DE102004036441B4

DE102004036441B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Dosieren von Targetmaterial für die Erzeugung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung

Info

Publication number: DE102004036441B4
Application number: DE102004036441A
Authority: DE
Inventors: Guido Dr. Hergenhan; Diethard Klöpfel
Original assignee: Xtreme Technologies GmbH
Current assignee: Xtreme Technologies GmbH
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2024-07-24
Also published as: JP2006086110A; US20060017026A1; JP4264430B2; US7368742B2; DE102004036441A1

Abstract

Vorrichtung zum Dosieren von Targetmaterial für die Erzeugung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung, bei der zur Bereitstellung von Targetmaterial entlang einer vorgegebenen Targetbahn ein Targetgenerator angeordnet und auf die Targetbahn ein Energiestrahl zur Erzeugung eines Strahlung emittierenden Plasmas gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
– der Targetgenerator eine Injektionseinrichtung aufweist, die eine Düsenkammer mit Düse enthält und mit einem Vorratsbehälter in Verbindung steht, wobei Mittel zur definierten, kurzzeitigen Druckerhöhung in der Düsenkammer vorhanden sind, um ausschließlich bei Bedarf zur Erzeugung des Plasmas ein Einzeltarget in die Wechselwirkungskammer an den Wechselwirkungsort zu bringen, und
– Mittel zur Einstellung eines Gleichgewichtsdruckes in der Düse angeordnet sind, um ein Druckgefälle an der Düse der Injektionseinrichtung, das aus der Druckdifferenz zwischen dem Vakuumdruck in der Wechselwirkungskammer und dem auf das Targetmaterial im Vorratsbehälter ausgeübten Druck resultiert, zu kompensieren, wobei der eingestellte Gleichgewichtsdruck das Austreten von Targetmaterial verhindert, solange in der Düsenkammer keine kurzzeitige...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dosieren von Targetmaterial für die Erzeugung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung aus einem energiestrahlinduzierten Plasma. Sie findet insbesondere Anwendung in EUV-Strahlungsquellen für die Projektionslithographie bei der Halbleiterchipherstellung.
Vor allem in Strahlungsquellen für die Projektionslithographie haben sich reproduzierbar bereitgestellte massenlimitierte Targets für den gepulsten Energieeintrag zur Plasmaerzeugung durchgesetzt, da diese im Vergleich mit anderen Targetarten die unerwünschte Teilchenemission (Debris) minimieren. Ein ideales massenlimitiertes Target ist dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchenzahl im Fokus des Energiestrahls auf die zur Strahlungserzeugung benutzten Teilchen begrenzt ist.
Überschüssiges Targetmaterial, das verdampft bzw. sublimiert wird oder das zwar ionisiert, jedoch für die erwünschte Strahlungsemission nicht ausreichend vom Energiestrahl angeregt wird (Randbereich bzw. unmittelbare Umgebung des Wechselwirkungsortes), verursacht neben einer erhöhten Debrisemission eine unerwünschte Gasatmosphäre in der Wechselwirkungskammer, die wiederum maßgeblich zu einer Absorption der aus dem Plasma erzeugten kurzwelligen EUV-Strahlung beiträgt.

Im Stand der Technik sind mehrere Ausführungsformen massenlimitierter Targets bekannt geworden, die mit ihren charakteristischen Nachteilen versehen, nachfolgend aufgeführt sind:

• kontinuierlicher flüssiger Jet, ggf. auch gefroren (feste Konsistenz) ( EP 0 895 706 B1 ) – Massenlimitierung ist wegen der großen Ausdehnung des Targets in einer linearen Dimension nur eingeschränkt realisierbar, was zu erhöhtem Debris und unerwünschter Gaslast in der Vakuumkammer führt, – von der Plasmaexpansion ausgehende Schockwelle führt (bei geringer Dämpfung) im Target-Jet in Richtung der Targetdüse zu einer gewissen Zerstörung des Targetstroms und damit zu einer Limitierung der Pulsfolgefrequenz der Laseranregung;
• Cluster ( US 5,577,092 ), Gaspuffs (SPIE Proceedings, Vol. 4688, S. 619, Fiedorowicz et al.) und Aerosole (WO 01/30122 A1, US 6,324,256 B1 , DE 102 60 376 A1 ) – führen bei geringem Abstand des Wechselwirkungsortes zur Targetdüse zu starker Düsenerosion, bei großem Abstand zur Düse (wegen drastisch abnehmender mittlerer Dichte des Targets) zu geringer Effizienz der Strahlungsemission des Plasmas;
• kontinuierlicher Strom von Einzeltropfen ( EP 0 186 491 B1 , US 2003/0223546 A1) – erfordert genaue Synchronisation mit dem Anregungslaser, – kaltes Targetmaterial in der Nähe des Plasmas (weniger als bei Target-Jet, aber vorhanden) wird verdampft und führt zu absorbierender Gasatmosphäre und Erhöhung des Debris.

Allen aufgeführten massenlimitierten Targets ist gemeinsam, dass – trotz Beschränkung des Durchmessers des Targetstroms – mehr Targetmaterial in der Wechselwirkungskammer anfällt, als für die Erzeugung des strahlenden Plasmas notwendig ist. So wird z.B. beim kontinuierlichen Tropfenstrom nur etwa jeder hundertste Tropfen vom Laserimpuls getroffen. Dies führt neben der erhöhten Debriserzeugung zu überschüssigem Targetmaterial in der Wechselwirkungskammer, das (insbesondere bei Xenon) eine erhöhte Gaslast und damit einen erhöhten Druck in der Wechselwirkungskammer verursacht. Die erhöhte Gaslast führt wiederum zu einer unerwünschten Erhöhung der Absorption der vom Plasma emittierten Strahlung. Weiterhin führt das ungenutzte Targetmaterial zu einem erhöhten Materialverbrauch und verursacht somit unnötige Kosten.

