WO2004110112A1 - Plasma-basierte erzeugung von röntgenstrahlung mit einem schichtförmigen targetmaterial - Google Patents

Plasma-basierte erzeugung von röntgenstrahlung mit einem schichtförmigen targetmaterial Download PDF

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WO2004110112A1
WO2004110112A1 PCT/EP2004/006263 EP2004006263W WO2004110112A1 WO 2004110112 A1 WO2004110112 A1 WO 2004110112A1 EP 2004006263 W EP2004006263 W EP 2004006263W WO 2004110112 A1 WO2004110112 A1 WO 2004110112A1
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WO
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target material
flow structure
vacuum chamber
irradiation
ray source
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/006263
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Faubel
Bernd Abel
Ales Charvat
Eugene Lougovoi
Jens Assmann
Jürgen TROE
Original Assignee
Max-Planck-Gesellschaft Zur Förderung De Wissenschaften E.V.
Georg-August-Universität Göttingen
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Filing date
Publication date
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Priority to US10/560,122 priority patent/US20110116604A1/en
Priority to JP2006515878A priority patent/JP2006527469A/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/003—X-ray radiation generated from plasma being produced from a liquid or gas
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/008—X-ray radiation generated from plasma involving a beam of energy, e.g. laser or electron beam in the process of exciting the plasma

Definitions

  • the invention relates to methods for plasma-based generation of x-rays with the features of the preamble of claim 1, x-ray sources for plasma-based generation of x-rays with the features of the preamble of claim 22 and methods for injecting a liquid target material into a vacuum chamber.
  • the emission of soft X-rays occurs from the plasma state, which emerges through a window in the chamber or is collected with an optical system.
  • the X-ray source according to EP 186 401 is limited to the use of mercury as a liquid target material. Accordingly, the x-ray radiation that can be generated is limited to certain spectral lines.
  • Another disadvantage of mercury is its relatively high vapor pressure, which causes problems with mercury trapping and contaminants in the chamber. Liquid metals are generally incompatible with the sensitive and extremely cost-intensive X-ray optics. So on gold optics z. B.
  • a general disadvantage of the conventional plasma-based generation of X-rays is the low conversion effectiveness in the irradiation of the target material in order to generate the plasma state.
  • the conversion effectiveness may be increased, but at the same time it becomes more difficult with the increasing atomic mass to provide the target material in the liquid state.
  • the efficiency of the conversion of, in particular, liquid target material into the plasma state that is to say the ratio of the atoms or molecules of the target material excited in the plasma state to the irradiated energy of the laser light, is therefore relatively low.
  • BAM Hansson et al. (“Proceedings of SPIE", Vol. 4688, 2002, pp. 102-109) indicated an efficiency of only 0.75% for the generation of EUV light.
  • the object of the invention is to provide improved methods, in particular for the plasma-based generation of x-rays, with which the disadvantages of conventional techniques are overcome and which are characterized in particular by an increased efficiency in the generation of plasma and thus the generation of x-rays and a simplified fo kissability of the external radiation to generate the Mark the plasma state with constant or reduced material input into the vacuum chamber.
  • the object of the invention is also to provide improved target materials for plasma-based X-ray generation (in particular soft X-rays or extreme UV radiation), with which the disadvantages of conventional target materials are overcome and which are suitable for implementing the methods according to the invention.
  • the target materials are intended in particular to solve the conventional problems in collecting the target material and to avoid the generation of impurities.
  • it is also an object of the invention to provide an improved x-ray source which is suitable for carrying out the improved methods for plasma-based x-ray steel production.
  • the invention is based on the general technical teaching, a process for the plasma-based generation of X-rays, in which target material in the form of a free flow structure is irradiated in a vacuum chamber to generate a plasma state, in which the X-rays are emitted, so that white -
  • the flow structure is formed with a surface that has different radii of curvature, the target material having a surface with a local minimum of curvature (local
  • the target material is therefore irradiated at a point where the flow structure is less curved than along the surrounding surface, or even relative to other parts of the surface is oppositely (negatively) curved. This means that the cross-sectional area of the flow structure is deformed, deviating from the conventionally realized circular shape, into an elongated shape or, if necessary, at least concave on one side.
  • a free flow structure is generally a flowing liquid with a defined surface, z. B. understood in the form of a jet or a liquid layer flowing apart.
  • the liquid flows freely, i.e. with a surface that is free on all sides and without binding to a carrier through the vacuum chamber.
  • the flow structure has a fixed spatial shape, which is therefore essentially unchangeable over time.
  • the advantages of the flow structure shaped according to the invention result from the following findings of the inventors.
  • the inventors have found that increasing the diameter of a conventionally formed beam of the target material results in a significant improvement in the efficiency of the plasma generation. It was found that the improvement is not due solely to a larger amount of substance in the focus of the external radiation, but to the following effect.
  • a beam of the target material with an enlarged diameter has a less curved surface, which is more favorable for the coupling in of the external radiation energy. On a less curved surface, a larger proportion of the focused radiation can strike the target material with a steeper angle of incidence, so that reflection losses are reduced.
  • the invention solves this contradiction in that the flow structure has a non-circular cylindrical shape completely or at least at the location of the irradiation.
  • the radius of curvature of the target surface can thus be maximized at least locally while the material input remains the same.
  • free liquid structures can be created in vacuum which, contrary to the striving caused by the surface tension to form a cylindrical or spherical shape to minimize the surface area, are sufficiently stable to achieve the desired flow structure or pattern to form.
  • Irradiation of the flow structure at a local minimum surface curvature has a number of advantages.
  • the angle of incidence of the radiation can be optimized. Reflection losses are reduced.
  • the efficiency of plasma generation can be increased significantly.
  • the target material can offer a larger, free area for irradiation while the material input remains the same. This simplifies the focusing of laser light on the target material and enables the structure of the X-ray source to be simplified.
  • a target material with a relatively high vapor pressure with smaller beam dimensions can be introduced without the X-ray intensity being greatly reduced.
  • an anisotropic X-ray emission takes place in the method according to the invention. This can be used to further increase efficiency in the generation of X-rays. Furthermore is the anisotropy the emitted x-ray radiation can be measured in relation to the target surface and can also be set by a predetermined rotation of the target surface.
  • the flow structure which is formed in a free-standing manner in the vacuum chamber is provided with an elongated cross-sectional area.
  • the cross-sectional area given perpendicular to the main flow direction of the flow structure has a greater extent in a main axis direction than in a different, e.g. B. 90 ° on the major axis direction minor axis direction.
  • the local minimum of curvature is thus given on at least one side of the flow structure, which corresponds to the minimum transverse extent of the cross-sectional area.
  • This embodiment of the invention has the particular advantage that the target material provides a particularly large area for external radiation in accordance with the minor axis direction.
  • the cross-sectional area preferably has an oval, e.g. B. elliptical or a rounded, rectangular shape.
  • the flow structure forms a free-standing liquid layer or liquid lamella at least at the location of the external radiation.
  • the surface of the liquid layer can locally form a flat or vanishingly slightly curved surface, into which externally irradiated laser light can be coupled in particularly effectively.
  • the external radiation in particular with laser light on the target material is essentially perpendicular to the surface before the local minimum of curvature, e.g.
  • reflection losses during the irradiation can advantageously best be reduced and the efficiency of the plasma generation increased accordingly.
  • the flow structure is generated with a target source which has a nozzle with a non-circular cross section. It has surprisingly been found that the flow shape, which is impressed on the flow structure with a flattened nozzle, for example, is retained in the vacuum chamber over sufficiently long flow lengths. Special advantages for the generation of a liquid layer can result if a nozzle with a slit-shaped cross section is used.
  • the flow structure has a concave surface at least on one side or preferably on both sides, i. H. has a surface with a negative radius of curvature
  • the thickness of the flow structure can advantageously be reduced, in particular at the site of the irradiation. The material released in the vacuum chamber during the irradiation can thus be reduced.
  • the use of a rotatable nozzle with a non-circular cross section enables the setting of a predetermined orientation of the nozzle and thus of the target material relative to the direction of the irradiation of the target material.
  • the nozzle can be adjusted around an axis in accordance with the main flow direction of the flow structure so that the irradiation development of the target material takes place substantially perpendicular to the surface of the flow structure.
  • the flow structure is generated with two primary rays of the target material brought together at an angle. At the point where the primary rays meet, an all-round spreading occurs upon collision, in which an essentially layered flow structure is generated.
  • This variant can have advantages with regard to the flexibility in setting the flow structure by varying the flow properties of the primary jets involved.
  • an axially symmetrical flow structure can advantageously be generated. If the primary jets are brought together in opposite directions at an angle of 180 °, an axially symmetrical flow structure can advantageously be generated. If the primary beams are brought together at a smaller angle, there may be advantages for the structure of the X-ray source. Intersection angles of the primary beams are preferably chosen to be less than or equal to 180 ° (such as 120 °), in particular less than or equal to 90 °.
  • Another particular advantage of the invention is that the generation of the flattened flow structure with the known target materials for generating X-rays, such as. As water, glycerol, alcohol, liquefied gas, in particular liquefied noble gas, such as. B. Xenon or liquid metal can be realized.
  • a target material consisting of at least one hydrocarbon compound which comprises at least one polymer which is liquid at room temperature is preferred. The use of liquid, polymeric hydrocarbon compounds has one
  • the liquid, polymeric target material is not volatile. Hardly volatile substances can be removed particularly easily from a vacuum chamber in which the plasma is excited to generate radiation. The substances can be caught directly as a liquid in a trap and separated there under their own vapor pressure. A further vacuum system for evacuating the trap is not absolutely necessary, so that the structure of the X-ray source is considerably simplified.
  • the desired spatial shape of the flow structure can be generated with liquid polymers with a particularly high spatial stability.
  • the flattened surface of each flow structure can be provided with a comparatively large distance from the nozzle of the target source, for example up to 100 mm, which considerably simplifies the focusing of the external radiation.
  • the polymers used according to the invention reduce erosion damage in the vacuum chamber. The inventors have found that erosion damage can occur due to the interaction of the gas atmosphere, which is always formed by the vapor pressure of a liquid target, and the generated X-rays. Target molecules present in the gas atmosphere are ionized by the radiation. The deposition of the ions on surfaces in the vacuum chamber, e.g. B. on nozzles for introducing the target material, cause a plasma etching through which the respective material is eroded.
  • the target material which is polymeric according to the invention is not volatile, so that the particle concentration in the gas atmosphere and possible erosion damage are minimized.
  • the precipitation of polymeric target material in the vacuum chamber is not critical.
  • the polymers give rise to readily volatile products which can easily be pumped out of the vacuum chamber.
  • a target material precipitate can even act as a protective film on components of the vacuum chamber, which prevents high-energy polymer fragments from reaching the components directly and, if necessary, can be easily removed during cleaning.
  • the liquid polymer has at least one ether bond between carbon atoms.
  • a hydrocarbon with at least one ether bond (or oxygen bridge) achieves advantages which also have a positive effect on all phases of the plasma-based generation of X-rays.
  • the oxygen bridge connections between carbon atoms result in high molecular flexibility.
  • the low viscosity has an advantageous effect both on the generation of the flattened flow structure and on the disintegration into low molecular weight components after the plasma excitation.
  • the composition of the target material in particular of fluorine, carbon and oxygen, leads to an expanded area of use for the target material. A universal target for various applications is provided.
  • a polymer which is liquid at room temperature (around 20 ° C.) and comprises at least one partially fluorinated or perfluorinated, polymeric hydrocarbon ether is used as the target material.
  • the partial or complete fluorination of the polymer promotes the formation of volatile decomposition products under X-ray radiation.
  • a perfluoropolyether (PFPE) or a mixture of several perfluoropolyethers is preferably used as the target material.
  • PFPE compounds are of high molecular weight, which further promotes the formation of the flow structure. Furthermore, by breaking oxygen bridges when energy is supplied, they can decompose into volatile compounds that can be easily pumped off. This prevents deposits and contamination, especially on optical components in the X-ray source.
  • the invention advantageously protects the expensive and sensitive x-ray optics. Undecomposed residues of the target material can be collected particularly easily in a vacuum without special precautions for condensation.
  • the polymeric target material has a vapor pressure which is less than 10 mbar, preferably less than 1 mbar, at room temperature, z. B. 10 ⁇ mbar, is a molecular weight greater than 100 g / mol, preferably greater than 300 g / mol, e.g. B. in the range 400 to 8000 g / mol, and / or at room temperature a viscosity which is selected in the range of 1 to 1800 cS.
  • the mass density of the target material is preferably in the range from 1.5 to 2.5 g / mol, e.g. B. 1.8 to 1.9 g / mol.
  • the target material in particular the liquid polymeric target material
  • the target material is irradiated in an environment at a pressure which is greater than the gas pressure of the material released during the irradiation.
