EP1574116B1 - Verfahren zur erzeugung eines tröpfchen-targets - Google Patents

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EP1574116B1
EP1574116B1 EP03813077A EP03813077A EP1574116B1 EP 1574116 B1 EP1574116 B1 EP 1574116B1 EP 03813077 A EP03813077 A EP 03813077A EP 03813077 A EP03813077 A EP 03813077A EP 1574116 B1 EP1574116 B1 EP 1574116B1
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EP
European Patent Office
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several
nozzle
liquid
droplets
expansion channel
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP03813077A
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English (en)
French (fr)
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EP1574116A2 (de
Inventor
Sargis Ter-Avetisyan
Matthias SCHNÜRER
Peter-Viktor Nickles
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungsverbund Berlin FVB eV
Original Assignee
Forschungsverbund Berlin FVB eV
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001—Production of X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/002—Supply of the plasma generating material
    • H05G2/0023—Constructional details of the ejection system

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a droplet target.
  • High density droplet mist with a density of up to 10 19 atom / cm 3 with a droplet diameter of about 1 ⁇ m was prepared with a droplet source described in Rev. Sci. lnstrum. 69, 3780 (1998) by LC Mountford, RA Smith and MRHR Hutchinson and from which the present invention is based.
  • a magnetic valve which forms the liquid pulse and thus the liquid volume, the starting point of the droplet source.
  • a vessel was filled with a liquid and kept under high pressure by means of ethanol. In synchronization the laser is used to open the valve for 2500 ⁇ s so that the droplets exit the nozzle.
  • Droplets with a smaller diameter of about 0.6 microns could be achieved by subsequent electrostatic splitting of the droplets, but which requires a technically complex arrangement.
  • the mist consisting of these droplets has a lower density, namely about 10 16 atms / cm 3 .
  • WO 01/30152 A1 describes a device for producing a dense mist of micrometric droplets, in particular for EUV lithography.
  • the apparatus comprises a container intended to receive a liquid from which a dense mist of micrometric and submicrometric droplets is to be generated.
  • the liquid is pressurized with compressed gas and is then expelled through a nozzle in a vacuum chamber.
  • a diameter of the droplets produced is in the order of 10 microns to 30 microns.
  • the high density should also be realized at a greater distance from the nozzle, i. the droplet target has better collimation compared to the prior art to increase the life of the nozzle.
  • the nozzle is designed as a supersonic nozzle
  • the valve is connected to the supersonic nozzle via an expansion channel, around which the expansion channel heating means are designed such that the temperature can be set to a size, wherein a supersaturated vapor is formed in the expansion channel, and between the electromagnetic valve and the means for heating an insulator is arranged.
  • the device enables the generation of high-density sub- ⁇ liquid targets necessary for the study of
  • the droplets in the solution according to the invention arise from supersaturated vapor, which condenses in a cloud of mist.
  • the target made with the device consists of droplets with an average diameter of about 150 nm and has an average atomic density of> 10 18 atoms / cm 3 .
  • Such a target allows the study of previously unexplored states that exist between clusters (from a few atoms up to 10 6 atoms / cluster with a local density close to that of a solid) and solids.
  • the spatial extent of the droplets has an influence on an increased space charge limitation of hot electrons, which in turn leads to an improved coupling of the laser energy into the ions of the droplets.
  • the droplet target made with the device can be generated continuously and has a time-unlimited operation.
  • Embodiments of the device relate to the design of their individual components.
  • the pulsed electromagnetic valve operates with a pulse duration of 2 ms;
  • the expansion channel has a length of a few mm to several 10 mm and a diameter of several 100 microns to the mm range,
  • the supersonic nozzle a conical opening angle 2 ⁇ from a few grd to several 10 grd, an inlet opening of some 100 microns in diameter and a has a few mm long conical shaped section.
