專利名稱：一種用于激光等離子體極紫外光源的液體錫靶發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于激光等離子體(LPP)極紫外(EUV)光源的液體錫靶發(fā)生器，主要用于產(chǎn)生使EUV轉(zhuǎn)換效率高，碎屑污染小且系統(tǒng)穩(wěn)定的液體錫靶材。
背景技術(shù)：
芯片工業(yè)一直以來都有一個主題:把晶體管盡量做小，把盡可能多的晶體管集成到一起，讓芯片的集成度不斷提高。芯片工藝所能刻出的最小的尺度主要是由光刻工藝所用光源的光波長決定的。所用的光波長越短，所能達到的尺度越小，所能取得的集成度越高。隨著技術(shù)的進步，目前傳統(tǒng)的最先進的光刻技術(shù)也不能滿足要求，于是下一代光刻技術(shù)一一極紫外(EUV)光刻技術(shù)應(yīng)運而生。但是限制極紫外(EUV)光刻技術(shù)發(fā)展一個主要制約因素是大功率，高質(zhì)量和長壽命工作的極紫外(EUV)輻射光源難以獲得。目前，常用的極紫外(EUV)光源主要有激光等離子體(LPP)光源、氣體放電等離子體(DPP)光源和同步輻射光源等三類。其中，激光等離子體(LPP)光源的工作原理是利用高功率脈沖激光(功率密度大于KTW/cm2)輻照物質(zhì)(包括固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì))，產(chǎn)生高溫高密度激光等離子體，由原子高度電離而形成的等離子體可在極紫外(EUV)波段產(chǎn)生很強的輻射，并獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。激光等離子體極紫外(EUV)光源的靶材對入射激光能量的吸收效率由其密度決定。靶材密度越大，吸收效率越高，因而極紫外光(EUV)的轉(zhuǎn)換效率也越高。固體靶的EUV轉(zhuǎn)換效率最高，但在產(chǎn)生高溫、高密度等離子體的同時，更多噴出的是中性或輕微離子化的碎片，這對EUV輻射不但沒有貢獻，反而還會嚴(yán)重污染、破壞反射鏡，導(dǎo)致鏡面反射率迅速降低。液體噴射靶不像固體靶需要經(jīng)常更換，只要靶存儲容器足夠大，基本可以實現(xiàn)無限時操作，而且與激光作用的靶材隨時都能保證是新鮮的，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，還能對噴射靶材進行回收再利用，可降低使用成本。氣體噴射靶材雖然克服了碎片濺射污染的弊病，但是多以非金屬為主，轉(zhuǎn)換效率整體偏低。因此，液體靶材成為研究的重點。法國原子能委員會的中國專利申請就涉及用于極紫外(EUV)光刻技術(shù)的微米級液滴的產(chǎn)生方法和裝置(公開號為CN1379968A，
公開日為2002年11月13日)，其方法主要是把加壓的液體注入到非常小直徑并向真空室內(nèi)張開的噴嘴內(nèi)，通過把激光輻射聚束到濃霧上產(chǎn)生光。另外還申請了另一種中國專利申請(公開號為CN1618259A，
公開日為2005年5月18日)，其將激光束與致密的微液滴霧相互作用，此液體是液化的稀有氣體。特別使用液體氙，通過氣態(tài)氙的液化得到液體氙,用氣態(tài)氙將液體氙加壓,再將加壓的液體氙注入到開口向著壓力相對很小的區(qū)域噴嘴中?？傊?，現(xiàn)有的霧狀液體噴射靶多采用氙等液化的稀有氣體作為靶材，但是普遍EUV轉(zhuǎn)換效率不高，輻射光光譜特性一般。而采用錫等轉(zhuǎn)換效率較高靶材的液滴噴射靶多采用預(yù)脈沖技術(shù)，即在主脈沖到達之前先用一束能量較低的激光與錫液滴作用，使其成為霧狀，以減小碎屑污染，但同時也增加了操作的難度，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種用于激光等離子體極紫外光源的霧狀液體錫靶發(fā)生器，該發(fā)生器不僅使EUV轉(zhuǎn)換效率高，輻射光光譜特性好，碎屑污染小，并且具有較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的一種用于激光等離子體極紫外光源的液體錫靶發(fā)生器，其特征在于，該液體錫靶發(fā)生器包括容器、振桿、噴嘴、加熱系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)和冷卻機構(gòu)；所述加熱系統(tǒng)安裝在容器內(nèi)，容器底部設(shè)置有噴嘴。振桿的一端位于容器內(nèi)，且位于噴嘴的上方；振桿的另一端帶有所述冷卻機構(gòu)。所述加壓系統(tǒng)與容器連接，為其提供所需的氣壓。噴嘴上有以噴嘴中心為對稱點呈中心對稱且均勻分布的微孔，微孔出口端的直徑大于入口端的直徑，各微孔從不同的角度指向到激光作用點。作為上述技術(shù)方案的改進，所述加壓系統(tǒng)包括壓力變送器和氣源控制器。壓力變送器垂直安裝在容器的蓋板上，與氣源控制器電信號連接，且壓力變送器的壓力接口位于容器內(nèi)；氣源控制器控制氣源；氣源與容器通過氣源管道連接。作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述加熱系統(tǒng)包括電加熱器和熱電阻，電加熱器放置于容器內(nèi)，熱電阻的測試端位于容器內(nèi)，熱電阻與電加熱器電信號連接。