一种极紫外光源的液滴锡靶供应装置

1.本发明涉及euv(extreme ultraviolet，极紫外)光源领域，尤其涉及一种极紫外光源的液滴锡靶供应装置。


背景技术：

2.半导体制造业发展迅速，现阶段主要光刻技术为euvl(extreme ultraviolet lithography，极紫外光刻)。euvl技术利用极紫外波段13.5nm波长的光作为光刻机光源进行芯片刻蚀。由于使用的13.5nm波长的光波长很短，所以euvl可以实现很高的芯片刻蚀精度。lpp(laser produced plasma，激光产生等离子体)光源是目前业界内主流的的euv光源，其原理为大功率二氧化碳激光聚焦后与液滴锡靶供应装置产生的连续锡滴相互作用，锡滴在激光的照射下气化进一步电离发射出13.5nm的euv光。之后euv光被大口径的反镜收集得到功率较高的euv光。目前阶段商用的euv光刻光源焦点处的峰值功率可达150w及以上。euv光源在芯片制造时，需要在高频(～khz量级)下稳定工作。这就要求锡靶供应装置产生的锡滴的空间稳定性极高，而且高频重复性好。


技术实现要素：

3.根据上述提出的技术问题，而提供一种极紫外光源的液滴锡靶供应装置，旨在解决目前研究中靶材空间稳定性差以及高频下重复性差的问题。本发明采用的技术手段如下：
4.一种极紫外光源的液滴锡靶供应装置，包括装置壳体和设置于所述装置壳体内的声学产生及传播装置，所述装置壳体包括主壳体和设置在上的第一端盖板、第二端盖板，所述第一端盖板上集成有存储液态锡的腔室以及与该腔室相连的小孔盖板，所述存储液态锡的腔室连接有供料管，所述小孔盖板上设有供锡液滴流流动的小孔，第一端盖板上还连接有集成加压装置和温度调节装置，所述集成加压装置用于向存储液态锡的腔室中加压，得到连续的锡喷射流，所述温度调节装置用于调节第一端盖板的温度，所述声学产生及传播装置的输出端与所述存储液态锡的腔室相连，其用于将连续的锡喷射流变为稳定的锡液滴流，所述声学产生及传播装置配套有主动制冷装置，所述第二端盖板上设有供主动制冷装置连接的通道。
5.进一步地，所述温度调节装置包括加热棒和温度探头，通过读取温度探头处温度，反馈调节各个加热棒两端的电压。
6.进一步地，所述声学产生及传播装置的输出端通过特制件与第一端盖板上的存储液态锡的腔室相连，所述特制件包括薄膜和尾杆，所述特制件一侧为第一端盖板，另一侧为特制件盖板，声学产生及传播装置的输出端与特制件尾杆进行连接，将产生的声学振动传到特制件薄膜上，从而驱动锡滴产生装置产生稳定的锡滴。
7.进一步地，所述第二端盖板上集成有气压平衡管路，所述气压平衡管路用于平衡薄膜两侧的压力。
8.进一步地，所述声学产生及传播装置包括压电陶瓷盖帽、压电陶瓷、压电陶瓷底座以及声学传送杆，所述压电陶瓷的输出端与所述声学传送杆相连，所述压电陶瓷安装在压电陶瓷底座上，所述压电陶瓷盖帽压紧在所述压电陶瓷上。
9.进一步地，形成的锡液滴靶的大小、间距、频率基于调节压电陶瓷的激励信号来进行调节。
10.进一步地，所述主动制冷装置包括制冷第一端盖板、制冷第二端盖板和制冷储液室，液冷管路通过液冷管路压板安装在安装在第二端盖板上，所述液冷管路的输出端经过声学产生及传播装置的压电陶瓷底座后，伸入制冷第一端盖板和制冷第二端盖板之间的制冷储液室中，所述制冷储液室包裹在声学产生及传播装置的声学传送杆外侧。
11.进一步地，极紫外光源的液滴锡靶供应装置工作状态下主体部分处于真空环境中，第一端盖板、第二端盖板以及主壳体均具有预设厚度，至少可以承受小孔锡液喷射状态下的工作压力。
12.进一步地，主动制冷装置与第一端盖板之间设有用于隔热的支撑件。
