DE112015003641B4

DE112015003641B4 - Strahlungsquelle für extremes Ultraviolett (EUV)

Info

Publication number: DE112015003641B4
Application number: DE112015003641.5T
Authority: DE
Inventors: Vidyadhar Deshpande Veeresh; Vinayak Deshpande Sadanand; Daniel Corliss; Oleg Gluschenkov; Sivarama Krishnan
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2035-09-02
Also published as: US9451684B2; DE112015003641T5; CN106605450A; US9301381B1; JP6594958B2; GB2544940A; CN106605450B; US20160081174A1; JP2017528764A; US20160205757A1; GB2544940B; WO2016038506A1; GB201704618D0

Abstract

Ein Pellet als Strahlungsquelle für extremes Ultraviolett (EUV) enthält mindestens ein Metallpartikel, das von einem schweren Edelgascluster umschlossen ist, das wiederum innerhalb eines Edelgashüllenclusters enthalten ist. Das EUV-Strahlungsquellengebilde kann durch aufeinander folgende Bestrahlung mit mindestens einem ersten Laserimpuls und mit mindestens einem zweiten Laserimpuls aktiviert werden. Durch jeden ersten Laserimpuls wird ein Plasma erzeugt, indem Elektronen der äußeren Orbitale von dem mindestens einen Metallpartikel abgetrennt und in den schweren Edelgascluster freigesetzt werden. Durch jeden zweiten Laserimpuls wird das von dem schweren Edelgascluster umschlossene Plasma verstärkt und ein laserinduzierter Selbstverstärkungsprozess ausgelöst. Durch das verstärkte Plasma werden Übergänge zwischen Orbitalen von Elektronen des schweren Edelgases und anderen enthaltenen Atomen ausgelöst, wodurch es zur Emission von EUV-Strahlung kommt. Die Laserimpulseinheiten können mit einer Einheit zum Erzeugen von Strahlungsquellenpellets kombiniert werden, um ein komplettes EUV-Strahlungsquellensystem zu bilden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Strahlungsquelle für extremes Ultraviolett (EUV) und eine Vorrichtung zum Erzeugen von extremer Ultraviolettstrahlung.
Die Technologie mit extremer Ultraviolettstrahlung (EUV) betrifft die Fotolithografie unter Verwendung einer Wellenlänge im extremen Ultraviolett (EUV). Der Schwerpunkt der aktuellen EUV-Technologie liegt in der Erzeugung einer schmalbandigen elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge von ungefähr 13,5 nm. Alternativ kann die EUV-Strahlung auch als weiche Röntgenstrahlung bezeichnet werden, da sie zwischen den Energiebändern der Röntgenstrahlung und der Ultraviolettstrahlung liegt. Als mögliche Quellen zum Erzeugen einer solchen elektromagnetischen Strahlung kommen Emissionen beim Sprung von Elektronen zwischen Orbitalen von Atomen und Molekülen infrage.
In der Theorie eignen sich Festkörper, Flüssigkeitströpfchen oder Gase als Quellentargets. Zu bekannten EUV-Quellen zählen Plasmaentladungssysteme (DPP), Plasmasysteme mit Laseranregung (LPP) und Synchrotronsysteme. Davon sind insbesondere die LPP-Systeme als Quellen hochintensiver EUV-Strahlung bekannt geworden, die gegenwärtig Gegenstand intensiver Forschung sind.
Aus dem Stand der Technik bekannt sind eine Laserplasmalichtquelle, welche eine Ablationslaserquelle und eine Erwärmungslaserquelle verwendet ( DE 199 83 270 B4 ) sowie ein Target für eine EUV-Lichtquelle, bei dem die oberseitige Oberfläche aus einem zinnbeschichteten Edelgasfeststoff besteht ( JP 2008/071570 A ).
KURZDARSTELLUNG
Ein Pellet als Strahlungsquelle für extremes Ultraviolett (EUV) enthält mindestens ein Metallpartikel, das von einem schweren Edelgascluster umschlossen ist, der innerhalb eines Edelgashüllenclusters enthalten ist. Der EUV-Strahlungsquellenaufbau kann durch Bestrahlung mit mindestens einem ersten Laserimpuls und mindestens einem zweiten nachfolgenden Laserimpuls aktiviert werden. Jeder erste Laserimpuls erzeugt ein Plasma, indem aus den äußeren Orbitalen des mindestens einen Metallpartikels Elektronen herausgelöst und in den schwerem Edelgascluster übergehen. Durch jeden zweiten Laserimpuls wird das von dem schwerem Edelgascluster umschlossene Plasma verstärkt, indem ein laserinduzierter Selbstverstärkungsprozess ausgelöst wird, bei dem durch höhere Plasmaenergie weitere freie Elektronen freigesetzt werden und umgekehrt. Das verstärkte Plasma löst Übergänge zwischen Elektronenorbitalen in dem schweren Edelgas und anderen atomaren Bestandteilen aus, was zur Emission von EUV-Strahlung führt. Die Laserimpulseinheiten können mit einer Einheit zum Erzeugen von Strahlungsquellenpellets kombiniert werden, um ein integriertes EUV-Strahlungsquellensystem zu bilden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorrichtung zum Erzeugen einer extremen Ultraviolettstrahlung (EUV) bereitgestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einheit zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets. Jedes EUV-Strahlungsquellenpellet enthält mindestens ein Metallpartikel, bei dem es sich um ein Atom eines metallischen Elements oder eine Zusammenballung mehrerer Atome eines metallischen Elements handelt, einen schweren Edelgascluster, der mindestens ein metallisches Partikel umschließt, und eine Edelgashülle, die diesen schweren Edelgascluster umschließt. Bei dem Edelgascluster handelt es sich leichte Edelgasatome im festen oder flüssigen Aggregatzustand aus der Gruppe He, Ne und Ar. Ferner enthält die Vorrichtung mindestens eine Strahlungsquelle. Jede Strahlungsquelle dient dazu, einen Laserstrahl auf eine Flugbahn der EUV-Strahlungsquellenpellets zu richten.
Gemäß einem anderen Aspekt der vodiegenden Offenbarung wird ein EUV-Strahlungsquellenpellet bereitgestellt, das mindestens ein Metallpartikel, einen schweren Edelgascluster, der das mindestens eine Metallpartikel umschließt, und einen Edelgashüllencluster enthält, der den schweren Edelgascluster umschließt und einen Cluster aus leichtem Edelgas aus der Gruppe He, Ne und Ar enthält.
Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen eine Strahlungsquelle für extremes Ultraviolett (EUV), die durch eine Kombination von zwei Laserimpulsen aktiviert wird, und eine Vorrichtung zum Erzeugen von EUV-Strahlung durch Erzeugen und Aktiveren derselben.
KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ZEICHNUNGSANSICHTEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1A eine schematische Darstellung eines ersten beispielhaften EUV-Strahlungsquellenpellets gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
1B eine schematische Darstellung eines zweiten beispielhaften EUV-Strahlungsquellenpellets gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
1C eine schematische Darstellung eines dritten beispielhaften EUV-Strahlungsquellenpellets gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
2 eine schematische Ansicht einer ersten beispielhaften Vorrichtung zum Erzeugen von EUV-Strahlung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
3A eine schematische Ansicht eines beispielhaften EUV-Strahlungsquellenpellets nach dem Bestrahlen mit einem ersten Laserstrahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
3B eine schematische Ansicht eines beispielhaften EUV-Strahlungsquellenpellets nach dem Bestrahlen mit einem zweiten Laserstrahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
4 eine schematische Ansicht einer zweiten beispielhaften Vorrichtung zum Erzeugen von EUV-Strahlung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft wie oben erwähnt eine Strahlungsquelle für extremes Ultraviolett (EUV), die durch eine Kombination von zwei Laserimpulsen aktiviert wird, und eine Vorrichtung zum Erzeugen von EUV-Strahlung durch Erzeugen und Aktivieren derselben. Im Folgenden werden Aspekte der vorliegenden Offenbarung anhand der beiliegenden Figuren ausführlich beschrieben. In allen Zeichnungen werden immer dieselben Bezugsnummern oder Buchstaben verwendet, um gleiche oder ähnliche Elemente zu bezeichnen. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht.
In den 1A, 1B und 1C sind EUV-Strahlungsquellenpellets 8 schematisch veranschaulicht. 1A ist eine schematische Darstellung eines ersten beispielhaften EUV-Strahlungsquellenpellets 8, 1B eine schematische Darstellung eines zweiten beispielhaften EUV-Strahlungsquellenpellets 8 und 1C eine schematische Darstellung eines dritten beispielhaften EUV-Strahlungsquellenpellets 8. Im vorliegenden Zusammenhang wird der Begriff „Pellet” für ein kugelförmiges oder nichtkugelförmiges kombiniertes Partikel verwendet, das mindestens zwei Komponenten aus unterschiedlichem Material enthält und nicht größer als 100 μm ist.
Jedes beispielhafte EUV-Strahlungsquellenpellet 8 enthält einen Edelgashüllencluster 10. Im vorliegenden Zusammenhang wird der Begriff „Cluster” für eine Gruppe physisch aneinander liegender Atome oder Moleküle verwendet. Im vorliegenden Zusammenhang wird der Begriff „Hüllencluster” für einen Cluster in Form einer Hülle verwendet, durch die ein Objekt so umschlossen ist, dass dieses durch die Clusterhülle physisch von allen anderen Elementen außerhalb der Clusterhülle getrennt ist. Im vorliegenden Zusammenhang wird der Begriff „Edelgashüllencluster” für einen Hüllencluster verwendet, der im Wesentlichen aus mindestens einem leichten Edelgas besteht. Somit kann sich der Edelgashüllenciuster 10 aus mindestens einem Edelgas oder aus mindestens einem leichten Edelgas und Spuren von Verunreinigungsatomen zusammensetzen. Allfällig vorhandene Spuren von Verunreinigungsatomen überschreiten keine in der Technik bekannten Konzentrationen und betragen z. B. weniger als 10 ppm und vorzugsweise weniger als 1 ppm. Im vorliegenden Zusammenhang kommt als leichtes Edelgas eines der Edelgase He, Ne und Ar infrage.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Edelgashüllencluster 10 im Wesentlichen aus einem einzigen Edelgas aus der Gruppe He, Ne und Ar bestehen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Gesamtzahl der leichten Edelgasatome in dem Edelgashüllencluster 10 in der Größenordnung von 10⁴ bis 10¹⁶ liegen, jedoch kann die Anzahl der in dem Edelgashüllencluster 10 vorhandenen leichten Edelgasatome kleiner oder größer sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Gesamtzahl der leichten Edelgasatome in dem Edelgashüllencluster 10 in der Größenordnung von 10¹⁴ bis 10¹⁵ liegen.
Jedes beispielhafte EUV-Strahlungsquellenpellet 8 enthält ferner einen Cluster 20 aus schwerem Edelgas, der durch den Edelgashüllencluster 10 umschlossen ist. Im vorliegenden Fall ist unter einem „schweren Edelgas” eines der Edelgase Xe, Kr oder Rn zu verstehen. Zwar sind Xe-Atome zum Erzeugen von EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von ungefähr 13,5 nm bestens geeignet, jedoch können alternativ auch andere schwere Edelgase wie Kr oder Rn verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem schweren Edelgas um Xenon. Der schwere Edelgascluster 20 kann aus schweren Edelgasatomen oder einer Kombination aus schweren Edelgasatomen und Spuren von Verunreinigungsatomen bestehen. Die allfälligen Spuren von Verunreinigungsatomen überschreiten keine in der Technik bekannten Konzentrationen und betragen z. B. weniger als 10 ppm und vorzugsweise weniger als 1 ppm.
Die maximalen Abmessungen des schweren Edelgasclusters 20 sind kleiner als die maximalen Abmessungen des Edelgashüllenclusters 10. Da der schwere Edelgascluster 20 aufgrund der naturgemäß stärkeren Adhäsion der schweren Edelgasatome eine höhere Dichte als die leichten Edelgasatome in dem Edelgashüllencluster 10 aufweist, ist der schwere Edelgascluster 20 ungefähr im geometrischen Mittelpunkt des Edelgashüllenclusters 10 angeordnet. Ferner wird darauf hingewiesen, dass den schweren Edelgasatomen ausreichend Zeit zur Verfügung steht, in die Mitte des Clusters zu diffundieren und dort eine Anhäufung von schwerem Edelgas zu bilden. Die Diffusionsgeschwindigkeit der schweren Edelgasatome innerhalb des Hüllenclusters 10 hängt von dem Edelgas des Clusters ab. Bei der Wahl eines leichteren Edelgases kommt es zu einer schnelleren Diffusion der schweren Edelgasatome innerhalb des Hüllenclusters 10. Aus diesem Grund werden Hüllencluster 10 auf der Grundlage von Helium bevorzugt.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Gesamtzahl der leichten Edelgasatome in dem Edelgashüllencluster 10 um einen Faktor von mindestens zwei größer als die Gesamtzahl der schweren Edelgasatome in dem schweren Edelgascluster sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Gesamtzahl der leichten Edelgasatome in dem Edelgashüllencluster 10 um einen Faktor von mindestens 100 größer als die Gesamtzahl der schweren Edelgasatome in dem schweren Edelgascluster sein. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann die Gesamtzahl der schweren Edelgasatome in dem schweren Edelgascluster 20 im Bereich von 10³ bis 10¹⁵ liegen.
Jedes beispielhafte EUV-Strahlungsquellenpellet 8 enthält ferner mindestens ein metallisches Partikel 30. Mindestens ein metallisches Partikel 30 Ist von dem schweren Edelgascluster 20 umschlossen. Gemäß einer Ausführungsform kann eine Mehrzahl metallischer Partikel 30 von dem schweren Edelgascluster 20 umschlossen sein. Gemäß einer Ausführungsform kann die Mehrzahl metallischer Partikel 30 als Cluster metallischer Partikel 30 vorliegen, wie dies in dem ersten beispielhaften EUV-Strahlungsquellenpellet 8 in 1A veranschaulicht ist. In diesem Fall kann die Mehrzahl metallischer Partikel 30 als Cluster konfiguriert sein, in dem die metallischen Partikel 30 einander physisch berühren. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Mehrzahl metallischer Partikel 30 als dispergierte metallische Partikel 30 vorliegen, die innerhalb des schweren Edelgasclusters 20 verstreut sind und einander nicht berühren, wie dies in dem zweiten beispielhaften EUV-Strahlungsquellenpellet 8 in 1B veranschaulicht ist. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann die Mehrzahl metallischer Partikel 30 als dispergierte metallische Partikel 30 vorliegen, die über die Grenzfläche zwischen dem schweren Edelgascluster 20 und der Außenhülle 10 hinweg verstreut sind, was in 1C veranschaulicht ist.
