CN109116683B - 喷嘴模块、光刻装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

提供一种喷嘴模块，喷嘴模块包括一喷嘴，喷嘴具有一腔体及一液体输出口。喷嘴模块还包括一毛细管，毛细管连接液体输出口而与腔体连通。喷嘴模块还包括一压电元件，压电元件夹持毛细管。再者，喷嘴模块包括一频率产生元件，频率产生元件设置于腔体的外表面，用以对腔体提供一振荡频率。

Description

喷嘴模块、光刻装置及其操作方法

技术领域

本公开涉及一种喷嘴模块，特别为有关于可应用在极紫外光(extremeultraviolet，EUV)光刻技术的喷嘴模块、光刻装置及其操作方法。

背景技术

半导体集成电路产业历经快速的成长，集成电路材料及设计技术的进步产生数个世代的集成电路，每一世代的集成电路具有比前一世代更小且更复杂的电路。在集成电路的发展过程中，功能密度(亦即，每晶片面积内所连接的装置的数量)通常会增加，且几何图形尺寸(亦即，工艺中所能制造出的最小元件或线路)缩小。尺寸的缩小提供了增加生产效率及降低成本的优点，然而尺寸的缩小也增加了集成电路工艺与制造上的复杂度。

集成电路工艺通常包括在半导体基底上沉积介电层、导电层或半导体层等各种材料层，且对材料层进行图案化工艺(例如，光刻工艺及/或蚀刻工艺)，以在半导体基底上形成集成电路元件。光刻工艺是一种利用光线照射具有图案的掩模将图案转印到感光材料(例如，光致抗蚀剂)上的工艺，光刻工艺一般包括涂布光致抗蚀剂、曝光、显影等主要步骤。具体而言，元件所需的图案先制作在掩模上，利用曝光工艺使光致抗蚀剂中未被掩模图案遮蔽的区域产生光化学反应，改变光致抗蚀剂的性质，接着进行显影工艺，形成与掩模图案相同的光致抗蚀剂图案。之后，利用蚀刻工艺将光致抗蚀剂图案转移至需要图案化的材料层，以形成集成电路元件。

目前发展出通过调整光学光刻辐射源的曝光波长改良光光刻分辨率的技术，以实现集成电路元件更小的临界尺寸(或称为最小特征尺寸)。举例来说，随着高分辨率的光刻工艺的需求增加，已发展出极紫外光(EUV)光刻技术。虽然现有的光刻技术大致上可以达到预期目的，然而现有的光刻技术并没有在所有方面都令人满意。例如，光学光刻辐射源的品质及稳定性可能是不足够的，且光刻装置内容易产生污染而缩短使用寿命。

发明内容

本公开实施例是提供一喷嘴模块。喷嘴模块包括一喷嘴，喷嘴具有一腔体及一液体输出口。喷嘴模块还包括一毛细管，毛细管连接液体输出口而与腔体连通。喷嘴模块还包括一压电元件，压电元件夹持毛细管。再者，喷嘴模块包括一频率产生元件，频率产生元件设置于腔体的外表面，用以对腔体提供一振荡频率。

本公开实施例是提供一种光刻装置。光刻装置包括一液滴产生器。液滴产生器包括前述喷嘴模块。光刻装置还包括一射线收集器，射线收集器设置于液滴产生器下方。光刻装置还包括一激光光源，激光光源设置于射线收集器下方。

本公开实施例是提供一种光刻装置的操作方法。光刻装置的操作方法包括在一喷嘴的一腔体内提供一液态靶材。光刻装置的操作方法还包括使用一频率产生元件对腔体提供一振荡频率。光刻装置的操作方法还包括朝向一射线源腔体内喷出液态靶材。使用一压电元件挤压液态靶材，使得喷出的液态靶材在射线源腔体内形成多个靶材液滴。再者，光刻装置的操作方法包括使用一激光光源对靶材液滴照射一脉冲激光，以在射线源腔体内产生一射线。光刻装置的操作方法还包括使用一射线收集器将射线引导到射线源腔体外。

