CN112272426A - 一种euv光源锡靶液滴发生装置 - Google Patents

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胡亮
宋光敏
方言燊
付新
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    • G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
    • G03F7/70033—Production of exposure light, i.e. light sources by plasma extreme ultraviolet [EUV] sources

Abstract

本发明涉及一种EUV光源锡靶液滴发生装置。本发明熔池容纳于腔体内，熔池内容纳锡料；向熔池内供给压力气体使腔内压力保持对外部环境的正压；所述的腔体底部设置喷孔，喷孔的直径在1微米至1000微米范围内；所述的微波源设置于腔体内部和熔池外部；所述的激振元件设置在熔池内，用于对喷孔附近的锡料施加振动扰动；在熔池内部设置红外温度传感器监测锡料的温度。具有加热速度快，加热均匀，能耗低的优点；不需要额外配备锡料预熔和输送装置，同时降低了污染锡料的风险；避免了热电偶等传感器在微波环境中可能出现的打火风险；避免微波作用于锡料产生打火现象。

Description

一种EUV光源锡靶液滴发生装置
技术领域
本发明属于光刻机光源锡靶液滴发生技术领域，具体涉及一种EUV光源锡靶液滴发生装置。
背景技术
EUV光刻机是使用波长为13.5nm的极紫外光(EUV)对光刻胶进行曝光处理的半导体制造设备，其产生极紫外光的原理是使用二氧化碳激光轰击直径在数十微米量级的锡液滴(锡靶)使其气化并且形成等离子体，锡等离子体会释放光子，收集光子后获得极紫外光。现有的锡靶液滴发生装置的原理是将锡料熔化，通过加压驱使液态锡从压力腔体中喷射而出形成射流，对锡射流施加扰动，利用瑞利失稳现象使其断裂形成锡液滴。
为了保证锡靶液滴发生器的储锡腔内的锡处于液体状态，腔内的温度必须维持在250℃，为此要配备加热器，现在最常见的加热方法是电加热，通过在腔体内部安装加热管加热，该方法简单直接，最容易实现，但是有以下缺点：加热管只能提前浸没在液态锡中进行加热，因此还需要额外配置锡的预熔和输送设备；加热管与锡液直接接触，存在高温下发生反应的风险，影响液滴发生效果；本质上通过电热丝加热，能耗较高，易造成腔体温度不均匀的情况；加热响应慢，加热速度慢，恒温控制不方便。微波加热方法其具有穿透能力强、加热均匀、加热速度快、控制及时、高效节能、安全无污染等特点。一般认为金属会反射微波，微波无法对金属进行加热；但近年来发现微波也可以应用于加热熔炼金属领域并开发了相应的装置，例如申请号为201621357457.9的发明专利公开了一种微波熔锡装置，利用微波将固态锡料熔化后提纯和成形，但是该装置的出料结构简单，不适用于锡靶液滴发生装置。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种新型的EUV光源锡靶液滴发生装置，利用微波技术加热锡料，并使用扰动装置对液态锡射流施加扰动，使其断裂形成锡靶液滴。
本发明包括腔体、熔池、微波源和激振元件；所述的熔池容纳于腔体内，熔池内容纳锡料；向熔池内供给压力气体使腔内压力保持对外部环境的正压；所述的腔体底部设置喷孔，喷孔的直径在1微米至1000微米范围内；所述的微波源设置于腔体内部和熔池外部；所述的激振元件设置在熔池内，用于对喷孔附近的锡料施加振动扰动；在熔池内部设置红外温度传感器监测锡料的温度。
作为优选，所述喷孔的直径在10微米至100微米范围内，喷孔所在腔体壁面的厚度大于1毫米。
作为优选，所述的熔池的材料采用允许微波透射的非金属材料。
进一步的，还包括加热层，加热层位于熔池的内侧或外侧，加热层的材料采用微波吸收材料。还包括保温层，保温层位于熔池的外侧，或者熔池和加热层的外侧，保温层采用允许微波透射的绝热材料。
作为优选，所述激振元件为杆结构，激振元件的材料选用石英玻璃或陶瓷。
进一步的，设置奇数个所述微波源，均布环绕在所述腔体内侧和熔池外侧。
作为优选，熔池内盛放的锡料是液态锡或者平均粒径小于100微米的粉料。
作为优选，所述压力气体是氮气或者惰性气体。
进一步的，所述红外温度传感器检测锡料上表面的温度的最低值作为采样温度。
本发明与现有的锡靶液滴发生装置相比具有以下有益效果：采用微波加热方式对锡料加热熔化，具有加热速度快，加热均匀，能耗低的优点；微波加热具有响应快、加热速度快的优点，便于反馈控制以实现更精确、稳定的锡料温度控制效果；锡料容腔内没有发热元件，降低了污染锡料的风险；可直接使用固态锡料，不需要额外配备锡料预熔和输送装置；采用红外测温方案，避免与锡液接触，也避免了热电偶等传感器在微波环境中可能出现的打火风险；驱动锡料产生射流的压力气体采用化学稳定气体，避免微波作用于锡料产生打火现象。
附图说明
图1为本发明整体结构轴向剖面视图；
图2为本发明实施例中温度控制方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明具体实施方式进行的描述。
