SE522150C2 - Förfarande och apparat för alstring av röntgenstrålning samt användning därav - Google Patents

Description

20 25 30 35 522 150 a n u v nu n o; n.. 2 möjligt, d.v.s. att uppnå hög ljustäthet. I konventionella källor med solida mål avges röntgen- strålning både som kontinuerlig bromsstrålning och karaktäristisk linjeemission, varvid de specifika emissionsegenskaperna beror på vilket målmaterial som används. Den energi som inte omvandlas till röntgen- strålning deponeras huvudsakligen i form av värme i det solida målet. Den primära faktorn som begränsar effekten, och ljustätheten, hos röntgenstràlning som utstràlas från ett konventionellt röntgenrör är uppvärmningen av anoden.

Närmare bestämt måste elektronstrålens effekt begränsas så mycket att anodmaterialet inte smälter. Flera olika förfaringssätt har introducerats i syfte att öka effekt- gränsen. Ett sådant förfaringssätt innefattar kylning och rotering av anoden, se till exempel kapitel 3 och 7 i ”Imaging Systems for Medical Diagnostics”, E. Krestel, Siemens Aktiengesellschaft, Berlin och München, 1990. Ãven om den kylda, roterande anoden kan utstå en högre elektronstràleffekt, är dess ljustäthet fortfarande begränsad av den lokala uppvärmningen av elektronstrålens fokalfläck. Även den genomsnittliga effektbelastningen är begränsad, eftersom samma målmaterial används vid varje varv. Vanligen arbetar källor med mycket hög intensitet för medicinsk diagnostik vid 100 kW/mmz, och lågeffekts- mikrofokusapparater enligt känd teknik vid 150 kW/mmz.

Tillämpningar inom mjukröntgen- och EUV-våglängds- området (några få tiotals eV till några få keV) inne- fattar exempelvis nästa generations litografi- och röntgenmikroskopisystem. Ända sedan 1960-talet har stor- leken av konstruktionerna som utgör basen för integrerade kretsar minskat kontinuerligt. Fördelen därmed är snab- bare och mer komplexa kretsar som kräver mindre effekt.

För närvarande används fotolitografi för industriell produktion av sådana kretsar, vilka har en linjebredd på omkring 0,13 um. Denna teknik kan förväntas vara tillämp- bar ner till omkring 0,1-0,07 pm. För ytterligare reduktion av linjebredden kommer andra förfaranden 10 15 20 25 30 35 522 150 3 sannolikt att erfordras, av vilka EUV-projektionslito- grafi är en stark kandidat, se till exempel ”International Technology Roadmap for Semiconductors”, International SEMATECH, Austin TX, 1999. Vid EUV- projektionslitografi används ett reducerande EUV- objektivsystem i våglängdsområdet omkring 10-20 nm.

I mjukröntgen- och EUV-området, används normalt ett annat förfaringssätt för alstring av strålning, jämfört med det konventionella alstrandet av hårdröntgenstrålning som diskuterats ovan, eftersom konverteringsgraden från elektronstràlenergi till mjukröntgenstrålning, i solida mål, vanlig teknik för alstring av mjukröntgen- och EUV- i allmänhet är för låg för att vara användbar. En strålning är istället baserad på vârmning av mål- materialet för produktion av en het, tät plasma med användande av intensiv (omkring 10”-10” W/cnf) laser- strålning, såsom visas i kapitel 6 i ”Soft X-rays and Extreme Ultraviolet Radiation: principles and application", D.T. Attwood, Cambridge University Press, 1999. Dessa så kallade laserproducerade plasmer (LPP) emitterar både kontinuerlig strålning och karaktäristisk linjeemission, varvid de specifika emissionsegenskaperna beror på målmaterialet och plasmatemperaturen.

Traditionella LPP-röntgenkällor, som använder solida målmaterial, hämmas av icke önskat avgivande av skräp (”debris”) samt av begränsningar avseende omlopps- hastigheten och oavbruten användning, varför tillförseln av målmaterial blir en begränsande faktor. Detta har lett till utvecklingen av regenerativa mål som avger en liten mängd skräp, innefattande gasjetar (se till exempel US-A-5 577 092, based on gas jets” av Kubiak m.fl., publicerad i OSA Trends in Optics and Photonics, nr 4, sid 66, 1996) vätskejetar (se till exempel US-A-6 002 744, och artikeln och artikeln ”Debris-free EUVL sources och ”Liquid-jet target for laser-plasma soft x-ray generation” av Malmqvist m.fl., publicerad i Review of nr 67, sid 4150, 1996).

