierliche Sendestrahlung und eine zeitlich veränderliche Rückstrahlung von beweglichen Objekten oder von Objekten mit veränderlichem Reflexionsvermögen zu benutzen. So wurde beispielsweise in der Patentschrift US 4,510,504 zur Positionsbestimmung von Tropfen in der Tintenstrahldrucktechnologie eine Vorrichtung zur optischen Positionsbestimmung eines Tropfens beschrieben, bei der das vom Tropfen reflektierte Licht einer Leuchtdiode auf einen Photodetektor gelangt. Diese Anordnung ist so beschaffen, dass der Tropfen nur an einer ausgezeichneten Position Licht in Richtung des Detektors reflektiert und so ein Signal generiert. Eine solche Anordnung ist jedoch für die Detektion der Tropfenposition in einer Vakuumkammer bei der Plasmaerzeugung zur Röntgenstrahlungserzeugung offensichtlich nicht geeignet, da diese sowohl das Streulicht des zur Plasmaerzeugung verwendeten Energiestrahls als auch die vom Plasma emittierte Strahlung mit erfasst, so dass eine präzise Messung unmöglich ist. Zudem werden die aktiven elektronischen Bauelemente bei der Strahlungserzeugung in der Nähe des Plasmas wegen der extremen Umgebungsbedingungen (beispielsweise harte Röntgenstrahlung mit hoher Intensität oder Neutronenstrahlung) unzulässig beeinflusst und erfahren eine erhebliche Verkürzung ihrer Lebensdauer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur optischen Detektion eines linear bewegten Targetstromes für eine gepulst energiestrahlgepumpte Strahlungserzeugung unter gleichbleibenden Bedingungen zu finden, die eine zuverlässige Steuerung der Synchronisation von Targetbewegung und energiestrahlgepumpter Anregung gestattet, ohne dass ein Strahlungsdetektor einer unzulässigen Beeinflussung und Schädigung durch aus dem Plasma generierte Emissionen ausgesetzt ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur optischen Detektion eines bewegten Targetstromes für eine gepulst energiestrahlgepumpte Strahlungserzeugung auf Basis eines Plasmas, bei der ein Targetgenerator zur Erzeugung eines entlang einer Bahnkurve fortschreitenden Targetstromes vorhanden ist und ein Energiestrahl zur Plasmaerzeugung auf einen definierten Wechselwirkungspunkt der Bahnkurve des Targetstromes gerichtet ist, wobei der Wechselwirkungspunkt in einer Vakuumkammer zur Plasmaerzeugung liegt, dadurch gelöst, dass der Targetgenerator einen Targetstrom bewegten Materials mit relativ konstanten Targetzuständen im Wechselwirkungspunkt bereitstellt, wobei der Targetstrom wenigstens zeitlich wiederkehrend gleiche Bedingungen zur Erzeugung des Plasmas für die Strahlungsemission aufweist, dass eine Sensoreinheit zur Beobachtung der Lage des Targetstromes in einem Detektionspunkt, der auf der Bahnkurve in kurzem Abstand vom Wechselwirkungspunkt entfernt liegt, vorhanden ist, wobei die Sensoreinheit sowohl zum Beleuchten des vorbei bewegten Targetstromes mit Sendelicht als auch zum Aufnehmen von an einem Teil des beleuchteten Targetstromes zurückgeworfenen Anteilen des Sendelichts vorgesehen ist, dass die Sensoreinheit ein Detektionsmodul und ein Projektionsmodul enthält, wobei das Projektionsmodul Mittel zum Fokussieren des Sendelichts auf den Detektionspunkt im Targetstrom aufweist, so dass zugleich aus dem Detektionspunkt zurückgeworfenes Sendelicht vom Projektionsmodul aufgenommen und dem Detektionsmodul zugeleitet wird, das Detektionsmodul räumlich entfernt vom Projektionsmodul sowie von störenden Einflüssen aus Plasmaerzeugung und daraus resultierender Strahlung abgeschirmt angeordnet ist und ein Lichtwellenleiter zur Übertragung von Sendelicht und von optischen Signalen, die aus zurückgeworfenen Anteilen des Sendelichts an dem den Detektionspunkt passierenden Targetstrom resultieren, zwischen Detektionsmodul und Projektionsmodul vorhanden ist.
Der Targetstrom ist vorteilhaft ein Strom aus diskreten masselimitierten Flüssigkeitstropfen oder festen, aus Flüssigkeiten oder Gasen gefrorenen Targets, wobei das Projektionsmodul zur Detektion der Targets in lateraler und longitudinaler Richtung auf einen Detektionspunkt entlang der Bahnkurve der bewegten Tropfen ausgerichtet ist.
Er kann ebenso zweckmäßig ein (kontinuierlicher) Flüssigkeitsstrahl (Jet) sein, wobei das Projektionsmodul lediglich zur Detektion von Schwankungen in lateraler Richtung benötigt wird. Dazu wird das Projektionsmodul vorzugsweise auf die Mitte des Strahls gerichtet. Es kann aber auch sinnvoll auf den Randbereich des Strahls gerichtet sein, wenn z.B. die Oberflächenkontinuität des Strahls überwacht werden soll.
Vorteilhaft ist das Projektionsmodul mit seiner optischen Achse im Wesentlichen orthogonal zur Richtung der Bahnkurve der Targets und wesentlich verschieden zur Richtung der optischen Achse des Anregungslasers angeordnet.
Des Weiteren ist es zweckmäßig, das Projektionsmodul mit seiner optischen Achse im Wesentlichen orthogonal zur Richtung der optischen Achse des Anregungslasers anzuordnen. Dabei sind größere Abweichungen von der Orthogonalstellung durchaus zulässig.
Das Projektionsmodul enthält vorteilhaft fokussierende optische Elemente zur Auskopplung des Sendelichts aus dem Lichtwellenleiter und zur Fokussierung auf ein Raumgebiet, dessen Ausdehnung kleiner als die laterale Dimension des Targetstromes ist.
Zweckmäßig weist das Projektionsmodul eine Fokussieroptik mit einer solchen numerischen Apertur auf, dass ein von der Fokussieroptik im Detektionspunkt erzeugter Fokus des Sendelichts kleiner als der Durchmesser des Targetstroms ist und daraus zurückgeworfene Anteile des Sendelichts aufgenommen werden.
Das Projektionsmodul ist dazu mit seiner optischen Achse vorzugsweise auf einen Detektionspunkt gerichtet, der entlang der Bahnkurve des Targetstroms einige Millimeter bis zu einem Dezimeter vom Wechselwirkungspunkt des Energiestrahls entfernt ist, wobei der optimale Abstand vom Wechselwirkungspunkt als Kompromiss zwischen gewünschter kostengünstiger Kompaktheit des Projektionsmoduls und notwendiger Genauigkeit der Positionsbestimmung des Targets am Wechselwirkungspunkt einzustellen ist.
