TWI634391B - 噴嘴模組、微影裝置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

提供一種噴嘴模組，噴嘴模組包括一噴嘴，噴嘴具有一腔體及一液體輸出口。噴嘴模組還包括一毛細管，毛細管連接液體輸出口而與腔體連通。噴嘴模組更包括一壓電元件，壓電元件夾持毛細管。再者，噴嘴模組包括一頻率產生元件，頻率產生元件設置於腔體的外表面，用以對腔體提供振盪頻率。

Description

噴嘴模組、微影裝置及其操作方法

本發明係有關於一種噴嘴模組，特別為有關於可應用在極紫外光(extreme ultraviolet，EUV)微影技術的噴嘴模組、微影裝置及其操作方法。

半導體積體電路產業歷經快速的成長，積體電路材料及設計技術的進步產生數個世代的積體電路，每一世代的積體電路具有比前一世代更小且更複雜的電路。在積體電路的發展過程中，功能密度(亦即，每晶片面積內所連接的裝置的數量)通常會增加，且幾何圖形尺寸(亦即，製程中所能製造出的最小元件或線路)縮小。尺寸的縮小提供了增加生產效率及降低成本的優點，然而尺寸的縮小也增加了積體電路製程與製造上的複雜度。

積體電路製程通常包括在半導體基底上沉積介電層、導電層或半導體層等各種材料層，且對材料層進行圖案化製程(例如，微影製程及/或蝕刻製程)，以在半導體基底上形成積體電路元件。微影製程是一種利用光線照射具有圖案的光罩將圖案轉印到感光材料(例如，光阻)上的製程，微影製程一般包括塗佈光阻、曝光、顯影等主要步驟。具體而言，元件所需 的圖案先製作在光罩上，利用曝光製程使光阻中未被光罩圖案遮蔽的區域產生光化學反應，改變光阻的性質，接著進行顯影製程，形成與光罩圖案相同的光阻圖案。之後，利用蝕刻製程將光阻圖案轉移至需要圖案化的材料層，以形成積體電路元件。

目前發展出藉由調整光學微影輻射源的曝光波長改良光微影解析度的技術，以實現積體電路元件更小的臨界尺寸(或稱為最小特徵尺寸)。舉例來說，隨著高解析度的微影製程的需求增加，已發展出極紫外光(EUV)微影技術。雖然現有的微影技術大致上可以達到預期目的，然而現有的微影技術並沒有在所有方面都令人滿意。例如，光學微影輻射源的品質及穩定性可能是不足夠的，且微影裝置內容易產生污染而縮短使用壽命。

本發明實施例係提供一噴嘴模組。噴嘴模組包括一噴嘴，噴嘴具有一腔體及一液體輸出口。噴嘴模組還包括一毛細管，毛細管連接液體輸出口而與腔體連通。噴嘴模組更包括一壓電元件，壓電元件夾持毛細管。再者，噴嘴模組包括一頻率產生元件，頻率產生元件設置於腔體的外表面。

本發明實施例係提供一種微影裝置。微影裝置包括一液滴產生器。液滴產生器包括前述噴嘴模組。微影裝置還包括一射線收集器，射線收集器設置於液滴產生器下方。微影裝置更包括一雷射光源，雷射光源設置於射線收集器下方。

本發明實施例係提供一種微影裝置的操作方法。 微影裝置的操作方法包括在一噴嘴的一腔體內提供一液態靶材。微影裝置的操作方法還包括使用一頻率產生元件對腔體提供一振盪頻率。微影裝置的操作方法更包括朝向一射線源腔體內噴出液態靶材。使用一壓電元件擠壓液態靶材，使得噴出的液態靶材在射線源腔體內形成複數靶材液滴。再者，微影裝置的操作方法包括使用一雷射光源對靶材液滴照射一脈衝雷射，以在射線源腔體內產生一射線。微影裝置的操作方法還包括使用一射線收集器將射線引導到射線源腔體外。