Scientific Instruments, Dessa mål 10 15 20 25 30 35 522 150 v ø I | no v oo nu 4 har använts i stor utsträckning i LPP-källor för mjuk- röntgen och EUV. Användbarheten hos LPP-källor begränsas emellertid av den relativt låga konverteringsgraden från elektrisk energi till laserljus och sedan från laserljus till röntgenstràlning, vilken framtvingar användning av dyra högeffektlasrar.

Alldeles nyligen har elektronstrålsexitering av gasjetmål provats för direkt, icke-termisk alstring av mjukröntgenstrålning, om än med relativt låg effekt och ljustäthet i den resulterande strålningen, se Ter- Avetisyan m.fl., Proceedings of the SPIE, nr 4060, sid 204-206, 2000.

Det finns även stora anläggningar såsom synkrotron- ljuskällor, vilka producerar röntgenstràlning med hög genomsnittlig effekt och ljustäthet. Det finns emellertid många tillämpningar som kräver kompakta, småskaliga system som producerar röntgenstràlning med förhållandevis hög genomsnittlig effekt och ljustäthet. Kompakta och billigare system ger bättre tillgänglighet för tillämpningsanvändaren och har därför potentiellt ett högre värde för vetenskapen och samhället.

Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att lösa eller lindra de problem som har beskrivits ovan. Upp- finningen syftar i synnerhet till att åstadkomma ett förfarande och en apparat för alstring av röntgenstràlning med mycket hög ljustäthet, i kombination med förhållandevis hög genomsnittlig effekt.

Uppfinningen har även som syfte att åstadkomma en kompakt och förhållandevis billig apparat för alstring av röntgenstràlning.

Den uppfinningsenliga tekniken ska även åstadkomma stabil och okomplicerad alstring av röntgenstràlning, med minimal produktion av skräp. 10 l5 20 25 30 35 522 150 ø n | ø .n nu nu: 5 Ett ytterligare syfte är att åstadkomma ett för- farande och en apparat som alstrar strålning som är lämplig för medicinsk diagnostik och materialinspektion. Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande och en apparat som passar för användning vid litografi, icke-förstörande provning, mikroskopi, kristallanalys, ytfysik, materialvetenskap, röntgenfoto- spektroskopi (XPS), röntgenfluorescens, proteinstruktur- bestämning med hjälp av röntgendiffraktion samt andra röntgentillämpningar.

Dessa och andra syften, som kommer att tydliggöras i den följande beskrivningen, uppnås helt eller delvis med förfarandet och apparaten enligt de oberoende kraven 1 respektive 16. De beroende kraven definierar föredragna utföringsformer.

Beroende på materialet i vätskejeten, temperaturen, hastigheten och diametern av jeten samt på strömmen, spänningen och storlek på elektronstrålens fokalflâck, medges drift i ettdera av två driftslägen. I ett första driftsläge, som faller inom ramen för patentkraven, alstras hårdröntgenstràlning genom direkt omvandling av energin i elektronstràlen till bromsstràlning och karaktäristisk linjeemission, väsentligen utan att jeten värms till en plasmaskapande temperatur. I ett andra driftsläge, som inte faller inom ramen för patentkraven, alstras mjukröntgen- eller EUV-strålning genom värmning av jeten till en plasmaskapande temperatur. Uppfinningen ger betydelsefulla förbättringar jämfört med tidigare känd teknik.

I det första driftsläget ger vätskejeten ett flertal fördelar jämfört men den solida anod som konventionellt används vid alstring av hårdröntgenstràlning. I synnerhet har vätskejeten en tillräckligt hög täthet för att medge av en hög ljustäthet och effekt i den alstrade strål- ningen. Jeten är dessutom regenerativ till sin natur, varför målmaterialet inte behöver kylas. Målmaterialet kan i själva verket förstöras, d.v.s. värmas till en 10 15 20 25 30 35 522 150 a c s u nu on nu .nu 6 temperatur över sin smälttemperatur, på grund av vätske- jetens regenerativa natur. Elektronstrålens effekttäthet vid målmaterialet kan sålunda ökas väsentligt jämfört med icke-regenererativa mål. Jeten kan dessutom ges en mycket hög utbredningshastighet genom samverkandeomràdet. Jäm- fört med konventionella, stationära eller roterande anoder, kan mer energi avsättas i en sådan snabbt ut- bredande jet beroende på den i motsvarande grad höga takt som material transporteras in i samverkandeomràdet.