In einer ersten zweckmäßigen Variante ist der Detektionspunkt entlang der Bahnkurve des Targetstroms einige Zentimeter bis zu einem Dezimeter vom Wechselwirkungspunkt entfernt, wobei das Projektionsmodul in diesem Fall eine einfache Fokussieroptik mit kurzer Brennweite und so definierter numerischer Apertur aufweist, dass eine hohe Auflösung der Targetposition bei geringem Abstand des Projektionsmoduls vom Detektionspunkt erreicht wird, aber bei einer nachgeordneten Auswertung der Targetposition eine Extrapolation von Messwerten vom Detektionspunkt zum Wechselwirkungspunkt erforderlich ist.
In einer zweiten vorteilhaften Variante, bei der die Positionsbestimmung der Targetposition ohne aufwendige Extrapolationsrechnungen auskommt, ist der Detektionspunkt entlang der Bahnkurve des Targetstroms nur einige Millimeter bis wenige Zentimeter vom Wechselwirkungspunkt entfernt, wobei das Projektionsmodul bei einem so kurz bemessenen Abstand eine Fokussieroptik mit der targetseitigen Brennweite von mehreren Zentimetern bis um einen Dezimeter und gleicher numerischer Apertur wie bei kurzbrennweitiger Positionierung aufweist, so dass für eine hohe Auflösung der Targetposition beim besagten Abstand des Projektionsmoduls eine anspruchsvolle Fokussieroptik vorgesehen ist.
Das Detektionsmodul enthält vorteilhaft optische Elemente zum Erzeugen des Sendelichts, zum Einkoppeln des Sendelichts in den Lichtwellenleiter und zum Auskoppeln von Sendelicht aus dem Lichtwellenleiter, ein optisches Bauelement zum Separieren von im Detektionspunkt reflektierten oder rückgestreuten Anteilen des Sendelichts als optisches Messsignal sowie einen optoelektronischen Detektor zum Wandeln des optischen Messsignals in ein elektrisches Signal.
Dabei kann das optische Bauelement zum Separieren des optischen Messsignals zweckmäßig ein Lichtwellenleiter mit integrierter richtungsabhängiger Signalteilung, insbesondere ein faseroptischer Zirkulator, sein. In einer anderen vorzuziehenden Variante ist das optische Bauelement zum Separieren des optischen Messsignals ein polarisationsoptischer Strahlteiler, wobei das Sendelicht linear polarisiert ist. Vorzugsweise wird dabei eine polarisationserhaltende Faser als Lichtwellenleiter zwischen Detektionsmodul und Projektionsmodul verwendet.
Als Strahlungsquelle für das Sendelicht weist das Detektionsmodul vorteilhaft eine kohärente kontinuierliche Lichtquelle, vorzugsweise im sichtbaren oder nahen infraroten Spektralbereich mit kollimiertem Lichtbündel, auf. Die Strahlungsquelle besitzt vorteilhaft eine schmale spektrale Strahlungscharakteristik, die bei Verwendung eines Anregungslasers als Energiestrahl von dessen Wellenlänge verschieden ist. Unter Verwendung geeigneter Spektralfilter kann der störende Einfluss von Streulicht des Anregungslasers und des Plasmas weitgehend unterdrückt werden.
Als Strahlungsquelle können gleichwertig eine wellenleitergekoppelte Lumineszenzdiode, vorzugsweise eine fasergekoppelte Lumineszenzdiode, eine Multimode-Laserdiode oder ein Faserlaser eingesetzt werden. In einer weiteren vorteilhaften Variante weist das Detektionsmodul als Strahlungsquelle einen Kurzpulslaser hoher Repetitionsrate auf.
Der Lichtwellenleiter zwischen Detektionsmodul und Projektionsmodul ist im Falle einer Laserquelle vorzugsweise eine Single-Mode-Faser, so dass nur ein Fundamentalmode der als Sendelicht verwendeten Laserstrahlung transmittiert werden kann.
Das Detektionsmodul kann vorteilhaft eine zusätzliche Halbwellenplatte zur Polarisationskontrolle und/oder ein spektrales Filterelement mit hoher Transmission für das von den Targets reflektierte optische Messsignal aufweisen.
Weiterhin ist es zweckmäßig, das Detektionsmodul mit rotierbaren Keilplatten zum Ausrichten des Sendelichtbündels beim Eintritt in den Lichtwellenleiter auszurüsten, die das Justieren von Sendelichtbündel und Lichtwellenleiter für die Erst- und Nachjustierung erleichtern.
Dem Detektionsmodul ist in geeigneter Weise eine elektronische Schaltung zur Verstärkung und Verarbeitung des aus den reflektierten optischen Signalen gewandelten elektrischen Signals und zur Erzeugung eines Synchronisationssignals nachgeordnet. Diese elektronische Schaltung ist vorzugsweise zur Erzeugung eines Synchronisationssignals für die Quelle des Energiestrahls (z.B. Anregungslaser) und/oder eines Synchronisationssignals für den Targetgenerator vorgesehen.
Die Grundidee der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass zur reproduzierbaren Plasmaerzeugung durch einen energiereichen Strahl (z.B. Laser- oder Elektronenstrahl) an einem Targetstrom, insbesondere einem Strom von Flüssigkeitströpfchen oder von gefrorenen masselimitierten Targets oder auch einem kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahl („Jet"), eine Detektion des Targetstroms in unmittelbarer Nähe des Wechselwirkungspunktes erfolgen muss. Der Abstand des Detektionspunktes vom Wechselwirkungspunkt sollte möglichst nur einige Millimeter und höchstens einige Zentimeter betragen, wenn man von Targetdurchmessern von 10 μm bis wenigen 100 μm und einem Durchmesser des emittierenden Plasmas im Bereich zwischen 100 μm und 1000 μm ausgeht.
Dabei darf der Detektionsprozess nicht durch vom Target gestreutes Laserlicht des Anregungslasers oder aus dem Plasma emittierte Strahlung sowie durch elektronische Störungen, die durch die gepulste Plasmaerzeugung entstehen, beeinträchtigt werden, d.h. die Detektionseinrichtung für die Targets muss unempfindlich gegenüber elektrischen und magnetischen Störungen aus dem Plasma und langzeitstabil gegenüber der daraus emittierten Strahlung, beispielsweise EUV-Strahlung, Röntgenstrahlung oder Teilchenstrahlung, sowie gegenüber den erforderlichen Umgebungsbedingungen, insbesondere dem Hochvakuum, sein.