100‧‧‧微影裝置

200‧‧‧射線源腔體

300‧‧‧射線收集器

400‧‧‧雷射光源

500‧‧‧聚焦光學模組

510‧‧‧反射鏡

520‧‧‧透鏡

600‧‧‧液滴產生器

601‧‧‧噴嘴模組

610‧‧‧殼體

620‧‧‧噴嘴

621‧‧‧腔體

622‧‧‧液體輸出口

630‧‧‧毛細管

640‧‧‧壓電元件

650‧‧‧過濾元件

660‧‧‧保護元件

670‧‧‧頻率產生元件

700‧‧‧液滴收集器

801、811、812、813、814‧‧‧靶材液滴

D‧‧‧間隔距離

f₁‧‧‧第一固有頻率

f₂‧‧‧第二固有頻率

S₁‧‧‧強度

S₂‧‧‧強度

第1圖係繪示出根據一些實施例之微影裝置的示意圖。

第2圖係繪示出根據一些實施例之噴嘴模組的示意圖。

第3圖係繪示出根據一些實施例之噴嘴模組的示意圖。

第4圖係繪示出根據一些實施例之微影裝置的操作方法的示意圖。

第5圖係繪示出根據一些實施例之噴嘴振盪的頻率與強度的關係圖。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例，以實施本發明的不同特徵。而本說明書以下的揭露內容是敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以求簡化發明的說明。當然，這些特定的範例並非用以限定本發明。例如，若是本說明書以下的揭露內容敘述了將一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特徵與上述第二 特徵是直接接觸的實施例，亦包含了可將附加的特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與上述第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，本發明的說明中不同範例可能使用重複的參考符號及/或用字。這些重複符號或用字係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定各個實施例及/或所述外觀結構之間的關係。

本發明實施例可配合圖式一併理解，本發明的一些實施例之圖式亦被視為發明說明之一部分。需了解的是，本發明的一些實施例之圖式不一定以實際裝置及元件之比例繪示，例如在圖式中可能放大尺寸以便清楚表現出本發明的一些實施例之特徵。此外，圖式中之結構及裝置係以示意之方式繪示，以便清楚表現出本發明的一些實施例之特徵。

再者，為了方便描述圖式中一元件或特徵部件與另一(複數)元件或(複數)特徵部件的關係，可使用空間相關用語，例如“在...之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及類似的用語等。可以理解的是，除了圖式所繪示的方位之外，空間相關用語涵蓋使用或操作中的裝置的不同方位。所述裝置也可被另外定位(例如，旋轉90度或者位於其他方位)，並對應地解讀所使用的空間相關用語的描述。可以理解的是，在所述方法之前、期間及之後，可提供額外的操作步驟，且在一些方法實施例中，所述的一些操作步驟可被替代或省略。

在以下的揭露內容中，所述「大約」之用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內，例如是10%之內，又例如是5%之內、3%之內、2%之內、1%之內或0.5%之內。

以下所述實施例可能討論特定的內容，例如所述噴嘴模組及微影裝置係應用於極紫外光(extreme ultraviolet，EUV)微影技術，然而所屬技術領域中具有通常知識者閱讀所揭露內容可理解在其他實施例中可考慮其他各種應用，包括任何適合的科技世代的先進微影製程。應注意的是，此處所討論的實施例可能未必敘述出噴嘴模組及微影裝置的每一個元件及其操作方法，且可能以特定的配置來討論噴嘴模組及微影裝置，然而在其他方法實施例中，噴嘴模組及微影裝置可以具有任何合理的配置及操作方法。

在本發明實施例中描述的先進微影製程、方法及材料可以適用於許多應用中，包括鰭式場效電晶體(fin-type field effect transistor，FinFET)。例如，鰭結構可能被圖案化以在複數結構之間產生相對較小的間隔，而本發明實施例適合應用於此。再者，本發明實施例可以應用在用來形成鰭式場效電晶體之鰭結構的間隙壁(spacer)的製程。

極紫外光微影技術是利用具有極短波長(例如，大約13.5奈米)的極紫外光射線作為曝光製程中的光源。通常可藉由雷射產生電漿法(laser-produced plasma，LPP)或放電產生電漿法(discharge-produced plasma，DPP)來產生極紫外光射線。一般而言，雷射產生電漿法是將雷射光束聚焦在從噴嘴噴出的靶材液滴(target droplet)上，利用雷射光束撞擊靶材液滴而形成高度離子化的電漿，此高度離子化的電漿會發射出波長為大約13.5奈米的極紫外光射線。在其他情況下，利用雷射產生電漿法形成的電漿亦可發射出其他所需的波長的射線。

藉由雷射產生電漿法所產生的極紫外光射線的功率取決於雷射光束聚焦在靶材液滴上的良好程度。舉例來說，若適當聚焦雷射光束，則所得到的極紫外光射線的功率可具有所需的功率。然而，若靶材液滴的位置偏離，則雷射光束可能不對焦而無法良好地聚焦在靶材液滴上(亦即，雷射光束可能聚焦至未照射到靶材液滴的位置上)，如此一來將減少所得到的極紫外光射線的功率。再者，極紫外光射線是利用雷射光束撞擊多個靶材液滴所形成，然而，如果從噴嘴噴出的每一個靶材液滴沒有完全對準雷射光束聚焦的位置上，則可能導致極紫外光射線的功率不一致且不穩定，進而造成曝光製程出現問題(例如，曝光不均勻)。靶材液滴沒有完全對準雷射光束聚焦的位置上的原因包括噴嘴噴出靶材液滴的時間有誤差(亦可稱為「cross-interval drifting或timing offset」)、噴出的靶材原本應形成單一液滴卻分裂成多個液滴(亦可稱為「satellite」)、或是其他可能的因素。

