WO2009068182A1 - Strahlungserzeugung mittels laserbestrahlung eines freien tröpfchentargets - Google Patents

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WO2009068182A1
WO2009068182A1 PCT/EP2008/009554 EP2008009554W WO2009068182A1 WO 2009068182 A1 WO2009068182 A1 WO 2009068182A1 EP 2008009554 W EP2008009554 W EP 2008009554W WO 2009068182 A1 WO2009068182 A1 WO 2009068182A1
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droplet
target
fluid
sources
radiation
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PCT/EP2008/009554
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Ales Charvat
Bernd Abel
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MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Georg-August-Universität Göttingen Stiftung Öffentlichen Rechts
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    • 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—Production of X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/003—Production of X-ray radiation generated from plasma the plasma being generated from a material in a liquid or gas state
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    • H05G2/001—Production of X-ray radiation generated from plasma
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    • H05G2/005—Production of X-ray radiation generated from plasma the plasma being generated from a material in a liquid or gas state containing a metal as principal radiation generating component

Definitions

  • the invention relates to a method for providing a droplet target, which is intended for radiation generation by means of laser irradiation, in a vacuum device, a method for generating radiation by means of laser irradiation of a droplet target and a radiation source which is set up for generating radiation by means of laser irradiation of a droplet target.
  • Radiation generation may generally include generation of electromagnetic radiation or particle beams.
  • Applications of the invention thus exist in the generation of radiation (in particular of electromagnetic radiation having wavelengths in the UV to the X-ray region or particle beams) z.
  • For measurement purposes for material processing or for a diagnostic or therapeutic task, in particular for applications in lithography.
  • Target materials have been proposed which differ in particular with regard to their state of aggregation (solid / liquid), their geometric shape (spherical droplets / layered films) and their chemical composition (eg xenon or water).
  • Target materials have also been proposed which are provided by a source in a vacuum chamber as a continuous stream (e.g., U.S. 6,002,744) or as a droplet sequence (see, e.g., U.S. 6,377,651).
  • Significant disadvantages of these conventional techniques for providing target material are the limited ability to influence the shape and / or chemical composition of the target material.
  • DE 103 26 279 it is proposed to impose a flattened shape on a continuous jet of the target material by the use of a slot-shaped nozzle, which enables an increased effectiveness of the coupling of laser light at the location of the laser irradiation.
  • the laser irradiation of a surface section with a reduced radius of curvature reduces reflection losses and increases the effectiveness of the conversion of laser light into short-wave radiation.
  • the technique described in DE 103 26 279 has the disadvantage that the adjustability of the flattened beam shape is limited by the requirement to produce a stable, continuous beam of the target material.
  • the continuous beam has the disadvantage of a reduced material yield compared to droplet sequences, since with pulse-shaped laser irradiation only a fraction of the target material is used for plasma-based radiation generation.
  • the object of the invention is to propose an improved method for the provision of drop-shaped target material for radiation generation, with which the disadvantages of conventional techniques are overcome.
  • the method should in particular allow influencing the shape and / or composition of targets.
  • the object of the invention is also to provide an improved method for generating radiation. tion, in particular for the generation of electromagnetic radiation and / or particle beams, to overcome the limitations of conventional methods and which is characterized in particular by a high efficiency of the conversion of laser light into short-wave radiation or particles and the utilization of the target material.
  • the object of the invention is also to provide a correspondingly improved radiation source which is set up for generating short-wave radiation or particle beams.
  • the invention is based on the general technical teaching to provide free target material (referred to herein as a droplet target) for radiation generation by laser irradiation in a vacuum device formed by at least one collision of at least two droplets located in the vacuum device move on different, intersecting drop paths.
  • a first fluid droplet on a first droplet path and at least one further fluid droplet on at least one further droplet path collide to form a droplet target.
  • the terms drops, droplets, fluid droplets or droplet target generally liquid formations are referred to here, the characteristic size is less than 1 mm, preferably less than 500 microns.
  • the collision of fluid drops generally involves the meeting of the fluid drops at an intersection of their straight drop paths.
  • a central collision of the fluid drops is provided at the point of intersection, the fluid drops merging with each other.
  • a central collision of the fluid droplets is given in particular when the fluid droplets arrive simultaneously at the point of intersection.
  • the droplet target thus preferably forms a fusion droplet.
  • the central collision of the fluid droplets has the additional advantage that the operating conditions of the droplet sources for generating the fluid droplets can be set particularly accurately and reproducibly.
  • a grazing collision of the droplets may be provided instead of the central collision.
  • a simultaneous collision of two or more fluid drops may be provided to form the droplet target.
  • at least two collisions can be provided serially, in which first two fluid drops collide and then the composition formed from the fluid droplets collides with at least one further fluid droplet to generate the droplet target.
  • successive multiple droplet targets can be generated.
  • the droplet target formed by the at least one collision has a number of advantages, especially for radiation generation.
  • a first advantage is that the shape of the droplet target is influenced and, in particular, which can be optimized for the laser irradiation.
  • the droplet target provided according to the invention is suitable for the generation of short-wave radiation or particle beams with increased intensity.
  • the yield of the target material used for the generation of radiation can be optimized, in particular with a synchronization of the laser irradiation with the droplet sources.
  • the collision can influence the shape of the target material. Furthermore, it is possible to influence its chemical composition by the collision-based formation of the droplet target.
  • a further advantage is that with the collision of at least two fluid drops, the number of degrees of freedom in the adjustment of the drop shape is increased in comparison to conventional techniques for producing target jets with slit-shaped nozzles.
  • the droplet target forms a free target for radiation generation.
  • the free droplet target is provided in the vacuum device as a fluid composition in a state where the target material is separated from a jet or reservoir of the target material. Mechanical feedback, e. G. B. occurring in the laser irradiation shock waves, to a beam or a reservoir of the target material are largely avoided.
  • the free droplet target is provided in particular without touching a solid surface.
  • the droplet target is preferably formed with a nonspherical, in particular ellipsoidal shape.
  • ellipsoidal shape generally refers to a shape of a flattened sphere, in particular of an ellipsoid.
  • the droplet target is flattened on both sides, resulting in advantages for effective laser irradiation with reduced reflection losses and directional radiation of the short-wave radiation.
  • On the surface of the droplet target there is at least one portion with a radius of curvature that is less than on the remainder of the surface of the droplet target.
  • the ellipsoidal shape may preferably be flattened so that the droplet target has at least one planar surface portion.
  • the droplet target can in particular be given a lamella shape (lamellar shape, flat layer form) with parallel front and back surfaces.
  • the droplet target can be z. B. with a ratio of the layer thickness to the layer diameter (thickness: diameter ratio) be formed det that is less than 0.5, more preferably less than 0, 1.
  • the colliding fluid drops may all consist of an identical substance.
  • the droplet target has a uniform homogeneous chemical composition.
  • At least two of the colliding fluid drops may contain different substances. Miscible or immiscible substances can be selected.
  • the chemical composition of the droplet target can thus be adjusted immediately before the laser irradiation.
  • the droplet target can be z. B. be doped in a predetermined manner to influence the spectral composition or intensity of the generated short-wave radiation pulse.
  • that can Droplet target can be formed as a layer system (sandwich structure) or gradient system in which the various substances are arranged next to each other or mixed with a concentration gradient. The formation of a substance gradient in the droplet target, in particular below
  • a dopant such as. As a dissolved salt, can be used to set a predetermined refractive index profile in the droplet target, z. B. to obtain a certain refractive index variation in the propagation direction with a focus of the generated electromagnetic radiation, so that there is a higher efficiency of radiation generation.
  • the method according to the invention can be realized with substances which are suitable for forming liquid drops in a reduced pressure environment in the vacuum device.
  • the fluid drops contain at least one of the substances that are suitable for the generation of radiation, such.
  • the substances of a fluid droplet may dopants, in particular tin salts, such as. As tin chloride (SnCl 2 ), or beryllium.
  • the droplet target produced according to the invention can be miniaturized in order to produce the most point-like emission possible in the generation of radiation.
  • the fluid droplets, which are brought to collision according to the invention have a diameter, in particular less than 1 mm, preferably less than 200 ⁇ m, particularly preferably less than 100 ⁇ m, z. B. in the range of 50 microns to 10 microns.
  • the inventors have found that drop paths of such small fluid drops with such high accuracy and stability the fluid droplets can be generated, that the droplet paths intersect and the fluid droplets can fuse after collision.
  • the fluid drops in the vacuum device are created with droplet sources adapted for directional release of the substance of the fluid drops and movement of the fluid drops on the desired drop paths.
  • the droplet sources are aligned with the vacuum device to form the droplet paths.
  • the droplet sources can be used to influence the geometric shape of the droplet target.
  • two droplet sources are aligned relative to each other so that the droplets form an angle in the range of 10 ° to 150 °, preferably in the range of 40 ° to 120 °.
  • the angle between the droplet paths is selected in the range of 70 ° to 100 °.
  • droplet targets with the lamellar shape can be generated particularly effectively with this angle range for the substances of interest for plasma- or ionization-based radiation generation.
  • the mode of operation of the droplet sources may be selected depending on the particular application of the invention.
  • at least one of the droplet sources may be operated in a beam mode.
  • jet mode a jet of liquid is ejected from the droplet source.
  • the liquid jet decays with a from the droplet source by a natural instability or by an instability mechanically impressed with a modulator element of the droplet source in the FIu- idtropfen.
  • the fluid drops form a sequence of drops.
  • the beam mode is particularly suitable for a quasi-continuous generation of short-wave radiation. With liquid jets drop frequencies and thus pulse frequencies of the short-wave radiation in the range of 1 kHz to 10 MHz, z. B. 100 kHz to 500 kHz are generated.
  • At least one of the droplet sources may be operated in a drop mode.
  • drop mode the at least one fluid drop is generated and expelled from the droplet source.
  • the drop mode is particularly suitable for drop on demand operation wherein the drop source droplet source is arranged in response to a single or periodic trigger signal, in the latter case the droplets of fluid may also form a droplet sequence preferably droplet frequencies (pulse frequencies of the short-wave radiation) in the range from 1 Hz to 50 kHz, for example 50 kHz to 1 kHz.
