NL2001452C2 - Inrichting voor het schakelen van grote elektrische stromen over een gasontlading. - Google Patents

Description

P83701NL00

Titel: Inrichting voor het schakelen van grote elektrische stromen over een gasontlading

De onderhavige uitvinding betreft een inrichting voor het schakelen van grote elektrische stromen door middel van een gasontlading bij hoge spanningen of voor het genereren van EUV-stralinguitzendend gasontladingsplasma, omvattende een anode en een kathode, welke beide 5 rotatiesymmetrisch hol gevormd zijn en door welke in het inwendige van de anode een ontladingsruimte is gevormd, waarbij de kathode een kathodeholte voor de voorionisatie van een werkgas bezit en de kathodeholte van de ontladingsruimte afgegrensd is door een metaalwand met meerdere ruimtelijk regelmatig aangebrachte openingen voor de 10 instroming van voorgeïoniseerd werkgas in de ontladingsruimte. Zij vindt in het bijzonder toepassing in gasontladingsinrichtingen voor de opwekking van een EUV-stralingemitterend plasma in stralingsbronnen voor de half geleider litho grafie, evenals in pseudo-vonkschakelaars.

15 In het bijzonder worden gasontladingsinrichtingen voor het opwekken van kortgolvige straling aangestuurd met elektrisch gepulste hoogvermogensbronnen. Dat zijn in het eenvoudigste geval condensatoren, welke door middel van netapparatuur opgeladen worden en zich daarna bij het maken van een elektrisch contact met daarvoor bedoelde schakelaars 20 over een gasontladingsinrichting ontladen. Daarbij moeten maximale stromen tot 50 kA bij spanningen> 5kV met stroomgradiënten van > lkA/ns geschakeld worden. Daartoe zijn zogenaamde pseudo-vonkschakelaars geschikt, zoals die bijvoorbeeld in US 6,417,604 BI, US 5,502,356 A, US 5,126,638 A en US 5,399,491 A beschreven zijn. US-2006273732 in het 25 bijzonder beschrijft een inrichting volgens de aanhef van conclusie 1 en de aanhef van conclusie 7.

2

Pseudo-vonkschakelaars zijn gasgevulde ontladingsinrichtingen met elektroden, welke een of meerdere geometrisch-geschikt aangebrachte ontladingsopeningen omvatten. Deze openingen bewerkstelligen gerichte stabiele ontladingen. Daarbij heeft de toepassing van meerdere 5 ontladingskanalen tot doel, de lokale stroomdichtheid te reduceren.

Gasdruk en elektrodenafstand zijn zo gekozen, dat het werkpunt op de linker zijde van de Paschen-curve ligt. De kathode wordt bij voorkeur als holle kathode uitgevoerd, waarbij een of meerdere triggeropeningen in een kathodetussenwand het ontsteken van een hollekathodeplasma mogelijk 10 maken.

Abstraheert men het fysische werkingsprincipe, dan zal men zich realiseren dat pseudo-vonkschakelaars zich in wezen slechts van gasontladings-stralingsbronnen onderscheiden, doordat laatstgenoemden een aanvullende 15 anodeopening voor stralingsemissie omvatten. Verbeteringen van het hollekathodeontwerp kunnen bijgevolg in beide toepassingssituaties een langer functioneren (levensduur) bewerkstelligen.

De conventionele inrichtingen van gasontladings-stralingsbronnen en 20 pseudo-vonkschakelaars hebben twee wezenlijke nadelen, die de levensduur van de stroombelaste elektroden aanmerkelijk beperken: a) De geometrie van bekende pseudo-vonkschakelaars respectievelijk stralingsbronnen op basis van hollekathode-gasontladingen laat een 25 hoogvermogenskoeling van de kathode niet toe. Het hoogvermogenswerkgebied van dergelijke schakelaars (herhalingsfrequentie > 4 kHz) vereist echter de afvoer van een gemiddelde warmteopbrengst van enige 10 kW.

3 b) De dikte van de metaalwand, die de ontladingsruimte van de kathodeholte scheidt, bedraagt gewoonlijk circa 1-3 mm. Daardoor is - in de hand gewerkt door de slechte warmteafvoer - de levenduur van de kathode ernstig beperkt.

5

Als oorzaak van de geringe levensduur van de kathode is de voor het functioneren van belang zijde metaalwand tussen de hollekathoderuimte en de hoofdontladingsruimte eenvoudig te herkennen, omdat deze door de ionenerosie als eerste funktiebeperkend versleten raakt en anderzijds voor 10 een de erosie verminderende hoogvermogenskoeling eenvoudigweg te dun is. Een vergroting van de wandsterkte, die duidelijk de bestendigheidsduur van de wand tegen erosie wezenlijk zou verlengen, brengt als gevolg van de significant verlengde ontladingsgaten in de kathodewand echter een verandering van de ontladingsverhouding teweeg.

