(57)【要約】【課題】特にＥＵＶ放射または軟Ｘ線を発生するためのガス放電ランプにおける液体媒質による回転電極の濡れ性を向上するための方法と、対応して設計されたガス放電ランプを提供する。【解決手段】液体媒質が適用される回転電極のエッジ表面が、外部処理によって微細構造化される。この微細構造は、液体媒質に対するエッジ表面の濡れ性を大幅に向上させる。さらに、エッジ表面における液体媒質の分布を、微細構造の適当な選択によって選択的に制御することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にＥＵＶ放射または軟Ｘ線を発生するためのガス放電ランプにおける、液体媒質（４）による回転電極（１、２）の濡れ性を向上するための方法であって、前記回転電極（１、２）のエッジ表面（９）に前記液体媒質（４）が適用される方法において、
前記回転電極（１、２）の前記エッジ表面（９）が外部処理によって微細構造化されている
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記エッジ表面（９）に隣接する前記電極（１、２）の側面（１０）もまた、前記エッジ表面（９）に隣接する少なくとも１つの領域において微細構造化されている
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記外部処理により、周期的な形状パターンを有する微細構造（１１）が、前記エッジ表面（９）および／または前記側面（１０）に設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記外部処理により、十字状、蜂の巣状、台形状、ピラミッド状、円形状、環状、ストリップ状および／または線形状の隆起および／または陥凹の微細構造（１１）が、前記エッジ表面（９）および／または前記側面（１０）に設けられている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記外部処理により、構造的寸法を有する微細構造（１１）が、前記エッジ表面（９）および／または前記側面（１０）に設けられ、当該構造的寸法の少なくとも１つが、３００μｍ未満の幅、長さまたは深さを有する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記エッジ表面（９）および／または前記側面（１０）が、エネルギー放射、特にレーザ照射を用いた処理により微細構造化される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
放電経路を形成するために短い距離を介して配置され、少なくとも１つが軸周りに回転可能に設けられた２つの電極（１、２）と、前記少なくとも１つの電極（１、２）のエッジ表面（９）に液体媒質（４）を適用するための装置とを有し、電気的に作動される放電により放射を発生するための、特にＥＵＶ放射または軟Ｘ線をするための装置であって、
前記エッジ表面（９）が外部処理によって形成された微細構造（１１）を有する
ことを特徴とする装置。
【請求項８】
前記液体媒質（４）を適用するための装置が、前記少なくとも１つの電極（１、２）がその回転中に浸される前記液体媒質（４）を収容するための容器（３）を有する
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記電極（１、２）の双方が、それぞれ軸周りに回転可能に設けられ、それらのエッジ表面（９）に前記微細構造（１１）を有する
ことを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
前記電極（１、２）が円形状に形成されている
ことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記エッジ表面（９）に隣接する前記電極（１、２）の一方または双方の側面（１、２）についても、前記エッジ表面（９）に隣接する少なくとも１つの領域が微細構造化されている
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記微細構造（１１）が、周期的な形状パターンを有する
ことを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記微細構造（１１）が、十字状、蜂の巣状、台形状、ピラミッド状、円形状、環状、層状および／または線形状の凸部および／または凹部により形成されている
ことを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記微細構造（１１）の構造的寸法の少なくとも１つが、３００μｍ未満の幅、長さまたは深さである
ことを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
外部処理により１つのエッジ表面（９）に形成された微細構造（１１）を有し、電極（１、２）として設計されたローラ電極を有する
ことを特徴とする請求項７〜１４のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電極のエッジ表面に液体媒質が適用される、特にＥＵＶ放射または軟Ｘ線放射を発生するためのガス放電ランプにおいて、液体媒質による回転電極の濡れ性を向上するための方法に関する。また、本発明は、少なくとも１つの電極の濡れ性が当該方法により向上されたガス放電ランプに関する。