Kombinationen av dessa särdrag medger en väsentlig ökning av ljustâtheten hos den alstrade härdröntgenstràlningen.

Användningen av ett litet, regenerativt höghastighetsmål med hög täthet i form av en vätskejet ska sålunda normalt ge en hundrafaldig ökning i ljustâtheten hos den alstrade hårdröntgenstrålningen, jämfört med konventionella tekniker.

I syfte att uppnå den effekttäthet som medges genom detta nya, regenerativa mål, bör företrädesvis elektron- strålen vara ordentligt fokuserad på målet. Accelera- tionsspänningen som används för alstring av elektron- strålen kommer vanligen att vara i storleksordningen 5- 500 kV, men kan vara högre. Strålströmmen är normalt i storleksordningen 10-100 mA, men kan vara högre.

Det andra driftsläget, som dock inte faller inom ramen för patentkraven, utgår från den grundläggande insikten om att åtminstone en elektronstrále kan användas istället för en laserstràle för bildande av ett plasma som utstrålar mjukröntgen- eller EUV-strålning. Jämfört med konventionell utrustning, som är baserad på det ovan diskuterade LPP-konceptet, medger förfarandet och appa- raten enligt uppfinningen en väsentlig ökning av den övergripande konverteringsgraden (”wall-plug conversion efficiency”), samt lägre kostnad och komplexitet. Andra tilltalande egenskaper innefattar låg emission av skräp, väsentligen obegränsad repetitionshastighet och möjlighet till oavbruten användning. lO 15 20 25 30 35 522 150 .nas a n un nu 7 I det andra driftsläget, bör elektronkällan normalt leverera i storleksordningen 10”-IOBW/ca? till sam- verkandeområdet för att åstadkomma den önskade plasma- temperaturen. Detta kan enkelt uppnås genom att elektron- källan drivs så att den alstrar en pulsad elektronstråle, varvid pulslängden företrädesvis anpassas till storleken på jeten. Elektronstràlens repetitionshastighet avgör sedan den genomsnittliga effekten i den alstrade röntgen- eller EUV-strålningen. När man använder en pulsad elektronstråle, kan jeten störas av den diskontinuerliga samverkan med elektronstrålen. Utbredningshastigheten bör på grund av detta företrädesvis vara så hög att jeten år kapabel att stabilisera sig mellan varje elektronstrål- puls.

Det ska noteras att elektronstràlen kan vara pulsad eller kontinuerlig i både det första och det andra driftslâget.

I båda driftslägena fokuseras företrädesvis elektronstràlen på jeten för att väsentligen anpassa storleken på elektronstràlen till storleken på jeten, syftande till optimalt utnyttjande av den tillgängliga elektronstråleffekten. I detta sammanhang kan ett linje- fokus användas istället för ett punktfokus, varvid den transversella dimensionen av linjefokuset år väsentligen anpassat till den transversella dimensionen av jeten.

Jeten alstras företrädesvis med en diameter på omkring 1- 100 pm, men kan vara så stor som millimetrar. Strålningen kommer därigenom att utstrålas med hög ljustäthet från ett litet samverkande område. För bättre utnyttjande av den alstrade utstrålningen, kan förfarandet och apparaten enligt uppfinningen naturligtvis användas i kombination med röntgenoptik, såsom polykapillära linser, sammansatta brytningslinser (”compound refractive lenses”) eller röntgenspeglar.

Företrädesvis alstras vätskejeten genom pressning av en substans genom ett utloppsöppning, såsom ett munstycke eller en mynning, normalt med hjälp av en pump och/eller 10 l5 20 25 30 35 522 150 ÄR? 8 en trycksatt reservoar som ger ett tryck inom området 0,5-500 MPa, för att framkalla en jetutbredningshastighet på omkring 10-1000 m/s från utloppsöppningen. Substansen är inte begränsad till material som normalt är i flytande tillstànd, utan kan även innefatta ett fast ämne, till exempel en metall, som är upphettat till ett flytande tillstànd innan det pressas genom utloppsöppningen, eller en gas, till exempel en ädelgas, som är kyld till ett flytande tillstànd innan den pressas genom utlopps- öppningen. Alternativt kan substansen innefatta material som är upplösta i ett flytande bärmedium. Man kan även pressa en gasformig substans genom utloppsöppningen, förutsatt att den gasformiga substansen är kapabel att bilda en vätskejet efter att ha pressats genom utlopps- öppningen. Efter dess bildning, kan vätskejeten anta olika hydrodynamiska tillstànd. Làngsamma jetar är normalt laminära och bryts upp till droppar under påverkan av ytspânning, medan snabba jetar är mer eller mindre turbulenta och är spatialt kontinuerliga i ett övergàngsområde innan de övergår till en spray. Varje typ av hydrodynamiskt tillstànd hos jeten kan användas med den uppfinningsenliga tekniken. I en annan tänkbar utföringsform tillåts jeten att frysa innan den samverkar med emissionsstràlen.

