CN219893498U - 一种燃料发射器及含有其的euv辐射源产生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料发射器及含有其的EUV辐射源产生装置。燃料发射器，包括喷嘴，在喷嘴的内壁上轴向设置有两组导电体，在喷嘴的外壁上对称设置有两根导线，两根导线分别与两组导电体电性连接；还包括磁场发生器，磁场发生器设置在喷嘴的外部且磁场方向垂直于喷嘴和导线；在喷嘴和磁场发生器的外侧设置有外壳，所述喷嘴最外端部分探出外壳外侧；还包括燃料泵，燃料泵的进料端通过绝缘管与燃料储罐相连通，燃料泵的出料端通过绝缘管与喷嘴的进口相连通。本实用新型中，可实现燃料的连续两次的精准击打，使其激发出极紫外光光子，形成的点辐射源经椭球形反射镜反射出收集器顶端的发射口，从而实现EUV辐射源的制备和收集。

Description

一种燃料发射器及含有其的EUV辐射源产生装置

技术领域

本实用新型属于光刻机辅助装置技术领域，具体涉及一种用于光刻机的燃料发射器及含有其的EUV辐射源产生装置。

背景技术

极紫外光刻（Extreme Ultra-violet），常称作EUV光刻，它是以波长为10-14nm的极紫外光作为辐射源的光刻技术。制备EUV光刻机的难点主要在EUV辐射源的制备和收集，目前EUV辐射源的制备和收集主要采用的办法是由燃料发射器发射微米级的金属锡液滴，再由高功率的二氧化碳激光发射器连续准确击打金属锡液滴以激发出EUV极紫外光光子，再通过多次反射，控制光的传播方向以及吸收掉其他波长的光，形成可用于光刻机光刻的EUV辐射束，以实现EUV极紫外光的制备和收集。

目前在公开的用于EUV光刻机的燃料发射器或液滴生成器的专利中，如专利号为202011163837.X，专利名称为一种EUV光源靶滴发生装置及方法，其所述方法为通过惰性气体对容腔内液态材料加压形成射流；对射流施加扰动，使射流在瑞利失稳原理下形成液滴列；使所述液滴列穿过带电孔板，使液滴带上电荷；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和卫星液滴；使用激光轰击卫星液滴，使用液体回收组件回收主液滴。该实用新型所述方法制备的卫星液滴存在大小随机，流动路线随机，形成的辐射源强度不固定，点辐射源的形成位置不固定等问题，尚不能达到EUV光刻机对燃料发射器的要求。

综上，现有技术的不足在于：

1，难以在单位时间内制备出足够多，体积大小适中且大小相对固定的燃料液滴；

2，液滴间可能存在相互融合现象；

3，无法按固定路线将燃料液滴连续发射出去，并使后续的点辐射源形成位置相对固定，便于后续的收集。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种用于光刻机的燃料发射器及含有其的EUV辐射源产生装置，以解决现有技术的问题。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种燃料发射器，其特征在于：