【０００２】
提案される方法およびこれに関連するガス放電ランプは、たとえば極紫外線波長帯（ＥＵＶ）または軟Ｘ線放射帯の放射、つまり約１ｎｍ〜２０ｎｍの間の波長帯の放射、が要求される適用例において適用可能である。これは、たとえばＥＵＶリソグラフィや測定技術に関連する。
【背景技術】
【０００３】
ＷＯ  ２００５／０２５２８０  Ａ２には、ＥＵＶ放射または軟Ｘ線を発生するためのガス放電ランプであって、２つの回転電極の間の金属蒸気内において放電が発生するものが開示されている。この目的のために、溶融金属が回転電極に適用され、放電箇所にてレーザビームによって蒸発される。円板としておよび／または車輪形状に実装された２つの電極は、金属を適用するために、溶融金属とともに容器に格納される。電極は、たとえばタングステンなど、溶融金属により濡らされることが可能な基板材料からなる。電極の回転により、電極のエッジ表面全体と側面の可能な限り広い部分とが溶融金属によって濡らされる。技術的理由のため、電極上における溶融金属の薄膜の最適な厚さは、電極の高回転速度時には液滴の分離を抑止するために十分に薄く、かつ、一方では、基板材料への熱負荷を低減し、さらに表面を放電から保護するために十分に厚くされる。したがって、実際には、放電またはプラズマの箇所において溶融金属薄膜の厚さを１０μｍ〜数十μｍの間に維持することが目標となる。この厚さは、通常、電極の側面およびエッジ面における適当なスクレイパ（ｓｃｒａｐｅｒｓ）によって制御される。そして、プラズマの箇所における溶融金属薄膜の臨界的な厚さは、スクレイパの調整、電極の形状および回転速度に依存する。
【０００４】
ＷＯ  ２０１２／００７１４６  Ａ１には、ガス放電ランプにおける回転電極の濡れ性を向上するための方法であって、電極の基板材料と表層における溶融金属との結合を得るために、まず前処理ステップにおいて電極を溶融金属に接触させて熱処理を行い、続いて８００℃以上にて熱処理を行う方法が開示されている。濡れ性を向上させる付加的な材料の付着も推奨されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００５／０２５２８０号
【特許文献２】国際公開第２０１２／００７１４６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、適用される液体媒質を伴う電極の熱的な前処理を必要としない、ガス放電ランプにおける回転電極の濡れ性を向上するための方法、および濡れ性の高い回転電極を有するガス放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１および７に係る方法および装置によって達成される。当該方法および装置の有利な構成は、従属請求項の主題を形成し、または、例示的な実施形態を伴う後述の内容から推論されてよい。
【０００８】
提案される方法においては、液体媒質が適用されるガス放電ランプの回転電極のエッジ表面に、外部処理によって微細構造が施される。この微細構造化は、電極のエッジ表面全体に広がっていてもよいし、ガス放電のための液体媒質が蒸発する領域のみに広がっていてもよい。液体媒質は、好ましくは溶融金属である。この文脈における電極のエッジ表面は、回転軸から或る距離に位置する外周面として理解される。電極は、好ましくは、円板状または車輪形状に形成される。エッジ表面自体についても、回転軸に平行な断面に、たとえば階段形状の微視的な外形を有してよい。
【０００９】
提案される方法における電極のエッジ表面の微細構造化は、たとえば、表面の機械的な切削加工、エネルギー放射を用いた処理、好ましくは１以上のレーザビームを用いた処理など、外部処理によって行われる。もちろん、イオンビームや電子ビームなど、他の手法のエネルギー放射によって微細構造化を行ってもよい。
【００１０】
作成される微細構造の構造的寸法は、好ましくは、その構造の少なくとも深さまたは幅または長さが３００μｍ以下になるように選択される。この微細構造は、基板材料（つまり電極の表面材料）に対する液体媒質の付着力を向上させることを意図している。そして、構造的寸法は、滑らかなエッジ表面の場合と比較してエッジ表面に対する液体媒質の付着力を増大させるために、液体媒質に対する毛管力が十分に大きくなるよう選択されなければならない。適当な寸法を推定するために、たとえば、外的に作用する力（重力、回転システムの場合の遠心力など）に対する付着力の比率を表す、いわゆるボンド定数（Ｂｏｎｄ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）Ｂを用いることができる。ボンド定数Ｂは、次式により与えられる：Ｂ＝（ρ・ａ・ｒ２）／σ。
【００１１】