  • a pressure which is greater than the gas pressure of the material released during the irradiation.
  • the above-mentioned object is achieved by providing an X-ray source for plasma-based generation of X-radiation, which has a target source for providing the target material in the form of a free flow structure in a vacuum chamber and an irradiation device for high-energy irradiation of the target material and is further developed according to the invention for this purpose that the target source is set up to impress a flow shape on the target material, so that a flow structure is formed which has a local minimum of curvature in at least one surface area.
  • the target source has a nozzle with a non-circular cross section, with which the desired flow pattern is impressed on the target material.
  • a nozzle with a slot-shaped mouth is particularly preferred, since it can be used to form an essentially layered flow structure.
  • the nozzle in particular at its outlet opening, has a cross-sectional area that tapers inwards at least on one side.
  • the concave flow structure described above is advantageously formed. If the nozzle is rotatably arranged in the vacuum chamber, there can be advantages for the alignment of the flow structure for optimal external radiation.
  • the target source is equipped with two nozzles which are set up to generate primary jets which meet in the vacuum chamber at a predetermined angle. If the nozzles are directed towards each other at an angle of 180 °, there can be advantages for a uniform formation of the flow structure. If the nozzles are directed towards one another at an angle of less than or equal to 90 °, there may be advantages for the structure of the X-ray source and the flexibility in shaping the flow structure.
  • the x-ray source has at least one heating device with which at least parts of the vacuum chamber can be tempered.
  • the provision of the at least one heating device results in Particular advantages when using the above-mentioned polymeric target material, since the vapor pressure of the target material can be set higher than the pressure of the gas released by the irradiation of the target material with the heating device. By increasing the temperature, the vapor pressure can be increased, which provides advantages for the construction of the vacuum device and the reduction of precipitation.
  • the x-ray source is equipped with radiation optics arranged in the vacuum chamber for irradiating the target material, it can be advantageous to connect a heating device to the radiation optics, so that precipitation of the target material is avoided thereon.
  • the efficiency of the X-ray source increases. If the radiation optics are arranged outside the vacuum chamber, it is advantageously possible to dispense with a separate heating device on the radiation optics. The structure of the x-ray source is simplified.
  • the x-ray source is equipped with a collecting device for collecting coolant-free target material residues.
  • the X-ray source according to the invention has the advantage of a simplified structure.
  • the stability of the flow structure of the target material simplifies the adjustment of an irradiation device to excite the plasma state. Thanks to the use of a simple vacuum system and the avoidance of a complex cooling device, the X-ray source is suitable as a mobile device for an extended area of application in laboratories and in industry.
  • the X-ray lithography device can be arranged in the vacuum chamber in the immediate vicinity of the location of the X-ray radiation generation. In contrast to the conventional systems, this is possible for the first time because of the low droplet formation and reduced precipitation of the target material used according to the invention. Conversely, the x-ray source can be integrated directly into an x-ray lithography device.
  • the X-ray lithography device is preferably equipped with its own heating device, so that any residual precipitation that may occur can be easily converted into the gas phase and pumped out.
  • the vacuum chamber of the X-ray source can be combined with an additional vacuum chamber which contains the X-ray lithography device. Due to the simplified construction of the X-ray source according to the invention, both vacuum chambers can be arranged in a small space.
  • the x-ray source according to the invention has the particular advantage that x-ray radiation (or correspondingly radiation in the far UV range) can be generated during continuous operation.
  • the system can work practically continuously (e.g. over days), which is particularly important for industrial applications of the X-ray source.
  • a vacuum chamber with a nozzle with a slot-shaped outlet opening for the injection of liquid target material.
  • a liquid target material in the form of a free flow structure into a vacuum chamber, the flow structure being shaped so that the target material has a surface with a local curvature minimum and preferably forms a free, lamellar layer.
  • FIGS. 2 and 3 illustrations of the beam shaping with a slit-shaped nozzle
  • FIGS. 5 and 6 illustrations of a slit-shaped nozzle
  • FIGS. 7 and 8 illustrations for generating a surface target from two primary beams
  • FIGS. 9 and 10 Structural formulas for characterizing the target material used according to the invention.
  • FIGS. 11 to 14 schematic representations of embodiments of an X-ray source according to the invention.
  • FIG. 1 illustrates the generation and irradiation according to the invention of a liquid target material 50 which is freely standing in a vacuum under vacuum conditions and which has a surface which is at least slightly curved on one side.
  • the target material 50 is shaped as a flow structure, the cross-sectional area of which is exemplarily illustrated perpendicular to the flow direction.
  • the target material 50 is irradiated with an irradiation device 30 (see below). The radiation is directed onto the surface 52 of the flow structure 51, at which the local
  • Radius of curvature is maximum and the curvature is minimal.
  • the external irradiation with the entire focusing cross section can take place essentially perpendicularly on the surface 52.
  • the flow structure 51 has an elongated, in particular elliptical cross section.
  • the y direction forms a main axis direction in which the flow structure has the longitudinal dimension ⁇ y.
  • the x direction with the smaller transverse dimension ⁇ x forms the minor axis direction in which the irradiation also takes place.
  • the target material 50 has, for example, the following geometric parameters: longitudinal dimension ⁇ y: 100 ⁇ m to 20 mm, transverse dimension at the location of the irradiation ⁇ x: 2 ⁇ m to 2 mm, perpendicular distance of the illustrated cross-sectional area from the nozzle of a target source: 0.1 mm to 10 cm.
  • FIG. 2 shows the end of the nozzle 13 with the slot-shaped outlet opening 14, which projects into the vacuum chamber (see below).
  • the geometric structure of the nozzle as a slot nozzle is selected in accordance with the desired shape of the flow structure 51 (see also FIG. 5, 6).
  • the outlet opening 14 is formed for producing microjets according to the invention with correspondingly smaller dimensions.
  • the slot has a width of 0.1 mm and a length of 3 mm, for example.
  • Target material passes from the nozzle 13 through the slit-shaped outlet opening 14 into the vacuum chamber of the X-ray source.
  • the exit speed is set so that the target material does not freeze in the vacuum chamber and is, for example, approx. 20 to 100 m / s.
  • non-cylindrical jets can have a variable jet shape, which is dependent on the viscosity, the surface tension and the flow rate of the emerging liquid.
  • the non-cylindrical shape of the flow initially remains only over a finite range of a few millimeters.
  • a constriction 53 (FIG. 2) with an essentially circular cross section of the liquid target material is initially formed. Due to the inertia of the liquid moving in the jet, however, the liquid target material 50 is subsequently expanded 54 again.
  • the shape of the oscillating structure in particular the number of widenings 54 that are implemented and their distance from the nozzle, can be adjusted in particular by a suitable choice of the viscosity of the liquid target material.
  • the target material can thus advantageously be selected for optimal focusing of the external radiation. If the target material is a highly viscous liquid, the oscillations shown do not form. In this case, the flow structure with an elliptical cross section remains relatively far after the outlet opening 14 and changes into the cylindrical shape without back-oscillation. In this
  • the irradiation takes place in the area of the primary expansion in accordance with the slot-shaped embossing, the flow structure.
  • FIG. 4 illustrates, in a schematic, enlarged view, the cross-sectional area of a concave flow structure 51 that is curved inwards on both sides.
  • the surface 52 has a radius of curvature or radius of curvature that is negative relative to the center of the flow structure 51, so that the thickness ⁇ x is reduced towards the center.
  • the thickness can be reduced by up to 99% from the edge to the center, for example, and can be selected in the range from 500 nm to 500 ⁇ m. Deviating from the illustration in FIG. 4, a shape that is only concavely curved on one side can be provided.
  • the irradiation of the flow structure 51 is preferably carried out perpendicular to the surface 52 at the location of the minimum transverse extent ⁇ x. Depending on the material or the geometry of the radiation, it may be advantageous, alternatively the
  • the cross-sectional shape of the flow structure is determined in particular by the design of the nozzle of the target source.
  • the concave or dumbbell-shaped flow shape according to FIG. 4 can be impressed on the flow structure by a suitable nozzle shape and remains stable over a sufficiently large distance when exiting into a room with negative pressure (in particular vacuum).
  • the nozzle 13 can be formed by a slot-shaped opening 14 at the end of a line for the target material (FIG. 2).
  • FIGS. 5 and 6 show the mouth or outlet opening of a nozzle 13 in the flow direction (from the inside, left partial image) and counter to the flow direction (from the outside, right partial image).
  • a nozzle slot 14a is provided on the inside, which extends over the entire width of the outlet opening 14 and whose slot width decreases in the direction of flow (see the right partial image in FIG. 6).
  • a conical mouth 14b is provided in the flow direction to the nozzle slot 14a, through which the target material 50 exits into the vacuum chamber (see FIG. 6).
  • the flowing target material is first pressed through the nozzle slot 14a, where it converges.
  • the tar- Get material apart at the edges of the cone opening 14b, so that the desired lamella shape of the flow structure results.
  • the first oscillation of the flow structure (see FIG. 3) is influenced by the cone opening 14b.
  • a particular advantage of the nozzle 13 according to FIG. 5 is that the concave shape of the flow structure according to FIG. 4 is formed by the interaction of the nozzle slot 14a and the cone opening 14b.
  • the thickness of the flow structure 51 increases towards the edges (see dashed line in FIG. 6).
  • the nozzle for generating the flattened flow structure is rotatably arranged.
  • the rotatability refers to the axis of the
  • the rotatability can be achieved, for example, by using a rotary holder for the nozzle and a twistable liquid line from the target source.
  • a rigid liquid line can be connected to the nozzle via a rotary coupling.
  • the nozzle is equipped with an adjusting device which comprises, for example, a stepper motor or a piezoelectric drive.
  • FIGS. 7 and 8 illustrate the formation of the flow structure 51 on the impact surface between two primary jets 55, 56 of the target material, which are directed towards one another with two separate nozzles 15, 16 in the vacuum chamber.
  • FIGS. 7A to 7C are based on drawings from the publication by G. Taylor mentioned. According to the figures 7A and 8A, two primary beams with a diameter of z. B. 30 microns at an angle of z. B. 60 ° brought together, so that the flow structure 51 with a thickness of less than 30 microns (z. B. 3 microns) and an expansion of z. B. forms 1 to 2 mm. If, according to FIG. 7B, the meeting of the primary beams 55, '56 at an enlarged cutting angle of z. B.
  • the flow structure 51 is also formed above the impact surface, there is a greater expansion of the layer of the flow structure 51. If the nozzles 15, 16 are oriented opposite to each other by 180 ° according to Figure 8B or 8C, a flow structure results 51 according to FIG. 7C, which can be irradiated laterally horizontally (FIG. 8B) or vertically via a deflecting mirror (FIG. 8C).
  • the location of the combination of the primary jets is selected so that the primary jets have not yet decayed into drops (the distance from the nozzles is less than the drop decay distance).
  • the nozzles 15, 16 can have circular or slot-shaped, in particular elliptical or rectangular cross-sectional areas.
  • the combination of two jets has the advantage that the shape of the flat flow structure in the room is variable. In this case too, the flow structure can be provided at an increased distance from the nozzle 13.
  • the target material preferably used according to the invention in a plasma X-ray source is based on a polymeric hydrocarbon compound which is liquid at room temperature, in particular with at least one ether bond.
  • a building block of such a hydrocarbon compound is illustrated by way of example in FIG. 9. It is emphasized that the implementation of the invention is not limited to the illustrated examples.
  • fluorinated polyethers according to generally also non-fluorinated polymers, mixtures of fluorinated and non-fluorinated polymers or polymers with a low solvent content (less than 20% by volume) can be used.
  • the fluorination can at least partially be replaced by another halogenation, in particular chlorination.
  • the target material shown by way of example in FIG. 9 consists of a large number of building blocks constructed in this way or correspondingly from C, F, 0 and possibly H, so that a low-volatility polymer is formed.
  • the use of the low volatility polymer advantageously reduces the demands on the vacuum system of an X-ray source.
  • the target material forms in particular a partially or perfluorinated polyether (PFPE) or a mixture of several partially fluorinated or perfluorinated polyethers.
  • PFPE partially or perfluorinated polyether
  • a perfluoropolyether is illustrated by way of example in FIG. 10.
  • the PFPE compounds FOMBLIN (registered trademark) and GALDEN (registered trademark) also belong to this class of substances.
  • the x-ray source comprises a target source 10, which is connected to a temperature-controllable vacuum chamber 20, an irradiation device 30 and one
  • the target source 10 comprises a reservoir 11 for the target material, a feed line 12 and a nozzle 13.
  • an actuating device (not shown), which comprises, for example, a pump or a piezoelectric conveying device, target material is fed to the nozzle 13 and from there dispensed in the form of a liquid jet 50 and injected into the vacuum chamber 20.