包括喷嘴，在喷嘴的内壁上轴向设置有两组导电体，在喷嘴的外壁上对称设置有两根导线，两根导线分别与两组导电体电性连接；

还包括磁场发生器，磁场发生器设置在喷嘴的外部且磁场方向垂直于喷嘴和导线；

在喷嘴和磁场发生器的外侧设置有外壳，所述喷嘴最外端部分探出外壳外侧；

还包括燃料泵，燃料泵的进料端通过绝缘管与燃料储罐相连通，燃料泵的出料端通过绝缘管与喷嘴的进口相连通。

进一步的：所述导线外侧设置有护管，且导线和护管沿喷嘴径向设置。

进一步的：所述外壳内壁设有屏磁层，其材料为软铁、硅钢、坡莫合金或软磁铁氧体。

进一步的：所述磁场发生器和燃料泵设有电控开关，与所述导线电性连接。

本实用新型还包括一种EUV辐射源产生装置，其特征在于：

包括如上所述的燃料发射器；

还包括收集器、监控系统、激光器、废料接收管路；

所述收集器包括锥状的壳体，在壳体上部设置有光源出口，在壳体下部设置有椭球形反射镜，在椭球形反射镜的底部设置有与激光器相配合的激光发射口；

燃料发射器和废料接收管路对应设置在壳体的两侧；

所述监控系统包括辅助激光发生器和与其配合的传感器，二者对应设置在壳体上，且连线与燃料的运行路径相交。

进一步的：所述辅助激光发生器设有电控开关，与所述燃料发射器的导线电性连接。

进一步的：所述激光器设在椭球形反射镜激光发射口处，通过导线与传感器电性连接。

进一步的：所述收集器设有涂层，由硅材料和钼材料交替构成，所述收集器向废料接收管路一侧倾斜，并设有支撑结构。

进一步的：所述燃料为金属锡。

进一步的：所述绝缘管、喷嘴材质均为氮化硼，所述储罐罐壁、泵内壁均设有氮化硼绝缘层。

进一步的：所述导电体为银或铜。

进一步的：所述外壳外壁设有涂层，由硅材料和钼材料交替构成，内壁设有屏磁层，其材料为软铁、硅钢、坡莫合金或软磁铁氧体。

进一步的：所述废料接收管路内设有导线，用于排放废料或未被激发的燃料的电荷。

本实用新型的优点是：

1.通过泵上的电控开关打开或者关闭泵的方式，实现燃料液滴的连续制备，当每次打开或者关闭泵的时间间隔相同时，制备的燃料液滴大小可一致；通过导线断口处空隙的体积大小及泵的性能控制每滴燃料液滴的体积大小；当泵的开闭间隔控制在10^-5s时，可实现每秒5万滴燃料液滴的制备；

2.燃料液滴在喷嘴内携带相同电荷，相互排斥，这有利于避免燃料液滴间的相互融合，另外燃料液滴在喷嘴内做加速运动，先生成的燃料液滴的运行速度始终比后生成的燃料液滴快，使后生成的燃料液滴无法追上先生成的燃料液滴，从而避免了燃料液滴间的融合；

3.燃料液滴在喷嘴内运行时，所受的作用力相对简单固定，仅为重力、支撑力、摩擦力和安培力，其中重力作用方向始终向下，支撑力作用方向始终与喷嘴管壁垂直，安培力与燃料液滴的运行方向相同，摩擦力与燃料液滴的运行方向相反，可通过控制燃料液滴体积大小、电流强度、磁感应强度等参数，控制各作用力的大小，从而有效控制燃料液滴在喷嘴内的移动速度；由于喷嘴最外端部分探出外壳外侧，外壳内壁设有屏磁层，喷嘴最外端，无磁场强度，燃料液滴离开喷嘴后不会受洛伦兹力的作用，改变其飞行轨迹，综上燃料液滴离开喷嘴后的飞行轨迹、移动速度均是可控的，本实用新型实现了以直线或接近直线的固定路径将燃料液滴连续发射出去的效果。

综上，本实用新型所述燃料发射器满足用于制备EUV辐射源的燃料发射器的所需条件，从而使形成的辐射强度相对稳定，EUV辐射源的形成位置相对固定，便于后续EUV辐射的收集。

此外，本实用新型所述的EUV辐射源产生装置，通过监控系统得到燃料液滴的飞行轨迹数据，帮助激光器在燃料液滴到达等离子体形成区之前获得相关数据，通过数据分析实现燃料液滴的连续两次精准击打，从而制备出EUV辐射源，由于EUV辐射源的形成位置相对固定，形成的辐射源可经椭球形反射镜反射出光源出口，将EUV辐射源收集成一束辐射束。

附图说明

图1是燃料发射器的整体结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是EUV辐射源产生装置的结构示意图；

图4是控制电路的结构示意图；

图5是燃料泵的电控开关工作原理示意图；

图中序号说明：1为收集器、2为燃料发射器、3为监控系统、4为激光器、5为废料接收管路；

11为壳体、12为光源出口、13为椭球形反射镜、14为激光发射口；

21为喷嘴、22为通孔、23为导电体、24为导线、25为导线护管、26为磁场发生器、27为外壳、28为燃料泵、29为燃料储罐、210为绝缘管，211为电源，212为电信号放大器；

