SE520087C2 - Förfarande och anordning för alstring av röntgen- eller EUV- strålning samt användning av den - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 Lu U1 520 087 m: =.= 2 bredd på omkring 0,18 pm, med en planerad vidareut- veckling mot 0,10-0,13 pm. För att man ytterligare skall kunna minska linjebredden, kommer förmodligen andra meto- der att krävas, varvid projektionslitografi med EUV (”EUV projection lithography”) är en mycket intressant kandi- dat, och röntgenlitografi kan bli intressant för vissa tekniska nischer. Vid projektionslitografi med EUV an- vänds ett reducerande objektivsystem för extrem-ultra- violett (EUV) i våglängdsområdet omkring 10-20 nm (”EUV Lithography - The Successor to Optical Lithography?” av Björkholm, publicerad i Intel Technology Journal Q3'98).

Kontaktröntgenlitografi (”proximity X-ray lithography”), som utnyttjar ett kontaktkopieringsschema, utförs i våg- längdsomràdet omkring 1 nm (se exempelvis artikeln ”X-ray Lithography” av Maldonado, publicerad i J. Electronic Ma- terials 19, sid. 699, 1990).

Laserplasman är tilltalande röntgen- och EUV-källor för labbänken tack vare deras höga luminans, höga spatia- la stabilitet och potentiellt höga repetitionsfrekvens.

Med konventionella bulkmål (”bulk target”) eller bandmål (”tape target”) är emellertid driftstiden begränsad, spe- ciellt när lasrar med hög repetitionsfrekvens används, eftersom nytt målmaterial inte kan matas fram med till- räcklig hastighet. Sådana konventionella mål skapar dess- utom skräp eller restprodukter (”debris”), som kan för- störa eller belägga känsliga komponenter, såsom röntgen- optik eller flerskiktsspeglar för EUV som är placerade nära plasmat. Flera metoder har utformats med syfte att eliminera effekterna av sådant skräp, d.v.s. hindra det redan bildade skräpet från att nå de känsliga komponen- terna. Som ett alternativ kan den mängd skräp som fak- tiskt skapas begränsas genom utbyte av konventionella, fasta mål mot exempelvis gasmàl, gasklustermál, mål i form av vätskedroppar eller mål i form av en vätskejet.

Mål i form av mikroskopiska vätskedroppar, såsom be- skrivs i artikeln ”Droplet target for low-debris laser- plasma soft X-ray generation” av Rymell och Hertz, publi- 10 15 20 25 30 b) U1 520 087 3 cerad i Opt. Commun. 103, sid. 105, 1993, är tilltalande högdensitetsmål med liten produktion av skräp, vilka mål potentiellt klarar laserplasmadrift med hög repetitions- frekvens och emission med en hög luminans. Sådana droppar alstras genom stimulerad uppdelning av en vätskejet som skapas vid ett munstycke i en làgtryckskammare. De hydro- dynamiska egenskaperna hos vissa vätskor leder emellertid till instabil droppbildning. Laserns drift måste dessutom noggrant synkroniseras med droppbildningen. Ett annat problem kan uppstå vid användningen av vätskesubstanser med snabb avdunstning, nämligen det att jeten fryser ome- delbart efter det att den alstrats, så att droppar inte kan bildas. Sådana substanser innefattar främst sådana medium som föreligger i gasfas vid normalt tryck och tem- peratur, och som kyls till ett vàtsketillstånd för alst- ring av droppmålen. För säkerställande av droppbildning måste man åstadkomma en lämplig gasatmosfär i lågtrycks- kammaren, eller höja temperaturen hos jeten över dess frystemperatur medelst en elektrisk värmare som är anord- nad kring jeten, såsom beskrivs i artikeln ”Apparatus for producing uniform solid spheres of hydrogen” av Foster et al., publicerad i Rev. Sci. sid. 625-631, 1977.

Som ett alternativ, vilket är känt från Instrum. 6, US-A-6 002 744, vilken införlivas håri genom hänvisning, fokuseras istället laserstrålningen på ett kontinuerligt parti av en jet som alstras genom att man pressar en vätskesubstans igenom ett utlopp eller ett munstycke.

Detta tillvägagångssätt med vätskejet mildrar behovet av tidsmässig synkronisering av lasern med alstringen av må- let, medan bildandet av skräp samtidigt är lika lågt som från droppmål. Dessutom kan vätskesubstanser som har opassande hydrodynamiska egenskaper för droppbildning an- vändas med detta tillvägagångssätt. En annan fördel jäm- fört med tillvägagångssättet med droppmål är att det spa- tialt kontinuerliga partiet av jeten kan tillåtas frysa.