Bei der oben aufgeführten DE 102 60 376 A1 wird zur Erzeugung von Cluster-Targets übersättigter Dampf in einer Nebelwolke kondensiert. Dafür wird Flüssigkeit mittels eines Ventils gepulst in einen beheizten engen Expansionskanal eingeströmt, dort verdampft und beim Austritt in eine Überschalldüse abgekühlt und kondensiert, so dass besonders kleine Tröpfchen (in der Größe der Laserwellenlänge) mit hoher Dichte ausgestoßen werden. Hier ist neben den für Cluster-Targets bereits oben beschriebenen Nachteilen vor allem die geringe Anregungsfrequenz (< 0,5 kHz) für die effektive Strahlungserzeugung unzureichend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zum Dosieren von Targetmaterial für die Erzeugung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung und EUV-Strahlung, aus einem energiestrahlinduzierten Plasma zu finden, die die Bereitstellung reproduzierbar zugeführter massenlimitierter Targets derart gestattet, dass nur soviel Targetmaterial zur Plasmaerzeugung in die Wechselwirkungskammer gelangt, wie durch den Energiestrahl effektiv zu strahlendem Plasma im gewünschten Wellenlängenbereich konvertierbar ist, und somit die Debriserzeugung und die Gaslast in der Wechselwirkungskammer minimiert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Dosieren von Targetmaterial für die Erzeugung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung, bei der zur Bereitstellung von Targetmaterial entlang einer vorgegebenen Targetbahn ein Targetgenerator angeordnet und auf die Targetbahn ein Energiestrahl zur Erzeugung eines Strahlung emittierenden Plasmas gerichtet ist, dadurch gelöst, dass der Targetgenerator eine Injektionseinrichtung aufweist, die eine Düsenkammer mit Düse enthält und mit einem Vorratsbehälter in Verbindung steht, wobei Mittel zur definierten, kurzzeitigen Druckerhöhung an der Düsenkammer vorhanden sind, um ausschließlich bei Bedarf zur Erzeugung des Plasmas ein Einzeltarget in die Wechselwirkungskammer an den Wechselwirkungsort zu bringen, und dass Mittel zur Einstellung eines Gleichgewichtsdruckes in der Düse angeordnet sind, um ein Druckgefälle an der Düse der Injektionseinrichtung, das aus der Druckdifferenz zwischen dem Vakuumdruck in der Wechselwirkungskammer und dem auf das Targetmaterial im Vorratsbehälter ausgeübten Druck resultiert, zu kompensieren, wobei der eingestellte Gleichgewichtsdruck das Austreten von Targetmaterial verhindert, solange in der Düsenkammer keine kurzzeitige Druckerhöhung stattfindet.

Vorteilhaft ist als Mittel zur Druckerhöhung in der Düsenkammer ein Piezoelement vorhanden, wobei das Piezoelement eine Volumenverringerung der Düsenkammer bewirkt durch Verschieben einer Wand der Düsenkammer nach innen.

Dazu weist die Düsenkammer vorzugsweise eine Membranwand auf, die bei Spannungsbeaufschlagung des Piezoelements ins Innere der Düsenkammer gedrückt wird.

Zweckmäßig kann aber auch ein Piezostapel innerhalb der Düsenkammer zur Verringerung des Kammervolumens angeordnet sein.

In einer anderen vorteilhaften Variante ist in der Düsenkammer eine Verengung vorhanden, um die ein Heizelement angeordnet ist, wobei innerhalb der Verengung das Targetmaterial erhitzt wird, wobei durch Wärmeausdehnung ein definiertes Targetvolumen in der Düsenkammer verdrängt wird und zur zeitweiligen Druckerhöhung führt. Als Verengung der Düsenkammer kann zweckmäßig auch ein der Düsenkammer naher Teil einer Verbindungsleitung zum Vorratsbehälter verwendet werden.

Vorteilhaft ist bei einem Targetmaterial, das unter Prozesstemperatur nur bei Drücken von mehr als 50 mbar flüssig ist, zur Verflüssigung eine zusätzliche Druckbeaufschlagung im Vorratsbehälter vorgesehen.

Für diese Ausführungsvariante ist Xenon ein vorzugsweise einsetzbares Targetmaterial.

Bei einem Targetmaterial, das unter Prozesstemperatur bei Drücken von weniger als 50 mbar flüssig ist, kann zweckmäßig der Schweredruck des Targetmaterials im Vorratsbehälter zur Druckeinstellung verwendet werden. Dafür werden bevorzugt Targetmaterialien unter Verwendung von Zinn eingesetzt. Als besonders geeignet für die Erzeugung von EUV-Strahlung erweisen sich verschiedene Zinnlegierungen sowie Zinnchloride. Vorzugsweise kommen Zinn-IV-Chlorid (SnCl₄), das unter den Prozessbedingungen für die Plasmaerzeugung bereits als Flüssigkeit vorliegt, sowie Zinn-II-Chlorid (SnCl₂) als bevorzugtes Targetmaterial geeignet, wenn es in wässriger oder alkoholischer Lösung verwendet wird.

Wird ein solches Targetmaterial verwendet, das bei Drücken von weniger als 50 mbar unter Prozessbedingungen zur Plasmaerzeugung flüssig ist, kann der Schweredruck des Targetmaterials zur Minimierung des Gleichgewichtsdrucks am Austritt der Düse verwendet werden, wobei für die Druckreduzierung eine Höhendifferenz zwischen den Flüssigkeitsniveaus des Targetmaterials an der Düse und im Vorratsbehälter so einzustellen ist, dass das Flüssigkeitsniveau im Vorratsbehälter in Richtung der Schwerkraft unterhalb des Austritts der Düse liegt.

Dabei kann die Düse der Düsenkammer zweckmäßig in Richtung der Schwerkraft angebracht sein, damit die Einzeltargets entlang der Targetbahn der Fallbeschleunigung unterliegen. Andererseits kann es für die gewünschte Reduzierung des Druckgefälles in der Targetdüse vorteilhaft sein, dass die Düse an der Düsenkammer entgegen der Richtung der Schwerkraft angeordnet ist.

Eine bevorzugte Realisierung des Mittels zur Erzeugung eines Gleichgewichtsdrucks besteht darin, dass um die Düse der Injektionseinrichtung vor der Wechselwirkungskammer eine Vorkammer angeordnet ist, die entlang der Targetbahn eine Öffnung zum Austritt der Einzeltargets aufweist, wobei in der Vorkammer ein quasistatischer Druck vorhanden ist, der als Gleichgewichtsdruck das Austreten von Targetmaterial verhindert, solange in der Düsenkammer keine kurzzeitige Druckerhöhung erzeugt wird.

Zweckmäßig wird in die Vorkammer ein Puffergas als Bremssubstanz für Teilchen hoher kinetischer Energie aus dem Plasma zugeführt.

Das in die Vorkammer zugeführte Puffergas kann ein Inertgas oder ein Edelgas sein. Vorzugsweise kommen Stickstoff, Helium, Neon, Argon und/oder Krypton zum Einsatz.

Der zum Energieeintrag in das erfindungsgemäße Einzeltarget benötigte Energiestrahl ist vorzugsweise ein fokussierter Laserstrahl.

Ein Impuls des Energiestrahls in der Wechselwirkungskammer wird zweckmäßig mit dem Ausstoßen genau eines Einzeltargets synchronisiert.

Es erweist sich aber insbesondere für einen Laserstrahl als Energiestrahl als vorteilhaft, dass ein Impuls des Energiestrahls in der Wechselwirkungskammer mit dem Ausstoßen von mindestens zwei Einzeltargets aus der Düse der Injektionseinrichtung synchronisiert wird, wobei mindestens ein erstes Target als Opfertarget zur Erzeugung eines Abdampfschirms für mindestens ein vom Energiestrahl zu treffendes Haupttarget ausgebildet ist.

In einer ersten modifizierten Gestaltungsvariante wird ein Impuls des Energiestrahls in der Wechselwirkungskammer mit dem Ausstoßen von mindestens zwei Einzeltargets aus mehreren Düsen der Injektionseinrichtung synchronisiert, wobei die Düsen in mindestens einer Ebene angeordnet sind, die mit einer Ebene, die durch die Achse des Energiestrahls und eine mittlere Targetbahn aufgespannt wird, einen Winkel zwischen 3° und 90° (in Abhängigkeit von Targetsdurchmesser und Abständen der Düsen) bildet. Dabei können die gleich großen Düsen an einer gemeinsamen Düsenkammer oder jeweils an separaten Düsenkammern angebracht sein.