有鑑於此，本發明實施例提供一種噴嘴模組、微影裝置及其操作方法，能夠精準地控制靶材液滴從液滴產生器的噴嘴模組噴出的時間，確保每一個靶材液滴對準雷射光束聚焦的位置上，以提升所得到的極紫外光射線的功率，且減少或消除多個靶材液滴從噴嘴模組噴出的時間間隔上的差異，使得所得到的極紫外光射線的功率一致且穩定，避免產生曝光不均勻的問題。

以下具體描述本發明的一些實施例。第1圖係繪示出根據一些實施例之微影裝置的示意圖。如第1圖所示，在一 些實施例中，微影裝置100包括射線源腔體200、射線收集器300、雷射光源400、聚焦光學模組500、液滴產生器600及液滴收集器700。為了清楚說明及簡化圖式，微影裝置100的其他元件(例如，投影光學模組、曝光機等元件)並未繪示於圖式中。

射線收集器300設置於射線源腔體200內，射線收集器300具有將輻射線收集、反射及聚焦的功能，可用來將形成於射線源腔體200內的電漿所發射出的射線引導至射線源腔體200外，接著利用投影光學模組將焦點轉換把射線導正至曝光機，以進行曝光製程。

在一些實施例中，射線收集器300包括鏡面材料。射線收集器300的表面具有凹曲度，例如可為曲形、弧形或其他適合的形狀，以利於適當地引導射線照射的方向。射線收集器300可具有一個或多個開口，讓脈衝雷射通過並照射到靶材液滴而在射線源腔體200內形成電漿。可以理解的是第1圖所示之射線收集器300僅作為範例說明，射線收集器300可具有其他配置方式。

雷射光源400設置於射線源腔體200外，且位於射線收集器300下方。雷射光源400用來提供主脈衝雷射，主脈衝雷射具有足夠的能量/功率，使得被主脈衝雷射撞擊的靶材液滴形成高度離子化的電漿。也就是說，主脈衝雷射具有足以使靶材液滴轉變成電漿的臨界能量。主脈衝雷射從雷射光源400照射到射線源腔體200內，且通過射線收集器300的開口聚焦到預定撞擊靶材液滴而形成電漿的位置上(或稱為電漿激發區)。

再者，雷射光源400亦可提供預脈衝雷射(pre-pulse laser)。預脈衝雷射具有小於主脈衝雷射的能量/功率，且用於對靶材液滴預先加熱，而被預脈衝雷射照射到的靶材液滴並不足以形成電漿。或者，預脈衝雷射可使靶材液滴產生形變，例如增加靶材液滴的尺寸/直徑，此適當形變的靶材其目的是讓主脈衝雷射能更有效率地將靶材離子化且進行能量轉化，以提供更高功率的極紫外光(EUV)光源。預脈衝雷射從雷射光源400照射到射線源腔體200內，且通過射線收集器300的開口聚焦到尚未進入電漿激發區的靶材液滴上。換句話說，一靶材液滴會先經預脈衝雷射照射之後，才會到達預定形成電漿的位置並受到主脈衝雷射照射。

在一些實施例中，聚焦光學模組500位於射線源腔體200外，且將來自雷射光源400的脈衝雷射從射線源腔體200外引導至射線源腔體200內。聚焦光學模組500將主脈衝雷射聚焦到進入電漿激發區的靶材液滴上，且將預脈衝雷射聚焦到尚未進入電漿激發區的靶材液滴上。在一些實施例中，聚焦光學模組500包括一個或多個鏡面元件，例如反射鏡510及/或透鏡520。可以理解的是第1圖所示之聚焦光學模組500僅作為範例說明，聚焦光學模組500可具有其他配置方式。再者，本發明的實施例具有許多變化。在一些其他實施例中，微影裝置100可不包括聚焦光學模組500，且雷射光源400可將脈衝雷射直接從射線源腔體200外照射到射線源腔體200內。

如第1圖所示，液滴產生器600設置於射線源腔體200的左側，且位於射線收集器300上方。液滴產生器600可安裝在控制位置模組上，且可根據需求調整液滴產生器600安裝 的角度。液滴產生器600可包括用於噴出靶材液滴的噴嘴模組601及用於容納液態靶材的儲存庫。噴嘴模組601的配置及操作方法將於後續詳細說明。

在一些實施例中，如第1圖所示，液滴收集器700配合液滴產生器600的位置而設置於射線源腔體200的右側。液滴收集器700可將過多或未形成電漿的靶材液滴清除，避免殘留的靶材液滴對射線源腔體200造成汙染、破壞及劣化而影響產生的射線的品質。詳細而言，由於從噴嘴模組601噴出的多個靶材液滴在產生電漿時可能不會全部都被脈衝雷射照射到而形成所需的電漿，或者被脈衝雷射照射到的靶材液滴可能不會完全轉變成電漿，因此未形成電漿的靶材液滴殘留在射線源腔體200內(例如，產生殘渣或灰塵)，而液滴收集器700設置於液滴產生器600的相對一側，能夠接收殘留且未用來產生電漿的靶材液滴，以便去除及/或回收殘留的靶材液滴。