Weiterhin darf der Detektor den Raumwinkel, unter dem die gewünschte, vom Plasma emittierte Strahlung durch eine spezielle optische Anordnung gesammelt werden kann (bei der EUV-Erzeugung mindestens ein Bereich von 2π sr), nicht wesentlich einschränken.
Aus den vorgenannten Forderungen heraus geht die Erfindung den Lösungsweg, eine Detektionseinrichtung aus einem Detektionsmodul und einem Projektionsmodul aufzubauen, zwischen denen eine Lichtwellenleiterverbindung besteht, um den optoelektronischen Detektor an einem vor störender elektromagnetischer Strahlung und Teilchenstrahlung geschützten Ort außerhalb und entfernt von der Wechselwirkungskammer positionieren zu können und trotzdem mittels eines Projektionsmoduls die notwendige Nähe von Detektions- und Wechselwirkungspunkt zu erreichen.
Dabei ist das Projektionsmodul so beschaffen, dass es nur passive optische Bauelemente, die zur Fokussierung des aus dem Lichtwellenleiter austretenden Sendelichts dienen und sich leicht ersetzen lassen, beinhaltet und dass nur elektromagnetische Strahlung aus dem Detektionspunkt zurück in den Lichtwellenleiter gelangt.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, für eine gepulste energiestrahlgepumpte Strahlungserzeugung unter gleichbleibenden Bedingungen einen linear bewegten Targetstrom optisch zu detektieren, wobei das Detektorsignal eine zuverlässige Steuerung der Synchronisation von Targetbewegung und energiestrahlgepumpter Anregung gestattet, ohne dass der Detektor einer unzulässigen Beeinflussung und Schädigung durch aus dem Plasma generierte Emissionen (Strahlung und/oder Teilchen) unterliegen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
1: Prinzipaufbau der Vorrichtung
2: Ausführungsvariante des Detektormoduls
3: Ausführungsvariante des Projektionsmoduls
4: verschiedene Varianten der Positionierung des Projektionsmoduls.
Die Anordnung besteht in ihrem Grundaufbau – wie in 1 dargestellt – aus einem Detektionsmodul 1, einem Lichtwellenleiter 2, einem Projektionsmodul 3 und einem Targetgenerator 4, wobei der Targetgenerator 4 einen Targetstrom 41 generiert, dessen Bahnkurve 43 an einem definierten Ort innerhalb einer zur Plasmaerzeugung vorhandenen Wechselwirkungskammer 5 den Wechselwirkungspunkt 61 eines (zur energiestrahlgepumpten Plasmaerzeugung verwendeten Anregungslasers 6 durchläuft.
Im Folgenden wird – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – als Targetstrom 41 für die Plasmaerzeugung ein diskontinuierlicher Strom von Tropfen 42 gezeigt und beschrieben. Es ist jedoch dem Fachmann klar, dass sowohl ein diskontinuierlicher Strom von festen Targets als auch ein kontinuierlicher Targetstrom 41 (Strahl oder Jet, wie er in 1 und 3 gestrichelt gezeichnet ist) den gleichen Bedingungen unterliegen. Dabei ergibt sich ein kontinuierlicher Targetstrom 41 als vereinfachter Fall eines Stromes aus Tröpfchen 42, da sich die Einstellung konstanter Anregungsbedingungen für den Anregungslaser 6 am kontinuierlichen Targetstrom 41 nur noch auf Schwankungen in lateraler Richtung zur Bahnkurve 43 des Targetstromes 41 beschränkt.
In diesem Sinne wird im nachfolgenden Beispiel die anspruchsvollere Realisierung eines Tröpfchenstroms beschrieben, in dem außer der lateralen Lageabweichung die zeitliche Abfolge von Einzeltargets (flüssigen oder gefrorenen Tropfen 42) in longitudinaler Richtung der Bahnkurve 43 notwendig überwacht werden muss.
Gleichfalls soll auf die nicht beschränkend auszulegende Verwendung eines Laserstrahles als Anregungsstrahl für das Plasma 51 hingewiesen werden. Hier kommen weitere Arten energiereicher Strahlung, die zur Anregung des Plasmas 51 geeignet sind (wie z.B. ein Elektronenstrahl), ebenso in Betracht.
Die Konfiguration der Anordnung in 1 zeigt, dass das Projektionsmodul 3 bezüglich des Anregungslasers 6 so angeordnet ist, dass es auf einen Detektionspunkt 31 auf der Bahnkurve 43 der Tropfen 42 vor dem Wechselwirkungspunkt 61 des Anregungslaser 6 gerichtet ist. Der Wechselwirkungspunkt 61 zur Erzeugung des Plasmas 51 soll dabei dem Detektionspunkt 31 des Projektionsmoduls 3 in möglichst geringem Abstand (Wunschgröße: wenige Millimeter) nachgeordnet sein, um die aktuelle Lage des Tropfens 42 sowie den Zeitpunkt seiner Ankunft im Wechselwirkungspunkt 61 hinreichend zuverlässig vorhersagen zu können.
Das Projektionsmodul 3 beleuchtet nicht nur den aus Tropfen 42 gebildeten Targetstrom 41, sondern erfüllt zugleich die Funktion eines Empfängerkopfes für die Aufnahme von zurückkommendem Licht, das an einem im Detektionspunkt 31 befindlichen Tropfen 42 reflektiert oder rückgestreut wird, und für die Rückübertragung des aufgenommenen Lichts zum Detektionsmodul 1.
Zur Einschränkung von ins Projektionsmodul 3 gleichfalls einfallendem Störlicht werden zweckmäßig sowohl die optische Achse 62 des Anregungslasers 6 als auch die optische Achse 32 des Projektionsmoduls 3 orthogonal zur Bahnkurve 43 der Tropfen 42 ausgerichtet.
Um die Möglichkeit des Eintritts direkter oder gestreuter Strahlungsanteile des Anregungslasers 6 sowie des Plasmas 51 (zusammengefasst: Störlicht) in das Projektionsmodul 3 weiter zu mindern, ist auch die optische Achse 32 des Projektionsmoduls 3 von der optischen Achse 62 des Anregungslasers 6 verschieden. Vorzugsweise stehen – wie in 1 und 3 angedeutet – Bahnkurve 43, optische Achse 62 des Anregungslasers 6 und optische Achse 32 des Projektionsmoduls 3 sämtlich orthogonal zueinander, d.h. sie bilden – bei Vernachlässigung der vorgelagerten Stellung des Detektionspunktes 31 vor dem Wechselwirkungspunkt 61 – ein orthogonales System.