In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung wird ein Impuls des Energiestrahls in der Wechselwirkungskammer mit dem Ausstoßen von mehreren eng aufeinander folgenden Einzeltargets aus jeder Düse der Injektionseinrichtung synchronisiert, wobei aus jeder Düse mindestens ein erstes Einzeltarget als Opfertarget zur Erzeugung eines Abdampfschirms für mindestens ein vom Energiestrahl zu treffendes Haupttarget ausgebildet wird.

Die Druckänderungen in jeder Düsenkammer der Injektionseinrichtung sind vorteilhaft mit dem Impuls des Energiestrahls so synchronisiert, dass für jeden Impuls des Energiestrahls aus jeder Düse eine Targetkolonne aus mindestens einem Opfertarget und zwei Haupttargets bereitgestellt wird.

Dabei können die Düsenkammern der Injektionseinrichtung für den Targetausstoß eine phasengleiche Synchronisation oder aber auch eine abwechselnd phasenverzögerte Synchronisation der Mittel zur kurzzeitigen Druckerhöhung aufweisen. In letzterer Variante ergibt sich der Zusatzvorteil, dass sich die Einzeltargets zueinander versetzt zum Wechselwirkungsort (z.B. Laserfokus) bewegen und bei entsprechender Düsenanordnung in mehreren Reihen enger zusammengerückt eine Art „Targetvorhang" ergeben.

Weiterhin wird die Aufgabe bei einem Verfahren zum Dosieren von Targetmaterial für die Erzeugung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung, bei dem Targetmaterial entlang einer vorgegebenen Targetbahn aus einer Düse eines Targetgenerators bereitgestellt und auf die Targetbahn ein Energiestrahl zur Erzeugung eines Strahlung emittierenden Plasmas gerichtet wird, durch folgende Schritte gelöst:

– Erzeugen eines quasistatischen Gleichgewichtsdruckes an der Düse, so dass im Ruhezustand des Targetgenerators kein Targetmaterial aus der Düse austritt,
– Erzeugen einer kurzzeitigen impulsförmigen Druckerhöhung in einer strömungstechnisch vor der Düse befindlichen Düsenkammer, so dass Targetmaterial aus der Düsenkammer durch die Düse ausgespritzt und als ein Einzeltarget in Richtung eines Wechselwirkungsortes mit dem Energiestrahl beschleunigt wird, und
– Synchronisation der impulsförmigen Druckerhöhung in der Düsenkammer mit einem Impuls des Energiestrahls, so dass jedes Einzeltarget genau von einem Impuls des Energiestrahls getroffen wird.

Die Erfindung basiert somit auf der Grundüberlegung, dass den Wechselwirkungsort nur genau soviel Targetmaterial erreichend darf, wie für eine effiziente Erzeugung von kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung im gewünschten Wellenlängenbereich nötig ist, weil jede überschüssige Targetmenge, die sich auch nur in der Umgebung des Wechselwirkungsortes befindet, zur Erzeugung von unerwünschtem Targetgas und zusätzlichem Debris führt. Es soll auch vermieden werden, dass zwischen den Impulsen des Energiestrahls überhaupt Targetmaterial den Wechselwirkungsort passiert, um die Gaslast von verdampftem oder sublimiertem Targetmaterial in der evakuierten Wechselwirkungskammer und den Verbrauch an Targetmaterial zu minimieren.