En sådan laserplasmakälla med vätskejet har demonstrerats - . , f . u 10 15 20 25 30 u.) U1 520 087 4 vidare i artikeln ”Cryogenic liquid-jet target for deb- ris-free laser-plasma soft x-ray generation” av Berglund et al., publicerad i Rev. Sci. Instrum. 69, sid. 2361, 1998, samt artikeln ”Liquid-jet target laser-plasma sour- ces for EUV and X-ray lithography” av Rymell et al., pub- licerad i Microelectronic Engineering 46, sid. 453, 1999, genom användande av, som målmaterial, flytande kväve re- spektive xenon. I dessa fall skapas ett mål med hög den- sitet i form av ett spatialt kontinuerligt parti hos je- ten, varvid det spatialt kontinuerliga partiet kan före- ligga i vätsketillstånd eller i ett fruset tillstånd. Dy- lika laserplasmakällor har den fördelen att de är källor med en hög luminans och låg produktion av skräp, vilka källor klarar kontinuerlig drift vid hög repetitionsfre- kvens, och plasmat kan skapas långt ifrån utloppsmynning- en, varigenom plasmainducerad erosion av utloppet begrän- sas. Sådan erosion kan vara en källa för skadande skräp.

Genom skapande av plasmat långt ifrån utloppet kan dess- utom självabsorption av den alstrade strålningen minime- ras. Orsaken till detta är att temperaturen kring jeten avtar med avståndet från utloppet, vilket resulterar i en på motsvarande sätt avtagande avdunstning. Sålunda avtar den lokala gasatmosfären kring jeten också med avståndet från utloppet.

Många substanser, och speciellt flytande substanser som bildas genom kylning av normalt gasformiga substan- ser, ger emellertid en jet som upplever slumpmässiga riktningsförändringar från det strålalstrande utloppet.

Ofta kan riktningsförändringen vara så stor som il° och uppträder från några gånger per minut till några gånger per sekund. Detta leder i sin tur till en spatial insta- bilitet vid laserstrålens fokus, d.v.s. i det avsedda om- rådet för växelverkan mellan laserstrålen och vätskeje- ten, vilket bör ligga så långt ifrån utloppsmynningen som möjligt av de anledningar som har angivits ovan. Den spa- tiala instabiliteten leder till stora fluktuationer mel- lan pulser i det emitterade röntgen- eller EUV- >- -=-v 10 15 20 25 30 bd U'I 520 087 5 strålningsflödet, samt till spatial instabilitet i det strålande plasmat. Dessutom sänks medeleffekten betyd- ligt.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning har därför som syfte att åstadkomma ett förfarande och en anordning för stabil och okomplicerad alstring av röntgen- eller EUV-strålning.

Närmare bestämt skall uppfinningen ge små fluktuationer puls till puls i det alstrade röntgen- eller EUV-strål- ningsflödet, låg erosion av det strålgenererande utlop- pet, samt låg självabsorption av den alstrade strålning- en.

Ett annat syfte är att åstadkomma en anordning för alstring av röntgen- eller EUV-strålning, vilken anord- ning är kompakt, billig, som alstrar strålning med en re- lativt hög medeleffekt och som har en minimal produktion av skräp.

Ett ytterligare syfte är att åstadkomma ett förfa- rande och en anordning, vilka alstrar röntgen- eller EUV- strålning som är lämpad för projektionslitografi och kon- taktlitografi medelst EUV.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen år att tillå- ta användning av förfarandet och anordningen vid mikro- skopi, materialvetenskap och medicinsk diagnostik.

Dessa och andra syften som kommer att framgå ur den följande beskrivningen, uppnås helt eller delvis medelst förfarandet och anordningen enligt de oberoende patent- kraven. Beroendekraven definierar föredragna utförings- former.

Det har visat sig att styrning av utloppets tempera- tur, vanligen genom värmning av detsamma, har den effek- ten att riktningsstabiliteten hos den genererade jeten förbättras betydligt. Uppfinningen medger sålunda låga fluktuationer mellan pulser i det alstrade röntgen- eller EUV-strålningsflödet, ökad medeleffekt, samt ökad spatial stabilitet hos det strålande stråle-jet-växelverkans- 10 15 20 25 30 b) U'I 520 087 6 området. Den riktningsstabila jeten medger även ett stort avstånd mellan utloppet och stråle-jet-växelverkans- området, varigenom både erosion av utloppet och självab- sorption av den alstrade strålningen minimeras. Ett ”stort avstånd” i detta sammanhang är vanligen åtminstone några millimeter. Mot bakgrund av det stora avstånd som medges av uppfinningen, kan energistrålens effekt ökas utan att orsaka oönskad värmning av målgeneratorn. Upp- finningen medger sålunda ett högre röntgen- och EUV- flöde. Dessutom medger uppfinningen användning av flera nya substanser och därmed stabil alstring av strålning inom nya våglängdsintervall.