  • the droplet sources are preferably operated in a synchronized manner in order to provide the fluid droplets or droplet sequences of fluid droplets. Synchronous operation means that the
  • Control of the droplet sources in the time domain is tuned so that the generated fluid droplets collide at the intersection of the droplet paths.
  • the synchronous operation of the droplet sources comprises a control such that the fluid droplets are generated simultaneously.
  • a droplet target sequence is generated with a plurality of droplet targets.
  • the droplet target sequence advantageously makes it possible to generate radiation in pulse mode.
  • the droplet target sequence comprises a series of droplet targets each generated by the method of the invention by at least one collision of at least two fluid droplets. For this purpose, at least two droplet sequences of the fluid droplets are provided on different droplet paths, which are brought drop by drop to collision.
  • the invention is based on the general technical teaching to provide a method for generating radiation by means of laser irradiation of at least one droplet target, wherein the droplet target is produced by a method according to the invention according to the above-mentioned first aspect.
  • the irradiation of a single droplet for generating a single pulsed radiation emission or a pulsed irradiation of a plurality of droplet targets is provided, which are generated as a droplet target sequence.
  • the advantages of the method according to the invention for generating radiation consist in particular in the increased effectiveness of the coupling of the laser radiation in the droplet targets and the generation of a directed radiation of the radiation pulses.
  • Radiation generation may include the generation of electromagnetic radiation in the short-wave X, XUV and EUV wavelength range (in particular 1 nm to 100 nm, preferably 2 nm to 20 nm) or particle beams, preferably with electrons and / or protons (in particular with energies in the Range from 10 keV to 1 keV) from an excited state of the target (excited target).
  • the emission takes place the electromagnetic radiation from a plasma state of the target material, which is excited by the laser irradiation.
  • the emission of the particles takes place from an ionized state of the target material, in which the particles undergo an acceleration due to the laser irradiation.
  • the irradiation of the droplet target is carried out in accordance with a preferred embodiment of the invention with a distance from the location of the formation of the droplet target, d. H. from the place of collision of fluid drops.
  • the distance is preferably selected in the range of 1 mm to 5 cm, particularly preferably 5 mm to 2 cm.
  • the inventors have found that droplet targets have a stable shape after the collision of the fluid drops in these areas.
  • the shape may be irregular due to droplet formation after the collision, or an effect on the droplet source may occur, while greater requirements for the stability of the droplet paths have to be set for larger distances and a deformation of the droplet target, a disintegration of the droplet target in single droplets or freezing of the substance of the droplet target may occur.
  • Subjecting droplet is subjected in a surface portion of the laser irradiation in which the droplet target is flattened and has a local curvature minimum.
  • a reflection loss of the laser irradiation is minimized during the irradiation of the flattened surface portion.
  • the generation of the droplet target achieves and, depending on the detection, the provision of the fluid droplets (in particular the time at which droplets are formed, the size of the fluid droplets, the direction of the droplet movement) and / or the laser irradiation of the droplet target are controlled.
  • optical monitoring with an optical monitor device can be provided, which is set up for image acquisition and evaluation. Images of droplet generation can be analyzed and evaluated especially with regard to the size and shape of the droplet target.
  • At least one output of the monitor means may be used to control the operation of the droplet sources, to align the droplet sources and / or to align the laser irradiation.
  • the invention is based on the general technical teaching of providing a radiation source which is set up for generating radiation by means of laser irradiation of a droplet target and comprises a droplet generator device and an irradiation device.
  • the radiation source is for providing the
  • the droplet generator device is equipped with at least two droplet sources. These are arranged in the vacuum device so that droplet paths of fluid droplets generated with the droplet sources intersect in the vacuum device.
  • the droplet sources may have a structure and operation as known from conventional droplet sources for introduction of droplet targets in vacuum equipment is. The inventors have found that the droplet sources can be operated with sufficient accuracy and reproducibility to achieve the desired collision of fluid drops in the vacuum device.
  • the droplet sources may be configured for droplet generation in the jet mode or in the droplet mode. This advantageously makes it possible to generate the short-wave radiation in a high-frequency operation (eg with a pulse frequency in the above-mentioned frequency range of the beam mode) or in a low-frequency operation up to a targeted triggering of individual fluid droplets.
  • a high-frequency operation eg with a pulse frequency in the above-mentioned frequency range of the beam mode
  • a low-frequency operation up to a targeted triggering of individual fluid droplets.
  • the droplet sources are equipped with piezo elements which are adapted for droplet generation by destabilizing a liquid jet emerging from the droplet sources.
  • the piezoelectric elements allow a particularly accurate mutual matching of the droplet sources and thus reliable collision-based generation of the droplet target.
  • the droplet sources may be equipped with pulsers for droplet generation in the droplet sources.
  • FIG. 1 Further advantageous embodiments of the radiation source according to the invention are characterized by a monitor device and / or a control device with which the generation of the droplet target can be optimized.
  • the monitor device is preferably configured for optically monitoring the generation of the droplet target on the basis of image acquisition and processing.
  • the control device With the control device, at least one of the drop generator device and the irradiation device in dependence on be controlled at least one output of the monitor device.
  • the vacuum device of the radiation source can comprise separate chambers which are operated at different operating pressures.
  • the vacuum devices may in particular comprise a droplet source chamber in which the droplet sources for generating the fluid droplets are arranged, and an irradiation chamber in which the laser irradiation of the droplet target is provided.
  • Droplet source chamber may be given an increased pressure required for droplet source operation and droplet generation.
  • Figure 1 ⁇ a schematic sectional view of a first embodiment of the radiation source according to the invention.
  • FIG. 2 a schematic illustration of the generation of a droplet target according to the invention
  • FIG. 3 a photographic image of the production of droplet targets according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a further embodiment of a radiation source according to the invention.
  • the implementation of the invention is not limited to the described generation of short-wave radiation. It is possible, alternatively, particle beams, z. B. electron beams or proton beams to produce. For this purpose, as target substance z. For example, water is used as known in the art for particle beam generation.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a radiation source 200 according to the invention with a droplet generator device 10 with two droplet sources 11, an irradiation device 20, a monitor device 30 and a control device 40.
  • the droplet sources 11 are arranged on droplet source carriers 14 with which the position and / or orientation the droplet sources 11 in the vacuum device 100 are adjustable.
  • the droplet source carriers 14 are connected to the supply unit 13 or to the control device 40.
  • the droplet source carriers 14 contain z.
  • the radiation source 200 comprises a vacuum device 100 with a droplet source chamber 101, an irradiation chamber 102 and a pump device 110.
  • each droplet source 11 comprises a nozzle equipped with a piezoelectric element 12 and connected to a supply unit 13.
  • the droplet sources 11 are adapted to eject liquid jets at least one target substance in predetermined ejection directions.
  • the liquid jets disintegrate at a certain distance from the droplet source 11 (decay length) into a sequence of drops.
  • the fluid drops move on droplet paths which coincide with the ejection directions of the droplet sources 11.
  • the at least one target substance for generating the droplet target is supplied to the droplet sources 11 from the supply unit 13.
  • the piezoelectric elements 12 can be controlled by the supply unit 13.
  • the droplet sources 11 with the piezo elements 12 have z.
  • the piezoelectric elements 12 each comprise a piezoelectric crystal or a pin of a piezoelectric material. They are driven in the beam mode of the droplet sources 11 with a high-frequency excitation signal and cause pressure fluctuations in the liquid jet, which follow the excitation frequency. This pressure modulation improves the stability and reproducibility of drop generation and in particular the decay length and droplet diameter.
  • the excitation frequency (eg about 1 MHz) is equal to the so-called Rayleigh frequency, which is inversely proportional to the distance of the fluid drops in the sequence of drops. In jet mode, the fluid drops can travel at a speed in the air
  • Range of z. B. 20 m / s to 100 m / s are generated.
  • the inventors have found that even at such high speeds a stable and reproducible high-frequency collision of the fluid drops can be set.
  • each droplet source 11 comprises a nozzle which is equipped with a pulser (not shown) for droplet generation and connected to the supply unit 13.
  • the droplet sources 11 are in this case arranged to dispense fluid droplets of at least one target substance individually or as droplets in predetermined ejection directions. The fluid drops move on droplet paths which coincide with the ejection directions of the droplet source 11.
  • Pulsers have z.
  • a structure known from conventional aerosol generators eg, "Vibrating Orifice Aerosol Generator", manufactured by TSI Inc., USA
  • the pulse generators can be controlled by the supply unit 13. In drop mode, the
  • FIG. 1 by way of example, two fluid drops 2, 4 are illustrated, which move along two droplet paths 3, 5.
  • the droplet paths 3, 5 intersect at an intersection point S at which the droplets of fluid 2, 4 simultaneously arrive and collide with suitable control of the droplet sources 11.
  • the droplet target 1, which is formed from the fluid droplets 2, 4, moves on a target path 8.
  • the distance from the droplet sources 11 to the point of intersection S (length of the droplet paths 3, 5) is selected in the range of 3 mm to 15 cm. In the illustrated embodiment, the distance z. B. 10 cm.
  • the direction of the target web 8 depends on the directions of the droplet paths 3, 5 and the mechanical impulses of the fluid droplets 2, 4.
  • drop trajectories 3, 5 which are at the same angle with respect to the vertical, and fluid drops 2, 4 are provided with identical amounts of the mechanical impulses such that the target trajectory 8 is substantially vertical (parallel to the direction of gravity).
  • other angles of the droplet paths 3, 5 and / or pulses of the fluid drops 2, 4 may be provided.
  • the target web 8 can, for. B. inclined relative to the vertical or even horizontally.
  • the irradiation device 20 comprises a laser source 21, z.
  • a laser source 21, z For example, an Nd: YAG laser for the plasma-based generation of electromagnetic radiation or an fs laser source, in particular a titanium-sapphire laser system, for the generation of particle beams.
