CN112540512A - 一种锡滴发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锡滴发生装置，包括：倒置的锡滴发生器本体；在所述锡滴发生器本体的喷嘴上方设置有锡池，所述锡池与所述喷嘴联通；所述锡池上设置有加热线圈，用于对锡池中的锡进行加热，使其保持熔融态。本发明的锡滴发生装置采用倒置结构设计，将锡滴的喷射方向改变为由下至上，并且在喷嘴部分设计了锡池结构，从而将喷嘴用薄层熔融态的锡液面保护，避免喷头由于锡的残留或者杂质累积。

Description

一种锡滴发生装置

技术领域

本发明涉及集成电路制造光刻设备技术领域，特别是涉及一种锡滴发生装置。

背景技术

现在主流极紫外(Extremely Ultra-Violet，EUV)光刻机采用激光激励等离子体(Laser Produced Plasma，LPP)光源，并且靶材料采用锡(Sn)。如附图1所示，在现有的光刻机中，锡由锡滴发生器2中的加热装置加热到熔融状态后，逐滴向下喷出。脉冲激光发生器1(一般采用二氧化碳气体激光器)发出的脉冲激光束经过聚焦透镜3聚焦在下落的锡滴上，将其加热到等离子体状态，从而产生包括13.5nm极紫外光的辐射。锡滴的喷射频率一般为50-200kHz，锡滴的滴落速度通常≥30m/s，与脉冲激光的脉冲同步。锡滴辐射出的极紫外光由反射式聚焦镜4聚焦到一个被称为中间聚焦点(Intermediate Focus，IF)的地方，与之后的照明光路相连。

在图1所示的结构中，锡滴发生器2的喷嘴的口径只有20-30μm，锡滴的喷嘴容易被半凝固的残留锡或者锡内的杂质累积堵塞，导致锡滴喷射角度发生偏移。因此在实际应用过程中需要定期对锡滴位置进行测量，偏移后需要对喷头进行清洁。定期测量和清洗过程中会影响到主流极紫外光刻机的正常使用，且测量和清洗过程繁琐。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种锡滴发生装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种锡滴发生装置包括：

倒置的锡滴发生器本体；

在所述锡滴发生器本体的喷嘴上方设置有锡池，所述锡池与所述喷嘴联通；

所述锡池上设置有加热线圈，用于对锡池中的锡进行加热，使其保持熔融态。

进一步地，在所述锡池外壁上还设置有第一电驱动装置，用于激发所述锡池中熔融态的锡产生预设频率的驻波振动。

进一步地，在所述第一电驱动装置和所述锡池的侧壁之间设置有绝热层。

进一步地，所述锡池为圆形扁平状，所述第一电驱动装置至少为四个，对称设置在所述锡池的周围。

进一步地，所述预设频率与所述锡滴发生器本体的喷射频率相同，并且在所述喷嘴位置的液面处于波谷时，喷射所述锡滴。

进一步地，所述锡滴发生装置还包括：

相位检测装置，用于检测所述液面振动在所述喷嘴位置的相位信息；

喷射控制装置，用于根据所述相位信息，控制所述锡滴喷射的相位，使得所述锡滴喷射时，所述喷嘴位置的液面处于波谷。

进一步地，所述倒置的锡滴发生器本体包括：

带有压力推送机构的盛放熔融态的锡的腔体；

设置在所述腔体上部并与所述腔体联通的喷管，所述喷管的上部末端与所述喷嘴联通；

在所述腔体的外壁和所述喷管的外壁上设置有加热线圈。

进一步地，所述喷管的一部分外壁上设置有加热线圈，所述喷管的另一部分外壁上设置有绝热层。

进一步地，在所述绝热层的外侧设置有第二电驱动装置，用于激发所述喷管中熔融态的锡产生驻波振动。

进一步地，在所述腔体的上部设置有环绕所述喷管、喷嘴以及锡池的外壳，所述第一电驱动装置和所述第二电驱动装置与所述外壳之间，设置有冷却外套。

进一步地，在所述锡池的边缘，设置有溢出装置，用于溢出和/或回收超过预设液面高度上限的熔融态的锡。

进一步地，在所述的锡池上设置有液面传感器，用于监测液面位置，当所述液面位置低于预设液面高度下限时，触发锡滴发生器本体向所述锡池补充熔融态的锡。

进一步地，所述加热线圈设置在所述锡池的底部靠近喷嘴的位置。

本发明的锡滴发生装置采用倒置结构设计，将锡滴的喷射方向改变为由下至上，并且在喷嘴部分设计了锡池结构，从而将喷嘴用薄层熔融态的锡液面保护，避免喷头由于锡的残留或者杂质累积。另外，再结合电驱动装置的驻波振动，使得锡池中的锡液保持扰动，从而进一步避免喷嘴阻塞，同时结合喷射频率与液面振动的预设频率的匹配设置，可以实现在锡滴在喷射出的瞬间，锡液面处于波谷，即对应于锡液面最薄的状态，从而对喷射的影响降低到最小。此外，通过液面传感器和溢出装置的设计可以使得锡池的熔融态的锡液保持一个合理的深度，以保护喷嘴不被堵塞并且保证对锡滴喷射的影响最小。

