Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Charakterisierung von Partikeln, insbesondere zur Bestimmung einer Partikel-Position, einer Partikel- Geschwindigkeit, einer Partikel-Beschleunigung und/oder einer Partikel-Größe. Die Erfindung betrifft auch eine optische Anordnung, beispielsweise für eine EUV- Strahlungserzeugungsvorrichtung, mit einer solchen Sensoranordnung.

Die Charakterisierung von Partikeln bzw. von Partikelströmen, beispielsweise der Größe / dem Volumen von Partikeln, deren Position bzw. Trajektorie sowie deren Geschwindigkeit bzw. Flugrichtung ist für viele Branchen, wie Chemie-, Pharma- oder Halbleiterindustrie von hoher Relevanz. Insbesondere, wenn die Partikel klein sind, d.h. bei Partikel-Größen im Nano- und Mikrometer-Bereich, und wenn die Partikel mit hoher Frequenz strömen, stoßen etablierte Sensor-Systeme an ihre Grenzen. Bewegen sich die Partikel zudem in Flüssigkeiten, ist eine

Charakterisierung von Partikeln mit sehr hohem Aufwand verbunden. Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung bereitzustellen, die zur Charakterisierung von Partikeln in unterschiedlichen Arten von Medien, insbesondere in Echtzeit, einsetzbar ist.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung, umfassend: einen Sender mit einer Laserquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls, einer Moden-Konversions- einrichtung zur Erzeugung einer Feldverteilung des Laserstrahls, die an jeder

Position eine unterschiedliche Kombination einer lokalen Intensität und einer lokalen Polarisationsrichtung aufweist, eine Fokussieroptik zur Fokussierung bzw. zur Abbildung der Feldverteilung des Laserstrahls auf mindestens einen von den

Partikeln durchlaufenen Messbereich in einer Fokusebene, einen Empfänger mit einer Analysator-Optik zur Ermittlung von polarisationsabhängigen

Intensitätssignalen der Feldverteilung des Laserstrahls in dem mindestens einen Messbereich, sowie mit einer Auswerteeinrichtung zur Charakterisierung der Partikel, insbesondere zur Bestimmung der Partikel-Position, der Partikel-Geschwindigkeit, der Partikel-Beschleunigung und/oder der Partikel-Größe, anhand der

polarisationsabhängigen Intensitätssignale, insbesondere anhand eines zeitlichen Verlaufs der Intensitätssignale.

Die hier beschriebene Sensoranordnung basiert auf der Erzeugung einer

Feldverteilung bzw. von optischen Moden, welche eine eindeutige Korrelation zwischen der lokalen Intensitätsverteilung und der lokalen Polarisationsrichtung aufweisen. Ein Partikel, welcher sich durch den Messbereich in Form einer solchen optischen Mode bewegt, ruft eine zeitliche Änderung sowohl der Intensität als auch der Polarisation der Feldverteilung hervor. Durch die eindeutige Zuordenbarkeit einer jeweiligen Polarisations-/lntensitätskombination zu genau einem Teilbereich bzw. zu genau einer Position der optischen Mode lässt sich die (momentane) Partikel- Position und anhand des zeitlichen Verlaufs der Intensitätssignale auch der zeitlichen Verlauf des Partikels, d.h. die Partikel-Trajektorie, bestimmen, d.h. die

Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, auf die Raumkoordinaten bzw. auf die Trajektorie zurückzurechnen. Anhand des zeitlichen Verlaufs der Intensitätssignale lässt sich auch die (momentane) Partikel-Geschwindigkeit bzw. deren zeitlicher Verlauf bestimmen. Ebenso kann die Partikel-Größe bzw. deren zeitlicher Verlauf bestimmt werden. Unter der Partikel-Größe wird im Sinne dieser Anmeldung die Querschnittsfläche eines Partikels in der Fokusebene verstanden. Die

Charakterisierung der Partikel kann bei der Sensoranordnung mit hoher

Geschwindigkeit im Gigahertz-Bereich erfolgen, d.h. die Detektion bzw. die

Charakterisierung der Partikel kann in Echtzeit erfolgen.

Der Sender umfasst sowohl die Laserquelle als auch die Moden- Konversionseinrichtung. Als Laserquelle ist grundsätzlich jede Art von Laser geeignet. Als Laserquelle kann beispielsweise eine Laserdiode mit einer Laser- Wellenlänge von 1550 nm und einer optischen Leistung von 100 mW verwendet werden. Eine solche Laserquelle kann ohne Einschränkung auf das Grundprinzip der Sensoranordnung durch einen Laser mit einer anderen Laser-Wellenlänge ersetzt werden. Die Sensoranordnung bzw. die verwendete Mess-Methode lässt sich daher bei jeder verfügbaren Laser-Wellenlänge und Kombinationen mehrerer Laser- Wellenlängen umsetzen, auch außerhalb des sichtbaren Spektrums. Daher kann die Sensoranordnung zur Charakterisierung von Partikeln in einer Vielzahl von unterschiedlichen Medien (gasförmig, flüssig oder fest) verwendet werden. Das transversale Modenprofil des von der Laserquelle erzeugten Laserstrahls ist in der Regel TEMoo, die Laserquelle kann ggf. aber auch ein anderes Modenprofil erzeugen.

Der Laserstrahl kann im Sender mittels einer Fokussieroptik, die mindestens ein fokussierendes optisches Element, z.B. in Form einer Linse, aufweist, in die

Fokusebene fokussiert werden, wobei die von der Moden-Konversionseinrichtung erzeugte Feldverteilung in die Fokusebene abgebildet wird. Der Laserstrahl kann von der Fokussieroptik kollimiert und optional durch ein Teleskop aufgeweitet werden, um den Strahlquerschnitt an die im Strahlweg nachfolgende Moden- Konversionseinrichtung anzupassen, sodass diese optimal ausgeleuchtet wird. Die Brennweite des fokussierenden optischen Elements ist an einen gewünschten, hinreichend großen Arbeitsabstand zwischen dem Sender und dem Partikelstrom bzw. den zu charakterisierenden Partikeln angepasst oder ggf. anpassbar. Der Messbereich in der Fokusebene bildet eine Art„virtuelle Sensorfläche“, die eine Remote-Charakterisierung der Partikel ermöglicht, ohne den Sensor in der

Fokusebene bzw. am Ort der Partikel positionieren zu müssen. Die Fokussieroptik kann ein Retrofokus-Objektiv aufweisen. Die Fokussieroptik kann auch eine Zoom- Optik zum Einstellen der Fokusgröße in die Fokusebene aufweisen.

Bei einer Ausführungsform ist die Moden-Konversionseinrichtung zur Erzeugung einer Feldverteilung des Laserstrahls mit radialsymmetrischer Polarisationsrichtung oder zur Erzeugung einer Feldverteilung mit linienförmig konstanter

Polarisationsrichtung ausgebildet. Wie weiter oben beschrieben wurde, basiert der Partikelsensor auf der inhärenten Verschränkung der optischen Transversal- und der optischen Polarisationsmode des Feldverteilung bzw. des transversalen Strahlprofils (d.h. senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls). Die Moden- Konversionseinrichtung ist ausgebildet, dem Laserstrahl (a) eine zusätzliche transversale Phase aufzuprägen und (b) die örtliche Polarisation des Laserstrahls lokal zu verändern. Auf diese Weise entsteht bei der Fokussierung in der

Fokusebene eine elektromagnetische Feldverteilung, bei der jede Kombination aus (a) Amplitude / Intensität und (b) Richtung des Polarisationsvektors (entsprechend der Polarisationsrichtung) nur an einer eindeutig festgelegten transversalen Position des Strahlprofils vorliegt. Ein Beispiel für eine solche Feldverteilung ist eine

