EP1691588A2 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter (EUV-) Strahlung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter (EUV-) Strahlung Download PDF

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EP1691588A2
EP1691588A2 EP06002837A EP06002837A EP1691588A2 EP 1691588 A2 EP1691588 A2 EP 1691588A2 EP 06002837 A EP06002837 A EP 06002837A EP 06002837 A EP06002837 A EP 06002837A EP 1691588 A2 EP1691588 A2 EP 1691588A2
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EP
European Patent Office
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discharge
individual volumes
electrode
gas
starting material
Prior art date
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Withdrawn
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EP06002837A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1691588A3 (de
Inventor
Kai Dr. Gäbel
Jürgen Dr. Kleinschmidt
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Xtreme Technologies GmbH
Original Assignee
Xtreme Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Xtreme Technologies GmbH filed Critical Xtreme Technologies GmbH
Publication of EP1691588A2 publication Critical patent/EP1691588A2/de
Publication of EP1691588A3 publication Critical patent/EP1691588A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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—X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/003—X-ray radiation generated from plasma being produced from a liquid or gas
    • 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—X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/003—X-ray radiation generated from plasma being produced from a liquid or gas
    • H05G2/005—X-ray radiation generated from plasma being produced from a liquid or gas containing a metal as principal radiation generating component

Definitions

  • the invention relates to an apparatus for generating extreme ultraviolet (EUV) radiation containing a discharge chamber having a discharge area for a gas discharge for forming a radiation-emitting plasma, a first and a second electrode, which are separated electrically by an insulator electrically puncture resistant, provided in the second electrode discharge opening for the radiation emitted by the plasma and a high voltage supply for generating high voltage pulses for the two electrodes.
  • EUV extreme ultraviolet
  • the invention relates to a method for generating extreme ultraviolet (EUV) radiation, wherein in a discharge region of a discharge chamber from a starting material by means of gas discharge, a radiation-emitting plasma is generated.
  • EUV extreme ultraviolet
  • a major drawback of tin and lithium is the high debris load, which exposes the collectors and deflectors of EUV radiation collector optics to increased contamination.
  • the DE 102 19 173 A1 also already recognizes the technical problem that when using metallic emitters very high temperatures of the discharge source for evaporation are required and condensation of the metal vapors inside the source is to be avoided, otherwise a functional failure must be expected.
  • the object is achieved by an apparatus for producing extreme ultraviolet (EUV) radiation of the type mentioned above, in that an injection nozzle of an injection device is directed onto the discharge region, which produces a series of individual volumes of a radiation-generating starting material with a the frequency of the gas discharge corresponding repetition frequency provides, and that means are provided for successive evaporation of the individual volumes in the discharge region.
  • EUV extreme ultraviolet
  • a gas supply unit can be provided which provides a background gas flowing through the discharge area for the gas discharge.
  • the injection device may have different directions of injection, with an injection direction pointing to the outlet opening being preferred. But it can also be directed through the outlet opening in the second electrode to the discharge area.
  • the injection nozzle is connected to a liquid reservoir, which communicates with both a tempering device and a device for providing a continuous reservoir pressure to the starting material located in the liquid reservoir.
  • the injection nozzle is followed by a thinning device in the injection direction, which removes individual volumes from a continuous stream of the individual volumes.
  • a thinning device which consists of an electric charge module and a collector for the removal of charged individual volumes.
  • Another thinning device provides a rotating passageway provided with passage and collecting areas, which causes an increase in the separation between the individual volumes by a selective interruption of the flow of the individual volumes and which communicates with means which prevent adhesion of discarded superfluous individual volumes.
  • the individual volumes can already leave the injection nozzle to measure by connecting the injection nozzle to the liquid reservoir via a nozzle chamber on the input side, where a pressure modulator acts for short-term volume change in the nozzle chamber, wherein the injection nozzle opens into an antechamber with its nozzle outlet, in which there is a pre-chamber pressure equal to the reservoir pressure and that contains an opening directed at the discharge area for the passage of the individual volumes.
  • both the distance and the speed of the individual volumes can be further adapted to the process of plasma generation.
  • the invention can be provided as means for successive evaporation of the individual volumes either at least one evaporation laser or it the gas discharge of the background gas is used or both means are combined.
  • the laser beam emitted by an evaporation laser can be guided into the discharge region either through an opening incorporated in the second electrode or through the already existing outlet opening.
  • a collecting device for the vaporized working medium is arranged in the center of a second electrode arranged downstream Debrismitigations device.
  • the collecting device is preferably designed as a discharge tube with an inlet opening facing the outlet opening in the second electrode and a pump connection.
  • at least one heating element is connected to the at least partially enclosed by an insulating jacket exhaust pipe.
  • the invention can furthermore be configured such that a preionization module for the preionization of the background gas is arranged inside the first electrode, comprising a first preionization electrode which is electrically insulated from the first electrode serving as a second preionization electrode by a tubular insulator and one Preionization pulse generator connected to the preionization electrode and the first electrode.
  • a preionization module for the preionization of the background gas is arranged inside the first electrode, comprising a first preionization electrode which is electrically insulated from the first electrode serving as a second preionization electrode by a tubular insulator and one Preionization pulse generator connected to the preionization electrode and the first electrode.
  • EUV extreme ultraviolet
  • the evaporation and the subsequent plasma generation can take place in different ways.
  • at least one laser radiation pulse is directed to the individual volume for evaporation, after which the plasma discharge serving for gas discharge takes place in the vaporized starting material.
  • the evaporation and the plasma generation can be effected by the discharge of a background gas flowing through the discharge chamber.
  • the evaporated individual volumes are pumped out of the discharge chamber after the plasma generation.
  • the evaporation of a subsequent volume by an existing plasma can be prevented.
  • the EUV radiation source illustrated in FIG. 1 contains a first and a second electrode 1, 2, which are separated from one another electrically by an insulator 3.
  • a discharge chamber 4 contains a discharge region for a pulsed gas discharge for forming a dense, hot plasma 6 emitting the radiation.
  • Radially symmetrical openings 9 machined into the first electrode 1 define plasma channels which intersect in the discharge region (pinch region).
  • an inlet nozzle 10 is attached to an inlet opening 11, via which an injection device 12 is directed with an injection nozzle 13 to the discharge area.
  • the injection device 12 essential for the invention is intended to provide a starting material for the radiating plasma in the form of small, volume-limited individual volumes 14 in a size range of 5 * 10 -13 cm 3 - 5 * 10 -7 cm 3 , wherein starting material for the radiative plasma are understood to mean those materials which contain the chemical element which makes the essential contribution to EUV emission in the lithography-relevant band at 13.5 nm.
  • Preferred elements are xenon (Xe), tin (Sn), lithium (Li), and antimony (Sb).
  • the starting material may consist of 100% of this chemical element. However, it may also contain other elements and / or elements which emit less in the EUV and which do not emit in the TEU.
  • Quantitative individual volumes are amounts of starting material which are liquid in the form of drops or solid in the form of beads.
  • the injection device 12 is designed to be a defined, for an efficient, single event Radiation generation necessary minimum emitters in a reproducible manner to provide and bring in the discharge area.
