Praktikum für Fortgeschrittene Versuch M7: XUV

Praktikum für Fortgeschrittene
Versuch M7: XUV-Strahlungsquellen
Experimentalphysik des Extrem-Ultraviolett
RWTH Aachen
EUV/XUV-Strahlung
:
1
-
13,5 nm verwendet. Dieser spezieller Spektralbereich gilt
zur Zeit in der Halbleiterindustrie als aussichtsrei
-GenerationLithographie.
1 bis
50 nm, unter in-band EUV jedoch der Bereich um 13,5 nm gemeint.
Abbildung 1: Bezeichnung der verschiedenen Spektralbereiche.
Eigenschaften:


-
).
Hohe element
Submikrometer-Bereich).
n
(einige Atomlagen dick), bis hin zur Erzeugung und Untersuchung von Strukturen im
1
Submikrometer-Bereich. Trotz der vielen Anwendungen, war die EUV-Technologie bis vor
einigen Jahren
ab
. Zum eine
Anwendungen. Zum anderen gab
a
-Quelle nur das Synchrotron, das
stand.
Durch die Entwicklung der EUV-Lithographie im letzten Jahrzehnt
bemerkenswerte
technologische Fortschritte in Bezug auf Verfügbarkeit und Leistung von Labor-EUV-Quellen
sowie Qualität der optischen Komponenten. Dies erleichtert die Übertragung der vom
Synchrotron bekannten Analyse- und Strukturierungsverfahren in Nutzer-Labore und
vergegenwärtigt "Vor-Ort"-Geräte, auf die schließlich durch eine viel breitere Palette von
wissenschaftlichen und industriellen Anwendern zugegriffen werden kann.
Das wesentliche Gütemaß einer Quelle für die Anwendungen im Allgemeinen und
insbesondere im kurzwelligen Bereich sind die Strahlungsleistung und die Strahldichte
(abgestrahlte Leistung pro Raumwinkel und Fläche der emittierenden Oberfläche, oft auch
Brillanz oder Helligkeit genannt). Das Hauptthema dieses Versuchs ist die Bestimmung der
spektralen Strahlungsleistung (bzw. der Strahlungsenergie pro Puls) einer Gasentladungbasierten XUV Strahlungsquelle bei verschiedenen Betriebsparametern.
EUV-Optiken
Die EUV-Strahlung wird von allen Elementen
-
1
13
) oder beugende Optiken (Zonenplatten, Transmissionsgitter) zu
verwenden.
Trifft eine elektromagnetische Welle unter dem
υ
Medien verschiedner Brechungsindizes oder zwischen Vakuum und einem Medium (siehe
Abbildung 2), wird ein Teil der Welle i
υ
υ
gilt:
(1) υ=υ''
Die gebrochene Welle breitet sich mit einem anderen Winkel zur Normalen aus. Das Gesetz
von Snellius
(2) n • sin υ' = sin υ
2
.
2:
:
δ+ β
= ω/ · 1-
: θ= 90° - υ
-
Energien kleiner als eins. Aus dem Gesetz von Snellius ergibt sich die M
θ
wird als streifender Einfall oder Grazing-Inc
3
.
3:
13 5
[cxro].
3
-Strahlung vielseitig
verwendet. Die Vorteile sind hohe R
zwar einen begrenzten Winkelbereich
dafür aber in einem relativ breiten Wellenlängenbereich
. Das Reflektionsgitter des im Versuch
verwendeten EUV-Spektrographen ist ein Bespiel einer optischen Komponente im streifenden
Einfall.
Multilayer-Spiegel
:
-
-
. Die einfallende Strahlung wird an den
Übergängen zwischen den Schichten teilweise reflektiert (siehe Abbildung 4). D
.
Abbildung 4: Funktionsprinzip der Multilayerspiegel.
Diese Spiegel sind am
- . Damit sind die
effektivsten
-
54
12
Spiegel im Bereich um 13 nm.
5
/
-
70-75
12 4
11 1
11 3
/
/Silizium (Mo/Si) Schichten bestehen. Deutlich zu sehen ist das
4
wellen
Spiegels von der Schichtenperiode, deren
(Interdiffusionsdicke) und dem Einfallswinkel ab.
5:
1
/
2
/Silizium
.
40-50
1
70
-
-Strahlung erzielt werden.
Ein weiterer Vorteil der Mul
-
Strahlung (50 bis 200
-
5
50
- und
Synchronrotstrahlungsforschung.
In dem im Versich verwendeten Strahlungsenergiemonitor wird ein Mo/Si-Multilayerspiegel
mit der
von 13.5 nm als spektraler Filter zur Bestimmung der in-band
EUV Strahlungsenergie eingesetzt.
1
Neben der Absorption wirken sich bei realen Multilayerspiegeln auch Interdiffusion
.
5
Kontamination von Optiken unter EUV-Bestrahlung
, wie z.B. Debris der Quelle o
-
.
Spiegelbeschichtung bemerkbar. Der Gesamteffekt
-
.
-Photonen auf. Es gibt zwei
Mechanismen der Kontamination:
1) Oxidation der oberen Siliziumschicht
2)
.
-
der an der
. Kohlenwasserstoffe. Im ersten Fall
(Oxidation) reagieren die erzeugten Sauerstoffradikale mit dem Silizium und bilden SiO2
Kohlenst
.
-
werden soll.
Die Karbonisierung ist allerdings
3 bis 6 nm/Stunde bei 4 mW/mm2
-
10-8
. In anderen
Experimenten mit Fomblin wurde eine Wachstumsrate von 0,25 nm/Stunde bei 10-9 mbar
Fomblinpartialdruck gemessen. Die Oxidationsrate ist ~0,015 nm/Stunde pro mW/mm2 bei
10-6 mbar Wasserpartialdruck.
Bei der Anwendung der EUV Strahlung werden deswegen einerseits Wege gesucht, die
, und andererseits Reinigungsstrategien entwickelt.
Für die Vermessung der EUV-Strahlung ist es unabdingbar, die verwendeten optischen
6
Komponenten und Detektoren auf Ihre Empfindlichkeit/Reflektivität/Transmission in
wiederholten Zeitabständen zu re-kalibrieren.
Strahlungsquellen
Strahlungsquellen, die im EUV emittieren, lassen sich nach dem Ursprung der EUV-Strahlung
in thermische und nicht-thermische Emitter unterteilen. Bekannte nicht-thermische Emitter
sind die Synchrotron basierten Quellen, die
und Erzeugung Hoher
Harmonischer. Bei diesen beiden Quellen wird die Strahl
.
Halbleiterlithographie, beziehen sich auf folgende technologische und wirtschaftliche
Aspekte:

 Hohe Repetitionsrate (Multikilohertz-Bereich)
 Hohe Konversionseffizienz
 Kleines Quellvolumen
 Lange Lebensdauer

 Wirtschaftlich vertretbare Anschaffungs- und Betriebskosten
Synchrotron
Beim Synchrotron werden Elektronen durch magnetische und elektrische Felder auf eine
Kreis
Elektronengeschwindigkeit stellt sich d
:
Eγ =2,218 Ee3 / r
Eγ Photonenenergie (in keV), Ee Elektronenenergie in (GeV), r Radius (in m)
Das Synchrotron als EUV-Strah
, dass sie sich nicht
als EUV-Quelle im Labormaßstab eignet.
Beschleunigte Elektronen werden auf ein Targetmaterial fokussiert. Die Elektronen werden im
Target abgebremst und ionisieren die Atome des Targetmaterials. Die Emission von Strahlung
kommt durch Bremsstrahlung der Elektronen und charakteristische Strahlung des Targetmaterials zustande. Die Anreg
7
-
-
.
Heiße Plasmen
Heiße Plasmen sind bekannte Emitter von Strahlung. Sie werden in der Praxis
Hochdrucklampen wie die Xenonlampen). Die emittierte Strahlungsleistung Prad eines
Plasmas setzt sich zusammen aus der Bremsstrahlung Pbr, der Rekombinationsstrahlung Prec
und der Linienstrahlung Pline.
Prad =Pline +Prec +Pbr

) Freie Elektronen werden im Coulombpotential
der Ionen beschleunigt und emittieren aufgrund der beschleunigten Bewegung
Strahlung.

Rekombinationsstrahlung (frei-g
): Freie Elektronen werden vom
Coulombpotential der Ionen angezogen und rekombinieren. Die freiwerdende
Bindungsenergie wird in Form von Rekombinationsstrahlung abgegeben.