  • the liquid jet 50 is vertically injected into the vacuum chamber 20 as shown.
  • another beam direction such as a horizontal injection or an injection at a different angle relative to the horizontal, can be provided to implement the invention.
  • the radiation device 30 comprises a radiation source 31 and a radiation optics 32 with which radiation from the radiation source 31 can be focused onto the target material 50.
  • the radiation source 31 is, for example, a laser, the light of which is possibly directed towards the target material with the aid of deflecting mirrors (not shown).
  • an ion source or an electron source can be provided as the radiation device, which is also arranged in the chamber 20.
  • the collecting device 40 comprises a sensor 41 z. B. in the form of a funnel or a capillary, the target material, which has not evaporated under the influence of the radiation, removed from the vacuum chamber and passed into a collecting container 42. Because the liquid polymer is used as the target material, the collected liquid can advantageously be collected in the collecting container 42 without further measures. In order to avoid the risk of backflow of collected target material into the vacuum chamber 20, if necessary, cooling of the collecting container 42 can be provided with a cooling device (not shown) and / or a vacuum pump (not shown).
  • the vacuum chamber 20 comprises a housing 21 with at least one first window 22, through which the target material 50 can be irradiated, and at least one second window 23, through which the generated X-ray radiation emerges.
  • the two te window 23 is optionally provided to decouple the generated X-rays from the vacuum chamber 20 for a specific application. If this is not necessary, the second window 23 can be omitted (see below).
  • the vacuum chamber 20 is also connected to a vacuum device 24, with which a negative pressure is generated in the chamber 20. This negative pressure is preferably below 10 ⁇ 4 mbar.
  • the radiation optics 32 are also arranged in the vacuum chamber 20.
  • the vacuum chamber 20 is equipped with a heating device 60, which comprises one or more thermostats 61 to 63.
  • the housing 21, the sensor 41 and / or the radiation optics 32 can be temperature-controlled with the thermostats. Possibly. the target source 10 can also be tempered.
  • a thermostat includes, for example, a resistance heater known per se.
  • the set with the heater 60 temperature is chosen so that the vapor pressure of, 'which is formed by irradiation of the target material 50 with the irradiation device 30 and in particular of polymeric target material exceeds the gas pressure. This avoids oversaturation of the gas phase in the vacuum chamber.
  • the released polymer remains gaseous and can be pumped out almost quantitatively with the vacuum device 24.
  • the second window 23 consists of a window material transparent to soft X-rays, e.g. B. from beryllium. If the second window 23 is provided, an evacuable processing chamber 26 can be connected, which is connected to a further vacuum device 27. In the processing chamber 26, the x-ray radiation for material processing can be imaged on an object. For example, it is one X-ray lithography device 70 is provided, with which the surface of a semiconductor substrate is irradiated.
  • the spatial separation 'of the X-ray source in the vacuum chamber 20 and the X-ray lithography device 70 in the machining chamber 26 has the advantage that the deposits not exposed of evaporated target material to be machined material.
  • the x-ray lithography device 70 comprises, for example, a filter 71 for selecting the desired x-ray wavelength, a mask 72 and the substrate 73 to be irradiated.
  • imaging optics for example mirrors
  • the X-ray lithography device 70 is arranged in the vacuum chamber 20. In order to avoid precipitation, the device 70 is also connected to a thermostat 64.
  • FIG. 12 further illustrates the use of a double nozzle 15, 16 (see FIG. 8) for generating flow structures according to FIG. 7.
  • the window 22 must be sufficiently stable with respect to the at least partially focused and possibly highly repetitive radiation from the radiation source 31.
  • the target material 50 is guided past the window 22 in a relatively tight manner (for example at a distance of a few cm).
  • a double nozzle can be used instead of the illustrated nozzle 13.
  • sensitive components of the vacuum chamber 20, such as, for example, B. the imaging optics 32 or the device 70 are heated. This embodiment of the invention is illustrated in FIG. 14.
  • the local heating advantageously ensures that the target material released during the irradiation is preferably deposited on the colder walls of the housing 21. The sensitive components that are important for the respective application are protected.
  • a beam or drop of the target material 50 in the form of the flow structure according to the invention is generated with the target source 10.
  • the flow structure 50 is irradiated with the irradiation device 30 in a manner known per se.
  • the radiation is focused with such an intensity that the target material is converted into a plasma state.
  • an energy supply of 100 mJ per irradiation pulse (e.g. per laser shot) is provided.
  • An output power of up to 50 W is achieved at a pulse rate of 10 kHz.
  • soft x-ray radiation is emitted and coupled out through the second window 23 for the respective application.
  • the X-ray radiation has a wavelength range of up to approximately 15 nm.
  • the X-ray source according to the invention is excellently suitable for X-ray microscopic and lithographic applications. Another advantage is the miniaturization of the structure.
  • the device 70 (see FIG. 12) can be arranged in the immediate vicinity of the focus of the irradiation device 30.
  • the collecting device 40 can advantageously be operated without a coolant and without a cooling device. In particular, it is not necessary to provide a so-called cryoprobe or a separator for condensing residual materials.
  • the sensor 41 and the collecting container 42 are connected directly to one another.
  • the residual materials not captured by the collecting device 40 are advantageously volatile components which can be removed from the chamber 20 with the vacuum device 24.
  • the vacuum devices 24, 27 include, for example, rotary vane oil pumps.
  • Preferred applications of the x-ray source according to the invention are in analytical chemistry, in x-ray microscopy, in x-ray lithography and in combination with other spectroscopic measurement methods, such as, for. B. fs spectroscopy.
  • liquid samples for photoelectronic or Photo absorption spectroscopic examinations or corresponding scattering experiments are introduced into the respective examination chamber in accordance with the technique according to the invention.
  • High-energy radiation or particle bombardment can be provided.
  • the liquid layer formed according to the invention can be used as a source for droplets or macro clusters (spray). After a finite distance from the nozzle, the flow structure disintegrates into individual droplets, which are irradiated to generate X-rays.

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Abstract

Es werden Verfahren zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung mit den Schritten Bereitstellung eines Targetmaterials (50) in Form eines freien Strömungsgebildes (51) in einer Vakuumkammer (20), und Bestrahlung des Targetmaterials (50), um einen Plasmazustand zu erzeugen, in dem die Röntgenstrahlung abgestrahlt wird, beschrieben, wobei das Strömungsgebilde (51) so geformt wird, dass das Targetmaterial wenigstens am Ort der Bestrahlung eine Oberfläche (52) mit einem lokalen Krümmungsminimum besitzt. Es werden auch Vorrichtungen zur Umsetzung der Verfahren und insbesondere Röntgenquellen zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung beschrieben.

Description

Plasma-basierte Erzeugung von Röntgenstrahlung mit einem schichtförrαigen Tarqetmaterial
Die Erfindung betrifft Verfahren zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1, Röntgenquellen zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 22 und Verfahren zur Injektion eines flüssigen Targetmaterials in eine Vakuumkammer.
Es ist bekannt, Röntgenstrahlung mit Röntgenquellen zu erzeugen, bei denen durch hochenergetische Bestrahlung (z. B. La- ser-Bestrahlung) ein Targetmaterial in einen Plasmazustand versetzt wird, in dem materialspezifisch Röntgenfluoreszenz- strahlung abgestrahlt wird. Erste Entwicklungen erfolgten mit festen, schichtförmigen Targetmaterialien. Feste Targetmaterialien besitzen jedoch eine relativ hohe Massendichte, so dass bei der Plasmaanregung auch relativ viel Material freigesetzt wird, was für praktische Anwendungen nachteilig ist. Eine Verbesserung wurde durch Verwendung flüssiger, tropfenförmiger Targetmaterialien erzielt. Bspw. wird gemäß EP 186 491 in einer evakuierten Kammer mit einem piezoelektrischen Tropfengeber eine Folge von flüssigen Tropfen erzeugt, die jeweils durch Laserbestrahlung in einen Plasmazustand überführt werden. Aus dem Plasmazustand erfolgt die Emission weicher Röntgenstrahlung, die durch ein Fenster in der Kammer austritt oder mit einer Optik gesammelt wird. Durch die Ver- Wendung flüssiger Targetmaterialien wurde ein Fortschritt erzielt. Diese Röntgenquellen besitzen bislang jedoch eine Reihe von Nachteilen, die je nach Anwendung toleriert oder durch besondere Maßnahmen kompensiert werden. Die Röntgenquelle gemäß EP 186 401 ist auf die Verwendung von Quecksilber als flüssiges Targetmaterial beschränkt. Entsprechend ist die generierbare Röntgenstrahlung auf bestimmte Spektrallinien eingegrenzt. Ein weiterer Nachteil von Queck- silber ist dessen relativ hoher Dampfdruck, der Probleme beim Auffangen des Quecksilbers und Verunreinigungen in der Kammer verursacht. Flüssige Metalle sind generell unverträglich mit den empfindlichen und extrem kostenintensiven Röntgenoptiken. So können auf Goldoptiken, die z. B. in der Fresnelzonen- Röntgenmikroskopie Standard sind, Schäden durch Quecksilberamalgam-Verbindungen entstehen. Zur Vermeidung von Verunreinigungen wird in US 5 459 771 vorgeschlagen, als Targetmaterial gefrorene Wasserkristalle zu verwenden. Diese Technik besitzt jedoch den Nachteil eines großen gerätetechnischen Aufwandes bei der Erzeugung der Kristalle und beim Auffangen des Targetmaterials.
Weitere flüssige Targetmaterialien wurden insbesondere für- Anwendungen in der Röntgenlithographie vorgeschlagen. Von L. Rymell et al. wird in "Rev. Sei. Instrum." Band 66, 1995, Seite 4916-4920 die Verwendung von Ethanol als flüssiges Targetmaterial beschrieben. Ethanol oder andere monomere Flüssigkeiten besitzen jedoch den Nachteil, dass durch die Plasmaanregung Targetmoleküle in die Gasphase gelangen und sich auf Oberflächen empfindlicher Komponenten ablagern. Die abgelagerten Moleküle werden von der erzeugten Röntgenstrahlung zersetzt, wobei im Fall von Alkoholen teerartige Zersetzungsprodukte entstehen, die sich als unerwünschte Verunreinigungen in der Röntgenquelle und insbesondere auf optischen Bauteilen niederschlagen. Zur Verringerung dieser strahlungs- induzierten Zersetzungen ist eine Abschirmung mit einem Gasstrahl vorgesehen, durch die der Aufbau jedoch nachteilig verkompliziert wird. Neben Ethanol werden gemäß WO 97/40650 Ammoniak, Wasser oder fluorhaltige Flüssigkeiten als Target- material verwendet. Um einem weiteren generellen Nachteil herkömmlicher flüssiger Targetmaterialien, nämlich der erschwerten Tropfenbildung in Folge geringer Viskosität, zu begegnen, wird in WO 97/40650 vorgeschlagen, das Targetmaterial in Form eines dünnen Strahls in die Kammer der Röntgenquelle einzuführen. Allerdings wird auch bei dieser Technik monome- res Targetmaterial verwendet, so dass es zu den oben genannten Problemen durch strahlungsinduzierte Zersetzungen von Niederschlägen kommt. Die Verwendung von Wasser als Targetmaterial ist auch aus US 6 377 651 bekannt. In US 6 324 255 wird vorgeschlagen, Stickstoff, Kohlendioxid, Krypton oder Xenon als Targetmaterial zu verwenden.
Von L. Malmqvist et al . wird in "Appl . Phys . Lett . " Band 68, 1996, Seite 2627-2629 die Verwendung fluorierter KohlenwasserstoffVerbindungen (CnFm) vorgeschlagen. Diese sind zwar gut an die Generierung von Fluor-Linien (λ ~ 1 bis 2 nm) an- gepasst, besitzen jedoch auch mehrere Nachteile. Erstens besitzen die sogenannten Perfluor-Kohlenwasserstoffe einen ho- hen Dampfdruck, der die Bildung eines Flüssigkeitsstrahls und das Auffangen des Targetmaterials nach der Plasmaanregung erschwert. Bspw. beträgt der Dampfdruck von Perfluorpentan bei 0°C schon 0.3 bar. Des Weiteren ist insbesondere bei Anwendungen im Bereich der Röntgenspektroskopie auch die Generie- rung weiterer, langwelligerer Linien, wie z. B. die Generierung von Kohlenstoff-Emissionen von Interesse. Hierfür werden bisher jedoch Alkohole als Target verwendet (Rymell et al., siehe oben) .