31为辅助激光发生器、32为传感器；

61为磁场发生器的电控开关；

621、622、623为燃料泵的电控开关；

63为辅助激光器的电控开关；

在电信号放大器中，2121为NPN型三极管，2122为电源；

R1、R2为电阻。

具体实施方式

参考附图1-5。本实用新型提供了一种燃料发射器2，包括喷嘴21，喷嘴为圆柱状的绝缘体，在中心设置有通孔22，在喷嘴通孔的内壁上轴向设置有两组导电体23，在喷嘴的外壁上对称设置有两根导线24，两根导线分别与两组导电体电性连接；在导线的外侧设置有导线护管25；还包括磁场发生器26，磁场发生器设置在喷嘴的外部且磁场方向垂直于喷嘴和导线所在的平面；在喷嘴和磁场发生器及导线等的外侧设置有外壳27，喷嘴的前端伸出外壳，外壳为隔磁材质，可屏蔽磁场，使磁场仅作用于壳体内侧；还包括燃料泵28，燃料泵的进料端通过绝缘管210与燃料储罐29相连通，燃料泵的出料端通过绝缘管与喷嘴的进口相连通，燃料泵将燃料打入喷嘴，进入喷嘴的燃料液滴的大小与喷嘴的内径相适应，可充满部分管径，并接通两组导电体进而连接两导线，同时电路连通使燃料液滴中产生电流，使其受到磁场力作用产生加速。

优选的：喷嘴、导线、电源形成一控制电路，喷嘴相当于导线的断开点，当其内存在液滴时，连通电路，当无液滴时，断开电路，从而形成一个控制端。进一步的，为了电路的稳定及信号的强度，在电路上还连有信号放大器，并设置有电阻。控制电路上设置有一个或多个电控开关，多个电控开关并联后设置在控制电路中，电控开关用于控制其所在支路的通断，进而实现控制电路与各支路的联动。各支路包括监控系统、磁场发生器、燃料泵控制支路等。

优选的：所述导线护管沿喷嘴径向对称设置，两导线护管呈一条直线且垂直于喷嘴布置。

优选的：所述外壳内壁设有屏磁层，其材料为软铁、硅钢、坡莫合金或软磁铁氧体。

优选的：所述电信号放大器，作用是把导线所在控制电路的微小电流信号进行放大，形成一放大电路。其设有独立的辅助电源2122及NPN型三极管2121，用于放大电信号，便于将电信号传输至指定位置。

本实用新型还公开了一种EUV辐射源产生装置，其包括前述的燃料发射器2；还包括收集器1、监控系统3、激光器4、废料接收管路5；燃料发射器2可将燃料发射至收集器内部激发点位置；收集器1可将激发出的辐射源进行收集；监控系统3可监控燃料液滴的动态，帮助激光器4确定激发的时机，激光器4在对应激发点位置，根据监控系统的反馈产生激光，激发经过激发点位置的燃料液滴；废料接收管路5将激发后残余的废料以及未激发的液滴进行回收。

其中，所述收集器包括锥状的壳体11，在壳体上部设置有光源出口12，在壳体下部设置有椭球形反射镜13，在椭球形反射镜的底部设置有与激光器相配合的激光发射口14；椭球形反射镜13可将激发点产生的辐射源反射至光源出口。燃料发射器的喷嘴和废料接收管路5对应设置在壳体的两侧。监控系统3包括辅助激光发生器31和与其配合的传感器32，该传感器为光传感器，接收激光发生器产生的激光，二者对应设置在壳体上，且连线与燃料的运行路径相交，即燃料运行过程中，会阻挡传感器接收激光，传感器进而产生对应的电信号并传递给相应的部件，从而判断液滴的位置等。

优选的：所述收集器设有涂层，由硅材料和钼材料交叠构成，共有40层，可有效防止辐射外溢。如图3所示，所述收集器向废料接收管路一侧倾斜，并设有支撑结构，可通过与已获得支撑的其他部件相连，使其获得支撑。

