CN112286011B - 一种euv光源靶滴发生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种EUV光源靶滴发生装置及方法。本发明液滴发生组件、液滴分离组件及液体回收组件；液滴发生组件包括储罐、容腔、加热装置、压力源、激振模块、扰动杆和微孔喷嘴；液滴分离组件包括带孔电极板和偏转电极板；液体回收组件包括集液器。本发明利用瑞利失稳原理产生液滴，并分选出适当尺寸的液滴作为EUV光刻机光源系统激光轰击的靶滴。能够获得极小尺寸的靶滴，提高激光轰击靶滴的能量转化效率；可以使用尺寸较大的射流喷孔，降低制造成本；靶滴材质重复回收利用，提高使用效率，降低成本。
Description
技术领域
本发明属于液滴发生装置技术领域，涉及一种EUV光源靶滴发生装置及方法。
背景技术
极紫外光刻技术利用波长13.5nm波段的极紫外光(Extreme Ultraviolet，EUV)作为光源对晶圆曝光，能有效提高光刻机曝光分辨率，提升集成电路性能。现有的极紫外光产生技术采用激光至等离子体(Laser Produced Plasma，LPP)技术，即用激光轰击连续的锡液滴(靶滴)，使靶滴等离子化，靶滴等离子化过程中会产生极紫外光。
一种产生连续靶滴的方法基于射流的瑞利不稳定性原理，首先使液态锡喷射形成射流，给射流施加一定频率的扰动，射流会断裂成液滴，生成液滴的频率和扰动频率一致，此液滴即为激光轰击的靶滴。靶滴尺寸越小，受激光轰击后等离子化程度越高，从而可获得更高的能量转换效率，并降低碎屑污染。
专利CN 103064260A公开了一种用于极紫外光刻机光源的锡液滴靶产生装置，利用瑞利失稳原理产生靶滴，再使用激光轰击靶滴获得极紫外光；若要获得更小尺寸的靶滴，则需要加工更小尺寸的射流喷孔，提升了制造难度，还容易造成堵塞、背压过高的问题。专利CN 101279372A公开了一种采用电荷振荡法液滴分裂制备微颗粒的方法和装置，对液态射流施加扰动使其断裂形成液滴并使液滴带上电荷，对带电液滴施加高频交变电场，带电液滴在电荷振荡作用下分裂成尺寸较大的主液滴和尺寸更小的极微液滴，但是这种方案产生的液滴尺寸不规则，分选过程相对复杂，难以获得足够通量的液滴。
发明内容
为克服上述技术缺陷，本发明提供一种EUV光源靶滴发生装置及方法，利用瑞利失稳原理产生液滴，并分选出适当尺寸的液滴作为EUV光刻机光源系统激光轰击的靶滴。
一种EUV光源靶滴发生装置，包括液滴发生组件、液滴分离组件及液体回收组件；液滴发生组件包括储罐、容腔、加热装置、压力源、激振模块、扰动杆和微孔喷嘴；储罐出料口接入容腔，用于储存形成液滴的靶滴材料，靶滴材料被供给进入容腔；加热装置设置在储罐或容腔上，在加热装置的加热作用下，靶滴材料熔化成液态；储罐的壁面上设置微孔喷嘴，微孔喷嘴具有小尺寸的通孔用于液体流通；还设置压力源作用于容腔使容腔内的压力高于外部环境压力；在压力驱动作用下，容腔内部的液体经微孔喷嘴向外喷射形成射流；激振模块带动设置于容腔内部的扰动杆发生振动，对射流施加扰动传导至射流，使射流在瑞利失稳作用下断裂形成至少两种直径的液滴；液滴分离组件包括带孔电极板和偏转电极板；带孔电极板和偏转电极板按序与微孔喷嘴相对设置，自微孔喷嘴喷出和形成的液滴穿过带孔电极板的小孔并液滴带上电荷；液体回收组件包括集液器，集液器设置于相对较大尺寸液滴列的运动路径上，收集相对较大尺寸液滴；集液器不阻挡相对较小尺寸液滴的运动；相对较小尺寸液滴是装置输出的靶滴。
所述偏转电极板与分选前液滴列的运动轨迹平行，且偏转电极板与竖直方向成一锐角夹角，调节偏转电极板的偏转电压，使偏转分选获得的卫星液滴列沿竖直方向下落。
所述压力源是压力气体源，向容腔内供给不与靶滴材料发生化学反应的气体。
所述微孔喷嘴上具有直径小于15微米的通孔。
将所述集液器中收集的靶滴材料通过回收管路输送回储罐。
所述加热装置设置于容腔壁面外侧。
所述储罐中设置加热装置，使储罐中的靶滴材料维持液态。
