DE102005030304B4

DE102005030304B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung

Info

Publication number: DE102005030304B4
Application number: DE102005030304A
Authority: DE
Inventors: Guido Dr. Hergenhan; Christian Dr. Ziener; Jürgen Dr. Kleinschmidt
Original assignee: Xtreme Technologies GmbH
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2025-06-28
Also published as: DE102005030304A1; JP2007012603A; JP4328784B2; US7531820B2; US20070085044A1

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung, enthaltend
eine Entladungskammer, die einen Entladungsbereich für eine Gasentladung zur Ausbildung eines die Strahlung abgebenden Plasmas aufweist,
eine erste und eine zweite Elektrode, wobei mindestens die erste Elektrode drehbar gelagert ist,
eine Energiestrahlquelle zur Bereitstellung eines Energiestrahls für die Vorionisation eines der Strahlungserzeugung dienenden Ausgangsmaterials und
eine Hochspannungsversorgung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen für die beiden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Entladungsbereich (5) eine Injektionseinrichtung (10) gerichtet ist, die eine Folge von Einzelvolumina (9) des der Strahlungserzeugung dienenden Ausgangsmaterials bereitstellt und mit Abstand zu den Elektroden (2, 3) in den Entladungsbereich (5) injiziert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung, enthaltend eine Entladungskammer, die einen Entladungsbereich für eine Gasentladung zur Ausbildung eines die Strahlung abgebenden Plasmas aufweist, eine erste und eine zweite Elektrode, wobei mindestens die erste Elektrode drehbar gelagert ist, eine Energiestrahlquelle zur Bereitstellung eines Energiestrahls für die Vorionisierung eines der Strahlungserzeugung dienenden Ausgangsmaterials und eine Hochspannungsversorgung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen für die beiden Elektroden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung, bei dem in einem Entladungsbereich einer Entladungskammer, die erste und zweite Elektroden aufweist, ein durch Strahlungsenergie vorionisiertes Ausgangsmaterial mittels gepulster Gasentladung in ein die Strahlung abgebendes Plasma überführt und mindestens eine der Elektroden in Rotation versetzt wird.
Es sind bereits vielfach auf unterschiedlichen Konzepten beruhende Strahlungsquellen beschrieben worden, die auf gasentladungserzeugten Plasmen basieren. Gemeinsames Prinzip dieser Einrichtungen ist es, dass eine gepulste Hochstromentladung von mehr als 10 kA in einem Gas bestimmter Dichte gezündet und als Folge der magnetischen Kräfte und der dissipierten Leistung im ionisierten Gas lokal ein sehr heißes (kT > 20 eV) und dichtes Plasma erzeugt wird.
Weiterentwicklungen sind vor allem darauf gerichtet, Lösungen zu finden, die sich durch eine hohe Konversionseffizienz bei einer langen Lebensdauer der Elektroden auszeichnen.
Es zeigt sich, dass die für die Lithographie im extremen Ultraviolett bisher noch nicht ausreichenden Strahlungsleistungen offenbar nur durch effiziente Emittersubstanzen, wie z. B. Zinn oder Lithium bzw. Verbindungen davon, wesentlich weiter erhöht werden können.
Wird das Zinn in Form gasförmiger Zinnverbindungen, wie z. B. gemäß der DE 102 19 173 A1 als SnCl₄ zugeführt, besteht der Nachteil, dass in die Entladungskammer mehr Emittermaterial eingeleitet wird als für den EUV-Emissionsprozess nötig wäre. Übrigbleibende Restmengen führen, wie auch bei anderen metallischen Emittern, infolge einer Kondensation zu Metallablagerungen innerhalb der Entladungskammer, insbesondere können sich Zinnschichten ausbilden und bei Verwendung von SnCl₄ zusätzlich Chloride ablagern. Infolgedessen muss mit einem Funktionsausfall gerechnet werden.
Auch eine aus der WO 2005/025280 A2 bekannte und für metallische Emitter geeignete Vorrichtung, bei der rotierende Elektroden in einen Behälter mit einer Metallschmelze, wie z. B. Zinn, eintauchen und bei der das auf der Elektrodenoberfläche aufgetragene Metall mittels Laserstrahlung verdampft und der Dampf durch eine Gasentladung zu einem Plasma gezündet wird, löst nicht das Problem der überdimensionierten Emitterbereitstellung.
