CN103354694B - 一种使用金属液滴帘降低碎屑的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用金属液滴帘降低碎屑的方法和装置，所述金属液滴帘包括从上至下运动的多条金属液滴串，每条金属液滴串由具有一定间隔的金属液滴组成。所述降低碎屑的装置包括金属液滴产生装置(10)和金属液滴收集装置(11)，该所述金属液滴产生装置(10)位于所述金属液滴收集装置(11)的正上方，且具有开口竖直向下的多个喷射口，每个喷射口可以喷射出具有一定间隔的金属液滴组成的金属液滴串。金属液滴收集装置(11)具有一个正对所述金属液滴帘(12)的液滴入口，使得所述金属液滴帘(12)流入该液滴入口后被收集。本发明能够有效地降低碎屑含量，能够应用于EUV光源系统中，从而有效地降低碎屑的污染和元件的损坏。

Description

一种使用金属液滴帘降低碎屑的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种降低碎屑的方法和装置，具体涉及一种EUV光源系统中降低光源碎屑的方法和装置。

背景技术

带电粒子、电中性粒子、残余气体等多种碎屑对真空腔室和元器件的污染和危害是极其严重的。以EUV光源系统为例，在EUV辐射源辐射出极紫外光的同时，还会产生带电粒子、电中性粒子、残余气体等多种碎屑。这些废弃物质(尤其是其中的带电粒子、电中性粒子)具有较高的出射能量，沿着光路传播至后续的光学系统，对光学仪器表面会产生严重污染与损坏。因此需要在碎屑传播至光学系统前及时地将其清除，以降低碎屑对其的损坏程度。

比如公开号为WO2009/144609A1、名称为“DebrisMitigationDevice”的国际专利申请公开文件中介绍了使用辐射状的叶形箔片配合流动气体进行碎屑消减的方法。该专利文件中碎屑消减分为两部分，首先采用与碎屑运动方向相反的气流对碎屑进行降温，并且阻挡体积较小、速度较小的碎屑。穿过气体屏障的碎屑则受到辐射状的叶形金属箔片阻挡，一部分速度降为零落下，另一部分粘附在金属箔片上。虽然该方法可以有效地阻挡碎屑，但辐射状的金属箔片数量较少时，碎屑阻挡效果较差，辐射状的金属箔片数量较多时，箔片对EUV光的吸收较为严重，不利于EUV光收集。

为了解决EUV光损失较大的问题，公开号为WO2011/110383A1、名称为“RadiationSource，LithographicApparatusandDeviceManufacturingMethod”的国际专利申请公开文件中的碎屑阻挡装置中，去掉了叶形金属箔片，并且将阻挡碎屑的缓冲气体改为对EUV光吸收较小的氢气。该专利文件中将碎屑收集器设计为口径逐步收缩的圆锥形状，以碎屑收集器的物理形状限制碎屑量，同时通过合理的气体流场设计使用缓冲气体氢气对碎屑进行阻挡。该方法可以有效提高通光率，但是碎屑阻挡效率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为提高碎屑阻挡效率，同时尽量降低通光率，本发明提出一种使用金属液滴帘降低碎屑的方法和相应的装置。

(二)技术方案

本发明提出一种降低碎屑的方法，该方法在碎屑的传播路径上设置流动的金属液体，使该金属液体阻止碎屑的运动并带走碎屑。

本发明的一种实施方式是，所述碎屑是由EUV辐照源辐射出EUV光时产生的作为污染物的碎屑，所述流动的金属液体是金属液滴帘，该金属液滴帘能透过所述EUV光。

本发明的一种实施方式是，所述金属液滴帘包括从上至下运动的多条金属液滴串，每条金属液滴串由具有一定间隔的金属液滴组成。

本发明还提出一种降低碎屑的装置，包括金属液滴产生装置，其具有开口竖直向下的多个喷射口，每个喷射口可以喷射出具有一定间隔的金属液滴组成的金属液滴串，从而，当所有喷射口都喷射出金属液滴串时，各金属液滴串共同构成一个金属液滴帘。

本发明的一种实施方式是，降低碎屑的装置还包括金属液滴收集装置，其位于所述金属液滴产生装置的正下方，并且具有一个正对所述金属液滴帘的液滴入口，使得所述金属液滴帘流入该液滴入口后被收集。

