一种易于维护的EUV光源液滴锡靶供应装置

一种易于维护的euv光源液滴锡靶供应装置
技术领域
1.本发明涉及euv(extreme ultraviolet，极紫外)光源领域，尤其涉及一种易于维护的euv光源液滴锡靶供应装置。


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。另外极紫外光源液滴锡靶供应装置由于工作温度高，常温下锡为固态，不便于维护和更换部件。这给后期维护极紫外光源液滴锡靶供应装置带来很大挑战。


技术实现要素：

3.针对lpp光源研究现状，本专利旨在于提供一种易于维护的euv光源液滴锡靶供应装置，旨在解决目前研究中锡靶后期维护困难，以及时长太长的问题。本发明采用的技术手段如下：
4.一种易于维护的euv光源液滴锡靶供应装置，包括阀体和与所述阀体输出端相连的声学产生及传播装置，所述阀体的两端分别设有第一端盖板和第二端盖板，所述阀体内部作为靶材腔室，所述第一端盖板上设有与所述靶材腔室相连的小孔，所述声学产生及传播装置的输入端连接靶材腔室，所述阀体的外部可拆卸地套接有温度调节装置，所述第二端盖板上设有连接阀体内部的加压管路，所述加压管路用于向靶材腔室加压，得到连续的锡喷射流，所述温度调节装置用于为阀体加热温度，所述声学产生及传播装置用于将经过其的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用于为其制冷温的主动制冷装置。
5.进一步地，所述温度调节装置包括精确加热层，所述精确加热层用于提供阀体内部的精确控温，确保锡液体一直处于熔化状态，所述温度调节装置包括夹层壳体、加热装置和温度探头，所述加热装置安装在夹层壳体上，通过读取温度探头处温度，反馈调节加热装置的输出状态。
6.进一步地，所述阀体的外部设有若干阀体插槽，所述精确加热夹层的夹层壳体的内部设有匹配阀体插槽的凸块。
7.进一步地，所述阀体和夹层壳体采用不同材质，加热时，精确加热夹层膨胀率大于阀体的膨胀率。
8.进一步地，所述声学产生及传播装置包括压电陶瓷，所述压电陶瓷的两端分别连接有压电陶瓷第一端压板和压电陶瓷第二端压板，压电陶瓷第一端压板将压电陶瓷压紧，并且之间加缓冲件进行声音隔断，所述缓冲件用于避免压电陶瓷的声学激励信号传播到压电陶瓷第二端压板方向，所述压电陶瓷第二端压板和第一端盖板之间还安装有隔热板和传声滚珠。
9.进一步地，所述主动制冷装置和第一端盖板之间的设有等径向间距的隔热滚珠。
10.进一步地，所述主动制冷装置包括制冷片和/或液冷管路，主动制冷装置位于阀体外部。
11.进一步地，易于维护的euv光源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、第二端盖板以及阀体均具有预设厚度，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，阀体和小孔之间设有过滤网。
13.进一步地，所述阀体和小孔之间设有收口器，所述阀体内部形状靠近第二端盖板侧向靠近第一端盖板侧平滑过渡。
14.本发明具有以下优点：
15.相比于之前的锡液滴靶材供应装置，此装置产生的锡滴在保证高稳定性和高效率的条件下，更加方便的更换阀体。当阀体中的锡靶材料喷射完毕后，降温即可将阀体和精确加热层轻松分离开。采用特殊设计使得阀体的加热效率更高，且加热元件易更换。利用此发明即可实现锡滴极高的空间稳定性和极好的高频重复性，从而为lpp光源提供良好的锡滴束源。另外在阀体的后期维护上，更加方便，可以大大缩短生产过程中的维护时间。
附图说明
16.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。
17.图1为本发明实施例提供的一种易于维护的euv光源液滴锡靶供应装置的结构示意图；
18.图2(a)是图1的剖面示意图，图2(b)是图1的右视图。
19.图3是本发明实施例中阀体的结构示意图。
20.图4是本发明小孔位置示意图，(a)、(b)、(c)分别为(a)、(b)、(c)分别为三种不同的设计。
21.图5是一种极紫外光源的液滴锡靶供应装置的供料罐示意图。
22.图中：1、第一端盖板；2、第二端盖板；3、阀体；4、声学产生装置(压电陶瓷)；5、精确加热层；6、主动制冷模块第一端压板；7、主动制冷模块液冷管路；8、压电陶瓷第一端压板；9、主动制冷模块第二端压板；10、压电陶瓷第二端压板；11、隔热板；12、小孔压板；13、小孔；14、收口器；15、加压管路；16、隔热滚珠；17、阀体插槽；18、传声滚珠。
具体实施方式
23.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。
24.本发明实施例提供一种euv光源液滴锡靶供应装置。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，使得锡喷射流产生瑞利破裂，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。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。在液滴锡靶供应装置的后期阀体更换以及加热结构的维修时，可以节省时间。此液体锡靶采用标准法兰封装，便于集成到真空腔体中。