优选的：所述燃料为金属锡，燃料储罐外部设置有加热装置，在系统运行时，将金属锡加热至液态。

优选的：所述绝缘管、喷嘴材料均为氮化硼，所述燃料储罐和燃料泵的内壁均设有绝缘层，绝缘层材料为氮化硼。

优选的：所述绝缘管外径为20mm，与喷嘴、燃料泵连接端内径为30μm，其余部分内径为10mm；

优选的：所述喷嘴外径为30mm，喷嘴含内径为30μm的圆柱形通孔，通孔内壁设有两条金属涂层做为导电体，各与一条导线相连，材料为金属铜或者金属银，通孔内壁为氮化硼基板，所述喷嘴最外端部分探出外壳外侧。进一步的，外壳外侧的喷嘴部分，内壁上的导电体只有一组，当液滴经过时，液滴上的电荷从导电体导出，使液滴不带电。

优选的：所述喷嘴进口端位置设置有内径为20mm的连接槽口，通过螺纹配合的方式与绝缘管相连。

优选的：所述泵为柱塞泵，设有独立的辅助电源，多电控开关模式时，所述泵上的电控开关收到控制电路的电信号后，会每隔固定时间交替打开或者关闭泵，未收到电信号时会打开泵；单电控开关模式时，所述泵上的电控开关收到电信号后会关闭泵，未收到电信号后会打开泵。

优选的：所述磁场发生器，设有独立的辅助电源及磁场线圈，所述磁场发生器上的电控开关接收导线传递的电信号后，会打开磁场发生器，使其在磁场线圈内产生设定的电流强度的电流，从而产生强磁场。

优选的：所述辅助激光发生器，设有独立的辅助电源，所述辅助激光发生器上的电控开关接收电信号后，会打开辅助激光发生器，使其激发产生激光，一定时间内未接收到信号（如超过0.1s），就会关闭辅助激光发生器。可通过连接电容来实现关闭电控开关后不马上关闭辅助激光发生器的效果，为现有技术，不再详细叙述。

优选的：所述外壳外壁设有涂层，由硅材料和钼材料交替构成，共有40层，内壁设有屏磁层，其材料为软铁、硅钢、坡莫合金或软磁铁氧体。

优选的：所述传感器设有独立的辅助电源。

优选的：所述激光器为二氧化碳激光器。

优选的：所述废料接收管路内壁连有导线，用于排放废料或燃料液滴中的电荷。

现将燃料泵电控开关的工作原理示意图附于图5，需要说明的是，以下所述方法仅仅是一种示例，不做为对本方案的限定，本方案所述方法，还可通过现有技术所公开了的其他方式实现。

如图 5所示，电控开关621与电控开关622、623为并联，电控开关622和电控开关623为串联，当电控开关621和622接收到控制电路（接通时产生）的电信号时，电控开关621断开电路，电控开关622连接电路，电控开关623为脉冲开关，可使电路按一定频率通断，使燃料泵28按一定频率通断，从而交替打开或者关闭燃料泵；当电控开关621和622未接收到电信号时，电控开关621连接电路，电控开关622断开电路，燃料泵所在电路是通路，持续接通燃料泵；

此外，可替代的，当泵所在电路只有电控开关621，无电控开关622和623时，当电控开关621接收到电信号时会关闭泵，未接收到电信号时会打开泵。

本方案中燃料发射器的工作原理：通过燃料泵将燃料运送至喷嘴，实现控制电路通路，燃料泵在控制电路的反馈下启动或停止，形成液滴的持续导入；同时磁场发生器上的电控开关收到控制电路电信号后，打开磁场发生器，使其产生强磁场；同时燃料在喷嘴内运行时，所在电路是通路，在强磁场作用下，受与燃料液滴运行方向相同（可根据要求确定电流的方向）的安培力作用，沿喷嘴管壁做加速运动直到被发射出去。

本方案中EUV辐射源产生装置的工作原理：通过燃料泵将燃料运送至喷嘴，实现电路通路，辅助激光发生器上的电控开关打开辅助激光发生器，使其激发激光，当燃料液滴未到达其光路时，传感器可接收到激光，并将其转化成电信号，燃料液滴到达其光路时，会阻挡光路，从而使传感器无法接收到激光或只接收到部分激光，传感器将其转化成对应的电信号，从而实现对液滴运行的监控。传感器将生成的电信号实时传输至椭球形反射镜激光发射口处的激光器中，帮助其识别燃料液滴的飞行轨迹，激光器在对应的燃料液滴到达等离子体形成区（即激发点）之前获得相关数据，通过数据分析确定激发激光脉冲的时机，进而实现连续两次的精准击打，使其激发出极紫外光光子，由于燃料液滴的飞行轨迹相对固定，使激光器击打金属锡的位置相对固定，使其形成点辐射源的位置相对固定，形成的点辐射源可经椭球形反射镜反射出收集器顶端的光源出口，经过后续的收集从而实现EUV辐射源的制备和收集。