所述集液器中设置加热装置，使集液器中的靶滴材料维持液态。
基于上述装置的一种EUV光源靶滴发生方法，包括如下步骤：
步骤一：将容腔中的靶滴材料熔化为液态；
步骤二：向容腔供给化学惰性气体，对容腔中的液态材料加压，使容腔中的液态材料自容腔壁面的微孔喷嘴喷射而出形成射流；
步骤三：对靶滴材料射流施加扰动，使射流在瑞利失稳原理下断裂形成液滴列，液滴列中包含至少两种尺寸的液滴；
步骤四：使所述液滴列穿过带电孔板，使液滴带上电荷；
步骤五：使带电液滴列穿过带电偏转电极板，带电液滴列在电场力的作用下分成主液滴列和卫星液滴列；
步骤六：使用激光轰击卫星液滴，使用液体回收组件回收主液滴。
本发明能够获得极小尺寸的靶滴，提高激光轰击靶滴的能量转化效率；可以使用尺寸较大的射流喷孔，降低制造成本；靶滴材质重复回收利用，提高使用效率，降低成本。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,一种EUV光源靶滴发生装置，包括液滴发生组件、液滴分离组件及液体回收组件；液滴发生组件用于形成液滴，液滴发生组件包括：储罐1、容腔2、加热装置3、压力源4、扰动杆5、压电激振模块6和微孔喷嘴7。储罐1用于储存形成液滴的材料，储罐1可以储存固态或者液态的材料，储罐1可以设置加热装置使材料保持熔融状态；储罐1中的材料被供给进入容腔2，在容腔2外壁设置的加热装置3的加热作用下，熔化成液态；加热装置3可以设置在容腔内部或者外部，设置在外部可以避免与靶滴材料接触，可以防止靶滴材料被污染；储罐1的壁面上设置微孔喷嘴7，微孔喷嘴7具有小尺寸的通孔用于液体流通，对于EUV光源靶滴发生装置，微孔喷嘴7的直径低至10微米左右；设置压力源4作用于容腔2，例如向容腔2内部供给氮气或者不与液滴材料发生化学反应的惰性气体，使容腔2内的压力高于外部环境压力；在压力驱动作用下，容腔2内部的液体经微孔喷嘴7向外喷射形成射流；压电激振模块6带动设置于容腔2内部的扰动杆5发生振动，对射流施加扰动，例如沿微孔喷嘴7的导向做往复运动，施加作用力传导至射流，使射流在瑞利失稳作用下断裂形成液滴。射流在瑞利失稳作用下形成的液滴尺寸一般是均匀的，但是视扰动力的幅度可能会间隔地形成两种或多种尺寸的液滴，其中具有尺寸较大的主液滴8，相邻的主液滴8之间具有尺寸相对较小的卫星液滴9。
液滴分离组件包括带孔电极板10和偏转电极板11；带孔电极板10上具有小孔，自微孔喷嘴7喷出和形成的液滴穿过带孔电极板10的小孔；在带孔电极板10施加电压V1，使液滴带上电荷，液滴所带的电荷量与液滴的表面积成正比；偏转电极板11设置于液滴列的两侧，偏转电极板11上时间偏转电压V2；带电液滴经过偏转电极板11之间，在偏转电压的作用下发生偏转；由于主液滴8和卫星液滴9的体积不一样，而且受到的电场偏转力不一样，所以两种液滴发生的偏转程度不一样，卫星液滴9会比主液滴8发生更大幅度的偏转，这样，液滴列被分成两列液滴，其一为主液滴列，其一为卫星液滴列；卫星液滴9即为用于激光轰击的靶滴。主液滴8的直径一般为微孔喷嘴7中通孔直径的1至2.5倍，而卫星液滴9的直径可以低至通孔直径的0.1至0.3倍；因此，使用本发明的装置，可以获得比微孔喷嘴尺寸小得多的靶滴。优选地，偏转电极板11与分选前液滴列的运动轨迹基本平行，且偏转电极板11与竖直方向成一锐角夹角，调节偏转电极板11的偏转电压，使偏转分选获得的卫星液滴列基本沿竖直方向下落，可以提高激光轰击卫星液滴的准确性。
液体回收组件包括集液器12，集液器12设置于主液滴列的运动路径上，收集主液滴；集液器12不阻挡卫星液滴9的运动；可以设置回收管路13，将集液器12中收集到的液滴材料输送返回储罐1中再次利用；集液器12中可以设置加热装置，使收集和输送回储罐1的材料保持熔融状态。
使用激光源140发射激光，轰击经过液滴分离组件分选出的卫星液滴9，产生EUV光；散热的EUV光经凹面镜15的反射收集后形成光束16输出。
使用本发明涉及的靶滴发生装置的一种EUV光源靶滴发生方法，包括如下步骤：