Zusätzlich kann das Sendelicht von den obigen Störeinflüssen der Laserstrahlung noch besser separiert werden, indem die Sendelichtquelle 11 eine Strahlung emittiert, die eine deutlich von der des Anregungslasers 6 verschiedene Wellenlänge aufweist. Der Anteil des Sendelichts, der – vorzugsweise im Detektionsmodul 1 erzeugt und über das Projektionsmodul 3 auf den Targetstrom 41 übertragen und schließlich durch Reflexion oder Streuung – ins Detektionsmodul 1 zurückübertragen wurde, kann dann vom aufgenommenen Störlicht (aus Laser 6 oder Plasma 51) im optischen Strahlengang bis zum Detektor 15 mit Hilfe von Spektralfiltern 18 getrennt werden. Mit dieser Konstellation wird erreicht, dass der Wechselwirkungspunkt 61 (Anregungsort des Plasmas 51) und Detektionspunkt 31 möglichst nahe zusammenliegen können, so dass sich der Zeitpunkt zur Auslösung des Laserimpulses in Abhängigkeit vom Zeitpunkt des Vorhandenseins eines Tropfens 42 im Detektionspunkt 31 des Projektionsmoduls 3 einfach synchronisieren lässt.
Zum Nachweis des Vorhandenseins eines Tropfens 42 im Detektionspunkt 31 des Projektionsmoduls 3 enthält das entfernt und abgeschirmt angeordnete Detektionsmodul 1 – wie in 2 dargestellt – eine Sendelichtquelle 11 (z.B. eine Laserdiode), die vorzugsweise kontinuierlich linear polarisiertes Sendelicht erzeugt, dessen Wellenlänge vorrangig im sichtbaren oder nahen infraroten Spektralbereich liegt und von der Wellenlänge des Anregungslasers 6 deutlich verschieden ist. Dieses Sendelicht wird durch eine Kollimationslinse 12 kollimiert, durchläuft dann einen polarisationsoptischen Strahlteiler 13 nahezu unbeeinflusst und wird danach von einer Einkoppellinse 14 in eine Glasfaser 21 (als spezielle Ausführung des Lichtwellenleiters 2) eingekoppelt. Von einem detektionsseitigen Faserende 22 der Glasfaser 21 wird das Sendelicht vom Detektionsmodul 1 zu dem in der Wechselwirkungskammer 5 (Vakuumkammer) angeordneten Projektionsmodul 3 übertragen.
Als Lichtwellenleiter 2 wird in diesem Beispiel, in dem ein polarisationsoptischer Strahlteiler 13 zur Aufteilung des zu detektierenden reflektierten Sendelichts vorgesehen ist, vorzugsweise eine für das Sendelicht polarisationserhaltende Glasfaser 21 eingesetzt, die bei Verwendung von Laserlichtquellen als Sendelichtquelle 11 eine Single-Mode-Faser sein sollte. Als Laserquellen kommen außer einer Multimode-Laserdiode ebenso ein Faserlaser oder ein Kurzpulslaser hoher Repetitionsrate in Betracht.
Mit ihrem projektionsseitigen Faserende 23 ist die Glasfaser 21 in das Projektionsmodul 3 eingebunden, wie es 3 andeutet. Das Projektionsmodul 3 beinhaltet nur passive optische Bauelemente, die zur Fokussierung des aus der Glasfaser 21 austretenden Sendelichts und der Aufnahme des am Targetstrom 41 (hier: an vorbeifliegenden Tropfen 42) reflektierten bzw. gestreuten Anteils in geeignetem kurzem Abstand (einige Millimeter bis wenige Zentimeter) von der Bahnkurve 43 dienen.
Der Abstand des Projektionsmoduls 3 vom Targetstrom 41 bestimmt sich durch die Wahl des Detektionspunktes 31 vom Wechselwirkungsort 61, über dessen Wahl und Randbedingungen nachfolgend zu 4 genauere Ausführungen gemacht werden.
Vom projektionsseitigen Faserende 23 gelangt das Sendelicht im Projektionsmodul 3 zu einer Fokussieroptik 33, die in diesem (einfachsten) Fall aus einer asphärischen Linse besteht und so positioniert ist, dass in einem ihrer Foki das projektionsseitige Faserende 23 der Glasfaser 21 und im anderen Fokus der Detektionspunkt 31 der Tropfen 42 liegt.
Damit die zurückkommende Strahlung ausschließlich vom Tropfen 42 (oder aber einem kontinuierlichen Targetstrom 41) stammt, wird der Fokus so gewählt, dass er kleiner ist als der laterale Durchmesser der Tropfen 42 (oder des Targetstromes 41) und vorzugsweise auf die mittlere Position der Bahnkurve 43 gerichtet ist.
In 3 ist unten ein kreisförmiger vergrößerter Ausschnitt des Targetstromes 41 zu sehen, der – aus Richtung der optischen Achse 32 des Projektionsmoduls 3 betrachtet – eine Ansicht der Umgebung des Detektionspunktes 31 auf der mittleren Bahnkurve 43 zeigt. Dargestellt sind ein stilisierter Tropfen 42, dessen Durchmesser (in Abhängigkeit von Art und Einstellung des Targetgenerators 4) üblicherweise in der Größenordnung zwischen 10 μm und einigen 100 μm liegt und im konkreten Beispiel 10 μm betragen soll, sowie als Alternative ein kontinuierlicher Targetstrom 41 gleichen Durchmessers, der wiederum mit gestrichelten Linien angedeutet ist.
Der Fokus der Fokussieroptik 33 ist in diesem Fall so gewählt, dass er auf der Targetoberfläche einen Lichtfleck 34 erzeugt, der (hier: mit 5 μm) nur halb so groß wie der Targetdurchmesser ist. Das ist deshalb besonders zweckmäßig, weil beim Auftreffen auf die (gekrümmten) Randbereiche des Targets wesentliche Anteile des Sendelichts ohnehin soweit seitlich abgelenkt werden, dass sie von der Fokussieroptik 33 nicht wieder aufgenommen werden können. Es ergibt sich somit eine ausreichend große Empfindlichkeit der Detektion eines Tropfens 42 im Detektionspunkt 31 bezüglich der longitudinalen Richtung der Bahnkurve 43 und zugleich eine hohe Ortsauflösung gegenüber lateralen Schwankungen des Targetstromes 41.