13.进一步地，第一端盖板上的小孔固定通过小孔盖板进行配合压紧，通过挤压第一端盖板和小孔盖板之间的第一垫圈进行密封，第一端盖板上有可以和小孔盖板进行配合的定位槽口，便于小孔盖板的中心孔和小孔进行圆心重合。
14.相比于现有的锡液滴靶材供应装置，此装置在保证高稳定性和高效率的条件下，将锡液体局部加热部分与声学产生装置分隔开，解决了声学产生装置无法在高温下工作的问题。另外由于声学产生装置在锡滴产生装置内部独立安装，可以极大程度上保证外界的微扰减少至最小。此外，小孔的更换非常容易，可以快速在装置外部完成。利用此发明即可实现锡滴极高的空间稳定性极和好的高频重复性，从而为lpp光源提供良好的锡滴束源。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。应注意的是，根据本产业的一般作业，图示并未必按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小元件的尺寸，以做清楚的说明；
16.图1为本发明本发明实施例提供的一种极紫外光源的液滴锡靶供应装置的结构示意图；
17.图2为图1的剖面示意图，其中(a)为其中一方向，(b)为另一方向。
18.图3为图1的俯仰视图，其中，(a)为俯视图，(b)为仰视图。
19.图4是小孔位置处的结构示意图。
20.图5是一种极紫外光源的液滴锡靶供应装置的供料罐。
21.图中：1、第一端盖板；2、第二端盖板；3、主壳体；4、声学产生装置及传播装置；5、主动制冷装置；6、小孔盖板；7、小孔；8、锡液体腔室；9、特制件(包括薄膜和尾杆)；10、特制件盖板；11、加热棒；12、气压平衡管路；13、液冷管路；14、导电端子；15、压电陶瓷盖帽；16、压电陶瓷；17、压电陶瓷底座；18、声学传送杆；19、制冷第二端盖板；20、制冷储液室；21、制冷第一端盖板；22、支撑件；23、加压管路；24、液冷管路压板。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.以下的公开内容提供许多不同的实施例或者范例以实施本公开的不同特征。以下的公开内容虚化各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，元件的尺寸不被限于本公开的范围或数值，但可取决于工艺状态和/或装置期望的性质。再者，若是本公开说明书叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。为了清楚及简化的缘故，不同的特征可被任意的按相异的比例绘制。
24.此外，其与空间描述相关的词汇，例如“在
…
上方”、“上方”、“较高的”、“下面”等类似的用词，为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中画出的方位外，这些表示空间相关用词意欲表达包含使用中或者操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同不同方位，则在此使用的空间相关词也可依此相同解释。
25.如图1～5所示，本发明实施例公开了一种极紫外光源的液滴锡靶供应装置，当装置工作时，通过声学产生装置产生振动激励，并且通过声学传播装置传播到锡液滴振动腔室内，使得锡喷射流产生锐利破裂，得到空间稳定性极高，而且高频重复性好的锡液滴靶。而且通过改变声学产生装置的激励波形，可以对产生的锡液滴靶进行频率调制。另外改变小孔两侧的压差也可以调整锡液滴大小和锡液滴之间的间距。
