一种易于维护的极紫外光源液滴锡靶供应装置

技术领域

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极紫外光源液滴锡靶供应装置。

背景技术

半导体制造业发展迅速，现阶段主要光刻技术为EUVL(Extreme UltravioletLithography，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。

发明内容

针对LPP光源研究现状，本专利旨在于提供一种易于维护极紫外光源的液滴锡靶供应装置，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：

一种易于维护的极紫外光源液滴锡靶供应装置，包括阀体和设置于所述阀体内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，所述声学产生及传播装置的输出端连接靶材腔室，所述第一端盖板上设有与该腔室相连的小孔，所述阀体的外部可拆卸地套接有温度调节装置，所述第二端盖板上连接有能够伸入阀体的加压管路，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。

进一步地，所述温度调节装置包括精确加热夹层，所述精确加热夹层用于提供阀体内部的精确控温，确保锡一直保持为液态形式存在，所述温度调节装置包括夹层壳体、加热棒和温度探头，所述加热棒安装在夹层壳体上，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。

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。

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。

进一步地，所述温度调节装置的外部套设有隔热外壳，所述隔热外壳内壁上涂覆红外光高反射率涂层。

进一步地，所述声学产生及传播装置的输出端为声学传送杆，其与靶材腔室内的液体靶材直接接触，声学传送杆包括夹层与传送杆主体，所述声学传送杆用于将产生的声学振动传到小孔附近的靶材处，从而驱动锡滴产生装置产生稳定的锡滴。

进一步地，所述声学产生及传播装置包括压电陶瓷以及声学传送杆，所述压电陶瓷的输出端与所述声学传送杆相连，压电陶瓷盖板与声学传送杆尾部之间放置有柔性垫片，第二端盖板将压电陶瓷压紧，并且之间加缓冲件进行声音隔断，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。

进一步地，所述制冷模块包括制冷片和/或液冷管路，主动制冷模块位于阀体外部。

本发明具有以下优点：

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夹层轻松分离开。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

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。

图1为本发明实施例提供的一种易于维护的极紫外光源液滴锡靶供应装置的结构示意图；

图2(a)是图1的剖面示意图，图2(b)是图1的右视图。

图3是本发明实施例中阀体的结构示意图。

图4是本发明实施例中精确加热夹层的结构示意图。

图5是本发明小孔位置示意图，(a)、(b)、(c)分别为三种不同的设计。

图6是一种极紫外光源的液滴锡靶供应装置的供料罐示意图。

图中：1、第一端盖板；2、第二端盖板；3、阀体；4、精确加热夹层；5、隔热外壳；6、主动制冷模块；7、压电陶瓷；8、声学传送杆尾部压板；9、压电陶瓷盖板；10、声学传送杆；11、声学传送杆头部压板；12、过滤网；13、收口器；14、小孔；15、加热棒；16、加压管路；17、阀体插槽；18、凸块；19、加热棒插槽；20、精确加热夹层固定压脚。

具体实施方式

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。

本发明实施例提供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。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。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。

如图1、图2所示，本发明实施例公开了一种易于维护的极紫外光源液滴锡靶供应装置，包括如图3所示的阀体3和设置于所述阀体内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，所述声学产生及传播装置的输出端连接靶材腔室，所述声学产生装置及传播装置安装于第二端盖板上，所述第一端盖板上设有与该腔室相连的小孔，所述阀体的外部可拆卸地套接有温度调节装置，所述第二端盖板上连接有能够伸入阀体的加压管路，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6。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。

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14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。

作为可选的实施方式，第一端盖板与阀体之间和第二端盖板与阀体之间压紧，挤压面与面之间的垫圈获得密封。作为另外可选的实施方式，第一端盖板与阀体之间和第二端盖板与阀体之间靠粘合或者焊接获得密封。

所述温度调节装置包括如图4所示的精确加热夹层4，所述精确加热夹层用于提供阀体内部的精确控温，确保锡一直保持为液态形式存在，本实施例中，精确加热夹层集成了一套反馈式加热系统，所述温度调节装置包括夹层壳体、加热棒和温度探头，所述加热棒通过加热板插槽19安装在夹层壳体上，具体地，加热棒插槽19位于精确加热夹层4外部，便于后期对于损坏的加热棒进行更换。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，形成闭环控制。从而确保反馈控阀体中存在锡的地方温度达到或者超过锡的熔点。本实施例中，包括两根及以上的加热棒插在精确加热夹层的不同打孔位置，液滴锡靶供应装置工作时，加热棒的数量可以由所需的加热功率进行调节。温度探头可放置于阀体内部锡中。温度探头可以为热敏电阻温度探头，抑或是热电偶。还可以在加热棒与加热棒插槽19之间涂覆导热硅脂，达到更好的加热效果。

作为其他可选的实施方式，精确加热夹层4的加热方式可以为环绕式加热带包裹加热。加热带和浸泡于阀体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。