其中，電加熱器優(yōu)選螺旋狀結(jié)構(gòu)。作為上述技術(shù)方案的更進一步改進，所述冷卻機構(gòu)包括冷卻水套和冷卻風(fēng)機，冷卻水套套在振桿的另一端外，冷卻風(fēng)機安裝在振桿的頂部。本發(fā)明提供的液體噴射靶采用多微孔的噴嘴從多個不同的角度指向同一點，這種設(shè)計可以使霧狀液體靶材噴射距離更遠(yuǎn)，激光作用點也更遠(yuǎn)離噴嘴。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計也使得微孔出口端能夠有效減小受到等離子體所產(chǎn)生的高能粒子燒蝕的影響，延長噴嘴和其他光學(xué)元件的壽命，同時更加聚集的液體噴霧，并能提高EUV輻射的產(chǎn)額。由于錫有較好的輻射譜特性和較高的EUV轉(zhuǎn)換效率，所以采用錫液作為本發(fā)明的液體靶材。加熱系統(tǒng)讓在常溫下呈固態(tài)的錫材熔化成為液態(tài)。振桿的振動使液體錫由連續(xù)液流碎裂成液滴。加壓系統(tǒng)用來給容器加高壓，讓液體錫從噴嘴極小的微孔中噴出并形成濃霧狀。激光束通過透鏡的聚焦打在匯聚的液體錫噴霧上產(chǎn)生EUV，流量可調(diào)節(jié)的液體錫大小與激光焦點光斑大小相當(dāng)，最大限度地減少碎屑的生成，并且能保證對激光有較高的吸收效率。使用時，真空系統(tǒng)通過機械泵將靶室內(nèi)抽真空，以減小各種氣體對EUV輻射的影響?？傊?，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點，采用液體錫作為靶材，通過給液體錫加壓，優(yōu)化噴嘴結(jié)構(gòu)等方式使噴嘴直接噴出霧狀液體錫。該噴射靶對噴嘴和收集鏡等光學(xué)元件的影響小，液體錫對激光吸收效率和EUV轉(zhuǎn)換效率較高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，更適合工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明實例提供的液體錫靶發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)為主視圖，(b)為俯視圖3為激光與液體錫靶作用示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。如圖1所示，本發(fā)明實例提供的一種用于激光等離子體極紫外光源的液體錫靶發(fā)生器包括容器1、電加熱器2、振桿4、熱電阻7、壓力變送器8和噴嘴13。電加熱器2和熱電阻7的測試端都位于容器I內(nèi)，當(dāng)放置錫材3于容器I內(nèi)時，電加熱器2和熱電阻7得測試端均位于錫材3中，熱電阻7與電加熱器2電信號連接。容器I底部中心設(shè)置有噴嘴13。振桿4的一端位于容器I內(nèi)，且位于噴嘴13的上方；振桿4的另一端外套有冷卻水套6，頂部安裝有冷卻風(fēng)機5。壓力變送器8垂直安裝在容器I的蓋板上，且其壓力接口位于容器I內(nèi)但不能與錫材3接觸。電加熱器2優(yōu)選螺旋狀結(jié)構(gòu)，如圖1給出的實例所示。氣源管道11 一 端插入容器I內(nèi)但不能與錫材3接觸；另一端連接空氣泵10。壓力變送器8與氣源控制器9電信號連接，同時氣源控制器9又控制空氣泵10。本發(fā)明中，氣源并不局限于采用空氣泵1 0的方式，也可以采用其它方式給容器I提供氣體。如圖2和圖3所示，噴嘴13上有以噴嘴中心為對稱點呈中心對稱且均勻分布的微孔14，微孔14出口端的直徑大于入口端的直徑，各微孔14從不同的角度指向到同一點，SP激光作用點16。為了提高噴嘴的噴射液體錫噴霧的效果，微孔14的深度優(yōu)選為0.5mm
1.8mm ;激光作用點16與噴嘴13出口的距離L優(yōu)選為IOmm 13mm。微孔14平均的直徑優(yōu)選為2 μ m 20 μ m。本發(fā)明實例提供的發(fā)生器的工作過程為:容器I內(nèi)的電加熱器2工作，使常溫下呈固態(tài)的錫材3溫度升高到232°C以上，熔化成為液態(tài)錫。熱電阻7檢測錫材3的溫度，并將溫度信號反饋至電加熱器2，使電加熱器2僅當(dāng)錫材3溫度低于232°C時工作。振桿4在壓電陶瓷的作用下以IM左右的頻率振動，使液態(tài)錫由連續(xù)液流碎裂成液滴。在振桿頂部的冷卻風(fēng)機5向下吹氣，在冷卻水套6中注入循環(huán)冷卻水，以減小振桿4的熱負(fù)載。壓力變送器8檢測并顯示容器I內(nèi)的氣壓大小，并將氣壓信號反饋至氣源控制器9，氣源控制器9再控制空氣泵10，經(jīng)氣源管道11給容器I加壓或減壓，以保持容器I內(nèi)氣壓在5X IO6Pa IO7Pa范圍內(nèi)。同時真空系統(tǒng)17將靶室12抽真空，使其氣壓保持在10_3Pa左右。這時由于噴嘴13兩端有極大的壓強差，且每個微孔14都有極小的口徑，因此液態(tài)錫從多微孔噴嘴13噴出，并形成濃霧狀液體15，在上述條件下所噴出霧滴的平均尺寸為5 μ m 50 μ m。