Beroende pà typen av substans, kan jeten dessutom antingen vara elektriskt ledande eller inte. Detta har inverkan pà transporten av laddning som avsätts i jeten vid samverkandeomràdet. Om jeten år elektriskt ledande, kan laddningen föras bort genom själva jeten, så att jeten förblir vid väsentligen jordpotential. Om à andra sidan jeten inte är ledande, kan den avsatta laddningen avlägsnas fràn samverkandeomràdet genom rörelsen av själva jeten. Varje uppbyggnad av laddning i samverkande- omràdet kan påverka fokuseringen av elektronstràlen. Med en icke-ledande jet kan en hög utbredningshastighet vara fördelaktig, för att minimera uppbyggnaden av laddning. n.-vø 10 15 20 25 30 35 522 150 9 Gasatmosfären kan variera inom den uppfinningsenliga apparaten. Den nödvändiga inställningen av gasatmosfåren i apparaten beror på både den alstrade strålningens önskade våglängd och typen av elektronkälla. Normalt är behovet av en vakuummiljö högre vid elektronkällan än vid samverkandeområdet. Man kan använda lokala gastryck och differentiella pumpsystem för att upprätthålla olika tryck i olika delar av apparaten.

Kortfattad beskrivning av ritningen Uppfinningen kommer nu att beskrivas i exempli- fierande syfte med hänvisning till den bilagda ritningen, vilken illustrerar en för närvarande föredragen utföringsform, och som är en schematisk vy över en uppfinningsenlig apparat för alstring av röntgenstràlning genom samverkan mellan en elektronstråle och en vätskejet.

Beskrivning av föredragna utföringsformer Apparaten som visas på ritningen innefattar en kammare 1, en elektronkälla 2, och en målgenerator 3.

Elektronkällan 2 är anordnad att utsända en pulsad eller kontinuerlig elektronstråle 4 in till kammaren 1 och att fokusera elektronstrålen 4 på ett mål 5, vilket har genererats av målgeneratorn 3. Även om det inte visas på ritningen, kan fler än en elektronstråle 4 alstras, varvid elektronstràlarna fokuseras från en eller flera riktningar på målet 5. Elektronkällan 2, vilken inne- fattar accelererande och fokuserande organ (visas ej), kan ha konventionell konstruktion och drivs av en elektrisk spänningsförsörjare 6. Beroende på elektron- strålens 4 önskade egenskaper, kan elektronkällan 2 vara allt från en enkel katodkälla till en komplex högenergi- källa, exempelvis av racetrack-typ.

Såsom kommer att beskrivas ytterligare nedan, alstras röntgenstràlning (angiven med pilar pà ritningen) genom att strålen 4 samverkar med målet 5 inuti kammaren 10 15 20 25 30 35 522 150 n o v ~ nu o 10 1. Normalt àstadkoms en vakuummiljö i kammaren 1, på grund av krav på elektronkällan 2. Absorptionen av mjukröntgen- och EUV-strålning i material kräver dessutom ofta en högvakuummiljö.

För bildandet av ett mikroskopiskt och spatialt stabilt màl 5 i vakuummiljö, anordnas màlgeneratorn 3 för alstring av en spatialt kontinuerlig jet 5 från en sub- stans i flytande tillstànd. Mälgeneratorn som visas pà ritningen innefattar en reservoar 7 och en jetbildande utloppsöppning 8, vanligen en munstycksöppning, vilken är ansluten till ett vätskeutlopp fràn reservoaren 7 och mynnar i kammaren 1. Reservoaren 7 inrymmer substansen fràn vilken jeten ska bildas. Beroende på typen av sub- stans, kan reservoaren 7 förses med kyl- eller värme- element (visas ej) för bibehållande av substansen i flytande tillstànd medan den pressas genom utlopps- öppningen 8 vid högt tryck, normalt 0,5-500 Mpa, vanligen genom matning av gas under högt tryck till reservoarens 7 gasintag 7”. Utloppsöppningens 8 diameter är vanligen mindre än omkring 100pm. Den resulterande jeten 5, vilken är stabil och mikroskopisk och har väsentligen samma diameter som utloppsöppningen 8, utbreder sig normalt med en hastighet av omkring 10-1000 m/s i kammaren 1. Ãven om det inte visas på ritningen, kan jeten 5 utbreda sig till en uppbrottspunkt där den spontant bryts upp till smà droppar eller en spray, beroende pà i màlgeneratorns 3 driftsparametrar. avståndet till uppbrottspunkten bestäms huvudsakligen av de hydrodynamiska egenskaperna hos den flytande substansen, utloppetS 8 dimensioner och den flytande substansens hastighet.

