一种用于EUV光源中液滴靶的一体化锡原料罐装系统
技术领域
本发明用于EUV光刻领域中液滴靶发生器的原料罐装，是集加热、加压、过滤、自动控制、罐装于一体的系统。
背景技术
自半导体集成电路诞生以来，其速度和成本一直遵循着摩尔定律进化，速度越来越快，而芯片所占的面积越来越小，进而成本越来越低。芯片所占的面积主要由光刻工艺的线宽决定。在半导体集成电路光刻工艺中，线宽与光刻所用光源的波长有着密切的关系。随着半导体技术的发展，光刻需要的线宽越来越小，对光源波长的要求越来越短。用于光刻技术的光源从436nm到356nm，再到248nm，到如今，广泛运用的是203nm的光源。目前基于深紫外光源的光刻技术所能达到的线宽已越来越接近其极限。在下一代光刻技术中，13.5nm的极紫外(EUV)光源将是一种很有前途的光源。国际上著名的ASML光刻公司已研制出了13.5nm的整套光刻机设备，但售价极其昂贵，且对关键技术封锁。因此，世界各国，包括我们国家纷纷开发13.5nm的EUV光源和光刻技术。
EUV光源的核心就是液滴靶发生器，产生13.5nm的极紫外光源(EUV)主要基于二氧化碳激光激发锡液滴靶产生等离子体(LPP)。液滴锡靶发生器的原理在于通过某种方式对锡射流产生扰动，在合适的微扰条件下使锡射流断裂成锡液滴。当激光轰击锡液滴靶时，在锡液滴蒸发后，激光光子通过逆韧致辐射耦合到等离子体中，在电子温度达到26eV左右时，发射出13.5nm的EUV光子。为了获得高转换效率的光源，对液滴靶的大小、频率、稳定性都提出了非常高的要求。而锡原料熔化时的均匀性和颗粒物的含量对液滴的稳定性会产生重要影响，因此，不能将固体锡直接加装在液滴靶容器中熔化，而是需要在前期的装置中将锡液罐装到液滴靶容器中。因此，研制一套满足EUV液滴靶发生器中锡原料的罐装系统具有重要的科学意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于解决EUV光源液滴靶中锡原料加载过程中存在的问题，提出一种集熔化、过滤于一体的锡原料罐装系统，该系统集成化程度高，操作安全方便，适用于EUV光源锡原料的罐装。
本发明的技术解决方案如下：
一种用于EUV光源中液滴靶的一体化锡原料罐装系统，其特点在于，包括：熔锡罐、晶纤维加热腔、储液罐、废液罐、真空泵、热电偶、水冷机；
所述的熔锡罐的顶部设有可开关的顶盖，该顶盖上设有供熔锡罐液位开关插入的液位开关测量口以及观察窗口，在所述的顶盖内盘有制冷水管，该制冷水管外接水冷机；所述的熔锡罐的上部设有抽气口和充气口，该充气口通过管道与所述的氮气瓶相连，所述的熔锡罐的上部还设有真空计，用于测量熔锡罐内真空度；所述的熔锡罐的罐体部分置于所述的晶纤维加热腔中，该晶纤维加热腔中内置环形加热电阻丝，所述的熔锡罐的罐体上设有温度测量口，供热电偶插入；所述的真空泵通过管道与所述的抽气口相连，该管道上安装有三通阀，该三通阀的另外两端分别与储液罐抽气口和废液罐抽气口相连；
所述的熔锡罐的底部经管道分别连接所述的储液罐和废液罐。
所述的储液罐的顶部设有储液罐抽气口和供储液罐液位开关插入的液位开关测量口；在所述的熔锡罐与所述的储液罐之间的管道内设有储液罐高温球阀和过滤器，所述的储液罐高温球阀为自动控制阀门，用于控制锡液的流向，所述的过滤器内置不锈钢滤网，用于去除锡液中大颗粒杂质；所述的储液罐的罐体部分置于储液罐加热套内。
所述的废液罐的顶部设有废液罐抽气口和供废液罐液位开关插入的液位开关测量口；在所述的熔锡罐与所述的废液罐之间的管道内设有废液罐高温球阀，所述的废液罐高温球阀为自动控制阀门，用于控制废锡液的流向；所述的废液罐的罐体部分置于废液罐加热套内。
在所述的管道和高温球阀外包裹有加热带，防止锡液流动过程中冷却。
所述的储液罐和废液罐采用不锈钢材料制作，顶盖采用法兰盘设计，高温密封圈密封。
所述的熔锡罐主体呈圆柱形，下方呈锥形，由不锈钢材料加工而成，顶盖采用法兰盘设计，高温密封圈密封。
所述的熔锡罐与所述的氮气瓶连接的管道内设有减压阀和气压阀。
两个观察窗口对称位于熔锡罐顶盖的两侧，用于实时查看熔锡罐内锡的熔化情况。所述的晶纤维加热腔用于熔锡罐内锡的加热和保温，整个熔锡罐置于其内。晶纤维是保温层，厚约8cm，晶纤维内壁贴有电阻丝。所述的水冷机用于熔锡罐顶盖的冷却，熔锡罐顶盖上盘有水冷管道，进出口与循环水冷机相连接。熔锡罐顶盖设计成法兰结构，方便打开，用于固体锡料的添加。添加好锡料之后，开启真空泵，当真空计显示的气压小于100帕时，开始加热熔锡，设定熔化温度300℃，保温时间3小时，进行锡料熔化，自动控制装置会自动记录温度和压力随时间的变化曲线。