  • the supersaturated water vapor is present here as it heats up, it expands as it passes through the ultrasonic nozzle, cools down and forms liquid droplets of the desired size and density Parameters are determined by the dimensions of the expansion channel, its temperature and the pressure prevailing in it.
  • the inventive method comprises the following method steps: filling a target liquid in a vessel in which by means of non-reactive gas, a high pressure is realized, short-term opening of this vessel by means of a pulsed electromagnetic valve, intermittent introduction of the target liquid in an expansion channel, heating the Expansion channel such that forms supersaturated liquid vapor, cooling this vapor when passing through a supersonic nozzle connected to the expansion channel and leakage of the droplets from the outlet opening of the nozzle in the vacuum.
  • a pulsed electromagnetic valve operating in the ms range with a pulse duration, in particular of 2 ms is used.
  • the target liquid is forced into the expansion channel and the corresponding vapor is forced into the supersonic nozzle.
  • an expansion channel with a length of a few mm to several 10 mm and a diameter of several 100 microns to the mm range and a supersonic nozzle with a conical opening angle 2 ⁇ from some grd to several 10 grd, an inlet opening of some 100 microns in Diameter and a few mm long conical shaped section used.
  • the nozzle diameter also determines the diameter of the liquid droplets which emerge from the nozzle opening into the vacuum.
  • the valve in the solution according to the invention directly regulates the feeding into an additionally arranged expansion channel, in which the target liquid is heated.
  • the now super-saturated gas is guided to the nozzle outlet opening and thereby cooled, which causes droplet formation in the nozzle.
  • the valve directly opens and closes the nozzle, which makes it possible to significantly reduce the influence on the formation and expansion of the droplets and their collimation.
  • the device for generating a droplet target has a pulsed electromagnetic valve 1 .
  • This valve 1 closes a vessel (not shown) in which the target liquid is held by means of gaseous nitrogen at a pressure of 35 bar.
  • the target liquid can be water, but in principle any other liquid.
  • the valve 1 opens and closes with a pulse duration of 2 ms and discharges water droplets in the opening phase into an expansion channel 2 with a diameter of 1 mm and a length of 15 mm.
  • this expansion channel 2 is by means of a heater 3, a temperature of 150 ° C. generated, the expansion channel 2 is separated from the valve 1 by means of an insulator 5 .
  • a supersonic nozzle 4 At the outlet of the supersonic nozzle 4 entseht a droplet target that is continuously generated and allows a time-unlimited operation.
  • Fig. 2 shows a curve with the switching pulse of the valve and the associated intensity of the resulting liquid mist as a function of time, at a distance of 1 mm from the outlet opening of the nozzle.
  • the pulse duration of the valve in this measurement in which the radiation generated by a cw He-Ne laser was directed to the droplet target, scattered there and the intensity of the scattered radiation was determined at a distance of 1 mm from the nozzle opening, was 2 ms , It can be seen that the majority of the spray pulse occurs about 1 ms after opening the valve.
  • FIG. 3 is a graph showing the propagation of the liquid mist (spray) as a function of the distance from the nozzle orifice to air and vacuum. Compared with the known results of the prior art can be found that in the inventive solution by about 30% better collimation can be achieved.
  • FIG. 4 shows a curve which shows both the dependence of the droplet density in the spray and the dependence of the average atomic density in the spray on the distance from the outlet opening of the nozzle.
  • the measured droplet density directly varies for droplets with a diameter of 0.15 ⁇ m of (1.6 ⁇ 0.5) .10 11 droplets / cm 3 (or a mean molecular density of 1.5-10 18 cm -3 ) the exit orifice of the nozzle to (7.5 ⁇ 0.7) x 10 9 droplets / cm 3 (or a mean molecular density of 8 x 10 16 cm -3 ) at a distance of 20 mm from the exit orifice.
  • This is up to three orders of magnitude higher in droplet size than currently described spray droplet sources, which is important for the conversion of incident laser energy.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Tröpfchen-Targets.