Bei jedem metallischen Partikel 30 kann es sich um ein einzelnes atomares Partikel eines metallischen Elements handeln, oder es kann ein Nanopartikel mit einer Mehrzahl von Atomen eines metallischen Elements enthalten. Im vorliegenden Zusammenhang handelt es sich bei einem Nanopartikel um ein Partikel mit einer maximalen Abmessung nicht größer als 100 nm. Die Anzahl der Atome in einem metallischen Partikel kann zum Beispiel zwischen 1 und 100 betragen. Die Gesamtzahl der schweren Edelgasatome in dem schweren Edelgascluster 20 kann um einen Faktor von mindestens zehn größer als eine Gesamtzahl der Atome in allen metallischen Partikeln sein. Gemäß einer Ausführungsform kann die Gesamtzahl der schweren Edelgasatome in dem schweren Edelgascluster 20 um einen Faktor von mindestens einhundert größer als die Gesamtzahl der Atome in allen metallischen Partikeln 30 sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Gesamtzahl der schweren Edelgasatome in dem schweren Edelgascluster 20 um einen Faktor von mindestens eintausend größer als die Gesamtzahl der Atome in allen metallischen Partikeln 30 sein.
Bei dem metallischen Element innerhalb der metallischen Partikel 30 kann es sich um ein beliebiges metallisches Element handeln, das angeregt werden kann, um bei Bestrahlung mit einem Laserstrahl ein Plasma zu erzeugen. Bei dem metallischen Element innerhalb der metallischen Partikel 30 kann es sich um ein Übergangsmetallelement, ein Lanthanidenelement, ein Aktinidenelement, um Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb oder Bi handeln. Gemäß einer Ausführungsform kann das metallische Element Zinn (Sn) sein.
Eine erste beispielhafte Vorrichtung zum Erzeugen von EUV-Strahlung in 2 gemäß einer ersten Ausführungsform enthält eine Einheit (50, 60, 70) zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets, die zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets 8 konfiguriert ist. Jedes EUV-Strahlungsquellenpellet 8 enthält mindestens ein metallisches Partikel 30, einen schweren Edelgascluster 20 zum Umschließen des mindestens einen metallischen Partikels 30 und einen Edelgashüllencluster 10, der den schweren Edelgascluster 20 umschließt und einen Cluster aus einem Edelgas der Gruppe He, Ne und Ar beinhaltet. Die erste beispielhafte Vorrichtung enthält ferner mindestens eine Strahlungsquelle (82, 84). Jede der Strahlungsquellen ist auf ihre jeweilige Brennebene (83, 86) fokussiert. Jede der mindestens einen Laserstrahlungsquellen (82, 84) kann so konfiguriert sein, dass sie einen Laserstrahl in ihrer jeweiligen Brennebene 83, 86) auf die EUV-Strahlungsquellenpellets 8 richtet. Die erste beispielhafte Vorrichtung kann einen Vakuumrezipienten enthalten, in dem die EUV-Strahlungsquellenpellets 8 erzeugt und durch die mindestens eine Strahlungsquelle bestrahlt werden.
Die Einheit (50, 60, 70) zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets enthält eine Tröpfchenerzeugungseinheit 50, die zum Emittieren von Clustern aus einem Edelgas aus der Gruppe He, Ne und Ar entlang einer Tröpfchenflugbahn konfiguriert ist. Jeder Edelgascluster 4 kann im Wesentlichen die Form eines kugelförmigen Edelgaströpfchens haben, das im Wesentlichen aus einem leichten Edelgas der Gruppe He, Ne und Ar besteht. Jeder Edelgascluster 4 kann aufgrund der Oberflächenspannung oder gegebenenfalls der dichten Packung oder Kristallisation der leichten Edelgasatome in diesem Cluster im Wesentlichen kugelförmig sein. Die Tröpfchenerzeugungseinheit 50 kann einen Tröpfchenvorratsbehälter 52, in dem das leichte Edelgas gespeichert ist, und eine Tröpfchenausgabeeinheit 54 enthalten, die eine Öffnung enthält, durch die Cluster 4 des leichten Edelgases emittiert werden. Die Tröpfchenerzeugungseinheit 50 kann so konfiguriert sein, dass sie die Cluster 4 des leichten Edelgases nach unten ausgibt. Gemäß einer Ausführungsform kann jeder Cluster 4 des leichten Edelgases mit einer vernachlässigbar kleinen seitlichen Geschwindigkeitskomponente ausgegeben werden, sodass die Tröpfchenflugbahn einer im Wesentlichen senkrechten Abwärtslinie entspricht. Die Tröpfchenerzeugungseinheit 50 kann so genutzt werden, dass Cluster 4 des leichten Edelgases entlang einer definierten Partikelflugbahn in den Vakuumrezipienten ausgegeben werden können. Die Tröpfchenerzeugungseinheit beruht auf dem Expandieren des leichten Edelgases durch eine Düse in das Vakuum derart, dass der Druck nach der Düse (vakuumseitig) um etwa 40% geringer als der Druck vor der Düse auf der Seite des Vorratsbehälters ist. Die Bedingungen an der Düse der Tröpfchenerzeugungseinheit 50 (Temperatur, Druck, Düsendurchmesser) können so aufeinander abgestimmt werden, dass Cluster 4 einer bestimmten Größe und Dichte erzeugt werden. Dadurch kann die Dichte der Pellets 8 und somit die Anzahl der im Brennvolumen der Strahlungsquelle zu bestrahlenden Pellets gesteuert werden.
Die Einheit (50, 60, 70) zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets enthält eine Metallpartikel-Beimpfungseinheit 60, die an die Tröpfchenerzeugungseinheit 50 angeschlossen ist. Die Metallpartikel-Beimpfungseinheit 60 enthält eine Metallpartikelerzeugungseinheit 62 zum Emittieren von Metallpartikeln 5 entlang eines Metallpartikelstrahls, der die Tröpfchenflugbahn in einem Bereich schneidet, der hierin als erster Überschneidungsbereich bezeichnet wird. Die Metallpartikel-Beimpfungseinheit 60 enthält ferner eine erste Vakuumkammer 65, die einen Teil des Vakuumrezipienten darstellt, in den die Cluster 4 des leichten Edelgases von der Tröpfchenerzeugungseinheit 50 emittiert werden. Bei der Metallpartikelerzeugungseinheit 62 kann es sich um eine beliebige Quelle handeln, die einen Strahl aus Metallpartikeln 30 erzeugen kann, die eine beliebige der oben beschriebenen Metallzusammensetzungen haben können. Die typische Partikelstrahlerzeugungseinheit enthält den thermisch erzeugten Strahl aus Metallatomen. Der Strahl aus Metallpartikeln 30 kann die Bildung einer Metallabscheidung 68 an einer Wand der ersten Vakuumkammer 65 bewirken. Durch die Metallpartikel-Beimpfungseinheit 60 werden Metallpartikel erzeugt, die mit dem Tröpfchen 10 zusammenstoßen, an der Oberfläche des Tröpfchens 10 kondensieren und dann zur Mitte des Tröpfchens 10 diffundieren und sich in der Mitte des Tröpfchens 10 zusammenballen. Demgemäß bilden die beimpften Edelgascluster 6 die Kombinationen von Clustern 4 des leichten Edelgases und der Metallpartikel 30 in der Mitte des Tröpfchens 10.
