JP2004153064A

JP2004153064A - 露光装置

Info

Publication number: JP2004153064A
Application number: JP2002317373A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Shiraishi; 雅之白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】光学素子を安定及び効率的に冷却できる冷却機構を備えた露光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】露光チャンバ１２０内において、反射鏡１２２は鏡筒１３１内に配置されている。反射鏡１２２は、ヒートパイプ１０で冷却されている。ヒートパイプの吸熱部１１が、反射鏡１２２に固定されており、放熱部１３は露光チャンバ１２０の外部の放熱機構１３３に固定されており、放熱機構１３３の高さ位置は、反射鏡１２２の高さ位置より、差Ｈだけ相対的に高い位置にある。ヒートパイプ１０の吸熱部１１を下、放熱部１３を上とすることによりヒートパイプによる熱輸送効率が高くなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＵＶ光（軟Ｘ線）を用いた露光装置に関する。特には、同装置内の光学素子を有効に冷却できる露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の微細化に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の分解能を向上させるために、ＥＵＶ光（軟Ｘ線）を利用した縮小投影リソグラフィ技術が開発されている。
【０００３】
ＥＵＶリソグラフィ装置は、主として、軟Ｘ線光源、照明光学系、マスクステージ、結像光学系、ウェハステージ等により構成される。ＥＵＶ光の波長は５〜２０ｎｍであり、大気に吸収されて減衰するため、同装置は真空チャンバ内に配置されて、同光の光路は真空雰囲気下に維持される。また、ＥＵＶ光の波長域（特に１１〜１４ｎｍ）では物質の屈折率が１に非常に近いので、屈折や反射を利用した光学素子を使用できない。そこで、屈折率が１よりもわずかに小さいことによる全反射を利用した斜入射ミラーや、界面での微弱な反射光を位相を合わせて多数重畳させ、全体として高い反射率を得る多層膜反射鏡等が使用される。
【０００４】
多層膜として、モリブデン（Ｍｏ）層とシリコン（Ｓｉ）層とを基板上に交互に積層したＭｏ／Ｓｉ多層膜を用いると、１３．４ｎｍ付近の波長域では、直入射で６７．５％の反射率を得ることができる。また、Ｍｏ層とベリリウム（Ｂｅ）層とを基板上に交互に積層したＭｏ／Ｂｅ多層膜を用いると、１１．３ｎｍの波長域では、直入射で７０．２％の反射率を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ＥＵＶ露光装置の光学系を構成する反射鏡に形成される多層膜の反射率は７０％程度であるため、照射されるエネルギの約３０％は多層膜に吸収されて基板の温度が上昇する。ＥＵＶ露光装置内は、前述のように真空雰囲気下に維持されているため、基板上で発生した熱は、基板から露光チャンバへ通じる熱コンダクタンスのみによって排熱され、冷却速度が遅くなる。
【０００６】
基板は温度が上昇すると熱膨張して変形する。このように光学素子の形状が変形すると、最終的にはパターンを高精度で転写できなくなる。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、光学素子を安定及び効率的に冷却できる冷却機構を備えた露光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の露光装置は、ＥＵＶ光を発生させるＸ光源と、この光源から反射型レチクルにＥＵＶ光を導く照明光学系と、前記反射型レチクルにより反射されるＥＵＶ光を感応基板に導く投影光学系と、前記各部を収容する真空チャンバと、を備え、前記反射型レチクルに形成されているデバイスパターンを前記感応基板へ転写する露光装置であって、さらに、前記レチクル、又は、前記照明光学系若しくは投影光学系を構成する光学素子を冷却するヒートパイプを備え、該ヒートパイプの放熱側が、前記レチクル又は光学素子に接続される吸熱側より相対的に高い位置にあることを特徴とする。
