DE10147454A1

DE10147454A1 - Targetkollektor zum Auffangen von Flüssigkeitstargets

Info

Publication number: DE10147454A1
Application number: DE10147454A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ziegler; Heinrich Schwoerer; Christian Ziener; Stefan Duesterer
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2003-04-17

Abstract

Mit der Erfindung sollen unverbrauchte Flüssigkeitstargets mit möglichst geringem Energieaufwand aus der Wechselwirkungskammer entsorgt werden. DOLLAR A Vorschlagsgemäß ist an der Kollektoröffnung (4) mindestens ein Heizelement (8) mit lediglich einer Wärmeleistung angeordnet, die hinreichend ist, ein Gefrieren von auf eine feste Oberfläche der Kollektoröffnung (4) auftreffenden Flüssigkeitstargets (2) zu verhindern. DOLLAR A Angewendet wird die Erfindung zur Absaugentfernung von bei der Plasmaerzeugung für die Emittierung elektromagnetischer Strahlung unverbrauchten Flüssigkeitstargets (2) aus einer evakuierten Wechselwirkungskammer. Dadurch kann für eine minimale Saugleistung eine kleine Auffangöffnung (4) des Targetkollektors (5) realisiert werden, ohne dass besondere Aufwendungen betrieben werden müssen, die Auffangöffnung (4) durch Abtauen bzw. Wiederverflüssigung der Targets (2) freizuhalten bzw. durch Wartung wieder freizumachen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Targetkollektor zum Auffangen von Flüssigkeitstargets, insbesondere zum Entfernen von bei der Plasmaerzeugung für die Emittierung elektromagnetischer Strahlung unverbrauchten Flüssigkeitstargets aus einer evakuierten Wechselwirkungskammer.

Strahlungsquellen, besonders im extrem ultravioletten Spektralbereich (EUV), lassen sich durch Wechselwirkung intensiver Laserstrahlung mit Materie realisieren. Dieser Prozess erfordert eine hohe Laserintensität, weshalb bei der praktischen Durchführung grundsätzlich intensive Laserimpulse verwendet werden. Verfahren zur Erzeugung von EUV-Strahlung mit lasergetriebenen Plasmen wurden beschrieben (z. B. US 6.002.744, US 5.577.092, US 5.577.091, US 5.459.771).

Trifft ein solcher Laserimpuls in einer sog. Wechselwirkungskammer auf ein festes, flüssiges oder gasförmiges Material (Target), so entsteht ein Plasma, das bei geeigneter Wahl der Laserimpuls- und Targetparameter elektromagnetische Strahlung u. a. im besagten EUV-Bereich emittiert. Um die Absorption der entstandenen EUV-Strahlung am umgebenden Material (z. B. Luft) zu verhindern, muss die Wechselwirkungskammer evakuiert sein. Wenn Flüssigkeiten oder Gase als Targetmaterial verwendet werden, ist deshalb eine Entfernung verbrauchten oder ungenutzten Targetmaterials unbedingt erforderlich.

Es ist bereits bekannt (US 5.577.091 und US 5.459.771), unverbrauchtes und zu Eiskristallen gefrorenes Targetmaterial nach erfolgter Laseranregung mittels eines Kollektors im Vakuum zu sammeln und anschließend für eine Entsorgung bzw. Wiederverwendung thermisch zu verflüssigen oder zu verdampfen. Erstens ist die Verwendung von Eiskristallen als Targetmaterial mit bestimmten Nachteilen verbunden (beispielsweise ein starkes Debris, d. h. eine Verschmutzung der optischen Komponenten) und zweitens ist für eine Wiederverflüssigung bzw. Verdampfung der in der Wechselwirkungskammer unverbrauchten Eiskristalle ein relativ hoher Heizaufwand erforderlich. Selbst wenn die Eiskristalle nicht vollends verflüssigt werden, ist der Aufwand für die Entsorgung immens hoch, beispielsweise durch hohe Absaugenergie.