  • lm Folgenden werden dem Stand der Technik nach bekannte Vorrichtungen beschrieben, mittels derer Flüssigkeitströpfchen erzeugt werden, wobei in der Wechselwirkung mit auf diese Tröpfchen gerichtetem Laserstrahl Röntgenstrahlen oder extrem ultraviolettes Licht gebildet werden. Diese Strahlen werden beispielsweise in der Mikroskopie oder Lithographie eingesetzt.
  • In US 6,324,256 ist in einer Anordnung, die eine Laserplasma-Quelle zur Erzeugung von EUV-Licht beschreibt, auch eine Einrichtung zur Erzeugung von Tröpfchen-Targets enthalten. Die erzeugten Tröpfchen weisen einen größeren Durchmesser als Tröpfchen auf, die aus einem Gas erzeugt werden, das durch eine Düse geführt wird, hier kondensiert und eine Wolke von extrem kleinen Teilchen in Form von Clustern bildet. In der beschriebenen Lösung wird zunächst aus einem Gas mittels eines Wärmeaustauschers, der die Temperatur des Gases reduziert, eine Flüssigkeit erzeugt. Diese Flüssigkeit wird einer Düse zugeführt, deren Öffnung in Richtung Austrittsöffnung größer wird. In diesem Abschnitt werden die Tröpfchen geformt, die dann aus der Austrittsöffnung der Düse austreten und mit einem Laserstrahl zur Erzeugung von EUV-Licht in Wechselwirkung treten. Die Tröpfchengröße ist hierbei jedoch nicht definiert einstellbar. Bei dieser Lösung wird also zunächst das gasförmige Ausgangsmaterial in ein flüssiges umgewandelt. Ausserdem wechselwirken die Tröpfchen mit dem Laserstrahl sehr dicht an der Düse, wodurch diese in der Folge durch Erhitzen und Erosion zerstört wird.
  • Von L. Rymell und H. M. Hertz wird in Opt. Commun. 103, 105 (1993) über eine Röntgenstrahlquelle berichtet, die Ethanol-Tröpfchen als Target verwendet. Für die Erzeugung dieser Tröpfchen wurde Ethanol bei 30 bis 50 at in eine Vakuumkammer durch eine Kapillare mit ca. 10 µm Durchmesser, die sich in eine Düse verjüngt, gedrückt. Um ein Flüssigkeitsvolumen - hier mit einem Durchmesser von ca. 15 µm - synchronisiert erzeugen zu können, werden Druckstöße piezoelektrisch mit einer Frequenz von ca. 1 MHz erzeugt. Diese relativ großen Flüssigkeitströpfchen wurden für die Untersuchung der Wechselwirkung mit Laserstrahlung in einem Intensitätsbereich von 1012 bis 1014 W/cm2 verwendet, wie von O. Hemberg, B. A. M. Henson, M. Berlund and H. M. Hertz in J. Appl. Phys. 88, 5421 (2000) beschrieben. Da hierbei die Wechselwirkung mit jedem einzelnen Tröpfchen erfolgt und der Laserfokus nur wenig größer ist als der Durchmesser der Ethanol-Tröpfchen, spielt das Drift-Problem der Tröpfchen-Quelle eine wichtige Rolle, weshalb diese Arbeit insbesondere auf eine Lösung für eine akkurate Tröpfchen-Laser-Synchronisation gerichtet ist.