在一些實施例中，射線源腔體200內還包括溫度控制元件、壓力控制元件、其他電路元件(未繪示)等。溫度控制元件可用來控制射線源腔體200內的溫度維持大於靶材的熔點，使得靶材呈現液態。

當有未形成電漿的靶材液滴殘留在射線源腔體內時，某些殘留的靶材液滴可能未被液滴收集器所收集而噴到射線源腔體內的其他元件上，例如殘留的靶材液滴可能會沉積在射線收集器上，結果降低了射線收集器收集射線的效率。殘留的靶材液滴也可能會沉積在溫度控制元件、壓力控制元件或其他電路元件上，或是堵塞通風口，結果改變了射線源腔體內的 溫度及壓力(或氣密性)，影響到製程的穩定性及電路的控制。而且，殘留的靶材液滴甚至可能會降低射線收集器、溫度控制元件或壓力控制元件的使用壽命，造成製造成本增加。由此可知，為了避免發生上述問題，需要精確地控制靶材液滴從噴嘴模組噴出的時間、飛行的軌道及位置，讓靶材液滴確實轉變成電漿，盡可能減少殘留在射線源腔體內的靶材液滴。

第2圖係繪示出根據一些實施例之噴嘴模組的示意圖。請參照第2圖，在一些實施例中，噴嘴模組601包括殼體610、噴嘴620、毛細管630、壓電元件640、過濾元件650、保護元件660及頻率產生元件670。

如第2圖所示，噴嘴620位於殼體610內，且噴嘴620包括腔體621及液體輸出口622。毛細管630連接到噴嘴620的液體輸出口622而與噴嘴620的腔體621連通，且毛細管630從殼體610內延伸到殼體610外。噴嘴620的腔體621與容納液態靶材的儲存庫(未繪示於第2圖中)連通，可施加壓力使得液態靶材流入腔體621且經由毛細管630從噴嘴模組601噴出。

在一些實施例中，腔體621為圓形柱體的容納空間，且沿著儲存庫朝向毛細管630的方向逐漸縮小。在一些實施例中，噴嘴620包括鎢或鈦，或是由鎢合金或鈦合金所構成。噴嘴620也可由其他耐高溫且不易產生碎屑(debris)的材料所構成，此處所指的高溫是大於大約1000℃。在一些實施例中，噴嘴620的進口口徑/直徑介於大約0.1mm至大約1mm的範圍。在一些實施例中，噴嘴620的出口口徑(亦即，液體輸出口622的口徑)介於大約0.01mm至大約0.6mm的範圍。

在一些實施例中，毛細管630包括玻璃材料，例如由氧化矽基材料所構成。在一些實施例中，毛細管630的口徑介於大約0.01mm至大約0.6mm的範圍。毛細管630的口徑需與噴嘴620的液體輸出口622的口徑匹配。

如第2圖所示，壓電元件640位於殼體610外，且壓電元件640設置於毛細管630外側，以夾持毛細管630接近出口的部分。壓電元件640可稱為piezoelectric transducer(PZT)。對壓電元件640施加電壓/電場時，壓電元件640會產生機械形變，將電能轉化為機械能(亦可稱為「逆壓電效應」)。當壓電元件640產生機械形變時，會擠壓毛細管630及在毛細管630內流動的液態靶材，使得從毛細管630飛出的液態靶材凝聚成液滴。大致上為圓形的液滴狀靶材有利於提升電漿轉換的效率及穩定性。

壓電元件640具有一操作頻率，可控制擠壓毛細管630的頻率，進而控制形成靶材液滴的頻率(亦即，形成多個靶材液滴的時間間隔或距離間隔)。在一些實施例中，壓電元件640的操作頻率為單一頻率，有利於以固定的週期形成靶材液滴。舉例來說，當壓電元件640的操作頻率為大約50kHz時，壓電元件640每隔20微秒(μs)會擠壓毛細管630一次，使得噴嘴模組601每隔20μs會噴出一個靶材液滴，也就是說，多個靶材液滴之間的間隔時間為20μs。

如第2圖所示，過濾元件650位於殼體610內，且設置為接近噴嘴620的液體輸出口622。過濾元件650用於將從腔體621流入毛細管630的液態靶材過濾及去除雜質，以提高流入 毛細管630的液態靶材的純度。

請參照第2圖，頻率產生元件670位於殼體610內，且設置於噴嘴620的外表面。頻率產生元件670也可稱為振盪器(oscillator)。根據本發明實施例，頻率產生元件670利用注入拉引(injection-pulling)的概念鎖定噴嘴620的腔體621的振盪頻率。具體而言，噴嘴620的腔體621具有多個不同的固有頻率，固有頻率也可稱為自然頻率(natural frequency)。假設一線性系統產生振動，在不受外力或外加阻尼作用情況下，系統內各點以相同頻率作簡諧運動，此時的頻率稱為固有頻率。振動系統一般而言可以有多個固有頻率，其中最低的一個固有頻率又稱為基本頻率。頻率產生元件670用來對腔體621提供一振盪頻率，例如具有預定單一頻率的聲波(acoustic wave)，此振盪頻率設定為大致上等於腔體621的其中一個固有頻率，使得腔體621產生共振，且激發腔體621以單一固有頻率產生振盪，進而鎖定住腔體621振動的頻率。