Die Einheit zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets (50, 60, 70) enthält ferner eine Clusterbeimpfungseinheit 70 für schweres Edelgas. Die Clusterbeimpfungseinheit 70 für schweres Edelgas enthält eine Clustererzeugungseinheit 72 für schweres Edelgas zum Emittieren von schweren Edelgasclustern 20 entlang eines Strahls von schwerem Edelgas, der die Tröpfchenflugbahn in einem Bereich schneidet, der hierin als zweiter Überschneidungsbereich bezeichnet wird. Die Clusterbeimpfungseinheit 70 für schweres Edelgas enthält ferner eine zweite Vakuumkammer 75, die durch eine Öffnung mit der ersten Vakuumkammer 65 verbunden ist. Die zweite Vakuumkammer 75 ist Teil des Vakuumrezipienten, in den die mit Metallpartikeln beimpften Edelgascluster 6 aus der ersten Vakuumkammer 65 emittiert werden. Die mit Metallpartikeln beimpften Edelgascluster 6 treten durch eine Öffnung zwischen der ersten Vakuumkammer 65 und der zweiten Vakuumkammer 75 in die zweite Vakuumkammer 75 ein. Die Clustererzeugungseinheit 72 für schweres Edelgas kann so konfiguriert sein, dass sie schwere Edelgascluster 20 aus einem (nicht ausdrücklich gezeigten) Vorratsbehälter für schweres Edelgas erzeugt und die Cluster aus schwerem Edelgas entlang eines Strahls emittiert, der die Flugbahn der Edelgascluster schneidet, die mit mindestens einem Metallpartikel 30 beimpft sind. Bei dem schweren Edelgascluster 20 handelt es sich um eine Anhäufung von mehr als einem schweren Edelgasatom. Mindestens ein schwerer Edelgascluster 20 ist in den Edelgascluster 6 eingefügt, der mit mindestens einem Metallpartikel 30 beimpft ist. In der Mitte des Edelgasclusters 6 können sich üblicherweise mehrere in den Edelgascluster 6 eingefügte schwere Edelgascluster 20, die mit mindestens einem Metallpartikel beimpft sind, nach dem Beimpfen zusammenballen.
An der der Clustererzeugungseinheit 72 für schweres Edelgas entgegengesetzten Seite kann eine Vakuumpumpe 78 an der zweiten Vakuumkammer 75 angebracht sein, sodass die schweren Edelgascluster 20, die nicht in die mit Metallpartikeln beimpften Edelgascluster 6 eingebaut wurden, aus der zweiten Vakuumkammer 75 abgepumpt werden. Die Clusterbeimpfungseinheit 70 für schweres Edelgas erzeugt EUV-Strahlungsquellenpellets 8 aus Kombinationen der mit Metallpartikeln beimpften Edelgascluster 6. Die Ansammlung der Edelgasatome in jedem EUV-Strahlungsquellenpellet 8 stellt einen Edelgascluster 10 dar, der einen schweren Edelgascluster 20 und mindestens ein Metallpartikel 30 umschließt. Jeder Edelgascluster 10 kann wie eine Hülle aufgebaut sein, die einen schweren Edelgascluster 20 und in diesem eine Mehrzahl von Metallpartikeln 30 umschließt. Die EUV-Strahlungsquellenpellets 8 der ersten Ausführungsform können mit den in den 1A bis 1C veranschaulichten EUV-Strahlungsquellenpellets 8 identisch sein.
In jedem der EUV-Strahlungsquellenpellets 8 ist die Gesamtzahl der in dem Edelgascluster 10 enthaltenen leichten Edelgasatome um einen Faktor von mindestens zwei größer als die Gesamtzahl der schweren Edelgasatome in dem schweren Edelgascluster 20. Gemäß einer Ausführungsform kann die Gesamtzahl der leichten Edelgasatome in dem Edelgashüllencluster 10 um einen Faktor von mindestens 10 größer als die Gesamtzahl der schweren Edelgasatome in dem schweren Edelgascluster sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Gesamtzahl der leichten Edelgasatome in dem Edelgashüllencluster 10 um einen Faktor von mindestens 100 größer als die Gesamtzahl der schweren Edelgasatome in dem schweren Edelgascluster sein. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann die Gesamtzahl der schweren Edelgasatome in dem schweren Edelgascluster 20 im Bereich von 10³ bis 10¹⁵ liegen.
Der erste Überschneidungsbereich, in dem die Metallpartikel 30 in einen Cluster 4 des leichten Edelgases eingebaut werden, liegt in der ersten Vakuumkammer 65, und der zweite Überschneidungsbereich, in dem die schweren Edelgascluster 20 in die mit Metallpartikeln beimpften Edelgascluster 6 eingebaut werden, liegt in der zweiten Vakuumkammer 75. Demgemäß liegt der erste Überschneidungsbereich näher an der Stelle, an der die Cluster 4 des leichten Edelgases emittiert werden, d. h. näher an der Öffnung der Tröpfchenerzeugungseinheit 50, als der zweite Überschneidungsbereich.
Die erste beispielhafte Vorrichtung enthält ferner eine Strahlungserzeugungseinheit 80. Die Strahlungserzeugungseinheit 80 enthält eine dritte Vakuumkammer 85, die Teil des Vakuumrezipienten und durch eine Öffnung mit der zweiten Vakuumkammer 75 verbunden ist. Die EUV-Strahlungsquellenpellets 8 können aus der zweiten Vakuumkammer 75 durch Schwerkraft und/oder durch das im Wesentlichen senkrecht nach unten gerichtete Moment der Pellets 8 in die dritte Vakuumkammer 85 gelangen. In diesem Fall kann die Flugbahn der EUV-Strahlungsquellenpellets 8 innerhalb der dritten Vakuumkammer 8 im Wesentlichen senkrecht nach unten gerichtet sein. Da die Pellets 8 (aufgrund der Injektionsquelle) ein hohes Moment haben, kann die gesamte Vorrichtung in horizontaler Richtung betrieben werden, ohne dass sich die Schwerkraft auf den Pelletstrom auswirkt.
Die Strahlungserzeugungseinheit 80 enthält ferner mindestens eine Strahlungsquelle (82, 84), die eine erste Strahlungsquelle 82, die zum Anregen eines Plasmas aus dem mindestens einen Metallpartikel 30 innerhalb der EUV-Strahlungsquellenpellets 8 dient, und eine zweite Strahlungsquelle 84 enthalten kann, die zum Verstärken und Aufheizen des Plasmas des mindestens einen Metallpartikels und zum Erzeugen eines heißen Plasmas innerhalb des schweren Edelgasclusters 20 dient. Beide Quellen sind jeweils auf ihre entsprechenden Brennebenen (83, 86) fokussiert. Die typische Strahlgröße in der Brennebene beträgt ungefähr 100 μm, sodass die Größe der Pellets 8 auf diese Abmessung begrenzt ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform können im Brennvolumen der Strahlungsquelle (82, 84) kleinere Pellets 8 mit einer höheren Dichte vorhanden sein, wobei gleichzeitig mehr als ein Pellet bestrahlt wird. Die Brennebenen (83, 86) sind durch einen vertikalen Abstand d voneinander getrennt.