附图说明

图1是现有锡滴发生器的设计原理示意图。

图2是本发明的锡滴发生装置的结构示意图；

图3是本发明的锡滴发生装置的未产生驻波振动时的工作状态示意图；

图4是本发明的锡滴发生装置的产生驻波振动时的工作状态示意图；

图5是本发明的锡滴发生装置的锡池中产生驻波时的液面状态示意图；

图6是本发明的锡滴发生装置的喷嘴及锡池的局部结构示意图；

图7是本发明的锡滴发生装置的锡池的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，如图2所示，其为本发明的锡滴发生装置的结构示意图，与现有技术中的锡滴发生器相比，一个显著区别在于，整体结构上呈倒置状态，即现有技术中的锡滴发生器是从上向下推动熔融态的锡向下喷射，而在本发明中，是由下至上推动推动熔融态的锡向上喷射。本发明的锡滴发生装置整体上可以包括倒置的锡滴发生器本体5和带有锡池的喷嘴结构6。

倒置的锡滴发生器本体5可以采用现有技术中的锡滴发生器的基本结构，但整体结构为倒置的布局。如图2所示，锡滴发生器本体5从下至至上可以包括：带有压力推送机构7的盛放熔融态的锡的腔体8、设置在腔体8上部并与腔体8联通的喷管9以及与喷管9的上部末端联通的喷嘴10。熔融态的锡液被压力推送机构7向上加压推动，从喷嘴10中向上喷射。由于锡滴的喷射速度≥30m/秒，重复频率约50至200kHz，重力对锡滴的作用可以忽略不计，因此，倒置的结构并不会对锡滴的喷射造成实际的影响。压力推送机构7可以采用电机作为动力源。

在腔体8的外壁和喷管9的外壁上可以设置有加热线圈11，用来加热腔体8和喷管9中的锡，使之处于熔融态。其中，喷管9上的加热线圈11可以不用覆盖整个喷管9范围，而是在喷管9的一部分外壁上设置有加热线圈11，而另一部分外壁上设置绝热层13。并且绝热层13的外侧还可以设置电驱动装置14，用于激发喷管9中熔融态的锡产生驻波振动。

带有锡池12的喷嘴结构6具体包括：设置在锡滴发生器本体5的喷嘴10上方的锡池12，该锡池12与喷嘴10联通，锡池12上设置有加热线圈11，用于对锡池12中的锡进行加热，使其保持熔融态。加热线圈11可以在锡池12的底部靠近喷嘴10的位置从而可以对锡池12和喷嘴10部分的锡液进行同时加热。

如图2中所示，喷嘴10从锡池12底部的中心处穿过，喷嘴10的上表面可以与锡池12底部齐平。通过在喷嘴10的出口处增加一个浅浅的锡池，使得喷嘴10的出口浸没在熔融态的锡液中，通过锡液流动性以及对杂质的扩散作用，能够避免喷嘴10被锡滴里的杂质或者半凝固锡滴残留累积堵塞。

此外，在锡池12外壁上还可以设置有电驱动装置14，用于激发锡池12中熔融态的锡产生预设频率的驻波振动，该电驱动装置14可以为压电陶瓷的结构。此外，在电驱动装置14和锡池12的侧壁之间还可以设置有绝热层13。为了便于区分，在本发明的一些实施例中，第一电驱动装置设置在锡池12外壁，第二电驱动装置设置在喷管9外壁。

如图3和图4所示，其分别示出了未产生驻波振动和产生驻波振动后的锡液面的状态。如图7所示，电驱动装置14可以环绕锡池12周围对称设置，具体可以设置至少4个电驱动装置，从而产生能够对锡池12中的锡也进行有效扰动并且波形稳定的驻波。如图5所示，其为俯视视角的产生驻波振动后，液面所呈现的驻波振动状态。

进一步地，设置在锡池12周围的电驱动装置所施加的预设频率可以与锡滴发生器本体5的喷射频率相同，并且使得锡滴喷出时，喷嘴10位置的液面处于波谷。具体地，如图4中左侧的局部放大图所示，锡滴以固定频率向上喷射，如果锡滴喷射出的瞬间，喷嘴处的液面处于波谷，即对应于锡液面最薄的状态，那么可以将锡池中的熔融态的锡对喷射的影响降低到最小。具体地，可以通过调整液面的振动相位和/或锡滴喷射的相位来实现两者的匹配，使得锡滴喷射时，喷嘴位置的液面处于波谷。

锡滴喷射的具体时刻可以通过喷射的动力源确定，在喷射频率确定的情况下，通过对喷射的动力源(例如图中的压力推送机构7)进行控制，可以实现对喷射时机的调整，即对锡滴喷射的相位进行调整。本发明实施例的锡滴发生装置还可以包括相位检测装置和喷射控制装置：

相位检测装置，用于检测预设频率液面振动在预设频率喷嘴位置的相位信息。相位检测装置具体可以采用光电传感器来实现，通过非接触测量的方式，对喷嘴位置处的液面高度变化进行检测，从而获取到喷嘴位置的液面振动的相位信息。