Radialpolarisation, d.h. eine radialsymmetrische Polarisationsverteilung, welche durch die Superposition einer TEM01 und einer TEM10 Mode beschrieben wird. Ein weiteres Beispiel stellt eine Feldverteilung dar, die eine radiale Polarisation aufweist, und bei der die Intensität in einer Richtung kontinuierlich ansteigt. Auf diese Weise hat jeder Punkt auf einer Linie eine unterschiedliche Intensität, so dass sich die Kombination aus Intensität und Polarisationsrichtung eindeutig einem Punkt zuordnen lässt. Punkte auf unterschiedlichen Linien weisen eine unterschiedliche Polarisationsrichtung auf und können daher ebenfalls voneinander unterschieden werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Moden-Konversionseinrichtung als (ggf. segmentierte) Phasenplatte, als diffraktives optisches Element, als photonische Kristallfaser oder als Flüssigkristall ausgebildet. Grundsätzlich ist es möglich, die Aufprägung der transversalen Phase und die lokale Veränderung der Polarisation an unterschiedlichen optischen Elementen durchzuführen. In der Regel ist es jedoch günstig, sowohl die Veränderung der Phase als auch der Polarisation an ein- und demselben optischen Element vorzunehmen, was beispielsweise durch die weiter oben beschriebenen Arten von optischen Elementen ermöglicht wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Laserquelle zur Erzeugung eines gepulsten Laserstrahls, bevorzugt mit einer Pulsdauer von weniger als 1 ns, ausgebildet. Grundsätzlich kann die Laserquelle zur Erzeugung von Dauerstrich- Strahlung (cw-Strahlung) ausgebildet sein. Bei der hier beschriebenen

Ausführungsform handelt es sich bei der Laserquelle um eine gepulste Laserquelle bzw. um ein gepulstes Lasersystem, z.B. um einen Ultrakurzpuls-Laser, mit dem Laserpulse mit Pulsdauern im Pikosekunden-Bereich erzeugt werden können. Der gepulste Laserstrahl kann dazu verwendet werden, um den Messbereich bzw. die virtuelle Sensorfläche in der Fokusebene zu vergrößern, wie nachfolgend näher beschrieben wird. Es versteht sich, dass auch eine Laserquelle eingesetzt werden kann, die zwischen einer Betriebsart mit Dauerstrich-Strahlung und einer Betriebsart mit gepulster Laserstrahlung umgeschaltet werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Sender eine im Strahlweg nach der Moden-Konversionseinrichtung angeordnete Strahlteiler-Einrichtung zur Aufteilung des Laserstrahls auf eine Mehrzahl von Teilstrahlen mit der von der Moden- Konversionseinrichtung erzeugten Feldverteilung auf, die Fokussieroptik ist zur Fokussierung der Mehrzahl von Teilstrahlen in einer Mehrzahl von Messbereichen in der Fokusebene ausgebildet. Bevorzugt weist der Empfänger eine (optische) Verzögerungseinrichtung zum Verzögern der Mehrzahl von Teilstrahlen mit jeweils unterschiedlicher Verzögerungsdauer auf. In diesem Fall wird die virtuelle

Sensorfläche in der Fokusebene vergrößert, indem eine Mehrzahl von

Messbereichen räumlich nebeneinander erzeugt wird.

Zu diesem Zweck wird mittels einer Strahlteiler-Einrichtung der Laserstrahl auf eine gewünschte Mehrzahl von Teilstrahlen aufgeteilt, die jeweils dieselbe, von der Moden-Konversionseinrichtung erzeugte Feldverteilung aufweisen. Die

Fokussieroptik fokussiert die Teilstrahlen auf einer Mehrzahl von Messbereichen in der Fokusebene, und zwar in der Regel in einer regelmäßigen Anordnung, d.h. in einem Raster bzw. Array mit einer Anzahl von N x M Messbereichen, die in N Zeilen und in M Spalten angeordnet sind. Die Fokussieroptik kann zu diesem Zweck beispielsweise eine Mehrzahl von Fokussierlinsen bzw. eines oder mehrere Linsen- Arrays aufweisen.

Es ist, möglich, eine der Anzahl von N x M Teilstrahlen entsprechende Anzahl von Analysator-Optiken bzw. von Empfängern in der Sensoranordnung vorzusehen. In diesem Fall kann auf eine (optische) Verzögerungseinrichtung verzichtet werden bzw. diese kann durch eine rein elektronische Verzögerung der Intensitätssignale der Analysator-Optiken ersetzt werden, sofern eine solche Verzögerung überhaupt benötigt wird.

Die Verzögerungseinrichtung im Empfänger dient dazu, die polarisationsabhängigen Intensitätssignale, welche einen jeweiligen Messbereich durchlaufen haben, bzw. die Teilstrahlen mit unterschiedlichen Verzögerungsdauern zeitlich so verzögern, so dass die gepulsten Teilstrahlen, die von unterschiedlichen Messbereichen ausgehen, zu unterschiedlichen Zeitpunkten in die Analysator-Optik eintreten und auf die dort vorhandenen optischen Detektoren treffen. Die Verzögerungseinrichtung ermöglicht die unterschiedliche Verzögerung in der Regel durch die Erzeugung einer

unterschiedlichen optischen Weglänge der jeweiligen Teilstrahlen zu der Analysator- Optik. Durch die (optische) Verzögerungseinrichtung kann die Mehrzahl von

Teilstrahlen mit Hilfe einer einzigen Analysator-Optik ausgewertet werden.

Durch die unterschiedliche Verzögerung kann die räumliche Auflösung durch die unterschiedlichen Messbereiche in eine zeitliche Auflösung bzw. in ein zeitlich variierendes Signal transformiert werden (zeitliches Multiplexing). Um die Zuordnung der von den jeweiligen gepulsten Teilstrahlen erzeugten, zeitlich variierenden Signale bzw. Polarisations-Parameter zu erleichtern, kann ein Triggerwert erzeugt werden, beispielsweise indem ein vollständig absorbierender Messbereich verwendet wird bzw. einer der Teilstrahlen auf eine Weise moduliert wird, der eine eindeutige

Zuordnung der von der Analysator-Optik ermittelten polarisationsabhängigen

Intensitätssignale zu dem Messbereich zulässt, welcher für die Erzeugung des Triggerwerts bzw. Triggersignals verwendet wird. Bei einer Weiterbildung weist die Strahlteiler-Einrichtung ein diffraktives optisches Element und/oder mindestens ein Mikrolinsen-Array zur Erzeugung der Mehrzahl von Teilstrahlen mit gleichen Wellenlängen auf. Bei dieser Ausführungsform wird der Laserstrahl an dem diffraktiven optischen Element in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt, die jeweils (annähernd) die gleiche Wellenlänge aufweisen. Die räumlich separierten Teilstrahlen werden nachfolgend mittels mindestens eines optischen Elements der Verzögerungseinrichtung, z.B. mittels einer Glas- oder einer Keilplatte,

unterschiedlich stark verzögert.

Bei einer alternativen Weiterbildung weist die Strahlteiler-Einrichtung ein diffraktives optisches Element zur Erzeugung einer Mehrzahl von Teilstrahlen mit

unterschiedlichen Wellenlängen auf und die Verzögerungseinrichtung ist bevorzugt als diffraktives oder dispersives optisches Element zur Verzögerung der Teilstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen mit jeweils unterschiedlicher Verzögerungsdauer ausgebildet. In diesem Fall weisen die jeweiligen Teilstrahlen eine unterschiedliche Wellenlänge auf und können mittels eines diffraktiven optischen Elements, z.B. eines Reflexions- oder Transmissions-Gitters oder eines dispersiven optischen Elements räumlich aufgeteilt und durch entsprechende Verzögerungsstrecken, wie

unterschiedlich lange Glasfaserkabel zum Multiplexen, zeitlich unterschiedlich stark verzögert werden.