在一些實施例中，頻率產生元件670與壓電元件640電性連接。頻率產生元件670可使用電子裝置產生預定的頻率，以產生所需的聲波，且頻率產生元件670為壓電元件640提供電信號，因此壓電元件640具有周期性的機械長度變化而擠壓毛細管630，使得噴嘴模組601周期性地噴出靶材液滴。

根據本發明實施例，噴嘴620的腔體621的其中一個固有頻率大致上等於壓電元件640的操作頻率，且頻率產生元件670的振盪頻率設定為大致上等於腔體621的其中一個固有頻率，也就是說，頻率產生元件670的振盪頻率大致上等於 壓電元件640的操作頻率。如此一來，能夠利用頻率產生元件670激發且增強腔體621的其中一個固有頻率，使得腔體621產生振盪的固有頻率盡可能完全對應到壓電元件640的操作頻率。當腔體621具有多個不同的固有頻率時，會對壓電元件640擠壓出靶材液滴的時間有所影響，而根據本發明實施例，由於腔體621及壓電元件640具有大致上相同的頻率，可大幅減少頻率不一致所造成的擾動，並縮小噴出靶材液滴的時間間隔差異及水平距離間隔差異(例如，沿著X軸的間隔差異)，因此能夠提升長時間產生靶材液滴的穩定性，增加形成的電漿及射線的品質。

雖然圖式繪示出一個頻率產生元件670設置於噴嘴620的外表面，然而本發明實施例並無限定。在一些其他實施例中，噴嘴模組601的殼體610內可具有多個頻率產生元件670設置於噴嘴620的外表面。雖然圖式繪示出頻率產生元件670設置於腔體621的下方，然而本發明實施例並無限定。頻率產生元件670可設置於腔體621的任何一側。只要頻率產生元件670發出的聲波能量能夠順利且穩定地均勻分佈到整個腔體621，頻率產生元件670的數量及位置並無特別限定。

在一些實施例中，頻率產生元件670設置為緊貼噴嘴620的腔體621，例如頻率產生元件670可直接接觸鄰近噴嘴620的腔體621的外表面，使得頻率產生元件670與腔體621之間盡可能無其他介質，因此頻率產生元件670對腔體621提供的聲波能夠具有穩定的振盪頻率，避免不必要的波形變形。再者，頻率產生元件670提供的聲波能量也需要適當地調節，避免過 度激發靶材液滴在其他方向上(例如，Y軸及/或Z軸)的擾動，以盡可能加強靶材液滴在水平方向(X軸)上的時間及距離的穩定性，而不會影響到靶材液滴在其他方向上的位移。在一些實施例中，適當地控制頻率產生元件670操作能量，使得靶材液滴在Y軸及/或Z軸上的位移量(即，△Y及/或△Z)大致上等於0、小於大約10微米或為大約數十微米，而至少小於100微米。

在一些實施例中，頻率產生元件670設置為遠離噴嘴620的液體輸出口622及毛細管630，例如頻率產生元件670與毛細管630之間的距離大於過濾元件650與毛細管630之間的距離。由於毛細管630本身通常具有一彎曲頻率，而毛細管630的彎曲模式或彎曲程度會影響靶材液滴的控制，因此頻率產生元件670設置為遠離毛細管630，可避免激發毛細管630出現難以控制靶材液滴的彎曲模式。再者，頻率產生元件670提供的聲波能量也需要適當地調節，避免過度激發毛細管630的彎曲頻率，以盡可能降低毛細管630出現不適當彎曲的風險。

本揭露的實施例具有許多變化。舉例來說，噴嘴620的腔體621的形狀並不限定於第2圖所示之形狀。第3圖係繪示出根據一些實施例之噴嘴模組的示意圖。第3圖中的噴嘴模組601的結構及材料大致上相同於第2圖中的噴嘴模組601的結構及材料，因此可參照關於第2圖的上述說明，而不再重複描述。

如第3圖所示，噴嘴620的腔體621為沿著儲存庫朝向毛細管630的方向逐漸縮小的錐形柱體。頻率產生元件670設置為緊貼錐形柱體的腔體621。一般而言，固有頻率受到材料、 尺寸、形狀等因素的影響，因此第3圖中的腔體621與第2圖中的腔體621具有不同的固有頻率。可以理解的是第2圖及第3圖所示之噴嘴模組601僅作為不同的範例說明，本發明實施例亦可應用於其他適合的噴嘴模組。