När den flytande substansen lämnar utloppsöppningen 8, avkyls den genom föràngning. Det är därför tänkbart att jeten 5 fryser, så att inte nàgra droppar eller spray bildas.

Såsom visas pà ritningen, infaller elektronstràlen 4 pà jeten 5 innan jeten 5 spontant, eller genom stimu- lering, bryts upp till droppar, d.v.s. medan den fort- 10 15 20 25 30 35 522 150 u Q u n u. ll farande är en liten, kollimerad jet. Sålunda är området 9 för samverkan mellan strålen 4 och jeten 5 beläget i ett spatialt kontinuerligt parti av jeten 5, d.v.s. ett parti som har en längd som väsentligt överstiger dess diameter.

Apparaten kan därigenom drivas kontinuerligt eller semi- kontinuerligt för alstring av röntgenstrålning, såsom kommer beskrivas nedan. Detta angreppssätt resulterar vidare i tillräcklig spatial stabilitet i jeten 5 för att låta elektronstràlens fokalfläck på jeten 5 ha ungefärligen samma storlek som jetens 3 diameter. I fallet med en pulsad elektronstråle 4, mildrar detta angreppssätt också behovet av tidsmässig synkronisering av elektronkällan 2 med målgeneratorn 3. I vissa fall kan liknande fördelar uppnås med jetar som består av separata, spatialt kontinuerliga delar. Det bör emel- lertid understrykas, att varje bildande av kondenserad materia som kommer från en vätskejet kan användas som mål för elektronstrålen inom ramen för uppfinningen, må det vara flytande eller fast, spatialt kontinuerligt, droppar eller en spray av små droppar eller kluster.

Genom anpassning av elektronstràlens 4 egenskaper på rätt sätt i förhållande till målets 5 egenskaper, resul- terar samverkan mellan strålen 4 och jeten 5 i att strålningen emitteras från samverkandeomràdet 9 genom direkt konvertering, väsentligen utan att jeten 5 värms till en plasmaskapande temperatur. I det andra driftsläget är dessa egenskaper anpassade på så sätt att jeten 5 upphettas till en lämplig plasmaskapande temperatur. Valet av driftsläge beror på den alstrade strålningens önskade vàglängdsområde. Plasmabaserad drift är mest effektiv för alstring av mjukröntgen- och EUV- strålning, d.v.s. i området från några få tiotal eV till några få keV, medan däremot en väsentligen plasmafri, direktkonverterande drift är mer effektivt för alstring av hårdare röntgenstrålning, normalt i området från omkring 10 keV till omkring 1000 keV. 10 15 20 25 30 35 522 150 n v . . no e 12 I det följande kommer driften av apparaten i det första och det andra driftsläget att diskuteras i allmänna ordalag. Exempel på tänkbara utformningar ges också, utan begränsning av beskrivningen till dessa exempel.

I det första driftsläget, vilket i första hand är avsett för alstring av hårdröntgenstrålning för användning inom, bland annat, medicinsk diagnostik, styrs elektronkällan 2 på sådant sätt i förhållande till målets 5 egenskaper, att väsentligen ingen plasma skapas i sam- verkandeområdet 9. Hårdröntgenstrålning erhålls därigenom via bromsstrålning och karaktäristisk linjeemission.

Företrädesvis är avståndet från utloppsöppningen 8 till samverkandeområdet 9 tillräckligt långt, normalt 0,5-10 mm, för att stràl-jet-samverkan inte ska skada utloppet.

I en tänkbar utformning används en jet 5 av flytande metall som har en diameter på omkring 30 pm och en ut- bredningshastighet på omkring 600 m/s, varvid jeten 5 bestrålas omkring 10 mm bort från utloppsöppningen 8 med hjälp av en elektronstràle 4 på omkring 100 mA och 100 keV, vilken stråle fokuseras på jeten 5 för att uppnå en effekttäthet pà omkring 10 MW/mmz i samverkandeområdet 9.