Gemäß einer Ausführungsform kann es sich bei der ersten Strahlungsquelle 82 um eine Laserquelle handeln, die einen ersten Laserstrahl auf einen ersten Punkt in der Flugbahn der EUV-Strahlungsquellenpellets 8 richtet, und bei der zweiten Strahlungsquelle 84 kann es sich um eine zweite Laserquelle handeln, die einen zweiten Laserstrahl auf einen zweiten Punkt in der Flugbahn der EUV-Strahlungsquellenpellets richtet. Der zweite Punkt ist von der Stelle, an der die EUV-Strahlungsquellenpellets 8 aus der Kombination der mit Metallpartikeln beimpften Edelgascluster 6 mit dem schweren Edelgascluster 20 erzeugt werden, weiter entfernt als der erste Punkt.
Da die erste Strahlungsquelle 82 aus dem mindestens einen Metallpartikel 30 innerhalb der EUV-Strahlungsquellenpellets 8 ein Plasma erzeugt und die zweite Strahlungsquelle 84 das Plasma durch Anregen der Übergänge zwischen Elektronenorbitalen in dem schweren Edelgascluster 20 verstärkt und aufheizt, können die Wellenlänge und die Intensität der Laserstrahlen der ersten und der zweiten Strahlungsquelle genau aufeinander abgestimmt werden, um die beiden oben erwähnten verschiedenen Zielstellungen zu erreichen. Der Abstand d zwischen den Brennebenen (83, 86) wird so kurz gewählt, dass die Zeit für das bei der ersten Laserbestrahlung erzeugte erste Plasma nicht ausreicht, vor der zweiten Bestrahlung ausreichend abzukühlen und dass die durch die erste Bestrahlung bewirkte Pelletausdehnung vor der zweiten Bestrahlung zum vollständigen Zerfall des Pellets führt. Der Abstand d wird ausgehend von der Geschwindigkeit des Pellets 8 so gewählt, dass durch die zweite Laserbestrahlung möglichst viel Energie auf das während der ersten Laserbestrahlung erzeugte erste Plasma übertragen wird. Um die unerwünschte Plasmaabkühlung und eine übermäßige Pelletausdehnung weiter zu verringern, kann der Abstand d auf nahezu null verringert werden, indem sich die Brennebenen (83, 86) in der Flugbahn der EUV-Pellets überlappen. Das Überlappen der Brennebenen kann durch (nicht gezeigtes) Kippen der Strahlungsquellen (82, 84) gegeneinander erreicht werden.
Im Allgemeinen wird beim Erzeugen eines ersten Plasmas aus einem Cluster, der nur aus schwerem Edelgas besteht, mehr Energie verbraucht als beim Erzeugen eines ersten Plasmas aus reinen metallischen Tröpfchen. Dieser Unterschied zwischen den Schwellenwerten bei der Plasmaerzeugung ist bei längenwelliger Strahlung besonders groß, bei der Laserenergie in freie Elektronen eingekoppelt wird, die in metallischen Tröpfchen vorhanden sind, jedoch zu Anfang in Edelgasclustern fehlen. Ein hoher Schwellenwert der Energie zum Ionisieren oder Zünden von reinen, aus schwerem Edelgas bestehenden Clustern führt zu einem verringerten Wirkungsgrad der Umwandlung von Laserleistung in EUV-Strahlung. Aus diesem Grund werden bei EUV-Strahlungsquellen nach dem Stand der Technik ausschließlich metallische (Zinn-)Tröpfchen durch einen 10,6-μm-Laser angeregt. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Beschränkung durch Einbeziehen von Metallpartikeln 30 in schwere Edelgascluster 20 und Bestrahlung durch eine Kombination von zwei Laserimpulsen. Bei dem System mit zwei Laserimpulsen dient die erste Bestrahlung zum Ionisieren von Metallpartikeln, um innerhalb des schweren Edelgasclusters 20 ein erstes Plasma zu erzeugen. Die zweite Bestrahlung dient dazu, das erste Plasma zu verstärken und dessen Elektronentemperatur so weit zu erhöhen, dass EUV-Strahlung angeregt wird. Demgemäß kann die Intensität des zweiten Laserstrahls der zweiten Strahlungsquelle 84 um einen Faktor von mindestens 3 größer als die Intensität des ersten Laserstrahls der ersten Strahlungsquelle 82 sein. Gemäß einer Ausführungsform kann die Intensität des zweiten Laserstrahls der zweiten Strahlungsquelle 84 um einen Faktor von mindestens 2 größer als die Intensität des ersten Laserstrahls der ersten Strahlungsquelle 82 sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Intensität des zweiten Laserstrahls der zweiten Strahlungsquelle 84 um einen Faktor von mindestens 100 größer als die Intensität des ersten Laserstrahls der ersten Strahlungsquelle 82 sein.
Ferner wird die Wellenlänge des ersten Laserstrahls der ersten Strahlungsquelle 82 so gewählt, dass der ausgesendete Strahl in die Elektronen der Metallpartikel 30 eingekoppelt wird. im Gegensatz zu relativ großen metallischen Tröpfchen enthalten metallische Nanopartikel 30 unter Umständen nicht ausreichend viele Elektronen. In diesem Fall wird die erste Strahlung in Elektronen der äußeren Schalen eingekoppelt, die eine Ionisierung einleiten. Im Allgemeinen ist zum Einleiten der Ionisierung von Metallatomen eine hohe Fotonenenergie erforderlich, die Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Lichts (von 400 nm bis 800 nm) oder Wellenlängen im Bereich der Ultraviolettstrahlung (von 10 nm bis 400 nm) entsprechen. Somit kann die Wellenlänge des ersten Laserstrahls der ersten Strahlungsquelle 82 aus diesem Bereich gewählt werden.