附图说明

图1是绘示出根据一些实施例的光刻装置的示意图。

图2是绘示出根据一些实施例的喷嘴模块的示意图。

图3是绘示出根据一些实施例的喷嘴模块的示意图。

图4是绘示出根据一些实施例的光刻装置的操作方法的示意图。

图5是绘示出根据一些实施例的喷嘴振荡的频率与强度的关系图。

附图标记说明：

100 光刻装置

200 射线源腔体

300 射线收集器

400 激光光源

500 聚焦光学模块

510 反射镜

520 透镜

600 液滴产生器

601 喷嘴模块

610 壳体

620 喷嘴

621 腔体

622 液体输出口

630 毛细管

640 压电元件

650 过滤元件

660 保护元件

670 频率产生元件

700 液滴收集器

801、811、812、813、814 靶材液滴

D 间隔距离

f₁ 第一固有频率

f₂ 第二固有频率

S₁ 强度

S₂ 强度

具体实施方式

以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例，以实施本公开的不同特征。而本说明书以下的公开内容是叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以求简化发明的说明。当然，这些特定的范例并非用以限定本公开。例如，若是本说明书以下的公开内容叙述了将一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦包含了可将附加的特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与上述第二特征可能未直接接触的实施例。另外，本公开的说明中不同范例可能使用重复的参考符号及/或用字。这些重复符号或用字为了简化与清晰的目的，并非用以限定各个实施例及/或所述外观结构之间的关系。

本公开实施例可配合附图一并理解，本公开的一些实施例的附图亦被视为发明对其进行说明的一部分。需了解的是，本公开的一些实施例的附图不一定以实际装置及元件的比例绘示，例如在附图中可能放大尺寸以便清楚表现出本公开的一些实施例的特征。此外，附图中的结构及装置是以示意的方式绘示，以便清楚表现出本公开的一些实施例的特征。

再者，为了方便描述附图中一元件或特征部件与另一(多个)元件或(多个)特征部件的关系，可使用空间相关用语，例如“在…之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及类似的用语等。可以理解的是，除了附图所绘示的方位之外，空间相关用语涵盖使用或操作中的装置的不同方位。所述装置也可被另外定位(例如，旋转90度或者位于其他方位)，并对应地解读所使用的空间相关用语的描述。可以理解的是，在所述方法之前、期间及之后，可提供额外的操作步骤，且在一些方法实施例中，所述的一些操作步骤可被替代或省略。

在以下的公开内容中，所述「大约」的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，例如是10％之内，又例如是5％之内、3％之内、2％之内、1％之内或0.5％之内。

以下所述实施例可能讨论特定的内容，例如所述喷嘴模块及光刻装置是应用于极紫外光(extreme ultraviolet，EUV)光刻技术，然而本领域技术人员阅读所公开内容可理解在其他实施例中可考虑其他各种应用，包括任何适合的科技世代的先进光刻工艺。应注意的是，此处所讨论的实施例可能未必叙述出喷嘴模块及光刻装置的每一个元件及其操作方法，且可能以特定的配置来讨论喷嘴模块及光刻装置，然而在其他方法实施例中，喷嘴模块及光刻装置可以具有任何合理的配置及操作方法。

在本公开实施例中描述的先进光刻工艺、方法及材料可以适用于许多应用中，包括鳍式场效晶体管(fin-type field effect transistor，FinFET)。例如，鳍结构可能被图案化以在多个结构之间产生相对较小的间隔，而本公开实施例适合应用于此。再者，本公开实施例可以应用在用来形成鳍式场效晶体管的鳍结构的间隙壁(spacer)的工艺。

极紫外光光刻技术是利用具有极短波长(例如，大约13.5纳米)的极紫外光射线作为曝光工艺中的光源。通常可通过激光产生等离子体法(laser-produced plasma，LPP)或放电产生等离子体法(discharge-produced plasma，DPP)来产生极紫外光射线。一般而言，激光产生等离子体法是将激光光束聚焦在从喷嘴喷出的靶材液滴(target droplet)上，利用激光光束撞击靶材液滴而形成高度离子化的等离子体，此高度离子化的等离子体会发射出波长为大约13.5纳米的极紫外光射线。在其他情况下，利用激光产生等离子体法形成的等离子体亦可发射出其他所需的波长的射线。

通过激光产生等离子体法所产生的极紫外光射线的功率取决于激光光束聚焦在靶材液滴上的良好程度。举例来说，若适当聚焦激光光束，则所得到的极紫外光射线的功率可具有所需的功率。然而，若靶材液滴的位置偏离，则激光光束可能不对焦而无法良好地聚焦在靶材液滴上(亦即，激光光束可能聚焦至未照射到靶材液滴的位置上)，如此一来将减少所得到的极紫外光射线的功率。再者，极紫外光射线是利用激光光束撞击多个靶材液滴所形成，然而，如果从喷嘴喷出的每一个靶材液滴没有完全对准激光光束聚焦的位置上，则可能导致极紫外光射线的功率不一致且不稳定，进而造成曝光工艺出现问题(例如，曝光不均匀)。靶材液滴没有完全对准激光光束聚焦的位置上的原因包括喷嘴喷出靶材液滴的时间有误差(亦可称为「cross-interval drifting或timing offset」)、喷出的靶材原本应形成单一液滴却分裂成多个液滴(亦可称为「satellite」)、或是其他可能的因素。