15

In tegenstelling tot de gebruikelijke hollekathodestuctuur, bij welke de kathodewand - zoals bijvoorbeeld in US 2006/0138960 Al beschreven -“zeefsgewijs” meerdere regelmatig geordende openingen bezit, verslechteren de realiseerbare stroomsterkten bij een vergrote wanddikte als gevolg van 20 de relatief lange doorlaatopeningen, zodat het hollekathodeplasma niet meer, zoals tot dan toe, tot een gewenste stabiele gasontlading in de ontladingsruimte leidt.

De uitvinding heeft tot doel, een nieuwe mogelijkheid voor het opwekken 25 van een hollekathodeplasma te verschaffen, welke ook in het hoogvermogenswerkgebied, dat wil zeggen bij een groter gemiddeld vermogen van de gepulst opgewekte gasontlading, een langere levensduur van de kathoden van pseudo-vonkschakelaars en kortgolvig emitterende gasontladings-stralingsbronnen mogelijk maakt.

30 4

Overeenkomstig de uitvinding wordt bovengenoemd doel bij een inrichting voor het schakelen van grote elektrische stromen door middel van een gasontlading voor het opwekken van EUV-stralingemitterend gasontladingsplasma, omvattende een anode en een kathode, welke beide 5 rotatiesymmetrisch hol gevormd zijn en door welke in het inwendige van de anode een ontladingsruimte gevormd is, waarbij de kathode een kathodeholte voor het voorioniseren van een werkgas bezit en de kathodeholte van de ontladingsruimte gescheiden is door een metaalwand met meerdere ruimtelijk regelmatig gerangschikte openingen ten behoeve 10 van het laten binnenstromen van voorgeïoniseerd werkgas in de ontladingsruimte, om door de openingen ruimtelijk verdeelde voetpunten van gasontladingspaden voor een hoge stroomdoorgang door de ontladingsruimtete bewerkstelligen, daardoor bereikt, dat de metaalwand tussen kathodeholte en ontladingsruimte een dikte in de ordegrootte van 15 een centimeter bezit, zodat de openingen van de metaalwand overgaan in relatief lange kanalen waarvan de kanaaleinden die leiden naar de ontladingsruimte op een gemeenschappelijk snijpunt (S) in de ontladingsruimte gericht zijn, en dat in de metaalwand zich in hoofdzaak radiaal uitstrekkende koelkanalen aangebracht zijn, teneinde door een 20 effectieve koeling de ionenerosie van de kathode te verminderen.

Voordeligerwijze zijn de openingen van de kanalen die leiden naar de ontladingsruimte op tenminste een concentrische cirkellijn langs de gewelfde metaalwand gelijkverdeeld gerangschikt. Bovendien bezitten de 25 kanalen in de metaalwand tenminste binnen een in het gemeenschappelijk snijpunt van de ontladingsruimte convergerend gedeelte, welk gedeelte een ontladingskanaal voor het tot stand brengen van een in de ontladingsruimte te verwekken plasmakanaal beschrijft, een uniforme, in vergelijking met de lengte van de kanalen wezenlijk kleinere diameter.

30 5

In een vanuit productieoogpunt bijzonder voordelige uitvoering zijn de kanalen steeds uit collineaire en in de ontladingsruimte convergerende kanaaldelen samengevoegd, waarbij de collineaire kanaaldelen van de kathodeholte uitgaan en in convergerende ontladingskanalen overgaan.

5 Daarbij bezitten de collineaire kanaaldelen, die in de kathodeholte beginnen, voordeligerwijze een grotere diameter dan de convergerende ontladingskanalen, waarbij slechts de convergerende ontladingskanalen met een bepaalde verhouding tussen diameter (D) en lengte (L) gevormd zijn.

De verhouding tussen diameter en lengte van de ontladingskanalen 10 bedraagt bij voorkeur tussen 0,1 en 0,15.

Bovendien wordt bovengenoemd doel bij een inrichting voor het schakelen van grote elektrische stromen door middel van een gasontlading in pseudo-vonkschakelaars, omvattende een anode en een kathode, welke beide 15 rotatiesymmetrisch hol gevormd zijn en door welke in het inwendige van de anode een ontladingsruimte gevormd is, waarbij de kathode een kathodeholte voor het voorioniseren van een werkgas bezit en de kathodeholte van de ontladingsruimte gescheiden is door een metaalwand met meerdere ruimtelijk regelmatig gerangschikte openingen ten behoeve 20 van het laten binnenstromen van voorgeïoniseerd werkgas in de ontladingsruimte, om door de openingen ruimtelijk verdeelde voetpunten van gasontladingspaden voor een hoge stroomdoorgang door de ontladingsruimtete bewerkstelligen, daardoor bereikt, dat de metaalwand tussen kathodeholte en ontladingsruimte een dikte in de ordegrootte van 25 een centimeter bezit, zodat de openingen van de metaalwand overgaan in relatief lange kanalen waarvan de kanaaleinden die leiden naar de ontladingsruimte collineair tot divergent gericht zijn, om de door de kanalen in de ontladingsruimte gevormde gasontladingspaden als strikt gerichte plasmakanalen ruimtelijk te verdelen, en dat in de metaalwand in 30 hoofdzaak radiaal verlopende koelkanalen aangebracht zijn, teneinde door 6 effectieve koeling de ionenerosie van de metaalwand van de holle kathode te verminderen.