  • Typical diameters of the approximately spherical individual volumes 14 are of the order of a few thousandths to tenths of a mm. Regardless of the nozzle type, distances between the nozzle exit and the location of the plasma are selected to be of the order of 10 cm.
  • the erosion protection and the temperature control of the injection nozzle 13 there may be further means, not shown, which serve for the erosion protection and the temperature control of the injection nozzle 13.
  • the erosion rate at the nozzle opening can be reduced.
  • at least one aperture with a free aperture of the order of magnitude of the individual volumes generated is positioned between the discharge region and the injection nozzle. This panel is preferably cooled.
  • a gas inlet opening 15 is inserted into the inlet nozzle 10, which distributes a background gas uniformly around the z-axis of symmetry ZZ.
  • the background gas serves, in contrast to conventional Z-pinch gas discharge, not itself as the starting material for the plasma, but forms an auxiliary gas with which the plasma generation from the limited individual volumes 14 of the starting material can be supported. For this reason, the background gas advantageously has a high EUV transmission, which z. B. is given in argon.
  • quantity-limited liquid individual volumes 14 of the starting material are brought into the discharge area sequentially with the aid of the injection device 12.
  • preference will not be given to pure tin as the starting material, but additions will be added to the tin, since the narrowest inband spectrum (ie a 2% wide band centered at 13.5 nm) lowest outside of this band out of band shares in the XUV with admixtures to tin is achieved.
  • Due to high component resistance compounds such as SnH 4 or Sn nanoparticles, which are reacted with nitrogen or a noble gas, such as. As argon are mixed, preferably, which contain no aggressive ingredients.
  • the nanoparticles may be added to the nitrogen or the argon in the gas phase, followed by the liquefaction and injection of the liquefied mixture by means of the injection device 12th
  • liquid reservoir 16 which communicates with a tempering device 17, which either cools or heats depending on the nature of the starting material, in order in conjunction with the reservoir pressure p 1, the liquid Condition of the starting material on the input side to ensure the injection nozzle 13.
  • "superfluous" individual volumes 14 ' are removed by suitable means from a continuous stream of the individual volumes, so that they do not reach the discharge area.
  • a first variant for thinning the stream of individual volumes consists in the electrical charging of the individual volumes 14, the subsequent deflection and recording of the superfluous individual volumes 14 '.
  • a charging module 18 and a collector 19 are part of a thinning device 20 arranged downstream of the injection nozzle 13.
  • mechanical means e.g. B., not shown, provided with passage and collecting areas aperture, which selectively interrupt the flow of individual volumes and pass only selected individual volumes to the discharge area.
  • means provided must be that prevent adhesion of the segregated individual volumes at the aperture.
  • This is z. B. a suction device that eliminates evaporated material.
  • individual volumes 14 can be provided as needed, in which the frequency, the size of the individual volumes 14 and their spacing are determined by periodic pressure modulation. The pressure modulation, z. B.
  • the antechamber 23 has an opening 25 in the direction of injection, through which the individual volumes 14 provided in bursts can enter.
  • the opening 25 represents a defined flow resistance for a supplied gas in the pre-chamber 23.
  • the prechamber pressure p 2 can be set almost static, ie there is a steady gas flow. The result is a continuous stream equidistant, equal individual volumes 14 with high directional stability. Since the repetition frequency can be selected, an adaptation to the frequency of the plasma generation can advantageously take place so that both frequencies can be brought into agreement and exactly one volume-limited individual volume 14 of the starting material is available for each discharge serving for plasma generation.
  • both the distance and the speed of the individual volumes 14 can be further adapted to the plasma generation process.
  • the starting material is completely in the gas phase after discharge. Consequently, the injection can take place along the axis of symmetry ZZ in the direction of the radiation exit and thus in the direction of the collimator optics not shown here, since no dense matter propagates in the direction of the collimator optics.
  • the gas generated from the starting material can be collected or pumped off by suitable means.
  • the invention provides different ways of producing the plasma from the starting material.
  • the volume-limited individual volumes 14 in the Discharge area by high-energy radiation such as that of an evaporative laser evaporates
  • the transfer takes place in the vapor phase by energy supply due to a discharge of the background gas (Fig. 2).
  • the evaporation can also be done as a combination of both methods.
  • an inlet channel 26 is incorporated into the second electrode 2, by means of which preferably pulsed laser radiation of an evaporating laser 27 can be directed onto the volume-limited individual volume 14 located in the discharge area.
  • an outlet channel 28 is an outlet channel 28, through which an outlet can take place if required (eg missing the target).
  • Pulse energy and pulse width are, depending on the number of atoms in the single volume 14 and the laser wavelength, to a complete material evaporation with a preferably light, z. B. unique ionization and a sufficient time delay between the evaporation and the actual plasma excitation to align. Typical values range from about 0.1 mJ to several 10 mJ and pulse widths of a few ns. Other, shorter pulse widths of the evaporation laser 27 are also possible.
  • the laser radiation of a single evaporating laser 27 is directed to the target to be evaporated.
  • a plurality of evaporation lasers for whose laser radiation z. B. radially symmetrically arranged in the electrode 2 inlet channels lead to the target to be vaporized.
  • the total energy in this case is the sum of all the individual energies of the evaporation lasers used.
  • the preferred laser wavelength is in the UV and can be used by both come from a gas laser and a frequency-multiplied solid-state laser. Of course, laser selection is not limited to these two types.
  • the laser radiation of an evaporation laser 27 ' can be irradiated via the open side of the second electrode 2 (dashed arrow representation).
  • the laser radiation of an evaporation laser 27 ' can be irradiated via the open side of the second electrode 2 (dashed arrow representation).
  • the inlet and the outlet channel can be dispensed with the inlet and the outlet channel.
  • the arrangement of the injection direction selected in FIGS. 1 and 2 is preferred because the injection nozzle 13 is attached to a, e.g. B. can be arranged in the temperature controllable location outside of the outlet opening located after the optical half-space in a freely selectable distance.
  • Other geometries, such as a feed of the starting material over the open side of the second electrode 2 are conceivable, but not advantageous.
  • the vapor clouds present after the radiation generation have a preferential component of the movement in the direction of a pumping tube 29 serving as a catchment device, which is located in the center of a debris mitigation device located downstream of the second electrode 2.
  • Device 30 is located.
  • the collecting device which is preferably heated by at least one connected heating element 31 to a Condensation elementally present components of the starting material to avoid and in particular metallic components such.
  • a pump port 32 to pump through a pump port 32, allows the removal of large amounts of the working material from the radiation source, whereby the contamination of the collimator optics is reduced.
  • a thermal insulation of the Debrismitigations device 30 relative to the collecting device is achieved with an insulating ceramic 33.
  • the vaporization according to the invention can also be carried out by the gas discharge of the argon preferably used as an auxiliary gas by the resulting argon plasma is used to convert the quantitative limited individual volumes of the starting material into the state of a hot plasma.
  • This method is also advantageous for the already frequently used xenon as starting material, which is brought into the discharge area as xenon droplets. After the gas discharge has been ignited to produce the argon plasma, this plasma heats the xenon drop until a xenon plasma emits the desired EUV radiation.