26.具体地，本发明包括装置壳体和设置于所述装置壳体内的声学产生及传播装置，所述装置壳体包括主壳体3和设置在上的第一端盖板1、第二端盖板2，所述第一端盖板上集成有存储液态锡的腔室8以及与该腔室相连的小孔盖板6，所述存储液态锡的腔室连接有供料管，所述小孔盖板上设有供锡液滴流流动的小孔，第一端盖板上还连接有集成加压装置和温度调节装置，所述集成加压装置用于向存储液态锡的腔室中加压，得到连续的锡喷射流，所述温度调节装置用于调节第一端盖板的温度，所述声学产生及传播装置4的输出端与所述存储液态锡的腔室相连，其用于通过产生的声学微扰作用，将连续的锡喷射流变为稳定的锡液滴流，所述声学产生及传播装置配套有主动制冷装置，所述第二端盖板上设有供主动制冷装置5连接的通道。
27.在一些实施例中本发明的主体部分之间的装配为独立安装，在一些实施例中主体部分之间并非独立安装。
28.作为可选的实施方式，第一端盖板与主壳体之间和第二端盖板与主壳体之间压紧，挤压面与面之间的第二垫圈和第三垫圈获得密封。
29.作为其他可选的实施方式，第一端盖板与主壳体之间和第二端盖板与主壳体之间靠粘合或者焊接完成密封。
30.本实施例中，储存锡腔室的供料和排气通过两个或者多个连接管路进行设置。管路和第一端盖板之间通过粘合或者焊接方式进行密封连接。
31.所述声学产生及传播装置的输出端通过特制件9与第一端盖板上的存储液态锡的
腔室相连，所述特制件包括薄膜和尾杆，所述特制件一侧为第一端盖板，另一侧为特制件盖板10，声学产生及传播装置的输出端与特制件尾杆进行连接，将产生的声学振动传到特制件薄膜上，从而驱动存储液态锡的腔室产生稳定的锡滴。本实施例中，薄膜和尾杆可以为一体加工，也可以通过粘合或焊接进行连接。薄膜材质为不锈钢或者钛合金。特制件盖板和第一端盖板配合压紧，通过挤压特制件盖板和第一端盖板之间的第四垫圈进行密封。
32.所述温度调节装置包括加热棒11和温度探头，通过读取温度探头处温度，反馈调节各个加热棒两端的电压。本实施例中，加热棒数量至少为两根，插在第一端盖板的不同位置，特别是靠近主壳体的位置以及小孔附近的位置。温度探头可安装在特制件盖板附近，通过读取温度探头处温度，反馈调节各个加热棒两端的电压，从而确保反馈控制第一端盖板中的液态锡的腔室中的锡温度达到或者超过锡的熔点。温度探头可以为热敏电阻温度探头，亦或是热电偶。作为可选的实施方式，通过加热棒11分布加热方式可更换为其他具体的加热方式，原则为锡液体腔室8中锡液体处于熔化状态。
33.特制件9的薄膜很薄。小孔7处锡液处于喷射状态下，需要注意，特制件9的薄膜很容易被锡液体腔室8中的正压压碎。故为了平衡薄膜一侧的正压，所述第二端盖板2上连接有焊接在其上的平衡管路，特制件盖板10上加工有小孔，气压平衡管路12应该与加压管路23进行连通，此种设置方式能够使得通过平衡管路12施加的气压和加压管路23施加的气压在特制件9薄膜两端的气压达到平衡。当加压管路23提供给锡液体腔室8中正压时候，主壳体3内部空间也处于相同正压下，即可保持薄膜不被压碎。本实施例中，加压管路23是两根，使用时候用一根即可，另外一根作为备用。再者，当需要将腔室内部的锡液排出时候，可以给一根加压(同时需要给气压平衡管路12加压)，另外一根将锡液排出。
34.所述声学产生及传播装置包括压电陶瓷盖帽15、压电陶瓷16、压电陶瓷底座17以及声学传送杆18，所述压电陶瓷的输出端与所述声学传送杆相连，所述压电陶瓷安装在压电陶瓷底座上，所述压电陶瓷盖帽压紧在所述压电陶瓷上。声学传动杆材质可以为陶瓷，铝合金或者聚酰亚胺等。