如图1所示，一种EUV光源锡靶液滴发生装置，整体呈环形。箱体2、盖板12和底板13相互连接，构成一个内部中空的腔体，箱体2、盖板12和底板13的材料可以是不锈钢。腔体内部设置熔池7，熔池7的内部容纳锡料4，锡料4可以是液态锡，也可以是固态的锡；锡料可以手动从盖板12处补充，也可以设置自动给送料装置。腔体内部及熔池7外部设置微波源，微波源包括磁控管3和波导管10，磁控管3产生微波，经波导管10进入谐振腔9；可以设置多个磁控管3和波导管10并是环形均布于箱体2内侧，优选地，磁控管3和波导管10各自的数量是奇数，可以减弱或避免各微波源发射的微波相互干扰减弱。底板13上设置贯通的喷孔6，喷孔6的尺寸在1微米至1000微米范围内，优选地，喷孔6的尺寸在10微米至100微米范围内，对应地可以产生直径10微米至100微米的射流和锡靶液滴，更换底板可以改变喷孔6的直径和锡靶液滴的直径；设置底板13的厚度大于1毫米，微波不会经喷孔6向装置外部辐射，避免造成电磁污染。熔池7内设置激振元件11，激振元件11可以是电力驱动的杆结构，也可以是超声波换能器等压电器件，激振元件11产生振动扰动作用于喷孔6附近，扰动传递到经喷孔6产生的锡液射流，可以引起锡液射流发生瑞利失稳现象从而断裂形成锡靶液滴；优选地，激振元件11采用例如石英玻璃或陶瓷等非金属材料，以降低激振元件11受微波辐射产生打火现象的风险，也能降低对锡料的污染风险。熔池7的内部设置温度传感器1测量锡料4的温度以实现反馈控制；优选地，温度传感器1选择红外温度传感器，可以避免采用热电偶等类型的温度传感器时在微波环境中引入金属；优选地，温度传感器1选择能够监测空间温度分布的热成像仪，以更准确、全面地监测锡料4的温度。向熔池7内输入压力气体，使熔池7内保持相对外部环境的正压，以驱动液态的锡料4从喷孔6向外喷射形成射流；优选地，压力气体采用氮气或者惰性气体，以避免微波加热金属在化学活泼气氛下产生打火现象。
熔池7的材料是允许微波透射的非金属材料，例如石英玻璃或多晶莫来石。直接使用透波材料的熔池7盛放锡料4，微波直接作用与锡料4使其温度升高，则锡料4应当采用液体锡料或者平均粒径小于100微米的粉料，可以增强微波对锡料的直接加热效果。也可以在熔池7的内侧或外侧设置加热层8，加热层8使用例如石墨或碳化硅等微波吸收材料，微波作用与加热层8使其温度升高，加热层8的热量再通过热传导的方式传递至熔池7和锡料4。优选地，在熔池7的外侧或熔池7及加热层8的外侧设置保温层5，保温层5的材料是允许微波透射的绝热材料，例如聚乙烯纤维。
如图2所示，锡靶液滴发生装置工作时，磁控管3和波导管10发射微波，作用于锡料4使其温度升高，或者作用于加热层8使其温度升高后传递热量至锡料4使其温度升高；锡料4的温度加热至250℃，锡料4熔化为液态；温度传感器1监测锡料4的温度，将采样温度信息传递至控制器，控制器计算锡料温度输出显示，并发出控制指令，经触发电路和驱动电路作用于磁控管3调节其功率，实现温度反馈控制，将锡料4的温度保持在245℃至255℃范围内。由于金属对于微波是难透射的，锡料4内侧的温度升高落后于外侧的温度升高，可以取锡料4轴线所在位置处的温度作为反馈控制的采样温度；若采用热成像仪监测锡料4的温度，可以取锡料4上表面的温度的最低值作为采样温度；采样温度用于和控制目标温度(250℃)进行比较，以决定增加或者减小磁控管3的功率。
以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种EUV光源锡靶液滴发生装置，其特征在于，包括腔体、熔池、微波源和激振元件；所述的熔池容纳于腔体内，熔池内容纳锡料；向熔池内供给压力气体使腔内压力保持对外部环境的正压；所述的腔体底部设置喷孔，喷孔的直径在1微米至1000微米范围内；所述的微波源设置于腔体内部和熔池外部；所述的激振元件设置在熔池内，用于对喷孔附近的锡料施加振动扰动；在熔池内部设置红外温度传感器监测锡料的温度。
2.如权利要求1所述的一种EUV光源锡靶液滴发生装置，其特征在于：所述喷孔的直径在10微米至100微米范围内，喷孔所在腔体壁面的厚度大于1毫米。
3.如权利要求1所述的一种EUV光源锡靶液滴发生装置，其特征在于：所述的熔池的材料采用允许微波透射的非金属材料。
4.如权利要求1所述的一种EUV光源锡靶液滴发生装置，其特征在于：还包括加热层，加热层位于熔池的内侧或外侧，加热层的材料采用微波吸收材料。
5.如权利要求1所述的一种EUV光源锡靶液滴发生装置，其特征在于：还包括保温层，保温层位于熔池的外侧，或者熔池和加热层的外侧，保温层采用允许微波透射的绝热材料。
6.如权利要求1所述的一种EUV光源锡靶液滴发生装置，其特征在于：所述激振元件为杆结构，激振元件的材料选用石英玻璃或陶瓷。
7.如权利要求1所述的一种EUV光源锡靶液滴发生装置，其特征在于：设置奇数个所述微波源，均布环绕在所述腔体内侧和熔池外侧。
8.如权利要求1所述的一种EUV光源锡靶液滴发生装置，其特征在于：熔池内盛放的锡料是液态锡或者平均粒径小于100微米的粉料。
9.如权利要求1所述的一种EUV光源锡靶液滴发生装置，其特征在于：所述压力气体是氮气或者惰性气体。
10.如权利要求1所述的一种EUV光源锡靶液滴发生装置，其特征在于：所述红外温度传感器检测锡料上表面的温度的最低值作为采样温度。
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