Bei einem kontinuierlichen Targetstrom 41 (Strahl) kann es zur Beobachtung der ruhigen und kontinuierlichen Oberflächenbeschaffenheit des Strahls jedoch auch angezeigt sein, dass das Projektionsmodul 3 auf den Randbereich des Strahls gerichtet ist. Insbesondere in diesem Fall (aber auch bei zentraler Ausrichtung) kann es sinnvoll sein, einen besonders empfindlichen Detektor, wie beispielsweise einen Photovervielfacher (PMT bzw. SEV), im Detektionsmodul 1 zu verwenden. Wie Simulationen gezeigt haben, machen interne Reflexionen im Tropfen 42 (z.B. Mehrfachreflexionen und Streuung) die wesentlichen detektierbaren Anteile des Sendelichts aus, so dass es nicht vordergründig auf die Reflexion an der vorderen, äußeren Oberfläche ankommt.
Die Anteile des Sendelichts, die vom Tropfen 42 in das Projektionsmodul 3 reflektiert oder zurückgestreut werden, gelangen über die Fokussieroptik 33 wieder in die Glasfaser 21, werden in das Detektionsmodul 1 geleitet und dort mittels der Einkoppellinse 14 kollimiert auf den polarisationsoptischen Strahlteiler 13 übertragen. In diesem Beispiel mit polarisationsoptischer Strahlteilung sind nur Anteile des Sendelichts aufgrund einer Änderung der dem Sendelicht (z.B. durch eine der Laserdiode inhärente lineare Polarisation oder durch einen der Sendelichtquelle nachgeordneten Polarisator) aufgeprägten Polarisation detektierbar, wobei die Polarisationsänderung durch Streuung, Hinterwand- und/oder Mehrfachreflexion im Tropfen 42 hervorgerufen werden können. Derart bezüglich ihrer ursprünglichen Polarisation veränderte Anteile des Sendelichts werden vom Strahlteiler 13 aus dem zurückkommenden Sendelichtbündel orthogonal auskoppelt und gelangen auf den Detektor 15, der eine Photodiode, ein optoelektronischer Detektor mit integriertem Verstärker oder ein Photovervielfacher ist.
Infolge der Bewegung der Tropfen 42 auf ihrer Bahnkurve 43 durch das Gesichtsfeld des Projektionsmoduls 3 hindurch (orthogonal zur optischen Achse 32) wird ein zeitlich schwankender Intensitätsverlauf vom Projektionsmodul 3 aufgenommen. Auf diese Weise wird dann und nur dann, wenn ein Tropfen 42 den Detektionspunkt 31 passiert, ein Teil des in den Detektionspunkt 31 fokussierten Sendelichts reflektiert oder zurückgestreut und gelangt anschließend über die Fokussieroptik 33 wieder in das projektionsseitige Ende 23 der Glasfaser 21 und durch diese zum Detektor 15 im Detektionsmodul 1.
Der vom Strahlteiler 13 ausgekoppelte Anteil des Sendelichts wird als optisches Messsignal zum Detektor 15 geleitet. Bei fortlaufender Generierung von Tropfen 42 aus dem Targetgenerator 4 entsteht am Ausgang des Detektors 15 ein zeitlich veränderliches elektrisches Signal, das die Information über die zeitliche Abfolge der Anwesenheit von Tropfen 42 im Detektionspunkt 31 trägt und aus dem mittels einer nachfolgenden elektronischen Schaltung 7 ein Synchronisationssignal zur Steuerung des Anregungslasers 6 und/oder des Targetgenerators 4 gewonnen wird.
Diese Synchronisationssteuerung ist in 1 durch Verbindungsleitungen zum Anregungslaser 6 und zum Tröpfchengenerator 4 dargestellt. Häufig wird jedoch allein die Steuerung des Anregungslasers 6 aufgrund der ermittelten Position des Tropfens 42 ausreichend sein, um den Laserimpuls für jeden Tropfen 42 zu einem Plasma 51 mit gleichbleibenden Emissionsbedingungen für die EUV- oder Röngenstrahlung zeitlich und/oder räumlich geeignet zu steuern.
In beiden Modulen der erfindungsgemäßen Anordnung, dem Detektionsmodul 1 und dem Projektionsmodul 3, können weitere justierbare oder fest positionierte optische Elemente enthalten sein, die zur effizienten Signalgewinnung und -verarbeitung beitragen.
Dazu dienen beispielsweise die in 2 dargestellten Keilplatten 16, die (ausschließlich im Detektionsmodul 1 gezeigt) zur Einjustierung des fokussierten Lichtbündels bezüglich der Glasfaser 21 vorgesehen und zu diesem Zweck rotierbar gelagert sind. Damit lässt sich das Sendelichtbündel in seinem Einfallswinkel beliebig genau an die Lage des detektionsseitigen Faserendes 22 (analog auch für das projektionsseitige Faserende 23 im Projektionsmodul 3) anpassen und somit eine optimale Lichteinkopplung erzielen.
Weiterhin können auch noch Planplatten, Viertel- oder Halbwellenplatten sowie Umlenkspiegel oder zusätzliche Polarisatoren sowie Spektralfilter 18 in einem oder beiden Modulen 1 und 3 zur optischen Bündeloptimierung und Signalübertragung vorhanden sein.
Dabei sind bei Verwendung eines nicht polarisationserhaltenden Lichtwellenleiters 2 Viertelwellenplatten (hier nicht gezeigt wegen Verwendung einer polarisationserhaltenden Glasfaser 21) sinnvoll. Halbwellenplatten 17 (nur in 2 gezeigt) können zur erleichterten Anpassung der Sendelichtpolarisation an die Polarisationsrichtung der polarisationserhaltenden Glasfaser 21 am detektionsseitigen Faserende 22 und am projektionsseitigen Faserende 23 eingesetzt werden. Da das Projektionsmodul 3 jedoch für den Einsatz in der Wechselwirkungskammer 5 besonders klein und kompakt gestaltet sein soll, ist es aus Platzgründen angeraten, zur Anpassung der Polarisationsrichtungen eines polarisationserhaltenden Lichtwellenleiters 2 an die Polarisationszustände des zurückkommenden Sendelichts anstelle der Verwendung einer Halbwellenplatte 17 im Projektionsmodul 3 besser das gesamte Projektionsmodul 3 drehbar in der Wechselwirkungskammer 5 zu lagern. Deshalb wird – wie in 1 angedeutet – das Projektionsmodul 3 vorzugsweise zylindrisch geformt und gegebenenfalls in einer komplett vom Gasvolumen der Wechselwirkungskammer 5 abgeschirmten zylindrischen Röhre (nicht gezeigt) angeordnet sein.
