WO2005015602A2 - Vorrichtung zur erzeugung von euv- und weicher röntgenstrahlung - Google Patents

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WO2005015602A2
WO2005015602A2 PCT/IB2004/051323 IB2004051323W WO2005015602A2 WO 2005015602 A2 WO2005015602 A2 WO 2005015602A2 IB 2004051323 W IB2004051323 W IB 2004051323W WO 2005015602 A2 WO2005015602 A2 WO 2005015602A2
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electrode
radiation
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gas discharge
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Klaus Bergmann
Willi Neff
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Koninklijke Philips Electronics N. V.
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to a gas discharge source according to the preamble of claim 1.
  • Preferred fields of application are those which require extreme ultraviolet and / or soft X-rays in the wavelength range from approximately 1 nm to 20 nm, in particular semiconductor lithography.
  • a device of the generic type is disclosed in WO 99/29145. 1 shows an electrode arrangement in which there is a gas-filled interelectrode space between two electrodes.
  • the two electrodes each have an opening through which an axis of symmetry is defined.
  • the device operates in an environment of constant gas pressure. When high voltage is applied to the electrodes, there is a gas breakdown that depends on the pressure and the electrode spacing. The pressure of the gas and the electrode spacing are chosen so that the system works on the left branch of the Paschen curve and as a result there is no electrical breakdown between the electrodes.
  • Gas discharge cannot spread between the electrodes, because in this case the mean free path of the charge carriers is greater than the distance between the electrodes. Instead, the gas discharge seeks a longer path, since a sufficient number of ionizing impacts are only possible to trigger the discharge if the discharge gap is sufficiently large.
  • This longer path can be specified through the electrode openings, via which the axis of symmetry is defined.
  • a current-carrying plasma channel of axially symmetrical shape is formed corresponding to the electrode openings.
  • the very high discharge current builds up a magnetic field around the current path.
  • the resulting Lorentz force constricts the plasma, the plasma being heated to very high temperatures, whereby it emits radiation of a very short wavelength, in particular in the EUV and soft X-ray wavelength range.
  • the decoupling of the Radiation occurs in the axial direction along the axis of symmetry through the opening of one of the electrodes.
  • the plasmas should have an axial extent between 1 to 2 mm and a diameter of likewise 1 to 2 mm and should be optically accessible at an observation angle of 45 to 60 degrees. It is generally known that such plasmas are optimally generated for this application in electrical discharges with pulse energies in the range of a few joules, a current pulse duration around 100 ns and current amplitudes between 10 and 30 kA.
  • the optimal neutral gas pressure is typically in the range of a few Pa to a few 10 Pa.
  • the starting radius for the compression of the plasma which is essentially determined by the openings in the electrode system, is in the range of a few mm.
  • the distance between the electrodes is between 3 and 10 mm.
  • WO 01/01736 AI discloses a generic device in which an auxiliary electrode is additionally provided between the main electrodes as a means of increasing the conversion efficiency and has an opening on the axis of symmetry.
  • DE 101 34 033 AI discloses a generic device in which the gas pressure of the gas filling near an electrode designed as a cathode is higher than in a region of the discharge vessel distant therefrom.
  • the devices described in the prior art are unable to provide the high powers required for many applications, in particular for semiconductor lithography. Improvements are therefore necessary in order to achieve the highest possible radiation intensity.
  • a gas discharge source in particular for generating extreme ultraviolet and / or soft X-rays, in which there is a gas-filled electrode interspace 3 between two electrodes 1, 2 in the devices for admission and pumping off gas are present in which an electrode 1 has an opening 5 defining an axis of symmetry 4 and intended for the exit of radiation and in which between the two electrodes 1, 2 there is at least one opening 7 on the axis of symmetry 4 and as differential Pump stage acting aperture 6 is present.
  • the invention is based on the knowledge that by introducing an aperture 6 having an opening 7 on the axis of symmetry 4 and by using this aperture as a differential pumping stage, certain desired pressure conditions in the electrode interspace 3 can be set in a simple manner.
  • the installation of such an aperture 6 in the electrode interspace 3 provides a larger area through which heat can be dissipated. In this way, the thermal load on the electrodes 1, 2 can be reduced, their lifespan can thus be increased and the mean power or pulse energy that can be coupled into the system and thus also the radiation power that can be achieved can be increased.
  • the electrode gap 3 is intended to denote the entire space between the two electrodes 1, 2.
  • the screen 6 It is divided into two sub-areas by the screen 6, which are each delimited by one of the electrodes (including their opening) and the screen (including their opening).
  • the electrode 2 which is limited by the diaphragm 6 and the electrode 2 facing away from the exit side of the radiation
  • the localization of the high impedance region takes place at the desired location near the electrode 1 facing the exit side of the radiation. This has the advantage that the radiation can be used optimally from the point of view of accessibility under large observation angles.