Dessa fördelar uppnås samtidigt som många av förde- larna med teknikerna enligt den kända tekniken bibehål- les, vilket diskuteras inledningsvis, exempelvis en stor minskning av mängden skräp, utmärkt geometrisk åtkomlig- het, en möjlighet till långlivad drift utan avbrott genom tillhandahållande av nytt målmaterial kontinuerligt me- delst jeten, en möjlighet till användning av lasrar med höga repetitionsfrekvenser, vilket ökar medeleffekten i den alstrade röntgen- eller EUV-strålningen.

Den uppfinningsmässiga styrningen av temperaturen hos utloppet bör företrädesvis åstadkommas med ett mini- mum av påverkan på temperaturen hos substansen innanför det jetgenererande utloppet, eftersom sådan påverkan skulle kunna orsaka kokning eller en förändring av de hydrodynamiska egenskaperna hos substansen, vilket poten- tiellt skulle kunna leda till instabiliteter i genere- ringen av jeten, exempelvis potentiellt oönskad spray- bildning.

Enligt en föredragen utföringsform styrs temperatu- ren hos utloppet medelst ohmsk uppvärmning, exempelvis genom applicering av en spänning på en elektriskt ledan- de, resistiv tråd som är anordnad kring, och företrädes- vis i kontakt med, utloppet, eller genom applicering av spänningen pà ett parti av själva utloppet. Denna utfö- ringsform är fördelaktig i dess enkelhet och robusthet. 10 15 20 25 30 LA) U"| n... 520 087 §¿¶¿;;¿¿H 7 Med hjälp av tunna trådar eller föràngade elektroder kan man placera den alstrade värmen nära utloppsöppningen.

Enligt en annan föredragen utföringsform styrs ut- loppets temperatur genom att man riktar strälningsenergi, exempelvis laserstràlning eller mikrovàgor, mot utloppet, vilket värms genom absorption av denna strålningsenergi.

Denna utföringsform åstadkommer icke-störande Värmning av utloppet, i den meningen att inga nya material mekaniskt behöver införas vid utloppet, och kan precist styras att värma endast utloppsöppningen, om så önskas. Företrädes- vis behandlas utloppet för förbättrad och/eller mer loka- liserad absorption av stràlningsenergin, exempelvis genom àstadkommande av ett absorberande eller ledande arrange- mang, såsom en beläggning eller en antenn, på utloppet.

Utan att man förbinder sig vid någon teori, kan man anta att resultaten avseende den förbättrade riktnings- stabiliteten hos den genererade jeten kan förklaras med följande modell. När substansen lämnar utloppet genomgår den sålunda bildade jeten, samt eventuell vätska som fuk- tar utloppet, avdunstningskylning. Detta leder till att utloppet kyls, vilket i sin tur leder till okontrollerad deponering av fruset material på eller nära utloppsmyn- ningen. Sådant fruset material skulle kunna inducera de slumpmässiga riktningsinstabiliteter som har beskrivits ovan. Värmning av utloppet förmodas minimera sådan depo- nering av fruset material.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av uppfinningen lämnar jeten utloppet i ett kondenserat tillstånd, d.v.s. i ett flytande eller fruset tillstånd.

Detta medger kollimerad transport av målmaterial långt bort från utloppet. För skapande av en sådan jet av kon- denserad materia är det föredraget att man pressar en substans i flytande tillstånd genom det jetbildande ut- loppet. Den substans som används med uppfinningen skulle kunna vara ett medium som föreligger i flytande tillstånd både vid rumstemperatur och vid den temperatur som råder vid genereringen av jeten. Detta medium skulle även kunna 10 15 20 25 30 b) U"| 520 087 8 vara en lösning som innefattar fasta material och en lämplig bärarfluid. Enligt en speciellt föredragen utfö- ringsform är emellertid substansen ett medium som före- ligger i gasform vid rumstemperatur, men som kyls till ett flytande tillstånd innan det pressas igenom utloppet för skapande av jeten. Denna typ av medium kan, med hjälp av uppfinningen, användas på ett okomplicerat sätt för stabil alstring av röntgen- eller EUV-strålning vid tidi- gare oàtkomliga våglängder. Genom användande av en inert gas, speciellt en ädelgas, kan de skador som orsakas av skräp reduceras betydligt.

Det skall emellertid påpekas att jeten kan föreligga i vilket som helst lämpligt tillstånd (gas, vätska eller fast) när den våxelverkar med energistrålen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen riktas ener- gistrålen på ett spatialt kontinuerligt parti av jeten.

Detta kan åstadkommas exempelvis genom generering av en spatialt fullkomligt kontinuerlig jet, och genom inrikt- ning av energistrålen på den faktiska jeten innan den spontant bryter upp i droppar eller en spray. Alternativt är det tänkbart att man genererar en pulsad eller semi- kontinuerlig jet som består av separata, spatialt konti- nuerliga partier som vart och ett har en längd som vå- sentligt överstiger diametern. I bägge fallen kan jeten vara frusen på grund av avdunstningskylning innan den växelverkar med energistrålen.