熔锡罐底部与锡液管道连接，锡料熔化之后，旋转真空管道上的三通阀，停止给熔锡罐抽真空，但储液罐和废液罐继续保持抽气状态。打开钢瓶阀门，充入3个大气压的氮气保护气体到熔锡罐内。然后，开启储液罐高温球阀，让熔化的锡液流入到储液罐内。熔锡管道和高温球阀用加热带缠绕进行加热，设定加热带加热温度200℃，以防锡液在流动的过程中冷却凝固。所述的熔锡罐液位开关用于熔锡罐最低锡液位的判定，当熔锡罐内的液位到达最后1cm高度时，熔锡罐液位开关报警。这时，关闭储液罐高温球阀，开启废液罐高温球阀，让最后一部分锡液流入废液罐中。储液罐液位开关和废液罐液位开关分别用于判定储液罐和废液罐的满液位，防止液体溢出。当储液罐液位开关和废液罐液位开关到达设定的满液位时，就会报警，提示更换新的罐子。所述的过滤器内置15μm孔径不锈钢滤网，一端连接管道，另一端通过管道连接储液罐，用于锡液中大颗粒杂质的去除。
加压装置包括气压阀、减压阀、气体管道和氮气瓶。气压阀一端与氮气瓶连接，另一端与减压阀连接。所述的自动控制装置采用触摸屏和可编程控制方式，可以实现加热、保温、高温球阀开关、液位开关等的控制。
与现有技术相比，本发明具有如下的显著特点：
1、本发明可在真空条件下熔锡，锡液罐装过程中还可充入保护气体加压，一方面避免了锡料熔化和流动过程中的氧化，另一方面也保证了锡液的顺畅流出,集熔锡与罐装锡于一体，大幅度节约了成本。
2、本发明中所用的过滤器确保锡液在罐装过程中大颗粒杂质的去除，熔锡罐液位开关装置在锡液位剩最后1cm时发出警报，确保容易发生污染和氧化的表面锡液层不流入储液罐中，从而从最大程度上降低锡液中的杂质含量。
3、本发明能够较好地适用于EUV光源液滴靶发生器中锡原料的罐装，熔化速度快，操作简单，储液罐也可以根据自己的需要设计，从而可满足不同形状和容量的锡原料的罐装。
附图说明
图1为本发明一种用于EUV光源中液滴靶的一体化锡原料罐装系统的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不应因此限制本发明的保护范围。
参阅图1，图1为本发明一种用于EUV光源中液滴靶的一体化锡原料罐装系统的结构图,如图所示，该系统包括真空计1、充气口2、熔锡罐3、晶纤维加热腔4、储液罐8、储液罐液位开关10、废液罐12、废液罐液位开关14、储液罐和废液罐加热套9和13、真空泵16、储液罐和废液罐高温球阀5和15、三通阀17、热电偶19、熔锡罐液位开关21,观察窗20和22、水冷机23、减压阀24、气压阀25、氮气瓶26等组成。
所述的熔锡罐3是由不锈钢材料加工而成，顶盖可打开，置于晶纤维加热腔4中，晶纤维加热腔4中内置环形加热电阻丝。熔锡罐3前壁设有温度测量口，供热电偶19插入，两侧分别设有抽气口18和充气口2，抽气口18与真空泵16通过管道相连。熔锡罐3顶盖设有液位开关21和两个观察窗口20,22。顶盖内盘有制冷水管，水管与外部循环水冷机23连接。熔锡罐3底部与管道连接，管道流向分成两路，一路经储液罐高温球阀5、过滤器6，与储液罐8连接，另一路与废液罐高温球阀15，废液罐12连接。管道和高温球阀缠有加热带，防止锡液流动过程中冷却。储液罐8和废液罐12采用不锈钢材料制作，顶盖采用法兰盘设计，高温密封圈密封。
充气组件包括气压阀、减压阀和氮气瓶。抽气组件包括真空计、三通阀、真空泵。真空泵16连接熔锡罐3、储液罐8和废液罐12，真空泵管道接三通阀17，可以控制熔锡罐抽气的开和关。
所述的自动控制装置采用可编程控制程序，通过触摸方式设置熔锡罐的加热温度和时间、高温球阀的开和关，系统也可自动记录温度和压力随时间的变化曲线。
熔锡罐3顶盖开启后，在罐中添加适量固体锡料，确保锡料不超过外部晶纤维加热腔的高度，关闭顶盖，检查储液罐8和废液罐12密闭性，打开三通阀17和真空泵16，观察真空计1，通过真空组件将熔锡罐3、储液罐8和废液罐12内的空气抽到小于100pa真空度。开启水冷机23，通过自动控制装置设定锡料加热温度和保温时间，启动加热程序，记录热电偶19的温度变化曲线，以及通过观察窗口20，22观察锡的熔化情况。设定管道加热带、储液罐和废液罐加热套加热温度，并开启加热程序。当从观察窗口20,22观察到的锡变成熔融流动状态，且热电偶19记录的温度曲线已达到设定温度和保温时长时，旋转三通阀17，关闭通往熔锡罐3的抽气阀门，但继续保持储液罐8和废液罐12仍在抽气状态，开启氮气瓶气压阀25，旋转减压阀24，调节压力到3-5个大气压，等气压稳定后，通过自动控制程序打开储液罐高温球阀5，让锡液流入储液罐8中，当熔锡罐3内的液位开关21发出警报时，关掉储液罐高温球阀5，开启废液罐高温球阀15，让最后一小部分锡液流入废液罐12中。
经试验表明，本发明通过调节熔锡罐3、储液罐8、废液罐12内的真空度、熔锡罐3加热温度和保温时间、熔锡罐3内所充保护气体的气压、过滤网的孔隙大小、熔锡罐3内液位开关的报警液位可实现高纯度锡料的顺利罐装。本发明可以实现不同形状与容量的锡罐的罐装、集成化程度高、调节方便、操作安全，适用于EUV光源中锡液滴靶原料的罐装。