有鉴于此，本公开实施例提供一种喷嘴模块、光刻装置及其操作方法，能够精准地控制靶材液滴从液滴产生器的喷嘴模块喷出的时间，确保每一个靶材液滴对准激光光束聚焦的位置上，以提升所得到的极紫外光射线的功率，且减少或消除多个靶材液滴从喷嘴模块喷出的时间间隔上的差异，使得所得到的极紫外光射线的功率一致且稳定，避免产生曝光不均匀的问题。

以下具体描述本公开的一些实施例。图1是绘示出根据一些实施例的光刻装置的示意图。如图1所示，在一些实施例中，光刻装置100包括射线源腔体200、射线收集器300、激光光源400、聚焦光学模块500、液滴产生器600及液滴收集器700。为了清楚说明及简化附图，光刻装置100的其他元件(例如，投影光学模块、曝光机等元件)并未绘示于附图中。

射线收集器300设置于射线源腔体200内，射线收集器300具有将辐射线收集、反射及聚焦的功能，可用来将形成于射线源腔体200内的等离子体所发射出的射线引导至射线源腔体200外，接着利用投影光学模块将焦点转换把射线导正至曝光机，以进行曝光工艺。

在一些实施例中，射线收集器300包括镜面材料。射线收集器300的表面具有凹曲度，例如可为曲形、弧形或其他适合的形状，以利于适当地引导射线照射的方向。射线收集器300可具有一个或多个开口，让脉冲激光通过并照射到靶材液滴而在射线源腔体200内形成等离子体。可以理解的是图1所示的射线收集器300仅作为范例说明，射线收集器300可具有其他配置方式。

激光光源400设置于射线源腔体200外，且位于射线收集器300下方。激光光源400用来提供主脉冲激光，主脉冲激光具有足够的能量/功率，使得被主脉冲激光撞击的靶材液滴形成高度离子化的等离子体。也就是说，主脉冲激光具有足以使靶材液滴转变成等离子体的临界能量。主脉冲激光从激光光源400照射到射线源腔体200内，且通过射线收集器300的开口聚焦到预定撞击靶材液滴而形成等离子体的位置上(或称为等离子体激发区)。

再者，激光光源400亦可提供预脉冲激光(pre-pulse laser)。预脉冲激光具有小于主脉冲激光的能量/功率，且用于对靶材液滴预先加热，而被预脉冲激光照射到的靶材液滴并不足以形成等离子体。或者，预脉冲激光可使靶材液滴产生形变，例如增加靶材液滴的尺寸/直径，此适当形变的靶材其目的是让主脉冲激光能更有效率地将靶材离子化且进行能量转化，以提供更高功率的极紫外光(EUV)光源。预脉冲激光从激光光源400照射到射线源腔体200内，且通过射线收集器300的开口聚焦到尚未进入等离子体激发区的靶材液滴上。换句话说，一靶材液滴会先经预脉冲激光照射之后，才会到达预定形成等离子体的位置并受到主脉冲激光照射。

在一些实施例中，聚焦光学模块500位于射线源腔体200外，且将来自激光光源400的脉冲激光从射线源腔体200外引导至射线源腔体200内。聚焦光学模块500将主脉冲激光聚焦到进入等离子体激发区的靶材液滴上，且将预脉冲激光聚焦到尚未进入等离子体激发区的靶材液滴上。在一些实施例中，聚焦光学模块500包括一个或多个镜面元件，例如反射镜510及/或透镜520。可以理解的是图1所示的聚焦光学模块500仅作为范例说明，聚焦光学模块500可具有其他配置方式。再者，本公开的实施例具有许多变化。在一些其他实施例中，光刻装置100可不包括聚焦光学模块500，且激光光源400可将脉冲激光直接从射线源腔体200外照射到射线源腔体200内。

如图1所示，液滴产生器600设置于射线源腔体200的左侧，且位于射线收集器300上方。液滴产生器600可安装在控制位置模块上，且可根据需求调整液滴产生器600安装的角度。液滴产生器600可包括用于喷出靶材液滴的喷嘴模块601及用于容纳液态靶材的储存库。喷嘴模块601的配置及操作方法将于后续详细说明。

在一些实施例中，如图1所示，液滴收集器700配合液滴产生器600的位置而设置于射线源腔体200的右侧。液滴收集器700可将过多或未形成等离子体的靶材液滴清除，避免残留的靶材液滴对射线源腔体200造成污染、破坏及劣化而影响产生的射线的品质。详细而言，由于从喷嘴模块601喷出的多个靶材液滴在产生等离子体時可能不会全部都被脉冲激光照射到而形成所需的等离子体，或者被脉冲激光照射到的靶材液滴可能不会完全转变成等离子体，因此未形成等离子体的靶材液滴残留在射线源腔体200内(例如，产生残渣或灰尘)，而液滴收集器700设置于液滴产生器600的相对一侧，能够接收残留且未用來产生等离子体的靶材液滴，以便去除及/或回收残留的靶材液滴。