为了增大阀体与精确加热夹层之间的导热效率，作为优选的实施方式，阀体侧壁留有与精确加热夹层相互配合的滑动插槽，以增加阀体3和精确加热夹层4之间的接触面积，所述精确加热夹层的夹层壳体的内部设有匹配阀体插槽17的凸块18。可以有效的增大加热时候的接触面积。另一方面，类似于滑轨的设计使得阀体3和精密加热夹层4的同心配合更加精确，便于安装。

作为优选的实施方式，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。阀体采用不锈钢材质，精确加热夹层采用无氧铜或航空铝。可以使得阀体3和精确加热夹层4接触面压紧，以上设计考虑均可以大大提高精确加热夹层的加热效率。

精确加热夹层4的热量尽可能向阀体3进行有效传播，为了尽可能减少对外的传播，于是在精确加热夹层4外部装配隔热外壳5是有很必要的。故作为可选的实施方式，所述温度调节装置的外部套设有隔热外壳5，所述隔热外壳内壁上涂覆红外光高反射率涂层，目的是减少精确加热夹层用于加热阀体之外的的热量扩散，将精确加热夹层4的对外热辐射反射回隔热外壳5内部，减少热损耗。隔热外壳可以防止精确加热夹层表面热辐射带来的热量损失，也便于锡靶供应装置主体和外部组件进行装配。精确加热夹层4通过几个精确加热夹层固定压脚20与隔热外壳5进行配合，目的是减少两者之间的接触面积，减少精确加热夹层4向外的热传导。

具体地，第一端盖板上的小孔固定通过特殊设计的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小孔盖板垫圈进行密封。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。小孔盖板垫圈材质可以为无氧铜或银等软质地金属或合金。

本实施例中，所述加压管路数量可以为一根或者多根，加压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。

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16保持。加热棒15处于同时开启或者部分开启进行加热。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。加热原则为确保阀体3锡液体腔室中的锡液体一直处于熔化状态。此时锡液从小孔14处喷射到工作环境中。

特别的，为了减少碎屑将小孔14堵住的可能性，在小孔14之前增加一个过滤网12用于过滤碎屑。

第二端盖板集成了一个压电陶瓷驱动的声学产生单元，负责提供声学振动。所述声学产生及传播装置具体包括压电陶瓷以及声学传送杆，所述压电陶瓷7的输出端与所述声学传送杆相连，本实施例中，压电陶瓷与声学传送杆粘合连接，压电陶瓷7通过压电陶瓷盖板9安装在第二端盖板2上，压电陶瓷盖板与声学传送杆尾部之间放置有柔性垫片，第二端盖板将压电陶瓷压紧，这样可以保证压电陶瓷的产生的声学信号更加有效的传播到声学传送杆另一端。并且之间加缓冲件进行声音隔断，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。需要注意的是，阀体3内部锡液体腔室内的锡液面不可与压电陶瓷压板接触，为了避免压电陶瓷工作温度过高导致压电陶瓷损坏。

所述声学产生及传播装置的输出端为声学传送杆10，声学传送杆的头尾两端分别通过声学传送杆头部压板11和声学传送杆尾部压板8安装在锡液体腔室和压电陶瓷上。声学传送杆与靶材腔室内的液体靶材直接接触，由于液体靶材温度在靶材融化温度之上，已经超出了压电陶瓷的正常工作温度。为了减少传导到压电陶瓷处的热量，声学传送杆采用夹层设计，具体地，声学传送杆包括夹层与传送杆主体，夹层与传送杆主体通过激光焊接进行连接。声学传送杆接近小孔端头部与传送杆主体同样通过激光焊接进行连接，将压电陶瓷产生的声学振动传到小孔附近的靶材处，从而驱动锡滴产生装置产生稳定的锡滴。

特别的，为了增强声学振动更有效的传播到小孔14处，在小孔14之前增加一个收口器13用于进一步收集声学信号到小孔14处。

工作状态时，阀体3处于高温状态，为了避免声学产生装置7局部温度太高，采用主动制冷是很有必要的。所述主动制冷模块包括制冷片和/或液冷管路，主动制冷模块位于阀体外部，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。液冷所采用液体可以是水，酒精或者油类等。具体地，在一些实施例中，主动制冷模块6为平板式制冷片。装配时候，与第二端盖板2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6位于阀体3外部便于增加液冷等外部配件。在一些实施例中，主动制冷模块6为液氮循环管路。装配时候，与第二端盖板2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6位于阀体3外部便于连接外部液氮供应装置。

作为具体的实施方式，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以及声学产生装置，密封可以通过粘合或者焊接进行解决。

参考图5(a)～(c)，阀体3内部锡液体腔室在小孔14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14处。通过加压管路16施加的工作压力主要压降在小孔14处，故第一端盖板1在远离小孔14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14的变形。

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14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。

本实施例中提到的垫圈材质可以为金属，全氟橡胶及聚酰亚胺等。

在一些实施例中，小孔14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。

在一些实施例中，加压管路16上施加压力为80psi，压电陶瓷上施加100KHz的正弦信号，小孔14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。

本实施例通过图6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。

本发明提供的一种易于维护极紫外光源的液滴锡靶供应装置，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。

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。