Doch auch unverbrauchte Flüssigtargets, die entfernt werden müssen, gefrieren in der evakuierten Wechselwirkungskammer bei ihrem Auftreffen auf jede feste Oberfläche eines Targetkollektors. Das bereitet wiederum Probleme, die Auffangöffnung eisfrei und damit im aufnahmefähigen Zustand zu halten. Um den Aufwand dafür zu begrenzen, besitzt der Targetkollektor eine hinreichend große Kollektoröffnung, die sich nicht so schnell mit Eiskristallen zusetzen kann. Ein großer Durchmesser der Kollektoröffnung bedingt aber wiederum die bereits angesprochene hohe Saugleistung zum Einfangen der Targets.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, unverbrauchte Flüssigkeitstargets mit möglichst geringem Energieaufwand aus der Wechselwirkungskammer zu entsorgen.

Erfindungsgemäß ist an der Kollektoröffnung mindestens ein Heizelement mit lediglich einer Heizleistung angeordnet, die hinreichend ist, ein Gefrieren von auf eine feste Oberfläche, wie den Rand der Kollektoröffnung, auftreffenden Flüssigkeitstargets zu verhindern und diese in ihrem flüssigen Zustand zu erhalten. Dadurch wird ein Zusetzen der Kollektoröffnung durch gefrierendes Targetmaterial im evakuierten Raum der Wechselwirkungskammer vermieden. Des weiteren besitzt der Targetkollektor eine Kollektoröffnung, deren Durchmesser sich nur unwesentlich vom Durchmesser der zu sammelnden Flüssigtargets unterscheidet. Weil die Flüssigkeitstargets infolge der Erhaltungsheizung nicht gefrieren und die Kollektoröffnung zusetzen können, wird es möglich, die besagte Öffnung aus Gründen einer minimalen Saugleistung zum Einfangen der Flüssigkeitstargets vergleichsweise klein zu halten und lediglich unwesentlich größer als die Flüssigkeitstargets zu gestalten.

In der Praxis kann die Erwärmung beispielsweise durch eine elektrische Heizwicklung im oder um die Wandung der Kollektoröffnung realisiert werden. Treffen Flüssigkeitstropfen nicht exakt in die Kollektoröffnung, sondern ganz oder teilweise auf die erwärmte Wandung auf, bleibt somit die Flüssigphase der Targets erhalten; ein Wiederverflüssigen der Targets sowie ein "Abtauen" oder sonstigen Handlungen zum Offenhalten bzw. Wiederfreimachen der Kollektoröffnung werden nicht erforderlich, obgleich selbige geringe Abmessungen aufweist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Es zeigen:
Fig. 1 Prinzipaufbau einer Wechselwirkungskammer mit Targetdüse, Laserstrahl und Targetkollektor mit beheizter Targetöffnung
Figur Targetkollektor mit geregelter x-y-Positionierung
In einer nicht explizit dargestellten luftleeren Wechselwirkungskammer für die Erzeugung eines Plasmas zur Emittierung einer Strahlung im extrem ultravioletten Spektralbereich (EUV) werden durch eine Targetdüse 1 Flüssigkeitstargets 2 in Form von Tropfen erzeugt, die durch den Strahlenbereich eines Lasers 3 geleitet werden. Trifft der Strahl des Lasers 3 auf ein solches Flüssigkeitstarget 2, so entsteht unter Verdampfen das besagte Plasma zur Emission der EUV-Strahlung (aus Übersichtsgründen in der Zeichnung nicht näher dargestellt). Bei dieser Plasmaerzeugung unverbrauchte Flüssigkeitstargets 2 gelangen in eine Auffangöffnung 4 eines Targetkollektors 5, der mit einer nicht näher dargestellten Vakuumpumpe 6 zur Absaugung der aufgefangenen Flüssigkeitstargets 2 in Verbindung steht. Im vorliegenden Beispiel besitzt die Auffangöffnung 4 eine zylindrische Wandung 7, um welche sich zu deren Erwärmen eine elektrische Heizwicklung 8 befindet, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die beispielhaft dargestellte Art der Erwärmung beschränkt ist. Treffen Flüssigkeitstargets 2 nicht exakt und berührungslos in die Auffangöffnung 4, sondern ganz oder teilweise auf die Wandung 7, so verhindert die Erwärmungsenergie der Heizwicklung 8 ein Gefrieren der Flüssigkeitstargets 2 und insbesondere auch deren an Anfrieren an die Wandung 7. Infolge der Aufrechterhaltung des flüssigen Zustandes der Targets 2 bleibt die Auffangöffnung 4 frei und setzt sich nicht mit Eiskristallen zu. Diese Gefahr wäre auch um so größer, da der Innendurchmesser der Auffangöffnung 4 (vgl. Fig. 1) aus Gründen einer minimalen Saugleistung durch die Vakuumpumpe 6 nur unwesentlich größer als der Durchmesser der Flüssigkeitstargets 2 (Tröpfchengröße) gewählt ist. Die Wärmeleistung der elektrischen Heizwicklung 8 braucht lediglich in Hinsicht auf den Erhalt des Flüssigzustandes der Targets 2 bemessen zu sein. Gute Ergebnisse wurden mit Heizleistungen in der Größenordnung von 15 Watt erzielt.
Um die Gefahr eines Anfrierens der Flüssigkeitstargets 2 und damit ggf. auch die erforderliche Heizleistung weiter zu senken, ist es vorteilhaft, wenn der Targetkollektor 5 in seiner relativen Lage zum Strom der zu sammelnden Flüssigkeitstargets 2positionsgeregelt ist, um die Flüssigkeitstargets 2 möglichst unter minimaler Berührung an der Wandung 7 aufzufangen. Fig. 2 zeigt eine solchen Prinzipanordnung. Zu diesem Zweck ist ein die Auffangöffnung 4 und das Sammeln der Flüssigkeitstargets 2 kontrollierender Lagesensor 9, beispielsweise ein optischer CCD-Sensor, vorgesehen, der mit einer X-Y- Positioniereinrichtung 10 für den Targetkollektor 5 in Verbindung steht. Mit ihren Koordinatenantrieben bewegt die X-Y-Positioniereinrichtung 10 den Targetkollektor 5 zweidimensional relativ zur Lage der einfallenden Flüssigkeitstargets.
Durch die positionsgeregelte Bewegung des Targetkollektors 5 kann die relative Lage der Flüssigkeitstargets 2 zur plasmaerzeugenden Strahlung (Laser 3), einschließlich der optischen Elementen zu deren Fokussierung, vom vorteilhaften Einfangen der unverbrauchten Flüssigkeitstargets 2 unbeeinflusst bleiben. Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Targetdüse
2 Flüssigkeitstargets
3 Laser
4 Auffangöffnung
5 Targetkollektor
6 Vakuumpumpe
7 Wandung
8 elektrische Heizwicklung
9 Lagesensor
10 X-Y-Positioniereinrichtung