  • the laser source 21 is arranged to irradiate the droplet target 1 on the target web 8. Pulsed laser light from the laser source 21 is directed through a window 103 of the irradiation chamber 102 and an irradiation optics 22 onto an irradiation site B of the target track 8.
  • the laser source 21 is connected to the control device 40. With the controller 40, the orientation of the laser source 21 for irradiation of the target web 8 and / or operating parameters of the laser source 21, such. B. the output power or the pulse frequency adjustable.
  • the monitor device 30 comprises an optical detector 31, z.
  • a detector camera with which an image of the intersection ⁇ point S of the intersecting droplet paths 3, 5 can be recorded, or a light barrier, with which the fluid droplets and / or the droplet target can be detected.
  • light with a matched imaging optical unit 32 is imaged onto the detector 31 through a further window 104 of the irradiation chamber 102.
  • the detector 31 of the monitor device 30 is connected to the control device 40.
  • An output signal of the detector 31, the z. B. image data is processed in the control device 40 to form control signals for the laser source 21 and / or the supply unit 13 of the droplet source 10.
  • the monitor device 30 is shown by way of example in FIG.
  • the imaging direction may deviate from said plane and z. B. perpendicular to this.
  • the detector camera can take an image of a region which includes the point of intersection S and the irradiation site B.
  • the droplet source chamber 101 and the irradiation chamber 102 of the vacuum device 100 are separated by a partition wall 105 having a droplet passage opening 106.
  • the diameter of the droplet passage opening 106 is selected so that the drops 2, 4 can move freely on the droplet paths 3, 5 to the intersection S.
  • the pump device 110 is connected to the irradiation chamber 102. During operation of the pump device 110, differential pumping takes place such that the irradiation chamber 102 is pumped off more than the droplet source chamber 101.
  • an increased pressure of .mu.s compared to the irradiation chamber 102 (10.sup.- 3 to 10.sup.- 4 mbar) z. B. 200 mbar be formed, which is particularly advantageous for the drop mode of the droplet sources 11.
  • the irradiation chamber 102 is further equipped with a skimmer 107 and an exit window 108 for the short-wave radiation 108.
  • the skimmer 107 is constructed, for example, as described in US patent application US 2007/0158540. Instead of the exit window 108, a vacuum connection to an adjacent vacuum chamber may be provided, to which the short-wave radiation can pass freely.
  • Figures 2 and 3 show the inventive generation of the droplet target 1 in a schematic and photographic representation. 2 shows droplet sequences of the drops 2, 4 on the different droplet paths 3, 5, which merge at the point of intersection S into a common droplet formation 1 '. Immediately after the collision, the shape of the droplet formation 1 'is not yet stable.
  • the lamellar droplet target 1 is illustrated in the lower part of FIG. 3 in the xz plane (FIG. 3A) and in the yz plane (FIG. 3B). Subsequently, a further transformation or destabilization of the target material can occur.
  • the droplet target produced according to the invention can thus have a transient shape, wherein the laser irradiation takes place in a predetermined shape state of the droplet target.
  • the operation of the radiation source 200 takes place with the following steps. After preparation of the vacuum device 100 (pumping out with the pump device 110), a configuration of the droplet sources 11 takes place.
  • the supply unit 13 is filled with the desired target substance, eg. For example, ethanol, water or an ethanol-water mixture.
  • the desired target substance eg. For example, ethanol, water or an ethanol-water mixture.
  • a supply of the target substance to the droplet sources 11 takes place while a pressure exerted with the supply unit 13 is exerted.
  • Upon actuation of the piezoelectric elements 12 is a modulation of the from
  • Droplet sources 11 exiting liquid jet, which decays into the drops 2, 4. At the beginning of the operation of the droplet sources 11, these are not yet matched relative to each other. As soon as z. B. with the monitor device 30, the production Stable droplet sequences is detected, a synchronization of the operation of the droplet sources 11 takes place.
  • the synchronization of the droplet sources 11 used in accordance with the invention comprises an activation of the droplet sources 11 such that the fluid droplets arrive at the point of intersection S of the droplet paths 3, 5 at the same time.
  • predetermined excitation or triggering signals of the droplet sources 11 in particular as a function of the geometric and mechanical conditions of the droplet collision, are selected.
  • the selection of suitable excitation or triggering signals can be made as known from conventional droplet-shaped targeting techniques.
  • a regulation of the droplet sources 11 may be provided.
  • one of the piezoelectric elements 12 is adjusted so that the drops 2, 4 arrive at the point of intersection S at the same time.
  • an adjustment of the droplet sources 11 with the droplet source carriers 14 may be provided in order to ensure a reliable collision of the droplets 2, 4 at the point of intersection S.
  • the composite droplet moves by a distance ⁇ z to the irradiation site B of the laser radiation.
  • the distance ⁇ z is selected, for example, in the range of 5 mm to 3 cm.
  • Laser irradiation of the flattened dropping target 1 advantageously produces anisotropic radiation.
  • the short-wave radiation is emitted from the target plasma (plasma state of the irradiated target substance) essentially in the direction of radiation of the laser irradiation, i. H. in the negative x-direction in Figure 1, radiated.
  • the monitor device 30 is configured so that not only the intersection point S at which the drop collision is detected but also the irradiation site B is imaged, this allows the monitoring of the formation of the droplet target 1 and the adjustment of a shape suitable for the laser irradiation.
  • a control loop can be formed in which at least one of the piezo elements 12, at least one of the droplet source carriers 14, the supply unit 13 and / or the laser source 21 is adjustable in dependence on an output signal of the monitor device 30.
  • the setting of the mentioned components in dependence on a detector signal of a radiation detector (not shown) for detecting the short-wave emission from the irradiated droplet target 1 can take place.
  • FIG. 4 shows a modified embodiment of the radiation source 200 according to the invention.
  • three droplet sources 11 are provided with which fluid droplets 2, 4 and 6 are guided on separate droplet paths 3, 5, 7 to the point of intersection S.
  • the droplet sources 11 are operated so that the drops 2, 4 and 6 at the same time
  • the droplet target 1 is formed by the composition of the three colliding fluid drops.
  • FIG. 4 shows by way of example that the vacuum device 100 can have a uniform vacuum chamber in which the drops are produced and collide and the laser irradiation takes place. Otherwise, the radiation source 200 according to FIG. 4 is constructed and operated as described above with reference to FIG.
  • the embodiment according to FIG. 4 can be modified in such a way that the third fluid droplet 6 does not collide with the fluid drops 2, 4 at the same time, but after it collides with a certain distance from the intersection S.
  • at least one further fluid can Droplet source 11 may be provided to effect at least one further collision with fluid drops.

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Abstract

Ein Verfahren zur Bereitstellung eines Tröpfchentargets (1), das für eine Strahlungserzeugung mittels Laserbestrahlung vorgesehen ist, in einer Vakuumeinrichtung (100) umfasst die Schritte Einführung eines ersten Fluidtropfens (2) in die Vakuumeinrichtung (100), Einführung mindestens eines weiteren Fluidtropfens (4, 6) in die Vakuumeinrichtung (100) und Bildung des Tröpfchentargets (1) durch mindestens eine Kollision des ersten Fluidtropfens (2) und des mindestens einen weiteren Fluidtropfens (4). Es werden auch ein Verfahren zur Strahlungserzeugung, insbesondere von elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlen, mittels Laserbestrahlung des Tröpfchentargets (1) und eine Strahlungsquelle (200) beschrieben, die zur Strahlungserzeugung mittels Laserbestrahlung des Tröpfchentargets (1) eingerichtet ist.

Description

Strahlungserzeugung mittels Laserbestrahlung eines freien Tröpfchentargets
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Tröpfchentargets, das für eine Strahlungserzeugung mittels Laserbestrahlung vorgesehen ist, in einer Vakuumeinrichtung, ein Verfahren zur Strahlungserzeugung mittels Laserbestrah- lung eines Tröpfchentargets und eine Strahlungsquelle, die zur Strahlungserzeugung mittels Laserbestrahlung eines Tröpfchentargets eingerichtet ist. Die Strahlungserzeugung kann allgemein eine Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung oder von Teilchenstrahlen umfassen. Anwendungen der Er- findung bestehen somit bei der Erzeugung von Strahlung (insbesondere von elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen im UV- bis in den Röntgenbereich oder von Teilchenstrahlen) z. B. für Messzwecke, für eine Materialbearbeitung oder für eine diagnostische oder therapeutische Aufgabe, insbesondere für Anwendungen in der Lithographie.
Es ist bekannt, elektromagnetische Strahlung z. B. im UV- Wellenlängenbereich, oder Teilchenstrahlen, z. B. Elektronenoder Protonenstrahlen, zu erzeugen, indem ein Targetmaterial durch pulsförmige Laserbestrahlung extrem aufgeheizt wird, so dass ein angeregter Zustand erzeugt wird, aus dem die kurzwellige Strahlung oder die Teilchen emittiert werden. Es wurden Targetmaterialien vorgeschlagen, die sich insbesondere in Bezug auf ihren Aggregatzustand (fest/flüssig), ihre geomet- rische Form (kugelförmige Tropfen/Schichtförmige Folien) und ihre chemische Zusammensetzung (z. B. Xenon oder Wasser) unterscheiden. Es wurden auch Targetmaterialien vorgeschlagen, die von einer Quelle in einer Vakuumkammer als kontinuierlicher Strahl (z. B. US 6 002 744) oder als Tropfenfolge (siehe z. B. US 6 377 651) bereitgestellt werden. Wesentliche Nachteile dieser her- kömmlichen Techniken zur Bereitstellung von Targetmaterial bestehen in Bezug auf die beschränkte Möglichkeit, die Form und/oder chemische Zusammensetzung des Targetmaterials zu beeinflussen.