Linienstrahlung (gebunden-gebunden Übergänge):
beteiligten Schalen und dem Ionisationsgrad des emittierenden Atoms ab.
100
, die diese Energiedifferenz
aufweisen.
Planck'sche Strahlungsformel beschrieben werden.
Lλ spektrale Strahldichte, c Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, λ
, h Plank'sches
Wirkungsquantum, kB Boltzmann-Konstante, T Temperatur
-
Temperatur erreicht
werden.
Temperatur wird durch das Wien'sche Verschiebungsgesetz bestimmt:
8
λ ∙ T = const. = 2.898∙10 -3 mK = 250 nm eV.
Damit das Maximum der spektralen Strahldichte im EUV liegt, muss die Temperatur eines
Planck'schen Strahlers etwa T = 20 eV (entspricht 230.000 K) betragen.
'schen Strahler nach dem
Stefan-Boltzmann-Gesetz:
P = σ A T4
σ = 5,67∙10-8 W m-2 (Stefan oltzmann onstante), A l che des mitters
den EUV-Bereich muss demnach eine Leistung von mindestens P/A = 1,6·1014 W/m2
3
1
, dass die notwendige Gesam
100
gepulst bereitgestellt werden.
Es werden derzeit zwei unterschiedliche Wege beschritten, die zur gepulsten Aufheizung
notwendige Energie in das Plasma einzukoppeln:

Laserproduzierten Plasmen (laser produced plasma, kurz: LPP) Hier wird die Energie
zur Erzeugung des Plasmas in Form von gepulster Laserstrahlung aufgebracht.