Zum Einkoppeln in ein Metallatom ist die Wellenlänge des zweiten Laserstrahls hingegen nicht auf einen Wellenlängenbereich beschränkt, da ein bereits vorhandenes Plasma, das von den Metallpartikeln 30 schon dissoziierte freie Elektronen enthält, verstärkt und somit ein dichtes Plasma innerhalb des schweren Edelgasclusters 20 erzeugt werden kann, indem die Fotonenenergie der ankommenden Strahlung durch freie Plasmaelektronen absorbiert wird. Somit kann für den zweiten Laserstrahl der zweiten Strahlungsquelle 84 eine beliebige Wellenlänge gewählt werden, sofern die zweite Strahlungsquelle 84 in der Lage ist, unabhängig von der Wellenlänge des zweiten Laserstrahls einen Laserstrahl mit hoher Intensität bereitzustellen. Gemäß einer Ausführungsform kann der zweite Laserstrahl eine größere Wellenlänge als der erste Laserstrahl haben. Zum Beispiel kann die Wellenlänge des zweiten Laserstrahls mehr als 800 nm und die Wellenlänge des ersten Laserstrahls weniger als 800 nm betragen. Gemäß einer Ausführungsform kann es sich bei der zweiten Strahlungsquelle 84 um einen Infrarotlaser handeln, beispielsweise einen CO₂-Laser, der bei einer Wellenlänge von ungefähr 10,600 nm arbeitet. Vorzugsweise wird ein CO₂-Laser wegen seiner bekannten ausgezeichneten Leistungsausbeute und Skalierbarkeit verwendet. Gemäß einer Ausführungsform wird als zweiter Laserstrahl ein Laserstrahl aus einem CO₂-Laser verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Ausgangsleistung des ersten Laserstrahls der ersten Strahlungsquelle im Bereich von 1.000 Watt bis 20.000 Watt bzw. 1 kW bis 20 kW liegen, und die Ausgangsleistung des zweiten Laserstrahls der zweiten Strahlungsquelle kann im Bereich von 10.000 Watt bis 200.000 Watt bzw. 10 kW bis 200 kW liegen, jedoch können jeweils auch niedrigere oder höhere Leistungswerte verwendet werden. Um diese Rekordwerte der Ausgangsleistung zu erreichen, werden die Laser im Impulsmodus mit einer typischen Wiederholrate von ungefähr 10 kHz bis ungefähr 100 kHz betrieben, wobei eher eine Wiederholrate von 50 kHz typisch ist. Der Impulsbetrieb der ersten Strahlungsquelle 82 und der zweiten Strahlungsquelle 84 und das Durchfliegen des Pellets 8 durch die entsprechenden Brennebenen (83, 86) sind untereinander synchronisiert.
Die schweren Edelgasatome der EUV-Strahlungsquellenpellets 8 erzeugen bei Bestrahlung mit dem zweiten Laserstrahl eine extreme Ultraviolettstrahlung. Die dritte Vakuumkammer 85 kann ein Filterfenster 98 an einer Seitenwand enthalten, sodass die EUV-Strahlung 99 in einem gewünschten Wellenlängenbereich, beispielsweise in einem schmalen Wellenlängenband der Strahlung von ungefähr 13,5 nm, durch das Filterfenster 98 treten kann, während elektromagnetische Strahlung außerhalb des gewünschten Wellenlängenbereichs nicht durch das Filterfenster 98 tritt. Während der Bestrahlungsprozesse dehnt sich das Pellet 8 aus und explodiert möglicherweise. Die Reste des Pellets 8 müssen aus der Vakuumkammer 85 abgepumpt werden. Die Edelgaspellets 8 gemäß der vorliegenden Erfindung sind gegenüber reinen metallischen Tröpfchen insofern von Vorteil, als das Edelgas einfach abgepumpt werden kann, ohne sich wieder auf dem empfindlichen Fenster 98 abzuscheiden. Die Reste des EUV-Strahlungsquellenpellets 8 können aus der dritten Vakuumkammer 85 durch eine Vakuumpumpe 92 in einer Pumpeinheit 90 abgepumpt werden, die wahlweise mit einer Rückgewinnungseinheit verbunden sein kann, um die verschiedenen Komponenten der EUV-Strahlungsquellenpellets 8 abzutrennen und zurückzugewinnen oder wiederzuverwenden.
Der Prozess der Anregung der EUV-Strahlungsquellenpellets 8 ist in den 3A und 3B veranschaulicht. 3A veranschaulicht schematisch ein beispielhaftes EUV-Strahlungsquellenpellet 8 nach Bestrahlung mit einem ersten Laserstrahl der ersten Strahlungsquelle 82. Die Energie des ersten Laserstrahls wird durch mindestens ein Metallpartikel 30 absorbiert und erzeugt ein Plasma aus Elektronen, die durch Dissoziation von dem mindestens einen Metallpartikel 30 abgetrennt wurden. Während das durch den ersten Laserstrahl erzeugte Plasma noch aktiv ist, wird das Plasma gemäß 3B mit dem zweiten Laserstrahl bestrahlt und das Plasma aus dem mindestens einen Metallpartikel 30 verstärkt und aufgeheizt. Durch das verstärkte Plasma aus dem mindestens einen Metallpartikel 30 wird die Erzeugung eines weiteren, dichteren Plasmas aus den Elektronen innerhalb des schweren Edelgasclusters 20 ausgelöst. Die Energie des zweiten Laserstrahls wird weiterhin auch durch das innerhalb des schweren Edelgasclusters 20 erzeugte Plasma absorbiert, und das angeregte Plasma emittiert die EUV-Strahlung 99, die durch das Filterfenster 98 gefiltert und emittiert wird.
Somit verwendet die Strahlungserzeugungseinheit 80 eine Kombination von zwei Impulsen zur Plasmaanregung, um den Ionisierungsschwellenwert wirksam zu verringern. Genauer gesagt, durch die Verwendung des mindestens einen Metallpartikels 30 innerhalb des EUV-Strahlungsquellenpellets 8 wird die Erzeugung eines Startplasmas aus dem mindestens einen Metallpartikel 30 ermöglicht. Die Elektronen in dem aus dem mindestens einen Metallpartikel 30 erzeugten Plasma verringern die wirksame Ionisierungsschwellenenergie für die schweren Edelgasatome während der Bestrahlung mit dem zweiten Laserimpuls. Somit wird durch das Plasma aus dem mindestens einen Metallpartikel 30 die Absorption von Energie aus dem zweiten Laserstrahl während der Bestrahlung mit der zweiten Strahlungsquelle 84 auch dann ermöglicht, wenn die Wellenlänge des zweiten Laserstrahls nicht klein genug ist, um eine direkte Anregung eines Plasmas aus den schweren Edelgasatomen auszulösen. Mit anderen Worten, durch Auslösen eines Plasmazustands um die schweren Edelgasatome in dem schweren Edelgascluster 20 herum werden die Elektronen in dem Plasma mit dem zweiten Laserstrahl gekoppelt und führen zum Erzeugen, Verstärken und Aufheizen eines Plasmas aus den schweren Edelgasatomen. Das mindestens eine Metallpartikel 30 fungiert als Dotand innerhalb des EUV-Strahlungsquellenpellets 8 und löst eine Ionisierungskaskade aus, die beim Fehlen des mindestens einen Metallpartikels 30 nicht möglich wäre. Durch das aus den schweren Edelgasatomen angeregte Plasma wird die EUV-Strahlung 99 erzeugt.
Eine beispielhafte Vorrichtung zum Erzeugen von EUV-Strahlung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in 4 enthält eine Einheit (50, 70, 60) zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets 8. Jedes EUV-Strahlungsquellenpellet 8 enthält mindestens ein Metallpartikel 30, einen schweren Edelgascluster 20 mit dem mindestens einen eingebetteten Metallpartikel 30 und einen Edelgashüllencluster 10, in den der schwere Edelgascluster 20 eingebettet ist und der einen Cluster aus einem leichten Edelgas aus der Gruppe He, Ne und Ar enthält. Ferner enthält die beispielhafte Vorrichtung mindestens eine Laserstrahlungsquelle (82, 84), die zum Aussenden eines Laserstrahls in eine Flugbahn der EUV-Strahlungsquellenpellets 8 konfiguriert werden kann. Die zweite beispielhafte Vorrichtung kann einen Vakuumrezipienten enthalten, in dem die EUV-Strahlungsquellenpellets 8 erzeugt und durch die mindestens eine Strahlungsquelle bestrahlt werden.