Daarbij zijn de openingen van de kanalen die leiden naar de 5 ontladingsruimte voordeligerwijs op tenminste een concentrische cirkellijn langs de gewelfde metaalwand gelijkverdeeld gerangschikt.

Voordeligerwijze bezitten de kanalen in de metaalwand tenminste binnen een bepaald deel, dat een in de ontladingsruimte uitmondend 10 ontladingskanaal beschrijft, een uniform, ten opzichte van de lengte van de kanalen wezenlijk kleinere diameter.

Bij een bijzonder dikke metaalwand of bij divergente instroomrichtingen in de ontladingsruimte zijn de instroomkanalen doelmatig steeds uit collineaire en richting de ontladingsruimte 15 divergerende kanaaldelen samengesteld, waarbij de collineaire kanaaldelen van de kathodeholte uitgaan en in richting de ontladingsruimte divergerende ontladingskanalen overgaan. Daarbij bezitten de in de kathodeholte beginnende collineaire kanaaldelen een grotere doorsnede dan de divergerende ontladingskanalen die leiden naar de ontladingsruimte, 20 waarbij slechts de divergerende ontladingskanalen met een bepaalde verhouding tussen diameter en lengte zijn gevormd. Zowel bij uit één stuk gevormde als bij samengestelde instroomkanalen ligt de verhouding tussen diameter en lengte van de ontladingskanalen bij voorkeur tussen 0,1 en 0,15.

25

Voor beide basisinrichtingen voor het schakelen van grote elektrische stromen over een gasontlading zijn ter vermindering van de ionenerosie van de metaalwand tussen kathodeholte en ontladingsruimte de koelkanalen voordeligerwijze steeds centraal tussen de ontladingskanalen aangebracht 7 en kruisen zij elkaar, waarbij de koelmiddeltoevoer en de koelmiddelafvoer steeds halfcirkelvormig tegenover elkaar liggend gevormd zijn.

Tevens zijn de koelmiddeltoevoer en de koelmiddelafvoer bij voorkeur als tegenover elkaar liggende, uit het aan de achterzijde gelegen 5 kathode-eindvlak langs een cilindermantelvlak verwijderde sleuven gevormd.

Voordeligerwijze is elk van de kanalen voor de instroming van het werkgas door paarsgewijs symmetrisch gerangschikte koelkanalen ingesloten, 10 waarbij alle hartlijnen van dergelijke koelkanaalparen elkaar in de symmetrie-as van de holle kathode snijden. Bij voorkeur zijn de koelkanalen van een koelkanaalpaar parallel aan elkaar in de metaalwand ingebracht.

De kathode wordt doelmatig uit een hoogsmeltend metaal, bij voorkeur uit 15 wolfraam of molybdeen, vervaardigd. De kathode kan echter ook met goed resultaat uit een kathodebasislichaam en een elektrodekraag samengesteld zijn, waarbij enkel de elektrodekraag uit het hoogsmeltende metaal bestaat en het kathodebasislichaam uit een metaal met een hoge thermische geleidbaarheid, bijvoorbeeld uit koper of een koperlegering, vervaardigd is. 20 Daarbij loopt het grensvlak tussen goed warmtegeleidend en het hoogsmeltende metaal voordeligerwijze binnen de metaalwand van de kathode.

De koelkanalen kunnen daarbij zowel binnen de kathodekraag als binnen het kathodebasislichaam geplaatst zijn.

25

Met de uitvinding is het mogelijk, een inrichting voor het opwekken van een hollekathodeplasma te realiseren, die ook bij hoge vermogens, dat wil zeggen bij een groter gemiddeld vermogen van de gepulst opgewekte gasontlading, een vergelijkbaar lange levensduur van de kathoden van 8 kortgolvig emitterende gasontladings-stralingsbronnen en pseudo-vonkschakelaars toestaat.

De uitvinding zal hierna aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden nader 5 worden toegelicht. De tekeningen tonen:

Fig. 1: een schematisch aanzicht van de inrichting overeenkomstig de uitvinding, waarbij de wand tussen de kathodeholte en de hoofdontladingsruimte duidelijk versterkt is om een koelsysteem 10 op te nemen,

Fig. 2: een bijzondere uitvoering van het koelsysteem van de holle kathode met elkaar kruisende parallele dubbelkanalen, weergegeven in dwarsdoorsnede (A-A) door tussenwand van de holle kathode, en in axiaaldoorsnede (B-B) van de holle kathode, 15 Fig. 3: een uitvoering van de uitvinding als pseudo-vonkschakelaar met een vereenvoudigd koelkanaalsysteem, weergegeven in analogie met Fig. 2.