En alternativ utföringsform innefattar att man rik- tar energistrålen på en eller flera droppar, eller en spray, som skulle kunna bildas spontant eller genom sti- mulering, från jeten.

Energistrålen kan sålunda, inom ramen för uppfin- ningen, växelverka med godtycklig formation som kommer från jeten, oavsett om den är gasformig, flytande eller fast, spatialt kontinuerlig, droppar eller en spray av droppar eller kluster.

Energistrålen är företrädesvis en stråle av elektro- magnetisk strålning, såsom laserstrålning, vilken växel- -w-n- 10 l5 20 25 30 u) UI 520 087 9 verkar med jeten och värmer denna till en plasmaskapande temperatur. Det är även tänkbart att man använder en stråle av elektroner som energistråle, varvid EUV- eller röntgenstrålning alstras antingen genom att elektronerna värmer jeten till en plasmaskapande temperatur, eller ge- nom direkt omvandling av elektronstrålens energi till bromsstrålning och karaktäristisk linjeemission, väsent- ligen utan behov av att jeten värms till någon plasmaska- pande temperatur.

Föreliggande uppfinning grundar sig på behovet av kompakta och intensiva röntgen- eller EUV-källor för bland annat litografi, mikroskopi, materialvetenskap och medicinsk diagnostik. Våglängdsintervall av speciellt in- tresse för sådana tillämpningar är omkring 1-2 nm (kon- taktlitografi), 2,3-4,4 nm (röntgenmikroskopi), lO-15 nm (projektionslitografi medelst EUV) och 0,01-20 nm (mate- rialvetenskap, exempelvis fotoelektronspektroskopi eller röntgenfluorescens, eller biomedicinska tillämpningar så- som röntgendiffraktion eller medicinsk diagnostik). Alst- ringen av strålning inom dessa våglängdsintervall med hög konversionseffektivitet med hjälp av laserproducerat plasma kräver i allmänhet laserintensiteter omkring 10”-10” W/cmz. För att man skall uppnå sådana intensite- ter med kompakta lasersystem fokuseras laserstrålningen till en diameter på omkring fem till några hundra mikro- meter. Målet kan sålunda göras mikroskopiskt, förutsatt att det är spatialt stabilt. De små dimensionerna bidrar till effektivt utnyttjande av målmaterialet, vilket bland annat leder till en dramatisk minskning av bildandet av skräp. Genom användande av laserstrålning i korta pulser, exempelvis inom femtosekundområdet, kan hårdare röntgen- strålning alstras.

Förfarandet och anordningen enligt uppfinningen är delvis, men inte uteslutande, lämpad för projektionslito- grafi med EUV, vilket kräver belysning i våglängdsinter- vallet omkring 10-15 nm. Sådan strålning kan alstras, me- 10 15 20 25 30 u» UI 520 087 lO delst uppfinningen, genom användande av xenon som málma- terial.

Genom användning av olika målmaterial i ett förfa- rande eller en anordning enligt uppfinningen kan EUV- och röntgenstràlning alstras vid våglängder som är lämpliga för ett antal olika tillämpningar. Exempel pà sådana tillämpningar är röntgenmikroskopi, materialvetenskap (t.ex. fotoelektronmikroskopi och röntgenfluorescens), projektionslitografi med EUV, kontaktröntgenlitografi, medicinsk röntgendiagnostik eller kristallanalys.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nu, i belysande syfte, att beskrivas med hänvisning till de bifogade ritningarna, vilka visar en för närvarande föredragen utföringsform och på vilka figur l visar en föredragen utföringsform av den uppfinningsmässiga anordningen för alstring av röntgen- eller EUV-strålning från en stabil jet i en lågtryckskam- mare med utnyttjande av ohmsk uppvärmning nära munstyck- ets mynning, figur 2 visar flödet av alstrad röntgenstràlning som en funktion av tiden för en anordning enligt den kända tekniken, d.v.s. utan stabiliserande värmning, och figur 3 visar flödet av alstrad röntgenstràlning som en funktion av tiden för den i figur 1 visade anordning- en, d.v.s. med stabiliserande värmning.

Beskrivning av föredragna utföringsformer Förfarandet och anordningen enligt uppfinningen vi- sas huvudsakligen i figur l. Nedan används xenon som ett exempel, men uppfinningen kan arbeta med många andra sub- stanser, av vilka kondenserade gaser förmodas vara vikti- gast, såsom diskuteras mot slutet av detta avsnitt.