Die Einheit (50, 60, 70) zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets enthält eine Tröpfchenerzeugungseinheit 50 zum Emittieren von Clustern aus einem leichten Edelgas aus der Gruppe He, Ne und Ar entlang einer Tröpfchenflugbahn. Die Tröpfchenerzeugungseinheit 50 kann mit der der ersten Ausführungsform identisch sein und dieselben Cluster 4 aus leichtem Edelgas wie gemäß der ersten Ausführungsform erzeugen.
Ferner enthält die Einheit (50, 60, 70) zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets eine Einheit 70 zum Beimpfen mit schweren Edelgasclustern. Bei dem schweren Edelgascluster 20 handelt es sich um eine Anhäufung von mehr als einem schweren Edelgasatom. Die Einheit 70 zum Beimpfen mit schweren Edelgasclustern enthält eine Einheit 72 zum Erzeugen von schweren Edelgasclustern, um schwere Edelgascluster 20 entlang einer Flugbahn des schweren Edelgases zu emittieren, die die Tröpfchenflugbahn in einem Bereich schneidet, der hierin als zweiter Überschneidungsbereich bezeichnet wird. Die Einheit 70 zum Beimpfen mit schweren Edelgasclustern enthält eine zweite Vakuumkammer 75, die Teil des Vakuumrezipienten ist und in die die Cluster 4 aus dem leichten Edelgas aus der Tröpfchenerzeugungseinheit 50 emittiert werden. Die Einheit zum Erzeugen von schweren Edelgasclustern kann so konfiguriert sein, dass sie schwere Edelgascluster 20 aus einem (nicht ausdrücklich gezeigten) Vorratsbehälter für schweres Edelgas erzeugt und die schweren Edelgascluster 20 entlang einer Flugbahn emittiert, die die Flugbahn der Cluster 4 aus leichtem Edelgas schneidet. In der Einheit 70 zum Beimpfen mit schweren Edelgasclustern werden mit schweren Edelgasclustern beimpfte Edelgascluster 6 durch Kombination von Clustern 4 aus leichtem Edelgas und schweren Edelgasclustern 20 erzeugt. Der Edelgascluster 6, der mit mindestens einem Metallpartikel 30 beimpft ist, wird mit mindestens einem schweren Edelgascluster 20 beimpft. Mehrere schwere Edelgascluster 20, die in den mit mindestens einem Metallpartikel beimpften Edelgascluster 6 eingeimpft wurden, können sich nach dem Beimpfen üblicherweise in der Mitte des Edelgascluster 6 zusammenballen. An die Vakuumkammer 75 kann gegenüber der Einheit 72 zum Erzeugen von schweren Edelgasclustern eine Vakuumpumpe 78 angeschlossen sein, sodass die schweren Edelgascluster 20, die nicht in die mit schweren Edelgasclustern beimpften Edelgascluster 6' aufgenommen wurden, aus der zweiten Vakuumkammer 75 abgepumpt werden. Die Gesamtheit der Edelgasatome in jedem EUV-Strahlungsquellenpellet 8 stellt einen Edelgascluster 10 dar, der einen schweren Edelgascluster 20 umschließt. Jeder Edelgascluster 10 kann als Hülle konfiguriert sein, die einen schweren Edelgascluster 20 umschließt.
Die Einheit (50, 60, 70) zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets enthält eine Metallpartikelbeimpfungseinheit 60, die der Tröpfchenerzeugungseinheit 50 benachbart ist. Die Metallpartikelbeimpfungseinheit 60 enthält eine Metallpartikelerzeugungseinheit 62 zum Emittieren von Metallpartikeln 5 entlang einer Flugbahn, die die Tröpfchenflugbahn in einem Bereich schneidet, der hierin als erster Überschneidungsbereich bezeichnet wird. Ferner enthält die Metallpartikelbeimpfungseinheit 60 eine erste Vakuumkammer 65, die durch eine Öffnung mit der zweiten Vakuumkammer 75 verbunden ist. Die erste Vakuumkammer 65 ist Teil des Vakuumrezipienten, in den die mit schweren Edelgasclustern beimpften Edelgascluster 6' aus der zweiten Vakuumkammer 75 emittiert werden. Die mit schweren Edelgasclustern beimpften Edelgascluster 6' treten durch eine Öffnung zwischen der ersten Vakuumkammer 65 und der zweiten Vakuumkammer 75 in die erste Vakuumkammer 65 ein. Bei der Metallpartikelerzeugungseinheit 62 kann es sich um eine beliebige Quelle handeln, die einen Strahl aus Metallpartikeln 30 erzeugen kann, die jede der oben beschriebenen Metallzusammensetzungen haben können. Der Strahl aus Metallpartikeln 30 kann zur Bildung einer Metallabscheidung 68 auf einer Wand der ersten Vakuumkammer 65 führen. In der Metallpartikelbeimpfungseinheit 60 werden EUV-Strahlungsquellenpellets 8 durch Kombination von mit schweren Edelgasclustern beimpften Edelgasclustern 6' und Metallpartikeln 30 erzeugt.
Die EUV-Strahlungsquellenpellets 8 gemäß der zweiten Ausführungsform können mit den EUV-Strahlungsquellenpellets 8 gemäß der ersten Ausführungsform in 2 und den in 1A, 1B und 1C veranschaulichten EUV-Strahlungsquellenpellets 8 identisch sein.
Der erste Überschneidungsbereich, in dem die Metallpartikel 30 in einen mit schweren Edelgasclustern beimpften Edelgascluster 6' aufgenommen, liegt in der ersten Vakuumkammer 65, und der zweite Überschneidungsbereich, in dem die schweren Edelgascluster 20 in einen Cluster 4 aus leichtem Edelgas aufgenommen werden, liegt in der zweiten Vakuumkammer 75. Demgemäß liegt der zweite Überschneidungsbereich dem Ort, an dem die Cluster 4 aus leichtem Edelgas emittiert werden, d. h. der Öffnung der Tröpfchenerzeugungseinheit 50, näher als der erste Überschneidungsbereich.
Ferner kann die zweite beispielhafte Vorrichtung eine Strahlungserzeugungseinheit 80 enthalten, die mit der gemäß der ersten Ausführungsform identisch sein kann. Die Strahlungserzeugungseinheit 80 enthält eine dritte Vakuumkammer 85, die Teil des Vakuumrezipienten und durch eine Öffnung mit der zweiten Vakuumkammer 75 verbunden ist. Die EUV-Strahlungsquellenpellets 8 können durch Gravitationskraft und das lineare Moment der Pellets, die von der Kammer 75 im Wesentlichen senkrecht nach unten zur Kammer 85 fliegen, aus der ersten Vakuumkammer 75 in die dritte Vakuumkammer 85 gelangen. In diesem Fall kann die Flugbahn der EUV-Strahlungsquellenpellets 8 innerhalb der dritten Vakuumkammer 8 im Wesentlichen senkrecht nach unten gerichtet sein.