  • a pre-ionization module is arranged inside the first electrode 1, comprising a first pre-ionization electrode 34, which is electrically insulated from the first electrode 1 serving as a second pre-ionization electrode by a tubular insulator 35.
  • the voltage for the pre-ionization is provided by a preionization pulse generator 36 connected to the preionization electrode 34 and the first electrode 1.
  • the method according to the invention has essential Advantages. Since the xenon is not as previously present radially with a relatively constant density distribution, but is localized by the injection of volume-limited individual volumes before discharge in the near-axis region with high density, despite larger distances of the plasma to the electrodes and insulators lower plasma sizes and thus achieve higher luminance as before.
  • a working gas such as xenon
  • volume-limited individual volumes are introduced with temporal adaptation to the evaporation with subsequent plasma generation in the discharge area, nevertheless it may be advantageous to provide measures that completely prevent an at least partially possible evaporation of a follow-up volume.
  • z. B. serve another beam of individual volumes, which is directed between the plasma and the following volume through the discharge space and does not coincide with the direction of movement of the injected volume-limited individual volumes 14.
  • the individual volumes that shade the following volume from the energy of the plasma suitably consist of a noble gas such. As argon and contain no required for the radiating plasma starting materials, which additional contamination is avoided.

Abstract

Bei einer Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter (EUV-) Strahlung besteht die Aufgabe, beim Einsatz effizienter metallischer Emitter bisher bestehende Hindernisse auszuräumen, so dass eine Optimierung der Konversionseffizienz und resultierend eine Erhöhung der Strahlungsleistung erreicht werden kann, ohne dass damit eine Verringerung der Lebensdauer der Kollektoroptiken und des Elektrodensystems verbunden ist. Auf einen Entladungsbereich, der sich in einer Entladungskammer befindet, ist eine Injektionsdüse (13) einer Injektionseinrichtung (12) gerichtet, die eine Folge von Einzelvolumina (14) eines der Strahlungserzeugung dienenden Ausgangsmaterials mit einer, der Frequenz der Gasentladung entsprechenden Folgefrequenz bereitstellt. Ferner sind Mittel (27) zur aufeinander folgenden Verdampfung der Einzelvolumina im Entladungsbereich vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter (EUV-)Strahlung, enthaltend
    eine Entladungskammer, die einen Entladungsbereich für eine Gasentladung zur Ausbildung eines die Strahlung abgebenden Plasmas aufweist, eine erste und eine zweite Elektrode, die durch einen Isolator elektrisch durchschlagfest voneinander getrennt sind, eine in der zweiten Elektrode vorgesehene Austrittsöffnung für die von dem Plasma emittierte Strahlung und eine Hochspannungsversorgung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen für die beiden Elektroden.
  • Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter (EUV-)Strahlung, bei dem in einem Entladungsbereich einer Entladungskammer aus einem Ausgangsmaterial mittels Gasentladung ein die Strahlung abgebendes Plasma erzeugt wird.
  • Es sind bereits vielfach auf unterschiedlichen Konzepten beruhende Strahlungsquellen beschrieben worden, die auf gasentladungserzeugten Plasmen basieren. Gemeinsames Prinzip dieser Einrichtungen ist es, dass eine gepulste Hochstromentladung von mehr als 10 kA in einem Gas bestimmter Dichte gezündet und als Folge der magnetischen Kräfte und der dissipierten Leistung im ionisierten Gas lokal ein sehr heißes (kT > 30 eV) und dichtes Plasma erzeugt wird.
    Weiterentwicklungen sind vor allem darauf gerichtet, Lösungen zu finden, die sich durch eine hohe Konversionseffizienz bei einer langen Lebensdauer der Elektroden auszeichnen. Zu lösende Probleme ergeben sich u. a. aus dem Widerspruch, dass eine sich positiv auf die Elektrodenlebensdauer auswirkende Abstandsvergrößerung zwischen Plasma und Elektroden wegen einer damit verbundenen Vergrößerung des erzeugten Plasmas zu einer Verringerung der Effektivität der Kollektoroptik führt, wodurch die Gesamteffizienz bezüglich der erzielten Leistung im Zwischenfokus zur eingebrachten elektrischen Eingangsleistung für die Entladung reduziert wird.
  • Es zeigt sich, dass die für die Lithographie im extremen Ultraviolett bisher noch nicht ausreichenden Strahlungsleistungen offenbar nur durch effiziente Emittersubstanzen, wie z. B. Zinn oder Lithium bzw. Verbindungen davon, wesentlich weiter erhöht werden können (DE 102 19 173 A1).
  • Ein wesentlicher Nachteil von Zinn und Lithium ist die hohe Debrislast, wodurch die zur Bündelung und Ablenkung der EUV-Strahlung dienenden Kollektoroptiken einer erhöhten Kontamination ausgesetzt sind.
  • Die DE 102 19 173 A1 erkennt auch bereits das technische Problem, dass bei der Verwendung von metallischen Emittern sehr hohe Temperaturen der Entladungsquelle für eine Verdampfung erforderlich sind und eine Kondensation der Metalldämpfe im Quelleninneren zu vermeiden ist, da ansonsten mit einem Funktionsausfall gerechnet werden muss.
  • Es besteht deshalb die Aufgabe der Erfindung, diese, mit effizienten metallischen Emittern verbundenen Hindernisse auszuräumen, so dass durch deren Einsatz eine Optimierung der Konversionseffizienz und resultierend eine Erhöhung der Strahlungsleistung erreicht werden kann, ohne dass damit eine Verringerung der Lebensdauer der Kollektoroptiken und des Elektrodensystems verbunden ist.
  • Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter (EUV-)Strahlung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass auf den Entladungsbereich eine Injektionsdüse einer Injektionseinrichtung gerichtet ist, die eine Folge von Einzelvolumina eines der Strahlungserzeugung dienenden Ausgangsmaterials mit einer, der Frequenz der Gasentladung entsprechenden Folgefrequenz bereitstellt, und dass Mittel zur aufeinander folgenden Verdampfung der Einzelvolumina im Entladungsbereich vorgesehen sind.
  • Vorteilhaft kann eine Gasversorgungseinheit vorgesehen sein, die ein den Entladungsbereich durchströmendes Hintergrundgas für die Gasentladung zur Verfügung stellt.
  • Die Injektionseinrichtung kann unterschiedliche Injektionsrichtungen besitzen, wobei eine auf die Austrittsöffnung weisende Injektionsrichtung bevorzugt ist. Sie kann aber auch durch die Austrittsöffnung in der zweiten Elektrode auf den Entladungsbereich gerichtet sein. Die Injektionsdüse ist an ein Flüssigkeitsreservoire angeschlossen, das sowohl mit einer Temperiereinrichtung als auch einer Einrichtung zur Bereitstellung eines kontinuierlichen Reservoiredruckes auf das in dem Flüssigkeitsreservoire befindliche Ausgangsmaterial in Verbindung steht.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Injektionsdüse in Injektionsrichtung eine Ausdünnvorrichtung nachgeordnet, die Einzelvolumina aus einem kontinuierlichen Strom der Einzelvolumina entfernt.