De inrichting voor het schakelen van grote elektrische stromen, die geschikt 20 is voor hoogvermogensstroomschakeling of voor het opwekken van EUV- straling, bezit - zoals weergegeven in Fig. 1 - een anode 1, die een anodebinnenruimte 11 rotatiesymmetrisch omsluit en waarvan op conventionele wijze door een anodekoelsysteem 12 de temperatuur gecontroleerd wordt, en tevens een kathode in de vorm van een holle 25 kathode 2, waarbij de kathodeholte 21 door een metaalwand 22 van een in de anodebinnenruimte 11 voorziene ontladingsruimte 3 is gescheiden. De metaalwand 22 heeft een dikte in het centimeterdomein (bij voorkeur in het domein > 1 cm) en bestaat vanwege de hoge thermische belasting (tenminste aan de richting de ontladingsruimte 3 gerichte oppervlakken) uit een 30 hoogsmeltend materiaal, zoals bijvoorbeeld wolfraam of molybdeen.

9

De gasontladingsinrichting is perifeer met een voorionisatie-eenheid 4, die in de kathodeholte 21 van de holle kathode 2 is geplaatst, een voorionisatiegenerator 5 en een hoofdontladingsimpulsgenerator 6 verbonden. Een gasverschaffingseenheid 7 zorgt voor de toevoer van een 5 werkgas aan de kathodeholte 21, bij voorkeur via de voorionisatie-eenheid 4, en een vacuümsysteem 8 bewerkstelligt tenminste voor de ontladingsruimte 3, en eventueel ook voor de omgeving van de gehele elektrodeninrichting, een voldoende vacuüm.

10 Voor het laten instromen van in de kathodeholte 21 geïoniseerd werkgas zijn in de metaalwand 22 vanaf de kathodeholte 21 tot aan de ontladingsruimte 3 instroomkanalen 23 voorzien, welke gelijkelijk verdeeld en bij voorkeur symmetrisch rond de symmetrie-as 13 in de metaalwand 22 zijn aangebracht, teneinde bij de hoofdontlading binnen de ontladingsruimte 15 3 een zo mogelijk symmetrische verdeling van de voetpunten F voor de stroomontlading uit de holle kathode 2 in de ontladingsruimte 3 te bewerkstelligen.

Voor een optimale ontlading in de ontladingsruimte 3, waarbij zich uit 20 gericht instromend geïoniseerd werkgas plasmakanalen 31 vormen, wordt bij de in de metaalwand 22 voorziene instroomkanalen 23 tenminste in deel daarvan een bepaalde kleine verhouding tussen doorsnede D en lengte L van ongeveer 0,1... 0,15 gebruikt. Deze verhouding van de instroomkanalen 23 geldt alleen dwingend voor het kanaaldeel dat als 25 ontladingskanaal 231 de respectieve uitstroomrichting van het geïoniseerde werkgas in de ontladingsruimte 3 bepaalt, en door de daarin geïnitialiseerde (beginnende) gasontlading de vorming van gerichte “plasmakanalen” 31 in de ontladingsruimte mogelijk maakt. Dat wil zeggen, de verhouding tussen de afmetingen D en L betreft enkel het richting de ontladingsruimte 3 30 gerichte ontladingskanaal(-deel) 231. De in de kathodeholte beginnende 10 “dikkere” collineaire ingangsdelen 232 van de instroomkanalen 23 (bij voorkeur als collineaire boringen uitgevoerd) zijn in functioneel opzicht nog aan de kathodeholte toe te rekenen. Deze ingangsdelen 232 worden op de overeenkomstige plaatsen ter verbinding van de kathodeholte 21 met de 5 ontladingskanalen 231 aangebracht, teneinde - bij vastliggende positie en lengte L van de ontladingskanalen 231 — de metaal wand 22 voor het inbrengen van de koelleidingen 24 met een gewenste dikte (bijvoorbeeld ook > 1 cm) te kunnen vormen.

10 De aldus vormgegeven metaalwand 22 tussen kathodeholte 21 en ontladingsruimte 3 bewerkstelligt met een dikte d in het centimeterdomein een aanzienlijk grotere bestendigheidsduur tegen erosie door ionen, welke gedurende de hoofdontlading ontstaan, en heeft het voordeel dat in zo een metaalwand 22 geschikte koelkanaalgeometrieën kunnen worden 15 ingebracht, die het effect van ionenerosie op metaalwanddikten van 3 cm bij duurbelasting met succes verminderen. De in de stand van de techniek conventionele wandopeningen zijn overeenkomstig de uitvinding naar gelang de dikte van de metaalwand 22 tot meer of minder lange kanalen 23 ontaard.