Während bei feststehenden Elektroden und Repetitionsraten im Kilohertzbereich nach wenigen Pulsen eine Oberflächentemperatur über der Schmelztemperatur des Elektrodenmaterials selbst für Wolfram (3650 K) erreicht wird (7), kann durch die Rotation der Elektrode die Gleichgewichtstemperatur so niedrig gehalten werden, dass selbst die Temperaturspitzen auf der Elektrodenoberfläche unterhalb der Schmelztemperatur von Wolfram bleiben (8).
8 zeigt aber auch, dass die Temperaturspitzen immer weit über der Schmelztemperatur von Zinn (505 K) liegen, so dass es zu einem, zur Laserverdampfung zusätzlichen unkontrollierten Zinnabtrag von den Elektroden kommt. Aufgrund der Nähe des Plasmas zu den Elektroden und der damit verbundenen hohen thermischen Leistungsdichten auf den Elektroden ist eine Erosion des Elektrodengrundmaterials nicht ausgeschlossen, was eine Verringerung der Lebensdauer der Elektroden zur Folge hat. Von Nachteil sind auch dadurch bedingte Abschattungen.
Die US 6 677 600 B2 beschreibt eine Anordnung, bei welcher der Ionisationsgrad eines gasförmigen Targetmaterials, das sich mit gleicher Dichte im Elektrodengebiet befindet, mit einem UV-Laser erhöht wird. Ein erforderlicher Isolator und eine der Elektroden, die beide mit Durchgangslöchern versehen sind, sind miteinander gemeinsam rotierend verbunden.
Schließlich ist aus der US 6 507 641 B1 eine Gasentladungsquelle bekannt, bei der eine, mit einem Reservoire verbundene Düse fluides Targetmaterial auf eine Anodenelektrode richtet, die koaxial zur einer Kathodenelektrode ausgerichtet ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Strahlungsquelle bei erhöhter Lebensdauer der Elektroden für den Einsatz unterschiedlicher Emitter auszubilden, wobei bei Verwendung metallischer Emitter Ablagerungen innerhalb der Entladungskammer erheblich zu reduzieren sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass auf den Entladungsbereich eine Injektionseinrichtung gerichtet ist, die eine Folge von Einzelvolumina des der Strahlungserzeugung dienenden Ausgangsmaterials bereitstellt und mit Abstand zu den Elektroden in den Entladungsbereich injiziert.
Der von der Energiestrahlquelle bereitgestellte Energiestrahl ist zeitsynchron zur Frequenz der Gasentladung auf einen beabstandet zu den Elektroden vorgesehenen Ort der Plasmaerzeugung im Entladungsbereich gerichtet, zu dem die Einzelvolumina gelangen, um von dem Energiestrahl nacheinander vorionisiert zu werden.
Vorteilhaft ist die Injektionseinrichtung dafür ausgelegt, die Einzelvolumina mit einer der Frequenz der Gasentladung angepassten Folgefrequenz bereitzustellen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann besonders vorteilhaft dadurch weitergebildet werden, dass die erste Elektrode als Kreisscheibe ausgebildet ist, deren Rotationsachse senkrecht auf der Kreisscheibe steht und die entlang einer zur Rotationsachse konzentrischen Kreisbahn eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die durch die Elektrode hindurchgehen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Elektrode einen kleineren Durchmesser als die zweite Elektrode aufweist und außeraxial in die zweite, feststehend ausgebildete Elektrode eingelassen ist. Die zweite Elektrode besitzt bei dieser Ausführung eine einzige Austrittsöffnung für die von dem Plasma emittierte Strahlung, die mit jeweils einer der Öffnungen in der ersten Elektrode infolge der Drehung der ersten Elektrode fluchtet.
Die Öffnungen in der ersten Elektrode können als Eintrittsöffnungen dienen, durch welche die Einzelvolumina in den Entladungsbereich gelangen. Vorteilhaft sind die Öffnungen in der ersten Elektrode konisch gestaltet und verjüngen sich in Richtung auf den Entladungsbereich.