Ein genereller Nachteil der herkömmlichen plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung besteht in der geringen Umwandlungseffektivität bei der Bestrahlung des Targetmaterials zur Erzeugung des Plasmazustands. Mit einer zunehmenden Atommasse des Targetmaterials kann die Umwandlungseffektivität zwar gesteigert werden, gleichzeitig wird es jedoch mit der zunehmenden Atommasse schwieriger, das Targetmaterial im flüssigen Zustand bereitzustellen. Der Wirkungsgrad der Überführung von insbesondere flüssigem Targetmaterial in den Plasmazustand, also das Verhältnis der in dem Plasmazustand angeregten Atome oder Moleküle des Targetmaterials zur eingestrahlten Energie des Laserlichts ist daher verhältnismäßig gering. Beispielsweise wird von B. A. M. Hansson et al. ("Proceedings of SPIE", Bd. 4688, 2002, S. 102 - 109) für die Erzeugung von EUV-Licht ein Wirkungsgrad von nur 0.75 % angegeben.
Bisher hat man sich bemüht, zur Erhöhung des Wirkungsgrades die Fokussierung des eingestrahlten Laserlichts zu verbes- sern. Die Fokussierung stellt aber unter praktischen Bedingungen ein erhebliches Problem dar, da das Targetmaterial bisher in Form eines Strahls oder in Form von Tropfen mit typischen Durchmessern im Bereich von z. B. 10 μm bis 40 μm bereitgestellt wird. Eine Vergrößerung des Strahldurchmessers, die die Fokussierung erleichtern würde, wäre mit einer stärkeren Belastung des Vakuums in der Vakuumkammer verbunden. Das bisher praktizierte Bemühen um einen möglichst geringen Materialeintrag in die Vakuumkammer, also um einen möglichst geringen Durchmesser des Stahls oder Tropfen, erschwert zu- sätzlich die Fokussierung des Laserlichts zur Plasmaerzeugung.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Verfahren insbesondere zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung bereitzustellen, mit denen die Nachteile der herkömmlichen Techniken überwunden werden und die sich insbesondere durch einen erhöhten Wirkungsgrad bei der Plasmaerzeugung und damit der Erzeugung von Röntgenstrahlung und eine vereinfachte Fo- kussierbarkeit der externen Bestrahlung zur Erzeugung des Plasmazustandes bei gleichbleibendem oder vermindertem Materialeintrag in die Vakuumkammer auszeichnen. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, verbesserte Targetmaterialien zur plasma-basierten Röntgenstrahlerzeugung (insbesondere weiche Röntgenstrahlung oder extreme UV-Strahlung) bereitzustellen, mit denen die Nachteile herkömmlicher Targetmaterialien überwunden werden und die sich zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Verfahren eignen. Die Targetmaterialien sollen insbesondere die herkömmlichen Probleme beim Auffangen des Targetma- terials lösen und die Erzeugung von Verunreinigungen vermeiden. Schließlich ist es auch eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Röntgenquelle bereitzustellen, die zur Durchführung der verbesserten Verfahren zur plasma-basierten Röntgen- stahlerzeugung geeignet ist.
Diese Aufgaben werden durch Verfahren und Röntgenquellen mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 1 und 22 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Verfahrensbezogen basiert die Erfindung auf der allgemeinen technischen Lehre, ein Verfahren zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung, bei dem Targetmaterial in Form eines freien Strömungsgebildes in einer Vakuumkammer zur Erzeu- gung eines Plasmazustandes hochenergetisch bestrahlt wird, in dem die Röntgenstrahlung abgestrahlt wird, dahingehend wei- terzuentwickeln, dass das Strömungsgebilde mit einer Oberfläche geformt wird, die verschiedene Krümmungsradien aufweist, wobei das Targetmaterial wenigstens am Ort der Bestrahlung eine Oberfläche mit einem lokalen Krümmungsminimum (lokales
Maximum des Krümmungsradius) besitzt. Das Targetmaterial wird also an einer Stelle bestrahlt, an der das Strömungsgebilde weniger stark gekrümmt ist, als entlang der umgebenden Oberfläche, oder sogar relativ zu anderen Teilen der Oberfläche entgegengesetzt (negativ) gekrümmt ist. Dies bedeutet, dass die Querschnittsfläche des Strömungsgebildes abweichend von der herkömmlich realisierten kreisrunden Form in eine langgestreckte Form oder ggf. zumindest einseitig konkave Form de- formiert wird.
Unter einem freien Strömungsgebilde wird allgemein eine sich strömend mit einer definierten Oberfläche ausbreitende Flüssigkeit, z. B. in Form eines Strahls oder einer auseinander fließenden Flüssigkeitsschicht verstanden. Die Flüssigkeit strömt frei, also mit einer allseits freien Oberfläche und ohne Bindung an einen Träger durch die Vakuumkammer. Das Strömungsgebilde besitzt eine fest stehende Raumform, die somit im Zeitverlauf im wesentlichen unveränderlich ist.
Die Vorteile des erfindungsgemäß geformten Strömungsgebildes ergeben sich aus den folgenden Erkenntnissen der Erfinder. Die Erfinder haben festgestellt, dass sich bei Vergrößerung des Durchmessers eines herkömmlich gebildeten Strahls des Targetmaterials eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades bei der Plasmaerzeugung ergibt. Es wurde festgestellt, dass die Verbesserung nicht allein auf eine größere Substanzmenge im Fokus der externen Bestrahlung, sondern auf den folgenden Effekt zurückzuführen ist. Ein Strahl des Targetmate- rials mit einem vergrößerten Durchmesser besitzt eine weniger gekrümmte Oberfläche, was für die Einkopplung der externen Strahlungsenergie günstiger ist. An einer weniger gekrümmten Oberfläche kann ein größerer Anteil der fokussierten Bestrahlung mit einem steileren Einfallswinkel auf das Targetmateri- al treffen, so dass Reflektionsverluste vermindert werden.
Eine Vergrößerung des Strahldurchmessers des Targetmaterials ist allerdings wegen des damit verbundenen, vergrößerten Materialeintrags in die Vakuumkammer unerwünscht. Die Erfindung löst diesen Widerspruch, indem das Strömungsgebilde vollständig oder wenigstens am Ort der Bestrahlung eine nicht- kreiszylindrische Form besitzt. Damit kann bei gleichbleibendem Materialeintrag der Krümmungsradius der Targetoberfläche zumindest lokal maximiert werden. Die Erfinder haben festgestellt, dass im Vakuum überraschenderweise freie Flüssigkeitsgebilde geschaffen werden können, die entgegen dem durch die Oberflächenspannung bedingten Streben, zur Oberflächenmi- nimierung eine Zylinder- oder Kugelform zu bilden, ausrei- chend stabil sind, um das erwünschte Strömungsgebilde oder -muster zu formen.
Die Bestrahlung des Strömungsgebildes an einem lokalen Krümmungsminimum der Oberfläche besitzt eine Reihe von Vorteilen. Erstens kann der Einfallswinkel der Bestrahlung optimiert werden. Reflektionsverluste werden vermindert. Der Wirkungsgrad der Plasmaerzeugung kann deutlich gesteigert werden. Des Weiteren kann das Targetmaterial bei gleichbleibendem Materialeintrag eine größere, freie Fläche zur Bestrahlung bieten. Dies vereinfacht die Fokussierung von Laserlicht auf das Targetmaterial und ermöglicht eine Vereinfachung des Aufbaus der Röntgenquelle. Andererseits kann durch den erhöhten Wirkungsgrad der Plasmaerzeugung ein Targetmaterial mit relativ hohem Dampfdruck mit kleineren Strahldimensionen eingebracht wer- den, ohne dass es zu einer starken Minderung der Röntgenin- tensität kommt.
Ein weiterer besonderer Vorteil besteht darin, dass im Unterschied zum herkömmlichen zylinder- oder kugelförmigen Target- material, von dem die Röntgenstrahlung mit einer isotropen Verteilung ausging, beim erfindungsgemäßen Verfahren eine anisotrope Röntgenemission stattfindet. Dies kann zu einer weiteren Effizienzsteigerung bei der Erzeugung von Röntgenstrahlung ausgenutzt werden. Des weiteren ist die Anisotropie der emittierten Röntgenstrahlung bezogen auf die Targetoberfläche messbar und durch eine vorbestimmte Drehung der Targetoberfläche auch einstellbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das in der Vakuumkammer freistehend geformte Strömungsgebilde mit einer langgestreckten Querschnittsfläche bereitgestellt. Die senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Strömungsgebildes gegebene Querschnittsfläche besitzt in einer Hauptachsen- richtung eine größere Ausdehnung als in einer abweichenden, z. B. 90° auf der Hauptachsenrichtung stehenden Nebenachsenrichtung. Damit ist das lokale Krümmungsminimum auf der mindestens einen Seite des Strömungsgebildes gegeben, die der minimalen Querausdehnung der Querschnittsfläche entspricht. Diese Ausführungsform der Erfindung besitzt den besonderen Vorteil, dass das Targetmaterial entsprechend der Nebenachsenrichtung eine besonders große Fläche für die externe Bestrahlung bereitstellt. Die Querschnittsfläche besitzt vorzugsweise eine ovale, z. B. elliptische oder eine abgerunde- te, rechteckige Form. Diese Varianten können Vorteile in Bezug auf die Bereitstellung des Strömungsgebildes mit einer oder mehreren Düsen und die Handhabung des Targetmaterials in der Vakuumkammer besitzen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Strömungsgebilde wenigstens am Ort der externen Bestrahlung eine frei stehende Flüssigkeitsschicht (liquid sheet) oder Flüssigkeitslamelle bildet. Die Oberfläche der Flüssigkeitsschicht kann lokal eine ebene oder verschwindend gering gekrümmte Oberfläche bil- den, in die extern eingestrahltes Laserlicht besonders effektiv einkoppelbar ist.
Wenn die externe Bestrahlung, insbesondere mit Laserlicht auf dem Targetmaterial im Wesentlichen senkrecht auf der Oberflä- ehe mit dem lokalen Krümmungsminimum, z. B. auf der Oberfläche der freien Flüssigkeitsschicht erfolgt, können Reflekti- onsverluste bei der Bestrahlung vorteilhafterweise am besten vermindert und entsprechend der Wirkungsgrad der Plasmaerzeu- gung erhöht werden.
Die Erfinder haben verschiedene Verfahren entwickelt, mit denen das Strömungsgebilde mit der gewünschten abgeflachten Oberfläche geformt werden kann. Gemäß einer ersten Variante wird das Strömungsgebilde mit einer Targetquelle erzeugt, die eine Düse mit einem nicht-kreisrunden Querschnitt besitzt. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Strömungsform, die mit einer bspw. abgeflachten Düse dem Strömungsgebilde aufgeprägt wird, in der Vakuumkammer über aus- reichend große Strömungslängen erhalten bleibt. Besondere Vorteile für die Erzeugung einer Flüssigkeitsschicht können sich ergeben, wenn eine Düse mit einem schlitzförmigen Querschnitt verwendet wird.
Wenn das Strömungsgebilde gemäß einer Variante der Erfindung wenigstens einseitig oder vorzugsweise beidseitig eine konkave Oberfläche, d. h. eine Oberfläche mit einem negativen Krümmungsradius besitzt, kann die Dicke des Strömungsgebildes insbesondere am Ort der Bestrahlung vorteilhafterweise ver- ringert werden. Damit kann das bei der Bestrahlung in der Vakuumkammer freigesetzte Material vermindert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die Verwendung einer drehbaren Düse mit einem nicht- kreisrunden Querschnitt die Einstellung einer vorbestimmten Ausrichtung der Düse und damit des Targetmaterials relativ zur Richtung der Bestrahlung des Targetmaterials. Die Düse kann um eine Achse entsprechend der Hauptströmungsrichtung des Strömungsgebildes so justiert werden, dass die Bestrah- lung des Targetmaterials im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des Strömungsgebildes erfolgt.
Gemäß einer zweiten Variante ist vorgesehen, dass das Strö- mungsgebilde mit zwei unter einem Winkel zusammengeführten Primärstrahlen des Targetmaterials erzeugt wird. Am Ort des Zusammentreffens der Primärstrahlen entsteht beim Aufeinanderprallen ein allseitiges Auseinanderströmen, bei dem ein im Wesentlichen Schichtförmiges Strömungsgebilde erzeugt wird. Diese Variante kann Vorteile im Bezug auf die Flexibilität bei der Einstellung des Strömungsgebildes durch Variation von Strömungseigenschaften der beteiligten Primärstrahlen besitzen.
Die Erzeugung von Prallflächen zwischen zusammenströmenden
Flüssigkeiten wird von G. Taylor in „Proceedings of the Royal Society A", Bd. 259, 1960, S. 1 bis 17 beschrieben. Die früheren Erkenntnisse von G. Taylor wurden jedoch an makroskopischen Systemen (Düsendurchmesser: einige Zentimeter) bei Nor- maldruck gesammelt. Die Erfinder haben festgestellt, dass die gewünschten Strömungsgebilde überraschenderweise auch bei Unterdruck und mit mikroskopisch kleinen Flüssigkeitsstrahlen (Mikrojets) realisiert werden können.