25.如图1、图2所示，本发明公开的一种易于维护的euv光源液滴锡靶供应装置，包括如图3所示的阀体3和与所述阀体输出端相连的声学产生及传播装置，所述阀体的两端分别设有第一端盖板1和第二端盖板2，所述阀体内部作为靶材腔室，所述第一端盖板上设有与所述靶材腔室相连的小孔，所述声学产生及传播装置的输入端连接靶材腔室，所述阀体的外部可拆卸地套接有温度调节装置，所述第二端盖板上设有连接阀体内部的加压管路，所述加压管路用于向靶材腔室加压，得到连续的锡喷射流，加压管路数量可以为一根或者多根。管路和第二端盖板之间通过粘合或者焊接方式进行密封连接。所述温度调节装置用于为阀体加热温度，所述声学产生及传播装置用于将经过其的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用于为其制冷温的主动制冷装置。在一些实施例中，上述部件之间的装配为独立安装，在一些实施例中各部分之间并非独立安装。理论上，阀体内部可以装满锡液体，整体作为靶材腔室，实际操作中，考虑到加热的问题，可填装总体积2/3的锡液体。
26.第一端盖板上的小孔固定通过小孔压板12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。在安装小孔13到第一端盖板1上时候，第一端盖板1的中心孔要与小孔13进行圆心重合。另外第一端盖板1和阀体3之间进行密封时候，要保持每颗螺丝固定力度相当。
27.在一些实施例中，阀体3上有可以和第一端盖板1进行配合的定位槽口，便于第一端盖板1的中心孔和小孔13进行圆心重合。
28.在一些实施例中，出于装配方便考虑，第一端盖板1，小孔13及两者之间的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。
29.所述温度调节装置包括精确加热层5，所述精确加热层用于提供阀体内部的精确控温，确保锡液体一直处于熔化状态，所述温度调节装置包括夹层壳体、加热装置和温度探头，所述加热装置安装在夹层壳体上，通过读取温度探头处温度，反馈调节加热装置的输出状态。
30.液滴锡靶供应装置在工作状态下，阀体3内部的锡液体腔室内充满锡液体，并且处于正压，正压由加压管路15保持。精确加热层5处于开启进行加热。通过阀体3内部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。特别的，阀体3内部锡液体腔室内的锡液面原则不可超过精确加热层5，为了确保阀体3内部锡液体腔室内的锡处于熔化状态。
31.本实施例中，所述加热装置可选用多种形式，作为可选的实施方式，精确加热层5为多层加热带包裹构成。作为可选的实施方式，精确加热层5为金属壳层包裹加热棒构成，此时，精确加热层4和浸泡于阀体3内部锡液中的温度传感器返回的温度值进行调节，形成闭环控制。作为可选的实施方式，精确加热层5可更换为其他具体的加热方式，例如微波加热，原则为阀体3内部锡液体腔室中锡液体处于熔化状态。
32.为了增大阀体与精确加热层之间的导热效率，可以在阀体和精确加热层之间涂覆导热硅脂。另外需要特别注意的是阀体和精确加热层的材料不同，故加工阀体时候需要在阀体径向方向预留沟槽，这样设计的目的是为了防止阀体膨胀过度将紧密包裹在阀体上的加热层撑开。另外这样可以使得加热体积减小，提高加热效率。
33.所述阀体和夹层壳体采用不同材质，加热时，精确加热夹层膨胀率大于阀体的膨胀率。本实施例中，阀体3材质为不锈钢，精确加热层4材质为无氧铜或者航空铝，所述阀体的外部设有若干阀体插槽17，所述精确加热夹层的夹层壳体的内部设有匹配阀体插槽的凸块。这样设计考虑到在阀体3加热膨胀后，由于阀体3的膨胀率小于精确加热层4的膨胀率，可以使得阀体3和精确加热层4接触面压紧，进一步提高加热效率。这样设计的目的是为了防止阀体3膨胀过度将紧密包裹在阀体3上的精确加热层4撑开。另外这样可以使得加热体积减小，提高加热效率。液滴锡靶供应装置工作时，精确加热层4所需的加热功率根据浸泡于阀体3内部锡液中的温度传感器返回的温度值进行调节，形成闭环控制。可以在精确加热层4与阀体3之间涂覆导热硅脂，达到更好的加热效果。
34.所述声学产生及传播装置包括压电陶瓷，声学产生装置4的声学激励信号是靠压电陶瓷产生的，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)。所述压电陶瓷的两端分别连接有压电陶瓷第一端压板和压电陶瓷第二端压板，考虑到压电陶瓷的声学激励信号应该向小孔13方向进行高效传播，故压电陶瓷第一端压板将压电陶瓷压紧，并且之间加缓冲件进行声音隔断，所述缓冲件用于避免压电陶瓷的声学激励信号传播到压电陶瓷第二端压板方向，所述压电陶瓷第二端压板和第一端盖板之间还安装有隔热板和传声滚珠18。传声滚珠18和隔热板11不仅需要良好的隔热性能，还需要良好的声学传导性能。故考虑陶瓷材料。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。压电陶瓷与压电陶瓷第一端压板8和压电陶瓷第二端压板10之间连接可以通过粘合或者焊接。特别的，隔热板11要高效的传播声学信号，还不能是热的良导体。故材料优先考虑陶瓷，铝合金等。为了更加高效的将压电陶瓷的声学激励信号传送到小孔13处，压电陶瓷第二端压板10和隔热板11的大小与压电陶瓷保持一致。