Möglich ist es auch, dass die Öffnungen in den Elektroden als Durchlass für die Energiereststrahlung vorgesehen sind, die bei der Verdampfung der Einzelvolumina nicht absorbiert wird. Eine den Elektroden in Strahlrichtung nachgeordnete Strahlfalle nimmt diese Reststrahlung auf.
Alternativ zur vorgenannten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die zweite Elektrode als Kreisscheibe ausgebildet und mit der ersten Elektrode starr verbunden ist, und dass die Eintrittsöffnungen in der ersten Elektrode und Austrittsöffnungen in der zweiten Elektrode parallel zur Drehachse ausgerichtete Symmetrieachsen aufweisen, die miteinander fluchten.
Die erste und die zweite Elektrode können aber auch mechanisch entkoppelt sein und entweder Rotationsachsen aufweisen, die geneigt zueinander angeordnet sind oder die sich gegenseitig verlängern.
Die Erfindung kann weiterhin derart ausgestaltet sein, dass als Energiestrahlquelle ein Verdampfungslaser, eine Ionenstrahlquelle oder eine Elektronenstrahlquelle vorgesehen sein können.
Die obenstehende Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung der eingangs genannten Art gelöst, indem das Ausgangsmaterial als kontinuierliche Folge von Einzelvolumina bereitgestellt wird, die durch eine gerichtete Injektion nacheinander und mit Abstand zu den Elektroden in den Entladungsbereich eingebracht und durch einen gepulsten Energiestrahl vorionisiert werden.
Gemäß der Erfindung können die Einzelvolumina auf unterschiedliche Weise bereitgestellt werden. In einer ersten Variante können die Einzelvolumina durch eine kontinuierliche Injektion in den Entladungsraum eingebracht werden, wobei überzählige Einzelvolumina vor Erreichen des Entladungsbereiches ausgesondert werden, z. B. mit Hilfe der rotierenden Elektrode. Die Abfolge der Einzelvolumina kann aber auch bereits bei der Bereitstellung durch die Injektionseinrichtung gesteuert werden.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung, mit denen extrem ultraviolette Strahlung durch eine Gasentladung nach dem z-Pinch-Typ erzeugt werden kann, gewährleisten durch eine Maximierung des Abstandes zwischen dem Ort der Plasmaerzeugung und den Elektroden in Verbindung mit der die Elektrodenfläche quasi vervielfältigenden Rotation, insbesondere der vergleichsweise thermisch stärker belasteten Elektrode, nicht nur eine hohe Lebensdauer der Elektroden, sondern auch, dass ein metallischer Niederschlag bei Verwendung metallischer Emitter innerhalb der Entladungskammer weitgehend verhindert werden kann.
Der Abstandsvergrößerung dient eine Maßnahme, bei der das als Emitter dienende Ausgangsmaterial für die Strahlungserzeugung in dichtem Zustand als Tröpfchen oder Kügelchen an einen für die Plasmaerzeugung optimalen Ort platziert und vorionisiert wird. Unter dichtem Zustand soll Festkörperdichte oder eine Dichte wenige Größenordnungen unterhalb der Festkörperdichte verstanden werden.
Aufgrund dieser Maßnahme werden auch Einschränkungen hinsichtlich des Emittermaterials selbst reduziert, so dass sowohl Xenon als auch Zinn sowie Zinnverbindungen oder Lithium zur Anwendung kommen können.
Als Hintergrundgas zur Plasmaerzeugung wird bevorzugt ein Gas verwendet, welches bei der gewünschten Wellenlänge eine geringe Absorption aufweist. Besonders geeignet ist z. B. Argon.
Die Dichte des Hintergrundgases ist bei vorgegebener Entladungsspannung und zur Verfügung stehender Kondensatorkapazität auf eine Optimierung des Zeitpunktes der Plasmaausbildung ausgerichtet.
Erfindungsgemäß wird die für die gewünschte Strahlungsemission im EUV-Wellenlängenbereich optimale Emitteranzahl je Entladungspuls nahezu unabhängig von der Hintergrundgasdichte durch die Größe der eingebrachten Einzelvolumina bestimmt. In diesem Sinne erfolgt die Zufuhr des als Emitter dienenden Ausgangsmaterials in regenerativer und echter massenlimitierter Form.