In DE 103 26 279 wird vorgeschlagen, einem kontinuierlichen Strahl des Targetmaterials durch die Verwendung einer schlitzförmigen Düse eine abgeplattete Form aufzuprägen, die eine erhöhte Effektivität der Einkopplung von Laserlicht am Ort der Laserbestrahlung ermöglicht. Durch die Laserbestrah- lung eines Oberflächenabschnitts mit einem verminderten Krümmungsradius werden Reflexionsverluste reduziert und die Effektivität der Umwandlung von Laserlicht in kurzwellige Strahlung erhöht. Die in DE 103 26 279 beschriebene Technik hat jedoch den Nachteil, dass die Einstellbarkeit der abge- platteten Strahlform durch die Anforderung, einen stabilen, kontinuierlichen Strahl des Targetmaterials zu erzeugen, beschränkt ist. Der kontinuierliche Strahl hat des Weiteren den Nachteil einer im Vergleich zu Tropfenfolgen verminderten Materialausbeute, da bei pulsförmiger Laserbestrahlung nur ein Bruchteil des Targetmaterials zur plasma-basierten Strahlungserzeugung verwendet wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Bereitstellung von tropfenförmigem Targetmaterial für die Strahlungserzeugung vorzuschlagen, mit dem die Nachteile herkömmlicher Techniken überwunden werden. Das Verfahren soll insbesondere eine Beeinflussung der Form und/oder Zusammensetzung von Targets ermöglichen. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein verbessertes Verfahren zur Strahlungserzeu- gung, insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung und/oder Teilchenstrahlen, vorzuschlagen, mit dem die Beschränkungen der herkömmlichen Verfahren überwunden werden und das sich insbesondere durch eine hohe Effizienz der Umwandlung von Laserlicht in kurzwellige Strahlung oder Teilchen und der Ausnutzung des Targetmaterials auszeichnet. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine entsprechend verbesserte Strahlungsquelle bereitzustellen, die zur Erzeugung von kurzwelliger Strahlung oder Teilchenstrahlen eingerichtet ist.
Diese Aufgaben werden mit Verfahren und einer Strahlungsquelle mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst . Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung er- geben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt basiert die Erfindung auf der allgemeinen technischen Lehre, freies Targetmaterial (hier als Tröpfchentarget bezeichnet) für eine Strahlungser- zeugung durch Laserbestrahlung in einer Vakuumeinrichtung bereitzustellen, das durch mindestens eine Kollision von mindestens zwei Tröpfchen gebildet wird, die sich in der Vakuumeinrichtung auf verschiedenen, sich kreuzenden Tropfenbahnen bewegen. Im Unterschied zu den herkömmlichen Techniken, bei denen ein einzelner Tröpfchen für die Erzeugung eines Strahlungspulses im kurzwelligen Wellenlängenbereich in der Vakuumeinrichtung erzeugt wird, werden erfindungsgemäß ein erster Fluidtropfen auf einer ersten Tropfenbahn und mindestens ein weiterer Fluidtropfen auf mindestes einer weiteren Tropfen- bahn zur Kollision gebracht, um ein Tröpfchentarget zu bilden. Mit den Begriffen Tropfen, Tröpfchen, Fluidtropfen oder Tröpfchentarget werden hier allgemein flüssige Gebilde bezeichnet, deren charakteristische Größe kleiner als 1 mm, vorzugsweise kleiner als 500 μm ist. Die Kollision von Fluidtropfen umfasst allgemein das Aufeinandertreffen der Fluidtropfen an einem Schnittpunkt ihrer geraden Tropfenbahnen. Es ist vorzugsweise eine zentrale Kolli - sion der Fluidtropfen an dem Schnittpunkt vorgesehen, wobei die Fluidtropfen miteinander verschmelzen. Eine zentrale Kollision der Fluidtropfen ist insbesondere gegeben, wenn die Fluidtropfen gleichzeitig an dem Schnittpunkt eintreffen. Das Tröpfchentarget bildet somit vorzugsweise ein Fusionströpf - chen. Die zentrale Kollision der Fluidtropfen hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Betriebsbedingungen der Tröpfenquellen zur Erzeugung der Fluidtropfen besonders genau und reproduzierbar einstellbar sind. In Abhängigkeit von der konkreten Aufgabe und gewünschten Form des Tröpfchentargets kann an- stelle der zentralen Kollision eine streifende Kollision der Tropfen vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise bestehen verschiedene Varianten der Erzeugung des tropfenförmigen Targetmaterials, die in Abhängigkeit von den konkreten Anforderungen der Anwendung der Erfindung gewählt werden können. Beispielsweise kann eine gleichzeitige Kollision von zwei oder mehr Fluidtropfen vorgesehen sein, um das Tröpfchentarget zu bilden. Alternativ können seriell mindestens zwei Kollisionen vorgesehen sein, bei denen zuerst zwei Fluidtropfen kollidieren und anschließend die aus den Fluidtropfen gebildete Zusammensetzung mit mindestens einem weiteren Fluidtropfen kollidiert, um das Tröpfchentarget zu erzeugen. Des Weiteren können aufeinander folgend mehrere Tröpfchentargets erzeugt werden.
Das Tröpfchentarget, das durch die mindestens eine Kollision gebildet wird, hat eine Reihe von Vorteilen, insbesondere für die Strahlungserzeugung. Ein erster Vorteil besteht darin, dass die Form des Tröpfchentargets beeinflusst und insbeson- dere für die Laserbestrahlung optimiert werden kann. Somit ist das erfindungsgemäß bereitgestellte Tröpfchentarget für die Erzeugung von kurzwelliger Strahlung oder Teilchenstrahlen mit erhöhter Intensität geeignet. Des Weiteren kann, ins- besondere bei einer Synchronisation der Laserbestrahlung mit den Tröpfenquellen die Ausbeute des für die Strahlungserzeugung verwendeten Targetmaterials optimiert werden.
Des Weiteren kann durch die Kollision die Form des Targetma- terials beeinflusst werden. Ferner ist es möglich, durch die kollisions-basierte Bildung des Tröpfchentargets dessen chemische Zusammensetzung zu beeinflussen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mit der Kollision von mindestens zwei Fluidtropfen die Zahl der Freiheitsgrade bei der Einstellung der Tropfenform im Vergleich zu herkömmlichen Techniken zur Erzeugung von Targetstrahlen mit schlitzförmigen Düsen vergrößert ist .
Ein weiterer, besonders wichtiger Vorteil der Erfindung ist es, dass das Tröpfchentarget ein freies Target für die Strahlungserzeugung bildet. Das freie Tröpfchentarget wird in der Vakuumeinrichtung als Fluidzusammensetzung in einem Zustand bereitgestellt, in dem das Targetmaterial von einem Strahl oder einem Reservoir des Targetmaterials getrennt ist . Mecha- nische Rückkopplungen, z. B. bei der Laserbestrahlung auftretende Schockwellen, auf einen Strahl oder ein Reservoir des Targetmaterials werden weitgehend vermieden. Des weiteren wird das freie Tröpfchentarget insbesondere ohne Berührung einer festen Oberfläche bereitgestellt.
Vorzugsweise wird das Tröpfchentarget mit einer nicht - sphärischen, insbesondere ellipsoiden Form gebildet. Mit dem Begriff "ellipsoide Form" wird allgemein eine Form einer abgeplatteten Kugel, insbesondere eines Ellipsoids bezeichnet. In diesem Fall ist das Tröpfchentarget zweiseitig abgeplattet, wodurch sich Vorteile für eine effektive Laserbestrahlung mit verminderten Reflektionsverlusten und eine gerichtete Abstrahlung der kurzwelligen Strahlung ergeben. Auf der Oberfläche des Tröpfchentargets ist zumindest ein Abschnitt mit einem Krümmungsradius gegeben, der geringer als auf der übrigen Oberfläche des Tröpfchentargets ist. Die ellipsoide Form kann vorzugsweise so abgeplattet sein, dass das Tröpfchentarget zumindest einen ebenen Oberflächenabschnitt aufweist. Das Tröpfchentarget kann insbesondere eine Lamellenform (lamellare Form, ebene Schichtform) mit parallelen vorder- und rückseitigen Oberflächen erhalten. Das Tröpfchentarget kann z. B. mit einem Verhältnis der Schichtdicke zu dem Schichtdurchmesser (Dicke: Durchmesser-Verhältnis) gebil- det sein, das geringer als 0,5, besonders bevorzugt geringer als 0 , 1 ist .
Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht in der hohen Variabilität bei der Auswahl der Zusammensetzung des Tröpfchentargets. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die kollidierenden Fluidtropfen sämtlich aus einer identischen Substanz bestehen. In diesem Fall hat das Tröpfchentarget eine einheitliche homogene chemische Zusammensetzung .
Gemäß einer alternativen Ausführungsform können mindestens zwei der kollidierenden Fluidtropfen verschiedene Substanzen enthalten. Es können mischbare oder nicht-mischbare Substanzen gewählt werden. Vorteilhafterweise kann damit die chemi- sehe Zusammensetzung des Tröpfchentargets unmittelbar vor der Laserbestrahlung eingestellt werden. Das Tröpfchentarget kann z. B. in vorbestimmter Weise dotiert werden, um die spektrale Zusammensetzung oder Intensität des erzeugten kurzwelligen Strahlungspulses zu beeinflussen. Des Weiteren kann das Tröpfchentarget als Schichtsystem (Sandwich-Struktur) oder Gradientensystem gebildet werden, in dem die verschiedenen Substanzen nebeneinander getrennt oder mit einem Konzentrationsgradienten vermischt angeordnet sind. Die Bildung eines Substanzgradienten im Tröpfchentarget, insbesondere unter
Verwendung eines Dotierstoffes, wie z. B. eines gelösten Salzes, kann zur Einstellung eines vorbestimmten Brechzahlverlaufes im Tröpfchentarget verwendet werden, z. B. um eine bestimmte Brechzahlvariation in Propagationsrichtung mit einer Fokussierung der erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu erhalten, so dass sich eine höhere Effizienz der Strahlungserzeugung ergibt.
Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren mit Substanzen realisiert werden, die zur Bildung flüssiger Tropfen in einer Umgebung verringerten Druckes in der Vakuumeinrichtung geeignet sind. Vorzugsweise enthalten die Fluid- tropfen mindestens eine der Substanzen, die für die Strahlungserzeugung geeignet sind, wie z. B. Wasser, Quecksilber, Gallium, verflüssigte Edelgase, insbesondere Xenon, oder organische Verbindungen, insbesondere Paraffin oder Alkohol oder perfluorierte Öle . Die Substanzen eines Fluidtropfens kann Dotierstoffe, insbesondere Zinnsalze, wie z. B. Zinnchlorid (SnCl2) , oder Beryllium enthalten.
Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäß erzeugte Tröpfchentarget miniaturisierbar, um bei der Strahlungserzeugung eine möglichst punktförmige Emission zu ergeben. Hierzu weisen die Fluidtropfen, die erfindungsgemäß zur Kollision gebracht werden, einen Durchmesser insbesondere kleiner als 1 mm, vorzugsweise kleiner als 200 μm, besonders bevorzugt kleiner als 100 μm, z. B. im Bereich von 50 μm bis 10 μm auf. Die Erfinder haben festgestellt, dass Tropfenbahnen derart kleiner Fluidtropfen mit so hoher Genauigkeit und Stabilität der Fluidtropfen erzeugt werden können, dass sich die Tropfenbahnen kreuzen und die Fluidtropfen nach Kollision fusionieren können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Fluidtropfen in der Vakuumeinrichtung mit Tröpfchenquellen erzeugt, die für eine gerichtete Abgabe der Substanz der Fluidtropfen und eine Bewegung der Fluidtropfen auf den gewünschten Tropfenbahnen eingerichtet sind. Die Tropfchenquel- len sind der Vakuumeinrichtung zur Bildung der Tropfenbahnen ausgerichtet .
Vorteilhafterweise können die Tröpfchenquellen zur Beeinflussung der geometrischen Form des Tröpfchentargets verwendet werden. Vorzugsweise werden jeweils zwei Tröpfchenquellen relativ zueinander so ausgerichtet, dass die Tropfenbahnen einen Winkel im Bereich von 10° bis 150°, vorzugsweise im Bereich von 40° bis 120° bilden. Für geringere Winkel kann es problematisch sein, eine gewünschten Abplattung des Tropf - chentargets zu erzielen. Für größere Winkel kann es zur unerwünschten Bildung von Satellitentropfen kommen. Besonders bevorzugt wird der Winkel zwischen den Tropfenbahnen im Bereich von 70° bis 100° gewählt. Vorteilhafterweise können mit diesem Winkelbereich bei den interessierenden Substanzen zur plasma- oder ionisationsbasierten Strahlungserzeugung besonders effektiv Tröpfchentargets mit der Lamellenform erzeugt werden.
Vorteilhafterweise kann die Betriebsart der Tröpfchenquellen in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung der Erfindung gewählt werden. Beispielsweise kann mindestens eine der Tröpfchenquelle in einem Strahl-Modus betrieben werden. Im Strahl- Modus wird von der Tröpfchenquelle ein Flüssigkeitsstrahl ausgestoßen. Der Flüssigkeitsstrahl zerfällt mit einem Ab- stand von der Tröpfchenquelle durch eine natürliche Instabilität oder durch eine mit einem Modulatorelement der Tröpfchenquelle mechanisch aufgeprägte Instabilität in die FIu- idtropfen. Die Fluidtropfen bilden eine Tropfenfolge. Der Strahl -Modus ist insbesondere für eine quasi -kontinuierliche Erzeugung kurzwelliger Strahlung geeignet. Mit Flüssigkeitsstrahlen können Tropfenfrequenzen und somit Pulsfrequenzen der kurzwelligen Strahlung im Bereich von 1 kHz bis 10 MHz, z. B. 100 kHz bis 500 kHz erzeugt werden.
Alternativ kann mindestens eine der Tröpfchenquelle in einem Tropfen-Modus betrieben werden. Im Tropfen-Modus wird der mindestens eine Fluidtropfen von der Tröpfchenquellen erzeugt und ausgestoßen. Der Tropfen-Modus ist insbesondere für einen „Drop on demand" -Betrieb geeignet, bei dem die Tröpfchenquelle zur Tropfenabgabe in Reaktion auf ein einzelnes oder periodisches Auslösesignal eingerichtet sind. Im letzteren Fall können die Fluidtropfen ebenfalls eine Tropfenfolge bilden. Im Tropfen-Modus werden vorzugsweise Tropfenfrequenzen (PuIs- frequenzen der kurzwelligen Strahlung) im Bereich von 1 Hz bis 50 kHz, z. B. 50 kHz bis 1 kHz erzeugt.
Vorzugsweise werden die Tröpfchenquellen zur Bereitstellung der Fluidtropfen oder Tropfenfolgen von Fluidtropfen synchro- nisiert betrieben. Der Synchronbetrieb bedeutet, dass die
Steuerung der Tröpfchenquellen im Zeitbereich so abgestimmt wird, dass die erzeugten Fluidtropfen am Schnittpunkt der Tropfenbahnen kollidieren. Bei Bereitstellung von Tröpfchenquellen mit gleichen Tropfengeschwindigkeiten und Abständen vom Schnittpunkt der Tropfenbahnen umfasst der Synchronbetrieb der Tröpfchenquellen eine Ansteuerung derart, dass die Fluidtropfen gleichzeitig erzeugt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Tröpfchentargetfolge mit einer Vielzahl von Tröpfchentargets erzeugt. Die Tröpfchentargetfolge ermöglicht vorteil- hafterweise die Strahlungserzeugung im Pulsbetrieb. Die Tröpfchentargetfolge umfasst eine Reihe von Tröpfchentargets, die jeweils mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch mindestens eine Kollision von mindestens zwei Fluidtropfen erzeugt worden sind. Hierzu werden mindestens zwei Tropfenfolgen der Fluidtropfen auf verschiedenen Tropfenbahnen bereitgestellt, die tropfenweise zur Kollision gebracht werden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt basiert die Erfindung auf der allgemeinen technischen Lehre, ein Verfahren zur Strahlungserzeugung mittels Laserbestrahlung mindestens eines Tröpfchentargets bereitzustellen, wobei das Tröpfchentarget mit einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem oben genannten ersten Gesichtspunkt erzeugt wird. Es ist insbesondere die Bestrahlung eines Einzeltropfens zur Erzeugung einer einzelnen pulsförmigen Strahlungsemission oder eine pulsförmige Bestrahlung einer Vielzahl von Tröpfchentargets vorgesehen, die als Tröpfchentargetfolge erzeugt werden. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strahlungserzeugung bestehen insbesondere in der erhöhten Effektivität der Einkopplung der Laserstrahlung in den Tröpfchentargets und der Erzeugung ei- ner gerichteten Abstrahlung der Strahlungspulse.
Die Strahlungserzeugung kann die Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im kurzwelligen X-, XUV- und EUV- Wellenlängenbereich (insbesondere 1 nm bis 100 nm, bevorzugt 2 nm bis 20 nm) oder von Teilchenstrahlen, vorzugsweise mit Elektronen und/oder Protonen (insbesondere mit Energien im Bereich von 10 keV bis 1 keV) , aus einem angeregten Zustand des Targets (angeregtes Target) umfassen. Im ersten Fall (plasma-basierte Strahlungserzeugung) erfolgt die Emission der elektromagnetischen Strahlung aus einem Plasmazustand des Targetmaterials, der durch die Laserbestrahlung angeregt wird. Im zweiten Fall (ionisations-basierte Strahlungserzeugung) erfolgt die Emission der Teilchen aus einem ionisierten Zustand des Targetmaterials, in dem die Teilchen durch die Laserbestrahlung eine Beschleunigung erfahren.
Die Bestrahlung des Tröpfchentargets erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Abstand vom Ort der Bildung des Tröpfchentargets, d. h. vom Ort der Kollision der Fluidtropfen. Der Abstand ist vorzugsweise im Bereich von 1 mm bis 5 cm, besonders bevorzugt von 5 mm bis 2 cm gewählt. Die Erfinder haben festgestellt, dass Tröpfchentargets nach der Kollision der Fluidtropfen in diesen Berei- chen eine stabile Form haben. Für geringere Abstände kann die Form durch die Tropfenbildung nach der Kollision irregulär sein oder eine Auswirkung auf die Tröpfchenquelle auftreten, während für größere Abstände höhere Anforderungen an die Stabilität der Tropfenbahnen zu stellen sind und eine Deformati - on des Tröpfchentargets, ein Zerfall des Tropfchentargets in Einzeltropfen oder ein Ausfrieren der Substanz des Tröpfchentargets auftreten kann.
Ein weiteres bevorzugtes Merkmal des erfindungsgemäßen Ver- fahrens zur Strahlungserzeugung ist gegeben, wenn das
Tröpfchentarget in einem Oberflächenabschnitt der Laserbestrahlung unterzogen wird, in dem das Tröpfchentarget abgeplattet ist und ein lokales Krümmungsminimum aufweist . Vorteilhafterweise wird bei der Bestrahlung des abgeplatteten Oberflächenabschnitts ein Reflektionsverlust der Laserbestrahlung minimiert .
