CN104932089A - 一种高频、高速、尺寸稳定的液滴阵列产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液滴阵列产生装置，包括转鼓、旋转驱动机构及外壳，其中，转鼓用于接收液料，旋转驱动机构带动转鼓转动，使液料成为一系列液滴，一系列液滴经过外壳后，产生高输出频率、高初速度、尺寸稳定的微米级液滴阵列。该装置能够应用于一系列需要提供高频、高速、尺寸稳定的液滴阵列的系统中，例如在极紫外光源系统中对光源激发所产生的碎屑进行收集，降低碎屑对腔内其他系统表面的污染和损坏，并同时具有较高的碎屑收集效率及有较好的光源光谱透过率。

Description

一种高频、高速、尺寸稳定的液滴阵列产生装置

技术领域

本发明属于仪器仪表领域，尤其涉及一种液滴阵列产生装置。

背景技术

目前，越来越多的领域需要提供微米级直径、尺寸稳定、出射频率较高，且具有一定初速度的液滴阵列产生装置作为系统的前端输入，例如在极紫外光源中进行碎屑收集。极紫外光源激发过程中会产生大量的碎屑，若无可靠的碎屑收集装置，势必会对光源后续的极紫外光收集系统带来严重的污染甚至损坏，轻则降低极紫外光收集系统收集效率，重则破坏其光收集能力。因此必须使用有效的碎屑收集装置对极紫外光激发过程汇总产生的碎屑进行收集，达到保护极紫外光收集系统的目的。由此，对碎屑收集装置的研究不断涌现。

在光源系统中，有效的碎屑收集装置需要满足两个方面的要求：

1、有较高的碎屑收集效率；

2、有较好的光源光谱透过率。

基于以上需求，在碎屑收集装置中，专利号为US007355190B2的专利“Debris Mitigation Device”中介绍了使用辐射状的叶片进行碎屑收集的方法。该专利中碎屑收集装置在光源光斑向外的轴线上预留孔，使能量密度较大的近轴光很容易通过。在轴外采用一圈辐射状的碳基叶片对碎屑进行阻挡及降温。由光源产生的的碎屑在传播路径上受到辐射状的叶形金属箔片阻挡，一部分速度降为零落下，另一部分黏贴在金属箔片上。虽然该方法可以有效的收集碎屑，其不足在于，辐射状的碳基叶片数量较少时，碎屑阻挡效果较差，辐射状的碳基叶片数量较多时，箔片对极紫外光的吸收较为严重，不利于极紫外光透过。

为了得到较高的光透过率，专利号WO 2011/110383 A1的专利“Radiation Source,Lithographic Apparatus and Device ManufacturingMethod”的碎屑阻挡装置中去掉了碳基叶片，采用对EUV光吸收较小的氢气作为缓冲气体阻挡碎屑，如图1所示。该专利中将碎屑收集器外壁1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2设计使用缓冲气体氢气对碎屑3进行收集。该方法可以有效提高通光率，但是碎屑收集效率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种液滴阵列产生装置，能产生高输出频率、高初速度、尺寸稳定的微米级液滴阵列，以进行碎屑收集，并能同时具有较高的碎屑收集效率及有较好的光源光谱透过率。