Durch die der optimalen Einkopplung der Entladungsenergie in das Ausgangsmaterial dienende Vorionisierung der Einzelvolumina mittels des Energiestrahls kurz vor der Entladung, z. B. durch Laserverdampfung, kann die Geometrie der Elektroden gegenüber der reinen Verwendung von Hintergrundgas deutlich vergrößert werden.
Die Brennstoffzuführung in Tropfenform verbessert beziehungsweise eröffnet erst den Einsatz von Lithium als Emittermaterial für eine Z-Pinchentladung, da für dieses Material eine sehr hohe Elektronendichte erforderlich ist. Das liegt darin begründet, dass die gewünschte, bei 13,5 nm liegende Strahlung im Fall von Lithium durch den Übergang aus dem ersten angeregten Zustand in den Grundzustand des zweifach ionisierten Lithiumions Li (2+) entsteht. Der angeregte Zustand liegt aber nur 22 eV unterhalb des Ionisierungsniveaus von Li (3+). Um bei der Gasentladung genügend Li (2+) Ionen generieren zu können, muss gemäß Li (3+) + e^– → Li (2+) die Elektronendichte sehr hoch sein. Die bei einer Pinchentladung mit räumlich homogener Gasdichte entstehenden Elektronendichten sind üblicherweise jedoch zu klein, um ausreichende Konversionseffizienzen erreichen zu können. Dagegen liegt der Erwartungswert bei einem Lithiumeintrag in Tropfenform oberhalb 3% und kann bis zu 7% erreichen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine erste Ausführung einer auf einer Gasentladung beruhenden Strahlungsquelle mit Laserverdampfung injizierter Einzelvolumina und einer Elektrodenanordnung, bestehend aus einer feststehenden und einer drehbar gelagerten Elektrode
2 eine Elektrodenanordnung mit einer feststehenden und einer drehbar gelagerten Elektrode, bei der die Zufuhr der Einzelvolumina durch Öffnungen in der rotierenden Elektrode erfolgt
3 eine Elektrodenanordnung, bei der beide Elektroden starr miteinander verbunden und um eine gemeinsame Achse drehbar gelagert sind
4 eine Elektrodenanordnung gemäß 3 mit einer Energiestrahlquelle, die einen Ionen- oder Elektronenstrahl zur Ionisation der Einzelvolumina bereitstellt
5 eine erste Ausführung einer Elektrodenanordnung mit mechanisch entkoppelten Elektroden
6 eine zweite Ausführung einer Elektrodenanordnung mit mechanisch entkoppelten Elektroden
7 die zeitliche Entwicklung der Temperatur auf der Elektrodenoberfläche bei einem Elektrodensystem mit fest stehenden Elektroden vom Zeitpunkt des Einschaltens an
8 die zeitliche Entwicklung der Temperatur auf der Elektrodenoberfläche einer Drehelektrode gegenüber den Schmelztemperaturen von Wolfram und Zinn
Die in 1 dargestellte Strahlungsquelle enthält in einer evakuierten Entladungskammer 1 eine erste und eine zweite Elektrode 2, 3, die mit einem Hochspannungs-Impulsgenerator 4 in elektrischer Verbindung stehen, der durch die Erzeugung von Hochspannungsimpulsen mit einer Wiederholrate zwischen 1 Hz und 20 kHz und einer ausreichenden Impulsgröße dafür sorgt, dass in einem, mit einem Entladungsgas gefüllten Entladungsbereich eine Entladung gezündet und eine hohe Stromdichte erzeugt wird, die vorionisiertes Emittermaterial aufheizt, so dass Strahlung einer gewünschten Wellenlänge von einem entstehenden Plasma 6 abgegeben wird.
Von den als Kreisscheiben ausgeführten Elektroden 2, 3 weist die erste drehbar gelagerte und als Kathode ausgebildete Elektrode 2 einen kleineren Durchmesser auf als die zweite feststehende Elektrode 3 (Anodenelektrode), in welche die erste Elektrode 2 außeraxial eingelassen ist, so dass deren Rotationsachse R-R außermittig parallel zur Symmetrieachse S-S der zweiten Elektrode 3 ausgerichtet ist.