Denna effekttäthet är ungefär en faktor 100 bättre än i konventionella system med solida mål, såsom diskuteras i inledningen. Med hjälp av uppfinningen kan en högupplöst bild erhållas med en kort expcneringstid. I detta första driftsläget är jeten 5 företrädesvis skapad av metaller som är upphettade till flytande tillstånd. I detta sammanhang bör tenn (Sn) vara enkelt att använda, även om andra metaller eller legeringar kan användas för alstring av strålning inom det önskade våglängdsområdet. Vidare är det även tänkbart att man använder helt andra substanser för alstring av jeten 5, såsom gaser som är kylda till ett flytande tillstànd eller material som är upplösta i ett flytande bärmedium.

Apparaten som drivs i det första driftsläget kan innefatta ett fönster (visas ej) som är genomsläppligt 10 15 20 25 30 35 522 150 nn u: 13 för röntgenstrålar för extrahering av den alstrade strål- ningen fràn kammaren 1 till utsidan, där patienter, eller andra föremål, kan avbildas. Genom att man använder en mikroskopisk vätskejet 5 som mål, alstras merparten av röntgenstràlningen från ett mycket litet samverkande- område 9, vilket resulterar i en hög ljustäthet.

I det andra driftsläget, som inte ligger inom ramen för patentkraven, vilket primärt är avsett för alstring av mjukröntgen- eller EUV-strålning för användning vid, bland annat, EUV-projektionslitografi, styrs elektronkällan 2 på sådant sätt, i förhållande till màlets 5 egenskaper, att ett plasma vid passande temperatur skapas i samverkandeområdet. Mjukröntgen- och/eller EUV-strålning erhålls därmed genom kontinuerlig och karakteristisk linjeemission. Företrädesvis bestrålar en pulsad elektronstràle 4 jeten 5, varvid elektronkällan 2 styrs så att ett plasma skapas vid varje elektronstrål- puls. Företrädesvis är avståndet från utloppsöppningen 8 till samverkanspunkten 9 tillräckligt lång, normalt 0,5- 10 mm, för att det skapade plasmat inte ska skada ut- loppet. I ett möjligt utförande används en jet 5 av flytande ädelgas, med en diameter på omkring 30 pm och med en utbredningshastighet på omkring 50 m/s, varvid jeten 5 bestràlas omkring 10 mm bort från utlopps- öppningen 8 med hjälp av en pulsad elektronstràle 4 på omkring 10 A och 1 MeV som drivs vid en repetitions- frekvens på omkring 50 Hz med en pulslängd på omkring 5 ns, varvid strålen 4 fokuseras på jeten 5 för erhållande av en effekttäthet pà omkring 10” W/cnF per puls i sam- verkandeområdet 9 och en genomsnittlig elekronstråleffekt på 2,5 kW. Ett sådant system skulle i runda tal ge den EUV-effekt som behövs för nästa generations system för EUV-projektionslitografi.

I detta andra driftsläge är de specifika egen- skapernas hos elektronstrålen 4 inte avgörande, så länge som den genomsnittliga effekten från densamma är till- räckligt hög och pulseffekten och pulstiden är anpassade 10 15 20 25 30 35 522 150 u ~ a v ao oo 14 till målet i syfte att erhålla den lämpliga plasma- skapande temperaturen i samverkandeområdet 9. I det andra driftsläget, bildas jeten 5 företrädesvis av en ädelgas som är kyld till flytande tillstånd, för undvikande av ytbeläggning pà känsliga komponenter inuti apparaten.

Till exempel är det känt från studier av laserplasma att kondenserad xenongas resulterar i stark röntgenstrålning i våglängdsområdet 10-12 nm (se till exempel artikeln ”Xenon liquid-jet laser-plasma source for EUV lithography”, av Hansson m.fl., publicerad i ”Proceedings of the SPIE”, volym 3997, 2000). ädelgas kan helt andra substanser användas för alstring Förutom kondenserad av jeten, såsom material som är upplösta i ett flytande bärmedium, eller smält metall.

En apparat som drivs i det andra driftsläget och som är utformad för användning vid litografi eller mikroskopi kan innefatta ett uppsamlingssystem av flerskiktsspeglar (visas ej) som samlar upp en stor del av den skapade EUV- eller mjukröntgenstràlningen och transporterar den till belysningsoptik och återstoden av litografi-/mikroskopi- systemet. Genom användning av ett mikroskopiskt mål i form av en jet 5 som är alstrad från en flytande sub- stans, kommer produktionen av skräp att vara mycket liten. Då apparaten drivs i det andra driftsläget, har den potential att åstadkomma samma prestanda som ett LPP- system, men till en lägre kostnad eftersom lasrar på flera kilowatt är mycket komplicerade och dyra. Vidare är den övergripande omvandlingsgraden (”wa1l-plug conversion efficiency”) mycket högre för elektronkällor än för lasrar.