Die Strahlungserzeugungseinheit 80 enthält ferner mindestens eine Strahlungsquelle (82, 84), die eine erste Strahlungsquelle 82 zum Erzeugen eines Plasmas aus dem mindestens einen Metallpartikel 30 innerhalb der EUV-Strahlungsquellenpellets 8 und eine zweite Strahlungsquelle 84 zum Verstärken des Plasmas des mindestens einen Metallpartikels und zum Erzeugen eines Plasmas des schweren Edelgasclusters 20 enthalten kann. Jede mindestens eine Strahlungsquelle (82, 84) kann mit der der ersten Ausführungsform identisch sein und in derselben Weise wie gemäß der ersten Ausführungsform funktionieren.
Zwar ist die Offenbarung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden, jedoch ist angesichts der vorhergehenden Beschreibung klar, dass dem Fachmann zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Varianten offensichtlich sind. Jede der hierin beschriebenen Ausführungsformen kann einzeln oder in Kombination mit jeder anderen Ausführungsform umgesetzt werden, sofern nicht ausdrücklich anderes erwähnt oder unvereinbar ist. Demgemäß soll die Offenbarung alle solchen Alternativen, Modifikationen und Varianten einschließen, die innerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und der folgenden Ansprüche liegen.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen einer extremen Ultraviolettstrahlung (EUV), wobei die Vorrichtung aufweist: eine Einheit zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets, die zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets konfiguriert ist, die enthalten: mindestens ein Metallpartikel; einen schweren Edelgascluster, der das mindestens eine Metallpartikel umschließt; und einen Edelgashüllencluster, der den schweren Edelgascluster umschließt und einen Cluster aus leichtem Edelgas aus der Gruppe He, Ne und Ar enthält; und mindestens eine Strahlungsquelle, wobei jede der mindestens einen Strahlungsquelle so konfiguriert ist, dass sie einen Laserstrahl auf eine Flugbahn der EUV-Strahlungsquellenpellets richtet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Strahlungsquelle aufweist: eine erste Laserquelle, die so konfiguriert ist, dass sie einen ersten Laserstrahl auf einen ersten Punkt in der Flugbahn der EUV-Strahlungsquellenpellets richtet; und eine zweite Laserquelle, die so konfiguriert ist, dass sie einen zweiten Laserstrahl auf einen zweiten Punkt in der Flugbahn der EUV-Strahlungsquellenpellets richtet, wobei der zweite Punkt von einer Stelle, an der die EUV-Strahlungsquellenpellets erzeugt werden, weiter entfernt ist als der erste Punkt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der zweite Laserstrahl eine um einen Faktor von mindestens 2 größere Intensität als der erste Laserstrahl hat.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der zweite Laserstrahl eine größere Wellenlänge als der erste Laserstrahl hat.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem zweiten Laserstrahl um einen Laserstrahl aus einem CO₂-Laser handelt und der erste Laserstrahl eine Wellenlänge geringer als 800 nm hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einheit zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets aufweist: eine Tröpfchenerzeugungseinheit, die zum Emittieren von Clustern des leichten Edelgases He, Ne und Ar entlang einer Tröpfchenflugbahn konfiguriert ist; eine Metallpartikelerzeugungseinheit, die zum Emittieren des mindestens einen Metallpartikels entlang einer Metallpartikelflugbahn konfiguriert ist, die die Tröpfchenflugbahn in einem ersten Überschneidungsbereich schneidet; und eine Einheit zum Erzeugen eines Strahls von schweren Edelgasclustern, die so konfiguriert ist, dass sie Cluster des schweren Edelgases entlang einer Flugbahn der schweren Edelgascluster emittiert, die die Tröpfchenflugbahn in einem zweiten Überschneidungsbereich schneidet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste Überschneidungsbereich einer Stelle, an der die Cluster des leichten Edelgases emittiert werden, näher liegt als der zweite Überschneidungsbereich.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der zweite Überschneidungsbereich einer Stelle, an der die Cluster des leichten Edelgases emittiert werden, näher liegt als der erste Überschneidungsbereich.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flugbahn der EUV-Strahlungsquellenpellets im Wesentlichen senkrecht nach unten gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei in jedem der EUV-Strahlungsquellenpellets eine Gesamtzahl von Atomen des leichten Edelgases um einen Faktor von mindestens zwei größer als eine Gesamtzahl von schweren Edelgasatomen in dem schweren Edelgascluster ist.
EUV-Strahlungsquellenpellet, das aufweist: mindestens ein Metallpartikel; einen schweren Edelgascluster, der das mindestens eine Metallpartikel umschließt; und einen Edelgashüllencluster, der den schweren Edelgascluster umschließt und einen Cluster aus der Gruppe He, Ne und Ar enthält.
EUV-Strahlungsquellenpellet nach Anspruch 11, wobei eine Gesamtzahl von Atomen des leichten Edelgases um einen Faktor von mindestens zwei größer als eine Gesamtzahl von schweren Edelgasatomen in dem schweren Edelgascluster ist.
EUV-Strahlungsquellenpellet nach Anspruch 11, wobei eine Gesamtzahl von schweren Edelgasatomen in dem schweren Edelgascluster um einen Faktor von mindestens zehn größer als eine Gesamtzahl der Atome in dem mindestens einen Metallpartikel ist.
EUV-Strahlungsquellenpellet nach Anspruch 11, wobei es sich bei dem mindestens einen Metallpartikel um eine Mehrzahl von Metallpartikeln handelt.
EUV-Strahlungsquellenpellet nach Anspruch 14, wobei die Mehrzahl von Metallpartikeln innerhalb des schweren Edelgasclusters verstreut ist.
EUV-Strahlungsquellenpellet nach Anspruch 14, wobei sich die Mehrzahl von Metallpartikeln in einer Anordnung in einem Cluster befindet, in der sich die Mehrzahl von Metallpartikeln physisch gegenseitig berühren.
EUV-Strahlungsquellenpellet nach Anspruch 11, wobei eine Gesamtzahl von Atomen des leichten Edelgases in dem Edelgashüllencluster in einem Bereich von 10⁴ bis 10¹⁶ liegt.
EUV-Strahlungsquellenpellet nach Anspruch 11, wobei eine Gesamtzahl von schweren Edelgasatomen in dem schweren Edelgascluster in einem Bereich von 10³ bis 10¹⁵ legt.
EUV-Strahlungsquellenpellet nach Anspruch 11, wobei das mindestens eine Metallpartikel ein einatomiges Partikel eines metallischen Elements aufweist.
EUV-Strahlungsquellenpellet nach Anspruch 11, wobei es sich bei dem metallischen Element um Zinn handelt.
Verfahren zum Erzeugen einer extremen Ultraviolettstrahlung (EUV), wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen einer Mehrzahl von EUV-Strahlungsquellenpellets innerhalb einer Einheit zum Erzeugen von EUV-Strahlungsquellenpellets, wobei die Vielzahl von EUV-Strahlungsquellenpellets aufweist: mindestens ein Metallpartikel; einen schweren Edelgascluster, der das mindestens eine Metallpartikel umschließt; und einen Edelgashüllencluster, der den schweren Edelgascluster umschließt und einen Cluster aus leichtem Edelgas aus der Gruppe He, Ne und Ar enthält; und Bestrahlen der Mehrzahl von EUV-Strahlungsquellenpellets mittels mindestens einer Strahlungsquelle, wobei jede der mindestens einen Strahlungsquelle so konfiguriert ist, dass sie einen Laserstrahl auf eine Flugbahn der EUV-Strahlungsquellenpellets richtet.