35.声学产生装置及传播装置4的声学激励信号是靠压电陶瓷16产生的，外接压电陶瓷的激励电压可调节，产生某种高频振动(～khz量级，一般从10khz～200khz，波形例如正弦波)。压电陶瓷16的声学激励信号应该向声学传动杆18方向进行高效传播，故压电陶瓷盖帽15需要将压电陶瓷16压紧，并且之间加缓冲件进行声音隔断，避免压电陶瓷16的声学激励信号传播到压电陶瓷盖帽15方向。缓冲件应当具有声学屏蔽作用，材料选取可考虑硅胶，橡胶，聚酰亚胺等材料。压电陶瓷16与声学传动杆18之间连接可以通过粘合或者焊接。特别的，声学传动杆18要高效的传播声学信号，还不能导热太好。故材料优先考虑陶瓷，铝合金等。特制件9的尾杆和声学传动杆18之间连接可以通过粘合或者焊接。形成的锡液滴靶的大小、间距、频率基于调节压电陶瓷的激励信号来进行调节。
36.所述主动制冷装置包括制冷第一端盖板21、制冷第二端盖板19和制冷储液室20，液冷管路通过液冷管路压板24安装在安装在第二端盖板上，所述液冷管路的输出端经过声学产生及传播装置的压电陶瓷底座后，伸入制冷第一端盖板和制冷第二端盖板之间的制冷储液室中，所述制冷储液室包裹在声学产生及传播装置的声学传送杆外侧。当制冷第一端盖板和制冷储液室之间，制冷第二端盖板和制冷储液室之间，制冷第二端盖板和压电陶瓷底座之间均处于压紧状态时，挤压面与面之间的第五垫圈获得密封。第二端盖板上集成了
液冷管路，可以将第一端盖板中锡料腔室处的高温及时冷却，保证声学产生装置不受高温影响。液冷所采用液体可以是水，酒精或者油类等。第二端盖板上集成了6个及以上的导电端子，用于连接锡靶产生装置内部温度探头以及声学产生装置。具体地，导电端子14用于连接装置内部温度探头及压电陶瓷16等需要的电气连接。密封可以通过粘合或者焊接进行解决。
37.本实施例中，声学产生装置及传播装置4和主动制冷装置5之间固定靠压电陶瓷底座17和制冷第二端盖板19压紧，这样做考虑如下，一来可以很好的对压电陶瓷16进行冷却，二来可以保证液冷管路13和主动制冷装置5之间良好的密封性。另外振动传动杆18被主动制冷装置5包围，两者之间可以涂抹导热硅脂进行更好的接触，使得通过特制件9尾杆端传到声学传动杆18上的热量可以快速被主动制冷装置5及时带走。
38.在一些实施例中，第二端盖板上的液冷管路13经过声学产生装置与主动制冷装置进行连接。连接方式为粘合或者焊接，来保持主动冷却装置5与整体装置内部空间之间的密封。在一些实施例中，第二端盖板上的液冷管路可以与声学产生装置做成一体件再与主动制冷装置进行连接。连接方式为粘合或者焊接。在一些实施例中，第二端盖板上的液冷管路经过声学产生装置与主动制冷装置进行连接。连接时将液冷管路末端扩口即可卡在主动制冷的预留孔上。
39.声学产生装置及传播装置4是固定于主动制冷装置5上，位于主壳体内部，并且与第一端盖板1通过支撑件22进行固定，所以相对于常规的声学产生装置及传播装置4位于装置整体之外的设计，声学信号传播更加稳定，更利于声学信号在小孔7处的耦合，从而形成更稳定的锡液滴靶。
40.主动制冷装置5靠液冷管路13一端流入冷却液体，另一端排出从而将热量带走。制冷功率可以靠液体的流速进行调节，调节原则为压电陶瓷16处的温度处于压电陶瓷的工作温度即可。制冷储液室20的为隔断式设计，故制冷储液室20与制冷第二端盖板19之间密封所需的第六垫圈为半圆式设计。而制冷储液室20与制冷第一端盖板21之间密封所需的第七垫圈为常规圆垫圈。
41.在一些实施例由于考虑到锡在融化状态时可以与空气中的氧气反应，反应形成的氧化锡微小颗粒碎屑，会附着于小孔7附近，干扰稳定锡液滴靶的形成，所以工作时候本装置工作状态下主体部分处于真空环境中。小孔7的内侧的锡液体腔室8、主壳体中的空间部分均为正压状态。而小孔7的另一侧则为真空工作环境，故第一端盖板、第二端盖板以及主壳体均具有预设厚度，至少可以承受小孔锡液喷射状态下的工作压力。第一端盖板1与主壳体之间和第二端盖板与主壳体之间密封可以靠压紧第二垫圈和第三垫圈来密封。