Weitere Vorteile für die Stabilität der Strahlungserzeugung werden erzielt, wenn die Erzeugung des Tröpfchentargets er- fasst und in Abhängigkeit von der Erfassung die Bereitstellung der Fluidtropfen (insbesondere Zeitpunkt der Tropfenbildung, Größe der Fluidtropfen, Richtung der Tropfenbewegung) und/oder die Laserbestrahlung des Tröpfchentargets gesteuert werden. Es kann insbesondere eine optische Überwachung mit einer optischen Monitoreinrichtung vorgesehen sein, die für eine Bildaufnahme und -auswertung eingerichtet ist. Bilder der Tropfenerzeugung können insbesondere in Bezug auf die Größe und Form des Tröpfchentargets analysiert und ausgewer- tet werden. Mindestens ein Ausgangssignal der Monitoreinrichtung kann zur Steuerung des Betriebs der Tröpfchenquellen, zur Ausrichtung der Tröpfchenquellen und/oder zur Ausrichtung der Laserbestrahlung verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt basiert die Erfindung auf der allgemeinen technischen Lehre, eine Strahlungsquelle bereitzustellen, die zur Strahlungserzeugung mittels Laserbestrahlung eines Tröpfchentargets eingerichtet ist und eine Tropfengeneratoreinrichtung und eine Bestrahlungseinrichtung umfasst . Die Strahlungsquelle ist zur Bereitstellung des
Tröpfchentargets in einer Vakuumeinrichtung vorgesehen. Mit der Bestrahlungseinrichtung wird eine Bestrahlung des Tröpfchentargets in der Vakuumeinrichtung mit Laserlicht bereitgestellt. Erfindungsgemäß ist die Tropfengeneratorein- richtung mit mindestens zwei Tröpfchenquellen ausgestattet. Diese sind in der Vakuumeinrichtung so angeordnet, dass sich Tropfenbahnen von Fluidtropfen, die mit den Tröpfchenquellen erzeugt werden, in der Vakuumeinrichtung kreuzen. Durch die Bereitstellung der mindestens zwei Tröpfchenquellen in der Vakuumeinrichtung können die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren realisiert werden. Vorteilhafterweise können die Tröpfchenquellen einen Aufbau und eine Betriebsweise aufweisen, wie dies von herkömmlichen Tröpfchenquellen zur Einführung von Tröpfchentargets in Vakuumeinrichtungen bekannt ist. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Tröpfchenquellen mit einer ausreichenden Genauigkeit und Reproduzierbarkeit betrieben werden können, um die gewünschte Kollision von Fluidtropfen in der Vakuumeinrichtung zu erreichen.
Vorteilhafterweise können die Tröpfchenquellen für eine Tropfenerzeugung in dem Strahl -Modus oder in dem Tropfen-Modus konfiguriert sein. Dies ermöglicht vorteilhafterweise die Erzeugung der kurzwelligen Strahlung in einem Hochfrequenzbe- trieb (z. B. mit einer Pulsfrequenz im o . g. Frequenzbereich des Strahl -Modus) oder in einem Niederfrequenzbetrieb bis hin zu einer gezielten Auslösung einzelner Fluidtropfen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung sind die Tröpfchenquellen mit Piezoelementen ausgestattet, die für eine Tropfenerzeugung durch eine Destabilisierung eines aus den Tröpfchenquellen austretenden Flüssigkeitsstrahls eingerichtet sind. Vorteilhafterweise erlauben die Piezoelemente eine besonders genaue gegenseitige Abstimmung der Tröpfchen- quellen und damit eine zuverlässige kollisionsbasierte Erzeugung das Tröpfchentarget. Alternativ können die Tröpfchenquellen mit Pulsgebern zur Tropfenerzeugung in den Tröpfchenquellen ausgestattet sein.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle zeichnen sich durch eine Monitoreinrichtung und/oder eine Steuereinrichtung aus, mit denen die Erzeugung des Tröpfchentargets optimiert werden kann. Die Monitoreinrichtung ist vorzugsweise für eine optische Überwachung der Erzeugung des Tröpfchentargets auf der Grundlage einer Bildaufnahme und -Verarbeitung eingerichtet. Mit der Steuereinrichtung können wenigstens eine von der Tropfengeneratoreinrichtung und der Bestrahlungseinrichtung in Abhängigkeit von mindestens einem Ausgangssignal der Monitoreinrichtung angesteuert werden.
Erfindungsgemäß kann die Vakuumeinrichtung der Strahlungs- quelle getrennte Kammern umfassen, die bei verschiedenen Betriebsdrucken betrieben werden. Die Vakuumeinrichtungen können insbesondere eine Tröpfchenquellenkammer, in der die Tröpfchenquellen zur Erzeugung der Fluidtropfen angeordnet sind, und eine Bestrahlungskammer umfassen, in der die Laser- bestrahlung des Tröpfchentargets vorgesehen ist. In der
Tröpfchenquellenkammer kann ein erhöhter Druck gegeben sein, der für den Betrieb der Tröpfchenquellen und die Tropfenerzeugung erforderlich ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
Figur 1 ■. eine schematische Schnittansicht einer ersten Aus- führungsform der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle;
Figur 2 : eine schematische Illustration der erfindungsgemäßen Erzeugung eines Tröpfchentargets;
Figur 3 : eine photographische Abbildung der erfindungsgemäßen Erzeugung von Tröpfchentargets; und
Figur 4: eine schematische Darstellung einer weiteren Aus- führungsform einer erfindungsgemäßen Strahlungs- quelle .
Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden insbesondere unter Bezug auf die kollisions-basierte Erzeugung von Tröpfchentargets in einer Vakuumeinrichtung beschrieben. Einzelheiten des Betriebs der Vakuumeinrichtung und der Laserbestrahlung der erfindungsgemäß hergestellten Tröpfchentargets zur plasma-basierten oder ionisations-basierten Strahlungser- zeugung werden hier nicht beschrieben, soweit diese von den herkömmlichen Techniken zur Strahlungserzeugung mittels Laserbestrahlung eines Targets bekannt sind.
Die Umsetzung der Erfindung ist nicht auf die erläuterte Er- zeugung von kurzwelliger Strahlung beschränkt. Es ist vielmehr möglich, alternativ Teilchenstrahlen, z. B. Elektronenstrahlen oder Protonenstrahlen zu erzeugen. Hierzu wird als Targetsubstanz z. B. Wasser verwendet, wie es aus dem Stand der Technik zur Teilchenstrahlenserzeugung bekannt ist .
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strahlungsquelle 200 mit einer Tropfengeneratoreinrichtung 10 mit zwei Tröpfchenquellen 11, einer Bestrahlungseinrichtung 20, einer Monitoreinrichtung 30 und einer Steuerein- richtung 40. Die Tröpfchenquellen 11 sind auf Tröpfchenquellenträgern 14 angeordnet, mit denen die Position und/oder Ausrichtung der Tröpfchenquellen 11 in der Vakuumeinrichtung 100 einstellbar sind. Hierzu sind die Tröpfchenquellenträgern 14 mit der Versorgungseinheit 13 oder mit der Steuereinrich- tung 40 verbunden. Die Tröpfchenquellenträgern 14 enthalten z. B. Plattformen mit piezoelektrischen Stellantrieben. Des Weiteren umfasst die Strahlungsquelle 200 eine Vakuumeinrichtung 100 mit einer Tröpfchenquellenkammer 101, einer Bestrahlungskammer 102 und einer Pumpeneinrichtung 110.
Für den Betrieb im Strahl-Modus umfasst jede Tröpfchenquelle 11 eine Düse, die mit einem Piezoelement 12 ausgestattet und mit einer Versorgungseinheit 13 verbunden ist. Die Tröpfchenquellen 11 sind dazu eingerichtet, Flüssigkeitsstrahlen aus mindestens einer Targetsubstanz in vorbestimmten Ausstoßrichtungen abzugeben. Die Flüssigkeitsstrahlen zerfallen mit einem bestimmten Abstand von der Tröpfchenquelle 11 (Zerfallslänge) in eine Tropfenfolge. Die Fluidtropfen bewegen sich auf Tropfenbahnen, die mit den Ausstoßrichtungen der Tröpfchenquellen 11 übereinstimmen. Die mindestens eine Target - Substanz zur Erzeugung des Tröpfchentargets wird den Tröpfchenquellen 11 von der Versorgungseinheit 13 zugeführt . Die Piezoelemente 12 sind mit der Versorgungseinheit 13 ansteuer- bar.
Die Tröpfchenquellen 11 mit den Piezoelementen 12 haben z. B. einen Aufbau, der in DE 10 2004 022 950 beschrieben ist. Die Piezoelemente 12 umfassen jeweils einen piezoelektrischen Kristall oder einen Stift aus einem piezoelektrischen Material. Sie werden im Strahl-Modus der Tröpfchenquellen 11 mit einem hochfrequenten Anregungssignal angesteuert und verursachen Druckschwankungen im Flüssigkeitsstrahl, die der Anregungsfrequenz folgen. Diese Druckmodulation verbessert die Stabilität und Reproduzierbarkeit der Tropfenerzeugung und insbesondere der Zerfallslänge und des Tropfendurchmessers . Die Anregungsfrequenz (z. B. rd. 1 MHz) ist gleich der so genannten Rayleigh- Frequenz , die umgekehrt proportional zum Abstand der Fluidtropfen in der Tropfenfolge ist. Im Strahl- Modus können die Fluidtropfen mit einer Geschwindigkeit im
Bereich von z. B. 20 m/s bis 100 m/s erzeugt werden. Die Erfinder haben festgestellt, dass selbst bei derart hohen Geschwindigkeiten eine stabile und reproduzierbare, hochfrequente Kollision der Fluidtropfen eingestellt werden kann.
Für den Betrieb im Tropfen-Modus umfasst jede Tröpfchenquelle 11 eine Düse, die mit einem Pulsgeber (nicht dargestellt) zur Tropfenerzeugung ausgestattet und mit der Versorgungseinheit 13 verbunden ist. Die Tröpfchenquellen 11 sind in diesem Fall dazu eingerichtet, Fluidtropfen aus mindestens einer Targetsubstanz einzeln oder als Tropfenfolgen in vorbestimmten Ausstoßrichtungen abzugeben. Die Fluidtropfen bewegen sich auf Tropfenbahnen, die mit den Ausstoßrichtungen der Tröpfchen- quelle 11 übereinstimmen. Die Tröpfchenquellen 11 mit den
Pulsgebern haben z. B. einen Aufbau, wie er von herkömmlichen Aerosolerzeugern (z. B. "Vibrating Orifice Aerosol Generator", Hersteller TSI Inc., USA) oder aus der Tintenstrahl - drucktechnik bekannt ist. Die Pulsgeber sind mit der Versor- gungseinheit 13 ansteuerbar. Im Tropfen-Modus können die
Fluidtropfen mit einer Geschwindigkeit im Bereich von z. B. 2 m/s bis 10 m/s erzeugt werden.