Grundsätzlich kann die Verzögerungseinrichtung auch refraktive optische Elemente bzw. optische Elemente wie Umlenkspiegel, Keilplatten, Prismen oder dergleichen aufweisen, um die Teilstrahlen unterschiedlich stark zu verzögern, typischerweise bevor diese in die Analysator-Optik des Empfängers eintreten. Zur räumlichen Überlagerung der Teilstrahlen vor dem Eintritt in die Analysator-Optik können refraktive optische Elemente mit Antireflex-Beschichtungen mit einem

wellenlängenabhängigen Reflexionsgrad versehen sein oder Gradienten in der Antireflex-Beschichtung aufweisen, so dass Teilstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen überlagert werden.

Der Empfänger umfasst in der Regel eine Kollimations-Optik zur Kollimierung des Laserstrahls bzw. der Teilstrahlen des Laserstrahls vor dem Eintritt in die Analysator- Optik. Die Analysator-Optik, die zur Ermittlung der polarisationsabhängigen, d.h. von der Polarisationsrichtung abhängigen Intensitäten (bzw. äquivalent dazu der jeweiligen Leistung) dient, kann auf unterschiedliche Weise ausgebildet werden. Die Analysator-Optik weist zu diesem Zweck mindestens einen in der Regel nicht ortsauflösenden Detektor auf, der beispielsweise in Form einer Photodiode, z.B. einer PIN-Diode, ausgebildet sein kann. Zur Ermittlung von zwei oder mehr

Intensitäten bei unterschiedlichen (linearen) Polarisationsrichtungen kann die Analysator-Optik beispielsweise einen fest stehenden Polarisator und eine polarisationsdrehende Einrichtung, z.B. in Form einer rotierenden l/2- Verzögerungsplatte, aufweisen. Die Verwendung von bewegbaren optischen

Elementen ist aber für eine schnelle Auswertung mit Frequenzen im GHz-Bereich unvorteilhaft. Es ist daher günstig, wenn die Analysator-Optik keine beweglichen optischen Elemente aufweist.

Bei einer Ausführungsform umfasst die Analysator-Optik einen (geometrischen) Strahlteiler zur Aufteilung eines Strahlengangs der Analysator-Optik auf einen ersten und zweiten Detektions-Strahlengang. Der geometrische Strahlteiler kann

beispielsweise in der Art eines Strahlteiler-Würfels oder dergleichen ausgebildet sein und dazu dienen, die Leistung des Laserstrahls in einem fest vorgegebenen

Verhältnis (z.B. 50 : 50) auf die beiden Detektions-Strahlengänge aufzuteilen.

Bei einer Weiterbildung umfasst der erste Detektions-Strahlengang einen ersten Polarisations-Strahlteiler sowie einen ersten und zweiten optischen Detektor und der zweite Detektions-Strahlengang umfasst einen zweiten Polarisations-Strahlteiler sowie einen dritten und vierten optischen Detektor. Die optischen Detektoren, z.B. in Form von Fotodioden, z.B. von (kleinen) PIN-Dioden, ermöglichen Abtastraten bzw. Auflösungen von 10 GHz und mehr. Die Verwendung von vier Detektoren hat sich als günstig erwiesen, um aus den polarisationsabhängigen Intensitäten die

Polarisations-Parameter (Stokes-Parameter) der Feldverteilung zu ermitteln, wie weiter unten näher beschrieben wird. Die optischen Detektoren sind an die

Wellenlänge(n) des Laserstrahls bzw. der Teilstrahlen angepasst. Die optischen Detektoren bzw. die PIN-Dioden können als Freistrahl-Dioden oder als

fasergekoppelte Dioden (Single- oder Multimode) ausgebildet sein. Letztere haben den Vorteil einer geringeren Beeinflussung durch Streulicht. Die eingesetzten Detektoren bestimmen die maximal mögliche zeitliche Auflösung bei der Abtastung. Bei einer Weiterbildung weist die Analysator-Optik eine polarisationsdrehende Einrichtung zur Drehung einer Polarisationsrichtung des Laserstrahls (bzw. der jeweiligen Teilstrahlen des Laserstrahls) um 45° entweder vor dem ersten

Polarisations-Strahlteiler oder vor dem zweiten Polarisations-Strahlteiler auf. Bei der polarisationsdrehenden Einrichtung kann es sich beispielsweise um eine geeignet orientierte l/2-Verzögerungsplatte handeln. Zur Ermittlung der Polarisations- Parameter hat es sich als günstig erwiesen, wenn die vier Detektoren die Leistung bzw. die Intensität bei jeweils zwei senkrecht zueinander ausgerichteten

Polarisationsrichtungen (0° und 90° bzw. 45° und 135°) detektieren. Die Drehung der Polarisationsrichtung um 45° zwischen den beiden Detektions-Strahlengängen vereinfacht die Ermittlung der Polarisations-Parameter aus den

polarisationsabhängigen Intensitäten (s.u.). Mit Ausnahme der

polarisationsdrehenden Einrichtung sind die beiden Detektions-Strahlengänge bzw. reflektierte und transmittierte Strahlanteile des Laserstrahls in der Analysator-Optik austauschbar.

Bei einer weiteren Weiterbildung ist eine optische Weglänge der Analysator-Optik von dem (geometrischen) Strahlteiler zu dem ersten bis vierten optischen Detektor gleich groß. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die optische Weglänge in der Analysator-Optik bzw. von dem Strahlteiler zu den Detektoren gleich lang ist, damit keine Laufzeit-Differenzen zwischen den polarisationsabhängigen Intensitätssignalen auftreten, die an den optischen Detektoren ermittelt werden. Für den Fall, dass nur ein Laserstrahl verwendet wird, ist nicht nur die optische Weglänge in der Analysator- Optik, sondern auch von der Fokusebene zu den vier Detektoren gleich groß.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung zur Bildung eines Summen-Signals und/oder eines Differenz-Signals aus den ermittelten

polarisationsabhängigen Intensitäten des ersten und zweiten Detektors und/oder zur Bildung eines weiteren Summen-Signals und/oder eines weiteren Differenz-Signals aus den ermittelten polarisationsabhängigen Intensitäten des dritten und vierten Detektors ausgebildet. Die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, aus den

polarisationsabhängigen Intensitäten des ersten und zweiten bzw. des dritten und vierten Detektors ein Summen- bzw. ein Differenz-Signal zu erzeugen. Aus der Summe bzw. der Differenz zwischen jeweils zwei Intensitäten, die in zwei orthogonal ausgerichteten Polarisationsrichtungen ermittelt wurden, können die Polarisations- Parameter der Feldverteilung in dem Messbereich bestimmt werden. Bei den

Polarisations-Parametern handelt es sich in der Regel um zwei oder mehr der so genannten Stokes-Parameter, es können aber grundsätzlich auch andere Parameter bestimmt werden, welche den Polarisationszustand der Feldverteilung in dem

Messbereich beschreiben. Anhand der Summen- und Differenzsignale können die Partikel-Position bzw. die Partikel-Geschwindigkeit und die Partikel-Größe

gleichzeitig bestimmt werden.

Die Bildung der Summen- bzw. Differenz-Signale in der Auswerteeinrichtung kann in einer Auslese-Elektronik passiv über Richtkoppler erfolgen, oder aktiv über elektronische Verstärker (Operationsverstärker), um das Signal-zu-Rausch- Verhältnis und damit die Auflösung der Sensoranordnung zu vergrößern. Die

Geschwindigkeit der Auslese-Elektronik ist an die Bandbreite der Fotodioden angepasst. Die Auslese-Elektronik der Auswerteeinrichtung ist in den Empfänger integriert. Der Rest der Auswerteeinrichtung kann ebenfalls in den Empfänger bzw. in einem Gehäuse des Empfängers untergebracht sein, es ist aber auch möglich, dass ein Teil der Auswerteeinrichtung über eine Schnittstelle mit dem Empfänger in Verbindung steht, beispielsweise wenn die Berechnungen auf einem Auswerte- Computer oder dergleichen durchgeführt werden.