Die erste Elektrode 2 ist starr an einer Welle 7 befestigt, die von geeigneten Lagern aufgenommen wird und deren Antrieb außerhalb der Entladungskammer 1 liegt.
Beide Elektroden 2, 3 sind gegeneinander elektrisch durchschlagfest isoliert, indem zueinander ein Abstand besteht, der so dimensioniert ist, dass durch Vakuumisolation ein Durchschlag einer Entladung bis auf eine gewünschte Position der Plasmaerzeugung (Pinch-Position) verhindert wird. Diese Position liegt innerhalb des Entladungsbereiches 5 im Bereich einer, in der zweiten Elektrode 3 vorgesehenen Austrittsöffnung 8 für die erzeugte Strahlung.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Emittermaterial in Form von Einzelvolumina 9 in den Entladungsbereich 5 eingebracht wird, insbesondere an einen beabstandet zu den Elektroden 2, 3 vorgesehenen Ort im Entladungsbereich, an dem die Plasmaerzeugung erfolgt. Bevorzugt werden die Einzelvolumina 9 als kontinuierlicher Tropfenstrom in dichter, d. h. in fester oder flüssiger Form durch eine auf den Entladungsbereich 5 gerichtete Injektionseinrichtung 10 bereitgestellt.
Ein von einer Energiestrahlquelle 11 bereitgestellter gepulster Energiestrahl 12, bevorzugt ein Laserstrahl einer Laserstrahlungsquelle, ist zeitsynchron zur Frequenz der Gasentladung auf den Ort der Plasmaerzeugung im Entladungsbereich 5 gerichtet, um einen der Tropfen vorzuionisieren. Eine Strahlfalle 13 ist dafür vorgesehen, nicht absorbierte Energiereststrahlung vollständig aufzunehmen.
Die von dem heißen Plasma 6 emittierte Strahlung 14 gelangt nach dem Durchlaufen einer Debrischutzeinrichtung 15 auf eine Kollektoroptik 16, welche die Strahlung 14 auf eine Strahlaustrittsöffnung 17 in der Entladungskammer 1 richtet. Durch Abbildung des Plasmas 6 mittels der Kollektoroptik 16 wird ein in oder in der Nähe der Strahlaustrittsöffnung 17 lokalisierter Zwischenfokus ZF generiert, der als Schnittstelle zu einer Belichtungsoptik in einer Halbleiterbelichtungsanlage dient, für welche die bevorzugt für den EUV-Wellenlängenbereich ausgebildete Strahlungsquelle vorgesehen sein kann.
Die erste drehbar gelagerte Elektrode 2 enthält entlang einer zur Rotationsachse R-R konzentrischen Kreisbahn eine Vielzahl von konisch ausgebildeten Öffnungen 18. Während diese Öffnungen 18 in der Ausführung gemäß 1 vorrangig dem Strahldurchtritt für die nicht absorbierte Energiereststrahlung dient, sind die Öffnungen 18 in 2 als Eintrittsöffnungen ausgebildet, durch welche das in Form von Einzelvolumina 9 zugeführte Emittermaterial in den Entladungsbereich 5 gelangt, wenn eine der Öffnungen 18 infolge der Rotation der ersten Elektrode 2 mit der Austrittsöffnung 8 in der zweiten Elektrode 3 fluchtet.
Tropfengeschwindigkeit, Anzahl der Öffnungen 18 in der Elektrode 2 und die Drehgeschwindigkeit der Elektrode 2 können so eingestellt werden, dass über eine Öffnung 18 z. B. nur 1 bis 3 Tropfen an den Ort der Plasmaerzeugung gelangen können.
Die übrigen Tropfen dienen gegebenenfalls als Opfertropfen, die durch Strahlung aus den Plasmen 6 vorhergehender Entladungen verdampft werden und somit als Strahlungsschirm für den Tropfen wirken, der zur Wechselwirkung mit der Energiestrahlung 12 kommen soll.