Dazu wird gemäß der Erfindung eine impulsförmig betriebene Injektionseinrichtung zur Abgabe von mehgendosierten Einzeltargets verwendet, die mittels eines eingestellten Gleichgewichtsdruckes an Düsenöffnung während der Injektionspausen nur bei Bedarf, d.h. auf Anforderung (durch Impulsansteuerung), Einzeltargets bereitstellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es, genau so viel Targetmaterial in die Wechselwirkungskammer einzubringen, wie für eine effiziente Strahlungserzeugung bei einer gewünschten Repetitionsrate des Energiestrahls notwendig ist, sowie die Debiserzeugung und die Strahlungsabsorption durch verdampftes Targetmaterial in der Wechselwirkungskammer zu minimieren. Außerdem verringert sich der Verbrauch an Targetmaterial und führt zu einer deutlichen Kostenreduzierung. Weiterhin ist eine Erhöhung der Impulsfolgefrequenz möglich.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
1: eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3: eine Variante der Injektionseinrichtung mit Piezoelement,
4: eine Variante der Injektionseinrichtung mit Heizelement,
5: ein schematisches Phasendiagramm für Xenon,
6: eine Darstellung zur Erläuterung einer vorteilhaften Synchronisation von Einzeltargets als Kolonne von Opfer- und Haupttargets,
7: zwei Ausgestaltungen der Injektionseinrichtung zur Erzeugung von Targetfeldern a) mit mehreren Düsen an einer Düsenkammer und b) mit je einer Düse an separaten Düsenkammern,
8: eine Variante des Targetgenerators mit spezieller Ausbildung des Vorratsbehälters zur Verringerung des Gleichgewichtsdrucks an der Düse für Targetmaterialien mit niedrigem Dampfdruck (< 50 mbar),
9: eine spezielle Variante des Targetgenerators für Targetmaterialien mit niedrigem Dampfdruck (< 50 mbar), bei der der Gleichgewichtsdruck an der Düse durch deren Ausstoßrichtung entgegen der Schwerkraft und den Schweredruck des Targetmaterials gegenüber der Wechselwirkungskammer einstellbar ist.
1 zeigt stilisiert einen Teil einer Strahlungsquelle zur Erzeugung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung auf Basis eines durch Energieeintrag induzierten Plasmas. Dargestellt ist eine Wechselwirkungskammer 1, in die aus einem Targetgenerator 2 Einzeltargets 3 entlang einer Targetbahn 31 bereitgestellt werden. Die Targetbahn 31 wird von der Achse 41 eines Energiestrahls 4 in einem Wechselwirkungspunkt 51 gekreuzt, wobei durch das Auftreffen des Energiestrahls 4 auf ein jeweiliges Einzeltarget 3 ein die gewünschte Strahlung emittierendes Plasma 5 generiert wird.
Der Targetgenerator 2 besteht aus einer Injektionseinrichtung 21 mit einer Düse 211 und einer Düsenkammer 212, die eine Möglichkeit zur kurzzeitigen Volumenänderung ΔV und damit zur Druckänderung des Düsenkammerdrucks p_Dk aufweist, wobei das Prinzip dem von herkömmlichen Tintenstrahldüsen ähnelt und nachfolgend noch genauer (3 und 4) beschieben wird. Weiterhin ist die Injektionseinrichtung 21 von der Düsenkammer 212 mit einem Vorratsbehälter 22 für das Targetmaterial 32 verbunden, welches bei definierter Prozesstemperatur mit einem geeigneten Druck p₁ im flüssigen Zustand gehalten wird.
Die Düse 211 mündet in eine Vorkammer 23, in der ein Vorkammerdruck p₂ aufrechterhalten wird. Die Vorkammer 23 besitzt mindestens eine Gaszuführung 231, die ein zusätzliches Gas zuführt, um einen gleichmäßigen (quasistatischen) Druck um die Düse 211 einzustellen. Weiterhin weist die Vorkammer 23 entlang der Targetbahn 31 eine Öffnung 232 für die Einzeltargets 3, die aus der Düse 211 stoßweise heraus gespritzt werden, für den Übergang in die Wechselwirkungskammer 1 auf. Die Öffnung 232 stellt einen definierten Strömungswiderstand für das in die Vorkammer 23 zugeführte Gas dar. Je nach der Menge der Gaszufuhr in die Vorkammer 23 lässt sich der Vorkammerdruck p₂ nahezu statisch einstellen, d.h. es ergibt sich eine stationäre Gasströmung. Die Gaszufuhr über die Gaszuführung 231 wird so geregelt, dass sich ein Gleichgewichtsdruck auf das flüssige Targetmaterial 32 an der Düse 211 einstellt, so dass ohne Druckänderung in der Düsenkammer 211 kein Targetmaterial 32 austreten kann.
Erst durch eine kurzzeitige Druckänderung in der Düsenkammer 212 (beispielhaft einprägsam stilisiert durch Volumenänderung ΔV) wird ein Einzeltarget 3, d.h. eine definierte Menge von Targetmaterial 32, aus der Düse 211 gespritzt. Dieses durchfliegt die Vorkammer 23, tritt durch deren Öffnung 232 in die Wechselwirkungskammer 1 ein und steht als massenlimitiertes Einzeltarget 3 für die Erzeugung des Plasmas 5 zur Verfügung.
Das in die Vorkammer 23 zugeführte Gas, das durch die Öffnung 232 ebenfalls in die Wechselwirkungskammer 1 gelangt, wird dort abgepumpt. Eine oder mehrere an die Wechselwirkungskammer 1 angeschlossene Vakuumpumpen (nicht dargestellt) sind so dimensioniert, dass ein Vakuumdruck p₃ aufrecht erhalten wird, bei dem möglichst wenig der gewünschten Strahlung absorbiert wird (< 100 Pa).
Außerdem kann das in die Vorkammer 23 zugeführte Gas noch als Moderator (Puffergas/Bremssubstanz) für Teilchen hoher kinetischer Energie (Debris) aus dem Plasma 5 dienen, die durch das Puffergas gebremst und absorbiert werden, so dass sich die Lebensdauern von optischen und mechanischen Komponenten, insbesondere die des Kollektorspiegels (nicht dargestellt) für die aus dem Plasma 5 emittierte Strahlung und die der Düse 211 erhöhen.
2 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren, dass darin besteht, nur dann ein Einzeltarget 3 aus der Düse 211 zu generieren, wenn dieses (zu einem verzögerten Zeitpunkt) im Wechselwirkungspunkt 51 vom Energiestrahl auch in strahlendes Plasma 5 konvertiert werden kann. Das heißt, es werden nur Einzeltargets 3 nach Bedarf erzeugt. Da durch die Düse 211 nur flüssiges Targetmaterial 32 austreten kann, spricht man von einem Tropfen-nach-Bedarf-Verfahren (Drop on Demand). Es werden also entsprechend der gewählten Impulsfrequenz des Energiestrahls 4 jeweils Einzeltargets 3 erzeugt, die im Wechselwirkungspunkt 51 mit einer Periode der Impulsfrequenz des Energiestrahls 4 eintreffen. Damit gibt es keine Einzeltargets 3 oder andere überschüssige Resttargetbestandteile, die sich nach dem Wechselwirkungspunkt 51 noch in der Verlängerung der Targetbahn 31 weiter bewegen.