En laser 1 alstrar en eller flera pulsade laserstrå- lar l', som fokuseras från en eller flera riktningar mot en jet 2 av kondenserad xenonvätska, vilken fungerar som 10 15 20 25 30 b) U'| 520 087 u. ._ ll mål. För tydlighets skull visas endast en laserstràle 1' i figur 1. Växelverkan mellan laserstràlen och jeten ska- par ett plasma P som emitterar den önskade röntgen- och EUV-strålningen. Det egentliga skapandet av röntgenstrà- lar sker vanligen vid làgt tryck, för att absorption av emitterad mjukröntgen- eller EUV-strålning skall förhind- ras. För vissa röntgen- eller EUV-våglängder kan laser- plasmaproduktionen arbeta i en gasmiljö. Denna gasmiljö kan vara lokal kring området för stràle-jet-växelverkan.

Lågt tryck är ofta att föredra med syfte att undvika la- serinducerade genomslag framför jeten 2 eller att minska självabsorption av den emitterade strålningen.

Den mikroskopiska jeten 2 av flytande xenon är spa- tialt kontinuerlig och bildad i en vakuumkammare 3, sàsom visas i figur 1. I allmänhet pressas flytande xenon 4 un- der högt tryck (vanligen 5-500 atmosfärer) fràn en pump (ej visad) eller ett tryckkärl 5 igenom ett litet mun- stycke 6, som har en mynningsdiameter som vanligen är mindre än omkring 100 pm och typiskt nägra få upp till ett tiotal mikrometer. Detta resulterar i en mikroskopisk vätskejet 2 med väsentligen samma diameter som mynningens diameter och med en hastighet pà omkring tio m/s till nägra hundra m/s. I ett arrangemang (ej visat) skapas det flytande xenonet separat och tvingas sedan igenom mun- stycket medelst en pump eller annat tryckskapande arran- gemang. Alternativt, såsom visas i figur 1, används trycket i det gasformiga xenonet 7 självt som drivare. I detta fall tvingas xenongas vid ett tryck pä omkring 5-100 bar in i tryckkärlet 5, vilket är kylt till omkring 160-200 K med en kylanordning 8 av Gifford-McMahontyp el- ler annan typ. Munstycket 6 i form av en glaskapillär är fäst direkt vid tryckkärlet 5, varvid en mikroskopisk jet 2 av flytande xenon skapas i làgtryckskammaren 3.

Laserstràlen 1' styrs att växelverka med den spati- alt kontinuerliga jeten 2. För de flesta vätskor fort- plantar sig jeten 2 i kammaren 3 i en bestämd riktning mot en uppbrottspunkt (ej visad), vid vilken den spontant 10 15 20 25 30 u) U1 520 087 12 skulle separeras i droppar eller en spray. I den belysan- de utföringsformen som visas i figur 1 fokuseras laser- strålen 1' mot jeten 2 uppströms från en eventuell sådan uppbrottspunkt. För många kryogena vätskor, såsom xenon, kyls jeten 2 snabbt genom avdunstning när den lämnar mun- stycket 6, och i många fall fryser jeten 2 nära munstyck- et 6 så att inga droppar bildas. I ett sådant fall skulle laserstràlen 1' kunna fokuseras mot ett spatialt kontinu- erligt parti av den sålunda frusna jeten 2.

För alstring av röntgenemission i våglängdsområdet kring 1-5 nm krävs en laserintensitet på omkring 10”- 10“ W/cmz, medan 10”-10” W/cnf vanligen är föredraget för EUV-området. Passande lasersystem för detta ändamål i det synliga, ultravioletta och närinfraröda våglängdsområdet finns kommersiellt tillgängliga med repetitionsfrekvenser på 10-10000 Hz, och system med en högre repetitionsfre- kvens utvecklas för närvarande.

Såsom har påpekats ovan kan jeten uppvisa dålig riktningsstabilitet och sålunda skapa instabil alstring av laserplasma. För bemötande av detta värms munstyckets 6 ände 10 lokalt, d.v.s. nära munstyckets utlopp, medelst något organ beskrivet nedan.