喷射控制装置，用于根据所述相位信息，控制锡滴喷射的相位，使得预设频率锡滴喷射时，喷嘴位置的液面处于波谷。喷射控制装置可以具体为与锡滴喷射的动力源连接的控制芯片，通过将预设的相位匹配逻辑写入该控制芯片中，从而对锡滴喷射的时机进行调整。另外，喷射控制装置也可以是嵌入到现有的锡滴喷射控制程序中的程序单元，从而对锡滴喷射的时机进行调整。

此外，上述的锡滴喷射的频率还需要与激光光源的脉冲频率一致，从而使得激光能够击中喷射出的锡滴。因此，在对锡滴喷射频率调节，还需要同步协调激光光源的脉冲频率，从而实现光源脉冲频率、锡滴喷射频率以及相位控制液面波谷这三者的统一。

此外，设置在喷管9外壁的电驱动装置的输出振动频率也可以与锡滴发生器本体5的喷射频率相同，从而整体上保持相同的振动模式。

进一步地，为了控制锡池12中液面的高度能够处于一个合理的位置，可以在锡池12上设置有液面传感器15，具体可以采用电容传感器，用于监测熔融态的锡的液面位置，当液面位置低于预设液面高度下限时，触发锡滴发生器本体5向锡池12补充熔融态的锡，而当液面位置高于预设液面高度上限时，可以通过设置在锡池12的边缘的溢出装置16溢出，溢出后的锡液可以进行回收再利用。如图6和图7所示，溢出装置可以具体为设置锡池12侧壁预定高度排出槽，图中的空心箭头方向表示溢出方向。通过液面传感器15和溢出装置16可以使得锡池12的熔融态的锡液保持一个合理的深度，从而保护喷嘴10不被堵塞的同时，将对锡滴的影响降低到最小。

此外，如图2至4所示，在腔体8的上部还可以设置有环绕喷管9、喷嘴10以及锡池12的外壳17，在上述的第一电驱动装置和第二电驱动装置与外壳之间，设置有冷却外套18，从而避免内部的热量对外壳以及外部环境造成影响。

本发明的技术方案可用于极紫外光刻机的激光激发等离子体光源部分。

以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种锡滴发生装置，其特征在于，包括：

倒置的锡滴发生器本体；

在所述锡滴发生器本体的喷嘴上方设置有锡池，所述锡池与所述喷嘴联通；

所述锡池上设置有加热线圈，用于对锡池中的锡进行加热，使其保持熔融态。

2.根据权利要求1所述的锡滴发生装置，其特征在于，在所述锡池外壁上还设置有第一电驱动装置，用于激发所述锡池中熔融态的锡产生预设频率的驻波振动。

3.根据权利要求2所述的锡滴发生装置，其特征在于，在所述第一电驱动装置和所述锡池的侧壁之间设置有绝热层。

4.根据权利要求2所述的锡滴发生装置，其特征在于，所述锡池为圆形扁平状，所述第一电驱动装置至少为四个，对称设置在所述锡池的周围。

5.根据权利要求2所述的锡滴发生装置，其特征在于，所述预设频率与所述锡滴发生器本体的喷射频率相同，并且在所述喷嘴位置的液面处于波谷时，喷射所述锡滴。

6.根据权利要求5所述的锡滴发生装置，其特征在于，还包括：

相位检测装置，用于检测所述液面振动在所述喷嘴位置的相位信息；

喷射控制装置，用于根据所述相位信息，控制所述锡滴喷射的相位，使得所述锡滴喷射时，所述喷嘴位置的液面处于波谷。

7.根据权利要求2所述的锡滴发生装置，其特征在于，所述倒置的锡滴发生器本体包括：

带有压力推送机构的盛放熔融态的锡的腔体；

设置在所述腔体上部并与所述腔体联通的喷管，所述喷管的上部末端与所述喷嘴联通；

在所述腔体的外壁和所述喷管的外壁上设置有加热线圈。

8.根据权利要求7所述的锡滴发生装置，其特征在于，所述喷管的一部分外壁上设置有加热线圈，所述喷管的另一部分外壁上设置有绝热层。

9.根据权利要求8所述的锡滴发生装置，其特征在于，

在所述绝热层的外侧设置有第二电驱动装置，用于激发所述喷管中熔融态的锡产生驻波振动。

10.根据权利要求8所述的锡滴发生装置，其特征在于，在所述腔体的上部设置有环绕所述喷管、喷嘴以及锡池的外壳，所述第一电驱动装置和所述第二电驱动装置与所述外壳之间，设置有冷却外套。

11.根据权利要求1所述的锡滴发生装置，其特征在于，在所述锡池的边缘，设置有溢出装置，用于溢出和/或回收超过预设液面高度上限的熔融态的锡。

12.根据权利要求1所述的锡滴发生装置，其特征在于，在所述的锡池上设置有液面传感器，用于监测液面位置，当所述液面位置低于预设液面高度下限时，触发锡滴发生器本体向所述锡池补充熔融态的锡。

13.根据权利要求1所述的锡滴发生装置，其特征在于，所述加热线圈设置在所述锡池的底部靠近喷嘴的位置。

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