专利名称：一种用于激光等离子体极紫外光源的液体锡靶发生器的制作方法
技术领域：
本发明属于激光技术领域，具体涉及一种用于激光等离子体(LPP)极紫外(EUV)光源的液体锡靶发生器，主要用于产生使EUV转换效率高，碎屑污染小且系统稳定的液体锡靶材。
背景技术：
芯片工业一直以来都有一个主题:把晶体管尽量做小，把尽可能多的晶体管集成到一起，让芯片的集成度不断提高。芯片工艺所能刻出的最小的尺度主要是由光刻工艺所用光源的光波长决定的。所用的光波长越短，所能达到的尺度越小，所能取得的集成度越高。随着技术的进步，目前传统的最先进的光刻技术也不能满足要求，于是下一代光刻技术一一极紫外(EUV)光刻技术应运而生。但是限制极紫外(EUV)光刻技术发展一个主要制约因素是大功率，高质量和长寿命工作的极紫外(EUV)辐射光源难以获得。目前，常用的极紫外(EUV)光源主要有激光等离子体(LPP)光源、气体放电等离子体(DPP)光源和同步辐射光源等三类。其中，激光等离子体(LPP)光源的工作原理是利用高功率脉冲激光(功率密度大于KTW/cm2)辐照物质(包括固态、液态和气态物质)，产生高温高密度激光等离子体，由原子高度电离而形成的等离子体可在极紫外(EUV)波段产生很强的辐射，并获得较高的转换效率。激光等离子体极紫外(EUV)光源的靶材对入射激光能量的吸收效率由其密度决定。靶材密度越大，吸收效率越高，因而极紫外光(EUV)的转换效率也越高。固体靶的EUV转换效率最高，但在产生高温、高密度等离子体的同时，更多喷出的是中性或轻微离子化的碎片，这对EUV辐射不但没有贡献，反而还会严重污染、破坏反射镜，导致镜面反射率迅速降低。液体喷射靶不像固体靶需要经常更换，只要靶存储容器足够大，基本可以实现无限时操作，而且与激光作用的靶材随时都能保证是新鲜的，提高了系统的稳定性。另外，还能对喷射靶材进行回收再利用，可降低使用成本。气体喷射靶材虽然克服了碎片溅射污染的弊病，但是多以非金属为主，转换效率整体偏低。因此，液体靶材成为研究的重点。法国原子能委员会的中国专利申请就涉及用于极紫外(EUV)光刻技术的微米级液滴的产生方法和装置(公开号为CN1379968A，
公开日为2002年11月13日)，其方法主要是把加压的液体注入到非常小直径并向真空室内张开的喷嘴内，通过把激光辐射聚束到浓雾上产生光。另外还申请了另一种中国专利申请(公开号为CN1618259A，
公开日为2005年5月18日)，其将激光束与致密的微液滴雾相互作用，此液体是液化的稀有气体。特别使用液体氙，通过气态氙的液化得到液体氙,用气态氙将液体氙加压,再将加压的液体氙注入到开口向着压力相对很小的区域喷嘴中。总之，现有的雾状液体喷射靶多采用氙等液化的稀有气体作为靶材，但是普遍EUV转换效率不高，辐射光光谱特性一般。而采用锡等转换效率较高靶材的液滴喷射靶多采用预脉冲技术，即在主脉冲到达之前先用一束能量较低的激光与锡液滴作用，使其成为雾状，以减小碎屑污染，但同时也增加了操作的难度，降低了系统的稳定性。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于激光等离子体极紫外光源的雾状液体锡靶发生器，该发生器不仅使EUV转换效率高，辐射光光谱特性好，碎屑污染小，并且具有较高的系统稳定性。本发明提供的一种用于激光等离子体极紫外光源的液体锡靶发生器，其特征在于，该液体锡靶发生器包括容器、振杆、喷嘴、加热系统、加压系统和冷却机构；所述加热系统安装在容器内，容器底部设置有喷嘴。振杆的一端位于容器内，且位于喷嘴的上方；振杆的另一端带有所述冷却机构。所述加压系统与容器连接，为其提供所需的气压。喷嘴上有以喷嘴中心为对称点呈中心对称且均匀分布的微孔，微孔出口端的直径大于入口端的直径，各微孔从不同的角度指向到激光作用点。作为上述技术方案的改进，所述加压系统包括压力变送器和气源控制器。压力变送器垂直安装在容器的盖板上，与气源控制器电信号连接，且压力变送器的压力接口位于容器内；气源控制器控制气源；气源与容器通过气源管道连接。