Wenn die Primärstrahlen unter einem Winkel von 180° gegenläufig zusammengeführt werden, kann vorteilhafterweise ein axialsymmetrisches Strömungsgebilde erzeugt werden. Wenn die Primärstrahlen unter einem geringeren Winkel zusammengeführt werden, können sich Vorteile für den Aufbau der Röntgenquelle ergeben. Schnittwinkel der Primärstrahlen werden vorzugsweise kleiner als oder gleich 180° (wie z. B. 120°), insbesondere kleiner als oder gleich 90° gewählt. Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Erzeugung des abgeflachten Strömungsgebildes mit den an sich bekannten Targetmaterialien zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, wie z. B. Wasser, Glycerin, Alkohol, verflüs- sigtes Gas, insbesondere verflüssigtes Edelgas, wie z. B. Xenon oder flüssiges Metall realisierbar ist. Bevorzugt wird jedoch ein Targetmaterial, das aus mindestens einer Kohlen- wasserstoffverbindung besteht, die mindestens ein bei Raumtemperatur flüssiges Polymer umfasst. Die Verwendung flüssi- ger, polymerer Kohlenwasserstoffverbindungen besitzt eine
Reihe von Vorteilen in Bezug auf die Bereitstellung des Targetmaterials in einer Röntgenquelle, die Vermeidung von Verunreinigungen und den Aufbau der Röntgenquelle, wie im Folgenden dargestellt wird.
Erstens ist das flüssige, polymere Targetmaterial schwer flüchtig. Schwer flüchtige Substanzen können besonders einfach aus einer Vakuumkammer, in der das Plasma zur Strahlungserzeugung angeregt wird, entfernt werden. Die Substanzen können direkt als Flüssigkeit in einer Falle aufgefangen und dort unter ihrem eigenen Dampfdruck abgeschieden werden. Ein weiteres Vakuumsystem zur Evakuierung der Falle ist nicht zwingend erforderlich, so dass der Aufbau der Röntgenquelle erheblich vereinfacht wird.
Zweitens kann die gewünschte Raumform des Strömungsgebildes mit flüssigen Polymeren mit einer besonders hohen räumlichen Stabilität erzeugt werden. Dies bedeutet, dass die abgeflachte Oberfläche jedes Strömungsgebildes mit einem vergleichs- weise großen Abstand von der Düse der Targetquelle, bspw. bis zu 100 mm bereitgestellt werden kann, was die Fokussierung der externen Bestrahlung erheblich erleichtert. Drittens werden durch die erfindungsgemäß verwendeten Polymere Erosionsschäden in der Vakuumkammer vermindert. Die Erfinder haben festgestellt, dass Erosionsschäden durch ein Zusammenwirken der Gasatmosphäre, die sich durch den Dampfdruck eines flüssigen Targets immer ausbildet, und der generierten Röntgenstrahlung auftreten können. Durch die Strahlung werden in der Gasatmosphäre vorliegende Targetmoleküle ionisiert. Die Ablagerung der Ionen auf Oberflächen in der Vakuumkammer, z. B. auf Düsen zur Einbringung des Targetmaterials, bewirken eine Plasmaätzung, durch die das jeweilige Material erodiert wird. Das erfindungsgemäß polymere Targetmaterial ist schwer flüchtig, so dass die Teilchenkonzentration in der Gasatmosphäre und mögliche Erosionsschäden minimiert werden.
Viertens ist der Niederschlag von polymerem Targetmaterial in der Vakuumkammer unkritisch. Aus den Polymeren entstehen bei strahlungsinduzierter Zersetzung leicht flüchtige Produkte, die ohne Weiteres aus der Vakuumkammer abgepumpt werden können. Ein Targetmaterial-Niederschlag kann erfindungsgemäß so- gar als Schutzfilm auf Komponenten der Vakuumkammer wirken, der verhindert, dass hochenergetische Polymerfragmente direkt auf die Komponenten gelangen, und ggf. bei einer Reinigung leicht entfernt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das flüssige Polymer mindestens eine Etherbindung zwischen Kohlenstoffatomen auf. Durch die Verwendung eines Kohlenwasserstoffs mit mindestens einer Etherbindung (oder Sauerstoffbrücke) werden Vorteile erzielt, die sich ebenfalls auf alle Phasen der plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung positiv auswirken. Die Sauerstoff-Brückenverbindungen zwischen Kohlenstoffatomen bewirken eine hohe molekulare Flexibilität. Dies bewirkt eine hohe molekulare Flexibilität (oder: niedrige Viskosität) des polymeren Targetmaterials. Die niedrige Viskosität wirkt sich vorteilhaft sowohl auf die Erzeugung des abgeflachten Strömungsgebildes als auch auf den Zerfall in niedermolekulare Bestandteile nach der Plasmaanregung aus. Des Weiteren bewirkt die Zusammensetzung des Tar- getmaterials insbesondere aus Fluor, Kohlenstoff und Sauerstoff einen erweiterten Einsatzbereich des Targetmaterials. Es wird ein universelles Target für verschiedene Anwendungen bereitgestellt .
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Targetmaterial ein bei Raumtemperatur (rd. 20 °C) flüssiges Polymer verwendet wird, das mindestens einen partiell fluorierten oder perfluorierten, polymeren Kohlenwasserstoffether umfasst. Die teilweise oder vollständige Fluorierung des Polymers fördert die Bil- düng leicht flüchtiger Zersetzungsprodukte bei Röntgenbe- strahlung.
Vorzugsweise wird als Targetmaterial ein Perfluorpolyether (PFPE) oder eine Mischung aus mehreren Perfluorpolyethern verwendet. PFPE-Verbindungen sind hochmolekular, wodurch die Formung des Strömungsgebildes weiter begünstigt wird. Des Weiteren können sie sich durch Aufbrechen von Sauerstoff- Brücken bei Energiezufuhr in leicht flüchtige Verbindungen zersetzen, die leicht abgepumpt werden können. Dadurch werden Ablagerungen und Verschmutzungen, insbesondere an optischen Komponenten in der Röntgenquelle vermieden. Mit der Erfindung werden vorteilhafterweise die teuren und empfindlichen Rönt- genoptiken geschützt. Nicht zersetzte Reste des Targetmaterials können besonders einfach auch im Vakuum ohne besondere Vorkehrungen zur Kondensation aufgefangen werden.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besitzt das polymere Targetmaterial einen Dampfdruck, der bei Raumtemperatur geringer als 10 mbar, vorzugsweise geringer als 1 mbar, z. B. 10_δ mbar, ist, ein Molekulargewicht größer als 100 g/mol, vorzugsweise größer als 300 g/mol, z. B. im Bereich 400 bis 8000 g/mol, und/oder bei Raumtemperatur eine Viskosität, die im Bereich von 1 bis 1800 cS gewählt ist. Die Massendichte des Targetmaterials liegt vorzugsweise im Bereich von 1.5 bis 2.5 g/mol, z. B. 1.8 bis 1.9 g/mol. Durch diese, ggf. in Kombination bereitgestellten Parameter wird die Formung des Targetmaterials und das Auffangen von Materialresten nach der Plasmaanregung verbessert.
Die Bestrahlung des Targetmaterials, insbesondere des flüssigen polymeren Targetmaterials erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Umgebung bei einem Druck, der größer als der Gasdruck des bei der Bestrahlung freigesetzten Materials ist. Durch die Erhöhung des Dampfdruckes des Targetmaterials in der Vakuumkammer wird eine lokale Übersättigung bei der Plasmaerzeugung und damit eine Tröpfchenbildung in der Vakuumkammer vermieden. In diesem Fall verbleibt das freigesetzte Gas größtenteils in der Gasphase. Die Abführung aus der Vakuumkammer erfolgt durch Pumpen. Vorteilhafterweise werden somit an die Vakuumbedingungen in der Kammer einer Röntgenquelle verminderte Anforderungen gestellt, so dass das Verfahren mit geringerem gerätetechnischem Aufwand durchgeführt werden kann.
Vorrichtungsbezogen wird die oben genannte Aufgabe durch die Bereitstellung einer Röntgenquelle zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung gelöst, die eine Targetquelle zur Bereitstellung des Targetmaterials in Form eines freien Strömungsgebildes in einer Vakuumkammer und eine Bestrahlungseinrichtung zur hochenergetischen Bestrahlung des Targetmaterials aufweist und erfindungsgemäß dahingehend weiter entwickelt ist, dass die Targetquelle dazu eingerichtet ist, dem Targetmaterial eine Strömungsform aufzuprägen, so dass ein Strömungsgebilde geformt wird, das in mindestens einem Oberflächenbereich ein lokales Krümmungsminimum besitzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Targetquelle eine Düse mit einem nicht-kreisrunden Querschnitt, mit der dem Targetmaterial das gewünschte Strömungsmuster aufgeprägt wird. Besonders bevorzugt ist eine Düse mit einer schlitzförmigen Mündung, da mit dieser ein im Wesentlichen schichtförmiges Strömungsgebilde geformt werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Düse insbesondere an ihrer Austrittsöffnung eine zumindest einseitig sich nach innen verjüngende Querschnittsfläche. Bei dieser Gestaltung wird vorteilhafterweise das oben beschriebene konkave Strömungsgebilde geformt. Wenn die Düse in der Vakuumkammer drehbar angeordnet ist, können sich Vorteile für die Ausrichtung des Strömungsgebildes für eine optimale externe Bestrahlung ergeben.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Targetquelle mit zwei Düsen ausgestattet, die zur Erzeugung von Primärstrahlen eingerichtet sind, die in der Vakuumkammer unter einem vorbestimmten Winkel aufeinander treffen. Wenn die Düsen mit einem Winkel von 180° aufeinander gerich- tet sind, können sich Vorteile für eine gleichmäßige Formung des Strömungsgebildes ergeben. Wenn die Düsen mit einem Winkel kleiner als oder gleich 90° aufeinander gerichtet sind, können sich Vorteile für den Aufbau der Röntgenquelle und die Flexibilität bei der Formung des Strömungsgebildes ergeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Röntgenquelle mindestens eine Heizeinrichtung auf, mit der zumindest Teile der Vakuumkammer temperierbar sind. Die Bereitstellung der mindestens einen Heizeinrichtung ergibt ins- besondere Vorteile bei der Verwendung des oben genannten po- lymeren Targetmaterials, da mit der Heizeinrichtung der Dampfdruck des Targetmaterials höher als der Druck des Gases einstellbar ist, das durch die Bestrahlung des Targetmateri- als freigesetzt wird. Durch eine Temperaturerhöhung kann der Dampfdruck erhöht werden, was Vorteile für den Aufbau der Vakuumeinrichtung und die Verminderung von Niederschlägen liefert.
Wenn die Röntgenquelle mit einer in der Vakuumkammer angeordneten Bestrahlungsoptik zur Bestrahlung des Targetmaterials ausgestattet ist, kann es von Vorteil sein, eine Heizeinrichtung mit der Bestrahlungsoptik zu verbinden, so dass auf dieser Niederschläge des Targetmaterials vermieden werden.
Durch die Erhöhung der Effektivität der Bestrahlung und Plasmaerzeugung steigt der Wirkungsgrad der Röntgenquelle. Wenn die Bestrahlungsoptik außerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist, kann vorteilhafterweise auf eine gesonderte Heizeinrich- tung an der Bestrahlungsoptik verzichtet werden. Es ergibt sich ein vereinfachter Aufbau der Röntgenquelle.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Röntgenquelle mit einer Sammeleinrichtung zum kühlmittelfreien Auffangen von Targetmaterialresten ausgestattet. Die erfindungsgemäße Röntgenquelle besitzt den Vorteil eines vereinfachten Aufbaus . Durch die Stabilität des Strömungsgebildes des Targetmaterials wird die Justierung einer Bestrahlungseinrichtung zur Anregung des Plasmazustands vereinfacht. Durch den Einsatz einer einfachen Vakuumanlage und die Vermeidung einer aufwendigen Kühleinrichtung ist die Röntgenquelle als mobiles Gerät für einen erweiterten Anwendungsbereich in Laboratorien und in der Industrie geeignet. Gemäß einer bevorzugten Anwendung der Erfindung wird die Röntgenquelle mit einer Röntgenlithographieeinrichtung, z. B. zur Strukturierung von Halbleiteroberflächen kombiniert. Hierbei kann die Röntgenlithographieeinrichtung in der Vaku- umkammer in unmittelbarer Nähe des Ortes der Röntgenstrahlungserzeugung angeordnet werden. Dies ist im Unterschied zu den herkömmlichen Systemen wegen der geringen Tröpfchenbildung und verminderten Niederschläge des erfindungsgemäß verwendeten Targetmaterials erstmalig möglich. Die Röntgenquelle kann umgekehrt direkt in eine Röntgenlithographieeinrichtung integriert werden. Vorzugsweise ist die Röntgenlithographieeinrichtung mit einer eigenen Heizeinrichtung ausgestattet, so dass ggf. auftretende Rest-Niederschläge leicht in die Gasphase überführt und abgepumpt werden können.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann die Vakuumkammer der Röntgenquelle mit einer zusätzlichen Vakuumkammer kombiniert werden, die die Röntgenlithographieeinrichtung enthält. Durch den vereinfachten Aufbau der erfin- dungsgemäßen Röntgenquelle können beide Vakuumkammern auf engem Raum angeordnet werden.