  • Hochdichter Tröpfchennebel mit einer Dichte von bis zu 1019 Atom/cm3 mit einem Tröpfchendurchmesser von etwa 1 µm wurde mit einer Tröpfchenquelle hergestellt, die in Rev. Sci. lnstrum. 69, 3780 (1998) von L. C. Mountford, R. A. Smith and M. R. H. R. Hutchinson beschrieben wurde und von der die vorliegende Erfindung ausgeht. Hierbei ist ein Magnetventil, welches den Flüssigkeitspuls und damit das Flüssigkeitsvolumen formiert, der Ausgangspunkt der Tröpfchenquelle. Ein Gefäß wurde mit einer Flüssigkeit gefüllt und mittels Ethanol unter hohem Druck gehalten. In Synchronisation mit dem Laser wird das Ventil für 2500 µs geöffnet, so dass die Tröpfchen aus der Düse austreten. Tröpfchen mit einem kleineren Durchmesser von ca. 0,6µm konnten durch anschließendes elektrostatisches Aufspalten der Tröpfchen, das aber eine technisch aufwendige Anordnung verlangt, erzielt werden. Jedoch weist der Nebel, der aus diesen Tröpfchen besteht, eine geringere Dichte, nämlich ca. 1016 Atom/cm3, auf.
  • Für die effektive Erzeugung von Röntgenstrahlen oder EUV-Licht ist es aber notwendig, dass Tröpfchen-Targets zur Verfügung stehen, die eine Ausdehnung in der Größe möglicher Laserwellenlängen haben (T.D. Donelly, M. Rust, I. Weiner, M. Allen, R.A. Smith, C.A. Steinke, S. Wilks, J. Zweiback, T.E. Cowan and T. Ditmire J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 34, L313 (2001)) und somit im Vergleich zum Stand der Technik einen kleineren Durchmesser aufweisen und die einen Nebel bilden, der eine Atomdichte von > 1018 Atome/cm3 aufweist.
  • WO 01/30152 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines dichten Nebels von mikrometrischen Tröpfchen, insbesondere für die EUV-Lithographie. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter, der zur Aufnahme einer Flüssigkeit bestimmt ist, aus der ein dichter Nebel aus mikrometrischen und submikrometrischen Tröpfchen erzeugt werden soll. Die Flüssigkeit wird mit Druckgas beaufschlagt und wird dann über eine Düse in eine Vakuumkammer ausgetrieben. Ein Durchmesser der erzeugten Tröpfchen liegt in der Größenordnung von 10 µm bis 30 µm.
  • Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, eine Lösung anzugeben, die die Erzeugung von derartigen Tröpfchen-Targets ermöglicht. Die hohe Dichte soll auch in größerem Abstand von der Düse realisiert sein, d.h. das Tröpfchen-Target weist eine im Vergleich zum Stand der Technik bessere Kollimation auf, um die Lebensdauer der Düse zu erhöhen.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf eine Vorrichtung zurückgegriffen, bei der die Düse als Überschalldüse ausgebildet ist, das Ventil mit der Überschalldüse über einen Expansionskanal verbunden ist, um den Expansionskanal Mittel zur Heizung derart ausgebildet sind, dass die Temperatur auf eine Größe einstellbar ist, bei der ein übersättigter Dampf im Expansionskanal ausgebildet ist, und zwischen elektromagnetischem Ventil und dem Mittel zur Heizung ein Isolator angeordnet ist.
  • Die Vorrichtung ermöglicht die Erzeugung von hochdichten sub-µ Flüssigkeitstargets, die für die Untersuchung der
  • Wechselwirkungsprozesse von Laserstrahlung, mit Plasmen erforderlich sind. lm Gegensatz zum zitierten Stand der Technik, bei dem die Tröpfchen in der gesättigten Gasphase geformt werden, entstehen die Tröpfchen in der erfindungsgemäßen Lösung aus übersättigtem Dampf, der in einer Nebelwolke kondensiert. Das mit der Vorrichtung hergestellte Target besteht aus Tröpfchen mit einem mittleren Durchmesser von ca. 150 nm und weist eine durchschnittliche Atomdichte von > 1018 Atome/cm3 auf. Ein derartiges Target ermöglicht die Untersuchung von bisher unerforschten Zuständen, die zwischen Clustern (von einigen Atomen bis zu 106 Atome/Cluster mit einer lokalen Dichte, die annähernd der eines Festkörpers gleicht) und Festkörpern existieren. Ausserdem - bezogen auf die Vorteile eines Clustertargets - hat die räumliche Ausdehnung der Tröpfchen Einfluss auf eine verstärkte Raumladungsbegrenzung von heißen Elektronen, was wiederum zu einer verbesserten Kopplung der Laserenergie in die Ionen der Tröpfchen führt. Damit ist es möglich, ein wesentlich heißeres Plasma zu erzeugen und einen höheren Wirkungsgrad bei der Umwandlung in Röntgenstrahlen zu erzielen. Das mit der Vorrichtung hergestellte Tröpfchen-Target kann kontinuierlich erzeugt werden und hat eine zeitlich unbegrenzte Arbeitsweise.