本发明的一种实施方式是，该降低碎屑的装置是一个碎屑收集器，其安装于一个EUV光源系统中，该EUV光源系统包括EUV辐照源和光学系统，由该EUV辐照源辐射出的EUV光由光学系统会聚在位于光轴上的中间焦点，所述碎屑收集器位于所述EUV辐照源和光学系统之间。

本发明的一种实施方式是，所述碎屑收集器到所述EUV辐照源之间的距离d满足D＞2dtan(θ/2)，其中D为金属液滴帘的宽度，θ为所述光学系统的光束收集全角。

本发明的一种实施方式是，所述金属液滴产生装置包括转轮，当该转轮高速转动且液体金属物料流至转轮的侧面时，该液体金属物料能够被该转轮加速并从转轮的切向出射，形成具有空间阵列式分布的金属液滴阵列。

本发明的一种实施方式是，所述金属液滴产生装置还包括用于存储液体金属物料的储料箱，其底部与多个平行排列的进料管连通，以使所存储的该液体金属物料能通过所述多个平行排列的进料管流至所述高速转轮的侧面，所述进料管的出液口位于高速转轮的偏心位置。

本发明的一种实施方式是，所述转轮由电机带动。

(三)有益效果

本发明使用金属液滴帘来降低碎屑，因为金属液滴的质量、密度比气体大，与高能碎屑粒子碰撞时能更好地降低碎屑粒子的速度，从而有效地阻挡了碎屑粒子进入其他系统。

另外，由于金属液滴帘的比热容比气体大，能充分吸收碎屑所携带的热量，即便部分碎屑能透过金属液滴帘，其也已经过制冷，降低了碎屑散热量对其他部件的影响。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的具有碎屑收集器的EUV光源系统的结构示意图；

图2A和图2B是本发明的一个实施例的金属液滴帘碎屑收集器的结构示意图，其中图2A是侧视图，图2B是正视图；

图3A和图3B是本发明的实施例中碎屑通过金属液滴帘碎屑收集器的示意图，其中图3B是图3A的圆圈C中的放大图。

图4A～图4C是本发明的金属液滴帘中金属液滴的示例形状图；

图5A和图5B是本发明的一个实施例的金属液滴帘产生装置结构示意图，其中图5A是正视图，图5B是侧视图；

图6是图5B中的A-A面视图。

具体实施方式

本发明提出了一种降低碎屑的方法和相应的装置。总的来说，本发明的方法采用在碎屑的传播路径上设置流动的金属液体来带走碎屑。对于EUV光源统来说，由于碎屑与EUV光的传播路径相同，为了保证金属液体不会阻断EUV光的传播，本发明采用金属液滴帘作为流动的金属液体，由此，EUV光可以穿过液体金属帘之间的缝隙进行传播。

本发明的装置相应地采用能够产生流动的金属液体的装置作为碎屑收集器，特别是使用金属液滴帘形成的碎屑收集器，以有效降低碎屑对诸如收集镜等元件的污染。

本发明的液体金属可以是镓、铟、锡、铷、钾、钠等低熔点金属以及他们的合金。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的一个实施例的具有碎屑收集器的EUV光源系统的结构示意图。在EUV光源系统中，为了保持后续光学系统腔室的清洁度，减少EUV辐照源产生的碎屑对光学系统表面的损坏，必须要在解决三个问题：一是在碎屑传播到光学系统前能有效地将其清除；二是在减低碎屑的同时，EUV光能够有效地透过，即EUV光在通过碎屑收集器时能量损失较小；三是对于透过碎屑收集器的碎屑，降低其能量，减轻因碎屑散热对光学系统带来的损坏作用。

如图1所示，本发明的一个实施例的EUV光源系统1中，主要包括EUV辐照产生装置2、碎屑收集器4和光学系统5。EUV辐照产生装置2包括产生EUV幅照的辐照源3、EUV辐照源3辐射出EUV光6，同时会产生作为污染物的带电粒子、中性粒子等碎屑7。由EUV辐照源3辐射出的EUV光由光学系统5会聚在位于光轴8上的中间焦点(Intermediatefocus，IF)9。用于降低碎屑的装置在该实施例中是一个碎屑收集器4，其位于EUV辐照源3和光学系统5之间。该碎屑收集器4用于去除所述的碎屑7。光学系统5一般为EUV光收集镜，它可收集与光轴8夹角为θ/2内的EUV光，从而θ称为该收集镜对EUV光的收集全角。