  • Zur Entfernung geeignet ist eine Ausdünnvorrichtung, die aus einem Modul zur elektrischen Aufladung und einem Auffänger für die Entfernung aufgeladener Einzelvolumina besteht.
    Eine andere Ausdünnvorrichtung sieht eine rotierende, mit Durchlass- und Auffangbereichen versehene Blende vor, die durch eine selektive Unterbrechung des Stromes der Einzelvolumina eine Abstandsvergrößerung zwischen den Einzelvolumina hervorruft und die mit Mitteln in Verbindung steht, die ein Anhaften ausgesonderter überflüssiger Einzelvolumina verhindert.
  • Alternativ können die Einzelvolumina auch bereits maßgerecht die Injektionsdüse verlassen, indem die Injektionsdüse über eine eingangsseitig vorhandene Düsenkammer an das Flüssigkeitsreservoire angeschlossen ist, an der ein Druckmodulator zur kurzzeitigen Volumenänderung in der Düsenkammer angreift, wobei die Injektionsdüse mit ihrem Düsenaustritt in eine Vorkammer mündet, in der ein zum Reservoiredruck gleicher Vorkammerdruck vorliegt und die eine auf den Entladungsbereich gerichtete Öffnung zum Durchtritt der Einzelvolumina enthält.
  • Wird in einem Bereich zwischen der Injektionsdüse und der zweiten Elektrode eine Beschleunigungsstrecke für die Einzelvolumina vorgesehen, kann sowohl der Abstand als auch die Geschwindigkeit der Einzelvolumina weiter dem Prozess der Plasmaerzeugung angepasst werden.
  • Gemäß der Erfindung können als Mittel zur aufeinander folgenden Verdampfung der Einzelvolumina entweder mindestens ein Verdampfungslaser vorgesehen sein oder es wird die Gasentladung des Hintergrundgases genutzt oder beide Mittel werden miteinander kombiniert.
    Der von einem Verdampfungslaser emittierte Laserstrahl kann entweder durch eine in der zweiten Elektrode eingearbeitete Öffnung oder durch die bereits bestehende Austrittsöffnung in den Entladungsbereich geführt sein.
  • Vorteilhaft ist im Zentrum einer der zweiten Elektrode nachgeordneten Debrismitigations-Einrichtung eine Auffangeinrichtung für das verdampfte Arbeitsmedium angeordnet. Die Auffangeinrichtung ist bevorzugt als Abpumprohr mit einer der Austrittsöffnung in der zweiten Elektrode zugewandten Eintrittsöffnung und einem Pumpenanschluss ausgebildet. Zur Vermeidung einer Kondensation elementar vorliegender Komponenten des Ausgangsmaterials ist an das zumindest teilweise von einem Isolationsmantel umschlossene Abpumprohr mindestens ein Heizungselement angeschlossen.
  • Die Erfindung kann weiterhin derart ausgestaltet sein, dass innerhalb der ersten Elektrode ein Vorionisationsmodul zur Vorionisation des Hintergrundgases angeordnet ist, bestehend aus einer ersten Vorionisation-Elektrode, die durch einen rohrförmigen Isolator gegenüber der als zweite Vorionisation-Elektrode dienenden ersten Elektrode elektrisch isoliert ist und einem Vorionisations-Impulsgenerator, der an die Vorionisation-Elektrode und die erste Elektrode angeschlossen ist.
  • Die obenstehende Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter (EUV-) Strahlung der eingangs genannten Art gelöst, indem das Ausgangsmaterial in Einzelvolumina bereitgestellt wird, die mit einer, der Frequenz der Gasentladung entsprechenden Folgefrequenz durch eine gerichtete Injektion nacheinander in den Entladungsbereich eingebracht und verdampft werden.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Verdampfung und die sich anschließende Plasmaerzeugung auf unterschiedliche Weise erfolgen.
    In einer ersten Ausführung wird zur Verdampfung mindestens ein Laserstrahlungsimpuls auf das Einzelvolumen gerichtet, wonach die zur Plasmaerzeugung dienende Gasentladung in dem verdampften Ausgangsmaterial stattfindet.
    Alternativ können die Verdampfung und die Plasmaerzeugung durch die Entladung eines die Entladungskammer durchströmenden Hintergrundgases erfolgen.
    Ferner ist es möglich, die Verdampfung kombiniert durch mindestens einen Laserstrahlimpuls und die Entladung eines die Entladungskammer durchströmenden Hintergrundgases hervorzurufen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die verdampften Einzelvolumina nach der Plasmaerzeugung aus der Entladungskammer abgepumpt werden.
  • Zusätzlich zur frequenzangepassten Bereitstellung der Einzelvolumina durch Aussonderung überzähliger Einzelvolumina aus einem durch kontinuierliche Injektion erzeugten Strom der Einzelvolumina oder durch eine, an die Frequenz der Plasmaerzeugung angepasste gepulste Injektion kann es von Vorteil sein, wenn zwischen dem, aus einem ersten Einzelvolumen erzeugten Plasma und einem Folgevolumen ein nicht mit der Bewegungsrichtung der injizierten Einzelvolumina zusammenfallender weiterer Strom von Einzelvolumina durch den Entladungsraum gerichtet wird.
  • Die Verdampfung eines Folgevolumens durch ein bestehendes Plasma kann dadurch verhindert werden.
  • Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
    Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine erste Ausführung einer auf einer Gasentladung beruhenden EUV-Strahlungsquelle mit Laserverdampfung injizierter Einzelvolumina
    Fig. 2
    eine zweite Ausführung einer auf einer Gasentladung beruhenden EUV-Strahlungsquelle, die zur Verdampfung injizierter Einzelvolumina die zur Plasmaerzeugung dienende Gasentladung nutzt und eine Auffangeinrichtung für die verdampften Einzelvolumina enthält, die in eine Debris-Schutzvorrichtung integriert ist
  • Die in Fig. 1 dargestellte EUV-Strahlungsquelle enthält eine erste und eine zweite Elektrode 1, 2, die durch einen Isolator 3 elektrisch durchschlagfest voneinander getrennt sind. Eine Entladungskammer 4 enthält einen Entladungsbereich für eine gepulste Gasentladung zur Ausbildung eines die Strahlung emittierenden dichten, heißen Plasmas 6. Durch die nach einer Seite hin offene zweite Elektrode 2 kann die von dem Plasma 6 emittierte Strahlung 7 aus der EUV-Strahlungsquelle austreten.
  • Ein mit den beiden Elektroden, 1 und 2 verbundener Hochspannungs-Impulsgenerator 8 sorgt durch die Erzeugung von Hochspannungsimpulsen mit einer Wiederholrate zwischen 1 Hz und 20 kHz und einer ausreichenden Impulsgröße dafür, dass das Plasma 6 die gewünschte EUV-Strahlung emittieren kann.
    In die erste Elektrode 1 eingearbeitete radialsymmetrische Öffnungen 9 geben Plasmakanäle vor, die sich im Entladungsbereich (Pinchgebiet) überkreuzen.