(二)技术方案

本发明提供一种液滴阵列产生装置，包括：

转鼓，用于接收液料，转鼓为一端开口的圆筒状结构，且在贴近其底面的侧壁上开有一个小孔；

旋转驱动机构，设于转鼓之下，用于带动转鼓绕其中心轴转动；

外壳，为一端开口的圆筒状结构，同轴套设于转鼓的外侧，且在侧壁上开有一个条带状开口，条带状开口与转鼓侧壁上的小孔在同一水平位置上。

进一步，液滴阵列产生装置还包括液料提供装置，用于存储液料并向转鼓提供液料。

进一步，液料提供装置包括：

储料箱，用于存储液料；

进料导管，用于将储料箱中的液料导入到转鼓中。

进一步，转鼓接收液料的位置位于转鼓底面上与条带状开口最远的位置。

进一步，液料为液态金属。

进一步，转鼓侧壁上的小孔为毫米量级的小孔。

进一步，液料在所述转鼓内被加速，形成液滴，其中，所述转鼓的转速和转鼓的直径满足下列公式：

$D=98.5\frac{1}{v}\sqrt{\frac{2\mathrm{\σ}}{d\mathrm{\ρ}}}$

其中，D为所要产生的液滴的直径，ρ为液料密度，d为转鼓直径，v为转鼓转速，σ为液料表面张力。

(三)有益效果

1、本发明提供的液滴阵列产生装置能产生出微米量级金属液滴组成的离散结构，对碎屑进行收集，这种离散结构相比碳基叶片的连续结构具有更好的透光效率。

2、本发明采用阵列式结构，在碎屑收集过程中实现对碎屑的逐级缓冲，通过调节液滴阵列密度实现对不同污染程度的碎屑的收集。

3、普通粘附型碎屑收集装置使用一段时间后需要更换叶片，以保证收集效果。本发明采用金属液滴完成碎屑收集，液滴产生装置并不参与收集过程，在使用过程中能够无需更换装置本身。

4、本发明在外壳条带状开口范围外的金属液滴出射后被外壳阻挡，使得碎屑收集介质—金属液滴可以回收再利用，节约时间、经济成本。

附图说明

图1为现有技术中碎屑收集器的示意图。

图2和图3为本发明的一个实施例提供的液滴阵列产生装置的结构示意图。

图4为本发明的一个实施例产生的液滴阵列用于收集碎屑的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种液滴阵列产生装置，包括转鼓、旋转驱动机构及外壳，其中，转鼓用于接收液料，转鼓为一端开口的圆筒状结构，且在贴近其底面的侧壁上开有一个小孔；旋转驱动机构设于转鼓之下，用于带动转鼓绕其中心轴转动；外壳为一端开口的圆筒状结构，同轴套设于转鼓的外侧，且在侧壁上开有一个条带状开口，条带状开口与转鼓侧壁上的小孔在同一水平位置上。

优选地，液滴阵列产生装置还包括液料提供装置，用于存储液料并向转鼓提供液料。

一种实施方式时，液料提供装置包括储料箱及进料导管，其中，储料箱用于存储液料，进料导管用于将储料箱中的液料导入到转鼓中。

为了使液料在转鼓内有足够的加速时间，转鼓接收液料的位置位于转鼓底面上与条带状开口最远的位置。

根据液滴直径与液滴材料、转鼓底面直径和转鼓转速有关，为产生出微米级液滴，使液料为液态金属，例如锌液和锡液，其中，所述转鼓的转速和转鼓的直径满足下列公式：

$D=98.5\frac{1}{v}\sqrt{\frac{2\mathrm{\σ}}{d\mathrm{\ρ}}}$

其中，D为所要产生的液滴的直径，ρ为液料密度，d为转鼓直径，v为转鼓转速，σ为液料表面张力。

转鼓侧壁上的小孔为毫米量级的小孔，通常为0.1mm～10mm。

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，对本发明进一步详细说明。

图2是本发明的液滴阵列的一个具体实施例的结构示意图。如图2所示，液滴阵列产生装置包括转鼓8、高速电机13、外壳7、储料箱4及进料导管6，其中，转鼓8为圆筒状结构，在贴近底面的外壁上开有一个1mm的小孔9，高速电机13设于转鼓8之下；外壳7为圆筒状结构，同轴设于转鼓8的外侧，外壳7的外壁上开有一个条带状开口11，条带状开口11与转鼓外壁的小孔9在同一高度的位置上，储料箱存储有金属液料，进料导管用于将储料箱中的金属液料导入到转鼓中。

如图3所示，储料箱4中的液态金属通过进料导管6进入转鼓8后，转鼓8中心与高速电机13相互咬合，高速电机13带动转鼓8快速旋转，其中，转鼓8的直径为200mm，高速电机13转速为8000转/分，液态金属被转鼓加速，受离心力作用迅速运动到转鼓8边缘，贴着转鼓8边缘的转鼓8外壁加速，液态金属加速过程中受金属液体粘滞力及表面张力作用形成金属液滴12，其中，金属液滴直径为40μm。转鼓转速稳定时，其液滴产生频率稳定。转鼓8内的金属液滴12在转鼓8内转动过程中不断调整其直径及速度，转动到转鼓外壁小孔9时，贴着转鼓外壁运动的金属液滴12失去转鼓8外壁向其施加沿转鼓底面半径指向转鼓圆心的向心力，液滴会沿转鼓底面的切线方向出射，下个液滴会在沿转鼓周长的下一个位置出射，以此类推，金属液滴的数量在转鼓底面的同心圆周长上进行累积。