Entladungsbasierten Plasmen (discharge produced plasma, kurz: DPP) Bei den
entlad
bereitgestellt.
-Quellen-Konzepte
ist in der Tabelle 1 gegeben.
Parameter
LPP
DPP
Pulsdauer
ns
0,2-10
10-100
Energie
J/Puls
0,25-1,5
2-10
Durchmesser
µm
50-100
100-500
Tabelle 1:
- und entladungsbasierte Plasmen.
Je nach Zusammensetzung des
13,5 nm aufweisen. In den meisten
EUV-Quellen wird daher einer dieser zwei Elemente als EUV-Emitter verwendet.
Abbildung 7 zeigt einen typischen Spektrum eines etwa 20 eV heißen Xenon-Plasmas (HCTQuelle von AIXUV) im
10 und 18 nm.
9
Abbildung 7: Spektrum der bei der EUV-Lampe erzeugten Strahlung.
Entladungsbasierten Plasmen
. Zwischen den Elektroden wird ein Plasma generiert, das durch das
Eigenmagnetfeld komprimiert wird (siehe Abbildung 6).
in einem bestimmten Volumen, d.h. die Entladung muss ortsf
-Pinch. Der Nam
-
Gasentladungssysteme ist in [Nef01, Jus07] gegeben.
10
6:
, das vom
Eigenmagnetfeld kompri
) ab.
Strahlungsleistung einer gepulsten EUV-Quelle
Die mittlere Strahlungsleistung einer gepulst betriebenen Quelle ergibt sich aus der
Repetitionsrate f
∆λ
λ0.
P∆λ = f ∙ E∆λ = f ∙ ηCE ∙ EC
P∆λ mittlere In-Band-Strahlungsleistung (in 2 % andbreite bei λ0), f Repetitionsrate,
ηCE Konversionseffizienz, E∆λ Strahlungsenergie in 2 % andbreite bei λ0,
EC bereitgestellte Energie
Repetitionsrate f, und zum anderen durch Maximierung der pro Puls emittierten
Strahlungsenergie E∆λ erreicht werden.
Da im Allgemeinen
11
, d.h. die
Umwandlung der bereitgestellten (eingekoppelten) Energie in die nutzbare Strahlungsenergie.
Beide Aspekte, die Maximierung der Repetitionsrate und die Optimierung der
Konversionseffizienz, werden bei der EUV-Quellen-Entwicklung intensiv untersucht.
HCT-Pinchplasmaquellen
Einer der aussichtsreichsten Konzepte der EUV-Quelle basiert auf der Hohlkathodengetriggerten Pseudofunkenentladung
(im Bereich mehre 100
100
, werden bereit
EUVLithographie.
sentiert [Rosier].
ein Plasmakanal erzeugt. Dieser Plasmakanal schließt die Elektroden kurz und en
dadurch die angeschlossene Kondensatorbank (Maximalstrom ~ 20 kA). Durch das
Eigenmagnetfeld komprimiert, werden innerhalb des Plasmakanals Dichten (~ 1018 cm-3
20
. Die kap
3
Anwendung angepasst werden.
Experimentell hat sich gezeigt, dass Xeno
13 5
. Die Konversionseffizienz, d.h. die Umwandlung der eingekoppelten Energie in In-Band Strahlungsenergie, ist daher mit Xenon hocheffizient. Zur
weiteren Steigerung der emittierten In-Band Strahlungsenergie wird derzeit Zinn als Emitter
verwendet.
 11
13 5
besteht aus d
-Strahlung aus mehreren Zinn-Ionen. Hier sind die
Konversionseffizienzen um ηCE 2 / 2π 2
Das System aus Kondensatorbank, Elektrodensystem und Plasmakanal bildet einen
elektrischen Schwingkreis. Ist der Schwingkreis so ausgelegt, dass die Phase der maximalen
Kompression des Plasmakanals mit dem Maximum der Stromamplitude zusammentrifft, ist zu
ht wird.
Die ersten aufgebauten HCT-Pinchplasmaquellen (1998) zeigten eine Konversionseffizienz
von ηCE 0 1 / 2π 2
2
5
12
Anlagen konnten mit einer Repetitionsrate von etwa 100 Hz betrieben we
1
, die Konversionseffizienz bis auf ηCE 0 5 / 2π
2
3
. Dies ergibt mit einer Repetitionsraten von 100 Hz eine
mittlere EUV-Leistung von PEUV 5
.
Elektrodenzwischenraum verbleiben
Abbaumechanismus ist. Die erreichbare Repe
. Durch Verkleinerung der
Hohlkathodengeometrie konnte die minimale Wartezeit zwischen einer Entladung und dem
darauf folgenden Ladevorgang von anfangs 500
100
10 kHz und
damit eine theoretisch erreichbare In-Band EUV- Leistung von 300 W. Durch die Ladezeit