  • Ausführungsformen der Vorrichtung beziehen sich auf die Ausgestaltung ihrer einzelnen Bestandteile. So ist vorgesehen, dass das gepulste elektromagnetische Ventil mit einer Pulsdauer von 2 ms arbeitet; der Expansionskanal eine Länge von einigen mm bis einige 10 mm und einen Durchmesser von einigen 100 µm bis in den mm-Bereich aufweist, die Überschalldüse einen konischen Öffnungswinkel 2Θ von einigen grd bis einige 10 grd, eine Eintrittsöffnung von einigen 100 µm im Durchmesser und einem einige mm langen konisch geformten Abschnitt aufweist. Nachdem die Target-Flüssigkeit beim Öffnen des Ventils in den Expansionskanal gedrückt wird, hier durch die Erwärmung ein übersättigter Wasserdampf vorliegt, dehnt sich dieser bei Durchgang durch die Ultraschalldüse aus, kühlt ab und bildet Flüssigkeitströpfchen in der gewünschten Größe und Dichte, wobei diese Parameter durch die Abmessungen des Expansionskanals, seiner Temperatur und den in ihm herrschenden Druck bestimmt sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: Einfüllen einer Target-Flüssigkeit in ein Gefäß, in dem mittels nichtreaktiven Gases ein hoher Druck realisiert ist, kurzzeitiges Öffnen dieses Gefäßes mittels eines gepulsten elektromagnetischen Ventils, stoßweise Einleitung der Target-Flüssigkeit in einen Expansionskanal, Erhitzen des Expansionskanals derart, dass sich übersättigter Flüssigkeitsdampf bildet, Abkühlen dieses Dampfes beim Durchgang durch eine mit dem Expansionskanal verbundene Überschalldüse und Austreten der Tröpfchen aus der Austrittsöffnung der Düse in das Vakuum.
  • ln Ausführungsformen zu diesem Verfahren wird ein im ms-Bereich arbeitendes gepulstes elektromagnetisches Ventil mit einer Pulsdauer insbesondere von 2 ms verwendet. Bei jedem Schaltvorgang des Ventils wird die Target-Flüssigkeit in den Expansionskanal und der entsprechende Dampf in die Überschalldüse gedrückt. Hierbei wird ein Expansionskanal mit einer Länge von einigen mm bis einige 10 mm und einem Durchmesser von einigen 100 µm bis in den mm-Bereich und eine Überschalldüse mit einem konischen Öffnungswinkel 2Θ von einigen grd bis einige 10 grd, einer Eintrittsöffnung von einigen 100 µm im Durchmesser und einem einige mm langen konisch geformten Abschnitt verwendet. Auf dem Weg zur Austrittsöffnung der Düse wird das übersättigte Gas in der Düse abgekühlt, was zur Bildung von Flüssigkeitströpfchen führt. Weiter ist zu bemerken, dass neben den bereits erwähnten Parametern des Expansionskanals auch der Düsendurchmesser den Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen bestimmt, die aus der Düsenöffnung in das Vakuum austreten.