在一些实施例中，射线源腔体200内还包括温度控制元件、压力控制元件、其他电路元件(未绘示)等。温度控制元件可用来控制射线源腔体200内的温度维持大于靶材的熔点，使得靶材呈现液态。

当有未形成等离子体的靶材液滴残留在射线源腔体内时，某些残留的靶材液滴可能未被液滴收集器所收集而喷到射线源腔体内的其他元件上，例如残留的靶材液滴可能会沉积在射线收集器上，结果降低了射线收集器收集射线的效率。残留的靶材液滴也可能会沉积在温度控制元件、压力控制元件或其他电路元件上，或是堵塞通风口，结果改变了射线源腔体内的温度及压力(或气密性)，影响到工艺的稳定性及电路的控制。而且，残留的靶材液滴甚至可能会降低射线收集器、温度控制元件或压力控制元件的使用寿命，造成制造成本增加。由此可知，为了避免发生上述问题，需要精确地控制靶材液滴从喷嘴模块喷出的时间、飞行的轨道及位置，让靶材液滴确实转变成等离子体，尽可能减少残留在射线源腔体内的靶材液滴。

图2是绘示出根据一些实施例的喷嘴模块的示意图。请参照图2，在一些实施例中，喷嘴模块601包括壳体610、喷嘴620、毛细管630、压电元件640、过滤元件650、保护元件660及频率产生元件670。

如图2所示，喷嘴620位于壳体610内，且喷嘴620包括腔体621及液体输出口622。毛细管630连接到喷嘴620的液体输出口622而与喷嘴620的腔体621连通，且毛细管630从壳体610内延伸到壳体610外。喷嘴620的腔体621与容纳液态靶材的储存库(未绘示于图2中)连通，可施加压力使得液态靶材流入腔体621且经由毛细管630从喷嘴模块601喷出。

在一些实施例中，腔体621为圆形柱体的容纳空间，且沿着储存库朝向毛细管630的方向逐渐缩小。在一些实施例中，喷嘴620包括钨或钛，或是由钨合金或钛合金所构成。喷嘴620也可由其他耐高温且不易产生碎屑(debris)的材料所构成，此处所指的高温是大于大约1000℃。在一些实施例中，喷嘴620的进口口径/直径介于大约0.1mm至大约1mm的范围。在一些实施例中，喷嘴620的出口口径(亦即，液体输出口622的口径)介于大约0.01mm至大约0.6mm的范围。

在一些实施例中，毛细管630包括玻璃材料，例如由氧化硅基材料所构成。在一些实施例中，毛细管630的口径介于大约0.01mm至大约0.6mm的范围。毛细管630的口径需与喷嘴620的液体输出口622的口径匹配。

如图2所示，压电元件640位于壳体610外，且压电元件640设置于毛细管630外侧，以夹持毛细管630接近出口的部分。压电元件640可称为piezoelectric transducer(PZT)。对压电元件640施加电压/电场时，压电元件640会产生机械形变，将电能转化为机械能(亦可称为「逆压电效应」)。当压电元件640产生机械形变时，会挤压毛细管630及在毛细管630内流动的液态靶材，使得从毛细管630飞出的液态靶材凝聚成液滴。大致上为圆形的液滴状靶材有利于提升等离子体转换的效率及稳定性。

压电元件640具有一操作频率，可控制挤压毛细管630的频率，进而控制形成靶材液滴的频率(亦即，形成多个靶材液滴的时间间隔或距离间隔)。在一些实施例中，压电元件640的操作频率为单一频率，有利于以固定的周期形成靶材液滴。举例来说，当压电元件640的操作频率为大约50kHz时，压电元件640每隔20微秒(μs)会挤压毛细管630一次，使得喷嘴模块601每隔20μs会喷出一个靶材液滴，也就是说，多个靶材液滴之间的间隔时间为20μs。

如图2所示，过滤元件650位于壳体610内，且设置为接近喷嘴620的液体输出口622。过滤元件650用于将从腔体621流入毛细管630的液态靶材过滤及去除杂质，以提高流入毛细管630的液态靶材的纯度。

请参照图2，频率产生元件670位于壳体610内，且设置于喷嘴620的外表面。频率产生元件670也可称为振荡器(oscillator)。根据本公开实施例，频率产生元件670利用注入拉引(injection-pulling)的概念锁定喷嘴620的腔体621的振荡频率。具体而言，喷嘴620的腔体621具有多个不同的固有频率，固有频率也可称为自然频率(natural frequency)。假设一线性系统产生振动，在不受外力或外加阻尼作用情况下，系统内各点以相同频率作简谐运动，此时的频率称为固有频率。振动系统一般而言可以有多个固有频率，其中最低的一个固有频率又称为基本频率。频率产生元件670用来对腔体621提供一振荡频率，例如具有预定单一频率的声波(acoustic wave)，此振荡频率设定为大致上等于腔体621的其中一个固有频率，使得腔体621产生共振，且激发腔体621以单一固有频率产生振荡，进而锁定住腔体621振动的频率。