  • the current is transported from the cathode to this point in a diffuse low-impedance plasma.
  • This hardly leads to any losses. For this reason too, an increase in radiation power can be achieved.
  • the gas pressure in the electrode gap 3 and the distance between the two electrodes are selected such that the plasma is ignited on the left branch of the Paschen curve, ie the ionization processes start along the long electrical field lines, which preferably occur in the area of the openings of the anode and cathode , The ignition therefore takes place in the gas volume and is therefore particularly low in wear.
  • the first alternative has the advantage that the compressed plasma, which can be generated in this case near the anode 1 by the device according to the invention, is thus comparatively far from the cathode 2. This leads to less erosion of the cathode. Above all, the generation of the pinch plasma is less dependent on geometric changes in the cathode. Thus higher erosion can be tolerated.
  • the electrode 2 facing away from the exit side of the radiation is a hollow electrode having a cavity 8, in particular as a hollow cathode.
  • the gas is pre-ionized, followed by the formation of a dense hollow cathode plasma.
  • Such is particularly well suited to the necessary charge carriers (electrons) to build up a low-resistance channel in the
  • the hollow electrode 2 can have one or more openings 9 to the electrode interspace 3. Since the latter alternative distributes the total current to a plurality of electrode openings 9, the local load on the electrode 2 can be reduced in this way and the service life of the electrode system or the electrical power that can be coupled in can be increased. Trigger devices may additionally be present in the cavity 8 of the electrode 2 designed as a hollow cathode. In this way, the ignition of the discharge can be triggered precisely as required. This is particularly advantageous in the case of a hollow cathode with several openings.
  • the trigger device can be configured, for example, as an auxiliary electrode in the hollow cathode, with which the discharge can be triggered by switching the auxiliary electrode from a potential which is positive with respect to the cathode to a lower potential, for example cathode potential.
  • Further possibilities for triggering are the injection or generation of charge carriers in the hollow cathode via a glow discharge trigger, a high-dielectric trigger or the triggering of photoelectrons or metal vapor via light or laser pulses. It is expedient to design the diaphragm 6 in such a way that it contributes at most to a small extent to the transport of electricity. Instead, all or at least the major part of the current transport is largely transmitted only from the cathode to the anode via the plasma channel.
  • the diaphragm 6 or at least part of the diaphragm 6 consists of a material that can be machined well. It is also advantageous if the material of at least part of the screen 6 has a high thermal conductivity. This enables effective cooling or heat dissipation.
  • ceramic in particular aluminum oxide or lanthanum hexaboride, can be used as the material for at least part of the diaphragm 6.
  • the part of the screen 6 near the opening 7, for which the risk of erosion of the screen 6 is greatest due to the proximity to the plasma channel it is advantageous to make this part from a particularly discharge-resistant material, in particular, for example, from molybdenum, tungsten, Titanium nitride or lanthanum hexaboride.
  • a particularly discharge-resistant material in particular, for example, from molybdenum, tungsten, Titanium nitride or lanthanum hexaboride.
  • the occurrence of erosion on the diaphragm 6 is greatly restricted and the service life of the device is increased.
  • these are designed as metal screens 6, 6 ', 6 "spaced apart from one another by insulators the multi-stage ignition of cathode spots and thus the current transport is effectively suppressed.
  • This provides the advantage as when using a pure insulator.
  • the installation of metal enables a desired low-inductance structure of the electrode system in comparison to a pure ceramic plate.
  • deposits of metal vapor build up the thickness of the screen 6 can be in a range between approximately 1 to 20 mm. Considering the cooling aspect, the thickest possible screens should be provided The diameter of the aperture 6 should be approximately between 4 and 20 mm.
  • gas inlets 12 it is possible to arrange gas inlets 12 in such a way that their openings point to the partial region of the gas-filled electrode interspace 3 which is delimited by the diaphragm 6 and by the electrode 2 facing away from the exit side of the radiation.
  • This allows the gas pressure to be set specifically in this area.
  • a higher gas pressure can be provided there than in the partial area of the electrode space 3 delimited by the orifice 6 and the electrode 1 facing the exit side of the radiation, or a certain desired pressure difference can be set.
  • Electrode gap 3 additionally introduced a filling gas by means of the gas inlets 12 present there, which, compared to the working gas, has very low radiation losses, such as helium or hydrogen, for the pulsed currents used. In this way, the impedance of the plasma is kept low in comparison to the EUV-emitting area and the energy coupling is more effective.
  • the working gas intended for the generation of the pinch plasma and the resulting emission of EUV radiation such as xenon or, for example, is provided in the partial area of the electrode interspace 3 delimited by the diaphragm 6 and by the electrode 1 facing the exit side of the radiation Neon embedded.
  • the gas can be pumped off particularly easily from a pumping device located outside the electrode gap through the opening of the through the exit side of the radiation facing electrode 1.