Bei einer Weiterbildung ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, aus dem Summen- Signal und/oder aus dem weiteren Summen-Signal die Partikel-Größe zu berechnen. Aufgrund des vergleichsweise kleinen Messbereichs und der hohen Zeitauflösung bei der Auswertung kann vereinfachend davon ausgegangen werden, dass jeweils nur ein einzelner Partikel den Messbereich durchläuft, d.h. die ermittelten

polarisationsabhängigen Intensitäten können eindeutig einem Partikel zugeordnet werden. Das Summen-Signal aus den polarisationsabhängigen Intensitäten, die an dem ersten und zweiten Detektor ermittelt werden, ist proportional zur Gesamt- Intensität des Laserstrahls, der den Messbereich durchlaufen hat (Stokes-Parameter so). Je kleiner die Gesamt-Intensität bzw. das Summen-Signal, desto stärker wird der Messbereich von dem Partikel abgeschattet, d.h. desto größer ist der Partikel bzw. dessen Querschnitt in der Fokusebene. Das Summen-Signal kann mit einem bzw. mit mehreren Schwellwerten verglichen werden, um die detektierten Partikel in ihrer Größe zu klassifizieren. Gegebenenfalls kann die Auslese-Elektronik zu diesem Zweck einen oder mehrere elektronische Komparatoren, ggf. mit einstellbarem Schwellwert, aufweisen. Mit Hilfe einer Kalibrierung bzw. durch Zuführen von Partikeln mit bekannter Partikel-Größe zu dem Messbereich kann die Größe der detektierten Partikel nicht nur relativ, sondern absolut bestimmt werden. Die

Klassifizierung der Partikel nach ihrer Partikel-Größe bzw. nach ihrem Partikel- Querschnitt kann über ein großes Größen-Intervall von beispielsweise ca. 100 nm - 5000 nm erfolgen.

Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, anhand des Differenz-Signals und/oder anhand des weiteren Differenz-Signals die Partikel- Position, die Partikel-Geschwindigkeit und/oder die Partikel-Beschleunigung in der Fokusebene bzw. in dem Messbereich zu berechnen. Zu diesem Zweck kann der zeitliche Verlauf eines Differenz-Signals, in der Regel der zeitliche Verlauf von beiden Differenz-Signalen, ausgewertet werden, bei denen es sich um die beiden Stokes-Parameter si, S2 handelt, welche die linearen Komponenten der Polarisation beschreiben. Zusätzlich kann zu diesem Zweck auch das Summen-Signal bzw. der Stokes-Parameter so herangezogen werden. Aufgrund der Korrelation zwischen der Polarisations- und der Intensitätsverteilung der Feldverteilung in der Fokusebene kann die Partikel-Position in dem Messbereich und somit anhand des zeitlichen Verlaufs die Partikel-Trajektorie rekonstruiert werden. Zu diesem Zweck kann ggf. vorab jedem Stokes-Vektor so, si, S2 eine Position in dem Messbereich zugeordnet und in einer Tabelle gespeichert werden. Anhand des zeitlichen Verlaufs bzw. der Veränderung des Stokes-Vektors so, si, S2 kann auch die Geschwindigkeit sowie die Beschleunigung eines Partikels in dem Messbereich ermittelt werden.

Wie weiter oben in Zusammenhang mit der Berechnung der Partikel-Größe beschrieben wurde, können beispielsweise mit Hilfe von elektronischen

Komparatoren, welche die Differenz-Signale mit ggf. einstellbaren Schwellwerten vergleichen, Abweichungen der Partikel-Trajektorie von einer Soll-Trajektorie detektiert werden. Für den Fall, dass die Abweichungen zu groß sind, kann ggf. steuernd oder regelnd in einen Prozess eingegriffen werden, bei dem die Partikel erzeugt bzw. die Partikel-Trajektorie vorgegeben wird. Bei der Soll-Trajektorie kann es sich insbesondere um eine vorgegebene, konstante Soll-Position des Partikels handeln, an welcher der Partikel gehalten werden soll. Durch die zeitliche Auflösung im GHz-Bereich können auch kleinste Abweichungen von einer solchen Soll-Position in Echtzeit bestimmt werden.

Mit Hilfe des Senders und des Empfängers können die Partikel-Position, die Partikel- Geschwindigkeit, die Partikel-Beschleunigung und/oder die Partikel-Größe in zwei Raumrichtungen in der Fokusebene bestimmt werden. Für die Charakterisierung der den Messbereich durchlaufenden Partikel in allen drei Raumrichtungen ist die Verwendung eines einzigen Paars aus Sender und Empfänger in der Regel nicht ausreichend.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensoranordnung einen weiteren Sender zur Fokussierung eines weiteren Laserstrahls in einer weiteren Fokusebene, welche die Fokusebene in dem Messbereich kreuzt, sowie einen weiteren

Empfänger zum Empfangen des weiteren Laserstrahls. Die Auswerteeinrichtung ist zur Bestimmung einer Partikel-Position, einer Partikel-Geschwindigkeit, einer

Partikel-Beschleunigung und/oder einer Partikel-Größe in drei Raumrichtungen ausgebildet. Der weitere Sender und der weitere Empfänger können insbesondere baugleich zu dem weiter oben beschriebenen Sender und Empfänger ausgebildet sein und zur Bestimmung der Partikel-Position, der Partikel-Geschwindigkeit, der Partikel-Beschleunigung und/oder der Partikel-Größe in zwei Raumrichtungen in der weiteren Fokusebene ausgebildet sein. Da die weitere Fokusebene und die

Fokusebene sich in dem Messbereich kreuzen, der von den Partikeln durchlaufen wird, stehen der Auswerteeinrichtung alle Informationen für die Charakterisierung der den Messbereich durchlaufenden Partikel in allen drei Raumrichtungen zur

Verfügung. Es ist günstig, wenn die Fokusebene und die weitere Fokusebene senkrecht zueinander ausgerichtet sind.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Sender ein Gehäuse mit einem

Austrittsfenster auf und der Empfänger weist ein Gehäuse mit einem Eintrittsfenster auf, zwischen denen die Fokusebene gebildet ist. Die Gehäuse von Sender und Empfänger sind durch Fenster von den zu untersuchenden Partikeln und Medien hermetisch abgedichtet. Die projizierte Messfläche und die Bahnkurven der Partikel werden in der Fokusebene detektiert, die zwischen den beiden hermetisch abgeschlossenen Gehäusen liegt.

In einer weiteren Ausführungsform sind der Sender und der Empfänger, genauer gesagt deren Gehäuse, fest miteinander verbunden. Der Sender und der Empfänger können durch eine feste, nicht lösbare Verbindung miteinander verbunden sein, beispielsweise können der Sender und der Empfänger an einem C-Rahmen befestigt sein. Die feste Verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger kann auch lösbar ausgebildet sein, beispielsweise können der Sender und der Empfänger durch eine Steckverbindung fest miteinander verbunden sein. Die feste Verbindung stellt sicher, dass der Sender und der Empfänger in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet und wie gewünscht zueinander ausgerichtet sind, d.h. in der Regel mit parallel ausgerichtetem Eingangs- und Ausgangsfenster.