具體而言，根據所需的射線選擇適當的靶材液滴以及設定壓電元件640的操作頻率，且可配合壓電元件640的操作頻率選擇適當的噴嘴620及其腔體621，使得噴嘴620的腔體621具有一固有頻率大致上等於壓電元件640的操作頻率，並將頻率產生元件670的振盪頻率設定為大致上等於壓電元件640的操作頻率及腔體621的固有頻率。如此一來，可達到上述利用頻率產生元件670提升靶材液滴穩定性的效果，且能夠應用在各種不同的噴嘴及各種可調整的頻率，因此本發明實施例提供了具有使用彈性而不受限制的噴嘴模組。

第4圖係繪示出根據一些實施例之微影裝置的操作方法的示意圖。第4圖具體繪示出第1圖的微影裝置100運作中的示意圖。在一些實施例中，當微影裝置100運作時，射線源腔體200內的溫度介於大約50℃至大約450℃的範圍，例如介於大約240℃至大約320℃的範圍。在一些實施例中，當微影裝置100運作時，射線源腔體200內的壓力介於大約1mbar至大約2mbar的範圍，例如介於大約1.4mbar至大約1.6mbar的範圍。微影裝置100可包括第2圖或第3圖所示之噴嘴模組601。為了簡化圖式，噴嘴模組601的詳細結構可參照第2圖或第3圖，而未繪示於第4圖中。

請參照第4圖，液滴產生器600容納有液態靶材 800。在一些實施例中，液態靶材800包括錫(Sn)、錫合金或其他適用的材料。舉例來說，其他適用的材料可包括凍結的Xe、Tn或Li，或是離子化的Xe、Tn、Li、Sb或In。

可施加高壓推擠液態靶材800，使得液態靶材800流入噴嘴模組601且從噴嘴620的腔體621經由毛細管630噴出。此處所指的高壓是介於大約2000psi至大約6000psi的範圍，例如大約3000psi。其中，對壓電元件640施加電壓並以一操作頻率擠壓毛細管630，使得噴出的液態靶材800在射線源腔體200內凝聚成靶材液滴。在一些實施例中，壓電元件640的操作頻率介於數十個千赫茲(kHz)至大約數百個千赫茲的範圍，例如可為大約50kHz或大約80kHz的單一頻率。

噴嘴模組601一次噴出一個靶材液滴，例如第4圖中的靶材液滴801、靶材液滴811、靶材液滴812、靶材液滴813及靶材液滴814。這些靶材液滴具有大致上相同的尺寸。在一些實施例中，靶材液滴的直徑介於大約10μm至大約50μm的範圍，例如可為大約27μm。在一些實施例中，壓電元件640的操作頻率設定為大約50kHz，也就是說，靶材液滴811與靶材液滴812之間的間隔時間為20μs，且靶材液滴812與靶材液滴813之間的間隔時間以及靶材液滴813與靶材液滴814之間的間隔時間也為20μs。如第4圖所示，靶材液滴811、靶材液滴812、靶材液滴813及靶材液滴814具有大致上相同的間隔距離D。在一些實施例中，靶材液滴從噴嘴模組601噴出的速度(或飛行速度)為大約70m/s。此速度可為其他適合的數值，而並不限定於此。

如第4圖所示，一連串的靶材液滴811、靶材液滴 812、靶材液滴813及靶材液滴814沿著水平方向(X軸)從液滴產生器600朝向射線源腔體200內的電漿激發區飛行。而靶材液滴801飛行經過電漿激發區，但未形成電漿，因此靶材液滴801持續朝向液滴收集器700飛行，且被液滴收集器700接收。

雷射光源400朝向聚焦光學模組500的反射鏡510發射出主脈衝雷射410及預脈衝雷射420。主脈衝雷射410及預脈衝雷射420可包括氣體雷射或固體雷射。在一些實施例中，使用二氧化碳(CO₂)或其他適合的氣體作為脈衝雷射的光源材料，且CO₂脈衝雷射的波長(或稱為中心波長的位置)介於大約9.4微米(μm)至大約10.6μm的範圍，例如大約10.3μm。舉例來說，可使用功率較大的CO₂脈衝雷射作為主脈衝雷射410，而使用功率較小的CO₂脈衝雷射作為預脈衝雷射420。在一些實施例中，使用摻釹釔鋁石榴石(Nd：YAG)或其他適合的固體作為脈衝雷射的光源材料，且Nd：YAG脈衝雷射的波長為大約532nm或大約1064nm。舉例來說，可使用CO₂脈衝雷射作為主脈衝雷射410，而使用Nd：YAG脈衝雷射作為預脈衝雷射420。

在一些實施例中，主脈衝雷射的410功率介於大約3千瓦(kW)至大約30kW的範圍，例如介於大約22kW至大約30kW的範圍，例如大約25kW。在一些實施例中，預脈衝雷射420的功率介於數十瓦至數千瓦的範圍。