Det ska även noteras att, när elektronkällan 2 drivs för alstring av röntgenstrålning enligt det första läget och/eller emitterar pulsad elektronstrålning, en stor del av den flytande substansen kan kvarstå opàverkad av elektronstràlen 4 och utbreda sig obehindrad genom kammaren 1. Detta skulle resultera i en ökning av trycket i kammaren 1 på grund av avdunstning. Detta problem kan 10 15 522 150 n o n n n n 15 lösas, till exempel, genom användning av ett differenti- erat pumpsystem, som visas pà ritningen, varvid jeten 5 samlas upp i en liten öppning 10 och sedan àterförs till reservoaren 7 med hjälp av en pump ll som komprimerar den uppsamlade substansen och matar den tillbaka till reservoaren 7.

Det bör inses att förfarandet och apparaten enligt uppfinningen kan användas för àstadkommande av strålning för medicinsk diagnostik, icke-förstörande provning, litografi, kristallanalys, mikroskopi, materialvetenskap, mikroskopisk ytfysik, bestämning av proteinstruktur genom röntgendiffraktion, röntgenfotospektroskopi (XPS), röntgenfluorescens eller i någon annan röntgentillämpning.

Claims (33)

10 15 20 25 30 522 150 16 PATENTKRAV

1. Förfarande för alstring av röntgenstràlning, innefattande stegen att skapa en vätskejet (5) som utbreder sig genom ett samverkandeomràde (9), och att rikta åtminstone en elektronstràle (4) mot jeten (5) i (9) så att strálen (4) jeten (5) för alstring av nämnda röntgenstràlning, samverkandeomràdet samverkar med k ä n n e t e c k n a t a v att förfarandet dessutom innefattar det ytterligare steget att styra elektron- stràlen (4) så att den samverkar med jeten (5) pà sådant sätt att bromsstràlning och karaktäristisk linjeemission alstras i hárdröntgenregionen, väsentligen utan att jeten (5) värms till en plasmaskapande temperatur.

2. Förfarande enligt krav l, varvid steget att skapa vätskejeten (5) innefattar att pressa en substans under tryck, företrädesvis i ett flytande tillstànd, genom en utloppsöppning (8).

3. Förfarande enligt krav 2, varvid substansen inne- fattar ett fast material, företrädesvis metall, som är upphettat till ett flytande tillstànd.

4. Förfarande enligt krav 2, varvid substansen inne- fattar en gas, företrädesvis en ädelgas, som är kyld till ett flytande tillstànd.

5. Förfarande enligt nàgot av kraven l-4, varvid jeten (5) är i ett fast tillstànd i samverkandeomrädet (9).

6. Förfarande enligt något av kraven 1-4, varvid jeten (5) är i ett flytande tillstànd i samverkandeomràdet (9). 10 15 20 25 30 35 522 150 17

7. Förfarande enligt något av de föregående kraven, varvid stràlen (4) samverkar med ett spatialt konti- nuerligt parti av jeten (5) i samverkandeomràdet (9).

8. Förfarande enligt krav 6, varvid stràlen (4) sam- verkar med åtminstone en droppe i samverkandeomràdet (9).

9. Förfarande enligt krav 6 eller 8, varvid stràlen (4) samverkar med en spray av droppar eller kluster i sam- verkandeomràdet (9).

10. Förfarande enligt något av de föregående kraven, varvid elektronstrålen (4) samverkar med jeten (5) på ett avstånd av i storleksordningen 0,5-10 mm från utlopps- öppningen (8).

11. ll. Förfarande enligt något av de föregående kraven, varvid elektronstrålen (4) fokuseras på jeten (5) för att väsentligen anpassa en tvärsnittsdimension hos elektron- strålen (4) med en tvärsnittsdimension hos jeten (5).

12. Förfarande enligt något av de föregående kraven, varvid jeten (5) alstras med en diameter på omkring 1- loooo pm.

13. Förfarande enligt något av de föregående kraven, varvid elektronstrålen (4) alstras med hjälp av en accelerationsspänning i storleksordningen 5-500 kV med en stràlström på i storleksordningen 10-1000 mA.