Alternativ sind der Sender und der Empfänger der Sensoranordnung nicht fest miteinander verbunden. In diesem Fall werden der Sender und der Empfänger initial zueinander ausgerichtet und in dieser Ausrichtung stabilisiert (passive Ausführung). Alternativ werden der Sender und der Empfänger nicht fest miteinander verbunden, aber es wird eine optische Verbindung bzw. eine Ausrichtung des Senders und des Empfängers relativ zueinander mittels einer aktiven Stabilisierung des Laserstrahls aufrechterhalten (aktive Ausführung) . Zur Stabilisierung des Laserstrahls kann beispielsweise die Veränderung des Summensignals aller Detektoren der

Analysator-Optik in Kombination mit einer kleineren Abtastrate als die Partikel- Auslesefrequenz als Stabilitäts-Kriterium verwendet werden. In diesem Fall wird das Summensignal über eine deutlich längere Zeitdauer integriert als die Partikel- Auslesefrequenz. Durch die längere Integrationszeit wird in dem Summen-Signal die Langzeit-Drift zwischen dem Sender und dem Empfänger sichtbar, die z.B. aus einer thermischen Drift zwischen Sender und Empfänger resultiert. Durch eine geeignete Verschiebung und/oder Drehung von Sender und Empfänger relativ zueinander in Abhängigkeit von dem Summen-Signal als Stabilitäts-Kriterium kann die optische Verbindung bzw. die Ausrichtung zwischen Sender und Empfänger aufrechterhalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Signal einer Kamera (s.u.) als Stabilitäts-Kriterium verwendet werden. Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Empfänger einen weiteren Strahlteiler zum Auskoppeln eines Strahlungsanteils des Laserstrahls auf einen ortsauflösenden Detektor, insbesondere auf eine Kamera, auf. Mit dem weiteren Strahlteiler kann ein beliebiger Leistungsanteil des Laserstrahls auf eine Kamera zur

Prozessbeobachtung ausgekoppelt werden. Die Prozessbeobachtung kann u.a. zur initialen Ausrichtung der zu untersuchenden Partikel relativ zu dem Laserstrahl verwendet werden. Die weiter oben beschriebene aktive Stabilisierung der

Ausrichtung von Sender und Empfänger kann auch mit Hilfe eines Ausgangssignals der Kamera realisiert werden, welches als Stabilitäts-Kriterium verwendet wird. Die Kamera kann in den Empfänger integriert sein. Alternativ kann der Empfänger ein Auskoppelfenster aufweisen, an dem der ausgekoppelte Strahlungsanteil in Richtung auf die Kamera aus dem Empfänger ausgekoppelt wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine optische Anordnung, insbesondere für eine EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung, umfassend: eine Vakuum-Kammer, der Partikel zuführbar sind, sowie eine Sensoranordnung, die wie weiter oben

beschrieben ausgebildet ist, zur Charakterisierung, insbesondere zur Bestimmung der Partikel-Position, der Partikel-Geschwindigkeit, der Partikel-Beschleunigung und/oder der Partikel-Größe, der Partikel in der Vakuum-Kammer. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die Sensoranordnung in einer Vielzahl von

Anwendungsfeldern eingesetzt werden, um feste, flüssige oder gasförmige Partikel bzw. Partikelströme zu charakterisieren.

Beispielsweise kann die Sensoranordnung zur Charakterisierung von Partikeln bzw. von Partikelströmen in einer Vakuum-Kammer einer EUV- Strahlungserzeugungsvorrichtung verwendet werden. Eine solche EUV- Strahlungserzeugungsvorrichtung weist in der Regel eine Treiberlaseranordnung zur Erzeugung eines Treiber-Laserstrahls sowie eine Strahlzuführungseinrichtung zur Zuführung des Treiber-Laserstrahls zu der weiter oben beschriebenen Vakuum- Kammer auf. Der Treiber-Laserstrahl wird in einem Zielbereich der Vakuum-Kammer fokussiert, in der ein Target-Material in Form von Zinn-Partikeln bzw. von Zinn- Tröpfchen eingebracht ist. Ein jeweiliger Partikel geht bei der Bestrahlung mit dem Treiber-Laserstrahl in einen Plasma-Zustand über und emittiert hierbei EUV- Strahlung. Die Partikel des Target-Materials, welche zu dem Zielbereich geführt werden, sowie die Partikel, die beim Auftreffen des Laserstrahls auf das Target- Material (beim Zerstäuben des Target-Materials) erzeugt werden, können mit Hilfe der weiter oben beschriebenen Sensoranordnung charakterisiert werden. Es versteht sich, dass die Sensoranordnung auch zur Charakterisierung von Partikeln in anderen Anwendungsfeldern, z.B. zur Charakterisierung von Ruß-Partikeln, etc. eingesetzt werden kann.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeich nung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschlie ßende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 a eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung zur

Charakterisierung von Partikeln, die einen Messbereich in einer Fokusebene zwischen einem Sender und einem Empfänger durchlaufen,

Fig. 1 b eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung analog zu Fig. 1 a mit einem weiteren Sender und einem weiteren Empfänger,

Fig. 2a, b schematische Darstellungen einer Sensoranordnung, die zur Erzeugung einer Mehrzahl von Messbereichen in der Fokusebene ausgebildet ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer EUV-Strahlungserzeugungs- vorrichtung, die eine Sensoranordnung zur Charakterisierung von Partikeln in einer Vakuum-Kammer aufweist, sowie

Fig. 4 eine schematische Darstellung von zwei Feldverteilungen, die von der einer Moden-Konversionseinrichtung erzeugt werden. In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 a zeigt schematisch ein Beispiel einer Sensoranordnung 1, die einen Sender 2 zum Aussenden eines Laserstrahls 3 und einen Empfänger 4 zum Empfangen des Laserstrahls 3 aufweist. Der Sender 2 weist eine Laserquelle 5 zur Erzeugung des Laserstrahls 3 auf, bei der es sich im gezeigten Beispiel um einen Diodenlaser handelt, der eine Laser-Wellenlänge aufweist, die abhängig von der Anwendung aus einem Wellenlängen-Bereich zwischen ca. 180 nm und ca. 10000 nm ausgewählt ist. Im Strahlweg des Laserstrahls 3 folgt auf die Laserquelle 5 eine Kollimations-Optik in Form einer Kollimations-Linse 6 zur Kollimierung des Laserstrahls 3. Der kollimierte Laserstrahl 3 trifft nachfolgend auf eine Moden-Konversionseinrichtung 7 und wird mit einer nachfolgenden Fokussieroptik in Form einer Fokussierlinse 8 (mit

Brennweite f) auf eine Fokusebene 9 fokussiert, und zwar auf einen Messbereich 10, welcher der Fokuszone des Laserstrahls 3 in der Fokusebene 9 entspricht.

Die Sensoranordnung 1 dient zur Charakterisierung von Partikeln P, welche den Messbereich 10 durchlaufen, der in Fig. 1 a in einer Detaildarstellung in der XY- Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung Z des Laserstrahls 3 dargestellt ist. Mit Hilfe der Sensoranordnung 1 kann eine Partikel-Position Px, PY, eine Partikel- Geschwindigkeit vx, VY und eine Partikel-Größe bzw. ein Partikel-Durchmesser D von Partikeln P bestimmt werden, welche den Messbereich 10 durchlaufen.

Um dies zu ermöglichen, erzeugt die Moden-Konversionseinrichtung 7, die im gezeigten Beispiel als segmentierte Phasenplatte ausgebildet ist, und die alternativ beispielsweise als photonische Kristallfaser, als Flüssigkristall oder als diffraktives optisches Element ausgebildet sein kann, eine Feldverteilung 11 in der Fokusebene 9, wie sie in Fig. 4a dargestellt ist. Die von der Moden-Konversionseinrichtung 7 erzeugte Feldverteilung 11 ist radialsymmetrisch polarisiert, d.h. eine lokale

Polarisationsrichtung R(X, Y) der Feldverteilung 11 ist stets radial zum Zentrum des Strahlprofils des Laserstrahls 3 ausgerichtet. Die lokale Intensität l(X, Y) des

Laserstrahls 3 in der Feldverteilung 11 bildet eine radialpolarisierte Mode. Die in Fig. 4a gezeigte Feldverteilung 11 , welche eine Superposition einer TEM01 und einer TEM10 Mode darstellt, wird mit Hilfe der Moden-Konversionseinrichtung 7 aus einem TEMOO-Modenprofil erzeugt, das der Laserstrahl 3 beim Austritt aus der Laserquelle 5 aufweist.