この式において、ρは液体媒質の濃度に相当し、ｒは典型的な構造サイズまたは構造的寸法に相当し、ａは加速度に相当し、σは液体媒質の表面張力に相当する。提案される方法およびガス放電ランプにおいては、付着力は、回転電極に作用する遠心力よりも十分に大きくなるべきである：つまり、好ましくは、Ｂ＜＜１。以下において、液体媒質として用いられる溶融スズについて構造サイズｒが推定される場合の例が示される。溶融スズの表面張力はσ＝５００ｍＮ／ｍであり、濃度はρ＝７．０ｇ／ｃｍ３である。スズにより濡らされる回転電極を有し、典型的な半径がＲ＝１０ｃｍであり、回転周波数がｆ＝１０Ｈｚである応用においては、電極のエッジ表面における加速度は、ａ＝（２πｆ）２×Ｒ＝３９５ｍ／ｓ２。溶融スズに関する与えられたこれら材料定数によれば、条件Ｂ＜＜１から、典型的な構造サイズｒ＜＜３００μｍが導かれる。この値３００μｍを上限値とみなすことができる。したがって、この場合において、電極のエッジ表面の好ましい構造サイズまたは構造的寸法は、１０μｍまたは数十μｍから数百μｍの範囲において選択される。
【００１２】
提案される方法およびそれに伴う装置は、数μｍの寸法の構造が滑らかな表面と異なる表面特性を呈することを利用する。微細構造化は、主として、液体を運ぶ構成要素の濡れ性に影響を与える。回転電極の微細構造化により、微視的なスケールの機能化された表面が得られ、これにより、この表面への液体媒質の濡れおよび付着が、滑らかな表面よりも増大される。回転中における流体の流れを制御するように、構造を選択することもできる。それにより、たとえば、或る好ましい方向における流体の流れが向けられ、または表面における流体の分布の一様性が確保される。
【００１３】
微細構造は、好ましくは、周期的または規則的な形状パターンを有するように形成される。たとえば、微細構造は、十字状、蜂の巣状、台形状、ピラミッド状、円形状、環状、ストリップ状および／または線形状の隆起および／または陥凹を有するように形成されてよい。もちろん、このリストは全てを網羅するものではない。各々の場合の要求に適合するように微細構造の形状を選択する。その要求は、たとえば、付着性の向上に加えて、液体媒質が表面に素早く行き渡ることを容易化することである。いずれの場合においても、微細構造化は、回転電極のエッジ表面に対する液体媒質の濡れおよび付着の向上をもたらし、したがって、回転周波数の向上を促進し、同様に電極システムへのより高いパワーの印加を促進する。微細構造化は、薄膜の厚さの制御の向上と、電極における液体媒質の均一な分布とを可能にする。
【００１４】
液体媒質の分布をより均一化することで、同時に、電極システムおよび／またはこの電極システムが用いられるガス放電ランプの耐用年数の増加につながる。
【００１５】
提案される方法および提案されるガス放電ランプにおいて、対応する微細構造を側面に適用することができ、また、エッジ表面に隣接する側面の少なくとも一部領域に対して適用することができる。この目的のために、側面は、好ましくは、エッジ表面の微細構造と異なる微細構造を有する。エッジ表面の異なる領域に異なる微細構造化を施すことも可能であり、特に、レーザビームによって液体媒質が蒸発される領域には、それ以外の領域と異なる微細構造化が施される。
【００１６】
電気的に作動される放電により放射を発生するための提案される装置（本明細書にガス放電ランプとして示された装置）は、放電経路を形成するためにあるときは短い距離を介して配置され、少なくとも１つが電極の中心を通る軸の周りを回転可能および駆動可能に設けられた２つの電極（１、２）を有する。双方の電極は、好ましくは、ローラ電極として実装され、回転可能に設けられる。さらに、この装置は、一方または双方の電極のエッジ表面に液体媒質を適用するための装置を有する。一構成例において、この装置は、各電極が浸される液体媒質の貯蔵器または容器を有する。回転により、電極は、そのエッジ表面に液体媒質を引き上げ、放電箇所にそれを搬送する。言うまでもなく、電極の表面に液体媒質を適用するための方法は他にもあり、たとえば、ノズルや、またはローラ電極に特別に適合された部分的な境界（端部）を介してこれを行うことができる。たとえば、この明細書で引用するＷＯ  ２００５／０２５２８０  Ａ２のガス放電ランプと同様に、装置を構成することができる。当然ながら、２つの電極を横切る電気的放電を発生するための装置や、放電箇所にて液体媒質を蒸発させるための装置（たとえばレーザユニット）を、既知の方法で設けることも可能である。提案される装置において、少なくとも１つの電極のエッジ表面は、選択的な外部処理によって形成された微細構造を有する。この微細構造およびその可能な構成は、提案される方法に関連して既に説明されているので、ここではさらなる説明は行わない。対応する方法で微細構造化を施すことも可能な少なくとも１つの回転可能な電極の側面についても同様である。
【００１７】
提案される方法および提案されるガス放電ランプは、好ましくは、ＥＵＶ放射または軟Ｘ線の発生が必要とされる分野に適用可能である。回転する１つまたは２つの電極の濡れ性の向上は、放射の発生効率の向上を容易化する。もちろん、この向上された濡れ性は、たとえば、付加的なプラズマ処理など、従来技術から知られる追加策によってさらに向上されてよい。
【００１８】
提案される方法およびそれに伴う装置は、図面と組み合わされた例示的な実施形態に基づき、以下において、より詳細に再度説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】提案される発明にしたがって構成されたガス放電ランプの例を示す。
【図２】このタイプのガス放電ランプのローラ電極の断面形状の２つの例を示す。