  • FIG.1 A drawing taken from WO 99/29145, which represents the prior art.
  • Fig.2 Schematic representation of the device according to the invention
  • FIG 3 shows a schematic representation of an embodiment in which part of the diaphragm consists of a discharge-resistant material.
  • FIG. 4 Schematic representation of an embodiment in which several metal panels are present.
  • 5 shows a schematic representation of an embodiment in which the hollow electrode has a plurality of openings.
  • An electrode 2 shows an embodiment of the electrode system of the device according to the invention.
  • An electrode 2 is designed as a hollow electrode 8 having a cavity and is used as a cathode.
  • the other electrode 1 functions as an anode. The decoupling of the gas-filled inside
  • the anode opening 5 widens in the coupling-out direction.
  • a diaphragm 6 is arranged between the electrodes 1, 2 and has a continuous opening 7 on the axis of symmetry 4 defined by the anode opening 5.
  • the hollow cathode has an opening 9 to the electrode interspace 3, which is also located on the axis of symmetry 4.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the device according to the invention, in which a plurality of metal screens 6, 6 ', 6 "are arranged between the electrodes 1, 2, each spaced apart by insulators 11.
  • FIG. 5 shows a further embodiment, in which the Cathode 2 has three openings 9,9 ', 9 ".
  • the central opening 9 lying on the axis of symmetry is designed as a blind hole.
  • the two other openings 9 ′, 9 ′′ are continuous openings between the cavity 8 of the cathode 2 and the electrode interspace 3.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungsquelle, insbesondere zur Erzeugung von Extrem-Ultraviolett- und/oder weicher Röntgenstrahlung, bei der sich zwischen zwei Elektroden (1, 2) ein gasgefüllter Elektrodenzwischenraum (3) befindet, bei der Vorrichtungen zum Einlassen und Abpumpen von Gas vorhanden sind und bei der eine Elektrode (1) eine eine Symmetrieachse (4) definierende und für den Austritt von Strahlung vorgesehene Öffnung (5) aufweist. Die vorgeschlagenen Verbesserungen bestehen darin, dass zwischen den beiden Elektroden (1, 2) eine zumindest eine Öffnung (7) auf der Symmetrieachse (4) aufweisende und als differentielle Pumpstufe wirkende Blende (6) vorhanden ist.

Description

Vorrichtung zur Erzeugung von EUN- und weicher Röntgenstrahlung
Die Erfindung betrifft eine Gasentladungsquelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bevorzugte Anwendungsgebiete sind solche, die Extrem-Ul raviolett- und/oder weiche Röntgenstrahlung im Wellenlängenbereich von ca. 1 nm bis 20 nm benötigen, wie insbesondere die Halbleiter-Lithographie.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung offenbart die WO 99/29145. Die daraus entnommene Fig.1 zeigt eine Elektrodenanordnung, bei der sich zwischen zwei Elektroden ein gasgefüllter Elektrodenzwischenraum befindet. Die beiden Elektroden weisen je eine Öffnung auf, durch welche eine Symmetrieachse defimert wird. Die Vorrichtung arbeitet in einer Umgebung konstanten Gasdrucks. Wenn Hochspannung an die Elektroden angelegt wird, gibt es einen Gasdurchbruch, der vom Druck und dem Elektrodenabstand abhängt. Der Druck des Gases und der Elektrodenabstand sind so gewählt, dass das System auf dem linken Zweig der Paschen-Kurve arbeitet und infolgedessen kein elektrischer Durchbruch zwischen den Elektroden auftritt. Die
Gasentladung kann sich nicht zwischen den Elektroden ausbreiten, weil in diesem Fall die mittlere freie Weglänge der Ladungsträger größer ist als der Elektrodenabstand. Die Gasentladung sucht sich stattdessen einen längeren Weg, da nur bei ausreichend großer Entladungsstrecke genügend viele ionisierende Stöße zur Auslösung der Entladung möglich sind. Dieser längere Weg ist durch die Elektrodenöffiiungen vorgebbar, über welche die Symmetrieachse definiert ist. Es bildet sich ein stromführender Plasmakanal axialsymmetrischer Form entsprechend der Elektrodenöffnungen aus. Der sehr hohe Entladungsstrom baut um den Strompfad ein magnetisches Feld auf. Die resultierende Lorentz-Kraft schnürt das Plasma ein, dabei wird das Plasma auf sehr hohe Temperaturen erhitzt, wobei es Strahlung sehr kurzer Wellenlänge, insbesondere im EUV- und weichen Röntgenwellenlängenbereich, abgibt. Die Auskopplung der Strahlung erfolgt in axialer Richtung entlang der Symmetrieachse durch die Öffnung einer der Elektroden. Für die Anwendung in der EUV-Lithographie sollten die Plasmen eine axiale Ausdehnung zwischen 1 bis 2 mm und einen Durchmesser von ebenfalls 1 bis 2 mm aufweisen und unter einem Beobachtungswinkel