图2A和图2B是上述实施例中的碎屑收集器4的结构示意图，其中图2A是侧视图，图2B是正视图。如图2A和图2B所示，该碎屑收集器4是由金属液滴帘来实现。金属液滴帘是指位于同一面内并朝同一方向运动的多个金属液滴构成的动态帘形物。

该实施例中，金属液滴帘包括从上至下运动的多条金属液滴串，每个金属液滴串由具有一定间隔的金属液滴组成，所述金属液滴之间能透过光。碎屑收集器4包括金属液滴产生装置10、金属液滴收集装置11。金属液滴产生装置10位于金属液滴收集装置11的正上方，且具有开口竖直向下的多个喷射口，每个喷射口可以喷射出具有一定间隔的金属液滴组成的金属液滴串。从而，当所有喷射口都喷射出金属液滴串时，各金属液滴串共同构成一个金属液滴帘12。金属液滴收集装置11位于金属液滴产生装置10的正下方，并且具有一个正对所述金属液滴帘12的液滴入口，使得所述金属液滴帘12流入该液滴入口后被收集。

由此，EUV辐照源3产生的碎屑7被金属液滴帘12有效地阻挡，并随着金属液滴帘沿着方向13一起流入收集装置11。金属液滴帘12所充斥的区域称为碎屑缓冲区14，碎屑缓冲区域14的宽度D(即金属液滴帘宽度)稍大于EUV光入射区域15。

金属液滴帘碎屑收集器4到EUV辐照源3之间的距离d的大小与光束收集全角θ有关，要求满足D＞2dtan(θ/2)，D为金属液滴帘12的宽度。例如，当收集角为30°，碎屑收集器4离EUV辐照源2250mm时，其金属液滴帘12宽度为140mm左右较为适宜。

在EUV光源系统1中，金属液滴帘碎屑收集器4阻挡碎屑7的原理可通过图3A和图3B得以理解，图3A和图3B是上述实施例中碎屑7通过碎屑收集器4的示意图。如图3所示，带电粒子16、17、中性粒子18等碎屑7进入碎屑缓冲器4之后，与金属液滴帘12中的金属液滴19碰撞，它们在光轴8方向上被减速，而在垂直光轴方向13的方向上，碎屑7受到金属液滴的冲撞，和金属液滴一起沿着方向13运动并被导出。碎屑缓冲区14的温度比EUV辐照源3产生的碎屑7的温度要低得多，起到了对碎屑制冷的作用。除了大部分碎屑被金属液滴带走外，其中还有少量的碎屑20可从金属液滴间隙穿过，但通过低温碎屑缓冲区的制冷，碎屑20对光学系统的危害也降低。

而EUV光6的传播速度远远大于金属液滴的速度，对于EUV光来说金属液滴帘12可视为静止的，大部分EUV光可从金属液滴10间隙穿过继续传播。EUV光的透过率T与金属液滴的直径a和间距b有关，一般T≈1-(πa²)/4b²，比如，金属液滴直径为50μm，平均间距为100μm，透过率约为80％。具体应用金属液滴帘碎屑收集器时，可根据实际情况中碎屑尺寸范围，在保证有效阻挡碎屑的情况下，通过控制金属液滴的尺寸以及间距得到较佳的光透过率。

构成所述金属液滴帘12的金属液滴可以是各种形状，除了通常的球形(如图4A所示)外，还可以是柱形等形状的液滴(如图4B所示)，或者混合组成的金属液滴帘(如图4C所示)。

金属液滴帘产生装置10有多种实现方法，其中一种为采用离心切向甩出的方法实现，结构如图5A和图5B所示，其中图5A是正视图，图5B是侧视图。该装置主要包括储料箱21、进料管22、转轮23和电机24。储料箱21用于存储液体金属物料25，其底部与多个平行排列的进料管22连通。电机24优选为高速电机，用于带动转轮23高速转动。