當(dāng)濃霧狀液體15飛經(jīng)聚束激光焦點，即激光作用點16時，高能脈沖CO2激光束通過透鏡的聚焦正好打在液體靶材上?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)振桿4頻率和氣體壓強來改變噴霧的流量，使霧狀液體錫15與激光焦點光斑的大小相當(dāng)。激光焦點處產(chǎn)生高溫高密的等離子體，激光繼續(xù)加熱產(chǎn)生高度電離進而發(fā)出EUV輻射。最后，霧滴在到達光學(xué)元件之前被激光汽化，隨即被真空系統(tǒng)17排出，以減小各種氣體對EUV輻射的影響。圖3為靶室內(nèi)激光與液體錫靶作用示意圖。以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于激光等離子體極紫外光源的液體錫靶發(fā)生器，其特征在于，該液體錫靶發(fā)生器包括容器(I)、振桿(4)、噴嘴(13)、加熱系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)和冷卻機構(gòu)； 所述加熱系統(tǒng)安裝在容器(I)內(nèi)，容器(I)底部設(shè)置有噴嘴(13);振桿(4)的一端位于容器(I)內(nèi)，且位于噴嘴(13)的上方，振桿(4)的另一端帶有所述冷卻機構(gòu)；所述加壓系統(tǒng)與容器(I)連接，為其提供所需的氣壓； 噴嘴(13)上有以噴嘴中心為對稱點呈中心對稱且均勻分布的微孔(14)，微孔(14)出口端的直徑大于入口端的直徑，各微孔(14)從不同的角度指向到激光作用點(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光等離子體極紫外光源的液體錫靶發(fā)生器，其特征在于，微孔(14)的深度為0.5mm 1.8mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光等離子體極紫外光源的液體錫靶發(fā)生器，其特征在于，微孔(14)平均的直徑為2 μ m 20 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的用于激光等離子體極紫外光源的液體錫靶發(fā)生器，其特征在于，激光作用點(16)與噴嘴(13)出口的距離L為IOmm 13mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的用于激光等離子體極紫外光源的液體錫靶發(fā)生器，其特征在于，所述加壓系統(tǒng)包括壓力變送器(8)和氣源控制器(9)，壓力變送器(8)垂直安裝在容器(I)的蓋板上，與氣源控制器(9)電信號連接，且壓力變送器(8)的壓力接口位于容器⑴內(nèi)；氣源控制器(9)控制氣源；氣源與容器⑴通過氣源管道(11)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的用于激光等離子體極紫外光源的液體錫靶發(fā)生器，其特征在于，所述加熱系統(tǒng)包括電加熱器⑵和熱電阻(7)，電加熱器⑵放置于容器(I)內(nèi)，熱電阻(7)的測試端位于容器(I)內(nèi)，熱電阻(7)與電加熱器(2)電信號連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中任一所述的用于激光等離子體極紫外光源的液體錫靶發(fā)生器，其特征在于，電加熱器(2)為螺旋狀結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的用于激光等離子體極紫外光源的液體錫靶發(fā)生器，其特征在于，所述冷卻機構(gòu)包括冷卻水套(6)和冷卻風(fēng)機(5)，冷卻水套(6)套在振桿(4)的另一端外，冷卻風(fēng)機(5)安裝在振桿(4)的頂部。
全文摘要
一種用于激光等離子體極紫外光源的霧狀液體錫靶發(fā)生器，包括容器、振桿、噴嘴、加熱系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)和冷卻機構(gòu)；噴嘴上有以噴嘴中心為對稱點呈中心對稱且均勻分布的微孔，微孔出口端的直徑大于入口端的直徑，各微孔從不同的角度指向到激光作用點。加熱系統(tǒng)讓在常溫下呈固態(tài)的錫材熔化成為液態(tài)；振桿的振動使液體由連續(xù)液流碎裂成液滴；加壓系統(tǒng)用來給容器加高壓，讓液體從噴嘴極小的微孔中噴出并形成濃霧狀；激光束通過透鏡的聚焦打在匯聚的液體噴霧上產(chǎn)生EUV輻射；真空系統(tǒng)通過機械泵將靶室內(nèi)抽真空。本發(fā)明噴射靶靶材噴射距離遠(yuǎn)，對噴嘴和收集鏡等光學(xué)元件的影響小，對激光吸收效率和EUV轉(zhuǎn)換效率較高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，更適合工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號H05G2/00GK103217869SQ20131010533
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者孫茂元, 王新兵, 左都羅, 盧宏, 陸培祥 申請人:華中科技大學(xué)