begrenzt, ist experimentell eine Repetitionsrate von 5 kHz erreicht worden, was einer In-Band
EUV-Leistung von 150 W entspricht.
Messtechnik
Die Entwicklung auf dem Gebiet der EUV-Strahlungsquellen und deren Umfeld, insbesondere
die konkreten Anforderungen der Halbleiterindustrie an EUV-Strahlungsquellen, forcieren die
Entwicklung neuer Messtechniken zur Charakterisierung dieser Quellen. Durch
von Debris.
Lasertechnik entwickelte Diagnostik [Rosier] eingegangen, di
13 5
spektral
gefilterten und integrierten Strahlungsenergie
Repetitionsraten der Quelle von bis zu oberhalb 7 kHz.
auf Basis periodischer Strukturen an, die in Reflexion oder Transmission
. Mit diesen Reflektions- bzw. Transmissionsgittern wi
nachgewiesen werden.
Neben der spektralen Emissionscharakteristik muss insbesondere die Ausdehnung der EUVQuelle und die emittierte spektrale Strahl
13
. Die ortsauflösenden Messungen sind jedoch
nicht Bestandteil dieses Versuchs.
Strahlungsdetektoren
Photodioden
-PIN
Diode (Hamamatsu S1722) eingesetzt werden. In Verbindung mit den spektralen
Transmissions- und ML-Reflektionsf
gelangen durch eine SiO2–
Spannungsabfall an einem 50  Widerstand von einem Oszilloskop nachgewiesen.
(siehe Abbildung 8
, wurde das Streulicht eines Nd-YAG Lasers verwendet [Rosier].
Der Laser hat eine bekannte Pulsdauer von 13 ns. Das detektierte Signal der Diode zeigt eine
Halbwertsbreite von 19 ns.
bei Langzeitbelichtung wird zur Messung
.
Abbildung 8: Das mit der Diode S1722 detektierte Streulicht des Nd-YAG Lasers zeigt eine
Halbwertsbreite von t1/2=19 ns.
14
CCD
verwendet (kurz: CCD). Dieser besteht aus einem p-dotierten Siliziumsubstrat, auf das eine
Schicht strukturiertes poly
. Jedes einzelne
Segment fungiert dabei als zeitlich integrierender Strahlungsdetektor (sog. Picture element
oder kurz: Pixel). Durch das am Gate anliegende positive Potential wird im Substrat ein
Potentialwall generiert. Die einfallenden Photonen erzeugen in der Siliziu
,
wohingegen die Elektronen im Potentialwall gesammelt werden. Die Anzahl der erzeugten
Elektronen ist proportional zur einfallenden Strahlungsleistu
einfallenden Strahlungsleistung wieder.
s modifiziert werden. Die einfallende EUV-Strahlung kann nicht, bzw.
kaum die polykristalline Silizium- und die SiO2-Schicht durchdringen. In Abbildung 9
. Zum einen kann durch Aufbringen eines Fluoreszenz-Leuchtstoffs die
EUV-Strahlung in sichtbares Licht umgewandelt werden, was dann im Si-Subst
rzeugt so die
Elektronen-Lochpaare.
9:
:
. Mitte und links: Modifizierung zur Detektion von
EUV- Strahlung.
15
Flatfieldspektrograph
Der hier vorgestellte Spektr
Gitter. Dieser sogenannte Flatfieldspektrograph besteht aus einem konkaven Reflexionsgitter
mit einem Krümmungsradius von 5649 mm [Rosier]. Das Gitter hat einen lateral variablen
Stegabstand. Die Gitterkonstante variiert von 1095 – 1450
/
833
1:1
abgebildet wird [Kit94].
10:
-
.
Eine Zusammenstellung der Parameter des Reflexionsgitters ist in der folgenden Tabelle
wiedergegeben.
Parameter
Wert
Mittlerer Stegabstand
σ0
833 nm
Einfallswinkel
α
87°
Anzahl der Stege
N
ca. 60 000
Wellenlängenbereich
λ
5-20 nm
Krümmungsradius
R
5649 mm
Abstand Gitter-Detektor
L
350 mm
Fläche
F
30 mm x 50 mm
Aus geometrischen Betrachtungen der Lichtstrahlen in Abbildung 10 folgt mit den
Bedingungen:
16
σ0 mittlere Gitterkonstante, m eugungsordnung, α infallswinkel, β eugungswinkel,
x geometrische Position der Welle in der Detektorebene, L Abstand Gitter-Detektor
β:
α
β
:
Das theoreti
Anzahl der ausgeleuchteten
∆λ/ λ 1/
1/60 000
60 000
.
∆λ
:
∆x Breite des Eintrittspalts
:

d  0  m

 
 sin  
dx mL   0

100
F
3
1
 m


 sin  
 0

1
13 5
∆λ/ λ 1/200
∆
24
kleinereSpaltbreiten bestimmt daher
. Im Falle einer CCD mit 24 µm großen
∆λ/ λ 1/800
/
λ
t:
17
T Transmission, Anzahl ulse,
eflektivit t des Gitters, ∆Ω erfasster aumwinkel,
∆λ ellenl ngenintervall, SCCD CCD-Signal (counts/pixel),
P Umrechnungsfaktor (0,4 phot./count bei  = 13,5 nm)
, dass die
gesamte vom Plasma durch den Eintrittsspalt emittierte Strahlung auf das Gitter trifft
(Abbildung 11).
Aus dieser Bedingung lassen sich Anforderungen an den Abstand G
.
Abbildung 11: Anforderungen an die geometrischen Abmessungen bei der Bestimmung der
Emissionscharakteristik der Quelle.
Damit die gesamte durch den Eintrittsspalt emittierte Strahlung auf das Gitter trifft und damit
auch detektiert werden kann, muss gelten:
G Abstand Quelle-Spalt, B Abstand Spalt-Gitter = 237 mm, ∆x reite des Spalts ∆x =
100 m, d uelldurchmesser (typ d 1 mm), h Akzeptanzgr e des Gitters (h = 3 mm)
1
10
.
In-Band Energiemonitor
-
-
-
-Band Energiemonitor konzipiert wo
, die
λ= 13 5
~2 % absolut zu bestimmen.
18
Aufbau
/
-
der ML-Spiegel bei 13,5 nm liegt und damit den derzeitigen Anforderungen der
Halbleiterindustrie entspricht. Durch die Reflexion an den zwei planen ML- Spiegeln wird
eine Bandbreite von ca. 0,5 nm aus der einfallenden Strahlung herausgeschnitten.
Abbildung 12: Foto und Skizze des aufgebauten Energiemonitors zur Detektion der In-Band
EUV-Emission [Rosier]. Die Strahlung der Quelle
Strahlung ausserhalb des EUV (z.B. aus dem Sichtbaren) befindet sich im
Strahlengang ein Transmissionsfilter.
Das von den ML-Spiegeln reflektierte Licht wird mit einer GaAsP Schottky Photodiode
Langzeitexposition mit EUV-Strahlung erwiesen.
Die Quelle emittiert nicht nur EUV-Strahlung, sondern auch Anteile außerhalb dieses
Bereiches. Die Multilayerspiegel weisen im EUV eine selektive Reflexionscharakteristik auf,
die die Bandbreite im EUV auf 2-4%
. Im Sichtbaren sind sie wieder reflektiv.
Damit diese sichtbaren Anteile die Messung der
, dass sie
kleiner als die aktive F
Diagnostik detektierbaren nutzbaren Raumwinkel. Die EUV-Photonen erzeugen in der
19
Photodiode einen Photodiodenstrom. Der dadurch erzeugte Spannungsabfall wird an einem
Messwiderstand am Oszilloskop gemessen.
Bestimmung der In-Band Emission
, direkt aus dem zeitlich integrierten
Spannungssignal der Photodiode auf die in 2 % Bandbreite emittierte Strahlungsenergie bei
λ= 13 5
Diodensignal und emittierter Strahlungsenergie lautet:
S(λ) integrierte spektrale Strahlungsdichte, Tgas(λ) Gastransmission, 1,2(λ) eflektivit t des
ML-Spiegels 1 bzw. 2, Tf(λ) iltertransmission, Ddio(λ) Diodenempfindlichkeit, ∆Ω erfasster
Raumwinkel, Rres Messwiderstand, Udio Diodensignal, tp Emissionsdauer
λ
Mit der integrierten s
Parameter Tgas
Dtool λ
. Der
(R1, R2), Diodenresponse (Ddio) und Filtertransmission (Tf) zu
:
Wird die Transmission von EUVλ = 13 5
∆λ/ λ = 2 %) durch ein 1 m
langes Strahlrohr mit einem Xenon Druck von 1 Pa betrachtet, liegt die Schwankung der
Transmission bei ∆Tgas/Tgas 1
ka
(typischen) Parameter als konstant angenommen werden.
Mit Tgas(λ) = Tgas(λ0) = Tgas ~ const. Folgt:
Die integrierte spektrale Strahldichte S(λ)
spektralen Emissionsverlaufes τ(λ) umschreiben zu:
Zusammengefasst folgt hieraus:
20
∆λ
λ0 = 13,5 nm emittierte
Strahlungsenergie pro Raumwinkel E∆λ gilt:
und E∆λ:
χ
χ
/
:
τ(λ)
spektralen Emissionscharakteristik der zu untersuchenden Quelle. Im Folgenden wird die
Kalibration der einzelnen Elemente, aus denen der In-Band Energiemonitor besteht,
vorgestellt.
Kalibration der Komponenten
Die Kalibration der einzelnen Elemente des In-Band Energiemonitors (Photodiode, Filter,
ML- Spiegel) wurde am Elektronenspeicherring BESSY 2 in Berlin von der PTB
vorgenommen. Als Photodiode wurde eine Schottky Diode eingesetzt. Die lichtempfindliche
Verarmungszone, in der die Elektron-Lochpaare generiert werden, wird durch einen MetallHalbleiter Kontakt gebildet. In Abbildung 13 ist der von der PTB am Synchrotron
.
13,5
115 mA/W. Die von der PTB gemessenen Werte (Kurve (1))
stimmen sehr gut mit den Literaturwerten
2
 = 13,5 nm bei
112 mA/W.
21
Abbildung 13: Die Kurve (1) zeigt die Empfindlichkeit der in der Arbeit [Rosier]
verwendeten Schottky-Diode bei einer Biasspannung von UBias = 4,5 V. Die
Kurv
2+3
denselben Diodentyp (UBias(2) = 4,5 V, UBias(3) = 0 V).
-
-Off-Band Anteils wird mit einem
150
Die
.
-
200
EUV-Strahlung. Das Zirkonium reflektiert Anteile aus
14
-Bereich
angegeben.
Abbildung 14: Vergleich der gemessenen und der berechneten Transmission des
Bandpassfilters. Der Filter besteht aus einer 150 nm dicken Schicht
Siliziumnitrid (Si3N4
200
(L)A
.
22
:
den gemessenen und den theoretischen Verlauf ist auf den Einfluss der chemischen
Bindungen im Si3N4.
-
In Abbildung 15 ist die Empfindlichkeit Dtool(λ) des In-Band Energiedetektors, bestehend aus
dem Filter, der Diode und den ML-Spiegeln dargestellt. Das Tool ist so angepasst, dass das
λ = 13,5 nm liegt.
Abbildung 15: Dargestellt ist die Empfindlichkeit des In-Band Ener
0,5 nm Breite, bei der Zentralwellen
13,5 nm.
Das Gesamtsystem zeigt eine Empfindlichkeit im Maximum von Dtool 13 5
=62
/
Emissionscharakteristik notwendi
χ eingegangen.
Bestimmung des Kalibrationsfaktors
χ
τ(λ)
-
, mit dem In-Band
Energiemonitor die absolute emittierte Strahlungsenergie zu messen. Durch die wellen
∆λ detektiert.
n werden:

τ λ = τ λ0 = 1
∆λ
23

∆λ

∆λ
Der Einf
.
∆λ
τ λ0) = 1 gilt, liefert die Integratio
∆λ
τλ =
:
:
Zeigt der spektrale Verlauf eine einzelne Linie bei der Wellenl
∆λ
τ λ =1
λ = λL
λL
τλ =0
∆λL
λ ≠ λL gilt:
∆λ wird in diesem Fall nicht mehr durch die Bandbreite der
Reflexionscharakteristik der ML∆λL
. Berechnet wird auf diese Weise die in die Linie emittierte
Strahlungsenergie.
τλ
∆λ
∆λ
.
Im Vorgriff wird hier zur Bestimmung des Kalibrationsfaktors die spektrale
Emissionscharakteristik von Xenon verwendet. In Abbildung 16 ist die Empfindlichkeit des
In-Band Energiemonitors (durchgezogen) zusammen mit dem spektralen Verlauf von Xenon
(punktiert) aufgetragen.
24
Abbildung 16:
:
-
:
der HCT-Pinchplasmaquelle.
Die spektrale Emissionscharakteristik der Xenonemission zur Berechnung des
Ka
, den spektralen Verlauf der Xenone
χ
Xenonemission berechnet und als Funktion der eingekoppelten Energie in Abbildung 17
dargestellt [Rosier].
Abbildung 17: Dargestellt ist der Kalibrations
. Es ist deutlich zu sehen, dass der
Kalibrationsfaktor nicht konstant bleibt, sondern von der eingekoppelten
Entladeenergie, und damit von der spektralen Emissionscharakteristik ab
.
25
17
.
Spektraler Verlauf
Kalibrationsfaktor [mA/W]
λ = 13 5
6.2
Glattes Spektrum
9.7
Quasikontinuum (Xenon)
8,8-10,1
5
Spektrum. Diese Abweichung ist bei der Berechnung der emittierten
S
.
Durchführung und Aufgaben
Quelle
Kennenlernen der Quelle
Betrieb mit verschiedenen Gasen (Argon, Sauerstoff, Stickstoff)
Beobachtung des Pinches, Variation der Frequenz
Variation der Gasdrucke und Entladungsspannungen
Messung der Lade-/Entladungsspannung und des Entladungsstroms mit dem Oszilloskop
Spektroskopische Messungen
Justage
Spektrale Aufnahmen bei verschiedenen Betreibsparametern der Quelle
Wellenlängenkalibrierung
Identifikation der Spektrallinien [NIST]
Strahlungsenergie-Monitor
Messung des Photodiodensignals bei verschiedenen Betriebsparametern der Quelle
Bestimmung der In-Band Strahlungsenergie
26
Fragen zur Selbstkontrolle
EUV Spektralbereich
Wechselwirkungsprozesse der EUV-Strahlung mit Materie
Multilayerspiegel (Bragg-Reflektor)
Externe Totalreflektion
Gasentladung, Pinch-Effekt
Dispersion eines Gitters
Wellenlängenauflösung eines Spektrometers
Quanteneffizienz und -Ausbeute eines Detektors [IRD]
Strahlungsemission aus heißen dichten Plasmen
Spektralübergänge hochionisierter Ionen
Strahldichte, Strahlungsleistung
Literatur
[cxro]
http://henke.lbl.gov/optical_constants/
[Nef01]
”
41 (6), 589-597,
(2001)
”
[Jus07]
”
H. Kersten, M. Schmidt, K.H. Schoenbach, ISBN: 978-3-527-40673-9, 619-654 (2007)
[Rosier]
(2004)
[Kit94]
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[NIST]
http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html
[IRD]
www.ird-inc.com/
”
27