In Figur 1 sind beispielhaft zwei Fluidtropfen 2, 4 illust- riert, die sich entlang von zwei Tropfenbahnen 3, 5 bewegen. Die Tropfenbahnen 3, 5 kreuzen sich in einem Schnittpunkt S, an dem bei geeigneter Ansteuerung der Tröpfchenquellen 11 die Fluidtropfen 2, 4 gleichzeitig eintreffen und kollidieren. Das Tröpfchentarget 1, das aus den Fluidtropfen 2, 4 gebildet wird, bewegt sich auf einer Targetbahn 8. Die Tröpfchenquellen 11 sind so ausgerichtet, dass die Tropfenbahnen 3, 5 einen Winkel α = 90° einschließen. Der Abstand von den Tröpfchenquellen 11 zu dem Schnittpunkt S (Länge der Tropfenbahnen 3, 5) ist im Bereich von 3 mm bis 15 cm gewählt. Bei der dar- gestellten Ausführungsform beträgt der Abstand z. B. 10 cm.
Die Richtung der Targetbahn 8 hängt von den Richtungen der Tropfenbahnen 3, 5 und den mechanischen Impulsen der Fluidtropfen 2, 4 ab. Vorzugsweise sind Tropfenbahnen 3, 5, die in Bezug auf die Vertikale den gleichen Winkel einschließen, und Fluidtropfen 2, 4 mit identischen Beträgen der mechanischen Impulse vorgesehen, so dass die Targetbahn 8 im wesentlichen vertikal (parallel zur Richtung der Gravitation) verläuft. Alternativ können in Abhängigkeit von den konkreten Bedingungen andere Winkel der Tropfenbahnen 3, 5 und/oder Impulse der Fluidtropfen 2, 4 vorgesehen sein. Die Targetbahn 8 kann z. B. relativ zur Vertikalen geneigt oder sogar horizontal verlaufen.
Die Bestrahlungseinrichtung 20 umfasst eine Laserquelle 21, z. B. einen Nd:YAG-Laser für die plasma-basierte Erzeugung elektromagnetischer Strahlung oder eine fs-Laserquelle, insbesondere ein Titan-Saphir-Lasersystem, für die Erzeugung von Teilchenstrahlen. Die Laserquelle 21 ist zur Bestrahlung des Tröpfchentargets 1 auf der Targetbahn 8 angeordnet. Pulsför- miges Laserlicht von der Laserquelle 21 wird durch ein Fenster 103 der Bestrahlungskammer 102 und eine Bestrahlungsoptik 22 auf einen Bestrahlungsort B der Targetbahn 8 gerichtet. Die Laserquelle 21 ist mit der Steuereinrichtung 40 verbunden. Mit der Steuereinrichtung 40 sind die Ausrichtung der Laserquelle 21 zur Bestrahlung der Targetbahn 8 und/oder Betriebsparameter der Laserquelle 21, wie z. B. die Ausgangsleistung oder die Pulsfrequenz einstellbar.
Die Monitoreinrichtung 30 umfasst einen optischen Detektor 31, z. B. eine Detektorkamera, mit der ein Bild des Schnitt¬ punkts S der sich kreuzenden Tropfenbahnen 3, 5 aufgenommen werden kann, oder eine Lichtschranke, mit der die Fluid- tropfen und/oder das Tröpfchentarget erfassbar sind. Hierzu wird Licht mit einer angepassten Abbildungsoptik 32 durch ein weiteres Fenster 104 der Bestrahlungskammer 102 auf den Detektor 31 abgebildet. Der Detektor 31 der Monitoreinrichtung 30 ist mit der Steuereinrichtung 40 verbunden. Ein Ausgangs - signal des Detektors 31, das z. B. Bilddaten umfasst, wird in der Steuereinrichtung 40 verarbeitet, um Steuersignale für die Laserquelle 21 und/oder die Versorgungseinheit 13 der Tröpfchenquelle 10 zu bilden. Die Monitoreinrichtung 30 ist in Figur 1 beispielhaft so dargestellt, dass die Abbildungsrichtung über die Abbildungsoptik 32 zum Detektor 31 in die Ebene fällt, die von den Tropfenbahnen 3, 5 aufgespannt wird. Gemäß einer abgewandelten Variante der Erfindung kann die Abbildungsrichtung von der genannten Ebene abweichen und z. B. senkrecht zu dieser verlaufen. Des Weiteren kann gemäß einer abgewandelten Variante der Erfindung die Detektorkamera ein Bild eines Bereiches aufnehmen, der den Schnittpunkt S und den Bestrahlungsort B einschließt .
Die Tröpfchenquellenkammer 101 und die Bestrahlungskammer 102 der Vakuumeinrichtung 100 sind durch eine Trennwand 105 mit einer Tropfendurchtrittsöffnung 106 getrennt. Der Durchmesser der Tropfendurchtrittsöffnung 106 ist so gewählt, dass sich die Tropfen 2 , 4 ungehindert auf den Tropfenbahnen 3 , 5 zum Schnittpunkt S bewegen können. Die Pumpeneinrichtung 110 ist mit der Bestrahlungskammer 102 verbunden. Bei Betrieb der Pumpeneinrichtung 110 erfolgt ein differentielles Pumpen der- art , dass die Bestrahlungskammer 102 stärker abgepumpt wird als die Tröpfchenquellenkammer 101. Somit kann in der Tröpfchenquellenkammer 101 ein im Vergleich zur Bestrahlungskammer 102 (10"3 bis 10"4 mbar) erhöhter Druck von z. B. 200 mbar gebildet sein, was insbesondere für den Tropfen-Modus der Tröpfchenquellen 11 von Vorteil ist.
Die Bestrahlungskammer 102 ist des Weiteren mit einem Skimmer 107 und einem Austrittsfenster 108 für die kurzwellige Strahlung 108 ausgestattet. Der Skimmer 107 ist beispielsweise aufgebaut, wie dies in der US-Patentanmeldung US 2007/0158540 beschrieben ist. Anstelle des Austrittsfensters 108 kann eine Vakuumverbindung zu einer benachbarten Vakuumkammer vorgesehen sein, zu der die kurzwellige Strahlung frei hindurchtreten kann. Die Figuren 2 und 3 zeigen die erfindungsgemäße Erzeugung des Tröpfchentargets 1 in schematischer und photographischer Darstellung. In Figur 2 sind Tropfenfolgen der Tropfen 2, 4 auf den verschiedenen Tropfenbahnen 3, 5 illustriert, die am Schnittpunkt S zu einem gemeinsamen Tropfengebilde 1' verschmelzen. Unmittelbar nach der Kollision ist die Form des Tropfengebildes 1' noch nicht stabil. Unter der Wirkung der Oberflächenspannung erfolgt eine Umformung in die gewünschte abgeplattete Form (insbesondere Lamellenform) des Tröpfchentargets 1. In diesem Zustand erfolgt die Laserbestrahlung zur erfindungsgemäßen Strahlungserzeugung. Das lamellenförmige Tröpfchentarget 1 ist im unteren Teil von Figur 3 in der x-z- Ebene (Figur 3A) und in der y-z-Ebene (Figur 3B) illustriert. Anschließend kann eine weitere Umformung oder Destabilisie- rung des Targetmaterials auftreten. Das erfindungsgemäß hergestellte Tröpfchentarget kann somit ein transiente Form aufweisen, wobei die Laserbestrahlung in einem vorbestimmten Formzustand des Tröpfchentargets erfolgt .
Der Betrieb der Strahlungsquelle 200 erfolgt mit den folgenden Schritten. Nach einer Vorbereitung der Vakuumeinrichtung 100 (abpumpen mit der Pumpeneinrichtung 110) erfolgt eine Konfiguration der Tröpfchenquellen 11. Die Versorgungseinheit 13 wird mit der gewünschten Targetsubstanz, z. B. Ethanol, Wasser oder eine Ethanol -Wasser-Mischung beschickt. Zum Tröpfchenquellenbetrieb erfolgt eine Zufuhr der Target - Substanz zu den Tröpfchenquellen 11 unter Ausübung einer mit der Versorgungseinheit 13 ausgeübten Druckes . Bei Betätigung der Piezoelemente 12 erfolgt eine Modulation des aus den
Tröpfchenquellen 11 austretenden Flüssigkeitsstrahls, der in die Tropfen 2, 4 zerfällt. Zu Beginn des Betriebs der Tröpfchenquellen 11 sind diese relativ zueinander noch nicht ange- passt. Sobald z. B. mit der Monitoreinrichtung 30 die Erzeu- gung stabiler Tropfenfolgen erfasst wird, erfolgt eine Synchronisation des Betriebs der Tröpfchenquellen 11.
Allgemein umfasst die Synchronisation der erfindungsgemäß verwendeten Tröpfchenquellen 11 eine Ansteuerung der Tröpfchenquellen 11 derart, dass die Fluidtropfen gleichzeitig am Schnittpunkt S der Tropfenbahnen 3, 5 eintreffen. Hierzu werden gemäß einer ersten Variante vorbestimmte Anregungs- oder Auslösesignale der Tröpfchenquellen 11, insbesondere in Ab- hängigkeit von den geometrischen und mechanischen Bedingungen der Tropfenkollision, ausgewählt. Die Auswahl geeigneter Anregungs- oder Auslösesignale kann erfolgen, wie dies von herkömmlichen Techniken zur Erzeugung tropfchenförmiger Targets bekannt ist . Gemäß einer zweiten Variante kann eine Regelung der Tröpfchenquellen 11 vorgesehen sein. In Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Detektors 31 wird eines der Piezo- elemente 12 so verstellt, dass die Tropfen 2, 4 gleichzeitig am Schnittpunkt S eintreffen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Verstellung der Tröpfchenquellen 11 mit den Tröpfchen- quellenträgern 14 vorgesehen sein, um eine zuverlässige Kollision der Tropfen 2, 4 am Schnittpunkt S sicherzustellen.
Nach der Kollision bewegt sich der zusammengesetzte Tropfen um einen Abstand Δz bis zum Bestrahlungsort B der Laserbe- Strahlung. Der Abstand Δz ist beispielsweise im Bereich von 5 mm bis 3 cm gewählt. Bei Laserbestrahlung des abgeplatteten Tropfchentargets 1 wird vorteilhafterweise eine anisotrope Strahlung erzeugt. Die kurzwellige Strahlung wird aus dem Targetplasma (Plasmazustand der bestrahlten TargetSubstanz) im Wesentlichen in Strahlungsrichtung der Laserbestrahlung, d. h. in der negativen x-Richtung in Figur 1, abgestrahlt.