在一些实施例中，频率产生元件670与压电元件640电性连接。频率产生元件670可使用电子装置产生预定的频率，以产生所需的声波，且频率产生元件670为压电元件640提供电信号，因此压电元件640具有周期性的机械长度变化而挤压毛细管630，使得喷嘴模块601周期性地喷出靶材液滴。

根据本公开实施例，喷嘴620的腔体621的其中一个固有频率大致上等于压电元件640的操作频率，且频率产生元件670的振荡频率设定为大致上等于腔体621的其中一个固有频率，也就是说，频率产生元件670的振荡频率大致上等于压电元件640的操作频率。如此一来，能够利用频率产生元件670激发且增强腔体621的其中一个固有频率，使得腔体621产生振荡的固有频率尽可能完全对应到压电元件640的操作频率。当腔体621具有多个不同的固有频率时，会对压电元件640挤压出靶材液滴的时间有所影响，而根据本公开实施例，由于腔体621及压电元件640具有大致上相同的频率，可大幅减少频率不一致所造成的扰动，并缩小喷出靶材液滴的时间间隔差异及水平距离间隔差异(例如，沿着X轴的间隔差异)，因此能够提升长时间产生靶材液滴的稳定性，增加形成的等离子体及射线的品质。

虽然附图绘示出一个频率产生元件670设置于喷嘴620的外表面，然而本公开实施例并无限定。在一些其他实施例中，喷嘴模块601的壳体610内可具有多个频率产生元件670设置于喷嘴620的外表面。虽然附图绘示出频率产生元件670设置于腔体621的下方，然而本公开实施例并无限定。频率产生元件670可设置于腔体621的任何一侧。只要频率产生元件670发出的声波能量能够顺利且稳定地均匀分布到整个腔体621，频率产生元件670的数量及位置并无特别限定。

在一些实施例中，频率产生元件670设置为紧贴喷嘴620的腔体621，例如频率产生元件670可直接接触邻近喷嘴620的腔体621的外表面，使得频率产生元件670与腔体621之间尽可能无其他介质，因此频率产生元件670对腔体621提供的声波能够具有稳定的振荡频率，避免不必要的波形变形。再者，频率产生元件670提供的声波能量也需要适当地调节，避免过度激发靶材液滴在其他方向上(例如，Y轴及/或Z轴)的扰动，以尽可能加强靶材液滴在水平方向(X轴)上的时间及距离的稳定性，而不会影响到靶材液滴在其他方向上的位移。在一些实施例中，适当地控制频率产生元件670操作能量，使得靶材液滴在Y轴及/或Z轴上的位移量(即，ΔY及/或ΔZ)大致上等于0、小于大约10微米或为大约数十微米，而至少小于100微米。

在一些实施例中，频率产生元件670设置为远离喷嘴620的液体输出口622及毛细管630，例如频率产生元件670与毛细管630之间的距离大于过滤元件650与毛细管630之间的距离。由于毛细管630本身通常具有一弯曲频率，而毛细管630的弯曲模式或弯曲程度会影响靶材液滴的控制，因此频率产生元件670设置为远离毛细管630，可避免激发毛细管630出现难以控制靶材液滴的弯曲模式。再者，频率产生元件670提供的声波能量也需要适当地调节，避免过度激发毛细管630的弯曲频率，以尽可能降低毛细管630出现不适当弯曲的风险。

本公开的实施例具有许多变化。举例来说，喷嘴620的腔体621的形状并不限定于图2所示的形状。图3是绘示出根据一些实施例的喷嘴模块的示意图。图3中的喷嘴模块601的结构及材料大致上相同于图2中的喷嘴模块601的结构及材料，因此可参照关于图2的上述说明，而不再重复描述。

如图3所示，喷嘴620的腔体621为沿着储存库朝向毛细管630的方向逐渐缩小的锥形柱体。频率产生元件670设置为紧贴锥形柱体的腔体621。一般而言，固有频率受到材料、尺寸、形状等因素的影响，因此图3中的腔体621与图2中的腔体621具有不同的固有频率。可以理解的是图2及图3所示的喷嘴模块601仅作为不同的范例说明，本公开实施例亦可应用于其他适合的喷嘴模块。