Die erfindungsgemäße Röntgenquelle besitzt den besonderen Vorteil, dass Röntgenstrahlung (oder entsprechend Strahlung im fernen UV-Bereich) bei dauerhaftem Betrieb erzeugt werden kann. Die Anlage kann praktisch ununterbrochen (z. B. über Tage) arbeiten, was besonders wichtig für industrielle Anwendungen der Röntgenquelle ist.
Weitere Gegenstände der Erfindung, die analog zu den unten beschriebenen Ausführungsformen, allerdings unabhängig von der Erzeugung von Röntgenstrahlung realisiert sein können, sind eine Vakuumkammer mit einer Düse mit einer schlitzförmigen Austrittsöffnung zur Injektion von flüssigem Targetmate- rial in die Vakuumkammer und Verfahren zur Injektion eines flüssigen Targetmaterials in Form eines freien Strömungsgebildes in eine Vakuumkammer, wobei das Strömungsgebilde so geformt ist, dass das Targetmaterial eine Oberfläche mit ei- nem lokalen Krümmungsminimum besitzt und vorzugsweise eine freie, lamellenförmige Schicht bildet.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen be- schrieben. Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Illustration der Bestrahlung eines nicht-zylindrischen Strömungsgebildes,
Fign. 2 und 3: Illustrationen der Strahlformung mit einer schlitzförmigen Düse,
Fig. 4: eine schematische Illustration der Quer- schnittsfläche eines konkaven Strömungsgebildes,
Fign. 5 und 6: Illustrationen einer schlitzförmigen Düse,
Fign. 7 und 8: Illustrationen zur Erzeugung eines Flächentargets aus zwei Primärstrahlen,
Fign. 9 und 10: Strukturformeln zur Charakterisierung des erfindungsgemäß verwendeten Targetmateri- als, und
Fign. 11 bis 14: schematische Darstellungen von Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Röntgenquelle. In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Erzeugung und Bestrahlung eines flüssigen, unter Vakuumbedingungen frei im Raum stehenden Targetmaterials 50 mit einer zumindest einseitig schwach gekrümmten Oberfläche illustriert. Das Targetmaterial 50 wird als Strömungsgebilde geformt, dessen Querschnittsfläche senkrecht zur Strömungsrichtung beispielhaft illustriert ist. Das Targetmaterial 50 wird mit einer Bestrahlungseinrichtung 30 (siehe unten) bestrahlt. Die Bestrahlung ist auf die Oberflä- ehe 52 des Strömungsgebildes 51 gerichtet, an der lokal der
Krümmungsradius maximal und die Krümmung minimal ist. Dadurch kann die externe Bestrahlung mit dem gesamten Fokussierquer- schnitt im Wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche 52 erfolgen.
Beim dargestellten Beispiel besitzt das Strömungsgebilde 51 einen langgestreckten, insbesondere elliptischen Querschnitt. Die y-Richtung bildet eine Hauptachsenrichtung, in der das Strömungsgebilde die Längsausdehnung Δy aufweist. Die x- Richtung mit der geringeren Querausdehnung Δx bildet die Nebenachsenrichtung, in der auch die Bestrahlung erfolgt. Das Targetmaterial 50 besitzt bspw. die folgenden geometrischen Parameter: Längsausdehnung Δy: 100 μm bis 20 mm, Querausdehnung am Ort der Bestrahlung Δx: 2 μm bis 2 mm, senkrechter Abstand der illustrierten Querschnittsfläche von der Düse einer Targetquelle: 0.1 mm bis 10 cm.
Die Figuren 2 und 3 zeigen die Erzeugung nicht-zylindrischer Flüssigkeitsformen unter Verwendung einer Düse mit einer schlitzförmigen Austrittsöffnung. Figur 2 zeigt das in die Vakuumkammer (siehe unten) ragende Ende der Düse 13 mit der schlitzförmigen Austrittsöffnung 14. Der geometrische Aufbau der Düse als Schlitzdüse ist entsprechend der gewünschten Form des Strömungsgebildes 51 gewählt (siehe auch Figuren 5, 6) . Allerdings ist die Austrittsöffnung 14 zur Erzeugung erfindungsgemäßer Mikrojets mit entsprechend kleineren Dimensionen gebildet. Der Schlitz besitzt bspw. eine Breite von 0.1 mm und eine Länge von 3 mm.
Von der Düse 13 tritt Targetmaterial durch die schlitzförmige Austrittsöffnung 14 in die Vakuumkammer der Röntgenquelle. Die Austrittsgeschwindigkeit wird so eingestellt, dass das Targetmaterial in der Vakuumkammer nicht gefriert, und be- trägt beispielsweise rd. 20 bis 100 m/s.
Nicht-zylindrische Strahlen können mit zunehmendem Abstand von der Düse 13 eine veränderliche Strahlform besitzen, die von Viskosität, der Oberflächenspannung und der Flussge- schwindigkeit der austretenden Flüssigkeit abhängig ist. Die nicht-zylindrische Form der Strömung bleibt zunächst nur über eine endlichen Bereich von wenigen Millimetern erhalten. Unter dem Bestreben, die Oberfläche zu minimieren, bildet sich zunächst eine Einschnürung 53 (Figur 2) mit einem im Wesent- liehen kreisförmigen Querschnitt des flüssigen Targetmaterials. Durch die Trägheit der im Strahl bewegten Flüssigkeit erfolgt jedoch anschließend erneut eine Aufweitung 54 des flüssigen Targetmaterials 50.
Der Wechsel von Einschnürungen und Aufweitungen bildet eine oszillierende Struktur, die theoretisch bereits von Rayleigh in „Proceedings of the Royal Society" Band 29, 1879, S. 71 bis 97 mathematisch beschrieben wurde und in Figur 3 illustriert ist. Abwechselnd sind Einschnürungen 53 und Aufweitun- gen 54 gebildet, wobei die Orientierung der AufWeitungen 54 abwechselnd senkrecht und parallel zur Zeichenebene verläuft. Vorteilhafterweise kann die Bestrahlung des Targetmaterials am Ort einer Aufweitung 54 nach mehreren Perioden der oszil- lierenden Struktur erfolgen, wo ein relativ großer Abstand von der Düse 13 gegeben ist. Die Einstellung eines möglichst großen Abstandes des im Targetmaterial erzeugten Plasmas von der Düse besitzt den besonderen Vorteil, dass die Austritts- Öffnung der Düse vor einer Erosion durch die freigesetzte Strahlung oder durch geladene Teilchen, die aus dem Plasma hervorgehen, oder durch plasma-induzierte Strahlung geschützt wird.
Die Form der oszillierenden Struktur, insbesondere die Zahl der realisierten Aufweitungen 54 und deren Abstand von der Düse können insbesondere durch geeignete Wahl der Viskosität des flüssigen Targetmaterials eingestellt werden. Vorteilhafterweise kann somit das Targetmaterial für eine optimale Fokussierung der externen Bestrahlung gewählt werden. Wenn das Targetmaterial eine hochviskose Flüssigkeit ist, so bilden sich die gezeigten Oszillationen nicht. In diesem Fall bleibt das Strömungsgebilde mit elliptischen Querschnitt relativ weit nach der Austrittsöffnung 14 erhalten und geht oh- ne Rückschwingung in die zylindrische Form über. In diesem
Fall erfolgt die Bestrahlung im Bereich der primären Aufwei- tung entsprechend der schlitzförmigen Prägung, des Strömungsgebildes.
Figur 4 illustriert in sehematischer, vergrößerter Ansicht die Querschnittsfläche eines beidseitig nach innen gewölbten, konkaven Strömungsgebildes 51. Die Oberfläche 52 besitzt einen relativ zur Mitte des Strömungsgebildes 51 negativen Krümmungsradius oder Krümmungsradiusverlauf, so dass die Di- cke Δx hin zur Mitte vermindert wird. Die Dicke kann vom Rand zur Mitte hin bspw. um bis zu 99 % vermindert werden und im Bereich von 500 nm bis 500 μm gewählt sein. Abweichend von der Illustration in Figur 4 kann eine lediglich einseitig konkav gewölbte Form vorgesehen sein. Die Bestrahlung des Strömungsgebildes 51 erfolgt vorzugsweise senkrecht auf die Oberfläche 52 am Ort der minimalen Querausdehnung Δx. In Abhängigkeit vom Material oder der Geometrie der Bestrahlung kann es vorteilhaft sein, alternativ die
Oberfläche 52 außerhalb des Ortes der geringsten Querausdehnung zu bestrahlen.
Die Querschnittsform des Strömungsgebildes wird insbesondere durch die Gestaltung der Düse der Targetquelle bestimmt.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass insbesondere die konkave oder hanteiförmige Strömungsform gemäß Figur 4 dem Strömungsgebilde durch eine geeignete Düsenform aufgeprägt werden kann und beim Austritt in einen Raum mit Unter- druck (insbesondere Vakuum) über einen ausreichend großen Abstand stabil bleibt.
Grundsätzlich kann die Düse 13 durch eine schlitzförmige Öffnung 14 am Ende einer Leitung für das Targetmaterial gebildet werden (Fig. 2) . Besondere Vorteile für einen stabilen, nicht-zylindrischen Strahl ergeben sich bei der Verwendung eines Düsenaufbaus, der in den Figuren 5 und 6 illustriert ist. Figur 5 zeigt die Mündung oder Austrittsöffnung einer Düse 13 in Strömungsrichtung (von innen, linkes Teilbild) und entgegen der Strömungsrichtung (von außen, rechtes Teilbild) . Auf der Innenseite ist ein Düsenschlitz 14a vorgesehen, der sich über die gesamte Breite der Austrittsöffnung 14 erstreckt und dessen Schlitzbreite sich in Strömungsrichtung vermindert (siehe rechtes Teilbild in Fig. 6) . In Strömungs- richtung an den Düsenschlitz 14a anschließend ist eine kegelförmige Mündung 14b vorgesehen, durch die das Targetmaterial 50 in die Vakuumkammer austritt (s. Fig. 6). Das strömende Targetmaterial wird zunächst durch den Düsenschlitz 14a ge- presst, wobei es zusammenläuft. Anschließend läuft das Tar- getmaterial an den Rändern der Kegelöffnung 14b auseinander, so dass sich die gewünschte Lamellenform des Strömungsgebildes ergibt. Durch die Kegelöffnung 14b wird die erste Oszillation des Strömungsgebildes (s. Fig. 3) beeinflusst.
Ein besonderer Vorteil der Düse 13 gemäß Fig. 5 besteht darin, dass die konkave Form des Strömungsgebildes gemäß Fig. 4 durch das Zusammenwirken des Düsenschlitzes 14a und der Kegelöffnung 14b gebildet wird. Die Dicke des Strömungsgebildes 51 nimmt zu den Rändern hin zu (s. gestrichelte Linie in Fig. 6) .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Düse zur Erzeugung des abgeflachten Strömungsgebildes drehbar angeordnet. Die Drehbarkeit bezieht sich auf die Achse der
Austrittsrichtung oder Injektions- oder Strömungsrichtung des Targetmaterials durch die Düse. Die Drehbarkeit kann bspw. durch die Verwendung einer Drehhalterung der Düse und einer tordierbaren Flüssigkeitsleitung der Targetquelle realisiert werden. Alternativ kann eine starre Flüssigkeitsleitung über eine Drehkupplung mit der Düse verbunden sein. Zur Einstellung einer bestimmten Ausrichtung der Düse insbesondere relativ zu Bestrahlungsrichtung ist die Düse mit einer Stelleinrichtung ausgestattet, die bspw. einen Schrittmotor oder ei- nen piezoelektrischen Antrieb umfasst.