Aufgrund der Rotation der ersten Elektrode 2 prallen weitere Tropfen an der rotierenden Elektrode 2 ab, bis eine nächstfolgende Öffnung 18 den Weg in den Entladungsraum erneut freigibt. Auf diese Weise kann eine Auswahl der Einzelvolumina aus einem kontinuierlichen Tropfenstrom erfolgen.
Durch die konische Form der Öffnungen 18 werden die aufgefangenen Tropfen durch Zentrifugalkräfte nach außen geschleudert und können an kalten Flächen kondensieren oder abgepumpt werden.
Vorteilhaft für den Schutz der Injektionseinrichtung 10, insbesondere deren tropfenerzeugenden Düse 19, wirkt sich ein Zeitpunkt der bei Repetitionsfrequenzen von mehreren Kilohertz erfolgenden Entladung aus, bei dem die Stellung der rotierenden ersten Elektrode 2 den direkten Weg zwischen dem Plasma 6 und der Düse 19 versperrt.
Dadurch, dass die zweite Elektrode 3 feststehend ausgebildet ist, kann diese sehr effektiv über nichtdargestellte Kanäle gekühlt werden, durch die Kühlflüssigkeit, gegebenenfalls mit hohem Druck, strömt, was für bewegte Teile im Hochvakuum zwar eine nicht zu unterschätzende technologische Herausforderung darstellt aber dennoch auch für die sich drehende Elektrode 2 anwendbar ist. Kühlrippen auf den Oberflächen der Elektroden oder in Hohlräumen, die über die Kanäle mit einem Kühlmittelreservoir verbunden sind, sowie das Einbringen von porösem Material in die Hohlräume können die Kühlwirkung weiter vergrößern.
Ferner besteht der Vorteil, dass die Position der Plasmaerzeugung definiert und räumlich konstant gehalten werden kann.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung gemäß 3 sind die beiden, durch einen Isolator 20 elektrisch voneinander getrennten Elektroden 2, 3 starr über eine gemeinsame drehbar gelagerte Welle 21 verbunden, so dass beide Elektroden 2, 3 gemeinsam rotieren können. Geeignete Isolatormaterialien sind z. B. Si₃N₄, Al₂O₃, AlZr, AlTi, BeO, SiC oder Saphir.
Beide Elektroden 2, 3 besitzen eine Vielzahl von miteinander fluchtenden, konisch ausgebildeten Öffnungen 8, 18. Ebenso wie bei der Ausführung gemäß 1 sind die Einzelvolumina 9 direkt in den Entladungsraum 5 gerichtet.
Nach dem so genannten Drop-on-Demand-Prinzip werden die Einzelvolumina 9 von der Injektionseinrichtung 10 bereits mit der gewünschten Folgefrequenz und Geschwindigkeit, z. B. mit einfacher oder mit zweifacher Frequenz der Entladung erzeugt. Hierfür können auch Techniken angewendet werden, die aus der Tintenstrahltechnik bekannt sind. Bei zweifacher Frequenz der Entladung dient jedes zweite wiederum als Strahlungsschutz für das mit der Energiestrahlung 12 zur Wechselwirkung kommende Einzelvolumen 9.
Die Öffnungen 8, 18 in den Elektroden 2, 3 können auch dafür vorgesehen sein, ein Hintergrundgas in den Entladungsbereich 5 zu bringen. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird als Energiestrahl 12 ebenfalls ein Laserstrahl verwendet, der zur Vorionisation auf einen von den Einzelvolumina 9 durchlaufenen Ort im Entladungsbereich 5 gerichtet ist.
Der bei der Ionisation durch ein Tröpfchen nicht absorbierte Teil des Laserstrahls wird durch miteinander fluchtende Öffnungen 8, 18 in den Elektroden 2, 3 auf eine Strahlfalle 13 gelenkt und dort restlos absorbiert. Die maximale Repetitionsfrequenz wird von der Anzahl der Öffnungen 8, 18 und der Umdrehungsgeschwindigkeit der Elektroden 2, 3 bestimmt.