Eine Möglichkeit, kleinste Volumina (bis zum Pikoliterbereich) mit Frequenzen von einigen Kilohertz zu dosieren, wurde in Anlehnung das so genannte Drop-on-Demand-(Tropfen-nach-Bedarf)-Verfahren für Düsen von Tintenstrahldruckern unten zu 3 (Piezo-Prinzip) und 4 (Bubble-Jet-Prinzip) beschrieben.
Alle Realisierungsformen für das Drop-on-Demand-Verfahren haben grundsätzlich gleiche Funktionsmerkmale beim limitierten Flüssigkeitsausstoß, die erfindungsgemäß wie folgt zu verallgemeinern sind. Strömungstechnisch vor der Düse 211 befindet sich eine Düsenkammer 212, die vollständig mit einer Flüssigkeit (Targetmaterial 32) gefüllt ist. Durch eine Volumenverkleinerung der Düsenkammer 212 wird eine definierte Menge von Targetmaterial 32, die annähernd dem Betrag der Volumenänderung ΔV der Düsenkammer 212 entspricht, durch die Düse 211 ausgestoßen und somit ein massenlimitiertes Einzeltarget 3 erzeugt.
Der Unterschied zwischen unterschiedlichen Realisierungen des erfindungsgemäß eingesetzten Drop-on-Demand-Verfahrens liegt nur in der konkreten Technik, mit der die Volumenverringerung der Düsenkammer 212 und kurzzeitige Druckerhöhung an der Düse 211 erreicht wird. Die spezielle Art der Ausführung der Volumenänderung ΔV ist jedoch für das Prinzip der Erzeugung von massenlimitierten Einzeltargets 3 gemäß der Erfindung nicht funktionswesentlich, so dass beliebige andere Prinzipien (Techniken) zur kurzzeitigen definierten Druckänderung der Düsenkammer 212 ebenfalls unter die Lehre der Erfindung fallen.
Allen solchen Verfahren ist gemein, dass im Ruhefall, d.h. wenn kein Einzeltarget 3 (Flüssigkeitstropfen) erzeugt werden soll, der statische Druck auf das Flüssigkeitsreservat und der Druck p₂ an der Düse 211 nahezu gleich sind. Durch Kapillarkräfte kann das Auslaufen des flüssigen Targetmaterials 32 bei kleinen Druckunterschieden verhindert werden.
Zur Dosierung kleiner Volumina von Targetmaterial 32 in Einzeltargets 3 für die Erzeugung von energiestrahlinduzierten Plasmen 5, die ihre Strahlung im extrem ultravioletten Spektralbereich abgeben, sind zwei Randbedingungen zu beachten.
Zum Ersten muss das Targetmaterial 32 für die Anregung mittels des Energiestrahls 4 in der Wechselwirkungskammer 1 unter Vakuum vorliegen, wobei – um Reabsorption der gewünschten Strahlung zu vermeiden bzw. zu minimieren – der Druck p₃ (1 und 8) in der Wechselwirkungskammer 1 typischerweise kleiner als 100 Pa (1 mbar).
Zum Zweiten muss der Flüssigkeitsdruck p_Dk bei Xenon (als bevorzugtes Targetmaterial) mindestens etwa 80 kPa (0,8 bar) betragen, damit sich Xenon im flüssigen Aggregatzustand befindet, wie es aus dem Phasendiagramm aus 5 abzulesen ist.
Befände sich der Ausgang der Düse 211 direkt in der Wechselwirkungskammer 1 (siehe dazu 1), würde der (große) Druckgradient in der Düse 211 zwangsläufig zum kontinuierlichen Ausfließen des flüssigen Targetmaterials 32 ins Vakuum der Wechselwirkungskammer 1 führen, wobei je nach Düsenform, Flüssigkeitsdruck und – temperatur eine der bekannten Targetformen, Jet-Target (kontinuierlicher Targetstrom gemäß EP 0 895 706 B1 ), diskontinuierlicher Tröpfchenstrom (regelmäßig austretende Tröpfchen gemäß EP 0 186 491 B1 ), dichter Tröpfchennebel (aus Gaspuff gemäß WO 01/30122 A1 oder Spray gemäß US 6,324,256 B1 ), entstünde.
In 3 ist das Schema einer Ausführung der Injektionseinrichtung 21 basierend auf dem Piezoeffekt dargestellt.
In der Düsenkammer 212 oder an einer Membran als Wand der Düsenkammer 212 befindet sich ein Piezoelement 213, welches bei angelegter Spannung seine Ausdehnung bzw. sein Volumen vergrößert und somit über eine Volumenänderung ΔV der Düsenkammer 212 kurzzeitig das Kammervolumen verringert. Gleichzeitig erhöht sich der Druck in der Düsenkammer 212 über den Gleichgewichtsdruck p₂ in der Vorkammer 23.
Somit wird bei einem an das Piezoelement 213 angelegten Spannungsimpuls ein Tropfen flüssigen Targetmaterials 32 aus der Düse 211 in die Vorkammer 23 gespritzt. Dieser Vorgang führt zur Erzeugung von Einzeltargets 3 synchronisierfähig mit der gewünschten oder vorgegebenen Impulsfrequenz des Energiestrahls 4, der vorteilhaft ein Laserstrahl 42 (7a) sein kann.
4 zeigt das Schema einer Gestaltungsform der Injektionseinrichtung 21 basierend auf dem sogenannten Sprudelstrahl-(Bubble-Jet)-Prinzip, das ebenfalls an sich aus der Tintenstrahldrucktechnik bekannt ist. In dieser Gestaltung befindet sich um eine (vorzugsweise zylindrische) Verengung 214 der Düsenkammer 212 ein Heizelement 215, das – wenn eine definierte Menge Targetmaterials 32 durch die Düse 211 abgegeben werden soll – kurzzeitig stark erhitzt wird. Die Verengung 214 für das Heizelement 215 kann auch ein Stück der Verbindungsleitung zum Vorratsbehälter 22 sein, um die Düsenkammer 212 klein und kompakt zu halten.
Durch die impulsförmige Erhitzung des Heizelements 215 verdampft das flüssige Targetmaterial 32 lokal in der Verengung 214, so dass eine Dampfblase 33 entsteht. Diese Dampfblase 33 bewirkt eine Volumenzunahme des Targetmaterials 32 bei konstantem Volumen der Düsenkammer 212 und presst infolge der damit in der Düsenkammer 212 auftretenden Druckerhöhung einen Betrag flüssigen Targetmaterials 32 explosionsartig aus der Düse 211. Durch das Ausstoßen und durch die anschließende Abkühlung der Flüssigkeit zieht sich die Dampfblase 33 wieder zusammen und Targetmaterial 32 aus dem Vorratsbehälter 22 strömt nach.
In 5 ist das Phasendiagramm von Xenon, einem bevorzugten Targetmaterial 32, dargestellt. Eingezeichnet ist der typische Temperatur-Druck-Bereich für einen Xenonstrahl, der gegebenenfalls aktiv oder passiv in Tröpfchen zerfällt. Dieser Bereich liegt bei Temperaturen zwischen etwa 163 K (–111°C) und 184 K (–90°C) und einem Druck von etwa 0,1 MPa (1 bar) bis 2 MPa (20 bar). Unterhalb eines Drucks von 80 kPa (0,8 bar) ist Xenon bei keiner Temperatur mehr flüssig. Es besteht daher die Notwendigkeit, einen Vorratsbehälter 22 mit flüssigem Xenon mit einem Druck p₁ von mindestens 0,8 bar zu beaufschlagen. Vorteilhaft wird Xenon bei einer Temperatur von 165 K unter einem Druck von 200 kPa im Vorratsbehälter verflüssigt. Etwa derselbe Druck wird als Vorkammerdruck p₂ quasistatisch (d.h. strömungstechnisch stationär) in der Vorkammer 23 über die Gaszuführung 232 (gemäß der Darstellung von 1) eingestellt.