  • An die erste Elektrode 1 ist ein Einlassstutzen 10 mit einer Einlassöffnung 11 angesetzt, über die eine Injektionseinrichtung 12 mit einer Injektionsdüse 13 auf den Entladungsbereich gerichtet ist.
    Die für die Erfindung wesentliche Injektionseinrichtung 12 ist dafür vorgesehen, ein Ausgangsmaterial für das strahlende Plasma in Form kleiner, mengenbegrenzter Einzelvolumina 14 in einem Größenbereich von 5*10-13 cm3 - 5*10-7 cm3 bereitzustellen, wobei unter Ausgangsmaterial für das strahlende Plasma solche Materialien zu verstehen sind, die das chemische Element enthalten, welches den wesentlichen Beitrag zur EUV-Emission im lithographierelevanten Band bei 13,5 nm leistet. Bevorzugte Elemente sind Xenon (Xe), Zinn (Sn), Lithium (Li), und Antimon (Sb). Das Ausgangsmaterial kann zu 100% aus diesem chemischen Element bestehen. Es kann aber auch weitere, im EUV mit geringerem Beitrag strahlende Elemente und/oder Elemente enthalten, die im EUV nicht strahlen. Mit mengenbegrenzten Einzelvolumina sind Mengen des Ausgangsmaterial bezeichnet, die flüssig in Form von Tropfen oder fest in Form von Kügelchen ausgebildet sind.
  • Die Injektionseinrichtung 12 ist dahingehend ausgelegt, im Einzelereignis ein definiertes, für eine effiziente Strahlungserzeugung notwendiges Minimum an Emittern in reproduzierbarer Weise bereitzustellen und in den Entladungsbereich zu bringen. Typische Durchmesser der annähernd kugelförmigen Einzelvolumina 14 sind von der Größenordnung einiger Tausendstel bis Zehntel mm. Unabhängig vom Düsentyp werden Abstände zwischen Düsenaustritt und dem Ort des Plasmas von der Größenordnung um 10 cm gewählt. Im Ergebnis der durch die Injektion erfolgten Zuführung des Ausgangsmaterials werden sowohl Strahlungsfluktuationen als auch die Partikelemission aus der Strahlungsquelle minimiert, wodurch die von der Partikelemission abhängige Optiklebensdauer erhöht bzw. Transmissionsverluste minimiert werden können. Der Aufwand für Partikelfilter zum Schutz der Optiken kann dadurch ebenfalls verringert werden.
  • Zwischen dem Düsenaustritt und dem Ort des Plasmas können sich weitere, nicht dargestellte Mittel befinden, die dem Erosionsschutz und der Temperaturkontrolle der Injektionsdüse 13 dienen. So kann mittels einer Flugstrecke, deren Dimensionierung und Gasdruck so gewählt wird, dass ein Atom oder Ion, welches die Flugstrecke durchquert, im Mittel mindestens 100 Stöße mit dem Hintergrundgas erfährt, die Erosionsrate an der Düsenöffnung reduziert werden. Zur Temperaturkontrolle wird mindestens eine Blende mit einer freien Apertur der Größenordnung der erzeugten Einzelvolumina zwischen dem Entladungsbereich und der Injektionsdüse positioniert. Diese Blende ist bevorzugt gekühlt.
  • Konzentrisch um die Injektionsdüse 13 ist in den Einlassstutzen 10 eine Gaseinlassöffnung 15 eingelassen, die ein Hintergrundgas gleichmäßig um die z-Symmetrieachse Z-Z verteilt. Das Hintergrundgas dient, im Unterschied zur konventionellen Z-Pinch-Gasentladung, nicht selbst als Ausgangsmaterial für das Plasma, sondern bildet ein Hilfsgas, mit dem die Plasmaerzeugung aus den begrenzten Einzelvolumina 14 des Ausgangsmaterials unterstützt werden kann. Aus diesem Grund weist das Hintergrundgas vorteilhaft eine hohe EUV-Transmission auf, was z. B. bei Argon gegeben ist.
  • In einer ersten Ausführung werden mit Hilfe der Injektionseinrichtung 12 aufeinander folgend mengenbegrenzte flüssige Einzelvolumina 14 des Ausgangsmaterials in den Entladungsbereich gebracht. Sollen im Plasma 6 höchst effizient abstrahlende Zinnionen favorisiert werden, wird als Ausgangsmaterial bevorzugt nicht reines Zinn zur Anwendung kommen, sondern dem Zinn werden Beimischungen hinzugefügt werden, da das schmalste Inband-Spektrum (d. h. ein 2% breites Band zentriert bei 13.5nm) mit den geringsten außerhalb dieses Bandes liegenden (out of band-) Anteilen im XUV mit Beimischungen zum Zinn erreicht wird. Aufgrund hoher Komponentenbeständigkeit werden Verbindungen wie SnH4 bzw. Sn-Nanopartikel, die mit Stickstoff oder einem Edelgas, wie z. B. Argon gemischt sind, bevorzugt, die keine aggressiven Bestandteile enthalten. Die Nanopartikel können dem Stickstoff oder dem Argon in der Gasphase beigefügt werden, anschließend erfolgt die Verflüssigung und die Injektion des verflüssigten Gemisches mit Hilfe der Injektionseinrichtung 12.
  • Es ist ein Flüssigkeitsreservoire 16 vorhanden, das mit einer Temperiereinrichtung 17 in Verbindung steht, die je nach Art des Ausgangsmaterials entweder kühlt oder heizt, um in Verbindung mit dem Reservoiredruck p1 den flüssigen Zustand des Ausgangsmaterials eingangsseitig an der Injektionsdüse 13 zu gewährleisten.
  • Bei Bereitstellung mengenbegrenzter flüssiger Einzelvolumina 14 des Ausgangsmaterials sind Frequenz, Größe der Tropfen und deren Abstand von wesentlicher Bedeutung.
    Wird eine gewünschte Strömungsgeschwindigkeit am Austritt der Injektionsdüse 13 über einen kontinuierlichen Reservoiredruck p1 eingestellt, der auf die Flüssigkeitssäule im Flüssigkeitsreservoire 16 wirkt, resultiert eine Tropfenfrequenz, bei der nicht die für das Plasma erforderliche Massenlimitierung resultiert. Die durch das Plasma verdampfte Menge des Ausgangmaterials liegt über der zur Strahlungserzeugung benötigten Menge, da Folgetropfen durch den Plasmaprozess mit verdampft werden.
  • Deshalb werden "überflüssige" Einzelvolumina 14' durch geeignete Mittel aus einem kontinuierlichen Strom der Einzelvolumina entfernt, so dass sie nicht in den Entladungsbereich gelangen. Eine erste Variante zur Ausdünnung des Stromes der Einzelvolumina besteht in der elektrischen Aufladung der Einzelvolumina 14, der anschließenden Ablenkung und Aufnahme der überflüssigen Einzelvolumina 14'. Ein Aufladungsmodul 18 und ein Auffänger 19 sind Bestandteil einer der Injektionsdüse 13 nachgeordneten Ausdünnvorrichtung 20.