Im vorstehend beschriebenen Beispiel wurde eine polarisationsoptische Strahlteilung zur Auskopplung des optischen Messsignals aus dem Sendelichtbündel angenommen. Es kann jedoch zur Auskopplung beispielsweise auch ein dielektrischer Strahlteiler 13 eingesetzt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Strahlteiler 13 durch einen entsprechenden faseroptischen Teiler bzw. ein Wellenleiterbauelement zu ersetzen. Je nach spezieller Ausführung der Strahlteilung kann es technisch sinnvoll sein, weitere Bauelemente zur Optimierung der Strahlteilung in die Apparatur einzufügen.
Ebenso sind andere Lichtquellen 11 zur Erzeugung des Sendelichts einsetzbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dazu sind beispielsweise neben der oben beschriebenen einfachen Laserdiode gleichwertig Multimode-Laserdioden, Faserlaser und fasergekoppelte Lumineszenzdioden geeignet. Über die beschriebene kontinuierliche Lichtquelle hinaus sind aber auch Kurzpulslaser hoher Repetitionsrate als Sendelichtquelle 11 vorteilhaft einsetzbar.
4 zeigt eine Zusammenschau von separat einsetzbaren Varianten für die Positionierung des Projektionsmoduls 3, wobei die unterschiedlichen Varianten A bis D durch eine freihaltungsbedürftige Kugelumgebung um das strahlende Plasma 51 maßgeblich beeinflusst sind.
Die freihaltungsbedürftige Kugelumgebung innerhalb der Vakuumkammer 5, symbolisiert durch einen schraffierten Bereich, stellt eine physisch nicht abgegrenzte verbotene Zone 52 dar, deren Ausdehnung um das Plasma 51 aus verschiedenen Randbedingungen der Strahlungserzeugung abgeleitet ist.
Zum einen ist es die Teilchenemission aus dem Plasma 51, die dazu führt, dass beliebige konstruktive Komponenten oder Messeinrichtungen innerhalb dieser verbotenen Zone 52 stark durch das Plasma 51 beeinflusst oder geschädigt werden, so dass deren Lebensdauer durch den Strom schneller Teilchen deutlich reduziert wird.
Zum anderen ergibt sich eine weitere Restriktion aus einer zur Bündelung der vom Plasma 51 emittierten Strahlung vorgesehenen Kollektoroptik, die einen großen frei zugänglichen Raumwinkel als Kollektoreintrittswinkel erfordert, um hinreichend große Anteile der radial emittierten Strahlung zu bündeln. Die freihaltungsbedürftige verbotene Zone 52 wird derzeit mit einem Radius von einigen Zentimetern angenommen.
Die Größe der verbotenen Zone 52 führt dazu, dass ein Kompromiss zwischen

1. geringer Entfernung des Projektionsmoduls 3 vom Targetstrom 41 bei großem Abstand des Detektionspunktes 31 zum Wechselwirkungspunkt 61 des Plasma 51 und
2. größerer Entfernung des Projektionsmoduls 3 vom Targetstrom 41 bei geringem Abstand des Detektionspunktes 31 zum Wechselwirkungspunkt 61

In einer ersten Variante A, die als erster Extremfall zu betrachten ist, wird das Projektionsmoduls 3 im oberen Teil von 4 als einfach aufgebautes Modul 3A und zugehöriger optischer Achse 32A gezeigt. In dieser Stellung kann das Modul 3A mit einer einfachen Fokussierlinse 33 oder einem getaperten Faserausgang der Faser 2 ausgestattet sein. Das Modul 3A ist zwischen Targetgenerator 4 und Wechselwirkungspunkt 61 auf die Bahnkurve 43 des Targetstromes 41 gerichtet, wobei der Detektionspunkt 31A (d.h. der Schnittpunkt der optischen Achse 32A mit der Bahnkurve 43) dabei mehrere Zentimeter (≥ 5 cm bis zu 1 dm), die Fokuslänge des Moduls 3A jedoch nur wenige Millimeter beträgt.
In diesem Fall kann die (hier nicht gesondert dargestellte) Fokussieroptik 33 des Projektionsmoduls 3 kurzbrennweitig und somit sehr kompakt ausgelegt sein.
Um den Zweck einer optimalen Tröpfchendetektion (durch hinreichend hohes Auflösungsvermögen) zu erfüllen, muss das Projektionsmodul 3 eine geeignete numerische Apertur (NA) aufweisen. Unter der Annahme, dass bei gewähltem Targetdurchmesser von 10 μm die Auflösung d_min = 5 μm betragen sollte, kann die numerische Apertur genähert mit NA = 0,61λ/dmin angegeben werden, wobei λ die Wellenlänge des Sendelichts ist.
Diese zugleich das Öffnungsverhältnis des Projektionsmoduls 3 kennzeichnende Größe sorgt dafür, dass fast ausschließlich Anteile des Sendelichts aus dem Detektionspunkt 31 über die optische Faser 21 ins Detektionsmodul 1 gelangen. Störlichtanteile, die in diesem Fall nur in sehr geringem Maße mit aufgenommen werden, können im Lichtweg vor dem Detektor 15 durch ein hier nicht zwingend erforderliches Spektralfilter 18 (nur in 2 dargestellt) eliminiert.
Das Projektionsmodul 3 in der Position des Moduls 3A wird dadurch sehr kompakt und preiswert.
In einer zweiten bevorzugten Variante B befindet sich die optische Achse 32B des Projektionsmoduls 3 zwar ebenfalls zwischen Targetgenerator 4 und Wechselwirkungspunkt 61, jedoch ist der Abstand zum Wechselwirkungspunkt 61 wesentlich geringer gewählt, wodurch sich unter Beachtung der schraffiert dargestellten verbotenen Zone 52 eine wesentlich größere Entfernung des Projektionsmoduls 3 vom Targetstrom 41 ergibt. In diesem Fall wird die Fokussieroptik 33 längerbrennweitig ausgelegt, die numerische Apertur wird jedoch analog zu Variante A beibehalten, um dieselbe Auflösung zu erhalten. Dadurch wird aber eine wesentlich anspruchsvollere Fokussieroptik 33 erforderlich, wie in 4 durch den größeren Durchmesser des Moduls 3B stilisiert dargestellt.
Diese zweite Variante B der Positionierung des Projektionsmoduls 3 ist empfindlicher gegen Streulicht aus dem Plasma 51, hat jedoch den entscheidenden Vorteil, dass die Detektion des Targetstromes 41 in unmittelbarer Nähe vor dem Wechselwirkungspunkt 61 erfolgt und deshalb (bei Unterdrückung des Störlichteinflusses) eine genauere und einfachere Berechnung von Regelgrößen für die Plasmaerzeugung als bei Variante A zulässt. In dieser Variante B bietet es sich an, das Projektionsmodul 3 – wie für das Modul 3B angegeben – außerhalb der Wechselwirkungskammer 5 anzuordnen und durch ein Fenster 53 auf den Detektionspunkt 31 zu richten. Eine Anbringung innerhalb der Kammer ist aber ebenso möglich (in Analogie zur nachfolgend beschriebenen Variante C).