Bei anderen Targetmaterialien 32, wie z.B. Wasser bzw. wässrigen Lösungen von bevorzugten charakteristischen EUV-Strahlern (beispielsweise Zinnlegierungen, Zinn-II-Chlorid SnCl₂ oder Zinn-IV-Chlorid SnCl₄) aber auch für wässrige oder alkoholische Lösungen derselben, ist das Phasendiagramm von 4 qualitativ sehr ähnlich, aber der gekennzeichnete Druck-Temperatur-Bereich liegt bei deutlich anderen Werten. Bei dieser Gruppe von Targetmaterialien 32 kann mit einem etwas abgewandelten Targetgenerator 2 gearbeitet werden, indem der Schweredruck der Flüssigkeitssäule im Vorratsbehälter 22 zur Reduzierung des Gleichgewichtsdrucks an der Düse 211 genutzt wird, wie es weiter unten zu 8 und 9 beschrieben ist.
Eine zeitgenaue und dosierte Injektion von Targetmaterial 32 wird (z.B. gemäß 1) erzielt, indem die Düse 211 in eine gegenüber der Wechselwirkungskammer 1 druckerhöhte Vorkammer 23 einmündet, so dass im Passivzustand der Injektionseinrichtung 21 ein Gleichgewicht zwischen dem Flüssigkeitsdruck p_Dk in der Düsenkammer 212 und einem quasistatischen Druck p₂ in der gasdurchströmten Vorkammer 23 besteht. Nur durch eine kurzzeitige Druckerhöhung in der Düsenkammer 212 (nach dem sogenannten Drop-on-Demand-Verfahren) wird Targetmaterial 32 als massenlimitiertes Einzeltarget 3 ausgespritzt, wobei das Einzeltarget 3 die Vorkammer 23 wegen des erhöhten Druckes (mindestens Dampfdruck des Targetmaterials) nahezu unverändert durchquert und erst nach Verlassen durch eine Öffnung 232 im Vakuum der Wechselwirkungskammer 1 abzudampfen beginnt.
Der Druck p₂ in der Vorkammer 23, die ja eine Öffnung für den Durchlass des Einzeltargets 3 entlang seiner vorbestimmten Targetbahn 31 aufweist, wird eingestellt, indem über vergleichsweise große Zuführungen 231 Gas einströmt und durch die Öffnung 232, die etwas größer als das Einzeltarget 3 selbst sein muss, in die Wechselwirkungskammer 1 entweicht. Die Öffnung 232 stellt einen Strömungswiderstand für das zugeführte Gas dar. Deshalb wird der Druck an den Gaszuführungen 231 so geregelt, dass sich in der Vorkammer 23 ein quasistatischer Druck p₂ nahezu gleich dem Druck p₁ (1) einstellt, der auf das Flüssigkeitsreservat im Vorratsbehälter 22 wirkt. So wird die Ruhebedingung und die thermodynamische Bedingung für ein im Vorratsbehälter 22 verflüssigtes (unter Normaldruck gasförmiges) Targetmaterial 32 (z.B. Xenon) erfüllt.
Bei Bedarf zur Abgabe eines Einzeltargets 3 wird in der Injektionsvorrichtung 21 zur Volumenänderung ΔV in der Düsenkammer 212 der Druck der Flüssigkeit p_Dk (1) kurzzeitig über den Druck p₂ der Vorkammer 23 erhöht. Dadurch wird eine gewisse Menge an Targetmaterial 32 aus der Düse 211 hinausgedrückt und beschleunigt.
Das so geformte Einzeltarget 3 durchfliegt die mit Druck p₂ beaufschlagte Vorkammer 23 und tritt durch deren Öffnung 232 in die Wechselwirkungskammer 1 ein, in der durch Energieeintrag (z.B. Laserimpuls) des im Wechselwirkungspunkt 51 ankommenden Einzeltargets 3 ein Plasma 5 erzeugt wird. Vakuumpumpen (nicht gezeigt) an der Wechselwirkungskammer 1 sind so ausgelegt, dass sich ein entsprechend geringer Vakuumdruck p₃ (< 100 Pa) einstellt.
Wenn das Einzeltarget 3 in die Wechselwirkungskammer 1 eingetreten ist, setzt – besonders stark im Falle von Xenon – an der Targetoberfläche ein Verdampfungs- bzw. Sublimationsprozess ein, der das injizierte Targetmaterial 32 verringert und abkühlt. Diese Abkühlung geht je nach Targetvolumen und Länge der Targetbahn 31 mit einer Phasenumwandlung einher, so dass ein Einzeltarget 3 von flüssigem Targetmaterial 32 am Wechselwirkungsort 51 auch gefroren sein kann (fester Aggregatzustand).
Für eine effektive Strahlungserzeugung muss wegen der Verdampfung und Sublimation des Targetmaterials neben der Menge an Targetmaterial 32 für ein Einzeltarget 3, das im Wechselwirkungsort 51 direkt mit dem Energiestrahl 4 in Wechselwirkung tritt, noch eine weitere Menge an Targetmaterial 32 eingebracht werden, die in der Wechselwirkungskammer 1 auf ihrem Flug entlang der Targetbahn 31 von der Öffnung 232 der Vorkammer 23 bis zum Wechselwirkungsort 51 verdampft bzw. sublimiert wird. Letzterer Vorgang wird durch die vom Targetmaterial 32 absorbierte Strahlung aus dem Plasma 5 noch verstärkt, wenn wegen hoher Pulsfolgefrequenz des Energiestrahls 4 eine enge Aufeinanderfolge von Einzeltargets 3 erforderlich wird.
Es ist deshalb sinnvoll, gemäß den Darstellungen von 6 eine Kolonne von (mindestens) zwei Flüssigkeitstropfen mit sehr kurzem Abstand aus der Düse 211 auszuspritzen, wobei der (die) erste(n) Tropfen Opfertarget(s) 34 und der letzte Tropfen das Haupttarget 35 (verbleibendes Einzeltarget 3 für die Wechselwirkung mit dem Energiestrahl 4) darstellt.
Dazu zeigt 6 nach einer Volumenänderung ΔV (Zeitpunkt t₀) eine „Kolonne" aus anfänglich zwei Targets 34 und 35 im Zeitverlauf von t₁ bis t₄, von der im Wechselwirkungspunkt 51 nur noch das Haupttarget 35 übrig ist, weil das Opfertarget 34 entlang der Targetbahn 31 verdampft bzw. sublimiert ist. Der Vorteil dieser Verfahrensweise der Erzeugung des finalen Einzeltargets 3 (Haupttarget 35) im Wechselwirkungsort 51 liegt in der einfacheren Dosierung, weil das Haupttarget 35 hinter dem Verdampfungsschirm 36 des(r) Opfertargets 34 nahezu ohne Massenverlust die Wechselwirkungskammer 1 durchquert.
Zur Verringerung des Abdampfens oder Sublimierens von Targetmaterial 32 aus den aus der Düse 211 ausgespritzten Einzeltargets 3 wird das in die Vorkammer 23 und in die Wechselwirkungskammer 1 ausströmende Gas so gewählt, dass es zusätzlich als Moderator (Bremssubstanz) für Teilchen hoher kinetischer Energie aus dem Plasma 5 wirkt (auch als Puffergas bezeichnet). Für diesen Zweck wird ein Gas eingesetzt, das einerseits eine möglichst geringe Absorption für die gewünschte Wellenlänge der Strahlung aus dem Plasma 5 aufweist und andererseits durch Stöße für gute Energieübertragung und Energieverteilung der hochenergetischen, aus dem Plasma 5 emittierten Atome und Ionen (Debris) sorgt. Solche Gase sind z.B. Inertgase, wie Stickstoff oder die meisten Edelgase mit niedriger Ordnungszahl, wie Helium, Neon, Argon oder Krypton. Vorzugsweise wird Argon (ggf. gemischt mit Helium, um das Strömungsverhalten zu verbessern) verwendet.