其中，为使每个金属液滴12出射前都能满足直径及速度要求，使其在转鼓8内有足够的加速时间，将转鼓8接收液料5的位置设置在转鼓底面上与条带状开口11最远的位置。

金属液滴12从转鼓外壁开口9后出射后，在外壳条带状开口11范围内的金属液滴12穿过外壳条带状开口11从整个装置内出射，成为金属液滴阵列10的一部分。在外壳条带状开口11范围外的金属液滴出射后被外壳阻挡，在装置内部被回收再利用。

在上述过程中，转鼓8旋转一圈在外壳7的条带状开口11范围内的同心圆圆周上形成弧状的液滴链，由于液滴直径远小于转鼓直径，并且转鼓外壁开口9范围较小，因此同心圆周上的弧状液滴链可以近似看作是位于同一条线上的一排液滴链。本发明中的转鼓8的转速较高，当转鼓8旋转一圈，第一排金属液滴链形成后，转鼓8很快进入第二圈，第二圈旋转过程中又形成第二排金属液滴链，此时第一排金属液滴链已经出射一个旋转周期时间，因此在空间上第二排液滴链会紧接着第一排液滴链出射。以此类推，当第三金属排液滴链及后续液滴链分别出射后，装置外部会形成一个具有空间分布的微米级液滴阵列10。

如图4所示，具有空间分布的微米级金属液滴阵列10，能够在收集光源发光过程中产生的碎屑14上起到很好的作用。一方面在于，每个金属液滴12的直径很小，对光波有很好的透射作用，经过该碎屑收集装置后光能量损失较小。另一方面在于，金属液滴12的生成频率较高，即金属液滴阵列10中的液滴密度较大，金属液滴12之间的间距可以使光波很容易穿过，但是却对有一定体积的碎屑14有很好的抑制作用。并且在金属液滴阵列中，碎屑不断的碰到金属液滴12，逐渐被减速，最后被俘获排除，从而对碎屑进行有效收集。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种液滴阵列产生装置，其特征在于，包括：

转鼓，用于接收液料，所述转鼓为一端开口的圆筒状结构，且在贴近其底面的侧壁上开有一个小孔；

旋转驱动机构，设于所述转鼓之下，用于带动所述转鼓绕其中心轴转动；

外壳，为一端开口的圆筒状结构，同轴套设于所述转鼓的外侧，且在侧壁上开有一个条带状开口，所述条带状开口与所述转鼓侧壁上的小孔在同一水平位置上。

2.根据权利要求1所述的液滴阵列产生装置，其特征在于，还至少包括液料提供装置，用于存储液料并向所述转鼓提供液料。

3.根据权利要求2所述的液滴阵列产生装置，其特征在于，所述液料提供装置包括：

储料箱，用于存储所述液料；

进料导管，用于将所述储料箱中的所述液料导入到所述转鼓中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的液滴阵列产生装置，其特征在于，所述转鼓接收液料的位置位于所述转鼓底面上与所述条带状开口最远的位置。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的液滴阵列产生装置，其特征在于，所述液料为液态金属。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的液滴阵列产生装置，其特征在于，所述转鼓侧壁上的小孔为毫米量级的小孔。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的液滴阵列产生装置，其特征在于，所述液料在所述转鼓内被加速，形成液滴，其中，所述转鼓的转速和转鼓的直径满足下列公式：

$D=98.5\frac{1}{v}\sqrt{\frac{2\mathrm{\σ}}{d\mathrm{\ρ}}}$

其中，D为所要产生的液滴的直径，ρ为液料密度，d为转鼓直径，v为转鼓转速，σ为液料表面张力。