Da in keinem Fall die Detektion des Targetstromes 41 direkt im Wechselwirkungspunkt 61 erfolgen kann, wird als sinnvoll angenommen, dass sich der Zustand des Targetstromes 41 aus Messungen an beliebigen vom Wechselwirkungspunkt 61 verschiedenen Orten, die nicht zu weit von diesem entfernt liegen, bestimmen lässt.
Somit erscheint es ebenfalls realistisch, in der Variante C von 4 den Detektionspunkt 31C entlang der Bahnkurve 43 des Targetstromes 41 nicht zwischen Targetgenerator 4 und Wechselwirkungspunkt 61, sondern auf der Bahnkurve 43 unmittelbar dem Wechselwirkungspunkt 61 nachfolgend anzuordnen. Alle übrigen Vorgaben zur Art der Gestaltung des Projektionsmoduls 3 und der Lage von Detektionspunkt 31C und optischer Achse 32C sind analog zu Variante B zu erfüllen.
Eine Messung in der Position nach Variante C setzt aber zusätzlich voraus, dass

(1) sich das Target periodisch verhält,
(2) Teile des Targetstromes 41 nahezu unbeeinflusst den Wechselwirkungspunkt 61 passieren und so den Detektionspunkt 31C erreichen und
(3) die Zeitkonstanten der Targetfluktuationen groß sind gegen die „Flugzeiten" vom Wechselwirkungspunkt 61 zum Detektionspunkt 31C.

Diese Annahmen sind zumindest für einen Targetstrom 41, der aus flüssigen oder festen Tröpfchen besteht, als ausreichend gut erfüllt anzunehmen.
Denselben Bedingungen zur Messung des Targetstromes 41 – wie bei Variante C vorausgesetzt – unterliegt eine letzte Variante mit dem bezeichneten Modul 3D.
Die zugehörige optische Achse 32D ist in diesem Fall dem Wechselwirkungspunkt 61 in etwas größerer Entfernung nachgeordnet, wobei Abstand, Ausrichtung und Brennweite des Projektionsmoduls 3 analog zu Variante A gewählt sind und somit das Modul 3D in kurzem Abstand vom Detektionspunkt 31D angebracht ist. Das Projektionsmodul 3 zeichnet sich (wie bei Variante A) durch seine besondere Kompaktheit und Einfachheit der optischen Komponenten aus.

1: Detektionsmodul
11: Sendelichtquelle
12: Kollimationslinse
13: Strahlteiler
14: Einkoppellinse
15: Detektor
16: Keilplatte
17: Halbwellenplatte
18: Spektralfilter
2: Lichtwellenleiter
21: Glasfaser
22: detektorseitiges Faserende
23: projektionsseitiges Faserende
3: Projektionsmodul
31: Detektionspunkt
32: optische Achse
33: Fokussieroptik
34: Fokus-Lichtfleck
4: Targetgenerator (Tröpfchengenerator)
41: Targetstrom
42: Tropfen
43: Bahnkurve
5: Wechselwirkungskammer
51: Plasma
52: verbotene Kugelzone
53: Fenster
6: Anregungslaser
61: Wechselwirkungspunkt
62: optische Achse
7: elektronische Schaltung (zur Erzeugung eines Synchronisationssignals)

Claims

Anordnung zur optischen Detektion eines bewegten Targetstromes für eine gepulst energiestrahlgepumpte Strahlungserzeugung auf Basis eines Plasmas, bei der ein Targetgenerator zur Erzeugung eines entlang einer Bahnkurve fortschreitenden Targetstromes vorhanden ist und ein Energiestrahl zur Plasmaerzeugung auf einen definierten Wechselwirkungspunkt der Bahnkurve des Targetstromes gerichtet ist, wobei der Wechselwirkungspunkt in einer Vakuumkammer zur Plasmaerzeugung liegt, dadurch gekennzeichnet, dass – der Targetgenerator (4) einen Targetstrom (41) bewegten Materials mit relativ konstanten Targetzuständen im Wechselwirkungspunkt (61) bereitstellt, wobei der Targetstrom (41) wenigstens zeitlich wiederkehrend gleiche Bedingungen zur Erzeugung des Plasmas (51) für die Strahlungsemission aufweist, – eine Sensoreinheit zur Beobachtung der Lage des Targetstromes (41) in einem Detektionspunkt (31), der auf der Bahnkurve (43) in kurzem Abstand vom Wechselwirkungspunkt (61) entfernt liegt, vorhanden ist, wobei die Sensoreinheit sowohl zum Beleuchten des vorbei bewegten Targetstromes (41) mit Sendelicht als auch zum Aufnehmen von an einem Teil des beleuchteten Targetstromes (41) zurückgeworfenen Anteilen des Sendelichts vorgesehen ist, – die Sensoreinheit ein Detektionsmodul (1) und ein Projektionsmodul (3) enthält, wobei – das Projektionsmodul (3) Mittel zum Fokussieren des Sendelichts auf den Detektionspunkt (31) im Targetstrom (41) aufweist, so dass zugleich aus dem Detektionspunkt (31) zurückgeworfenes Sendelicht vom Projektionsmodul (3) aufgenommen und dem Detektionsmodul (1) zugeleitet wird, und – das Detektionsmodul (1) räumlich entfernt vom Projektionsmodul (3) sowie von störenden Einflüssen aus Plasmaerzeugung und daraus resultierender Strahlung abgeschirmt angeordnet ist und – ein Lichtwellenleiter (2) zur Übertragung von Sendelicht und von optischen Signalen, die aus zurückgeworfenen Anteilen des Sendelichts an dem den Detektionspunkt (31) passierenden Targetstrom (41) resultieren, zwischen Detektionsmodul (1) und Projektionsmodul (3) vorhanden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Targetstrom (41) ein Strom aus diskreten Flüssigkeitstropfen (42) ist, wobei das Projektionsmodul (3) zur Detektion der Tropfen (42) in seiner lateralen Ausrichtung und longitudinalen Position so angeordnet ist, dass sich der Detektionspunkt (31), der durch das fokussierte Sendelicht des Projektionsmoduls (3) definiert ist, auf der mittleren Bahnkurve (43) der Tropfen (42) befindet.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Targetstrom (41) ein Strom aus diskreten festen Targets ist; die aus gefrorenen Flüssigkeiten oder Gasen erzeugt sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Targetstrom (41) ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrahl ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul (3) mit seinem Detektionspunkt (31) zur Detektion von lateralen Schwankungen auf die Mitte des Targetstroms (41) gerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul (3) mit seinem Detektionspunkt (31) zur Detektion von lateralen Schwankungen auf einen Randbereich des Targetstroms (41) gerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul (3) mit seiner optischen Achse (32) im Wesentlichen orthogonal zur Richtung der Bahnkurve (43) des Targetstromes (41) und wesentlich verschieden zur Richtung der Achse (62) des Energiestrahls angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul (3) mit seiner optischen Achse (32) im Wesentlichen orthogonal zur Richtung der Achse (62) eines als Energiestrahl verwendeten Anregungslasers (6) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul (3) fokussierende optische Elemente (33) zur Auskopplung des Sendelichts aus dem Lichtwellenleiter (2) und zur Fokussierung auf ein Raumgebiet, dessen Ausdehnung kleiner als die laterale Dimension des Targetstromes (41) ist, aufweist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul (3) eine Fokussieroptik (33) mit einer solchen numerischen Apertur aufweist, dass ein von der Fokussieroptik (33) im Detektionspunkt (31) erzeugter Fokus des Sendelichts kleiner als der Durchmesser des Targetstroms (41) ist und daraus zurückgeworfene Anteile des Sendelichts aufgenommen werden.