Eine größere Effizienz der Strahlungskonversion aus dem Plasma 5 tritt ein, wenn das Einzeltarget 3 gegenüber dem Energiestrahl 4 eine „geringe Tiefe" aufweist, d.h. dass der Targetdurchmesser gering ist. Dem steht entgegen, dass sich beispielsweise ein Laserstrahl 42 (als bevorzugte Ausführung des Energiestrahls 4, z.B. 6a) nicht beliebig klein fokussieren lässt und somit die Effizienz der Strahlungserzeugung durch ein „flächiges" Target gesteigert werden könnte. Eine tatsächlich realisierbare Lösung, die diesem Ideal näher kommt, stellen eine oder mehrere Tropfenzeilen dar, wie sie in den 6a und 6b gezeigt sind.
In 7a sind zu diesem Zweck mehrere Düsen 211 in einer Düsenkammer 212 eng benachbart angeordnet, die gleichzeitig jeweils ein Einzeltarget 3 ausstoßen. Diese an einer oder mehreren Geraden (7b) „aufgefädelten" Einzeltargets 3 kommen dann nach einer definierten Flugzeit entlang der separaten Targetbahnen 31 im Fokus 43 des Laserstrahls 42 an und werden dort während eines Laserimpulses gleichzeitig beleuchtet und in strahlendes Plasma 5 umgewandelt.
7b baut auf dem gleichen Prinzip von 7a auf, jedoch sind in diesem Fall die Düsen 211 jeweils separaten Düsenkammern 212 zugeordnet. Die separaten Volumen änderungen ΔV in den einzelnen Düsenkammern 212 können bevorzugt durch separate Piezoelemente (nicht gezeigt) synchron oder – wie in 7b gezeigt – zeitlich versetzt ausgeführt werden.
Die Düsen 211 sind gemäß 7a entlang einer Geraden angeordnet, die einen deutlich von 90° verschiedenen Winkel α mit der optischen Achse 41 des Laserstrahls 42 aufweist. Alternativ können die Düsen 211 aber auch (gemäß DE 103 06 668 A1 ) in mehreren Reihen zueinander versetzt angeordnet sein, um die Dichte der Einzeltargets 3 zu erhöhen (z.B. ohne wesentliche Lücken und ohne Überlappungen).
Des Weiteren lässt sich die „flächige" Targetbereitstellung von 7a oder 7b noch zusätzlich mit den Tropfenkolonnen gemäß 5 kombinieren, wobei außer den zum Verdampfen eingeplanten Opfertargets 34 mehrere Haupttargets 35 folgen, so dass insgesamt nahezu ein „Tropfenteppich" entsteht, der jeweils von einem Impuls des Laserstrahls 42 getroffen wird. Hierbei kann in Kombination mit den oben erwähnten Mehrzahl von Düsenreihen (nicht dargestellt) noch eine Verengung der Abstände der im Laserfokus 43 ankommenden Einzeltargets 3 erreicht werden, wenn die Düsen 211 verschiedener Reihen zueinander geringfügig verzögerte Ausstoßzeitpunkte haben.
Eine weitere spezielle Ausgestaltung der Erfindung stellt 8 für Targetmaterialien 32 mit geringem Dampfdruck dar.
Wird als Targetmaterial 32 eine Flüssigkeit verwendet, die unter Prozessbedingungen einen geringen Dampfdruck (< 50 mbar) aufweist, wie z.B. Zinn-IV-Chlorid (SnCl₄ hat bei Zimmertemperatur einen Dampfdruck von ca. 25 mbar) oder Zinn-II-Chlorid (SnCl₂ hat in wässriger oder alkoholischer Lösung bei Zimmertemperatur einen Dampfdruck von ca. 24 mbar) oder auch einfach Wasser (N₂O Dampfdruck ca. 25 mbar), kann der Gasdruck in der Vorkammer 23 minimiert und somit die Gaslast in der Wechselwirkungskammer 1 verringert werden. Dazu wird – wie 8 zeigt – der Druck des Targetmaterials 32 in der Düsenkammer 212 reduziert, indem der Gasdruck p₁ im Vorratsbehälter 22 durch Evakuieren des Gasvolumens über dem Targetmaterial 32 mittels einer mit Regelventil ausgestatteten Vakuumpumpe 221 geeignet eingestellt wird.
Zusätzlich oder alternativ kann der Flüssigkeitsdruck p_Dk an der Düse 211 noch durch eine Höhendifferenz h₁ zwischen den Pegeln des Targetmaterials 32 im Vorratsbehälter 22 und in der Düse 211 zu pHd = ρ·g·h1 eingestellt werden, wobei ρ die Dichte des Targetmaterials 32 und g die Erdbeschleunigung sind. Der Druck p₂ in der Vorkammer 23 muss dann – im Minimalfall, wenn p₁ dem Dampfdruck des Targetmaterials 32 entspricht – nur den Schweredruck pSd = ρ·g·h2 des Targetmaterials 32 über der Düse 211 in der Düsenkammer 212 zusätzlich kompensieren, um im Passivzustand der Injektionseinrichtung 21 ein Ausströmen von Targetmaterial 32 aus der Düse 211 zu verhindern.
In 9 ist eine weitere Modifikation Vorrichtung gemäß 8 für Targetmaterialien 32 mit niedrigem Dampfdruck (< 50 kPa) gezeigt, bei der die Ausstoßrichtung der Düse(n) 211 entgegen der Erdbeschleunigung ausgerichtet ist. Dadurch lässt sich eine weitere Druckreduzierung des erforderlichen Gleichgewichtsdrucks p₂ an der Düse 211 erreichen.
Falls es gelingt, mittels der Wahl von Targetmaterial 32 und der (negativen) Höhendifferenz h₁ (zwischen Austritt der Düse 211 und Flüssigkeitspegel im Vorratsbehälter 22) den Schweredruck pHd = ρ·g·h1 der Flüssigkeitssäule des Targetmaterials 32 so einzustellen, dass die Druckdifferenz zwischen dem Druck p₁ (minimal der Dampfdruck des Targetmaterials 32) im Vorratsbehälter 22 und dem Vakuumdruck p₃ (z.B. 100 Pa) in der Wechselwirkungskammer 1 ausgeglichen werden kann, ist eine Vorkammer 23 theoretisch nicht erforderlich. Sie ist deshalb in 9 gestrichelt eingezeichnet.
Es erweist sich aber dennoch auch in dieser Konfiguration als zweckmäßig, eine Vorkammer 23 einzusetzen, um einerseits unnötig große Baulängen der Verbindungsleitung zwischen dem Vorratsbehälter 22 und der Düsenkammer 212 zu vermeiden und andererseits durch Erzeugung einer Puffergasströmung durch die Öffnung 232 der Vorkammer 23 hochkinetische Teilchen (Debris) aus dem Plasma 5 abzubremsen und zusätzlich die Targetbahn 31 der Einzeltargets 3 zu stabilisieren.
Bei den Ausgestaltungsvarianten gemäß 8 und 9 ist es – wie in allen anderen Varianten der Erfindung – das Ziel, im Ruhezustand der Injektionseinrichtung 21 die Summe aller am Austritt der Düse 211 wirksamen Druckkomponenten auf Null einzustellen, d.h. den im Vorratsbehälter 22 gegenüber der Wechselwirkungskammer 1 wesentlich höheren Druck p1 (mindestens Dampfdruck des Targetmaterials 32) zu kompensieren. Außer der dafür primär vorgeschlagenen Vorkammeranordnung mit quasistatisch (strömungstechnisch stationär) eingestelltem Staudruck p₂ (als Gegendruck zu dem mindestens einzustellenden Dampfdruck der Targetflüssigkeit) gehören aber auch andere äquivalente Mittel zum Druckausgleich, wie z.B. die zu 9 beschriebene Variante ohne Vorkammer 23, klar zur technischen Lehre der Erfindung.