本实用新型所述收集器向废料接收管路一侧倾斜，避免废料或未被激发的燃料堵住椭球形反射镜下方的激光口或影响椭球形反射镜对EUV光的反射，使其无法正常运行，同时管路上的导线将废料或燃料液滴所携带的电荷排放掉。

下面通过实施例并结合原理对本方案进一步说明如下。

实施例

一、本方案所使用的器件、氮化硼涂层及屏磁层的添加技术均为现有技术，因此不再详细描述其各部件的制备方法及相关涂层的添加方法。

喷嘴、导线的制备方法示例如下，以下所述方法仅仅是一种示例，不做为对本方案的限定，本方案所述结构，还可通过现有技术所公开了的其他方式制备而得。

1，在一块氮化硼基板上，用激光打出一个长40μm，宽20μm的方形狭缝。

2，氮化硼表面改性：采用H₂O₂水热、超声辅助水解或等离子体处理等方式在氮化硼表面进行-OH化修饰，便于后续通过化学反应，与金属银紧密结合。本实施例采用H₂O₂水热的方式在氮化硼表面进行-OH化修饰。

3，在1000℃高温下，将液态银溶液滴入狭缝中，待其浸满孔洞后迅速降温，使其成为固态银填充物。

4，分别以银填充物中心为圆心，用激光打出内径30μm的圆柱形狭缝，外径为30mm的圆形壳体；银填充物形成两个不接触的区域，做为导电体。

5，采用激光及数控机床对该壳体造型进行再加工，如制备与外壳连接的卡槽、与导线护管结合部分及绝缘管结合部分的造型等。

6，连接导线护管及绝缘管，使其全部相通，按照步骤2和3所述方法，在导线护管内添加银，同时尽量不将金属银添加至喷嘴通孔内及绝缘管内。

7，采用刻蚀机沿喷嘴和绝缘管的狭缝进行刻蚀，直至将导线断开，使喷嘴与绝缘管被打通，并确保步骤6产生的裸露在外的氮化硼改性层被刻蚀掉，同时绝缘管内银被全部刻蚀掉，喷嘴内银涂层被断开，形成的两条导电体各与一条导线电性连接。

8，将喷嘴上探出外壳部分的一侧银涂层用刻蚀机刻蚀掉，仅留一侧银涂层用于排出燃料液滴携带的电荷，进一步的避免燃料液滴离开喷嘴后运行轨迹发生偏转。

二、按照具体实施方式所述结构，将各器件相连，其中外壳内壁屏磁层为软铁；将喷嘴探出外壳部分未被刻蚀掉的一侧银涂层与正极相连，被刻蚀掉一侧与负极相连；所述燃料泵采用多电控开关模式，开闭间隔时间控制为10-5s；并设置3组辅助激光发生器及传感器组成的监控系统，以获得燃料液滴飞行轨迹的三维数据。