Värmningen av munstyckets ände 10 är företrädesvis lokal, eftersom en generell uppvärmning av det flytande xenonet skulle kunna leda till att en spray bildas istäl- let för en spatialt kontinuerlig jet 2. Det finns flera metoder för inducering av en sådan lokal värmning. En är resistiv värmning av änden 10 genom applicering av en tunn resistiv tråd ll (diameter på några mikrometer eller större) vid munstyckets ände 10, och matning av en ström genom tråden ll. Strömmen, och sålunda värmningen, bör justeras så att de hydrodynamiska egenskaperna av det flödande xenonet inuti munstycket 6 inte förändras märk- bart, samtidigt som utloppets temperatur ökas tillräck- ligt för att förbättra riktningsstabiliteten hos jeten 2, förmodligen genom avlägsnande av fruset material eller fragment bildat genom avdunstning på munstyckets utlopp. w h.. 10 15 20 25 30 u) U1 520 087 13 Alternativt kan den resistiva tråden ll bytas ut mot elektroder (ej visade) med korrekt resistivitet, vilka föràngas vid munstyckets ände 10. Andra metoder för värm- ning av änden 10 innefattar lokal absorption av kontinu- erligt laserljus eller annan elektromagnetisk strålning som fokuseras mot änden lO. I detta sammanhang är det fö- redraget att öppningen behandlas med syfte att förbättra och/eller ytterligare lokalisera absorptionen av strål- ningsenergin, exempelvis genom åstadkommande av ett ab- sorberande eller ledande arrangemang, såsom en beläggning eller en antenn (ej visad), på änden 10. Pulsat laserljus kan också användas, och i detta fall kan det inte uteslu- tas att en förbättrad riktningsstabilitet även beror på andra faktorer än just värmning, exempelvis ablation av fruset material.

Den värmning som beskrivs ovan leder till tillräck- lig spatial stabilitet (i några mikrometer) för att la- serplasmaproduktion med en laserstràle 1', som är fokuse- rad till ungefär samma storlek som diametern hos jeten 2, skall medges.

Effektiviteten hos uppfinningen visas än tydligare av de experimentella resultat som presenteras i figurerna 2 och 3. Figur 2 visar flödet av alstrad strålning som funktion av tiden i en anordning som arbetar med laser- plasmaproduktion fràn en kontinuerlig jet av flytande xe- non, men utan någon värmning av munstyckets utlopp. Figur 3 visar flödet av alstrad strålning som funktion av tiden i en motsvarande anordning med värmning av munstyckets utlopp. Uppenbarligen minskar värmningen fluktuationer mellan pulser i det alstrade röntgen- eller EUV- stràlningsflödet.

I den utföringsform som visas i figur l fokuseras laserstrålen 1' medelst en sfärisk lins 12 till en punkt som har en diameter på omkring fem till några hundra mik- rometer. Givet vätskejetens 2 hastighet kommer huvuddelen av vätskan 2 sålunda inte att användas för laserplasma- produktion, vilket för många vätskor leder till en ökning 10 15 20 25 30 U) U'| 520 087 14 av trycket i vakuumkammaren 3 på grund av avdunstning.

Lågt tryck bibehålles med en vakuumpump 13, som vanligen håller kammartrycket vid 104-104 mbar under drift. Yt- terligare ansträngningar för att hålla trycket lågt kan innefatta exempelvis en köldfälla (ej visad) som fångar upp den oanvända vätskan. Andra medel är användning av ett differentialpumpningsschema, vilket också kan inne- fatta återvinning av xenongasen, vilket är tilltalande från ett màlkostnadsperspektiv. Alternativt (ej visat) kan munstycket 6 placeras utanför den huvudsakliga vaku- umkammaren 3 och spruta in jeten 2 igenom en mycket liten apertur. I det fallet kan en mekanisk avbrytare eller elektriska avlänkningsorgan (ej visade) utanför den hu- vudsakliga vakuumkammaren 3 användas för tillhandahållan- de av enbart den önskade mängden vätska till den huvud- sakliga vakuumkammaren 3.

Det skall påpekas att beskrivningen ovan endast ges i belysande syfte, och att flera modifikationer är tänk- bara inom ramen för uppfinningen. Exempelvis skulle ett utdraget laserfokus kunna skapas över en bestämd längd av jeten, exempelvis medelst en eller flera cylinderlinser (ej visade) i kombination med en eller flera sfäriska linser, vilket resulterar i ett utdraget EUV-emitterande plasma. Semikontinuerlig eller pulsad jet kan inom ramen för uppfinningen tillämpas i vissa fall. Denna typ av jet består av separata, spatialt kontinuerliga partier som genereras genom utsprutning av vätska igenom munstycket endast under korta tidsperioder. Till skillnad från vissa av de metoder som har beskrivits ovan, kräver detta någon form av ventil (ej visad) för matning av flytande xenon till munstycket.

Genereringen av en riktningsstabil vätskestråle av kondenserad gas för laserplasmaproduktion av röntgen- och EUV-strålning har ovan beskrivits med användande av xenon som ett exempel. Xenon förmodas vara speciellt viktigt på grund av dess höga Z (vilket resulterar i hög konverte- ringseffektivitet), dess inneboende ädelgaskaraktär (vil- 10 15 20 25 30 b) Ul 520 087 15 ket leder till minimal skada pà känsliga komponenter som är placerade nära plasmat) och dess lämpliga emissions- spektrum (som överensstämmer med kraven för projektions- litografi med EUV i váglängdsomràdet 10-15 nm, och kon- taktlitografi i vàglängdsomràdet 1-2 nm).