良好な放熱機能をもつヒートパイプを用いることにより、光学素子を速やかに冷却できる。そして、ヒートパイプの吸熱側（熱源、即ち、冷却されるべき素子）を下、放熱側（冷源、即ち、ヒートパイプにより伝熱された熱を奪う部分）を上とすることによりヒートパイプによる熱輸送効率が高くなる。このため、より小型で安価なヒートパイプも使用できるため、コスト減となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、露光装置について説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係るＸ線ＥＵＶ光露光装置の一例の構成を示す図である。このＸ線露光装置は、露光用の照明光として、波長１３ｎｍ近傍の軟Ｘ線領域の光を用いている。
図２に示すように、Ｘ線露光装置１００は、Ｘ線発生装置１０１と露光チャンバ１２０を備える。Ｘ線発生装置１０１の真空容器１０２は、露光チャンバ１２０の上部に設置されている。同容器内には、標的材料１０３と多層膜楕円ミラー１０４が配置されている。標的材料１０３には、真空容器外（図の右方）から励起用のパルスレーザ光１０５が照射される。同レーザ光１０５がレンズ１０６で集光されて、真空容器１０２に開けられた窓１０８を介して標的材料１０３に照射されると、標的材料１０３はプラズマ１０７を生成する。このプラズマ１０７から、波長が１３ｎｍの軟Ｘ線のＥＵＶ光１０９が輻射される。ＥＵＶ光１０９は、多層膜楕円ミラー１０４で反射して、可視光カットＸ線フィルター１１０を介して露光チャンバ１２０内に照射される。
なお、Ｘ線発生装置として、レーザプラズマＸ線源ではなく放電プラズマＸ線源を使用してもよい。放電プラズマＸ線源は、電極にパルス高電圧を印加して放電を起こし、この放電で動作ガスをイオン化してプラズマを生成し、このプラズマから軟Ｘ線を輻射する。
【００１０】
露光チャンバ１２０内には、Ｘ線発生装置１０１からのＥＵＶ光１０９の照射を受ける照明光学系１２１が配置されている。照明光学系１２１は、コンデンサー系の反射鏡、フライアイ光学系の反射鏡等で構成されており、ミラー１０４で反射したＸ線を円弧状に整形し、図２の左方に向かって照射する。
【００１１】
照明光学系１２１の側方（図２の左方）には、Ｘ線反射鏡１２２が配置されている。Ｘ線反射鏡１２２は、反射面１２２ａ（図２の右側の面）が凹型をした円形をしており、垂直に保持されている。Ｘ線反射鏡１２２の側方（図２の右方）には、光路折り曲げ反射鏡１２３が斜めに配置されている。光路折り曲げ反射鏡１２３の上方には、反射型マスク１２４がステージ装置１２５上に載置されて、反射面が下になるように水平に配置されている。照明光学系１２１から放出されたＸ線は、Ｘ線反射鏡１２２により反射して集光された後に、光路折り曲げ反射鏡１２３を介して、反射型マスク１２４の反射面に達する。
【００１２】
反射鏡１２２、１２３の基体は、反射面が高精度に加工された石英の基板からなる。この反射面には、Ｘ線発生装置１０１のミラー１０４の反射面と同様に、Ｍｏ／Ｓｉの多層膜が形成されている。なお、波長が１０〜１５ｎｍのＸ線を用いる場合には、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）等の物質と、Ｓｉ、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｂ_４Ｃ（四ホウ化炭素）等の物質とを組み合わせた多層膜でもよい。
【００１３】
反射型マスク１２４の反射面にも多層膜からなる反射膜が形成されている。この反射膜には、ウェハ１２７に転写するパターンに応じたマスクパターンが形成されている。マスク１２４は少なくともＸＹ方向に移動可能なマスクステージ装置１２５上に吸着等により固定されている。光路折り曲げ反射鏡１２３で反射されたＸ線は順次マスク１２４上に照射される。
【００１４】
反射型マスク１２４の下方には、順に投影光学系１２６、ウェハ１２７が配置されている。投影光学系１２６は、複数の反射鏡等からなり、反射型マスク１２４で反射されたＸ線を所定の縮小倍率（例えば１／４）に縮小し、ウェハ１２７上に結像する。ウェハ１２７は、ＸＹＺ方向に移動可能なウェハステージ装置１２８に吸着等により固定されている。
【００１５】