具体而言，根据所需的射线选择适当的靶材液滴以及设定压电元件640的操作频率，且可配合压电元件640的操作频率选择适当的喷嘴620及其腔体621，使得喷嘴620的腔体621具有一固有频率大致上等于压电元件640的操作频率，并将频率产生元件670的振荡频率设定为大致上等于压电元件640的操作频率及腔体621的固有频率。如此一来，可达到上述利用频率产生元件670提升靶材液滴稳定性的效果，且能够应用在各种不同的喷嘴及各种可调整的频率，因此本公开实施例提供了具有使用弹性而不受限制的喷嘴模块。

图4是绘示出根据一些实施例的光刻装置的操作方法的示意图。图4具体绘示出图1的光刻装置100运作中的示意图。在一些实施例中，当光刻装置100运作时，射线源腔体200内的温度介于大约50℃至大约450℃的范围，例如介于大约240℃至大约320℃的范围。在一些实施例中，当光刻装置100运作时，射线源腔体200内的压力介于大约1mbar至大约2mbar的范围，例如介于大约1.4mbar至大约1.6mbar的范围。光刻装置100可包括图2或图3所示的喷嘴模块601。为了简化附图，喷嘴模块601的详细结构可参照图2或图3，而未绘示于图4中。

请参照图4，液滴产生器600容纳有液态靶材800。在一些实施例中，液态靶材800包括锡(Sn)、锡合金或其他适用的材料。举例来说，其他适用的材料可包括冻结的Xe、Tn或Li，或是离子化的Xe、Tn、Li、Sb或In。

可施加高压推挤液态靶材800，使得液态靶材800流入喷嘴模块601且从喷嘴620的腔体621经由毛细管630喷出。此处所指的高压是介于大约2000psi至大约6000psi的范围，例如大约3000psi。其中，对压电元件640施加电压并以一操作频率挤压毛细管630，使得喷出的液态靶材800在射线源腔体200内凝聚成靶材液滴。在一些实施例中，压电元件640的操作频率介于数十个千赫兹(kHz)至大约数百个千赫兹的范围，例如可为大约50kHz或大约80kHz的单一频率。

喷嘴模块601一次喷出一个靶材液滴，例如图4中的靶材液滴801、靶材液滴811、靶材液滴812、靶材液滴813及靶材液滴814。这些靶材液滴具有大致上相同的尺寸。在一些实施例中，靶材液滴的直径介于大约10μm至大约50μm的范围，例如可为大约27μm。在一些实施例中，压电元件640的操作频率设定为大约50kHz，也就是说，靶材液滴811与靶材液滴812之间的间隔时间为20μs，且靶材液滴812与靶材液滴813之间的间隔时间以及靶材液滴813与靶材液滴814之间的间隔时间也为20μs。如图4所示，靶材液滴811、靶材液滴812、靶材液滴813及靶材液滴814具有大致上相同的间隔距离D。在一些实施例中，靶材液滴从喷嘴模块601喷出的速度(或飞行速度)为大约70m/s。此速度可为其他适合的数值，而并不限定于此。

如图4所示，一连串的靶材液滴811、靶材液滴812、靶材液滴813及靶材液滴814沿着水平方向(X轴)从液滴产生器600朝向射线源腔体200内的等离子体激发区飞行。而靶材液滴801飞行经过等离子体激发区，但未形成等离子体，因此靶材液滴801持续朝向液滴收集器700飞行，且被液滴收集器700接收。

激光光源400朝向聚焦光学模块500的反射镜510发射出主脉冲激光410及预脉冲激光420。主脉冲激光410及预脉冲激光420可包括气体激光或固体激光。在一些实施例中，使用二氧化碳(CO2)或其他适合的气体作为脉冲激光的光源材料，且CO2脉冲激光的波长(或称为中心波长的位置)介于大约9.4微米(μm)至大约10.6μm的范围，例如大约10.3μm。举例来说，可使用功率较大的CO2脉冲激光作为主脉冲激光410，而使用功率较小的CO2脉冲激光作为预脉冲激光420。在一些实施例中，使用掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)或其他适合的固体作为脉冲激光的光源材料，且Nd:YAG脉冲激光的波长为大约532nm或大约1064nm。举例来说，可使用CO2脉冲激光作为主脉冲激光410，而使用Nd:YAG脉冲激光作为预脉冲激光420。

在一些实施例中，主脉冲激光410的功率介于大约3千瓦(kW)至大约30kW的范围，例如介于大约22kW至大约30kW的范围，例如大约25kW。在一些实施例中，预脉冲激光420的功率介于数十瓦至数千瓦的范围。