Bei der in 4 dargestellten Strahlungsquelle wird, wie in 3, eine Elektrodenanordnung mit starr über eine gemeinsame drehbar gelagerte Welle 21 verbundene Elektroden 2, 3 verwendet mit dem Unterschied, dass als Energiestrahl zur Vorionisierung der Einzelvolumina 9 ein von einer Elektronenstrahlquelle 22 bereitgestellter Elektronenstrahl anstelle eines Laserstrahls dient, der nicht direkt in den Entladungsbereich 5, sondern durch miteinander fluchtende Öffnungen 8, 18 hindurchgestrahlt wird.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform kann anstelle des Elektronenstrahls auch ein Ionenstrahl als Energiestrahl dienen.
Da bei den Ausführungen gemäß der 3 und 4 beide Elektroden 2, 3 im Betrieb gemeinsam rotieren, findet der Vorgang der Plasmaerzeugung bei diskreten Rotationsstellungen der Elektroden 2, 3 statt.
Schließlich können die beiden Elektroden 2, 3 auch geneigt zueinander angeordnete Rotationsachsen R'-R', R''-R'' aufweisen, wobei es unwesentlich ist, ob die beiden Elektroden 2, 3 mechanisch gekoppelt oder nicht gekoppelt sind. Gleiches gilt für die Ausrichtung ihrer Rotationsachsen und die Rotationsrichtung.
Die Geometrie der Elektroden 2, 3 muss so gestaltet sein, dass durch den auf Einzelvolumina 9 gerichteten Energiestrahl 12, die Dichte und die Leitfähigkeit des Hintergrundgases am Ort der Plasmaerzeugung derart beeinflusst wird, dass nur an diesem Ort die Bedingungen für einen Durchbruch der Gasentladung gemäß der Paschenkurve gegeben sind.
Die Ausführung gemäß 5 sieht mechanisch nicht gekoppelte Elektroden 2, 3 vor, die mit drehbar gelagerten Wellen 23, 24 starr verbunden sind. Im Entladungsbereich 5, in dem sich die beiden Elektroden 2, 3 mit dem geringsten Abstand gegenüberstehen, wird durch den Beschuss eines tropfenförmigen Einzelvolumens 9 mit einem Laserstrahl 25 eine lokal hohe Dichte an vorionisiertem Emittermaterial erzeugt, bevor die Entladung initiiert wird. In einem zwischen den geneigt zueinander angeordneten Elektroden 2, 3 vorgesehenen Isolatorblock 26 ist eine Strahlfalle 27 für nicht absorbierte Laserreststrahlung eingearbeitet.
Auch in einer weiteren Ausführung gemäß 6 sind die beiden als Platten ausgebildeten Elektroden 2, 3 mechanisch entkoppelt, jedoch mit dem im Unterschied zu 5, dass die drehbar gelagerten Wellen 23, 24 Rotationsachsen (R'-R', R''-R'') aufweisen, die sich gegenseitig verlängern. Folglich stehen sich die Elektroden 2, 3 mit einander zugewandten Oberflächen 28, 29 beabstandet gegenüber.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung, enthaltend eine Entladungskammer, die einen Entladungsbereich für eine Gasentladung zur Ausbildung eines die Strahlung abgebenden Plasmas aufweist, eine erste und eine zweite Elektrode, wobei mindestens die erste Elektrode drehbar gelagert ist, eine Energiestrahlquelle zur Bereitstellung eines Energiestrahls für die Vorionisation eines der Strahlungserzeugung dienenden Ausgangsmaterials und eine Hochspannungsversorgung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen für die beiden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Entladungsbereich (5) eine Injektionseinrichtung (10) gerichtet ist, die eine Folge von Einzelvolumina (9) des der Strahlungserzeugung dienenden Ausgangsmaterials bereitstellt und mit Abstand zu den Elektroden (2, 3) in den Entladungsbereich (5) injiziert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Energiestrahlquelle (11) bereitgestellte Energiestrahl (12) zeitsynchron zur Frequenz der Gasentladung auf einen beabstandet zu den Elektroden (2, 3) vorgesehenen Ort der Plasmaerzeugung im Entladungsbereich (5) gerichtet ist, zu dem die Einzelvolumina (9) gelangen, um von dem Energiestrahl (12) nacheinander vorionisiert zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionseinrichtung (10) dafür ausgelegt ist, die Einzelvolumina (9) mit einer der Frequenz der Gasentladung angepassten Folgefrequenz bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (2) als Kreisscheibe ausgebildet ist, deren Rotationsachse (R-R) senkrecht auf der Kreisscheibe steht und die eine Vielzahl von durch die Elektrode hindurchgehenden Öffnungen (18) entlang einer zur Rotationsachse (R-R) konzentrischen Kreisbahn aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (3) feststehend ausgebildet ist und eine einzige Austrittsöffnung (8) für die von dem Plasma (6) emittierte Strahlung (14) aufweist, mit der jeweils eine der Öffnungen (18) in der ersten Elektrode (2) infolge der Drehung der ersten Elektrode (2) fluchtet.