14. Förfarande enligt något av de föregående kraven, varvid åtminstone en pulsad elektronstråle (4) riktas mot jeten (5).

15. Förfarande enligt något av de föregående kraven, varvid åtminstone en kontinuerlig elektronstråle (4) riktas mot jeten (5). lO 15 20 25 30 35 522 150 18

16. Apparat för alstring av röntgenstrålning, innefattande en målgenerator (3) för skapande av en vätskejet (5) (9). åtminstone en elektronstråle (4) och riktande av nämnda som utbreder sig genom ett samverkande- område en elektronkälla (2) för åstadkommande av åtminstone en elektronstråle (4) mot jeten (5) i sam- verkandeomràdet (9), varvid nämnda strålning alstras genom att strålen (4) samverkar med jeten (5), kännetecknad av att elektronkällan (2) är styrbar för ombesörjning av samverkan mellan elektronstrålen (4) och jeten (5) så att bromsstrålning och karaktäristisk linjeemission alstras i hàrdröntgenområdet, väsentligen utan att jeten (5) värms till en plasmaskapande temperatur.

17. Apparat enligt krav 16, varvid målgeneratorn (3) är anpassad att pressa en substans, företrädesvis i ett flytande tillstånd, genom en utloppsöppning (8) för att skapa jeten (5) och utbreda densamma i riktning mot sam- verkandeområdet (9).

18. Apparat enligt krav 17, varvid substansen innefattar ett fast ämne, företrädesvis en metall, som är upphettat till ett flytande tillstånd.

19. Apparat enligt krav 17, varvid substansen innefattar en gas, företrädesvis en ädelgas, som är kyld till ett flytande tillstånd.

20. Apparat enligt något av kraven 16-19, varvid mål- generatorn (3) är styrbar för åstadkommande av konden- serad materia i samverkandeomràdet.

21. Apparat enligt något av kraven 16-20, varvid mål- generatorn (3) är styrbar för åstadkommande av ett spatialt kontinuerligt parti av jeten (5), åtminstone en 10 15 20 25 30 35 522 150 19 droppe eller en spray av droppar eller kluster i sam- verkandeområdet (9).

22. Apparat enligt något av kraven 16-21, varvid elektronkällan (2) är styrbar för inriktning av strålen (4) mot jeten (5) på ett avstånd av i storleksordningen 0,5-10 mm från utloppsöppningen (8).

23. Apparat enligt något av kraven 16-22, varvid elektronkällan (2) är styrbar för väsentlig anpassning av en transversell dimension av elektronstrålen (4) till en transversell dimension av jeten (5) genom fokusering av elektronstrålen (4) på jeten (5).

24. Apparat enligt något av kraven 16-23, varvid mål- generatorn (3) är anpassad att alstra jeten (5) med en diameter på omkring 1-10000 pm.

25. Apparat enligt något av kraven 16-24, varvid elektronkällan (2) är styrbar för alstring av elektron- strålen (4) med hjälp av en accelerationsspänning på i storleksordningen 5-500 kV, vilken elektronstràle (4) har en strålström på i storleksordningen 10-1000mA.

26. Apparat enligt något av kraven 16-25, varvid elektronkällan (2) är styrbar för alstring av åtminstone en pulsad elektronstràle (4).

27. Apparat enligt något av kraven 16-26, varvid elektronkällan (2) är styrbar för alstring av åtminstone en kontinuerlig elektronstràle (4).

28. Användning av strålning som är alstrad genom ett för- farande enligt något av kraven 1-15 eller med en apparat enligt något av kraven 16-27 för medicinsk diagnostik. lO 15 20 522 150 20

29. Användning av strålning som är alstrad genom ett för- farande enligt något av kraven 1-15 eller med en apparat enligt något av kraven 16-27 för icke-förstörande provning.

30. Användning av strålning som är alstrad genom ett för- farande enligt nàgot av kraven 1-15 eller med en apparat enligt något av kraven 16-27 för EUV-projektions- litografi.

31. Användning av strålning som är alstrad genom ett för- farande enligt något av kraven 1-15 eller med en apparat enligt något av kraven 16-27 för kristallanalys.

32. Användning av strålning som är alstrad genom ett för- farande enligt nàgot av kraven 1-15 eller med en apparat enligt något av kraven 16-27 för mikroskopi.

33. Användning av strålning som är alstrad genom ett för- farande enligt något av kraven 1-15 eller med en apparat enligt nàgot av kraven 16-27 för proteinstruktur- bestämning med hjälp av röntgendiffraktion.