【図３】電極のエッジ表面または側面の微細構造の形状パターンのいくつかの例を示す。
【図４】線形状または溝形状の微細構造の３つの例を示す断面図である。
【図５】電極の側面の微細構造の２つの例を示す、側面の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
回転電極の濡れ性を向上させるために提案される方法は、たとえば、図１に模式的に示されるような、ＥＵＶ放射または軟Ｘ線放射を発生するためのガス放電ランプに適用可能である。このガス放電ランプは、互いに短い距離だけ離れて配置された２つのローラ電極１、２（カソード、アノード）を有し、それにより、或る位置において放電経路のための間隙を形成する。ガス放電ランプが動作している間、２つのローラ電極１、２は、それらの回転軸の周りを回転し、それにより、溶融金属（本例では溶融スズ）を収容した２つの容器３に浸される。溶融スズ内での回転により、ローラ電極の外側のエッジ表面にスズの薄膜４が形成される。ローラ電極は、溶融スズの液容器を介してキャパシタバンク５に電気的に接続されており、それにより、パルス電流の流れがそれらに適用される。模式的に図示されているように、レーザ光源７からのパルスレーザビーム６が溶融スズの薄膜の一部を蒸発させることにより、ガス放電８が発生される。プラズマ８が、所望のＥＵＶ放射または軟Ｘ線放射を放出する。電極は、図示しない真空容器内に配置されている。電極上のスズ薄膜４を所定の厚さに設定するためのスクレイパや、スクリーニング要素などの他の要素が、そのような放電ランプに設けられていてもよい。そのような要素の例は、たとえば文献ＷＯ  ２００５／０２５２８０  Ａ２に開示されている。
【００２１】
図２は、そのようなガス放電ランプの１つのローラ電極１のエッジ領域の断面の２つの例を示す。提案されるガス放電ランプの場合において、そのようなローラ電極エッジ表面９は、提案される方法にしたがって微細構造化される。本例において、この微細構造１１は、ローラ電極１の２つの側面１０の小領域にも広がっている。同図の右側の例から分かるように、本例において、ローラ電極のエッジ表面９は、示された断面にも微視的構造を有していてよい。
【００２２】
図３ａ〜３ｆは、微細構造の他の例を、各微細構造１１の平面図として模式的に示す。図３ａは、複数の十字型を伴う微細構造１１を示す。複数の十字型は、示された他の構造と同様に、微細構造化された表面にわたって規則的にまたは周期的に配置されている。図３ｂは、複数のピラミッド型が並んで配置された構造を示し、図３ｃは、複数の台形が並んで配置された構造を示す。十字型の構造は、非常に簡単に製造可能である。ピラミッド型は、台形の特別な場合を示すが、より広い表面積を有する。原理的に、非常に単純に構造化を行うための既知のレーザプロファイルを用いて台形を製造することができる。図３ｄは、図の上方から下方に延びる溝を伴う溝構造を示す。溝は長さ方向に不連続であってもよいので、溝構造によって異なる長さのスケールを組み合わせることが可能となる。図３ｅは蜂の巣構造を示し、図３ｆは円またはリングを伴う構造を示す。蜂の巣構造については、液体薄膜が蜂の巣構造に沿って広がることが可能となるため、液体薄膜の安定性が向上される。リング状または円形の構造においては、たとえば液体薄膜の振る舞いをシミュレーションするための、数学的な記述が特に単純になる。
【００２３】
原理的に、示された構造は、隆起した形状（たとえばピラミッド状の凸部）と、陥凹形状（たとえば微細構造中におけるピラミッド状の凹部）とのいずれでもよい。
【００２４】
単純な構造化の他のタイプは、線状のパターンに構成され、それにおいて、直線的な溝１２が表面に形成される。図４の３つの例に示すように、各溝１２は、おおよそ一定の長方形、円形または三角形の断面を有する。これら構造（特に断面の性質）により、たとえばスズ薄膜の体積やその濡れ性など、表面にわたる液体薄膜の付着および／または分布のためのパラメータの制御が可能となり、それにより、選択的に制御または修正を行う。
【００２５】
最後に、図５は、ローラ電極１の側面１０の微細構造化の２つの例について、２つの側面の一方の平面図で示している。同図の左側に示す例においては、ローラ電極１の側面１０全体に微細構造化が施されている。同図の右側に示す例では、エッジ表面に隣接する一の領域のみに微細構造化が施されている。側面１０の構造化の性質を変更することにより、ローラ電極の側面からエッジ表面にわたるスズの流れを選択的に制御することができる。したがって、たとえば、大きな液滴を生じることなく、目的の方法で、エッジ表面にスズを提供することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  第１のローラ電極
２  第２のローラ電極
３  溶融スズの容器
４  スズ薄膜
５  キャパシタバンク
６  パルスレーザビーム
７  レーザ光源
８  プラズマ
９  ローラ電極のエッジ表面
１０  ローラ電極の側面
１１  微細構造
１２  溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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