42.主动制冷装置5需固定于第一端盖板1上。工作状态时，第一端盖板1处于高温。为了避免主动制冷装置5与第一端盖板1直接接触，主动制冷装置与第一端盖板之间设有用于隔热的支撑件22。支撑件22应该具有导热差和强度高的性质，材质可以选择陶瓷。装配时候，可以通过粘合或者焊接的方式进行固定。
43.第一端盖板上的小孔7固定通过小孔盖板进行配合压紧，通过挤压第一端盖板和小孔盖板之间的第一垫圈进行密封。本实施例中，小孔材质可以为陶瓷，金刚石，不锈钢，铬镍合金或其他材质合金等。此处第一垫圈材质可以为无氧铜或银等软质地金属或合金。在安装小孔7到第一端盖板1上时候，小孔盖板6的中心孔要与小孔7进行圆心重合。另外小孔
盖板6和第一端盖板1之间进行密封时候，要保持每颗螺丝固定力度相当。在一些实施例中，第一端盖板上有可以和小孔盖板进行配合的定位槽口，便于小孔盖板的中心孔和小孔进行圆心重合。在一些实施例中，出于装配方便考虑，小孔盖板6，小孔7及两者之间的第八垫圈可以整体设计为螺帽设计，与第一端盖板1相应螺纹接头进行配合安装。本实施例中，锡液体腔室8在小孔7附近，设计为锥形收口设计，可以使声学振动激励信号更好的耦合到小孔7处。通过加压管路23施加的工作压力主要压降在小孔7处，故小孔盖板6在远离小孔7方向逐渐为开口设计，有利于承压，避免工作压力过高时候引起小孔7的变形。
44.由于工作状态下，第一端盖板1处于高温下，需要考虑其组装件的热胀冷缩效应带来的装配误差，故对于小孔7处的第八垫圈，选择过盈配合，并且选择膨胀率大于不锈钢的材料，例如银。小孔7的材质可以为陶瓷，金刚石，不锈钢，铬镍合金或其他材质合金。一般用超快激光进行打孔或者等离子体打孔技术进行加工。小孔可以为直孔或者锥孔等孔型。
45.特别的，在安装特制件9到第一端盖板1上时候，要尽可能保证特制件9的振动中心位于锡液体腔室8内测开口圆的圆心。考虑到声学振动可以有效的和腔室内的锡液体进行耦合，从而更好的传导到小孔7处。更有利于形成稳定的锡液滴靶。另外特制件盖板10和第一端盖板1之间进行密封时候，要保持每颗螺丝固定力度相当。
46.特别的，第一到第八垫片垫圈材质可以为金属，全氟橡胶及聚酰亚胺等。
47.本发明工作状态下，锡液体腔室8处于正压，正压由加压管路23保持。保持时候可保持其中一根管道加压，也可为两根管道连通于同一个压力源进行加压。加热棒11处于同时开启或者部分开启进行加热。通过特制件压板10上分布的温度传感器采集的温度反馈，即可对加热分布进行判断。加热原则为确保锡液体腔室8中的以及加压管路23中的锡液体一直处于熔化状态。此时锡液从小孔7处喷射到工作环境中。
48.特制件9将声学传动杆18传来的声学激励信号耦合到小孔7处，从而导致小孔7处的喷射流发生瑞利破裂，形成稳定的锡液滴靶。锡液滴靶的大小，间距，频率可以通过调节压电陶瓷16的激励信号来进行调节。当加压管路23施加的压力一定时候，压电陶瓷16上施加的激励信号频率越高，锡液滴靶直径越小，间距越小。当压电陶瓷16上施加的激励信号频率一定时候，当加压管路23压力越大，锡液滴靶直径越小，间距越大。
49.本实施例中，加压管路23上施加压力为80psi，压电陶瓷16上施加100khz的正弦信号，小孔7为25μm，出口处30mm处，锡液滴大小约为30微米，间距约为100μm，频率为100khz。
50.本发明提供的一种极紫外光源所需液滴锡靶供应装置，可以提供空间稳定性极高，而且高频重复性好的锡液体靶。操作简单，方法可靠。
51.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。