20

Het dikker uitvoeren van de metaalwand 22 tussen ontladingsruimte 3 en hollekathoderuimte 21 dient hoofdzakelijk het doel voor een bekende erosiesnelheid (~ lg kathodemateriaal/108 ontladingen) voldoende materiaal ter beschikking te hebben. Deze maatregel kan echter tevens een voordien 25 niet beschikbare materiaalsterkte voor een directe koeling door koelkanalen 24 binnen in de metaalwand 22 verschaffen. Eerste experimenten met deze hollekathodevorm met dikere metaalwand 22 vertoonden echter een duidelijk verminderde stroomdoorgang door de ontladingsruimte 3.

Als oorzaak daarvan werd verrassend gevonden, dat de 30 ontladingskanalen 23 in de metaalwand 22 van de holle kathode 2 zich 11 gedragen als enkele buisvormige holle kathoden zonder tussenwand bij een frontaal geplaatste vlakkenanode. Met betrekking tot laatstgenoemde configuratie heeft NIKULIN (bijvoorbeeld in: Tech. Phys. 44 6 (1999) 641) resultaten van een omvangrijke principepoging geopenbaard, waarbij als 5 voorwaarde voor een optimaal ontladingsgedrag een bepaalde verhouding tussen diameter en lengte van een buisvormige kathodevorm werd genoemd.

Van de kathodeform overeenkomstig de uitvinding kon worden geverifieerd, dat voor een holle kathode 2 met tussengelegen metaalwand 22, wanneer deze wordt uitgevoerd met een dikte d in het 10 centimeterdomein, zich binnen de ontladingsruimte 3 een ander ontladingstype instelt, welk van een (door bepaalde voetpunten F bij de openingen in de metaalwand 22) ruimtelijk verdeelde ontladingsvorm overgaat in een bepaald aantal stabiele, strikt gerichte kanaalontladingen (plasmakanalen 31) uit afzonderlijk te beschouwen lange buisvormige holle 15 kathoden (zonder tussenwand). Op basis van de door NIKULIN genoemde buisdimensionering voor de “vrije holle kathode” werd een aanpassing van de ontladingsvoorwaarden voor een door lange mstroomkanalen 23 opgewekt hollekathodeplasma gevonden, waarbij binnen de ontladingsruimte 3 door precieze ruimtelijke uitlij ning van bepaald 20 gedimensioneerde ontladingskanalen 231 een hogere (gepulste) stroomdoorgang via een bepaald aantal zich zeer stabiel ontwikkelende plasmakanalen 31 wordt bereikt.

Zonder beperking van algemeenheid - in het bijzonder vanwege een 25 afwijkende uitvoering bij pseudo-vonkschakelaars (zie Fig. 3) - zijn de bepaald gedimensioneerde delen van de instroomkanalen 23, dat wil zeggen de ontladingskanalen 231, bij een inrichting voor het opwekken van EUV-straling in Fig. 1 op een gemeenschappelijk snijpunt S gericht, teneinde het bij de ontlading als gevolg van de door de stroom geïnduceerde 30 magneetveldopbouw samentrekkende plasma voor een hoge 12 stralingsopbrengst in het spectraaldomein van witte Röntgenstraling (EUV) reeds vanaf het begin te focusseren. (Voor pseudo-vonkschakelaars wordt op deze plaats met name een brede ruimtelijke verdeling in de ontladingsruimte overeenkomstig Fig. 3 nagestreefd, teneinde de 5 thermische opwarming te minimaliseren.)

Bij een elektrodeninrichting overeenkomstig Fig. 1 kan de verhouding tussen diameter D en lengte L van de ontladingskanalen 231 voor het opwekken van een plasma in het snijpunt S van de ontladingsruimte 3 zowel met als zonder de voorionisatie-eenheid 4 in de 10 kathodeholte 21 geoptimaliseerd worden.

Voor het opwekken van dichte, hete (stralende) plasma’s zijn - zoals weergegeven in Fig. 1 - de instroomkanalen 23 gebogen, teneinde ze op een gemeenschappelijk snijpunt S op de symmetrie-as 13 van de 15 ontladingsruimte te richten. Ze bestaan bijgevolg uit te onderscheiden delen, waarvan een collineair deel 232 vanaf de kathodeholte 21 parallel aan de symmetrie-as 13 in de metaalwand 22 gedreven (bij voorkeur geboord) is, en waarvan een convergerend deel als ontladingskanaal 231 op het gemeenschappelijke snijpunt S van alle ontladingskanalen 231 in de 20 ontladingsruimte 3 gericht is.

Zoals men in Fig.2 duidelijk kan zien, in het bijzonder in de onderste afbeelding van de dwarsdoorsnede van de holle kathode 2 langs het vlak A-A, zijn - ter vermindering van de ionenerosie van de metaalwand 22 -25 centraal tussen de (bij voorkeur op een cirkellijn) op uniform gedistribueerde wijze rond de symmetrie-as 13 aangebrachte instroomkanalen 23 koelkanalen 24 ingebracht.