工作过程中，电机24带动转轮23高速转动，储料箱21中的液体金属物料25通过多个平行排列的进料管22流至高速转轮23的侧面。进料管22的出液口位于高速转轮23的偏心位置(即进料管22的延长线与转轮23的转动轴不相交)，液体金属物料附着到高速转轮表面后就被加速，加速过程中液体金属物料受材料粘滞力和表面张力的作用形成金属小液滴，当金属小液滴所受的离心力大于与高速转轮表面的摩擦力时，液体金属沿切向出射，形成具有空间阵列式分布的金属液滴阵列，即用于阻挡碎屑的金属液滴帘12，如图6所示，该图6是如图5B中A-A面视图。金属液滴的直径可通过转轮转速控制，转速越大，产生的金属液滴直径越小。

如上所述，本发明通过使用金属液滴帘形成的碎屑收集器，有效地阻止碎屑进入光学系统，同时可以制冷碎屑，而EUV光也能有效地通过碎屑收集器。

以上以EUV光源系统为例说明了金属液滴帘碎屑收集器降低碎屑对光学系统表面的污染和损坏。本发明不局限于EUV光源系统，而适用于需要降低碎屑的任何系统中，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种降低碎屑的方法，其特征在于：在碎屑传播路径上设置流动的金属液体，使该金属液体阻止碎屑的运动并带走碎屑，所述碎屑是由EUV辐照源(3)辐射出EUV光(6)时产生的作为污染物的碎屑(7)，所述流动的金属液体是金属液滴帘，该金属液滴帘能透过所述EUV光(6)。

2.如权利要求1所述的降低碎屑的方法，其特征在于：所述金属液滴帘包括从上至下运动的多条金属液滴串，每条金属液滴串由具有一定间隔的金属液滴组成。

3.一种降低碎屑的装置，其特征在于：包括金属液滴产生装置(10)，其具有开口竖直向下的多个喷射口，每个喷射口可以喷射出具有一定间隔的金属液滴组成的金属液滴串，从而，当所有喷射口都喷射出金属液滴串时，各金属液滴串共同构成一个金属液滴帘(12)，所述碎屑是由EUV辐照源(3)辐射出EUV光(6)时产生的作为污染物的碎屑(7)。

4.如权利要求3所述的降低碎屑的装置，其特征在于：还包括金属液滴收集装置(11)，其位于所述金属液滴产生装置(10)的正下方，并且具有一个正对所述金属液滴帘(12)的液滴入口，使得所述金属液滴帘(12)流入该液滴入口后被收集。

5.如权利要求4所述的降低碎屑的装置，其特征在于：该降低碎屑的装置是一个碎屑收集器(4)，其安装于一个EUV光源系统(1)中，该EUV光源系统(1)包括EUV辐照源(3)和光学系统(5)，由该EUV辐照源(3)辐射出的EUV光由光学系统(5)会聚在位于光轴(8)上的中间焦点(9)，所述碎屑收集器(4)位于所述EUV辐照源(3)和光学系统(5)之间。

6.如权利要求5所述的降低碎屑的装置，其特征在于：所述碎屑收集器(4)到所述EUV辐照源(3)之间的距离d满足D＞2dtan(θ/2)，其中D为金属液滴帘(12)的宽度，θ为所述光学系统(5)的光束收集全角。

7.如权利要求3至6中任一项所述的降低碎屑的装置，其特征在于：所述金属液滴产生装置(10)包括转轮(23)，当该转轮(23)高速转动且液体金属物料(25)流至转轮(23)的侧面时，该液体金属物料(25)能够被该转轮(23)加速并从转轮(23)的切向出射，形成具有空间阵列式分布的金属液滴阵列。

8.如权利要求7所述的降低碎屑的装置，其特征在于：所述金属液滴产生装置(10)还包括用于存储液体金属物料(25)的储料箱，其底部与多个平行排列的进料管(22)连通，以使所存储的该液体金属物料(25)能通过所述多个平行排列的进料管(22)流至所述高速转轮(23)的侧面，所述进料管(22)的出液口位于所述转轮(23)的偏心位置。

9.如权利要求7所述的降低碎屑的装置，其特征在于：所述转轮(23)由电机(24)带动。