通过聚焦光学模块500的多个反射镜510及透镜520，主脉冲激光410及预脉冲激光420被导引至射线源腔体200内，以照射及撞击飞行中的靶材液滴。举例来说，靶材液滴811沿着水平方向飞行的期间，靶材液滴811先被预脉冲激光420照射，接着靶材液滴811持续飞行进入等离子体激发区，且被聚焦到主焦点(primary focus，PF)的主脉冲激光410所照射。主脉冲激光410撞击靶材液滴811后将靶材液滴811加热至临界温度，临界温度引发靶材原子脱落电子且变成离子化的靶材而产生等离子体900。

另一方面，靶材液滴812、靶材液滴813及靶材液滴814皆尚未进入等离子体激发区，且靶材液滴812虽被预脉冲激光420照射但尚未产生等离子体900，例如被预脉冲激光420照射的靶材液滴812可能经过加热而产生低密度的离子化，需再经由主脉冲激光410照射才能形成高度离子化的等离子体。

如图4所示，等离子体900发射出具有所需波长的射线910。在一些实施例中，射线910的功率介于大约100瓦(W)至大约400W的范围或介于大约10W至大约125W的范围。射线收集器300将等离子体900发射的射线910聚焦到中间焦点(intermediate focus，IF)，以利于将射线910引导至射线源腔体200外的曝光机(未绘示)，进行曝光工艺。

在一些实施例中，喷嘴620的腔体621具有多个不同的固有频率，例如腔体621具有第一固有频率f₁及第二固有频率f₂，如图5所示。图5是绘示出根据一些实施例的喷嘴振荡的频率与强度的关系图(或称为频谱图)。水平轴表示喷嘴620的腔体621振荡的频率，而垂直轴表示喷嘴620的腔体621振荡的强度。在一些实施例中，第一固有频率f₁低于第二固有频率f₂，例如第一固有频率f₁为大约50kHz，而第二固有频率f₂为大约80kHz，因此第一固有频率f₁也可称为基本频率。可以理解的是上述数值及图5所示的曲线仅作为范例说明，第一固有频率f₁及第二固有频率f₂可具有其他数值，且喷嘴620的腔体621可能具有两个以上的固有频率。

在一些实施例中，频率产生元件670具有一固定的振荡频率，此振荡频率设定为大致上等于腔体621的第一固有频率f₁，且大致上等于压电元件640的操作频率。在光刻装置100运作时，频率产生元件670激发且增强腔体621的第一固有频率f₁，而相对之下抑制腔体621的第二固有频率f₂，因此频率产生元件670大幅增加了两个不同的固有频率之间的对比度。在一些实施例中，腔体621以第一固有频率f₁振荡的强度S₁大于以第二固有频率f₂振荡的强度S₂。而且，通过频率产生元件670将能量从较低强度S₂的第二固有频率f₂转移到具有较高强度S₁的第一固有频率f₁，更进一步增加两个不同的固有频率之间的能量及强度差异，如图5所示。换句话说，频率产生元件670提升了第一固有频率f₁发生的几率，且降低了第二固有频率f₂发生的几率，因此可避免腔体621的第二固有频率f₂影响压电元件640，进而大幅增强整个喷嘴模块601的稳定性。

根据本公开实施例，利用频率产生元件向喷嘴腔体提供固定的振荡频率，以注入拉引的方式锁定喷嘴腔体的自然振荡频率，并将喷嘴腔体的自然振荡频率与压电元件的操作频率匹配，如此一来，可以精准地控制压电元件挤压液态靶材的力道及时间，进而可以更精确地控制喷出靶材液滴的时间及靶材液滴的飞行位置，尽可能确保所有靶材液滴的时间间隔是一致且稳定的，避免「cross-interval drifting」及「satellite」的问题发生，因此能够提升长时间产生靶材液滴的稳定性，且增加形成的等离子体及射线的品质，使得所得到的射线的功率一致且稳定，进而避免产生曝光不均匀的问题。

再者，随着喷嘴模块的精确性提高，靶材液滴转变成等离子体且产生射线的效率也随之提高，因此可防止靶材液滴残留且沉积在射线源腔体内，进而避免影响射线收集器收集射线的效率以及降低射线收集器或射线源腔体内其他元件的使用寿命。

根据本公开一些实施例，喷嘴模块包括一喷嘴，喷嘴具有一腔体及一液体输出口。喷嘴模块还包括一毛细管，毛细管连接液体输出口而与腔体连通。喷嘴模块还包括一压电元件，压电元件夹持毛细管。再者，喷嘴模块包括一频率产生元件，频率产生元件设置于腔体的一外表面，用以对腔体提供一振荡频率。