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (2) einen kleineren Durchmesser als die zweite Elektrode (3) aufweist und außeraxial in die zweite Elektrode (3) eingelassen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (18) in der ersten Elektrode (2) als Eintrittsöffnungen ausgebildet sind, durch welche die Einzelvolumina (9) in den Entladungsbereich (5) gelangen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (18) in der ersten Elektrode (2) konisch ausgebildet sind, die sich in Richtung auf den Entladungsbereich (5) verjüngen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (8, 18) in den Elektroden (2, 3) als Durchlass für eine Energiereststrahlung vorgesehen sind, die bei der Vorionisierung der Einzelvolumina (9) nicht absorbiert wird, und dass den Elektroden (2, 3) in Strahlrichtung eine Strahlfalle (13) zur Aufnahme der Energiereststrahlung nachgeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Isolator zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (2, 3) ein in der Entladungskammer (1) vorhandenes Vakuum dient.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (3) als Kreisscheibe ausgebildet und mit der ersten Elektrode (2) starr verbunden ist, und dass die Eintrittsöffnungen (18) in der ersten Elektrode (2) und Austrittsöffnungen (8) in der zweiten Elektrode (3) parallel zur Rotationsachse ausgerichtete Symmetrieachsen aufweisen, die miteinander fluchten.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (2, 3) ein aus den Isolatormaterialien Si₃N₄, Al₂O₃, AlZr, AlTi, BeO, SiC oder Saphir gefertigter Isolator (20) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Elektrode (2, 3) mechanisch entkoppelt sind und Rotationsachsen (R'-R', R''-R'') aufweisen, die geneigt zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Elektrode (2, 3) mechanisch entkoppelt sind und Rotationsachsen (R'-R', R''-R'') aufweisen, die sich gegenseitig verlängern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2, 3) Hohlräume aufweisen, die durch Kanäle mit einem Kühlmittelreservoir verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlräumen Rippenstrukturen zur Oberflächenvergrößerung vorhanden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume mit porösem Material ausgefüllt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiestrahlquelle (11) ein Verdampfungslaser vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiestrahlquelle (11) eine Ionenstrahlquelle vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiestrahlquelle (11) eine Elektronenstrahlquelle vorgesehen ist.
Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung, bei dem in einem Entladungsbereich einer Entladungskammer, die erste und zweite Elektroden aufweist, ein durch Strahlungsenergie vorionisiertes Ausgangsmaterial mittels gepulster Gasentladung in ein die Strahlung abgebendes Plasma überführt und mindestens eine der Elektroden in Rotation versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial als kontinuierliche Folge von Einzelvolumina bereitgestellt wird, die durch eine gerichtete Injektion nacheinander und mit Abstand zu den Elektroden in den Entladungsbereich eingebracht und vorionisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelvolumina durch eine kontinuierliche Injektion in den Entladungsraum eingebracht und überzählige Einzelvolumina vor Erreichen des Entladungsbereiches ausgesondert werden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge der Einzelvolumina bei der Bereitstellung durch die Injektionseinrichtung gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussonderung überzähliger Einzelvolumina mit Hilfe der rotierenden Elektrode durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelvolumina durch einen gepulsten Energiestrahl vorionisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Entladungsbereich ein Hintergrundgas eingeführt wird, welches bei der von dem Plasma emittierten Wellenlänge keine Absorptionsbande aufweist.