透過聚焦光學模組500的多個反射鏡510及透鏡520，主脈衝雷射410及預脈衝雷射420被導引至射線源腔體200內，以照射及撞擊飛行中的靶材液滴。舉例來說，靶材液滴811沿著水平方向飛行的期間，靶材液滴811先被預脈衝雷射420照 射，接著靶材液滴811持續飛行進入電漿激發區，且被聚焦到主焦點(primary focus，PF)的主脈衝雷射410所照射。主脈衝雷射410撞擊靶材液滴811後將靶材液滴811加熱至臨界溫度，臨界溫度引發靶材原子脫落電子且變成離子化的靶材而產生電漿900。

另一方面，靶材液滴812、靶材液滴813及靶材液滴814皆尚未進入電漿激發區，且靶材液滴812雖被預脈衝雷射420照射但尚未產生電漿900，例如被預脈衝雷射420照射的靶材液滴812可能經過加熱而產生低密度的離子化，需再經由主脈衝雷射410照射才能形成高度離子化的電漿。

如第4圖所示，電漿900發射出具有所需波長的射線910。在一些實施例中，射線910的功率介於大約100瓦(W)至大約400W的範圍或介於大約10W至大約125W的範圍。射線收集器300將電漿900發射的射線910聚焦到中間焦點(intermediate focus，IF)，以利於將射線910引導至射線源腔體200外的曝光機(未繪示)，進行曝光製程。

在一些實施例中，噴嘴620的腔體621具有多個不同的固有頻率，例如腔體621具有第一固有頻率f₁及第二固有頻率f₂，如第5圖所示。第5圖係繪示出根據一些實施例之噴嘴振盪的頻率與強度的關係圖(或稱為頻譜圖)。水平軸表示噴嘴620的腔體621振盪的頻率，而垂直軸表示噴嘴620的腔體621振盪的強度。在一些實施例中，第一固有頻率f₁低於第二固有頻率f₂，例如第一固有頻率f₁為大約50kHz，而第二固有頻率f₂為大約80kHz，因此第一固有頻率f₁也可稱為基本頻率。可以理解 的是上述數值及第5圖所示的曲線僅作為範例說明，第一固有頻率f₁及第二固有頻率f₂可具有其他數值，且噴嘴620的腔體621可能具有兩個以上的固有頻率。

在一些實施例中，頻率產生元件670具有一固定的振盪頻率，此振盪頻率設定為大致上等於腔體621的第一固有頻率f₁，且大致上等於壓電元件640的操作頻率。在微影裝置100運作時，頻率產生元件670激發且增強腔體621的第一固有頻率f₁，而相對之下抑制腔體621的第二固有頻率f₂，因此頻率產生元件670大幅增加了兩個不同的固有頻率之間的對比度。在一些實施例中，腔體621以第一固有頻率f₁振盪的強度S₁大於以第二固有頻率f₂振盪的強度S₂。而且，藉由頻率產生元件670將能量從較低強度S₂的第二固有頻率f₂轉移到具有較高強度S₁的第一固有頻率f₁，更進一步增加兩個不同的固有頻率之間的能量及強度差異，如第5圖所示。換句話說，頻率產生元件670提升了第一固有頻率f₁發生的機率，且降低了第二固有頻率f₂發生的機率，因此可避免腔體621的第二固有頻率f₂影響壓電元件640，進而大幅增強整個噴嘴模組601的穩定性。

根據本發明實施例，利用頻率產生元件向噴嘴腔體提供固定的振盪頻率，以注入拉引的方式鎖定噴嘴腔體的自然振盪頻率，並將噴嘴腔體的自然振盪頻率與壓電元件的操作頻率匹配，如此一來，可以精準地控制壓電元件擠壓液態靶材的力道及時間，進而可以更精確地控制噴出靶材液滴的時間及靶材液滴的飛行位置，盡可能確保所有靶材液滴的時間間隔是一致且穩定的，避免「cross-interval drifting」及「satellite」 的問題發生，因此能夠提升長時間產生靶材液滴的穩定性，且增加形成的電漿及射線的品質，使得所得到的射線的功率一致且穩定，進而避免產生曝光不均勻的問題。

再者，隨著噴嘴模組的精確性提高，靶材液滴轉變成電漿且產生射線的效率也隨之提高，因此可防止靶材液滴殘留且沉積在射線源腔體內，進而避免影響射線收集器收集射線的效率以及降低射線收集器或射線源腔體內其他元件的使用壽命。

根據本發明一些實施例，噴嘴模組包括一噴嘴，噴嘴具有一腔體及一液體輸出口。噴嘴模組還包括一毛細管，毛細管連接液體輸出口而與腔體連通。噴嘴模組更包括一壓電元件，壓電元件夾持毛細管。再者，噴嘴模組包括一頻率產生元件，頻率產生元件設置於腔體的一外表面，用以對腔體提供振盪頻率。