需要指出的，由于燃料发射器所述泵上的电控开关未收到电信号，就会打开泵，因此实际应用中，需待EUV辐射源产生装置的工作环境、温度等条件均达到要求时再连上泵的电源。

本实施例的工作原理如下：

通过燃料泵将燃料运送至喷嘴进口端的导电体处，使燃料液滴与两导电体同时相连，从而实现电路通路，泵上的电控开关收到电信号后，每隔10^-5s交替打开或者关闭泵，实现燃料液滴的连续制备，每秒5万滴；同时磁场发生器上的电控开关接收到电信号后，打开磁场发生器，使其产生强磁场；同时燃料在喷嘴内运行时，所在电路是通路，始终存在电流从每滴燃料液滴通过，在同等强度的强磁场作用下，受与燃料液滴运行方向相同的安培力作用，沿喷嘴管壁做加速运动被发射出去。另外，燃料液滴在喷嘴内运行时，由于每滴燃料液滴任一时刻的加速度大小均相同或近似，先生成的燃料液滴的运行速度总比后生成的燃料液滴运行速度快，从而避免了液滴间的融合；同时辅助激光发生器上的电控开关收到电信号后，打开辅助激光发生器，使其激发激光，燃料液滴未到达其光路时，对应的传感器会接收到激光，并将其转化成电信号，燃料液滴到达其光路时，会遮挡光路，使传感器无法接收到激光或只接收到部分激光，从而产生对应的电信号，多组传感器实时通过导线将电信号传输至椭球形反射镜激光发射口处的激光器中，帮助其识别燃料液滴的飞行轨迹，激光器在燃料液滴到达等离子体形成区之前获得相关数据，通过数据分析确定激发激光脉冲的时机，进而实现连续两次的精准击打，使其激发出极紫外光光子，由于燃料液滴的飞行轨迹相对固定，使激光器击打金属锡的位置相对固定，使其形成点辐射源的位置相对固定，形成的点辐射源可经椭球形反射镜反射出收集器顶端的光源出口，从而实现EUV辐射源的制备和收集。

本实施例所述收集器向废料接收管路一侧倾斜，避免废料或未被激发的燃料堵住椭球形反射镜下方的激光口或影响椭球形反射镜对EUV光的反射，使其无法正常运行，同时管路上的导线将废料或燃料液滴所携带的电荷排放掉。

Claims (10)

1.一种燃料发射器，其特征在于：

包括喷嘴，在喷嘴的内壁上轴向设置有两组导电体，在喷嘴的外壁上对称设置有两根导线，两根导线分别与两组导电体电性连接；

还包括磁场发生器，磁场发生器设置在喷嘴的外部且磁场方向垂直于喷嘴和导线；

在喷嘴和磁场发生器的外侧设置有外壳，所述喷嘴最外端部分探出外壳外侧；

还包括燃料泵，燃料泵的进料端通过绝缘管与燃料储罐相连通，燃料泵的出料端通过绝缘管与喷嘴的进口相连通。

2. 根据权利要求1 所述的一种燃料发射器，其特征在于：所述导线外侧设置有护管，且导线和护管沿喷嘴径向设置。

3. 根据权利要求1 所述的一种燃料发射器，其特征在于：所述外壳内壁设有屏磁层，屏磁层材料为软铁、硅钢、坡莫合金或软磁铁氧体。

4. 根据权利要求1 所述的一种燃料发射器，其特征在于：所述磁场发生器和燃料泵设有电控开关，电控开关的控制端与所述导线电性连接。

5.一种EUV 辐射源产生装置，其特征在于：包括如权利要求1-4 任一所述的燃料发射器；还包括收集器、监控系统、激光器、废料接收管路；

所述收集器包括锥状的壳体，在壳体上部设置有光源出口，在壳体下部设置有椭球形反射镜，在椭球形反射镜的底部设置有与激光器相配合的激光发射口；

燃料发射器和废料接收管路对应设置在壳体的两侧；监控系统包括辅助激光发生器和与其配合的传感器，二者对应设置在壳体上，且连线与燃料液滴的运行路径相交。

6.根据权利要求5 所述的一种EUV 辐射源产生装置，其特征在于：所述辅助激光发生器设有电控开关，电控开关的控制端与所述燃料发射器的导线电性连接。

7.根据权利要求5 所述的一种EUV 辐射源产生装置，其特征在于：所述燃料为金属锡。

8.根据权利要求5 所述的一种EUV 辐射源产生装置，其特征在于：所述绝缘管、喷嘴材质均为氮化硼，所述燃料储罐罐壁、燃料泵内壁均设有氮化硼绝缘层。

9.根据权利要求5 所述的一种EUV 辐射源产生装置，其特征在于：所述导电体为银或铜。

10.根据权利要求5 所述的一种EUV 辐射源产生装置，其特征在于：所述外壳外壁设有涂层，由硅材料和钼材料交替构成，内壁设有屏磁层，其材料为软铁、硅钢、坡莫合金或软磁铁氧体。