露光動作を行う際には、照明光学系１２１により反射型マスク１２４の反射面にＸ線を照射する。その際、投影光学系１２６に対して反射型マスク１２４及びウェハ１２７を投影光学系の縮小倍率により定まる所定の速度比で相対的に同期走査する。これにより、反射型マスク１２４の回路パターンの全体をウェハ１２７上の複数のショット領域の各々にステップアンドスキャン方式で転写する。なお、ウェハ１２７のチップは例えば２５×２５ｍｍ角であり、レジスト上で０．０７μｍＬ／ＳのＩＣパターンが露光できる。
【００１６】
次に、この露光装置におけるミラーの冷却機構を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る露光装置におけるミラー冷却機構を模式的に説明する図である。
この例では、反射鏡１２２の冷却機構について説明する。図１に示すように、反射鏡１２２は実際には鏡筒１３１内に配置されている。同反射鏡１２２は、ヒートパイプ１０で冷却されている。詳しくは後述するように、ヒートパイプ１０は吸熱部１１と放熱部１３とを有する。そして、吸熱部１１が、冷却される対象である反射鏡１２２に固定されており、放熱部１３は露光チャンバ１２０の外部の放熱機構１３３に固定されている。放熱機構１３３は、例えば、チャンバ１２０の外壁の冷却されやすい部分などである。ここで、放熱機構１３３の高さ位置は、反射鏡１２２の高さ位置より、差Ｈだけ相対的に高い位置にある。
【００１７】
ここで、ヒートパイプ１０について説明する。
図３は、ヒートパイプの作動原理を説明する図である。
ヒートパイプ１０とは、減圧された密閉空間内に、少量の作動液１５が封入されたものである。作動液１５としては純水等を使用できる。ヒートパイプ１０の一端１１が発熱体等に接すると、同部が吸熱部となって作動液１５は低温で沸騰し、その際に蒸発潜熱を吸収する。蒸気は音速に近い速度でヒートパイプ１０の他端１３に移動する。そして、同部が放熱部となって、蒸気が凝縮して再び液体の状態に戻り、この際凝縮潜熱を放出する。液体に戻った作動液はパイプの内壁面を伝わって再び吸熱部１１に戻る。このサイクルを繰り返して、熱量を吸熱部１１から放熱部１３へ移動させる。なお、実際のヒートパイプは、毛管現象を利用して移動効率を高めているため、内部に細かいメッシュが配置されていたり、内壁面に細かい溝が刻まれている。
【００１８】
このような機構により、ヒートパイプ１０の吸熱部１１で吸収された熱は非常に早い速度で効率的に放熱部１３へ移動するので、離れた位置へ速やかに熱を移動させることができる。
【００１９】
このようなヒートパイプは、身近なところでは、ノート型ＰＣ内のＣＰＵの冷却などに用いられている。この場合は、ＣＰＵに取り付けられたペルチェ素子の放熱面にヒートパイプの吸熱部を取り付け、ＰＣの裏面などの冷えやすい面（放熱機構）に放熱部を取り付ける。そして、吸熱部で吸熱された熱を放熱部へ移動させて、同部から放熱機構へ放熱させる。
【００２０】
また、ヒートパイプは、どのような傾斜角度でも使用可能であるという性質をもつ。これは、一端で発生した蒸気が自由に音速に近い速度でもう一端に到達することができることと、毛管現象を利用した構造であり液体も移動できることによる。さらに、ヒートパイプは通常、曲げが容易な構造であり、他の構造の制約があって途中で曲げる必要があった場合も、自由に配置できる。
【００２１】
しかし、実際には、ヒートパイプはある程度の角度依存性をもっている。
図４は、ヒートパイプの設置角度依存性を説明するグラフである。図の縦軸は最大熱輸送量（Ｗ）、図の横軸はヒートパイプの傾斜角度（°）を示す。傾斜角度は、＋が、吸熱部が下で放熱部が上となる傾斜を示し、−は、吸熱部が上で放熱部が下となる傾斜を示す。使用したヒートパイプは、長さが２００ｍｍ、径が４ｍｍで、直線状態のものである。図中の●は動作温度が６０℃の場合、▲は５０℃の場合、■は４０℃の場合を示す。
【００２２】
図４からわかるように、全ての動作温度において、ヒートパイプは、傾斜角度が大きいほど（吸熱部が放熱部より低い位置にあるほど）熱輸送量が大きくなっている。例えば、動作温度が４０℃の場合、水平状態（傾斜角度０°）では熱輸送量が１０Ｗであるが、１０°に傾斜させると、最大熱輸送量は１７Ｗに増加し、約７割増加する。一方、−１０°に傾斜させると、熱輸送量は６Ｗにまで減少し、約４割減少する。
【００２３】