Utan att uppfinningen begränsas till nägra exempel, skall det nämnas att andra kondenserade gaser kan använ- das för riktningsstabil drift av vätskejetmàl med laser- plasma för andra specifika tillämpningar. Flytande kväve har ett passande emissionsspektrum för röntgenmikroskopi vid vattenfönstret, se exempelvis artikeln ”Cryogenoc li- quid-jet target for debris-free laser-plasma soft X-ray generation” av Berglund et al., publicerad i Rev. Sci.

Instrum. 69, sid. 2361, 1998. Argon emitterar vid nägra få keV, och har potentiell användning vid röntgenabsorp- tions- och fluorescensstudier. Syre och kväve skulle kun- na användas för ytkänslig fotoelektronspektroskopi. Tunga málelement, speciellt i kombination med lasrar med hög toppeffekt, kommer att leda till högre energiemission, vilket skulle kunna vara lämpligt för t.ex. röntgendiff- raktion för kristallografi eller proteinstrukturbestäm- ning.

Det skall påpekas att riktningsstabiliteten hos je- ten skulle kunna förbättras med andra medel som minskar deponeringen av fruset material pà, eller nära, utlopps- öppningen. En skyddande beläggning som förhindrar eventu- ell deponering (fuktning) av màlvätska skulle kunna an- ordnas pà utloppet, företrädesvis nära utloppsöppningen.

Alternativt, eller dessutom, skulle den geometriska for- men hos utloppet kunna optimeras för förhindrande av sà- dan deponering (fuktning). Den öppningsdefinierande, dis- tala väggen hos utloppet skulle exempelvis kunna lutas i utloppets longitudinella riktning. I speciella fall skul- le dessa åtgärder för beläggning/formning av utloppet kunna användas utan den uppfinningsmässiga värmningen av utloppet.

| ~ V . . .

Claims (32)

lO 15 20 25 30 35 520 Û87:ï_j¿:jj§-.__,f _ 16 PATENTKRAV

1. Förfarande för alstring strålning, (6) riktning från utloppet igenom ett utlopp (6), energistråle växelverkar med jeten (2) eller EUV-strålning, steget att styra temperaturen på nämnda utlopp för generering av en jet av röntgen- eller EUV- innefattande stegen att pressa en substans i en (2) och att rikta åtminstone en (l') mot jeten (2), vilken energistråle (l') för alstring av nämnda röntgen~ kännetecknat av det ytterligare (6) genom uppvärmning av detsamma så att riktningen för jeten (2) är stabil i tiden.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid nämnda steg att styra temperaturen innefattar att åstadkomma ohmsk uppvärmning av utloppet (6), företrädesvis vid en mynning därav.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid nämnda steg att styra temperaturen innefattar att rikta strålningsenergi mot nämnda utlopp

4. Förfarande enligt något (2) kondenserat tillstånd. varvid nämnda jet lämnar

5. Förfarande enligt något varvid substansen innefattar flytande tillstånd innan den (6). (6). av föregående patentkrav, utloppet (6) i ett av föregående patentkrav, en gas som är kyld till ett pressas igenom nämnda utlopp

6. Förfarande enligt patentkrav 5, varvid gasen är en väsentligen inert gas,

7. Förfarande enligt något energistrålen (l') kontinuerligt parti av nämnda jet såsom en ädelgas. av patentkraven 1-6, varvid växelverkar med ett spatialt (2). lO 15 20 25 30 u) UI .v =..« 520 087 17

8. Förfarande enligt något av patentkraven l-6, varvid energistràlen (l') växelverkar med åtminstone en droppe av nämnda jet (2).

9. Förfarande enligt något av patentkraven 1-6, varvid energistràlen (l') växelverkar med en spray av droppar eller kluster som är bildade ur nämnda jet (2).

10. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, varvid nämnda jet (2) tillåts frysa innan den växelverkar med nämnda energistràle (l').

11. ll. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, (l') laserstrålning, vilken växelverkar med nämnda jet (2) för varvid nämnda energistràle innefattar pulsad bildande av ett plasma (P) som emitterar nämnda röntgen- eller EUV-strålning.

12. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, (l') (2) för att väsentligen matcha en transversell dimension (l') varvid nämnda energistràle fokuseras mot nämnda jet av energistràlen med en transversell dimension av nämnda jet (2).

13. Förfarande enligt patentkrav 7, varvid nämnda (l') sammanfalla med nämnda spatialt kontinuerliga parti över energistràle fokuseras för att väsentligen en längd därav.