在一些实施例中，喷嘴及频率产生元件位于喷嘴模块的一壳体内。毛细管从壳体内延伸至壳体外，且压电元件位于喷嘴模块的壳体外。

在一些实施例中，频率产生元件接触腔体的外表面。

在一些实施例中，喷嘴模块还包括一过滤元件，过滤元件设置于喷嘴的液体输出口。频率产生元件与毛细管之间的距离大于过滤元件与毛细管之间的距离。

根据本公开一些实施例，光刻装置包括一液滴产生器。液滴产生器包括前述各个实施例中的喷嘴模块。光刻装置还包括一射线收集器，射线收集器设置于液滴产生器下方。光刻装置还包括一激光光源，激光光源设置于射线收集器下方。

根据本公开一些实施例，光刻装置的操作方法包括在一喷嘴的一腔体内提供一液态靶材。光刻装置的操作方法还包括使用一频率产生元件对腔体提供一振荡频率。光刻装置的操作方法还包括朝向一射线源腔体内喷出液态靶材。使用一压电元件挤压液态靶材，使得喷出的液态靶材在射线源腔体内形成多个靶材液滴。再者，光刻装置的操作方法包括使用一激光光源对靶材液滴照射一脉冲激光，以在射线源腔体内产生一射线。光刻装置的操作方法还包括使用一射线收集器将射线引导到射线源腔体外。

在一些实施例中，腔体具有一固有频率，且频率产生元件对腔体提供的振荡频率等于固有频率。

在一些实施例中，腔体具有一第一固有频率及一第二固有频率。频率产生元件对腔体提供的振荡频率等于第一固有频率且不等于第二固有频率。

在一些实施例中，振荡频率及第一固有频率低于第二固有频率。

在前述各个实施例中，压电元件具有一操作频率，且操作频率等于频率产生元件对腔体提供的振荡频率。

以上概略说明了本公开数个实施例的特征，使本领域技术人员对于后续本公开的详细说明可更为容易理解。任何本领域技术人员应了解到本说明书可轻易作为其它结构或工艺的变更或设计基础，以进行相同于本公开实施例的目的及/或获得相同的优点。任何本领域技术人员也可理解与上述等同的结构或工艺并未脱离本公开的精神和保护范围内，且可在不脱离本公开的精神和范围内，当可作变动、替代与润饰。

Claims (10)

1.一种喷嘴模块，包括：

一喷嘴，其中该喷嘴具有一腔体及一液体输出口；

一毛细管，其中该毛细管连接该液体输出口而与该腔体连通；

一压电元件，其中该压电元件夹持该毛细管；以及

一频率产生元件，其中该频率产生元件设置于该腔体的一外表面，用以对该腔体提供一振荡频率。

2.如权利要求1所述的喷嘴模块，其中该喷嘴及该频率产生元件位于该喷嘴模块的一壳体内，且其中该毛细管从该壳体内延伸至该壳体外，且该压电元件位于该喷嘴模块的该壳体外。

3.如权利要求1所述的喷嘴模块，其中该频率产生元件接触该腔体的该外表面。

4.如权利要求1所述的喷嘴模块，还包括一过滤元件，其中该过滤元件设置于该喷嘴的该液体输出口，且其中该频率产生元件与该毛细管之间的距离大于该过滤元件与该毛细管之间的距离。

5.一种光刻装置，包括：

一液滴产生器，其中该液滴产生器包括如权利要求1至4中任一所述的喷嘴模块；

一射线收集器，其中该射线收集器设置于该液滴产生器下方；以及

一激光光源，其中该激光光源设置于该射线收集器下方。

6.一种光刻装置的操作方法，包括：

在一喷嘴的一腔体内提供一液态靶材，其中一毛细管连接该喷嘴的一液体输出口而与该喷嘴的该腔体连通；

使用一频率产生元件对该腔体提供一振荡频率，其中该频率产生元件设置于该腔体的一外表面；

朝向一射线源腔体内喷出该液态靶材，其中使用连接于该毛细管的一压电元件，以挤压该毛细管以及在该毛细管内流动的该液态靶材，使得喷出的该液态靶材在该射线源腔体内时序地形成多个靶材液滴；

使用一激光光源对该等靶材液滴依次照射一脉冲激光，以在该射线源腔体内产生一射线；以及

使用一射线收集器将该射线引导到该射线源腔体外。

7.如权利要求6所述的光刻装置的操作方法，其中该腔体具有一固有频率，且其中该频率产生元件对该腔体提供的该振荡频率等于该固有频率。

8.如权利要求6所述的光刻装置的操作方法，其中该腔体具有一第一固有频率及一第二固有频率，且其中该频率产生元件对该腔体提供的该振荡频率等于该第一固有频率且不等于该第二固有频率。

9.如权利要求8所述的光刻装置的操作方法，其中该振荡频率及该第一固有频率低于该第二固有频率。

10.如权利要求6至9中任一所述的光刻装置的操作方法，其中该压电元件具有一操作频率，且该操作频率等于该频率产生元件对该腔体提供的该振荡频率。

Images