  • Im Vergleich zum Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, reguliert das Ventil in der erfindungsgemäßen Lösung direkt die Einspeisung in einen zusätzlich angeordneten Expansionskanal, in dem die Target-Flüssigkeit erwärmt wird. Das nunmehr vorliegende supergesättigte Gas wird zur Düsenaustrittsöffnung geführt und dabei abgekühlt, was in der Düse die Tröpfchenbildung bewirkt. Bei der bekannten Lösung hingegen schaltet das Ventil direkt die Düse auf und zu, wodurch eine wesentlich geringere Einflussnahme auf die Bildung und Ausdehnung der Tröpfchen und ihre Kollimation möglich ist.
  • Die Erfindung wird in folgendem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    den schematischen Aufbau einer Vorrichtung;
    Fig. 2
    eine Kurve mit dem Schaltimpuls des Ventils und der zugehörigen Intensität des entstehenden Flüssigkeitsnebels in Abhängigkeit von der Zeit;
    Fig. 3
    eine Kurve mit der Ausbreitungsbreite des Flüssigkeitsnebels in Abhängigkeit von der Entfernung von der Austrittsöffnung der Düse in Luft und Vakuum;
    Fig. 4
    eine Kurve mit der Dichte des Flüssigkeitsnebels in Abhängigkeit von der Entfernung von der Austrittsöffnung der Düse;
    Fig. 5
    eine Kurve mit der mittels CCD gemessenen relativen Intensität des gestreuten Lichts.
  • Die Vorrichtung zur Erzeugung eines Tröpfchen-Targets weist ein gepulstes elektromagnetisches Ventil 1 auf. Diese Ventil 1 verschließt ein Gefäß (nicht dargestellt), in dem die Target-Flüssigkeit mittels gasförmigem Stickstoff bei einem Druck von 35 bar gehalten wird. Die Target-Flüssigkeit kann Wasser sein, aber auch prinzipiell jede andere Flüssigkeit. Das Ventil 1 öffnet und schließt mit einer Pulsdauer von 2 ms und entlässt in der Öffnungsphase Wassertröpfchen in einen Expansionskanal 2 mit einem Durchmesser von 1 mm und einer Länge von 15 mm. In diesem Expansionskanal 2 wird mittels eines Heizers 3 eine Temperatur von 150 °C erzeugt, der Expansionskanal 2 ist von dem Ventil 1 mittels eines Isolators 5 getrennt. Der nunmehr am Ende des Expansionskanals 2 vorliegende übersättigte Wasserdampf wird durch eine Überschalldüse 4 geführt, die einen Öffnungswinkel von 2Θ = 7°, eine Eintrittsöffnung mit 500 µm im Durchmesser und einen 8 mm langen konischen Abschnitt aufweist, und die sub-µ Flüssigkeitströpfchen in das Vakuum formt. An der Austrittsöffnung der Überschalldüse 4 entseht ein Tröpfchen-Target, das kontinuierlich erzeugbar ist und eine zeitlich unbegrenzte Arbeitsweise ermöglicht.
  • Fig. 2 zeigt eine Kurve mit dem Schaltimpuls des Ventils und der zugehörigen Intensität des entstehenden Flüssigkeitsnebels in Abhängigkeit von der Zeit, im Abstand von 1 mm von der Austrittsöffnung der Düse. Die Pulsdauer des Ventils betrug bei dieser Messung, bei der die von einem cw He-Ne-Laser erzeugte Strahlung auf das Tröpfchen-Target gerichtet, dort gestreut und die Intensität der gestreuten Strahlung im Abstand von 1 mm von der Düsenöffnung ermittelt wurde, 2 ms. Erkennbar ist, dass der Hauptteil des Spray-Pulses etwa 1 ms nach Öffnung des Ventils auftritt.