  • In einer anderen Ausführungsform kommen mechanische Mittel, z. B. nicht dargestellte rotierende, mit Durchlass- und Auffangbereichen versehene Blenden zur Anwendung, die den Strom der Einzelvolumina selektiv unterbrechen und nur ausgewählte Einzelvolumina bis zum Entladungsbereich durchlassen. Es versteht sich, dass Mittel vorgesehen werden müssen, die ein Anhaften der ausgesonderten Einzelvolumina an der Blende verhindern. Dazu eignet sich z. B. eine Absaugeinrichtung, die verdampftes Material beseitigt.
    Beide Ausführungsformen sind lediglich Beispiele für die Entfernung "überflüssiger" Einzelvolumina, auf die sich die Erfindung nicht beschränkt.
    Schließlich können in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (Fig. 2) Einzelvolumina 14 nach Bedarf bereitgestellt werden, bei der die Frequenz, die Größe der Einzelvolumina 14 und deren Abstand durch periodische Druckmodulation bestimmt sind. Die Druckmodulation, z. B. mittels Piezoaktuator 21, wird auf eine eingangsseitig an der Injektionsdüse 13 vorhandene, mit dem Flüssigkeitsreservoire 16 in Verbindung stehende Düsenkammer 22 ausgeübt und bewirkt eine kurzzeitige Volumenänderung ΔV in einem Bereich nahe der Injektionsdüse 13. Vorzugsweise besteht ein Gleichgewichtsdruck p1 = p2 auf das flüssige Ausgangsmaterial an der Injektionsdüse 13, indem zwischen einer Vorkammer 23, in die die Injektionsdüse 13 mit dem Düsenaustritt mündet, über eine Gaszuführung 24 ein gleicher Vorkammerdruck p2 wie der Reservoiredruck p1 in dem Flüssigkeitsreservoire 16 hergestellt wird, so dass ohne die Druckmodulation kein Ausgangsmaterial austreten kann. Erst bei Inbetriebnahme des Piezoaktuator 21 werden in Abhängigkeit von dessen Schwingungsfrequenz Einzelvolumina 14 des Ausgangsmaterials aus der Injektionsdüse 13 in Richtung des Entladungsbereiches befördert. Damit das gewährleistet ist, weist die Vorkammer 23 in Injektionsrichtung eine Öffnung 25 auf, durch die die stoßweise bereitgestellten Einzelvolumina 14 eintreten können. Die Öffnung 25 stellt einen definierten Strömungswiderstand für ein in die Vorkammer 23 zugeführtes Gas dar. Je nach der Menge der Gaszufuhr in die Vorkammer 23 lässt sich der Vorkammerdruck p2 nahezu statisch einstellen, d. h. es ergibt sich eine stationäre Gasströmung.
    Es resultiert ein kontinuierlicher Strom äquidistanter, gleichgroßer Einzelvolumina 14 mit hoher Richtungsstabilität. Da die Folgefrequenz wählbar ist, kann vorteilhaft eine Anpassung an die Frequenz der Plasmaerzeugung erfolgen, so dass beide Frequenzen in Übereinstimmung gebracht werden können und für jede zur Plasmaerzeugung dienende Entladung genau ein mengenbegrenztes Einzelvolumen 14 des Ausgangsmaterials zur Verfügung steht.
  • Mit einer Beschleunigungsstrecke, die bevorzugt in einem Bereich zwischen der Injektionsdüse 13 und der zweiten Elektrode 2 vorgesehen werden kann, lässt sich sowohl der Abstand als auch die Geschwindigkeit der Einzelvolumina 14 weiter dem Prozess der Plasmaerzeugung anpassen.
    Durch Erzeugung je eines Einzelvolumens 14 des Ausgangsmaterials pro Entladungsprozess oder durch Entfernung überflüssiger Einzelvolumina 14' aus einem kontinuierlichen Strom der Einzelvolumina liegt das Ausgangsmaterial nach der Entladung vollständig in der Gasphase vor. Folglich kann die Injektion entlang der Symmetrieachse Z-Z in Richtung des Strahlungsaustrittes und damit in Richtung der hier nicht dargestellten Kollimatoroptik erfolgen, da keine dichte Materie in Richtung der Kollimatoroptik propagiert. Das aus dem Ausgangsmaterial erzeugte Gas kann durch geeignete Mittel aufgefangen bzw. abgepumpt werden.
  • Die Erfindung sieht zur Erzeugung des Plasmas aus dem Ausgangsmaterial unterschiedliche Wege vor. Einerseits werden die mengenbegrenzten Einzelvolumina 14 in dem Entladungsbereich durch energiereiche Strahlung, wie etwa die eines Verdampfungslasers, verdampft, anderseits erfolgt die Überführung in die Dampfphase durch Energiezufuhr infolge einer Entladung des Hintergrundgases (Fig. 2). Die Verdampfung kann auch als Kombination beider Methoden erfolgen.
  • Für die Laserverdampfung ist in die zweite Elektrode 2 ein Eintrittskanal 26 eingearbeitet, durch den vorzugsweise gepulste Laserstrahlung eines Verdampfungslasers 27 auf das in dem Entladungsbereich befindliche mengenbegrenzte Einzelvolumen 14 gerichtet werden kann. Vorteilhaft befindet sich gegenüberliegend zu dem Eintrittskanal ein Austrittskanal 28, durch den ein Austritt bei Bedarf (z. B. Verfehlen des Zieles) erfolgen kann. Pulsenergie und Pulsbreite sind, abhängig von der Anzahl der Atome im Einzelvolumen 14 und von der Laserwellenlänge, auf eine vollständige Materialverdampfung mit einer vorzugsweise leichten, z. B. einmaligen Ionisation und eine ausreichende zeitliche Verzögerung zwischen der Verdampfung und der eigentlichen Plasmaanregung auszurichten. Typische Werte liegen im Bereich von etwa 0.1 mJ bis einige 10 mJ und Pulsbreiten von wenigen ns. Andere, kürzere Pulsbreiten des Verdampfungslasers 27 sind ebenfalls möglich.
  • Bevorzugt wird, wie in Fig. 1 dargestellt, die Laserstrahlung eines einzelnen Verdampfungslasers 27 auf das zu verdampfende Ziel gerichtet. Es können aber auch mehrere Verdampfungslaser zur Anwendung kommen, für deren Laserstrahlung z. B. radialsymmetrisch in der Elektrode 2 angeordnete Eintrittskanäle zu dem zu verdampfenden Ziel führen. Die Gesamtenergie ist in diesem Fall die Summe aller Einzelenergien der verwendeten Verdampfungslaser. Die bevorzugte Laserwellenlänge liegt im UV und kann sowohl von einen Gaslaser als auch einem frequenzvervielfachten Festkörperlaser stammen. Selbstverständlich beschränkt sich die Laserauswahl nicht auf diese beiden Typen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Laserstrahlung eines Verdampfungslasers 27' über die offene Seite der zweiten Elektrode 2 eingestrahlt (gestrichelte Pfeildarstellung) werden. Auf den Ein- und den Austrittskanal kann selbstverständlich verzichtet werden.