Wenn die Monitoreinrichtung 30 so konfiguriert ist, dass nicht nur der Schnittpunkt S, an dem die Tropfenkollision er- folgt, sondern auch der Bestrahlungsort B abgebildet wird, ermöglicht dies die Überwachung der Bildung des Tröpfchentargets 1 und der Einstellung einer für die Laserbestrahlung geeigneten Form. Mit der Steuereinrichtung 40 kann ein Regel - kreis gebildet werden, in dem in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Monitoreinrichtung 30 mindestens eines der Piezoelemente 12, mindestens einer der Tröpfchenquellenträger 14, die Versorgungseinheit 13 und/oder die Laserquelle 21 einstellbar ist. Alternativ kann die Einstellung der genann- ten Komponenten in Abhängigkeit von einem Detektorsignal eines Strahlungsdetektors (nicht dargestellt) zur Erfassung der kurzwelligen Emission aus dem bestrahlten Tröpfchentarget 1 erfolgen .
Figur 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle 200. Bei dieser Ausführungsform sind drei Tröpfchenquellen 11 vorgesehen, mit denen Fluid- tropfen 2, 4 und 6 auf getrennten Tropfenbahnen 3, 5, 7 zum Schnittpunkt S geführt werden. Die Tröpfchenquellen 11 werden so betrieben, dass die Tropfen 2, 4 und 6 gleichzeitig am
Schnittpunkt S eintreffen und kollidieren. Das Tröpfchentarget 1 wird durch die Zusammensetzung der drei kollidierenden Fluidtropfen gebildet. Figur 4 zeigt beispielhaft, dass die Vakuumeinrichtung 100 eine einheitliche Vakuumkammer aufwei- sen kann, in der die Tropfen erzeugt werden und kollidieren und die Laserbestrahlung erfolgt. Im übrigen wird die Strahlungsquelle 200 gemäß Figur 4 so aufgebaut und betrieben, wie oben unter Bezug auf Figur 1 beschrieben wurde.
Die Ausführungsform gemäß Figur 4 kann dahingehend abgewandelt sein, dass der dritte Fluidtropfen 6 nicht gleichzeitig mit den Fluidtropfen 2, 4 kollidiert, sondern nach deren Kollision mit einem bestimmten Abstand vom Schnittpunkt S. Gemäß einer weiteren Alternative kann mindestens eine weitere Tröpfchenquelle 11 vorgesehen sein, um mindestens eine weitere Kollision mit Fluidtropfen zu bewirken.
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 Bedeutung sein.

Claims

ANSPRUCHE
1. Verfahren zur Bereitstellung eines Tröpfchentargets (1) , das für eine Strahlungserzeugung mittels Laserbestrahlung vorgesehen ist, in einer Vakuumeinrichtung (100) , mit dem Schritt:
- Einführung eines ersten Fluidtropfens (2) in die Vakuumein- richtung (100) , gekennzeichnet durch die Schritte:
- Einführung mindestens eines weiteren Fluidtropfens (4, 6) in die Vakuumeinrichtung (100), und
- Bildung des Tröpfchentargets (1) durch mindestens eine KoI- lision des ersten Fluidtropfens (2) und des mindestens einen weiteren Fluidtropfens (4) .
2. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - das Tröpfchentarget (1) mit einer nicht-sphärischen, insbesondere einer ellipsoiden Form gebildet wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2 , bei dem
- das Tröpfchentarget (1) mit einer Schichtform mit einem Dicke: Durchmesser-Verhältnis gebildet wird, das geringer als 0,5 ist.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Fluidtropfen (2, 4, 6) aus einer einheitlichen Substanz bestehen.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem
- die Fluidtropfen (2, 4, 6) aus verschiedenen Substanzen bestehen.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Fluidtropfen (2, 4, 6) mindestens eine der Substanzen enthalten, die Wasser, Quecksilber, Gallium, verflüssigte E- delgase, insbesondere Xenon, und organische Verbindungen, insbesondere Paraffin, Alkohol oder perfluorierte Öle, umfassen.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Fluidtropfen (2, 4, 6) Durchmesser kleiner als 200 μm, insbesondere kleiner als 100 μm aufweisen.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Fluidtropfen (2, 4, 6) mit Tröpfchenquellen (11) erzeugt werden, die zur Bewegung der Fluidtropfen (2, 4, 6) entlang vorbestimmter Tropfenbahnen (3, 5, 7) ausgerichtet sind.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, mit dem Schritt
- Ausrichtung der Tröpfchenquellen (11) derart, dass die Tropfenbahnen (3, 5) einen Winkel (α) im Bereich von 10° bis 150° bilden.
10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem
- die Tröpfchenquellen (11) in einem Strahl -Modus, in dem die Fluidtropfen durch Zerfall eines aus den Tröpfchenquellen (11) austretenden Fluidstrahls gebildet werden, oder in einem Tropfen-Modus, in dem die Fluidtropfen in den Tröpfchenquellen (11) gebildet werden, betrieben werden.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem - die Tröpfchenquellen (11) synchronisiert betrieben werden.
12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:
- Einführung von mindestens zwei Tropfenfolgen in die Vakuum- einrichtung (100) , die jeweils eine Vielzahl der Fluidtropfen
(2, 4, 6) umfassen, und
- Bildung einer Tröpfchentargetfolge mit einer Vielzahl von Tröpfchentargets (1) durch eine Kollision der Fluidtropfen der Tropfenfolgen.
13. Verfahren zur Strahlungserzeugung mittels Laserbestrahlung mindestens eines Tröpfchentargets (1), mit den Schritten :
- Bereitstellung des mindestens einen Tröpfchentargets (1) mit einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
- Laserbestrahlung des mindestens einen Tröpfchentargets (1) mit Laserlicht zur Erzeugung eines angeregten Targets, und
- Emission aus dem angeregten Target .
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem
- die Bestrahlung des mindestens einen Tröpfchentargets (1) mit einem Abstand vom (Δz) vom Ort der Kollision der Fluidtropfen erfolgt, der im Bereich von 1 mm bis 5 cm gewählt ist.
15. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem
- das mindestens eine Tröpfchentarget (1) in einem Oberflächenabschnitt bestrahlt wird, der ein lokales Krümmungsminimum aufweist .
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, mit dem Schritt
- Überwachung der Bildung des mindestens einen Tropfchentar- gets (1) mit einer Monitoreinrichtung (30) , und
- Steuerung der Fluidtropfen und/oder der Bestrahlung des mindestens einen Tröpfchentargets (1) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Monitoreinrichtung (30) .
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem
- eine Vielzahl der Tröpfchentargets (1) bereitgestellt werden, die eine Tröpfchentargetfolge bilden, und
- die Laserbestrahlung eine Bestrahlung der einzelnen Tröpfchentargets (1) der Tröpfchentargetfolge jeweils mit einem Laserpuls umfasst .
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem
- die Emission die Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung oder von Teilchen, insbesondere Elektronen oder Protonen umfasst.
19. Strahlungsquelle (200), die zur Strahlungserzeugung mittels Laserbestrahlung eines Tröpfchentargets (1) eingerichtet ist, umfassend: - eine Vakuumeinrichtung (100) mit mindestens einer Vakuumkammer (101, 102) ,
- eine Tropfengeneratoreinrichtung (10) , die zur Bereitstellung des Tröpfchentargets (1) in der Vakuumeinrichtung (100) eingerichtet ist, und - eine Bestrahlungseinrichtung (20) , die zur Laserbestrahlung des Tröpfchentargets (1) mit Laserlicht eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Tropfengeneratoreinrichtung (10) mindestens zwei Tröpfchenquellen (11) umfasst, die in der Vakuumeinrichtung (100) so angeordnet sind, dass Fluidtropfen (2, 4, 6), die von den Tröpfchenquellen (11) in die Vakuumeinrichtung (100) eingeführt werden, sich entlang einander kreuzender Tropfenbahnen (3, 5, 7) bewegen.
20. Strahlungsquelle gemäß Anspruch 19, bei der
- die Tröpfchenquellen (11) für eine Tropfenerzeugung in einem Strahl -Modus , in dem die Fluidtropfen durch Zerfall eines aus den Tröpfchenquellen (11) austretenden Fluidstrahls ge- bildet werden, oder in einem Tropfen-Modus, in dem die Fluidtropfen in den Tröpfchenquellen (11) gebildet werden, konfiguriert sind.
21. Strahlungsquelle gemäß Anspruch 19 oder 20, bei der - die Tröpfchenquellen (11) mit Modulatorelementen (12) ausgestattet sind, die für eine Tropfenerzeugung durch eine De- stabilisierung eines aus den Tröpfchenquellen (11) austretenden Flüssigkeitsstrahls eingerichtet sind.
22. Strahlungsquelle gemäß Anspruch 19 oder 20, bei der
- die Tröpfchenquellen (11) mit Pulsgebern ausgestattet sind, die für eine Tropfenerzeugung in den Tröpfchenquellen (11) eingerichtet sind.
23. Strahlungsquelle gemäß einem der Ansprüche 19 bis 22, die umfasst
- eine Monitoreinrichtung (30) , die zur Überwachung der Bildung des Tröpfchentargets (1) eingerichtet ist.
24. Strahlungsquelle gemäß Anspruch 23, die umfasst
- eine Steuereinrichtung (40) , die zur Steuerung der Tropfengeneratoreinrichtung (10) und/oder der Bestrahlungseinrichtung (20) in Abhängigkeit von mindestens einem Ausgangssignal der Monitoreinrichtung (30) eingerichtet ist.
25. Strahlungsquelle gemäß einem der Ansprüche 19 bis 24, bei der
- die Vakuumeinrichtung (100) eine Tröpfchenquellenkammer (101) und eine Bestrahlungskammer (102) umfasst, wobei in der Tröpfchenquellenkammer (101) ein höherer Druck gegeben ist als in der Bestrahlungskammer (102) .
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