In een bijzonder voordelige uitvoering - die in Fig. 2 in de onderste 30 dwarsdoorsnede (langs het vlak A-A van de bovenste axiaaldoorsnede B-B) - 13 zijn de koelkanalen 24 paarsgewijs parallel aan elkaar en sluiten zij langs hun middellijn steeds een instroomkanaal 23 in. De aldus aangebrachte parallele paren van koelkanalen 24 kruisen onderling meer dan eens, enerzijds tussen tussen de instroomkanalen 23 en anderzijds binnen een 5 door de instroomkanalen 23 gevormde cirkel, zodat binnen de cirkel van instroomkanalen 23 als het ware een labyrint van onderling kruisende delen van koelkanalen 24 ontstaat.

Onafhankelijk van het feit of de koelkanalen 24 elkaar als parallele paren in 10 een enkel vlak of in verschillende vlakken (niet getoond) kruisen of snijden, of bijvoorbeeld sprake is van enkele, elkaar in de symmetrie-as 13 kruisende koelkanalen die zich tussen de instroomkanalen uitstrekken (Fig. 3), zijn de koelkanalen 24 in hoofdzaak radiaal gericht en aan de periferie van de holle kathode 2 met een halfcirkelvormige koelmiddeltoevoer 25 en een 15 halfcirkelvormige koelmiddelafvoer 26 verbonden, welke symmetrisch tegenover elkaar liggen.

In de bijzondere uitvoering overeenkomstig Fig. 2 is de koelmiddeltoevoer 25 door middel van een cilindermantelvormige verbindingssleuf 27 steeds 20 met eerste einden van de koelkanalen 24 verbonden, en is de koelmiddelafvoer 26 via een symmetrisch ten opzichte van de symmetrie-as 13 daar tegenover liggende cilindermantelvormige sleuf 27 met de andere einden van de koelkanalen 24 verbonden. Het inbrengen van de verbindingssleuf 27 geschiedt bij voorkeur door het infrezen van de 25 achterzijde van de holle kathode 2.

Een alternatieve variant van de inbrenging van de koelkanalen 24 als onderling kruisende enkele kanalen - zoals in de onderste afbeelding van Fig. 3 getoond voor de uitvoering van een pseudo-vonkschakelaar - is op 14 equivalente wijze voor de holle kathode 2 overeenkomstig de bovenste afbeelding van Fig. 2 te gebruiken.

Ter verbetering van de koelprestatie kan de holle kathode 2 uit twee te 5 onderscheiden materialen vervaardigd zijn, een kathodebasislichaam 28 en een kathodekraag 29, zoals die in de Fig. 2 in de axiaaldoorsnede (boven) te herkennen zijn. Daarbij is de elektrodekraag 29, die de stroomontladingsvlakken van de holle kathode 2 richting de ontladingsruimte 3 vormt, uit een hoogsmeltend materiaal (bijvoorbeeld 10 wolfraam, molybdeen) en het kathodebasislichaam 28, dat bij voorkeur door de vervaardigingstechniek van het achtergieten met de kathodekraag 29 in vaste verbinding gebracht wordt, uit een zeer goed warmtegeleidend materiaal (bijvoorbeeld koper, zilver etc., of legeringen daarvan) gemaakt.

15 De koelkanalen 24 strekken zich voordeligerwijs uit binnen het kathodebasislichaam 28, maar kunnen ook (bij voorkeur in aanvulling daarop) in de kathodekraag 29 ingebracht zijn.

Fig. 3 toont een uitvoering van de uitvinding als pseudo-vonkschakelaar.

20 Hiervoor gelden alle fundamentele principes en implementaties overeenkomstig Fig. 1 en 2, met uitzondering echter van de geopende anodevorm en de elkaar in de ontladingsruimte 3 kruisende plasmakanalen 31.

De anode 1 is in dit geval gesloten geconstrueerd en kan als een 25 soort potvorm uitgevoerd zijn.

De instroomkanalen 23 van de kathodeholte 31 richting de ontladingsruimte 3 vereisen in dit geval geen onderverdeling in collineaire en convergerende delen, maar zijn geheel uitgevoerd als ontladingskanalen 231, aangezien de 30 opwekking van een geconcentreerde, hete (stralend) plasmazuil niet 15 noodzakelijk is. De ontladingskanalen zijn bij voorkeur divergerend, of ook -zoals in de bovenafbeelding van Fig. 3 is weergegeven - collineair uitgevoerd. Voor een divergente uitlijning kan het echter noodzakelijk zijn “dikkere” collineaire ingangsdelen 232 in de metaalwand 22 in te brengen, 5 teneinde hiervan uitgaande - naar buiten afgebogen - de noodzakelijke verhoudingen tussen doorsnede D en lengte L van de ontladingskanalen 231 in te stellen. Tevens dient dan een corresponderende welving van de metaalwand 22 te worden verschaft.