Claims

1. Targetkollektor zum Auffangen von Flüssigkeitstargets, insbesondere zum Entfernen von bei der Plasmaerzeugung für die Emittierung elektromagnetischer Strahlung unverbrauchten Flüssigkeitstargets aus einer evakuierten Wechselwirkungskammer, bei welchem die Flüssigkeitstargets in einer Kollektoröffnung aufgefangen und vorzugsweise durch Mittel zur Erzeugung eines Unterdrucks, wie eine Vakuumpumpe, abgesaugt werden dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektoröffnung (4) zum Zweck der Vermeidung des Gefrierens der Flüssigkeitstargets (2) bei deren Auftreffen auf eine feste Oberfläche der Kollektoröffnung (4) durch mindestens ein Heizelement (8) erwärmt ist.

2. Targetkollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement aus einer vorzugsweise um die Kollektoröffnung (4) des Targetkollektors (5) angeordneten elektrischen Heizwicklung (8) zur Erwärmung des Wandungsmaterials (7) der Kollektoröffnung (4) besteht.

3. Targetkollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kollektoröffnung (4) in Einrichtungen zur Emittierung elektromagnetischer Strahlen, beispielsweise für die Erzeugung von Strahlung im extrem ultravioletten Spektralbereich (EUV-Strahlung), weniger als 500 µm beträgt.

4. Targetkollektor gemäß Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kollektoröffnung (4) nur unwesentlich größer als der Durchmesser der aufzufangenden Flüssigkeitstargets (2) ist.

5. Targetkollektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser für ein in der Kollektoröffnung (4) möglichst berührungsloses Auffangen der Flüssigkeitstargets (2) positionsgeregelt ist.

6. Targetkollektor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein die relative Position der Auffangöffnung (4) zum Strom der aufzufangenden Flüssigkeitstargets (2) kontrollierender Lagesensor (9) vorgesehen ist, der mit einer Positioniereinrichtung (10) für den Targetkollektor (5) in Verbindung steht.