Die Figuren 7 und 8 illustrieren die Formung des Strömungsgebildes 51 an der Prallfläche zwischen zwei Primärstrahlen 55, 56 des Targetmaterials, die mit zwei getrennten Düsen 15, 16 in der Vakuumkammer aufeinander gerichtet werden. Die Figuren 7A bis 7C basieren zeichnerisch auf Darstellungen aus der genannten Publikation von G. Taylor. Erfindungsgemäß werden gemäß den Figuren 7A und 8A zwei Primärstrahlen mit einem Durchmesser von z. B. 30 μm unter einem Winkel von z. B. 60 ° zusammengeführt, so dass sich das Strömungsgebilde 51 mit einer Dicke von weniger als 30 μm (z. B. 3 μm) und einer Ausdehnung von z. B. 1 bis 2 mm formt. Wenn gemäß Figur 7B das Zusammentreffen der Primärstrahlen 55, '56 unter einem vergrößerten Schnittwinkel von z. B. 90 ° erfolgt, wird das Strömungsgebilde 51 auch oberhalb der Prallfläche geformt, es ergibt sich eine größere Ausdehnung der Schicht des Strömungsgebildes 51. Wenn die Düsen 15, 16 gemäß Figur 8B oder 8C entgegengesetzt um 180° ausgerichtet sind, ergibt sich ein Strömungsgebilde 51 gemäß Figur 7C, welches seitlich horizontal (Figur 8B) oder über einen Umlenkspiegel vertikal (Figur 8C) bestrahlt werden kann.
Allgemein wird der Ort der Zusammenführung der Primärstrahlen so gewählt, dass die Primärstrahlen noch nicht in Tropfen zerfallen sind (Abstand von den Düsen geringer als der Trop- fenzerfallsabstand) . Die Düsen 15, 16 können kreisrunde oder schlitzförmige, insbesondere elliptische oder rechteckige Querschnittsflächen besitzen.
Die Zusammenführung von zwei Jets (Primärstrahlen) besitzt den Vorteil, dass die Formung des flachen Strömungsgebildes im Raum variabel ist. Auch in diesem Fall kann das Strömungsgebilde mit einem vergrößerten Abstand von der Düse 13 be- reitgestellt werden.
Das erfindungsgemäß in einer Plasma-Röntgenquelle bevorzugt verwendete Targetmaterial basiert auf einer bei Raumtemperatur flüssigen, polymeren Kohlenwasserstoffverbindung, insbe- sondere mit mindestens einer Etherbindung. Ein Baustein einer derartigen Kohlenwasserstoffverbindung ist beispielhaft in Figur 9 illustriert. Es wird betont, dass die Umsetzung der Erfindung nicht auf die illustrierten Beispiele beschränkt ist. Alternativ zu fluorierten Polyethern können erfindungs- gemäß allgemein auch nicht-fluorierte Polymere, Gemische aus fluorierten und nicht-fluorierten Polymeren oder Polymere mit einem geringen Lösungsmittel-Anteil (kleiner als 20 Vol.-%) verwendet werden. Ferner kann die Fluorierung zumindest teil- weise durch eine andere Halogenierung, insbesondere eine Chlorierung ersetzt werden.
Das in Figur 9 beispielhaft gezeigte Targetmaterial besteht aus einer Vielzahl derartig oder entsprechend aus C, F, 0 und ggf. H aufgebauten Bausteinen, so dass ein schwerflüchtiges Polymer gebildet wird. Die Verwendung des schwerflüchtigen Polymers vermindert vorteilhafterweise die Anforderungen an das Vakuumsystem einer Röntgenquelle.
Das Targetmaterial bildet insbesondere einen partiell oder perfluorierten Polyether (PFPE) oder eine Mischung aus mehreren partiell fluorierten oder perfluorierten Polyethern. Ein Perfluorpolyether ist beispielhaft in Figur 10 illustriert. Zu dieser Substanzklasse gehören auch die PFPE-Verbindungen FOMBLIN (registrierte Marke) und GALDEN (registrierte Marke) .
In Figur 11 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Röntgenquelle schematisch illustriert. Die Röntgenquelle umfasst eine Targetquelle 10, die mit einer temperierbaren Vakuumkammer 20 verbunden ist, eine Bestrahlungseinrichtung 30 und eine
Sammeleinrichtung 40. Die Targetquelle 10 umfasst ein Reservoir 11 für das Targetmaterial, eine Zufuhrleitung 12 und eine Düse 13. Mit einer (nicht dargestellten) Betätigungseinrichtung, die bspw. eine Pumpe oder eine piezoelektrische Fördereinrichtung umfasst, wird Targetmaterial zur Düse 13 geführt und von dieser in Form eines Flüssigkeitsstrahls 50 abgegeben und in die Vakuumkammer 20 injiziert. Der Flüssigkeitsstrahl 50 wird beispielsweise wie dargestellt vertikal in die Vakuumkammer 20 injiziert. Alternativ kann zur Umsetzung der Erfindung eine andere Strahlrichtung, wie zum Beispiel eine horizontale Injektion oder eine Injektion unter einem anderen Winkel relativ zur Horizontalen vorgesehen sein.
Die Bestrahlungseinrichtung 30 umfasst eine Strahlungsquelle 31 und eine Bestrahlungsoptik 32, mit der Strahlung von der Strahlungsquelle 31 auf das Targetmaterial- 50 fokussierbar sind. Die Strahlungsquelle 31 ist bspw. ein Laser, dessen Licht ggf. mit Hilfe von Umlenkspiegeln (nicht dargestellt) hin zum Targetmaterial gelenkt wird. Alternativ kann als Bestrahlungseinrichtung eine Ionenquelle oder eine Elektronen- quelle vorgesehen sein, die mit in der Kammer 20 angeordnet ist .
Die Sammeleinrichtung 40 umfasst einen Aufnehmer 41 z. B. in Form eines Trichters oder einer Kapillare, der Targetmateri- al, das nicht unter Einwirkung der Bestrahlung verdampft ist, aus der Vakuumkammer entfernt und in einen Sammelbehälter 42 leitet. Wegen der Verwendung des flüssigen Polymers als Targetmaterial kann die gesammelte Flüssigkeit vorteilhafterweise ohne weitere Maßnahmen im Sammelbehälter 42 aufgefangen werden. Um ggf.. die Gefahr eines Rückstroms von gesammeltem Targetmaterial in die Vakuumkammer 20 zu vermeiden, kann eine Kühlung des Sammelbehälters 42 mit einer Kühleinrichtung (nicht dargestellt) und/oder eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
Die Vakuumkammer 20 umfasst ein Gehäuse 21 mit mindestens einem ersten Fenster 22, durch das das Targetmaterial 50 bestrahlbar ist, und mindestens einem zweiten Fenster 23, durch das die generierte Röntgenstrahlung austritt. Das zwei- te Fenster 23 ist optional vorgesehen, um die generierte Röntgenstrahlung aus der Vakuumkammer 20 für eine bestimmte Anwendung auszukoppeln. Falls dies nicht erforderlich ist, kann auf das zweite Fenster 23 verzichtet werden (siehe unten) . Die Vakuumkammer 20 ist ferner mit einer Vakuumeinrichtung 24 verbunden, mit der in der Kammer 20 ein Unterdruck erzeugt wird. Dieser Unterdruck liegt vorzugsweise unterhalb von 10~4 mbar. Die Bestrahlungsoptik 32 ist ebenfalls in der Vakuumkammer 20 angeordnet.
Die Vakuumkammer 20 ist mit einer Heizeinrichtung 60 ausgestattet, die einen oder mehrere Thermostaten 61 bis 63 umfasst. Mit den Thermostaten sind das Gehäuse 21, der Aufnehmer 41 und/oder die Bestrahlungsoptik 32 temperierbar. Ggf. kann auch die Targetquelle 10 temperiert werden. Ein Thermostat umfasst beispielsweise eine an sich bekannte Widerstandsheizung.
Die mit der Heizeinrichtung 60 eingestellte Temperatur wird so gewählt, dass der Dampfdruck des insbesondere von polymerem Targetmaterial den Gasdruck übersteigt, ' der durch Bestrahlung des Targetmaterials 50 mit der Bestrahlungseinrichtung 30 gebildet wird. Dadurch wird erfindungsgemäß eine Ü- bersättigung der Gasphase in der Vakuumkammer vermieden. Das freigesetzte Polymer bleibt gasförmig und kann nahezu quantitativ mit der Vakuumeinrichtung 24 abgepumpt werden.
Das zweite Fenster 23 besteht aus einem für weiche Röntgenstrahlung transparenten Fenstermaterial, z. B. aus Beryllium. Wenn das zweite Fenster 23 vorgesehen ist, kann sich eine e- vakuierbare Bearbeitungskammer 26 anschließen, die mit einer weiteren Vakuumeinrichtung 27 verbunden ist. In der Bearbeitungskammer 26 kann die Röntgenstrahlung zur Materialbearbeitung auf ein Objekt abgebildet werden. Es ist bspw. eine Röntgenlithographieeinrichtung 70 vorgesehen, mit der die Oberfläche eines Halbleitersubstrats bestrahlt wird. Die räumliche Trennung' der Röntgenquelle in der Vakuumkammer 20 und der Röntgenlithographieeinrichtung 70 in der Bearbei- tungskammer 26 besitzt den Vorteil, dass das zu bearbeitende Material nicht Ablagerungen von verdampftem Targetmaterial ausgesetzt wird.
Die Röntgenlithographieeinrichtung 70 umfasst bspw. einen Filter 71 zur Selektion der gewünschten Röntgen-Wellenlänge, eine Maske 72 und das zu bestrahlende Substrat 73. Zusätzlich können Abbildungsoptiken (bspw. Spiegel) vorgesehen sein, um die Röntgenstrahlung auf die Einrichtung 70 zu lenken.
Bei der abgewandelten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 12 ist die Röntgenlithographieeinrichtung 70 in der Vakuumkammer 20 angeordnet. Zur Vermeidung von Niederschlägen ist die Einrichtung 70 ebenfalls mit einem Thermostaten 64 verbunden. Des Weiteren illustriert Figur 12 die Verwendung von einer Doppeldüse 15, 16 (siehe Figur 8) zur Erzeugung von Strömungsgebilden gemäß Figur 7.
Wenn die Bestrahlungsoptik 32 gemäß Figur 13 außerhalb der Vakuumkammer 20 angeordnet wird, kann vorteilhafterweise auf eine gesonderte Temperierung verzichtet werden. In diesem
Fall muss allerdings das Fenster 22 ausreichend stabil in Bezug auf die zumindest teilweise fokussierte und ggf. hochrepetierende Strahlung der Strahlungsquelle 31 sein. Des Weiteren wird bei dieser Ausführungsform das Targetmaterial 50 re- lativ dicht (z. B. im Abstand von wenigen cm) am Fenster 22 vorbeigeführt. Auch bei dieser Ausführungsform kann eine Doppeldüse anstelle der illustrierten Düse 13 verwendet werden. Wenn flüssige Polymere als Targetmaterial verwendet werden, deren Dampfdruck so hoch ist, dass eine Temperierung des Gehäuses 21 nicht erforderlich ist, so sollten dennoch empfindliche Komponenten der Vakuumkammer 20, wie z. B. die Abbil- dungsoptik 32 oder die Einrichtung 70 geheizt werden. Diese Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 14 illustriert. Durch die lokale Heizung wird vorteilhafterweise erreicht, dass das bei der Bestrahlung freigesetzte Targetmaterial bevorzugt auf den kälteren Wänden des Gehäuses 21 abgesetzt wird. Die empfindlichen, für die jeweilige Anwendung wichtigen Komponenten werden geschont.
Zur erfindungsgemäßen Generation von Röntgenstrahlung werden mit der Targetquelle 10 ein Strahl oder Tropfen des Targetma- terials 50 in Gestalt des erfindungsgemäßen Strömungsgebildes erzeugt. Das Strömungsgebilde 50 wird mit der Bestrahlungseinrichtung 30 in an sich bekannter Weise bestrahlt. Die Bestrahlung erfolgt fokussiert mit einer derartigen Intensität, dass das Targetmaterial in einen Plasmazustand überführt wird. Es ist bspw. eine Energiezufuhr von 100 mJ pro Bestrahlungspuls (z. B. pro Laserschuss) vorgesehen. Bei einer Pulsrate von 10 kHz wird dabei eine Ausgangsleistung von bis zu 50 W erreicht. Im Plasmazustand wird weiche Röntgenstrahlung emittiert und zur ggf. jeweiligen Anwendung durch das zweite Fenster 23 ausgekoppelt.
Die Röntgenstrahlung umfasst einen Wellenlängenbereich von bis zu ungefähr 15 nm. Vorteilhafterweise werden insbesondere die Kα-Linie mit λ = 3.37 nm, F-Linien mit λ = 0.7 nm bis 1.7 nm und 12.6 nm und die O-Linie mit λ = 13 nm emittiert. Besonders vorteilhaft ist, dass bei der Verwendung von Perfluorpolyether die Kohlenstoff-Kα-Linie unter Vermeidung störender Graphitablagerungen generiert werden kann. In der Röntgenmikroskopie ist die Kα-Linie von starkem Interesse, da diese in das sogenannte "Wasserfenster" fällt, in dem keine Röntgenabsorption durch Wasser auftritt. Durch die dauerhafte Vermeidung von Erosionen und Ablagerungen ist die erfindungsgemäße Röntgenquelle für röntgenmikroskopische und - litho-graphische Anwendungen hervorragend geeignet. Ein weiterer Vorteil ist durch die Miniaturisierung des Aufbaus gegeben. Die Einrichtung 70 (siehe Figur 12) kann in unmittelbarer Nähe des Fokus der Bestrahlungseinrichtung 30 angeordnet werden.