16

Lijst van referentietekens 1 Anode 11 Anodebinnenruimte 5 12 Anodekoelsysteem 13 Symmetrie-as 2 Holle kathode 21 Kathodeholte 10 22 Metaalwand 23 Ontladingskanaal 24 Koelkanaal 25 Koelmiddeltoevoer 26 Koelmiddelafvoer 15 27 Verbindingssleuf 28 Kathodebasislichaam 29 Kathodekraag 3 Ontladingsruimte 20 31 Plasmakanaal 4 Voorionisatie-eenheid 5 Voorionisatie-impulsgenerator 25 6 Hoofdontladingsimpulsgenerator 7 Gasverschaffingseenheid 30 8 Vacuümsysteem 17 F Voetpunt d Dikte (van de metaalwand) D Doorsnede (van het ontladingskanaal) 5 L Lengte (van het ontladingskanaal) S (gemeenschappelijk) Snijpunt 10

Claims (22)

1. Inrichting voor het schakelen van grote elektrische stromen door middel van een gasontlading voor het opwekken van EUV-straling emitterend gasontladingsplasma, omvattende een anode (1) en een kathode (2), welke beide rotatiesymmetrisch rond een symmetrie-as (13) hol gevormd 5 zijn en door welke in het inwendige van de anode (1) een ontladingsruimte voorzien is, waarbij de kathode (2) een kathodeholte (21) voor de voorionisatie van een werkgas bezit en de kathodeholte (21) van de ontladingsruimte (3) gescheiden is door een metaalwand (22) met meerdere ruimtelijk regelmatig gerangschikte openingen voor de instroming van 10 voorgeïoniseerd werkgas in de ontladingsruimte (3), om door die openingen ruimtelijk verdeelde voetpunten (F) van gasontladingspaden voor een hoge stroomdoorgang door de ontladingsruimte (3) te bewerkstelligen, daardoor gekenmerkt dat - de metaalwand (22) tussen kathodeholte (21) en ontladingsruimte 15 (3) een dikte van > 1 cm bezit, zodat de openingen van de metaalwand (22) in lange instroomkanalen (23) ontaarden, waarvan de kanaaleinden naar de ontladingsruimte (3) op een gemeenschappelijk snijpunt (S) in de ontladingsruimte (3) zijn gericht, en - in de metaalwand (22) in hoofdzaak radiaal ten opzichte van de 20 symmetrieas (13) en gelijkverdeeld tussen de instroomkanalen (23) verlopende koelkanalen (24) zijn ingebracht, om door een effectieve koeling een ionenerosie van de kathode (2) te verminderen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de openingen 25 van de instroomkanalen (23) naar de ontladingsruimte (3) aan de gewelfde metaalwand (22) op tenminste één concentrische ten opzichte van de symmetrie-as (13) gepositioneerde cirkellijn gelijkverdeeld gerangschikt zijn.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 5 instroomkanalen (23) in de metaalwand (22) tenminste binnen een in het gemeenschappelijk snijpunt (S) convergerend deel, dat een in de ontladingsruimte (3) uitmondend ontladingskanaal (231) beschrijft, een uniforme, in vergelijking met de lengte (L) van de instroomkanalen (23) wezenlijk kleinere diameter (D) bezitten. 10

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de instroomkanalen (23) steeds uit collineaire (232) ingangsdelen (232) en naar de ontladingsruimte (3) toe convergerende ontladingskanalen (231) samengesteld zijn, waarbij de collineaire ingangsdelen (232) van de 15 kathodeholte (21) uitgaan en in convergerende ontladingskanalen (231) overgaan.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de collineaire ingangsdelen (232), in de kathodeholte (21) beginnend, een grotere diameter 20 bezitten dan de convergerende ontladingskanalen (231) naar de ontladingsruimte (3), waarbij enkel de convergerende ontladingskanalen (231) met een gedefinieerde verhouding tussen diameter (D) en lengte (L) zijn gevormd.

6. Inrichting volgens conclusie 3 of 5, met het kenmerk, dat de verhouding tussen diameter (D) en lengte (L) van de ontladingskanalen (231) tussen 0,1 en 0,15 bedraagt.