  • Die in den Figuren 1 und 2 gewählte Anordnung der Injektionsrichtung ist bevorzugt, weil die Injektionsdüse 13 an einem, z. B. in der Temperatur kontrollierbaren Ort außerhalb des nach der Austrittsöffnung befindlichen Optikhalbraumes in einem frei wählbaren Abstand angeordnet werden kann. Andere Geometrien, wie etwa eine Zufuhr des Ausgangsmaterials über die offene Seite der zweiten Elektrode 2 sind zwar denkbar, doch nicht vorteilhaft. Möglich ist aber ein Tausch der Laserachse L-L und Achse des Stromes der Einzelvolumina des Ausgangsmaterials, so dass der Strom der Einzelvolumina senkrecht zur Symmetrieachse Z-Z der Entladung verläuft.
  • Aufgrund der Injektion des Ausgangsmaterials in Richtung der offenen Seite der zweiten Elektrode 2 und damit des Strahlaustrittes besitzen die nach der Strahlungserzeugung vorliegenden Dampfwolken eine Vorzugskomponente der Bewegung in Richtung eines als Auffangeinrichtung dienenden Abpumprohres 29, das sich im Zentrum einer der zweiten Elektrode 2 nachgeordneten Debrismitigations-Einrichtung 30 befindet.
  • Die Auffangeinrichtung, die vorzugsweise durch mindestens ein angeschlossenes Heizelement 31 geheizt wird, um eine Kondensation elementar vorliegender Komponenten des Ausgangsmaterials zu vermeiden und um insbesondere metallische Komponenten, wie z. B. Zinn, über einen Pumpenanschluss 32 abpumpen zu können, gestattet die Entfernung großer Mengen des Arbeitsmaterials aus der Strahlungsquelle, wodurch die Kontamination der Kollimatoroptik reduziert wird. Eine thermische Isolation der Debrismitigations-Einrichtung 30 gegenüber der Auffangeinrichtung wird mit einer Isolationskeramik 33 erreicht.
  • Alternativ kann die Verdampfung gemäß der Erfindung auch durch die Gasentladung des bevorzugt als Hilfsgas verwendeten Argon erfolgen, indem das entstehende Argonplasma dazu benutzt wird, die mengenbegrenzten Einzelvolumina des Ausgangsmaterials bis in den Zustand eines heißen Plasmas zu überführen. Vorteilhaft ist dieses Verfahren auch für das bereits häufig verwendete Xenon als Ausgangsmaterial, das als Xenontröpfchen in den Entladungsbereich gebracht wird. Nachdem die Gasentladung zur Erzeugung des Argonplasmas gezündet wurde, erhitzt dieses Plasma den Xenontropfen bis ein Xenonplasma die gewünschte EUV-Strahlung emittiert.
  • Zur Erleichterung des Zündens der Gasentladung ist innerhalb der ersten Elektrode 1 ein Vorionisationsmodul angeordnet, bestehend aus einer ersten Vorionisation-Elektrode 34, die durch einen rohrförmigen Isolator 35 gegenüber der als zweite Vorionisation-Elektrode dienenden ersten Elektrode 1 elektrisch isoliert ist. Die Spannung für die Vorionisation wird von einem Vorionisations-Impulsgenerator 36 bereitgestellt, der an die Vorionisation-Elektrode 34 und die erste Elektrode 1 angeschlossen ist.
  • Gegenüber der bisher bekannten Verfahrensweise, nach der das Gesamtvolumen der Strahlungsquelle mit einem Arbeitsgas, wie etwa Xenon, als Ausgangsmaterial für das die EUV-Strahlung emittierende Plasma gefüllt und aus dem vorionisierten Gas durch Hochspannungsimpulse das Plasma erzeugt wird, besitzt das Verfahren gemäß der Erfindung wesentliche Vorteile.
    Da das Xenon nicht wie bisher radial mit relativ konstanter Dichteverteilung vorliegt, sondern durch die Injektion mengenbegrenzter Einzelvolumina bereits vor Entladungsbeginn im achsnahen Bereich mit hoher Dichte lokalisiert ist, lassen sich trotz größerer Abstände des Plasmas zu den Elektroden und Isolatoren geringere Plasmagrößen und damit höhere Leuchtdichten erreichen als bisher. Eine Abstandsvergrößerung zwischen dem Plasma und den Komponenten der Entladungsstrahlungsquelle führt direkt zu einer höheren Lebensdauer der Komponenten, da sich die Energiedichte an der Komponentenoberfläche quadratisch mit wachsendem Abstand verringert. Auf diese Weise können die prinzipiellen Nachteile von Entladungsanordnungen, die mit bekannten Mitteln große Abstände realisieren, beseitigt werden.
    Mit der Erfindung kann auch eine deutliche Steigerung der Konversionseffizienz für das ansonsten wegen seiner Edelgaseigenschaften vorteilhafte und sich nicht auf Oberflächen niederschlagende Xenon erreicht werden, da das Xenon, von dem Trägergas umgeben, vorwiegend in Achsnähe lokalisiert sein wird, wodurch eine deutliche Reduzierung der Reabsorption in der Plasmaumgebung gegenüber üblicher Gaseinspeisung resultiert.
    Im Fall metallischer Arbeitmaterialien ergibt sich eine vorteilhafte Masseminimierung.
  • Zwar werden die mengenbegrenzten Einzelvolumina mit zeitlicher Anpassung an die Verdampfung mit nachfolgender Plasmaerzeugung in den Entladungsbereich eingebracht, dennoch kann es vorteilhaft sein, Maßnahmen vorzusehen, die ein zumindest teilweise mögliches Verdampfen eines Folgevolumens vollständig unterbinden. Als geeignetes Mittel kann z. B. ein weiterer Strahl von Einzelvolumina dienen, der zwischen dem Plasma und dem Folgevolumen durch den Entladungsraum gerichtet ist und nicht mit der Bewegungsrichtung der injizierten mengenbegrenzten Einzelvolumina 14 zusammenfällt. Die Einzelvolumina, die das Folgevolumen vor der Energie des Plasmas abschatten, bestehen in geeigneter Weise aus einem Edelgas, wie z. B. Argon und enthalten keine für das strahlende Plasma erforderlichen Ausgangsmaterialien, wodurch zusätzliche Kontaminationen vermieden werden.
  • Ferner ist es möglich, die Verdampfung des Folgevolumens vor Erreichen des Entladungsbereiches und damit des eigentlichen Plasmaortes durch das zuvor erzeugte Plasma bewusst als Alternative zur Laserverdampfung oder zur Verdampfung in derselben Gasentladung auszunutzen, da eine solche Verdampfung mit einer geringen Expansion verbunden ist und das Material eines jeden Volumens aufgrund der Injektion eine große Geschwindigkeitskomponente in Injektionsrichtung aufweist.