作为上述技术方案的进一步改进，所述加热系统包括电加热器和热电阻，电加热器放置于容器内，热电阻的测试端位于容器内，热电阻与电加热器电信号连接。其中，电加热器优选螺旋状结构。作为上述技术方案的更进一步改进，所述冷却机构包括冷却水套和冷却风机，冷却水套套在振杆的另一端外，冷却风机安装在振杆的顶部。本发明提供的液体喷射靶采用多微孔的喷嘴从多个不同的角度指向同一点，这种设计可以使雾状液体靶材喷射距离更远，激光作用点也更远离喷嘴。这种结构设计也使得微孔出口端能够有效减小受到等离子体所产生的高能粒子烧蚀的影响，延长喷嘴和其他光学元件的寿命，同时更加聚集的液体喷雾，并能提高EUV辐射的产额。由于锡有较好的辐射谱特性和较高的EUV转换效率，所以采用锡液作为本发明的液体靶材。加热系统让在常温下呈固态的锡材熔化成为液态。振杆的振动使液体锡由连续液流碎裂成液滴。加压系统用来给容器加高压，让液体锡从喷嘴极小的微孔中喷出并形成浓雾状。激光束通过透镜的聚焦打在汇聚的液体锡喷雾上产生EUV，流量可调节的液体锡大小与激光焦点光斑大小相当，最大限度地减少碎屑的生成，并且能保证对激光有较高的吸收效率。使用时，真空系统通过机械泵将靶室内抽真空，以减小各种气体对EUV辐射的影响。总之，本发明克服了现有技术的缺点，采用液体锡作为靶材，通过给液体锡加压，优化喷嘴结构等方式使喷嘴直接喷出雾状液体锡。该喷射靶对喷嘴和收集镜等光学元件的影响小，液体锡对激光吸收效率和EUV转换效率较高，系统稳定性好，更适合工业上大规模生产。
图1为本发明实例提供的液体锡靶发生器的结构示意图；图2为喷嘴的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为俯视图3为激光与液体锡靶作用示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本发明实例提供的一种用于激光等离子体极紫外光源的液体锡靶发生器包括容器1、电加热器2、振杆4、热电阻7、压力变送器8和喷嘴13。电加热器2和热电阻7的测试端都位于容器I内，当放置锡材3于容器I内时，电加热器2和热电阻7得测试端均位于锡材3中，热电阻7与电加热器2电信号连接。容器I底部中心设置有喷嘴13。振杆4的一端位于容器I内，且位于喷嘴13的上方；振杆4的另一端外套有冷却水套6，顶部安装有冷却风机5。压力变送器8垂直安装在容器I的盖板上，且其压力接口位于容器I内但不能与锡材3接触。电加热器2优选螺旋状结构，如图1给出的实例所示。气源管道11 一 端插入容器I内但不能与锡材3接触；另一端连接空气泵10。压力变送器8与气源控制器9电信号连接，同时气源控制器9又控制空气泵10。本发明中，气源并不局限于采用空气泵1 0的方式，也可以采用其它方式给容器I提供气体。如图2和图3所示，喷嘴13上有以喷嘴中心为对称点呈中心对称且均匀分布的微孔14，微孔14出口端的直径大于入口端的直径，各微孔14从不同的角度指向到同一点，SP激光作用点16。为了提高喷嘴的喷射液体锡喷雾的效果，微孔14的深度优选为0.5mm
1.8mm ;激光作用点16与喷嘴13出口的距离L优选为IOmm 13mm。微孔14平均的直径优选为2 μ m 20 μ m。本发明实例提供的发生器的工作过程为:容器I内的电加热器2工作，使常温下呈固态的锡材3温度升高到232°C以上，熔化成为液态锡。热电阻7检测锡材3的温度，并将温度信号反馈至电加热器2，使电加热器2仅当锡材3温度低于232°C时工作。振杆4在压电陶瓷的作用下以IM左右的频率振动，使液态锡由连续液流碎裂成液滴。在振杆顶部的冷却风机5向下吹气，在冷却水套6中注入循环冷却水，以减小振杆4的热负载。压力变送器8检测并显示容器I内的气压大小，并将气压信号反馈至气源控制器9，气源控制器9再控制空气泵10，经气源管道11给容器I加压或减压，以保持容器I内气压在5X IO6Pa IO7Pa范围内。同时真空系统17将靶室12抽真空，使其气压保持在10_3Pa左右。