von 45 bis 60 Grad optisch zugänglich sein. Allgemein bekannt ist, dass solche Plasmen für diese Anwendung optimal erzeugt werden in elektrischen Entladungen mit Pulsenergien im Bereich einiger Joule , einer Strompulsdauer um 100 ns und Stromamplituden zwischen 10 und 30 kA. Der optimale Neutralgasdruck liegt typischerweise im Bereich einiger Pa bis einigen 10 Pa. Der Startradius für die Kompression des Plasmas, welcher im wesentlichen durch die Öffnungen im Elektrodensystem bestimmt wird, liegt im Bereich einiger mm. Der Abstand zwischen den Elektroden liegt zwischen 3 und 10 mm. Die WO 01/01736 AI offenbart eine gattungsgemäße Vorrichtung, bei der als Mittel zur Erhöhung der Konversionseffizienz zusätzlich eine Hilfselektrode zwischen den Hauptelektroden vorhanden ist, welche eine Öffnung auf der Symmetrieachse aufweist. Die DE 101 34 033 AI offenbart eine gattungsgemäße Vorrichtung, bei der der Gasdruck der Gasfüllung nahe einer als Kathode ausgebildeten Elektrode höher ist als in einem davon entfernten Bereich des Entladungsgefäßes. Die im Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen sind jedoch nicht in der Lage, die für viele Anwendungen, insbesondere für die Halbleiterlithographie, notwendigen hohen Leistungen bereitzustellen. Es sind somit Verbesserungen nötig, um eine möglichst hohe Strahlungsintensität zu erzielen. Zu beachten ist allerdings auch, dass der Stromtransport über die Kathode für die notwendigen hohen Stromamplituden und Stromdichten zwangsläufig mit Verdampfung von Kathodenmaterial verbunden ist. Eine derartige Elektrodenerosion führt zu einer geometrischen Veränderung der Kathode, welche sich letztlich negativ auf die Emissionseigenschaften des Plasmas auswirkt. Dies ist um so schneller der Fall, je näher das Pinchplasma zur Kathodenfläche orientiert ist. Für die Nutzbarkeit derartiger Vorrichtungen ist aber eine hinreichend hohe Lebensdauer unabdingbar. Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Strahlungsemittierenden Plasmas bereitzustellen, mit der eine hohe Strahlungsintensität im Wellenlängenbereich zwischen λ = 1 bis 20 nm, also im EUV- Bereich und im weichen Röntgenwellenlängenbereich, erzielt und möglichst effektiv ausgekoppelt werden kann und welche eine möglichst hohe Lebensdauer aufweist. Die Lösung dieses technischen Problems erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden durch die abhängigen Ansprüche angegeben. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass das oben genannte technische Problem gelöst wird durch eine Gasentladungsquelle, insbesondere zur Erzeugung von Extrem-Ultraviolett- und/oder weicher Röntgenstrahlung, bei der sich zwischen zwei Elektroden 1,2 ein gasgefüllter Elektrodenzwischenraum 3 befindet, bei der Vorrichtungen zum Einlassen und Abpumpen von Gas vorhanden sind, bei der eine Elektrode 1 eine eine Symmetrieachse 4 definierende und für den Austritt von Strahlung vorgesehene Öffnung 5 aufweist und bei der zwischen den beiden Elektroden 1,2 eine zumindest eine Öffnung 7 auf der Symmetrieachse 4 aufweisende und als differentielle Pumpstufe wirkende Blende 6 vorhanden ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass man durch das Einbringen einer eine Öffnung 7 auf der Symmetrieachse 4 aufweisende Blende 6 und durch die Benutzung dieser Blende als diffentielle Pumpstufe auf einfache Weise bestimmte gewünschte Druckverhältnisse im Elektrodenzwischenraum 3 einstellen kann. Neben den daraus resultierenden Vorteilen ist durch den Einbau einer derartigen Blende 6 im Elektrodenzwischenraum 3 eine größere Fläche vorhanden, über die Wärme abgeführt werden kann. Auf diese Weise lässt sich die thermische Belastung der Elektroden 1,2 verringern, ihre Lebensdauer damit erhöhen und die in das System einkoppelbare mittlere Leistung bzw. Pulsenergie und damit auch die erzielbare Strahlungsleistung steigern. Der Elektrodenzwischenraum 3 soll den gesamten Raum zwischen den beiden Elektroden 1,2 bezeichnen. Er wird durch die Blende 6 in zwei Teilbereiche unterteilt, die jeweils begrenzt werden durch eine der Elektroden (inklusive ihrer Öffnung) und die Blende (inklusive ihrer Öffnung). Es besteht insbesondere die Möglichkeit, für den im von der Blende 6 und der von der Austrittsseite der Strahlung abgewandten Elektrode 2 begrenzten Teilbereich des gasgefüllten Elektrodenzwischenraums 3 einen größeren Gasdruck vorzusehen als im von der Blende 6 und der der Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode 2 begrenzten Teilbereich des gasgefüllten Elekrodenzwischemaums 3. Diese Maßnahme bewirkt, dass die Kompression bzw. die Einkopplung der Energie in das stromdurchflossene