  • ln Fig. 3 ist eine Kurve dargestellt, die die Ausbreitung des Flüssigkeitsnebels (Sprays) in Abhängigkeit von der Entfernung von der Austrittsöffnung der Düse in Luft und Vakuum zeigt. Verglichen mit den bekannten Ergebnissen aus dem Stand der Technik kann festgestellt werden, dass bei der erfindungsgemäßen Lösung eine um ca. 30 % bessere Kollimation erzielbar ist.
  • Die Ausbreitungsgeometrie der erzeugten Teilchen-Nebelwolke lässt sich beschreiben mit R = (0,32 ± 0,02) x h + r, wobei R der Radius der Spray-/Nebelwolke ist, h der Abstand von der Überschalldüse und r der Radius der Überschalldüse an der Austrittsöffnung ist. Der Abstand Null entspricht der Austrittsöffnung der Überschalldüse.
  • In Fig. 4 ist eine Kurve abgebildet, die sowohl die Abhängigkeit der Tröpfchendichte im Spray als auch die Abhängigkeit der durchschnittlichen Atomdichte im Spray von der Entfernung von der Austrittsöffnung der Düse zeigt. Die gemessene Tröpfchendichte variiert für Tröpfchen mit einem Durchmesser von 0,15 µm von (1,6±0,5).1011Tröpfchen/cm3 (bzw. eine mittlere Moleküldichte von 1,5-1018 cm-3) direkt an der Austrittsöffnung der Düse bis (7,5±0,7)·109 Tröpfchen/cm3 (bzw. eine mittlere Moleküldichte von 8·1016 cm-3) in 20 mm Abstand von der Austrittsöffnung. Das ist bei dieser Tröpfchengröße eine bis zu drei Größenordnungen höhere Tröpfchendichte als mit gegenwärtig beschriebenen Spray-Tröpfchenquellen, welches wichtig für die Konversion von eingestrahlter Laserenergie ist.
  • Fig. 5 zeigt die Messdaten der Streulichtintensität in Abhängigkeit vom Beobachtungswinkel. Die durchgezogene Linie gibt die theoretische Verteilung der Streulichtintensität von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,15 µm an. Die gute Übereinstimmung mit den Messdaten zeigt, dass hier eine engere Verteilung der Tröpfchengrößen vorliegt als im Vergleich zum gegenwärtigen Stand der Technik, so dass kein - wie beim gegenwärtigen Stand - Tröpfchengrößefilter nachgeschaltet werden muss und so die effektive Tröpfchendichte vorteilhaft erhöht wird.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Erzeugung eines Tröpfchen-Targets, umfassend die Verfahrensschritte
    - Einfüllen einer Target-Flüssigkeit in ein Gefäß, in dem mitttels eines nichtreaktiven Gases ein hoher Druck realisiert ist,
    - kurzzeitiges Öffnen dieses Gefäßes mittels eines gepulsten elektromagnetischen Ventils,
    - stoßweise Einleitung der Target-Flüssigkeit in einen Expansionskanal,
    - Erhitzen des Expansionskanals derart, dass sich übersättigter Flüssigkeitsdampf bildet,
    - Abkühlen des Gases beim Durchgang durch eine mit dem Expansionskanal verbundene Überschalldüse und .
    - Austreten von Flüssigkeitströpfchen aus der Austrittsöffnung der Düse.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
    ein gepulstes elektromagnetisches Ventil mit einer Pulsdauer im ms-Bereich, insbesondere von 2 ms, verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
    ein Expansionskanal mit einer Länge von einigen mm bis einige 10 mm und einem Durchmesser von einigen 100 µm bis in den mm-Bereich verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
    eine Überschalldüse mit einem konischen Öffnungswinkel 2Θ von einigen grd bis einige 10 grd, einer Eintrittsöffnung von einigen 100 µm im Durchmesser und einem einige mm langen konisch geformten Abschnitt verwendet wird.
EP03813077A 2002-12-13 2003-12-11 Verfahren zur erzeugung eines tröpfchen-targets Expired - Lifetime EP1574116B1 (de)

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