Die in Fig. 4a gezeigte Feldverteilung 1 1 weist die Besonderheit auf, dass diese an jeder Position X, Y der Feldverteilung 1 1 und somit des Messbereichs 10 eine unterschiedliche Kombination der lokalen Intensität l(X,Y) und der lokalen

Polarisationsrichtung R(X,Y) aufweist, d.h. an keiner Position X, Y stimmen sowohl die Polarisationsrichtung R(X, Y) als auch die Intensität l(X, Y) der Feldverteilung 1 1 überein. Dies ermöglicht eine eindeutige Zuordnung jeder Position X, Y der

Feldverteilung 1 1 zu genau einer Kombination aus Intensität l(X, Y) und

Polarisationsrichtung R(X, Y).

Fig. 4b zeigt eine Feldverteilung 11a, welche ebenfalls die in Zusammenhang mit Fig. 4a beschriebene Eigenschaft aufweist, dass jeder Position X, Y eindeutig eine Polarisations-/lntensitätskombination zugeordnet werden kann. Im Gegensatz zu der in Fig. 4a gezeigten Feldverteilung 1 1 verläuft bei der in Fig. 4b gezeigten

Feldverteilung 1 1 a die Polarisationsrichtung R(X, Y) radial. Die Intensität l(X,Y) nimmt über die Feldverteilung 1 1 a entlang einer definierten Richtung kontinuierlich zu.

Die Eigenschaften der in Fig. 4a, b gezeigten Feldverteilungen 1 1 , 1 1 a können ausgenutzt werden, um die Partikel P auf die weiter oben beschriebene Weise zu charakterisieren, ohne hierbei eine ortsaufgelöste Messung durchführen zu müssen. Zu diesem Zweck wird der Laserstrahl 3 nach dem Durchlaufen des Messbereichs 10 zunächst von einer in dem Empfänger 4 angeordneten Kollimationsoptik in Form einer Kollimationslinse 12 kollimiert. Der kollimierte Laserstrahl 3 tritt über einen ersten geometrischen Strahlteiler 13 in eine Analysator-Optik 14 ein. An dem ersten Strahlteiler 13 wird ein Strahlungsanteil des Laserstrahls 3, beispielsweise von ca. 50% der Strahlungsleistung, ausgekoppelt und tritt nicht in die Analysator-Optik 14 ein. Die restlichen 50% der Strahlungsleistung des Laserstrahls 3 treffen auf einen zweiten geometrischen Strahlteiler 15, an dem der Laserstrahl 3, genauer gesagt dessen Strahlungsleistung, ebenfalls im Verhältnis 50 : 50 auf einen ersten

Detektions-Strahlengang 16a und einen zweiten Detektions-Strahlengang 16b aufgeteilt wird. Im ersten Detektions-Strahlengang 16a trifft der von dem zweiten Strahlteiler 15 transmittierte Laserstrahl 3 auf einen ersten Polarisations-Strahlteiler 17a, der den Laserstrahl 3 in zwei senkrecht zueinander linear polarisierte Anteile aufteilt. Von einem ersten Detektor 18a wird hierbei die Intensität h von Laserstrahlung mit einem Polarisations-Winkel von 0° erfasst, während die Intensität I2 der senkrecht dazu, d.h. mit einem Polarisationswinkel von 90°, polarisierten Laserstrahlung von einem zweiten Detektor 18b erfasst wird. Im zweiten Detektions-Strahlengang 16b trifft der vom zweiten Strahlteiler 15 reflektierte Laserstrahl 3 auf einen zweiten Polarisations- Strahlteiler 17b, durchläuft aber vorher eine polarisationsdrehende Einrichtung in Form einer l/2-Verzögerungsplatte 19, welche den Polarisationszustand des

Laserstrahls 3 um 45° dreht. Die Intensität des an dem zweiten Polarisations- Strahlteiler 17b reflektierten Strahlungsanteils, dessen Polarisationsrichtung einen Polarisations-Winkel von 45° aufweist, wird von einem dritten Detektor 18c detektiert. Entsprechend wird die Intensität U des von dem zweiten Polarisations-Strahlteiler 17b transmittierten Strahlungsanteils, dessen Polarisationsrichtung einen

Polarisations-Winkel von 135° aufweist, von dem vierten Detektor 18d erfasst. Mit Hilfe der vier Detektoren 18a-d werden somit vier polarisationsabhängige

Intensitätssignale h bis U erfasst.

Bei den optischen Detektoren 18a-d handelt es sich im gezeigten Beispiel um

Fotodioden, genauer gesagt um PIN-Dioden, welche eine Abtastung im GHz-Bereich ermöglichen. Bei dem in Fig. 1 a gezeigten Beispiel sind die Detektoren 18a-d in Form der PIN-Dioden als Freistrahl-Dioden ausgeführt. Die Analysator-Optik 14 weist Fokussierlinsen zur Fokussierung der vier linear polarisierten Anteile des

Laserstrahls 3 auf eine jeweilige PIN-Diode 18a-d auf. Alternativ können die optischen Detektoren 18a-d z.B. als fasergekoppelte PIN-Dioden ausgebildet sein. Die optischen Detektoren 18a-d können auf die Wellenlänge des Laserstrahls 3 abgestimmt bzw. für diese optimiert sein. Eine solche Optimierung ist aber nicht zwingend erforderlich, da herkömmliche Halbleiter-Detektoren 18a-d aus Si, InGaAs oder Ge den oben angegebenen Wellenlängen-Bereich gut abdecken. Die

Intensitätssignale h, I2, b, U werden mittels einer Auswerteeinrichtung 20

ausgewertet, wie weiter unten näher beschrieben wird. Im gezeigten Beispiel ist der Sender 2 durch ein Gehäuse 23 gegenüber der

Umgebung abgeschirmt. Entsprechend ist auch der Empfänger 4 durch ein Gehäuse 24 gegen die Umgebung abgeschirmt. Für den Austritt des Laserstrahls 3 ist an dem Gehäuse 23 des Senders 2 ein Austrittsfenster 21a gebildet. Am Gehäuse 24 des Empfängers 4 ist entsprechend ein Eintrittsfenster 21b zum Eintritt des Laserstrahls

3 in den Empfänger 4 nach dem Durchlaufen des Messbereichs 10 gebildet. Der Empfänger 4 weist ein Auskoppelfenster 21c auf, durch das ein Strahlungsanteil des Laserstrahls 3, der von dem ersten geometrischen Strahlteiler 13 transmittiert wird, aus dem Empfänger 4 auf einen ortsauflösenden Detektor in Form einer Kamera 22 ausgekoppelt wird. Die Kamera 22 dient zur Prozessbeobachtung und kann beispielsweise dazu verwendet werden, die Ausrichtung der Partikel P bzw. des Partikelstroms relativ zur Fokusebene 9 zu erkennen sowie ggf. zu korrigieren. Die Fenster 21 a-c ermöglichen es, den Sender 2 und den Empfänger 4 gegenüber der Umgebung abzuschirmen, so dass die Sensoranordnung 1 zur Detektion von unterschiedlichen flüssigen, gasförmigen oder festen Medien verwendet werden kann.