35.考虑到锡液体工作环境(小孔13处)和压电陶瓷4之间的导热问题，液滴锡靶供应装置采用主动制冷。主动制冷尽可能靠近压电陶瓷固定位置，保证声学产生装置不受高温影响。主动制冷模块采用液冷方式进行制冷。液冷所采用液体可以是水，酒精或者油类等。本实施例中，为了减少和阀体3和第一端盖板1端传导来的热量，主动制冷模块和第一端盖板1之间的配合用等径向间距的隔热滚珠16进行隔断。隔热滚珠16的材料要求隔热好，故考虑陶瓷，高温玻璃，聚酰亚胺等材料。
36.在一些实施例中，主动制冷模块为平板式制冷片。装配时候，与声学产生装置4之间可以通过粘合或者焊接的方式进行固定。主动制冷模块位于阀体3外部便于增加液冷等
外部配件。
37.在一些实施例中，主动制冷模块为液氮循环管路。装配时候，与声学产生装置之间可以通过粘合或者焊接的方式进行固定。主动制冷模块位于阀体3外部便于连接外部液氮供应装置。本实施例中，主动制冷模块第一端压板6和主动制冷模块第二端压板9安装后将声学产生装置包覆在其中，通过伸入其中的主动制冷模块液冷管路7进行制冷。
38.第二端盖板上集成了一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。温度探头可以为热敏电阻温度探头，抑或是热电偶。在一些实施例中，用于连接装置内部温度探头及压电陶瓷等需要的电气连接端子位于第二端盖板2上(图中未画出)，密封可以通过粘合或者焊接进行解决。
39.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，会分布于小孔13附近，干扰稳定锡液滴靶的形成，所以工作时候本装置主体部分处于真空环境中。工作状态下，小孔13的内侧的空间部分，阀体3中的空间部分，均为正压状态。而小孔13的另一侧则为真空工作环境，故第一端盖板1，第二端盖板2以及阀体3均应当具有一定厚度，至少可以承受小孔13锡液喷射状态下的工作压力。第一端盖板1与阀体3之间和第二端盖板2与阀体3之间密封可以靠压紧垫圈来密封。在其他可选的实施例中，第一端盖板1与阀体3之间和第二端盖板2与阀体3之间熔融焊接可以达到密封效果。
40.在一些实施例中，为了防止阀体3内部锡液体腔室中的锡料存在灰尘以及氧化锡颗粒堵塞小孔13，在小孔13之前增设过滤网，这样设计有利于小孔13长时间的喷射。
41.参考图4所示，阀体3内部锡液体腔室在小孔13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13处。通过加压管路15施加的工作压力主要压降在小孔13处，故第一端盖板1在远离小孔13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13的变形。所述阀体和小孔之间设有收口器14，收口设计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13处，更有利于形成稳定的锡液滴靶。其次，在后期维护时候，小孔13的更换更为方便。所述阀体内部形状靠近第二端盖板侧向靠近第一端盖板侧平滑过渡，第一端盖板1与第二端盖板2设计成球壁收口来增加装置的承压能力。
42.特别的，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13处的垫圈，选择过盈配合，并且选择膨胀率大于不锈钢的材料，例如银。
43.在一些实施例中，小孔13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。垫圈材质可以为无氧铜或银等软质地金属或合金。
44.装置工作状态时，传声滚珠18和隔热板11将声学产生装置4产生的声学激励信号耦合到小孔13处，从而导致小孔13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的激励信号来进行调节。当加压管路15施加的压力一定时候，压电陶瓷上施加的激励信号频率越高，锡液滴靶直径越小，间距越小。当压电陶瓷上施加的激励信号频率一定时候，当加压管路15压力越大，锡液滴靶直径越小，间距越大。在一些实施例中，加压管路15上施加压力为80psi，压电陶瓷上施加100khz的正弦信号，小孔13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。
45.本实施例通过图5的锡料供应罐体为装置供料。需注意的是，罐体的工作环境温度应在锡的熔点之上，存在加压端和出料端。
46.本发明提供的一种易于维护的euv光源液滴锡靶供应装置，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。采用分离式设计，方便更换阀体3以及部分配件。
47.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。