在一些實施例中，噴嘴及頻率產生元件位於噴嘴模組的一殼體內。毛細管從殼體內延伸至殼體外，且壓電元件位於噴嘴模組的殼體外。

在一些實施例中，頻率產生元件接觸腔體的外表面。

在一些實施例中，噴嘴模組更包括一過濾元件，過濾元件設置於噴嘴的液體輸出口。頻率產生元件與毛細管之間的距離大於過濾元件與毛細管之間的距離。

根據本發明一些實施例，微影裝置包括一液滴產生器。液滴產生器包括前述各個實施例中的噴嘴模組。微影裝 置還包括一射線收集器，射線收集器設置於液滴產生器下方。微影裝置更包括一雷射光源，雷射光源設置於射線收集器下方。

根據本發明一些實施例，微影裝置的操作方法包括在一噴嘴的一腔體內提供一液態靶材。微影裝置的操作方法還包括使用一頻率產生元件對腔體提供一振盪頻率。微影裝置的操作方法更包括朝向一射線源腔體內噴出液態靶材。使用一壓電元件擠壓液態靶材，使得噴出的液態靶材在射線源腔體內形成複數靶材液滴。再者，微影裝置的操作方法包括使用一雷射光源對靶材液滴照射一脈衝雷射，以在射線源腔體內產生一射線。微影裝置的操作方法還包括使用一射線收集器將射線引導到射線源腔體外。

在一些實施例中，腔體具有一固有頻率，且頻率產生元件對腔體提供的振盪頻率等於固有頻率。

在一些實施例中，腔體具有一第一固有頻率及一第二固有頻率。頻率產生元件對腔體提供的振盪頻率等於第一固有頻率且不等於第二固有頻率。

在一些實施例中，振盪頻率及第一固有頻率低於第二固有頻率。

在前述各個實施例中，壓電元件具有一操作頻率，且操作頻率等於頻率產生元件對腔體提供的振盪頻率。

以上概略說明了本發明數個實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者對於後續本發明的詳細說明可更為容易理解。任何所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解到 本說明書可輕易作為其它結構或製程的變更或設計基礎，以進行相同於本發明實施例的目的及/或獲得相同的優點。任何所屬技術領域中具有通常知識者也可理解與上述等同的結構或製程並未脫離本發明之精神和保護範圍內，且可在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。

Claims (10)

1. 一種噴嘴模組，包括：一噴嘴，其中該噴嘴具有一腔體及一液體輸出口；一毛細管，其中該毛細管連接該液體輸出口而與該腔體連通；一壓電元件，其中該壓電元件夾持該毛細管；以及一頻率產生元件，其中該頻率產生元件設置於該腔體的一外表面，用以對該腔體提供一振盪頻率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之噴嘴模組，其中該噴嘴及該頻率產生元件位於該噴嘴模組的一殼體內，且其中該毛細管從該殼體內延伸至該殼體外，且該壓電元件位於該噴嘴模組的該殼體外。
3. 如申請專利範圍第1項所述之噴嘴模組，其中該頻率產生元件接觸該腔體的該外表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之噴嘴模組，更包括一過濾元件，其中該過濾元件設置於該噴嘴的該液體輸出口，且其中該頻率產生元件與該毛細管之間的距離大於該過濾元件與該毛細管之間的距離。
5. 一種微影裝置，包括：一液滴產生器，其中該液滴產生器包括如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之噴嘴模組；一射線收集器，其中該射線收集器設置於該液滴產生器下方；以及一雷射光源，其中該雷射光源設置於該射線收集器下方。
6. 一種微影裝置的操作方法，包括：在一噴嘴的一腔體內提供一液態靶材；使用設置於該腔體的一外表面之一頻率產生元件對該腔體提供一振盪頻率；朝向一射線源腔體內噴出該液態靶材，其中使用一壓電元件擠壓該液態靶材，使得噴出的該液態靶材在該射線源腔體內形成複數靶材液滴；使用一雷射光源對該等靶材液滴照射一脈衝雷射，以在該射線源腔體內產生一射線；以及使用一射線收集器將該射線引導到該射線源腔體外。
7. 如申請專利範圍第6項所述之微影裝置的操作方法，其中該腔體具有一固有頻率，且其中該頻率產生元件對該腔體提供的該振盪頻率等於該固有頻率。
8. 如申請專利範圍第6項所述之微影裝置的操作方法，其中該腔體具有一第一固有頻率及一第二固有頻率，且其中該頻率產生元件對該腔體提供的該振盪頻率等於該第一固有頻率且不等於該第二固有頻率。
9. 如申請專利範圍第8項所述之微影裝置的操作方法，其中該振盪頻率及該第一固有頻率低於該第二固有頻率。
10. 如申請專利範圍第6至9項中任一項所述之微影裝置的操作方法，其中該壓電元件具有一操作頻率，且該操作頻率等於該頻率產生元件對該腔體提供的該振盪頻率。