Plasma und damit verbunden die Lokalisierung des Bereichs hoher Impedanz an der gewünschten Stelle nahe der der Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode 1 erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass eine optimale Nutzbarkeit der Strahlung unter dem Aspekt der Zugänglichkeit unter großen Beobachtungswinkeln gegeben ist. Der Stromtransport von der Kathode zu dieser Stelle erfolgt dabei in einem diffusen niederimpedanten Plasma. Dies führt im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem ein insgesamt kürzerer Plasmakanal entsteht, kaum zu Verlusten. Auch deswegen ist eine Steigerung der Strahlungsleistung erzielbar. Der Gasdruck im Elektrodenzwischenraum 3 und der Abstand zwischen den beiden Elektroden werden so gewählt, dass die Zündung des Plasmas auf dem linken Ast der Paschenkurve erfolgt, d.h. die Ionisationsprozesse starten entlang der langen elektrischen Feldlinien, welche bevorzugt im Bereich der Öffnungen von Anode und Kathode auftreten. Die Zündung erfolgt somit im Gasvolumen und damit besonders verschleißarm. Außerdem kann bei einem Betrieb auf dem linken Ast der Paschenkurve ohne Schaltelement zwischen Strahlungsgenerator und Spannungsversorgung gearbeitet werden, was eine niederinduktive und damit sehr effektive Energieeinkopplung möglich macht. Es ist möglich, entweder die von der Austrittsseite der Strahlung abgewandte Elektrode 2 oder die der Austrittsseite der Strahlung zugewandte Elektrode 1 als Kathode zu verwenden. Die erste Alternative hat den Vorteil, dass das komprimierte Plasma, welches durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in diesem Fall nahe der Anode 1 entstehen kann, somit vergleichsweise weit von der Kathode 2 entfernt ist. Dadurch kommt es zu einer geringeren Erosion der Kathode. Vor allem aber hängt die Erzeugung des Pinchplasmas auch weniger stark von geometrischen Veränderungen der Kathode ab. Somit kann eine höhere Erosion toleriert werden.
Insgesamt führt dies zu einer deutlich längeren Lebensdauer des Elektrodensystems und bietet die Möglichkeit, eine höhere elektrische Leistung einzukoppeln und somit eine höhere Strahlungsleistung zu erzielen. Auch die thermische Belastung der der Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode 1, also z.B. der Anode, hält sich in Grenzen, da die Blende 6 in der Lage ist, einen beträchtlichen Teil der Energie abzuführen. Deswegen muss aufgrund des Vorhandenseins der Blende 6 nur der Anteil der Energie betrachtet werden, der in den Bereich des Pinchplasmas, der kurzwellige Strahlung emittiert, eingekoppelt wird. Da dieser Anteil nur ein Fünftel bis ein Viertel der Gesamtenergie beträgt, lässt sich damit die einkoppelbare Leistung und auch die Pulsenergie entsprechend um einen Faktor 4 bis 5 steigern. Besonders vorteilhaft ist es, die von der Austrittsseite der Strahlung abgewandte Elektrode 2 als einen Hohlraum 8 aufweisende Hohlelektrode, insbesondere als Hohlkathode, auszugestalten. Darin findet in einer ersten Phase der Entladung eine Vorionisation des Gases statt gefolgt von der Ausbildung eines dichten Hohlkathodenplasmas. Ein solches eignet sich besonders gut, die notwendigen Ladungsträger (Elektronen) zum Aufbau eines niederohmigen Kanals im
Elektrodenzwischenraum 3 bereitzustellen. Die Hohlelektrode 2 kann eine oder mehrere Öffnungen 9 zum Elektrodenzwischenraum 3 aufweisen. Da durch letztere Alternative der Gesamtstrom auf mehrere Elektrodenöffnungen 9 verteilt wird, kann die lokale Belastung der Elektrode 2 auf diese Weise verringert und damit die Lebensdauer des Elektrodensystems bzw. die einkoppelbare elektrische Leistung erhöht werden. Im Hohlraum 8 der als Hohlkathode ausgebildeten Elektrode 2 können zusätzlich Triggervorrichtungen vorhanden sein. Auf diese Weise lässt sich die Zündung der Entladung präzise nach Bedarf auslösen. Dies ist besonders bei einer Hohlkathode mit mehreren Öffnungen vorteilhaft. Die Triggervorrichtung kann z.B. als Hilfselektrode in der Hohlkathode ausgestaltet sein, mit der die Entladung dadurch ausgelöst werden kann, dass die Hilfselektrode von einem gegenüber der Kathode positiven Potential auf ein niedrigeres Potential, z.B. Kathodenpotential geschaltet wird. Weitere Möglichkeiten zur Triggerung bestehen in der Injektion oder Erzeugung von Ladungsträgern in der Hohlkathode über einen Glimmentladungstrigger, einen hochdielektrischen Trigger oder dem Auslösen von Photoelektronen oder Metalldampf über Licht- oder Laserpulse. Es ist günstig, die Blende 6 so auszugestalten, dass sie zum Stromtransport höchstens in geringem Maße beiträgt. Der gesamte oder zumindest der wesentliche Anteil des Stromtransportes wird stattdessen weitgehend nur über den Plasmakanal von der Kathode zur Anode übertragen. Auf diese Weise kann der Strom möglichst vollständig und effektiv für die Erzeugung des Pinchplasmas genutzt werden. Außerdem lässt sich die Erzeugung von Kathodenflecken an der Blende und die dabei dort auftretende Erosion somit weitgehend vermeiden. Für die Herstellung der Blende 6 ist es von Vorteil, wenn die Blende 6 oder zumindest ein Teil der Blende 6 aus einem gut mechanisch bearbeitbaren Material besteht. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Material mindestens eines Teils der Blende 6 eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Dadurch wird eine effektive Kühlung bzw. Wärmeabführung ermöglicht. Als Material für mindestens einen Teil der Blende 6 lässt sich zum Beispiel Keramik, insbesondere Aluminiumoxid oder Lanthanhexaborid, verwenden. Für den nahe der Öffnung 7 liegende Teil der Blende 6, für den aufgrund der Nähe zum Plasmakanal die Gefahr der Erosion der Blende 6 am größten ist, ist es günstig, diesen Teil aus einem besonders entladungsfesten Material, insbesondere zum Beispiel aus Molybdän, Wolfram, Titannitrid oder Lanthanhexaborid, auszubilden. Dadurch wird das Auftreten von Erosion an der Blende 6 stark eingeschränkt und damit die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht. Möglich ist auch die Einbringung mehrerer, jeweils eine Öffnung 7 auf der Symmetrieachse 4 aufweisender Blenden in den Elektrodenzwischenraum 3. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind diese als voneinander durch Isolatoren 11 beabstandete metallene Blenden 6,6',6" ausgestaltet. Auf diese Weise wird das mehrstufige Zünden von Kathodenflecken und damit der Stromtransport effektiv unterdrückt. Dies liefert den Vorteil wie bei Verwendung eines reinen Isolators. Zusätzlich wird durch den Einbau von Metall ein gewünscht niederinduktiver Aufbau des Elektrodensystems im Vergleich zu einer reinen Keramikplatte möglich. Ferner spielen Ablagerungen von Metalldampf auf der Blende, die z.B. bei einer Keramikblende zu Problemen führen könnten, nahezu keine Rolle. Die Dicke der Blende 6 kann in einem Bereich zwischen ca. 1 bis 20 mm liegen. Unter dem Aspekt der Kühlung sind möglichst dicke Blenden vorzusehen. Der Durchmesser der Blende 6 sollte ungefähr zwischen 4 und 20 mm liegen. Es ist möglich, Gaseinlässe 12 derart anzuordnen, dass ihre Öffnungen zum von der Blende 6 und von der von der Austrittsseite der Strahlung abgewandten Elektrode 2 begrenzten Teilbereich des gasgefüllten Elektrodenzwischenraums 3 weisen. Damit lässt sich der Gasdruck in diesem Teilbereich gezielt einstellen. In Zusammenwirken mit der Blende 6 kann dort insbesondere ein höherer Gasdruck vorgesehen werden als im von der Blende 6 und der der Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode 1 begrenzten Teilbereich des Elektrodenzwischenraums 3 bzw. es kann ein bestimmter gewünschter Druckunterschied eingestellt werden. Außerdem können Gaseinlässe 12' vorhanden sein, die Öffnungen zum von der Blende 6 und von der der Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode 2 begrenzten Teilbereich des gasgefüllten Elektrodenzwischenraums 3 haben. Mit dem Einbau von Gaseinlässen 12,12' in beiden Teilbereichen des Elektrodenzwischenraums 3 hat man einen besonders großen Spielraum bei der Regelung der Gasdruckverteilung im Elektrodenzwischenraum 3. Außerdem ist dadurch in Verbindung mit dem Vorhandensein der Blende 6 die Möglichkeit gegeben, eine inhomogene Verteilung der Gaszusammensetzung innerhalb des Elektrodenzwischenraums 3 zu generieren. Insbesondere wird in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung in den von der Blende 6 und von der von der Austrittsseite der Strahlung abgewandten Elektrode 2 begrenzten Teilbereich des
Elektrodenzwischenraums 3 mittels der dort vorhandenen Gaseinlässe 12 zusätzlich ein Füllgas eingebracht, welches im Vergleich zum Arbeitsgas bei den verwendeten gepulsten Strömen sehr geringe Strahlungsverluste aufweist, wie z.B. Helium oder Wasserstoff. Auf diese Weise wird die Impedanz des Plasmas dort im Vergleich zu dem EUV emittierenden Bereich gering gehalten und die Energieeinkopplung effektiver. In den von der Blende 6 und von der der Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode 1 begrenzten Teilbereich des Elektrodenzwischenraums 3 wird mittels der dort vorhandenen Gaseinlässe 12' das für die Erzeugung des Pinchplasma und die resultierende Aussendung von EUV-Strahlung vorgesehene Arbeitsgas, wie etwa Xenon oder Neon eingelassen. Das Abpumpen des Gases kann besonders einfach von einer außerhalb des Elektrodenzwischenraums gelegenen Abpumpvorrichtung durch die Öffnung der der Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode 1 hindurch erfolgen. Möglich ist es aber auch, eine Abpumpvorrichtung direkt im Elektrodenzwischenraum 3, insbesondere im von der Blende 6 und von der der Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode 1 begrenzten Teilbereich des Elektrodenzwischenraums 3, vorzusehen. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn in den beiden Teilbereichen des Elektrodenzwischenraums 3 wie oben beschrieben unterschiedliche Gaszusammensetzungen vorliegen, weil dann beim Abpumpen eine vergleichsweise niedrige Vermischung der beiden Gasgemische realisiert werden kann. Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig.1 Eine aus der WO 99/29145 entnommene Zeichnung, die den Stand der Technik wiedergibt. Fig.2 Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig.3 Schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei der ein Teil der Blende aus einem entladungsfesten Material besteht.
Fig.4 Schematische Darstellung einer Ausf hrungsform, bei der mehrere metallene Blenden vorhanden sind. Fig.5 Schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei der die Hohlelektrode mehrere Öffnungen aufweist.
Fig.2 zeigt eine Ausführungsform des Elektrodensystems der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei ist eine Elektrode 2 als einen Hohlraum 8 aufweisende Hohlelektrode ausgestaltet und wird als Kathode verwendet. Die andere Elektrode 1 fungiert als Anode. Die Auskopplung der vom innerhalb des gasgefüllten
Elektrodenzwischenraums 3 erzeugten Pinchplasmas 13 ausgehenden Strahlung erfolgt durch die Öffnung 5 der Anode 1. Um einen möglichst hohen Anteil der ausgesendeten Strahlung nutzbar machen zu können, verbreitert sich die Anodenöffnung 5 in Auskoppelrichtung. Zwischen den Elektroden 1,2 ist eine Blende 6 angeordnet, welche auf der durch die Anodenöffhung 5 definierte Symmetrieachse 4 eine durchgehende Öffnung 7 aufweist. Die Hohlkathode weist in dieser Ausführung eine Öffnung 9 zum Elektrodenzwischenraum 3 auf, diese befindet sich genauso auf der Symmetrieachse 4. Es sind Gaseinlässe 12 vorhanden mit Öffnungen zum von der Blende 6 und von der Kathode 2 begrenzten Teilbereich des gasgefüllten Zwischenraums 3. Die Zuleitungen dieser Gaseinlässe verlaufen in dieser Ausführung durch den Körper der Hohlkathode hindurch. Weitere Gaseinlässe 12' sind vorhanden sind mit Öffnungen zum von der Blende 6 und von der Anode 2 begrenzten Teilbereich des gasgefüllten Elektrodenzwischenraums 3. Fig.3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Blende 6 in einem Bereich 10 nahe ihrer Öffnung 7 aus einem entladungsfesten Material, zum Beispiel aus Molybdän, Wolfram, Titannitrid oder Lanthanhexaborid besteht. Der übrige Teil der Blende 6 besteht aus einem gut mechanisch bearbeitbaren Material und/oder einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit. In Fig.4 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei der mehrere metallene Blenden 6,6',6" zwischen den Elektroden 1 ,2 angeordnet sind, jeweils beabstandet durch Isolatoren 11. Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Kathode 2 drei Öffnungen 9,9',9" aufweist. Die zentrale auf der Symmetrieachse liegende Öffnung 9 ist dabei als Sackloch ausgebildet. Die beiden anderen Öffnungen 9 ',9" sind durchgehende Öffnungen zwischen dem Hohlraum 8 der Kathode 2 und dem Elektrodenzwischenraum 3. Bezugszeichenliste
1 der Austrittsseite der Strahlung zugewandte Elektrode
2 von der Austrittsseite der Strahlung abgewandte Elektrode 3 (Gasgefüllter) Elektrodenzwischenraum
4 Symmetrieachse
5 Öffnung der der Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode (1)
6 Blende
7 Öffnung der Blende 8 Hohlraum der Hohlelektrode (2)
9,9',9' ' Öffnung der von der Austrittsseite der Strahlung abgewandten Elektrode
10 Aus entladungsfestem Material bestehender Teilbereich der Blende
11 Isolator 12,12' Gaseinlässe 13 Pinchplasma

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Gasentladungsquelle, insbesondere zur Erzeugung von Extrem- Ultraviolett- und/oder weicher Röntgenstrahlung, bei der sich zwischen zwei Elektroden (1,2) ein gasgefüllter Elektrodenzwischenraum (3) befindet, bei der Vorrichtungen zum Einlassen und Abpumpen von Gas vorhanden sind und bei der eine Elektrode (1) eine eine Symmetrieachse (4) definierende und für den Austritt von Strahlung vorgesehene Öffnung (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Elektroden (1,2) eine zumindest eine Öffnung (7) auf der Symmetrieachse (4) aufweisende und als differentielle Pumpstufe wirkende Blende (6) vorhanden ist.
2. Gasentladungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck im von der Blende (6) und der von der Austrittsseite der Strahlung abgewandten Elektrode (2) begrenzten Teilbereich des gasgefüllten
Elektrodenzwischenraums (3) größer ist als im von der Blende (6) und der zur Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode (1) begrenzten Teilbereich des gasgefüllten Elektrodenzwischenraums (3).
3. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (6) so ausgestaltet ist, dass sie zum Stromtransport höchstens in geringem Maße beiträgt.
4. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Blende (6) aus einem gut mechanisch bearbeitbaren Material und/oder einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.
5. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Blende (6) aus Keramik besteht.
6. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (6) mindestens in einem Bereich (10) nahe ihrer Öffnung (7) aus einem entladungsfesten Material besteht.
7. Gasentladungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere voneinander durch Isolatoren (11) beabstandete metallene Blenden (6,6 ',6") vorhanden sind.
8. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Blende (6) in Richtung der Symmetrieachse (4) eine Ausdehnung zwischen 1 mm und 20 mm hat.
9. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (7) der Blende (6) einen Durchmesser zwischen 4 mm und 20 mm hat.
10. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gaseinlässe vorhanden sind mit Öffnungen zum von der Blende (6) und von der von der Austrittsseite der Strahlung abgewandten Elektrode (2) begrenzten Teilbereich des gasgefüllten Elektrodenzwischenraums (3).
11. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gaseinlässe vorhanden sind mit Öffnungen zum von der Blende (6) und von der der Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode (2) begrenzten Teilbereich des gasgefüllten Elektrodenzwischenraums (3).
12. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Austrittsseite der Strahlung abgewandte Elektrode (2) einen Hohlraum (8) aufweist, welcher mindestens eine Öffnung (9) zum gasgefüllten Elektrodenzwischenraum (3) aufweist.
13. Gasentladungsquelle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gaseinlass vorhanden ist mit einer Öffnung zum Hohlraum (8) der von der Austrittsseite der Strahlung abgewandten Elektrode (2).
14. Gasentladungsquelle nach den Ansprüchen 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Triggereinrichtung im Hohlraum (8) der von der Austrittsseite der Strahlung abgewandten Elektrode (2) vorhanden ist.
15. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gasmischung im Elektrodenzwischenraum (3) ein für die Gasentladung verwendetes Arbeitsgas und zusätzlich mindestens ein weiteres Füllgas enthalten ist, welches im Vergleich zum Arbeitsgas geringere Strahlungsverluste aufweist.
16. Gasentladungsquelle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im von der Blende (6) und der zur Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode (2) begrenzten Teilbereich des gasgefüllten Elektrodenzwischenraums (3) in der Gasmischung hauptsächlich das Arbeitsgas enthalten ist und im von der Blende (6) und der von der Austrittsseite der Strahlung abgewandten Elektrode (2) begrenzten Teilbereich des gasgefüllten Elektrodenzwischenraums (3) in der Gasmischung hauptsächlich das Füllgas enthalten ist.
17. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abpumpen des Elektrodenzwischenraums (3) durch die Öffnung (5) der zur Austrittsseite der Strahlung zugewandten Elektrode (2) hindurch erfolgt.
18. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Austrittsseite der Strahlung abgewandte Elektrode (2) als Kathode verwendet wird.
19. Gasentladungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden Elektroden und der Gasdruck zwischen den Elektroden so gewählt ist, dass die Gasentladung auf dem linken Ast der Paschen-Kurve erfolgt.
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