14. Anordning för alstring av röntgen- eller EUV- strålning, innefattande en energikälla (l) som emitterar (l'), en målgenerator (4-ll) för att (6), som riktar energistràlen (l') åtminstone en energistràle som pressar en substans igenom ett utlopp (6) generera en jet (2) i en riktning från utloppet samt (12) (2), varvid nämnda röntgen- eller EUV- en strålstyrenhet mot nämnda jet 10 15 20 25 30 35 520 087 ~ | » . U 18 strålning alstras genom att energistrålen (1') (2), innefattar ett organ kännetecknad av att (ll) temperatur genom växelverkar med nämnda jet (4-ll) styrning av nämnda utlopps (6) màlgeneratorn för uppvärmning av detsamma på ett sådant sätt att riktningen för nämnda jet (2) är stabil i tiden.

15. Anordning enligt patentkrav 14, varvid temperaturstyrningsorganet innefattar ett resistivt (11) samt en kraftaggregat som är anslutet till det (11) genom ohmsk uppvärmning. element (6), resistiva elementet som är anordnat i förening med nämnda utlopp för värmning av utloppet (6)

16. Anordning enligt patentkrav 14, varvid (ll) stràlningsvärmare som riktar strålningsenergi mot nämnda temperaturstyrningsorganet innefattar en utlopp (6).

17. Anordning enligt patentkrav 16, varvid utloppet (6) innefattar organ som åstadkommer förbättrad och/eller avgränsad absorption av strålningsenergin.

18. Anordning enligt något av patentkraven 14-17, varvid màlgeneratorn (4-11) är anordnad att generera nämnda jet (2) på ett sådant sätt att den föreligger i kondenserat tillstånd när den lämnar utloppet (6).

19. Anordning enligt något av patentkraven 14-18, varvid substansen innefattar en gas, och màlgeneratorn (4-11) är anordnad att kyla nämnda gas till ett flytande tillstånd innan den pressas igenom utloppet (6).

20. Anordning enligt patentkrav 19, varvid gasen är en väsentligen inert gas, såsom en ädelgas. lO 15 20 25 30 (kr U! 1 . . - I . n. m. 19

21. Anordning enligt något av patentkraven 14-20, varvid (4-11) spatialt kontinuerligt parti, åtminstone en droppe eller màlgeneratorn är styrbar för att àstadkomma ett en spray av droppar eller kluster för energistràlen (l') att växelverka med.

22. Anordning enligt nàgot av patentkraven 14-21, varvid utloppet (6) är anordnat att generera nämnda jet (2) i en kammare (3), och varvid ett konditioneringsorgan (13) är anordnat att styra atmosfären i kammaren (3) på ett sàdant sätt att nämnda jet (2) fryser vid inträde i kammaren (3).

23. Anordning enligt något av patentkraven 14-22, varvid energikällan innefattar en laser (1) som emitterar (l') vilken stràle (l') växelverkar med nämnda jet (2) för att bilda ett plasma (P) EUV-strålning. àtminstone en stràle av pulsad laserstràlning, som emitterar nämnda röntgen- eller

24. Anordning enligt nàgot av patentkraven 14-23, varvid (12) mot nämnda jet (2) stràlstyrenheten är anordnad att fokusera nämnda (l') matcha en transversell dimension hos energistràlen (l') energistràle för att väsentligen med en transversell dimension hos nämnda jet (2).

25. Anordning enligt patentkrav 21, varvid (12) energistràle (l') så att den väsentligen sammanfaller med stràlstyrenheten är anordnad att fokusera nämnda nämnda spatialt kontinuerliga parti över en längd därav.

26. Användning av strålning som är alstrad medelst ett förfarande enligt nàgot av patentkraven 1-13 eller en anordning enligt nàgot av patentkraven 14-25 för röntgenmikroskopi. 10 15 20 25 30 520 087 :z__z:ajj¿ ¿"¿f'ff 20

27. Användning av strålning som år alstrad medelst ett förfarande enligt något av patentkraven 1-13 eller en anordning enligt något av patentkraven 14-25 för kontaktlitografi.

28. Användning av strålning som är alstrad medelst ett förfarande enligt något av patentkraven 1-13 eller en anordning enligt något av patentkraven 14-25 för projektionslitografi med EUV.

29. Användning av strålning som är alstrad medelst ett förfarande enligt något av patentkraven 1-13 eller en anordning enligt något av patentkraven 14-25 för fotoelektronspektroskopi_

30. Användning av strålning som är alstrad medelst ett förfarande enligt något av patentkraven 1-13 eller en anordning enligt något av patentkraven 14-25 för röntgenfluorescens.

31. Användning av strålning som är alstrad medelst ett förfarande enligt något av patentkraven 1-13 eller en anordning enligt något av patentkraven 14-25 för röntgendiffraktion.

32. Användning av strålning som är alstrad medelst ett förfarande enligt något av patentkraven 1-13 eller en anordning enligt något av patentkraven 14-25 för medicinsk diagnostik.