Der Sender 2 und der Empfänger 4 sind für die Ausrichtung relativ zueinander an einem Rahmen 25 befestigt. Der Rahmen 25 hält den Sender 2 und den Empfänger

4 in einem konstanten Abstand und einer konstanten Winkelausrichtung zueinander und ermöglicht eine koaxiale Ausrichtung der optischen Achse des Senders 2 und des Empfängers 4. Alternativ zum gezeigten Beispiel ist es möglich, den Sender 2 und den Empfänger 4 lösbar miteinander zu verbinden, z.B. mittels einer

Steckverbindung. Es ist ebenfalls möglich, den Sender 2 und den Empfänger 4 nicht miteinander zu verbinden, diese aber initial zueinander auszurichten (passive

Ausrichtung) oder mittels einer aktiven Strahl-Stabilisierung relativ zueinander auszurichten (aktive Ausrichtung). In letzterem Fall wird die Ausrichtung des Senders 2 und des Empfängers 4 relativ zueinander mit Hilfe einer aktiven

Laserstrahlstabilisierung aufrechterhalten. Zu diesem Zweck kann beispielsweise das von der Kamera 22 erzeugte Signal verwendet werden, das als Stabilitäts-Kriterium für die Ausrichtung des Senders 2 und des Empfängers 4 relativ zueinander dient. Auch das Summen-Signal I1 +I2+I3+I4 von allen Detektoren 18a-d kann - eine ausreichend lange Integrationszeit vorausgesetzt - als Stabilitäts-Kriterium dienen. Zur Charakterisierung der Partikel P wird in der Auswerteeinrichtung 20 aus den polarisationsabhängigen Intensitäten h, I2 des ersten und des zweiten Detektors 18a,b ein Summen-Signal h + I2 und ein Differenz-Signal h - I2 gebildet, welche dem Stokes-Parameter so bzw. dem Stokes-Parameter si entsprechen. Entsprechend wird aus den an dem dritten und vierten Detektor 18c,d ermittelten

polarisationsabhängigen Intensitäten , U ein weiteres Summen-Signal + U und ein weiteres Differenz-Signal I3 - U gebildet. Das weitere Differenz-Signal I3 - U entspricht hierbei dem Stokes-Parameter S2. Die Bildung der jeweiligen

Summensignale h + I2, + U bzw. der jeweiligen Differenzsignale I1— I2 , I3— U kann in der Auswerteeinrichtung 20 mit Hilfe von passiven elektronischen Bauelementen erfolgen, beispielsweise mit Hilfe von Richtkopplern, oder mit Hilfe von aktiven Bauelementen, z.B. mit Hilfe von Operationsverstärkern. Die Geschwindigkeit der Auslese-Elektronik der Auswerteeinrichtung 20 ist an die Bandbreite der Detektoren 18a-d angepasst.

Die Auswerteeinrichtung 20 ist ausgebildet, anhand des Summen-Signals so (bzw. h + I2) die Partikel-Größe D zu berechnen. Hierbei wird ausgenutzt, dass das Summen- Signal so proportional zur Gesamt-Intensität des Laserstrahls 3 ist, welcher den Messbereich 10 durchlaufen hat. Wird der Messbereich 10 teilweise oder ggf. ganz von einem Partikel P überdeckt, reduziert sich die Gesamt-Intensität des Laserstrahls 3 und somit auch der Wert des Summen-Signals so. Entsprechend kann auch das weitere Summen-Signal I3 + U ausgewertet werden, um die Partikel-Größe D zu berechnen. Anhand des Werts des Summen-Signals so können die Partikel P auch in ihrer Größe klassifiziert werden, beispielsweise indem der Wert des Summen-Signals so z.B. mit Hilfe von Komparatoren mit unterschiedlich großen Schwellwerten verglichen wird, die einer jeweiligen Größen-Klasse der Partikel P zugeordnet sind.

Die Auswerteeinrichtung 20 ist auch ausgebildet, anhand des Differenz-Signals si und anhand des weiteren Differenz-Signals S2 die Partikel-Position P _x , Py des

Partikels P in der Fokusebene 9 zu bestimmen. Gegebenenfalls kann zusätzlich das Summen-Signal so (oder das weitere Summen-Signal I3 - U) zu diesem Zweck herangezogen werden. Für die Positions-Bestimmung kann die Auswerteeinrichtung 20 beispielsweise eine Tabelle oder dergleichen aufweisen, die jeder Kombination si, S2 oder ggf. jeder Kombination so, si, S2 eine Position Px, Py in dem Messbereich 10 zuordnet. Anhand eines zeitlichen Verlaufs der Differenz-Signale si, S2 kann die Trajektorie des Partikels P in dem Messbereich 10 bestimmt werden. Anhand des zeitlichen Verlaufs der Differenz-Signale si, S2 können zudem auch eine Partikel- Geschwindigkeit v _x , VY sowie eine Partikel-Beschleunigung ax, ay an der jeweiligen Partikel-Position P _x , Py in der Fokusebene 9 bestimmt werden.

Da für die Charakterisierung der Partikel P Summen bzw. Differenzen aus den jeweiligen polarisationsabhängigen Intensitätssignalen h, I2, , U berechnet werden, ist es erforderlich, dass es nicht zu einem zeitlichen Versatz bzw. zu einer Laufzeit- Differenz zu den vier Detektoren 18a-d in der Analysator-Optik 14 kommt. Um dies zu verhindern, ist die Analysator-Optik 14 so ausgebildet, dass die optische

Weglänge von dem Strahlteiler 15, welcher den Laserstrahl 3 auf den ersten und zweiten Detektions-Strahlengang 16a,b aufteilt, zu den vier Detektoren 18a-d jeweils gleich lang ist.

Fig. 1b zeigt eine Sensoranordnung 1 , die den Sender 2 und den Empfänger 4 von Fig.1 a sowie einen weiteren Sender 2a und einen weiteren Empfänger 4a aufweist, die baugleich zu dem Sender 2 und dem Empfänger 4 von Fig. 1 a sind. Der weitere Sender 2a umfasst eine weitere (nicht gezeigte) Fokussiereinrichtung zur

Fokussierung eines weiteren Laserstrahls 3a in einer weiteren Fokusebene 9a, die senkrecht zur Fokusebene 9 von Fig. 1 ausgerichtet ist. Die Fokusebene 9 und die weitere Fokusebene 9a kreuzen sich in dem Messbereich 10. Eine nicht bildlich dargestellte weitere Auswerte-Optik des weiteren Empfängers 4a ermöglicht die Bestimmung der Partikel-Position Px, Pz, der Partikel-Geschwindigkeit v _x , v _z sowie der Partikel-Beschleunigung a _x , az von Partikeln P in der weiteren Fokusebene 9a. Da die beiden Fokusebenen 9, 9a sich in einem linienförmigen, in X-Richtung verlaufenden Abschnitt des Messbereichs 10 kreuzen, kann die Auswerteeinrichtung 20 die zusätzlichen Informationen nutzen, um die Partikel-Position Px, PY, PZ, die Partikel-Geschwindigkeit v _x , VY, V _Z sowie die Partikel-Beschleunigung a _x , ay, az von Partikeln P, welche den Messbereich 10 durchlaufen, in allen drei Raumrichtungen X, Y, Z zu bestimmen. Entsprechend kann die Auswerteeinrichtung 20 auch die Partikel-Größe D _x , Dy, Dz in allen drei Raumrichtungen X, Y, Z bestimmen. Die in Fig. 2a, b gezeigten Sensoranordnungen 1 unterscheiden sich von den in Fig. 1a,b gezeigten Sensoranordnungen 1 im Wesentlichen dadurch, dass nicht ein Messbereich 10 in der Fokusebene 9 erzeugt wird, sondern eine Mehrzahl von Messbereichen, von denen beispielhaft drei Messbereiche 10a-c dargestellt sind. Um die Mehrzahl von Messbereichen 10a-c zu erzeugen, ist im Strahlweg nach der Moden-Konversionseinrichtung 7 eine Strahlteiler-Einrichtung 26 angeordnet, welche den Laserstrahl 3 auf eine entsprechende Mehrzahl von Teilstrahlen aufteilt, von denen in Fig. 2a, b beispielhaft drei Teilstrahlen 3a-c dargestellt sind. Die drei Teilstrahlen 3a-c werden von der geeignet modifizierten Fokussieroptik 8 in drei Messbereichen 8a-c fokussiert, die in der Fokusebene 9 voneinander beabstandet angeordnet sind. In der Regel sind die Messbereiche 8a-c, ... in einer regelmäßigen Anordnung (einem Mess-Raster) in der Fokusebene 9 angeordnet. Durch die

Aufteilung des Laserstrahls 3 auf mehrere Teilstrahlen 3a-c kann der mit Hilfe der Sensoranordnung 1 überwachbare Bereich in der Fokusebene 9 deutlich vergrößert werden.