Claims (32)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter (EUV-) Strahlung, enthaltend:
    eine Entladungskammer, die einen Entladungsbereich für eine Gasentladung zur Ausbildung eines die Strahlung abgebenden Plasmas aufweist, eine erste und eine zweite Elektrode, die durch einen Isolator elektrisch durchschlagfest voneinander getrennt sind, eine in der zweiten Elektrode vorgesehene Austrittsöffnung für die von dem Plasma emittierte Strahlung und eine Hochspannungsversorgung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen für die beiden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass
    auf den Entladungsbereich eine Injektionsdüse (13) einer Injektionseinrichtung (12) gerichtet ist, die eine Folge von Einzelvolumina (14) eines der Strahlungserzeugung dienenden Ausgangsmaterials mit einer, der Frequenz der Gasentladung entsprechenden Folgefrequenz bereitstellt, und dass Mittel zur aufeinander folgenden Verdampfung der Einzelvolumina (14) im Entladungsbereich vorgesehen sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasversorgungseinheit vorgesehen ist, die ein den Entladungsbereich durchströmendes Hintergrundgas für die Gasentladung zur Verfügung stellt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionseinrichtung (12) eine auf die Austrittsöffnung weisende Injektionsrichtung besitzt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionseinrichtung (12) durch die Austrittsöffnung in der zweiten Elektrode (2) auf den Entladungsbereich gerichtet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsdüse (13) an ein Flüssigkeitsreservoire (16) angeschlossen ist, das sowohl mit einer Temperiereinrichtung (17) als auch einer Einrichtung zur Bereitstellung eines kontinuierlichen Reservoiredruckes auf das in dem Flüssigkeitsreservoire (16) befindliche Ausgangsmaterial in Verbindung steht.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektionsdüse (13) in Injektionsrichtung eine Ausdünnvorrichtung (20) nachgeordnet ist, die überflüssige Einzelvolumina (14') aus einem kontinuierlichen Strom der Einzelvolumina entfernt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdünnvorrichtung (20) aus einem Modul (18) zur elektrischen Aufladung und einem Auffänger (19) für die Entfernung aufgeladener, überflüssiger Einzelvolumina (14') besteht.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdünnvorrichtung (20) eine rotierende, mit Durchlass- und Auffangbereichen versehene Blende aufweist, die durch eine selektive Unterbrechung des Stromes der Einzelvolumina eine Abstandsvergrößerung zwischen den Einzelvolumina (14) hervorruft und die mit Mitteln in Verbindung steht, die ein Anhaften ausgesonderter Einzelvolumina (14') verhindert.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsdüse (13) über eine eingangsseitig vorhandene Düsenkammer (22) an das Flüssigkeitsreservoire (16) angeschlossen ist, an der ein Druckmodulator (21) zur kurzzeitigen Volumenänderung in der Düsenkammer (22) angreift, und dass die Injektionsdüse (13) mit ihrem Düsenaustritt in eine Vorkammer (23) mündet, in der ein zum Reservoiredruck gleicher Vorkammerdruck vorliegt und die eine auf den Entladungsbereich gerichtete Öffnung (25) zum Durchtritt der Einzelvolumina (14) enthält.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur aufeinander folgenden Verdampfung der Einzelvolumina (14) mindestens ein Verdampfungslaser (27, 27') vorgesehen ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Elektrode eine Öffnung (26) eingearbeitet ist, durch die ein von dem Verdampfungslaser (27) erzeugter Laserstrahl in den Entladungsbereich geführt ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur aufeinander folgenden Verdampfung der Einzelvolumina (14) die Gasentladung des Hintergrundgases vorgesehen ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum einer der zweiten Elektrode 2 nachgeordneten Debrismitigations-Einrichtung (30) eine Auffangeinrichtung für das verdampfte Arbeitsmedium angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangeinrichtung als Abpumprohr (29) mit einer der Austrittsöffnung in der zweiten Elektrode (2) zugewandten Eintrittsöffnung und einem Pumpenanschluss (32) ausgebildet ist, und dass zur Vermeidung einer Kondensation elementar vorliegender Komponenten des Ausgangsmaterials an das von einem Isolationsmantel (33) umschlossene Abpumprohr mindestens ein Heizungselement (31) angeschlossen ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der ersten Elektrode (1) ein Vorionisationsmodul zur Vorionisation des Hintergrundgases angeordnet ist, bestehend aus einer ersten Vorionisation-Elektrode (34), die durch einen rohrförmigen Isolatior (35) gegenüber der als zweite Vorionisation-Elektrode dienenden ersten Elektrode (1) elektrisch isoliert ist und einem Vorionisations-Impulsgenerator (36), der an die Vorionisation-Elektrode (34) und die erste Elektrode (1) angeschlossen ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich zwischen der Injektionsdüse (13) und der zweiten Elektrode (2) eine Beschleunigungsstrecke für die Einzelvolumina (14) vorgesehen ist.
  17. Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter (EUV-)Strahlung, bei dem in einem Entladungsbereich einer Entladungskammer aus einem Ausgangsmaterial mittels gepulster Gasentladung ein die Strahlung abgebendes Plasma erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial in Einzelvolumina bereitgestellt wird, die mit einer, der Frequenz der Gasentladung entsprechenden Folgefrequenz durch eine gerichtete Injektion nacheinander in den Entladungsbereich eingebracht und verdampft werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die verdampften Einzelvolumina nach der Plasmaerzeugung aus der Entladungskammer abgepumpt werden.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelvolumina durch eine kontinuierliche Injektion in den Entladungsraum eingebracht werden, wobei überzählige Einzelvolumina vor Erreichen des Entladungsraumes ausgesondert werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelvolumina durch eine gepulste Injektion in den Entladungsraum eingebracht werden, bei der die Pulsfolge an die Frequenz der Gasentladung angepasst ist.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelvolumina vor der Verdampfung in flüssiger Form in dem Entladungsbereich vorliegen.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelvolumina vor der Verdampfung in fester Form in dem Entladungsbereich vorliegen.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Plasma, das aus einem ersten Einzelvolumen erzeugt wird und einem Folgevolumen ein nicht mit der Bewegungsrichtung der injizierten Einzelvolumina zusammenfallender weiterer Strom von Einzelvolumina durch den Entladungsraum gerichtet wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verdampfung mindestens ein Laserstrahlungsimpuls auf das Einzelvolumen gerichtet wird und dass die zur Plasmaerzeugung dienende Gasentladung in dem verdampften Ausgangsmaterial erfolgt.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfung und die Plasmaerzeugung durch die Entladung eines die Entladungskammer durchströmenden Hintergrundgases erfolgt.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfung kombiniert durch mindestens einen Laserstrahlimpuls und die Entladung eines die Entladungskammer durchströmenden Hintergrundgases erfolgt.
  27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Hintergrundgas vorionisiert wird.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial zumindest teilweise die Elemente Xenon, Zinn, Lithium oder Antimon enthält.
  29. Verfahren nach Anspruch 28 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial weitere, im EUV mit geringerem Beitrag als Xenon, Zinn, Lithium oder Antimon strahlende Elemente und/oder Elemente enthält, die im EUV nicht strahlen.
  30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial Zinn als SnH4 enthält.
  31. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial Zinn im Form von Nanopartikeln enthält, die mit Stickstoff oder einem Edelgas gemischt sind und als verflüssigtes Gemisch die Einzelvolumina bilden.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die mengenbegrenzten Einzelvolumina in einem Größenbereich von 5*10-13 cm3 - 5*10-7 cm3 liegen.
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