7. Inrichting voor het schakelen van grote elektrische stromen door 30 middel van een gasontlading in pseudo-vonkschakelaars, omvattende een anode (1) en een kathode (2), welke beide rotatiesymmetrisch rond een symmetrie-as (13) hol gevormd zijn en door welke in het inwendige van de anode(l) een ontladingsruimte (3) voorzien is, waarbij de kathode (2) een kathodeholte (21) voor de voorionisatie van een werkgas bezit en de 5 kathodeholte (21) van de ontladingsruimte (3) gescheiden is door een metaalwand (22) met meerdere ruimtelijk regelmatig gerangschikte openingen voor de instroming van voorgeïoniseerd werkgas in de ontladingsruimte (3), om door die openingen ruimtelijk verdeelde voetpunten (F) van gasontladingspaden voor een hoge stroomdoorgang door 10 de ontladingsruimte te bewerkstelligen, gekenmerkt doordat - de metaalwand (22) tussen kathodeholte (21) en ontladingsruimte (3) een dikte van > 1 cm heeft, zodat de openingen van de metaalwand (22) in relatief lange instroomkanalen (23) ontaarden, waarvan de kanaaleinden naar de ontladingsruimte (3) gezien vanaf de symmetrie-as (13) collineair 15 tot divergent gericht zijn, om de door de instroomkanalen (23) in de ontladingsruimte (3) gevormde gasontladingspaden als strikt gerichte plasmakanalen (31) ruimtelijk te verdelen, en - in de metaalwand (22) in hoofdzaak radiaal ten opzichte van de symmetrie-as (13) en gelijkverdeeld tussen de instroomkanalen (23) 20 verlopende koelkanalen (24) ingebracht zijn, om door effectieve koeling de ionenerosie van de metaalwand (22) van de holle kathode (2) te verminderen.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de openingen 25 van de instroomkanalen (23) naar de ontladingsruimte (3) op tenminste één concentrische cirkellijn langs de gewelfde metaalwand (22) gelijkverdeeld gerangschikt zijn.

9. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de 30 instroomkanalen (23) in de metaalwand tenminste binnen een bepaald deel, dat een in de ontladingsruimte (3) uitmondend ontladingskanaal (231) beschrijft, een uniforme, ten opzichte van de lengte (L) van de kanalen (23) wezenlijk kleinere diameter (D) bezitten.

10. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de instroomkanalen (23) steeds uit collineaire ingangsdelen (232) en naar de ontladingsruimte (3) convergerende kanaaldelen (231) samengesteld zijn, waarbij de collineaire kanaaldelen (232) van de kathodeholte (21) uitgaan en in tot aan de ontladingsruimte (3) convergerende ontladingskanalen 10 (231) overgaan.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de in de kathodeholte (21) beginnende collineaire kanaaldelen (232) een grotere diameter bezitten dan de convergerende ontladingskanalen (231) naar de 15 ontladingsruimte (3), waarbij slechts de convergerende ontladingskanalen (231) met een gedefinieerde verhouding tussen diameter (D) en lengte (L) gevormd zijn.

12. Inrichting volgens conclusie 9 of 11, met het kenmerk, dat de 20 verhouding tussen doorsnede (D) en lengte (L) van de ontladingskanalen (231) tussen 0,1 en 0,15 bedraagt.

13. Inrichting volgens conclusie 1 of 7, met het kenmerk, dat de koelkanalen (24) steeds centraal tussen de instroomkanalen (23) 25 aangebracht zijn en elkaar kruisen, waarbij de koelmiddeltoevoer (25) en de koelmiddelafvoer (26) steeds halfcirkelvormig tegenover elkaar liggend gevormd zijn.

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de 30 koelmiddeltoevoer (25) en de koelmiddelafvoer (26) als tegenover elkaar liggende, uit het aan de achterzijde gelegen kathode-eindvlak langs een cilindermantelvlak verwijderde sleuven gevormd zijn.

15. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat ieder 5 instroomkanaal (23) voor de instroming van het geïoniseerde werkgas door paarsgewijs symmetrisch aangebrachte koelkanalen (24) ingesloten is, waarbij alle hartlijnen (241) van dergelijke koelkanaalparen elkaar in de symmetrie-as (13) van de holle kathode (2) snijden.

16. Inrichting volgens conclusie 1 of 7, met het kenmerk, dat de holle kathode (2) uit een hoogsmeltend metaal vervaardigd is.

17. Inrichting volgens conclusie 16 of 7, met het kenmerk, dat de holle kathode (2) uit een kathodebasislichaam (28) en een elektrodekraag (29) is 15 samengesteld, waarbij enkel de elektrodekraag (29) uit een hoogsmeltend metaal bestaat en het kathodebasislichaam (28) uit een metaal met een grote thermische geleidbaarheid vervaardigd is.

18. Inrichting volgens conlusie 16 of 17, met het kenmerk, dat als 20 hoogsmeltend metaal wolfraam of molybdeen is voorzien.

19. Inrichting volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat het kathodebasislichaam (28) uit koper of een koperlegering bestaat.

20. Inrichting volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat het grensvlak tussen het hoogwarmtegeleidende kathodebasislichaam (28) en de hoogsmeltende elektrodekraag (29) zich binnen de metaalwand (22) van de holle kathode (2) bevindt.

21. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de koelkanalen (24) binnen de kathodekraag (29) zijn geplaatst.

22. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de 5 koelkanalen (24) binnen het kathodebasislichaam zijn geplaatst. - In aansluiting hierop 3 pagina’s tekeningen - 10