実際に露光装置内にヒートパイプを取り付ける場合には、吸熱部（冷却対象である素子）と放熱部（放熱機構）との位置関係（傾斜角度）は、露光装置内の機械的な制約のために決まってしまう。例えば、後述するように、反射鏡を放熱機構の位置より高い位置に配置してしまうと、ヒートパイプの一部には−の傾斜角度が発生してしまい、輸送効率を著しく損なうことになる。
【００２４】
そこで、本発明においては、図１に示すように、ヒートパイプ１０の吸熱部１１を常に放熱部１３より、差Ｈだけ下の位置に配置している。つまり、冷却対象物である反射鏡１２２を、放熱機構１３３より下方に配置している。これにより、ヒートパイプ１０の傾斜角度は＋となる。この例においては、反射鏡１２２にペルチェ素子等の局所的冷却素子を取り付けてもよい。この場合は、ヒートパイプ１０の吸熱部１１はペルチェ素子の放熱面に取り付けられる。放熱機構１３３は、上述のようにチャンバ１２０の冷えやすい面とする。また、この面にフィンやファンを設けると、冷却効果を高めることができる。ヒートパイプ１０と、反射鏡１２２の冷却面（ペルチェ素子の冷却面）、及び、放熱機構１３３との取り付けは、単純な接触のみでもよく、高熱伝導性接着材、反射鏡の内部に吸熱部を差し込んだ構造などの方法を使用できる。
【００２５】
このように配置された反射鏡１２２と放熱機構１３３をヒートパイプ１０でつなぐことにより、ヒートパイプ１０を途中で曲げる必要があった場合でも、基本的には−方向の傾斜となる部分を発生させることがない。これにより、ヒートパイプを高い効率で使用できるため、熱輸送量を多くできる。また、十分な熱輸送量が保てるのであれば、より小さな、または、安価なヒートパイプを使用することができる。
【００２６】
図５は、露光装置における反射鏡冷却機構の比較例を模式的に説明する図である。
この図５においては、照明光学系接続部２３３やステージ搬送系２１５による制約のために、放熱機構２１７が冷却対象物（反射鏡２２２）より、差Ｈだけ低い位置に設置されている。この反射鏡１２２の冷却のためにヒートパイプ２１０を使用すると、ヒートパイプ２１０の吸熱部２１１は放熱部２１３より高い位置となり、傾斜角度は−となってしまう。このような傾斜角度ではヒートパイプ２１０は高い熱輸送効率を発揮できず、より大きなヒートパイプを設置する必要が生じ、コスト増となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光学素子の冷却にヒートパイプを使用し、ヒートパイプの放熱側を、冷却される光学素子に接続される吸熱側より相対的に高い位置にあることにより、ヒートパイプの熱輸送効率を高めることができる。このため、レチクルや光学素子を効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る露光装置におけるミラー冷却機構を模式的に説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＸ線ＥＵＶ光露光装置の一例の構成を示す図である。
【図３】ヒートパイプの作動原理を説明する図である。
【図４】ヒートパイプの設置角度依存性を説明するグラフである。
【図５】露光装置における反射鏡冷却機構の比較例を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
１０ヒートパイプ１１吸熱部
１３放熱部１５作動液
１００Ｘ線露光装置１０１Ｘ線発生装置
１０２真空容器１０３標的材料
１０４多層膜楕円ミラー１０５パルスレーザ光
１０６レンズ１０７プラズマ
１０８窓１０９ＥＵＶ光
１１０可視光カットＸ線フィルター１２０露光チャンバ
１２１照明光学系１２２Ｘ線反射鏡
１２３光路折り曲げ反射鏡１２４反射型マスク
１２５ステージ装置１２６投影光学系
１２７ウェハ１２８ウェハステージ装置
１３１鏡筒１３３放熱機構

Claims

ＥＵＶ光を発生させるＸ光源と、この光源から反射型レチクルにＥＵＶ光を導く照明光学系と、前記反射型レチクルにより反射されるＥＵＶ光を感応基板に導く投影光学系と、前記各部を収容する真空チャンバと、を備え、前記反射型レチクルに形成されているデバイスパターンを前記感応基板へ転写する露光装置であって、
さらに、前記レチクル、又は、前記照明光学系若しくは投影光学系を構成する光学素子を冷却するヒートパイプを備え、
該ヒートパイプの放熱側が、前記レチクル又は光学素子に接続される吸熱側より相対的に高い位置にあることを特徴とする露光装置。