teststand für bestrahlungsexperimente im euv-spektralbereich

1
Jahresbericht 2017 107 Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01 Änderungen bei Spezifikationen und anderen technischen Angaben bleiben vorbehalten. 06/2018. 3 3 Teststand für hohe Bestrahlungs- intensitäten im EUV-Spektralbereich. 4 Wolterschalenkollektor zur Fokussierung der EUV-Strahlung. Aufgabenstellung Für eine Reihe von Fragestellungen ist die Verfügbarkeit von sowohl hoher, mittlerer als auch gepulster Bestrahlungsinten- sitäten im extremen Ultraviolett von besonderem Interesse. Dabei spielt der Spektralbereich um 13,5 nm aufgrund des Bedarfs in der Halbleiterproduktion und der generellen Verfügbarkeit von optischen Systemen auf Basis von Viel- schichtspiegeln eine besondere Rolle. Vorgehensweise In Zusammenarbeit mit den Lehrstühlen »Technologie Optischer Systeme TOS« und »Experimentalphysik des Extrem- Ultraviolett EUV« der RWTH Aachen University wurde ein Teststand aufgebaut, mit dem hohe Bestrahlungsintensitäten im extremen Ultraviolett auf einer Probe darstellbar sind. Der Teststand besteht aus einer Xenon-basierten Gasentladungs- quelle als Emitter für Strahlung mit einer Wellenlänge von 13 nm, einem 45°-Multilayer-Spiegel zur Monochromatisierung und einem Wolterschalenkollektor, wobei Quelle und Probe jeweils in einem der Brennpunkte platziert sind. Der Kollektor verkleinert das Strahlprofil der Quelle auf die Probe, so dass ein Beleuchtungsfleck mit einem Durchmesser von etwa 50 µm (FWHM) entsteht. Ergebnis Für eine 50 Hertz-Entladungsquelle mit einer 13,5 nm- Emission von 0,6 mJ/sr in einer spektralen Bandbreite von zwei Prozent pro Puls werden bei maximaler Fokussierung mittlere Intensitäten bis zu etwa 1 W/cm 2 auf der Probe erreicht. Durch Defokussierung kann näherungsweise ein Tophead-Profil mit einem Durchmesser von etwa 140 µm und einer Intensität von ca. 200 mW/cm 2 eingestellt werden. Die Spitzenintensität während des Pulses beträgt bis zu 4 x 10 7 W/cm 2 bei maxi- maler Fokussierung. In Kombination mit den am Fraunhofer ILT entwickelten, leistungsstärkeren EUV-Strahlungsquellen ist eine Steigerung um etwa zwei Größenordnungen für die mittlere Intensität und etwa eine für die Spitzenintensität möglich. Anwendungsfelder Mögliche Einsatzgebiete für diesen Teststand sind z. B. grundlegende Untersuchungen zur Degradation von Optik- komponenten unter EUV-Bestrahlung, Tests von Szintillatorma- terialien oder die EUV-induzierte Ablation zur Bearbeitung und Strukturierung von Werkstoffen (Biomaterialien) zur gezielten Modifikation von Oberflächen, die durch mechanische oder Lasermaterialbearbeitung nicht möglich wären. Ansprechpartner Dr. Klaus Bergmann Telefon +49 241 8906-302 [email protected] Dr. Serhiy Danylyuk Telefon +49 241 8906-525 [email protected] TESTSTAND FÜR BESTRAHLUNGSEXPERIMENTE IM EUV-SPEKTRALBEREICH 4

Upload: others

Post on 25-Mar-2022

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Teststand für Bestrahlungsexperimente im EUV-Spektralbereich

106 Jahresbericht 2017 Jahresbericht 2017 107Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de

DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de

DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01

Än

der

un

gen

bei

Sp

ezifi

kati

on

en u

nd

an

der

en t

ech

nis

chen

An

gab

en b

leib

en v

orb

ehal

ten

. 06/

2018

.

Än

der

un

gen

bei

Sp

ezifi

kati

on

en u

nd

an

der

en t

ech

nis

chen

An

gab

en b

leib

en v

orb

ehal

ten

. 06/

2018

.

3

3 Teststand für hohe Bestrahlungs-

intensitäten im EUV-Spektralbereich.

4 Wolterschalenkollektor zur Fokussierung

der EUV-Strahlung.

Aufgabenstellung

Für eine Reihe von Fragestellungen ist die Verfügbarkeit von

sowohl hoher, mittlerer als auch gepulster Bestrahlungsinten-

sitäten im extremen Ultraviolett von besonderem Interesse.

Dabei spielt der Spektralbereich um 13,5 nm aufgrund des

Bedarfs in der Halbleiterproduktion und der generellen

Verfügbarkeit von optischen Systemen auf Basis von Viel-

schichtspiegeln eine besondere Rolle.

Vorgehensweise

In Zusammenarbeit mit den Lehrstühlen »Technologie

Optischer Systeme TOS« und »Experimentalphysik des Extrem-

Ultraviolett EUV« der RWTH Aachen University wurde ein

Teststand aufgebaut, mit dem hohe Bestrahlungsintensitäten

im extremen Ultraviolett auf einer Probe darstellbar sind. Der

Teststand besteht aus einer Xenon-basierten Gasentladungs-

quelle als Emitter für Strahlung mit einer Wellenlänge von

13 nm, einem 45°-Multilayer-Spiegel zur Monochromatisierung

und einem Wolterschalenkollektor, wobei Quelle und Probe

jeweils in einem der Brennpunkte platziert sind. Der Kollektor

verkleinert das Strahlprofil der Quelle auf die Probe, so dass

ein Beleuchtungsfleck mit einem Durchmesser von etwa

50 µm (FWHM) entsteht.

Ergebnis

Für eine 50 Hertz-Entladungsquelle mit einer 13,5 nm-

Emission von 0,6 mJ/sr in einer spektralen Bandbreite von zwei

Prozent pro Puls werden bei maximaler Fokussierung mittlere

Intensitäten bis zu etwa 1 W/cm2 auf der Probe erreicht. Durch

Defokussierung kann näherungsweise ein Tophead-Profil mit

einem Durchmesser von etwa 140 µm und einer Intensität

von ca. 200 mW/cm2 eingestellt werden. Die Spitzenintensität

während des Pulses beträgt bis zu 4 x 107 W/cm2 bei maxi-

maler Fokussierung. In Kombination mit den am Fraunhofer ILT

entwickelten, leistungsstärkeren EUV-Strahlungsquellen ist eine

Steigerung um etwa zwei Größenordnungen für die mittlere

Intensität und etwa eine für die Spitzenintensität möglich.

Anwendungsfelder

Mögliche Einsatzgebiete für diesen Teststand sind z. B.

grundlegende Untersuchungen zur Degradation von Optik-

komponenten unter EUV-Bestrahlung, Tests von Szintillatorma-

terialien oder die EUV-induzierte Ablation zur Bearbeitung und

Strukturierung von Werkstoffen (Biomaterialien) zur gezielten

Modifikation von Oberflächen, die durch mechanische oder

Lasermaterialbearbeitung nicht möglich wären.

Ansprechpartner

Dr. Klaus Bergmann

Telefon +49 241 8906-302

[email protected]

Dr. Serhiy Danylyuk

Telefon +49 241 8906-525

[email protected]

TESTSTAND FÜR BESTRAHLUNGSEXPERIMENTE IM EUV-SPEKTRALBEREICH

4