这时由于喷嘴13两端有极大的压强差，且每个微孔14都有极小的口径，因此液态锡从多微孔喷嘴13喷出，并形成浓雾状液体15，在上述条件下所喷出雾滴的平均尺寸为5 μ m 50 μ m。当浓雾状液体15飞经聚束激光焦点，即激光作用点16时，高能脉冲CO2激光束通过透镜的聚焦正好打在液体靶材上。可以通过调节振杆4频率和气体压强来改变喷雾的流量，使雾状液体锡15与激光焦点光斑的大小相当。激光焦点处产生高温高密的等离子体，激光继续加热产生高度电离进而发出EUV辐射。最后，雾滴在到达光学元件之前被激光汽化，随即被真空系统17排出，以减小各种气体对EUV辐射的影响。图3为靶室内激光与液体锡靶作用示意图。以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1.一种用于激光等离子体极紫外光源的液体锡靶发生器，其特征在于，该液体锡靶发生器包括容器(I)、振杆(4)、喷嘴(13)、加热系统、加压系统和冷却机构； 所述加热系统安装在容器(I)内，容器(I)底部设置有喷嘴(13);振杆(4)的一端位于容器(I)内，且位于喷嘴(13)的上方，振杆(4)的另一端带有所述冷却机构；所述加压系统与容器(I)连接，为其提供所需的气压； 喷嘴(13)上有以喷嘴中心为对称点呈中心对称且均匀分布的微孔(14)，微孔(14)出口端的直径大于入口端的直径，各微孔(14)从不同的角度指向到激光作用点(16)。
2.根据权利要求1所述的用于激光等离子体极紫外光源的液体锡靶发生器，其特征在于，微孔(14)的深度为0.5mm 1.8mm。
3.根据权利要求1所述的用于激光等离子体极紫外光源的液体锡靶发生器，其特征在于，微孔(14)平均的直径为2 μ m 20 μ m。
4.根据权利 要求1所述的用于激光等离子体极紫外光源的液体锡靶发生器，其特征在于，激光作用点(16)与喷嘴(13)出口的距离L为IOmm 13mm。
5.根据权利要求1至4中任一所述的用于激光等离子体极紫外光源的液体锡靶发生器，其特征在于，所述加压系统包括压力变送器(8)和气源控制器(9)，压力变送器(8)垂直安装在容器(I)的盖板上，与气源控制器(9)电信号连接，且压力变送器(8)的压力接口位于容器⑴内；气源控制器(9)控制气源；气源与容器⑴通过气源管道(11)连接。
6.根据权利要求1至4中任一所述的用于激光等离子体极紫外光源的液体锡靶发生器，其特征在于，所述加热系统包括电加热器⑵和热电阻(7)，电加热器⑵放置于容器(I)内，热电阻(7)的测试端位于容器(I)内，热电阻(7)与电加热器(2)电信号连接。
7.根据权利要求6中任一所述的用于激光等离子体极紫外光源的液体锡靶发生器，其特征在于，电加热器(2)为螺旋状结构。
8.根据权利要求1至4中任一所述的用于激光等离子体极紫外光源的液体锡靶发生器，其特征在于，所述冷却机构包括冷却水套(6)和冷却风机(5)，冷却水套(6)套在振杆(4)的另一端外，冷却风机(5)安装在振杆(4)的顶部。
全文摘要
一种用于激光等离子体极紫外光源的雾状液体锡靶发生器，包括容器、振杆、喷嘴、加热系统、加压系统和冷却机构；喷嘴上有以喷嘴中心为对称点呈中心对称且均匀分布的微孔，微孔出口端的直径大于入口端的直径，各微孔从不同的角度指向到激光作用点。加热系统让在常温下呈固态的锡材熔化成为液态；振杆的振动使液体由连续液流碎裂成液滴；加压系统用来给容器加高压，让液体从喷嘴极小的微孔中喷出并形成浓雾状；激光束通过透镜的聚焦打在汇聚的液体喷雾上产生EUV辐射；真空系统通过机械泵将靶室内抽真空。本发明喷射靶靶材喷射距离远，对喷嘴和收集镜等光学元件的影响小，对激光吸收效率和EUV转换效率较高，系统稳定性好，更适合工业上大规模生产。
文档编号H05G2/00GK103217869SQ20131010533
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者孙茂元, 王新兵, 左都罗, 卢宏, 陆培祥 申请人:华中科技大学