Die Laserquelle 5 der in Fig. 2a, b gezeigten Sensoranordnungen 1 wird gepulst betrieben, d.h. diese ist zur Erzeugung von Laserpulsen bzw. eines gepulsten Laserstrahls 3 ausgebildet. Die an der Strahlteiler-Einrichtung bzw. -Optik erzeugten Teilstrahlen 3a-c, welche die drei Messbereiche 10a-c durchlaufen, sind daher ebenfalls gepulst, wenn diese in den Empfänger 4 eintreten. Der Empfänger 4 weist eine Verzögerungseinrichtung 27 auf, um die Teilstrahlen 3a-c mit jeweils

unterschiedlichen Verzögerungsdauern Ata, Atb, At _c zu verzögern, so dass diese zeitlich versetzt in die Analysator-Optik 14 eintreten und die Intensitätssignale h, I2, , U, die unterschiedlichen Messbereichen 10a-c zugeordnet sind, zeitlich versetzt auf die Detektoren 18a-d treffen. Auf diese Weise kann ein zeitliches Multiplexing durchgeführt werden, so dass die Auswertung der Intensitätssignale h, I2, b, U, die unterschiedlichen Messbereichen 10a-c zugeordnet sind, zeitlich aufeinander folgend durchgeführt werden kann. Gegebenenfalls kann einer der Teilstrahlen 3a-c als Trigger-Signal für die Auswertung in der Auswerteeinrichtung 20 verwendet werden, wenn der jeweilige Teilstrahl 3a-c eindeutig identifizierbare (unveränderliche)

Intensitätssignale h, I2, I3, U, erzeugt. Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn der jeweilige Teilstrahl 3a-c obskuriert wird, beispielsweise indem einer der Messbereiche 10a-c den entsprechenden Teilstrahl 3a-c im Wesentlichen absorbiert. Für die Realisierung der Strahlteiler-Einrichtung 26 sowie der Verzögerungs einrichtung 27 bestehen unterschiedliche Möglichkeiten: Bei dem in Fig. 2a gezeigten Beispiel ist die Strahlteiler-Einrichtung 26 als diffraktives optisches

Element (Beugungs-Gitter) ausgebildet und dient zur Erzeugung einer Mehrzahl von Teilstrahlen 3a-c mit unterschiedlichen Wellenlängen A _a , Ab, A _c. Entsprechend ist die Verzögerungseinrichtung 27 als diffraktives optisches Element, z.B. als Reflexions oder als Transmissionsgitter, oder als dispersives optisches Element zum Verzögern der Teilstrahlen 3a-c mit den unterschiedlichen Wellenlängen A _a , Ab, A _c , ... mit jeweils unterschiedlicher Verzögerungsdauer At _a , Atb, At _c ausgebildet.

Bei dem in Fig. 2b gezeigten Beispiel weist die Strahlteiler-Einrichtung 26

mindestens ein Mikrolinsen-Array zur Erzeugung der Mehrzahl von Teilstrahlen 3a-c mit gleichen Wellenlängen A _a , Ab, A _c auf. Für die Erzeugung einer rasterförmigen Anordnung von Messbereichen 10a-c in der Fokusebene 9 kann die Strahlteiler- Einrichtung 26 beispielsweise Zylinderlinsen-Arrays aufweisen. Alternativ oder zusätzlich zu Mikrolinsen-Arrays kann auch ein diffraktives optisches Element in der Strahlteiler-Einrichtung 26 verwendet werden, welches mehrere Teilstrahlen 3a-c mit im Wesentlichen gleichen Wellenlängen A _a , Ab, A _c erzeugt. Die

Verzögerungseinrichtung 27 weist in diesem Fall typischerweise mindestens ein dispersives optisches Element, beispielsweise in Form einer Glasplatte oder einer Keilplatte, auf.

Wie in Fig. 2b angedeutet ist, kann die Fokussieroptik 8 in diesem Fall eine Mehrzahl von Fokussierlinsen aufweisen, um die jeweiligen Teilstrahlen 3a-c auf die

Messbereiche 10a-c zu fokussieren. Grundsätzlich können sowohl die Fokussieroptik 8 als auch die in Fig. 2a, b nicht dargestellte Kollimationsoptik 12 sphärische, asphärische, achromatische Linsen, gekreuzte Zylinderlinsen oder GRIN-Linsen aufweisen. Es versteht sich, dass die Fokussieroptik 8 und die Kollmationsoptik 12 alternativ oder zusätzlich zu transmittierenden optischen Elementen auch

reflektierende optische Elemente aufweisen können.

Die in Zusammenhang mit Fig. 1 a,b und Fig. 2a, b beschriebene Sensoranordnung 1 kann zur Charakterisierung von Partikeln P in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt werden. Nachfolgend wird beispielhaft anhand von Fig. 3 eine solche Anwendung anhand einer EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung 30 näher beschrieben. Die EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung 30 umfasst eine Strahlquelle 31 , eine Verstärkeranordnung 32 mit drei optischen Verstärkern bzw. Verstärkerstufen 33a-c, eine nicht näher dargestellte Strahlführungseinrichtung 34 sowie eine Fokussiereinrichtung 35. Die Fokussiereinrichtung 35 dient dazu, einen von der Strahlquelle 31 erzeugten und von den Verstärkeranordnung 32 verstärkten Treiber-Laserstrahl 31a an einem Zielbereich 36 in einer Vakuum-Kammer 38 zu fokussieren, in der Partikel P eingebracht sind. Die Partikel P bzw. ein einzelner Zinn-Tropfen, dient als Target-Material und wird mittels des Treiber-Laserstrahls 31 a bestrahlt. Der Zinn-Tropfen geht hierbei in einen Plasma-Zustand über und emittiert EUV-Strahlung, die mittels eines Kollektorspiegels 37 fokussiert wird. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel weist der Kollektorspiegel 37 eine Öffnung zum Durchtritt des Laserstrahls 31a auf. Die Strahlquelle 31 weist im gezeigten Beispiel zwei CO2-Laser auf, um einen Vor-Puls und einen Haupt-Puls zu erzeugen, die gemeinsam in der Verstärkeranordnung 32 verstärkt und auf den Zielbereich 36 fokussiert werden. Die Strahlquelle 31 bildet gemeinsam mit der Verstärkeranordnung 32 eine

Treiberlaseranordnung 39 der EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung 30.

Wie in Fig. 3 ebenfalls zu erkennen ist, sind an der Vakuum-Kammer 38 der Sender 2 und der Empfänger 4 der Sensoranordnung 1 angebracht. Die Fokusebene 9, in welcher der bzw. die Messbereiche 10, 10a-c gebildet sind, verläuft durch den Zielbereich 36 mit den Partikeln P in Form von Zinn-Tröpfchen. Mit Hilfe der

Sensoranordnung 1 können die Partikel P bzw. deren Bewegung zu dem Zielbereich 36 untersucht und deren Bewegung bzw. Trajektorie bestimmt werden. Auch die Größe der Partikel P bzw. die Größe von beim Zerstäuben eines jeweiligen Zinn- Tröpfchens durch den Treiber-Laserstrahls 31 a erzeugten, kleineren Partikeln kann mit Hilfe der Sensoranordnung 1 bestimmt werden. Auch die Trajektorien bzw. die Geschwindigkeit der beim Zerstäuben erzeugten Partikel P kann mittels der

Sensoranordnung 1 detektiert werden.