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul (3) mit seiner optischen Achse (32) auf einen Detektionspunkt (31) gerichtet ist, der entlang der Bahnkurve (43) des Targetstroms (41) einige Millimeter bis um einen Dezimeter vom Wechselwirkungspunkt (61) des Energiestrahls entfernt ist, wobei der optimale Abstand vom Wechselwirkungspunkt (61) als Kompromiss zwischen gewünschter kostengünstiger Kompaktheit des Projektionsmoduls (3) und notwendiger Genauigkeit der Positionsbestimmung des Targets (41; 42) am Wechselwirkungspunkt (61) einzustellen ist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionspunkt (31) entlang der Bahnkurve (43) des Targetstroms (41) einige Zentimeter bis zu einem Dezimeter vom Wechselwirkungspunkt (61) entfernt ist, wobei das Projektionsmodul (3) bei einem so bemessenen Abstand zwischen Detektionspunkt (31) und Wechselwirkungspunkt (61) eine einfache Fokussieroptik (33) mit kurzer Brennweite und so definierter numerischer Apertur aufweist, dass eine hohe Auflösung der Targetposition bei geringem Abstand des Projektionsmoduls (3) vom Detektionspunkt (31) möglich ist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionspunkt (31) entlang der Bahnkurve (43) des Targetstroms (41) nur einige Millimeter bis wenige Zentimeter vom Wechselwirkungspunkt (61) entfernt ist, wobei das Projektionsmodul (3) bei einem so bemessenen Abstand zwischen Detektionspunkt (31) und Wechselwirkungspunkt (61) eine Fokussieroptik (33) mit langer targetseitiger Brennweite von mehreren Zentimetern bis um einen Dezimeter, aber gleicher numerischer Apertur wie bei kurzbrennweitiger Positionierung aufweist, so dass für eine hohe Auflösung der Targetposition bei dem besagten Abstand des Projektionsmoduls (3) vom Detektionspunkt (31) eine anspruchsvolle Fokussieroptik (33) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul (3) mit seiner optischen Achse (32; 32A; 32B) in einem Detektionspunkt (31; 31A; 31B) vor dem Wechselwirkungspunkt (61) auf den Targetstrahl (41) gerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul (3) mit seiner optischen Achse (32C; 32D) in einem Detektionspunkt (31C; 31D) nach dem Wechselwirkungspunkt (61) auf den Targetstrahl (41) gerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsmodul (1) optische Elemente (11; 12; 14) zum Erzeugen des Sendelichts, zum Einkoppeln des Sendelichts in den Lichtwellenleiter (2) und zum Auskoppeln von Sendelicht aus dem Lichtwellenleiter (2), optische Bauelemente (2; 13) zum Separieren von im Detektionspunkt (31) reflektierten oder rückgestreuten Anteilen des Sendelichts als optisches Messsignal sowie einen optoelektronischen Detektor (15) zum Wandeln des optischen Messsignals in ein elektrisches Signal aufweist.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement zum Separieren des optischen Messsignals ein Lichtwellenleiter (2) mit integrierter richtungsabhängiger Signalteilung ist.
Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement zum Separieren des optischen Messsignals ein faseroptischer Zirkulator ist.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement zum Separieren des optischen Messsignals ein polarisationsoptischer Strahlteiler (13) ist, wobei das Sendelicht linear polarisiert ist.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtwellenleiter (2) zwischen Detektionsmodul (1) und Projektionsmodul (3) eine polarisationserhaltende Faser (21) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsmodul (1) eine zusätzliche Halbwellenplatte (17) zur Polarisationsebeneneinstellung aufweist.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsmodul (1) ein zusätzliches spektrales Filterelement mit hoher Transmission für das vom Targetstrom (41) reflektierte optische Messsignal und hoher Sperrwirkung für aus Energiestrahl und Plasma (5) stammendem Streulicht enthält.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Sendelichts eine kontinuierliche Sendelichtquelle (11) mit kollimiertem Lichtbündel vorhanden ist.
Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendelichtquelle (11) eine Wellenlänge aufweist, die von einem für die Energiestrahlerzeugung verwendeten Anregungslaser (6) verschieden ist.
Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendelichtquelle (11) eine fasergekoppelte Lumineszenzdiode ist.
Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendelichtquelle (11) ein Faserlaser ist.
Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendelichtquelle (11) eine Multimode-Laserdiode ist.
Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendelichtquelle (11) ein Kurzpulslaser hoher Repetitionsrate ist.
Anordnung nach Anspruch 26, 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (2) zwischen Detektionsmodul (1) und Projektionsmodul (3) eine Single-Mode-Faser (21) ist, so dass nur ein Fundamentalmode der als Sendelicht verwendeten Laserstrahlung transmittiert werden kann.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Detektionsmodul (1) rotierbare Keilplatten (16) zum Ausrichten des Sendelichtbündels vor dem Eintritt in den Lichtwellenleiter (2) vorgesehen sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsmodul (1) über den Ausgang seines Detektors (15) mit einer elektronischen Schaltung (7) zur Verstärkung und Verarbeitung des aus den zurückkommenden optischen Signalen gewandelten elektrischen Signals und Erzeugung eines Synchronisationssignals verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (7) zur Erzeugung eines Synchronisationssignals mit der gepulsten Energiestrahlquelle (6) in Verbindung steht.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (7) zur Erzeugung eines Synchronisationssignals mit dem Targetgenerator (4) in Verbindung steht.