步骤一：将容腔中的靶滴材料熔化为液态；
步骤二：向容腔供给化学惰性气体，对容腔中的液态材料加压，使容腔中的液态材料自容腔壁面的微孔喷嘴喷射而出形成射流；
步骤三：对靶滴材料射流施加扰动，使射流在瑞利失稳原理下断裂形成液滴列，液滴列中包含至少两种尺寸的液滴；
步骤四：使所述液滴列穿过带电孔板，使液滴带上电荷；
步骤五：使带电液滴列穿过带电偏转电极板，带电液滴列在电场力的作用下分成主液滴列和卫星液滴列；
步骤六：使用激光轰击卫星液滴，使用液体回收组件回收主液滴。
在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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 (9)
1.一种EUV光源靶滴发生装置，其特征在于：包括液滴发生组件、液滴分离组件及液体回收组件；液滴发生组件包括储罐、容腔、加热装置、压力源、激振模块、扰动杆和微孔喷嘴；储罐出料口接入容腔，用于储存形成液滴的靶滴材料，靶滴材料被供给进入容腔；加热装置设置在储罐或容腔上，在加热装置的加热作用下，靶滴材料熔化成液态；储罐的壁面上设置微孔喷嘴，微孔喷嘴具有小尺寸的通孔用于液体流通；还设置压力源作用于容腔使容腔内的压力高于外部环境压力；在压力驱动作用下，容腔内部的液体经微孔喷嘴向外喷射形成射流；激振模块带动设置于容腔内部的扰动杆发生振动，对射流施加扰动传导至射流，使射流在瑞利失稳作用下断裂形成至少两种直径的液滴；液滴分离组件包括带孔电极板和偏转电极板；带孔电极板和偏转电极板按序与微孔喷嘴相对设置，自微孔喷嘴喷出和形成的液滴穿过带孔电极板的小孔并液滴带上电荷；液体回收组件包括集液器，集液器设置于相对较大尺寸液滴列的运动路径上，收集相对较大尺寸液滴；集液器不阻挡相对较小尺寸液滴的运动；相对较小尺寸液滴是装置输出的靶滴；其中尺寸较大的液滴为主液滴，相邻的主液滴之间尺寸相对较小的液滴为卫星液滴。
2.如权利要求1所述的一种EUV光源靶滴发生装置，其特征在于：所述偏转电极板与分选前液滴列的运动轨迹平行，且偏转电极板与竖直方向成一锐角夹角，调节偏转电极板的偏转电压，使偏转分选获得的卫星液滴列沿竖直方向下落。
3.如权利要求1所述的一种EUV光源靶滴发生装置，其特征在于：所述压力源是压力气体源，向容腔内供给不与靶滴材料发生化学反应的气体。
4.如权利要求1所述的一种EUV光源靶滴发生装置，其特征在于：所述微孔喷嘴上具有直径小于15微米的通孔。
5.如权利要求1所述的一种EUV光源靶滴发生装置，其特征在于：将所述集液器中收集的靶滴材料通过回收管路输送回储罐。
6.如权利要求1所述的一种EUV光源靶滴发生装置，其特征在于：所述加热装置设置于容腔壁面外侧。
7.如权利要求1所述的一种EUV光源靶滴发生装置，其特征在于：所述储罐中设置加热装置，使储罐中的靶滴材料维持液态。
8.如权利要求1所述的一种EUV光源靶滴发生装置，其特征在于：所述集液器中设置加热装置，使集液器中的靶滴材料维持液态。
9.一种EUV光源靶滴发生方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将容腔中的靶滴材料熔化为液态；
步骤二：向容腔供给化学惰性气体，对容腔中的液态材料加压，使容腔中的液态材料自容腔壁面的微孔喷嘴喷射而出形成射流；
步骤三：对靶滴材料射流施加扰动，使射流在瑞利失稳原理下断裂形成液滴列，液滴列中包含至少两种尺寸的液滴；
步骤四：使所述液滴列穿过带电孔板，使液滴带上电荷；
步骤五：使带电液滴列穿过带电偏转电极板，带电液滴列在电场力的作用下分成主液滴列和卫星液滴列；
步骤六：使用激光轰击卫星液滴，使用液体回收组件回收主液滴。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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