1: Vakuumkammer
2: Targetgenerator
21: Injektionseinrichtung
211: Düse
212: Düsenkammer
213: Piezoelement
214: Verengung
215: Heizelement
22: Vorratsbehälter
221: Vakuumpumpe
23: Vorkammer
231: Gaszuführung
232: Öffnung
3: Einzeltarget
31: Targetbahn
32: Targetmaterial
33: Dampfblase
34: Opfertarget
35: Haupttarget
36: Verdampfungsschirm
4: Energiestrahl
41: Achse
42: Laserstrahl
43: Fokus
5: Plasma
51: Wechselwirkungspunkt
h₁, h₂: Höhendifferenz
p₁, p₂, p₃: Druck
p_Dk: Flüssigkeitsdruck (in der Düsenkammer)
ΔV: Volumenänderung
α: Winkel

Claims

Vorrichtung zum Dosieren von Targetmaterial für die Erzeugung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung, bei der zur Bereitstellung von Targetmaterial entlang einer vorgegebenen Targetbahn ein Targetgenerator angeordnet und auf die Targetbahn ein Energiestrahl zur Erzeugung eines Strahlung emittierenden Plasmas gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Targetgenerator eine Injektionseinrichtung aufweist, die eine Düsenkammer mit Düse enthält und mit einem Vorratsbehälter in Verbindung steht, wobei Mittel zur definierten, kurzzeitigen Druckerhöhung in der Düsenkammer vorhanden sind, um ausschließlich bei Bedarf zur Erzeugung des Plasmas ein Einzeltarget in die Wechselwirkungskammer an den Wechselwirkungsort zu bringen, und – Mittel zur Einstellung eines Gleichgewichtsdruckes in der Düse angeordnet sind, um ein Druckgefälle an der Düse der Injektionseinrichtung, das aus der Druckdifferenz zwischen dem Vakuumdruck in der Wechselwirkungskammer und dem auf das Targetmaterial im Vorratsbehälter ausgeübten Druck resultiert, zu kompensieren, wobei der eingestellte Gleichgewichtsdruck das Austreten von Targetmaterial verhindert, solange in der Düsenkammer keine kurzzeitige Druckerhöhung stattfindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Druckerhöhung in der Düsenkammer ein Piezoelement vorhanden ist, wobei das Piezoelement eine Wand der Düsenkammer nach innen verschiebt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkammer eine Membranwand aufweist, die bei Spannungsbeaufschlagung des Piezoelements nach innen gedrückt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezostapel innerhalb der Düsenkammer zur Verringerung des Kammervolumens angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Düsenkammer eine Verengung vorhanden ist, um die ein Heizelement angeordnet ist, mit dem innerhalb der Verengung das Targetmaterial verdampft wird, wobei durch Wärmeausdehnung Targetvolumen in der Düsenkammer verdrängt wird und zur zeitweiligen Druckerhöhung führt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Düsenkammer naher Teil einer Verbindungsleitung zum Vorratsbehälter als Verengung der Düsenkammer vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Targetmaterial, das bei Drücken von mehr als 50 mbar flüssig ist, zur Verflüssigung eine zusätzliche Druckbeaufschlagung im Vorratsbehälter vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Targetmaterial Xenon eingesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Targetmaterial, das unter Prozesstemperatur bei Drücken von weniger als 50 mbar flüssig ist, der Schweredruck des Targetmaterials im Vorratsbehälter zur Druckeinstellung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Targetmaterial unter Verwendung von Zinn eingesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Targetmaterial eine metallische Zinnlegierung eingesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Targetmaterial Zinn-IV-Chlorid eingesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Targetmaterial eine wässrige Lösung von Zinn-II-Chlorid ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Targetmaterial eine alkoholische Lösung von Zinn-II-Chlorid ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Targetmaterial, das bei Drücken von weniger als 50 mbar unter Prozessbedingungen zur Plasmaerzeugung flüssig ist, der Schweredruck des Targetmaterials zur Minimierung des Gleichgewichtsdrucks am Austritt der Düse vorgesehen ist, wobei für die Druckreduzierung eine Höhendifferenz zwischen den Flüssigkeitsniveaus des Targetmaterials an der Düse und im Vorratsbehälter so eingestellt ist, dass das Flüssigkeitsniveau im Vorratsbehälter in Richtung der Schwerkraft unterhalb des Austritts der Düse liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmrichtung der Düse in Richtung der Schwerkraft angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmrichtung der Düse entgegen der Richtung der Schwerkraft angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Erzeugung eines Gleichgewichtsdrucks um die Düse der Injektionseinrichtung vor der Wechselwirkungskammer eine Vorkammer angeordnet ist, die entlang der Targetbahn eine Öffnung zum Austritt der Einzeltargets aufweist, wobei in der Vorkammer ein quasistatischer Druck vorhanden ist, der als Gleichgewichtsdruck das Austreten von Targetmaterial verhindert, solange in der Düsenkammer keine kurzzeitige Druckerhöhung erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als in die Vorkammer zugeführtes Gas ein Puffergas als Bremssubstanz für Teilchen hoher kinetischer Energie aus dem Plasma eingesetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Vorkammer zugeführte Gas ein Inertgas ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Vorkammer zugeführte Puffergas Stickstoff enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Vorkammer zugeführte Puffergas mindestens ein Edelgas enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl ein fokussierter Laserstrahl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impuls des Energiestrahls in der Wechselwirkungskammer mit dem Ausstoßen genau eines Einzeltargets synchronisiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impuls des Energiestrahls in der Wechselwirkungskammer mit dem Ausstoßen von mindestens zwei Einzeltargets aus der Düse der Injektionseinrichtung synchronisiert sind, wobei mindestens ein erstes Target als Opfertarget zur Erzeugung eines Abdampfschirms für ein vom Energiestrahl zu treffendes Haupttarget ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impuls des Energiestrahls in der Wechselwirkungskammer mit dem Ausstoßen von mindestens zwei Einzeltargets aus mehreren Düsen der Injektionseinrichtung synchronisiert sind, wobei die Düsen in mindestens einer Ebene angeordnet sind, die mit einer Ebene, die durch die Achse des Energiestrahls und eine mittlere Targetbahn aufgespannt wird, einen Winkel zwischen 3° und 90° bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen an einer gemeinsamen Düsenkammer angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen jeweils an separaten Düsenkammern angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impuls des Energiestrahls in der Wechselwirkungskammer mit dem Ausstoßen von mehreren eng aufeinander folgenden Einzeltargets aus jeder Düse der Injektionseinrichtung synchronisiert ist, wobei aus jeder Düse mindestens ein erstes Einzeltarget als Opfertarget zur Erzeugung eines Abdampfschirms für mindestens ein vom Energiestrahl zu treffendes Haupttarget ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderungen in jeder Düsenkammer der Injektionseinrichtung mit dem Impuls des Energiestrahls so synchronisiert sind, dass für jeden Impuls des Energiestrahls aus jeder Düse eine Targetkolonne aus mindestens einem Opfertarget und zwei Haupttargets bereitgestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkammern der Injektionseinrichtung für den Targetausstoß eine phasengleiche Synchronisation der Mittel zur kurzzeitigen Druckerhöhung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Düsenkammern der Injektionseinrichtung eine abwechselnd phasenverzögerte Synchronisation der Mittel zur kurzzeitigen Druckerhöhung aufweisen.
Verfahren zum Dosieren von Targetmaterial für die Erzeugung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung, bei dem Targetmaterial entlang einer vorgegebenen Targetbahn aus einer Düse eines Targetgenerators bereitgestellt und auf die Targetbahn ein Energiestrahl zur Erzeugung eines Strahlung emittierenden Plasmas gerichtet wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte – Erzeugen eines quasistatischen Gleichgewichtsdruckes an der Düse, so dass im Ruhezustand des Targetgenerators kein Targetmaterial aus der Düse austritt, – Erzeugen einer kurzzeitigen impulsförmigen Druckerhöhung in einer strömungstechnisch vor der Düse befindlichen Düsenkammer, so dass Targetmaterial aus der Düsenkammer durch die Düse ausgespritzt und als ein Einzeltarget in Richtung eines Wechselwirkungsortes mit dem Energiestrahl beschleunigt wird, und – Synchronisation der impulsförmigen Druckerhöhung in der Düsenkammer mit einem Impuls des Energiestrahls, so dass jedes Einzeltarget genau von einem Impuls des Energiestrahls getroffen wird.