Wegen der geringen Flüchtigkeit des erfindungsgemäß verwendeten Materials kann die Sammeleinrichtung 40 vorteilhafterweise ohne ein Kühlmittel und ohne eine Kühleinrichtung betrieben werden. Es ist insbesondere nicht erforderlich, dass eine sogenannte Kryofalle oder ein Abscheider zum Kondensieren von Restmaterialien vorgesehen ist. Der Aufnehmer 41 und der Sammelbehälter 42 sind direkt miteinander verbunden.
Die nicht von der Sammeleinrichtung 40 erfassten Restmateria- lien sind vorteilhafterweise leicht flüchtige Komponenten, die mit der Vakuumeinrichtung 24 aus der Kammer 20 entfernt werden können. Die Vakuumeinrichtungen 24, 27 umfassen bspw. Drehschieber-Ölpumpe .
Bevorzugte Anwendungen der erfindungsgemäßen Röntgenquelle bestehen in der analytischen Chemie, in der Röntgenmikrosko- pie, in der Röntgenlithographie und in der Kombination mit weiteren spektroskopischen Messverfahren, wie z. B. der fs- Spektroskopie .
Weitere Anwendungen der Erfindung bestehen überall, wo ein Interesse an der Untersuchung oder der Verwendung freier Flüssigkeiten unter Vakuumbedingungen von Interesse ist. Beispielsweise können flüssige Proben für photoelektronen- oder photoabsorptionsspektroskopische Untersuchungen oder entsprechende Streuexperimente entsprechend der erfindungsgemäßen Technik in die jeweilige Untersuchungskammer eingebracht werden. Es kann eine hochenergetische Bestrahlung oder ein Teil- chenbeschuss vorgesehen sein.
Eine alternative Anwendung erfindungsgemäßer, schichtförmiger Targetmaterialien ist bei ggf. zeitaufgelösten Röntgenabsorp- tionsexperimenten mit Synchrotronstrahlung gegeben (s. K. R. Wilson et al . in „J. Phys . Chem. Bλλ, Bd. 105, 2001, S. 3346- 3349) . Auch bei diesen Anwendungen ist die vergrößerte Längsausdehnung der SchichtStrömung von Vorteil, da sich das Fokussieren der Strahlung auf das Target erleichtert.
Schließlich kann die erfindungsgemäß gebildete Flüssigkeitsschicht als Quelle für Tröpfen oder Makrocluster (Spray) verwendet werden. Nach einem endlichen Abstand von der Düse zerfällt das Strömungsgebilde in einzelne Tröpfchen, die zur Erzeugung von Röntgenstrahlung bestrahlt werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeu- tung sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung, mit den Schritten:
- Bereitstellung eines' Targetmaterials (50) in Form eines freien Strömungsgebildes (51) in einer Va-kuumkammer (20), und
- Bestrahlung des Targetmaterials (50) , unreinen Plasma- zustand zu erzeugen, in dem die Röntgenstrahlung abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet., dass
- das Strömungsgebilde (51) so geformt wird, dass das Targetmaterial wenigstens am Ort der Bestrahlung eine Oberfläche (52) mit einem lokalen Krümmungsminimum besitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Strömungsgebilde (51) wenigstens am Ort der Bestrahlung eine Querschnittsfläche besitzt, die in einer Hauptachsenrichtung (y) eine Längs- ausdehnung Δy aufweist, die größer ist als eine Querausdehnung Δx in einer von der Hauptachsenrichtung (y) abweichenden Nebenachsenrichtung (x) .
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Strömungsgebilde (51) wenigstens am Ort der Bestrahlung eine ovale Querschnittsfläche oder eine abgerundete, rechteckige Querschnittsfläche besitzt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Strömungsge- bilde (51) wenigstens am Ort der Bestrahlung eine freie, la- mellenförmige Schicht bildet.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Strömungsgebilde (51) wenigstens am Ort der Bestrahlung wenigstens einseitig eine konkave Oberfläche besitzt.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Strömungsgebilde (51) des Targetmaterials mit einer Targetquelle erzeugt wird, die eine Düse mit einer nicht-kreisrunden Austrittsöffnung (14) besitzt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Strömungsgebilde (51) des Targetmaterials mit einem Dispenser erzeugt wird, der eine Düse mit einer schlitzförmigen Austrittsöffnung (14) besitzt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Düse zur
Einstellung einer vorbestimmten Ausrichtung relativ zur Richtung der Bestrahlung des Targetmaterials (50) gedreht wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprü- ehe 1 bis 4, bei dem das Strömungsgebilde (51) des Targetmaterials mit zwei Primärstrahlen erzeugt wird, die zur Bildung einer frei stehenden Flüssigkeitsschicht unter einem vorbe- stimmten Winkel zusammengeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Primärstrahlen unter einem Winkel zusammengeführt werden, der kleiner oder gleich 180° ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Primärstrahlen un- ter einem Winkel zusammengeführt werden, der kleiner oder gleich 90° ist.
12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Strömungsgebilde (51) des Targetmaterials auf der Oberfläche (52) mit dem lokalen Krümmungsminimum im wesentlichen senkrecht bestrahlt wird.
13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Targetmaterial eines der folgenden Materialien verwendet wird: mindestens eine Kohlenwasserstoffverbindung, die mindestens ein bei Raumtemperatur flüssiges Po- lymer umfasst, Wasser, Glycerin, Alkohol, verflüssigtes Gas, oder flüssiges Metall.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die als Targetmaterial verwendete Kohlenwasserstoffverbindung mindestens eine Etherbindung zwischen Kohlenstoffatomen aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die als Targetmaterial verwendete Kohlenwasserstoffverbindung mindestens einen partiell fluorierten oder perfluorierten, polymeren Kohlen- Wasserstoffether aufweist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die als Targetmaterial verwendete Kohlenwasserstoffverbindung einen Perfluorpoly- ether oder eine Mischung aus Perfluorpolyethern aufweist.
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die als Targetmaterial verwendete Kohlenwasserstoffverbindung einen Dampfdruck bei Raumtemperatur geringer als 10 mbar, ein Molekulargewicht größer als 100 g/mol und/oder eine Viskosität im Bereich von 1 cS bis 1800 cS besitzt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 17, bei dem die Bestrahlung des Targetmaterials (50) in einer Vakuumkammer (20) erfolgt, die zumindest lokal derart geheizt ist, dass der Dampfdruck des Targetmaterials (50) höher als der Druck des Gases ist, das durch die Bestrahlung des Targetmaterials (50) freigesetzt wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 18, bei dem Targetmaterial (50) nach der Bestrahlung in einer Sammeleinrichtung (40) bei Raumtemperatur aufgefangen wird.
20. Verwendung von bei Raumtemperatur flüssigen, polymeren Kohlenwasserstoffverbindungen zur Bereitstellung von Targetmaterial in Form eines Strömungsgebildes (51) , wobei das Targetmaterial wenigstens am Ort einer Bestrahlung zur Erzeugung weicher Röntgenstrahlung eine Oberfläche mit einem lokalen Krümmungsminimum besitzt.
21. Verwendung von partiell fluorierten oder perfluorierten, polymeren Kohlenwasserstoffethern zur Bereitstellung von Targetmaterial in Form eines freien Strömungsgebildes (51), wobei das Targetmaterial wenigstens am Ort einer Bestrahlung zur Erzeugung weicher Röntgenstrahlung eine Oberfläche mit einem lokalen Krümmungsminimum besitzt.
22. Röntgenquelle zur plasma-basierten Erzeugung von Röntgenstrahlung durch hochenergetische Bestrahlung eines Targetma- terials (50) in Form eines freien Strömungsgebildes (51), die umfasst :
- eine Targetquelle (10), die in einer Vakuumkammer (20) das Targetmaterial (50) bereitstellt, und
- eine Bestrahlungseinrichtung (30) zur Bestrahlung des Tar- getmaterials (50) in der Vakuumkammer, dadurch gekennzeichnet:, dass
- die Targetquelle dazu eingerichtet ist, das Targetmaterial so zu formen, dass das Targetmaterial im Strömungsgebilde (51) wenigstens am Ort der Bestrahlung eine Oberfläche mit einem lokalen Krümmungsminimum besitzt.
23. Röntgenquelle nach Anspruch 22, bei der die Targetquelle eine Düse (13) mit einer nicht-kreisrunden Austrittsöffnung
(14) besitzt.
24. Röntgenquelle nach Anspruch 23, bei der die Targetquelle eine Düse (13) mit einer schlitzförmigen Austrittsöffnung (14) besitzt.
25. Röntgenquelle nach Anspruch 24, bei der die Targetquelle eine Düse (13) mit einer elliptischen, rechteckigen oder konvex sich nach innen verjüngenden Austrittsöffnung (14) be- sitzt.
26. Röntgenquelle nach Anspruch 24, bei der die Düse (13) eine Austrittsöffnung (14) mit einem Düsenschlitz (14a) und einer Kegelöffnung (14b) besitzt.
27. Röntgenquelle nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 26, bei der die Düse (13) in der Vakuumkammer (20) drehbar angeordnet ist.
28. Röntgenquelle nach Anspruch 22, bei der die Targetquelle zwei Düsen (15, 16) zur Erzeugung von Primärstrahlen aufweist, die zur Bildung einer frei stehenden Flüssigkeitsschicht (51) unter einem vorbestimmten Winkel zusammengeführt werden.
29. Röntgenquelle nach Anspruch 28, bei der die Düsen (15, 16) so ausgerichtet sind, dass die Primärstrahlen unter einem Winkel von 180° zusammengeführt werden.
30. Röntgenquelle nach Anspruch 28, bei der die Düsen (15, 16) so ausgerichtet sind, dass die Primärstrahlen unter einem Winkel zusammengeführt werden, der kleiner als oder gleich 90° ist.
31. Röntgenquelle nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 30, bei der mindestens eine Heizeinrichtung (60) vorgesehen ist, mit der zumindest Teile der Vakuumkammer (20) temperierbar sind.
32. Röntgenquelle nach Anspruch 31, bei der die Heizeinrichtung (60) mehrere Thermostaten (61-64) umfasst, die mit Komponenten an und/oder in der Vakuumkammer (20) verbunden sind.
33. Röntgenquelle nach Anspruch 32, bei der die Bestrahlungseinrichtung eine Bestrahlungsoptik aufweist, die in der Vakuumkammer (20) angeordnet und mit einem Thermostaten (63) verbunden ist.
34. Röntgenquelle nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 32, bei der die Bestrahlungseinrichtung eine Bestrahlungsoptik aufweist, die außerhalb der Vakuumkammer (20) angeordnet ist.
35. Röntgenquelle nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis
34, bei der eine Sammeleinrichtung (40) zum Auffangen des Targetmaterials (50) nach der Bestrahlung vorgesehen ist, die zum kühlmittelfreien Betrieb eingerichtet ist.
36. Röntgenquelle nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis
35, bei der in der Vakuumkammer (20) eine Röntgenlithographieeinrichtung (70) angeordnet ist.
37. Röntgenquelle nach Anspruch 36, bei der die Röntgenlithographieeinrichtung (70) mit einem Thermostaten (64) verbunden ist .
38. Röntgenquelle nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 37, bei der die Vakuumkammer (20) mit einer Bearbeitungskammer (26) verbunden ist, in der eine Röntgenlithographieeinrichtung (70) angeordnet ist.
39. Vakuumkammer mit einer Düse (13) mit einer schlitzförmigen Austrittsöffnung (14) zur Injektion von flüssigem Targetmaterial in die Vakuumkammer.
40. Vakuumkammer nach Anspruch 39, bei der die Düse (13) drehbar um eine Achse, die parallel zur Richtung der Injektion des flüssigen Targetmaterials verläuft, angeordnet ist.
41. Verfahren zur Injektion eines flüssigen Targetmaterials
(50) in Form eines freien Strömungsgebildes (51) in eine Va- kuumkammer (20) dadurch gekennzeichnet:, dass das Strömungsgebilde (51) so geformt ist, dass das Targetmaterial eine Oberfläche (52) mit einem lokalen Krümmungsminimum besitzt.
42. Verfahren nach Anspruch 41, bei dem das Strömungsgebilde
(51) eine freie, lamellenförmige Schicht bildet.
43. Verfahren nach Anspruch 41 oder 42, bei dem das Strö- mungsgebilde (51) mindestens einseitig eine konkave Oberfläche (52) besitzt.
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