JP5975667B2 - Euvリソグラフィ用斜入射集光器の熱管理システム、アセンブリ、方法 - Google Patents

Euvリソグラフィ用斜入射集光器の熱管理システム、アセンブリ、方法 Download PDF

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Description

本願は、2011年2月17日付出願の米国仮特許出願第61/463,461号の優先権を主張するものである。
本発明は、一般に斜入射集光器(GIC)に関し、特に極端紫外光(EUV)リソグラフィに使用されるGICの冷却システム及び方法に関する。
EUVリソグラフィは、線幅約32nm以下の次世代半導体装置の製造に最適なリソグラフィプロセスとなることが予想されている。EUVの波長は、公称13.5nmであり、EUVを集光及び結像するためには特別な光学系を使用する必要がある。
光源からの放射線を集光するために使用されるEUV光学システムとして、斜入射集光器(GIC)がある。典型的には、GICは、一または複数の同心円状に配置されたGICミラーシェル(GICシェル)を備える。GICシェルは、EUV源からのEUVを斜入射角で受光し、受光したEUVを反射して中間焦点で集光するように構成されている。このとき、遠隔フィールド下流のEUVパターンは、システム全体の光学設計により設定された仕様の範囲内で均一である。
EUVリソグラフィ用に想定される放射線源には、放電生成プラズマ(DPP)とレーザ生成プラズマ(LPP)が含まれる。これらの放射線源の変換効率は僅か数パーセントであり、EUVの生成に使用されるエネルギーの殆どは、一または複数のGICシェルに入射可能な赤外線、可視光線、UV放射線及びエネルギー粒子に変換される。こうした放射線により、一または複数のGICシェルにかなりの熱負荷が生じる。
この結果、GICミラーによって吸収される熱が実質的にGIC性能に悪影響を及ぼさない、若しくは、GICにダメージを与えないように、各GICシェルを熱管理する必要がある。特に、一または複数のGICシェルの光学的歪みを防止しつつ、高出力負荷状態で熱管理を実行する必要がある。これは、反射レチクルによる照射光の均一性及び安定性が、EUVリソグラフィにおける品質管理の重要な側面であるためである。特に、GICへの熱負荷は循環するため、GICによりイルミネータの入力孔に送られるEUVの強度及び角度分布は、著しく変化してはならない。この場合、遠隔フィールドに形成される放射線パターンには高い安定性が必要となるが、GICシェルの歪曲・形状誤差(特に経時歪曲・形状誤差)は、このような安定性に支障をきたすおそれがある。
これまで、特にEUVリソグラフィ用のあらゆるGICは、主に、熱負荷が限定されるように高度に制御された条件下で、実験室用または開発中の「アルファ」システム用に使用されてきた。こうして、商業的に実現可能な高出力EUVリソグラフィシステムで使用されるGICに適したGIC熱管理構造に対しては、殆ど労力が向けられることがなかった。より高出力なEUVへの需要増加に伴い、GICへの熱負荷も増加している。このため、大きな熱負荷によりGICに発生する光学的歪み、その他の悪影響を最小限に止めるために、EUVリソグラフィシステムで使用するGICに対し、より効率的で効果的な熱管理システムを実現しなければならない。
米国特許出願公報第2010/0284511号
ここで開示するGIC熱管理システム、アセンブリ、方法は、従前のGIC冷却システムに対して重大な利点を有する。GICシェルの外側面ほぼ全体に直に隣接したチャンバ内でオープンセル型熱伝導性材料(OCHT材料)を使用した場合、OCHT材料を流れる冷却媒体のほぼ等方的な流れとあいまって、GICシェル全体がほぼ均一に冷却される。これは、OCHT材料を介してかなりの熱量がGICシェルから冷却媒体に伝わった結果である。この構造により、GICシェルと熱接触する冷却ライン網を利用する際に発生し得るGICミラーシェルの空間変調が回避され、集光器への出力負荷が極めて高い場合であっても、GICミラーを熱的に安定させることができる。
さらに、ここで開示するGIC熱管理アセンブリは、GICシェルに僅か数ミリの幅を加えるだけで、冷却媒体の流速を増加させることができる。このため、EUV源と中間焦点との間の光学経路を不明瞭にすることなく、GICミラーシェルを入れ子状に構成可能なロープロファイル設計が得られる。
OCHT材料は、冷却に有効な表面積が大きく、対流冷却容量が比較的大きい。OCHT材料固有の高い熱伝導率は、冷却媒体の比較的多くの流量とあいまって、GICシェルの温度上昇を制限しつつ、シェル当たり最大10kW(場合によっては、10kW強)の吸収パワーを除去する効率的な構造を提供する。
熱管理システムの一態様には、4つの主な特徴がある。第1の特徴は、GICミラーシェルの背面に対して「広範囲に」冷却媒体を流すように構成されたジャケット型チャンバである。第2の特徴は、GICミラーシェルの背面に隣接するOCHT材料である。OCHT材料は、OCHT材料を使用せずに冷却媒体を流す場合と比して、冷却効果を増幅する役割を果たす。第3の特徴は、EUV源からの作用放射線を妨げることなく、入力端から出力端まで、十分な冷却媒体を方位角方向に対称に供給するように設計されたプレナムシステムである。第4の特徴は、熱と腐食から前端縁部を保護するシールドである。
本発明の一態様は、冷却媒体の流れを利用する斜入射集光器(GIC)熱管理アセンブリである。このGIC熱管理アセンブリは、GICミラーシェル、ジャケット、オープンセル型熱伝導性材料(OCHT材料)を備える。GICミラーシェルは、反射内側面と、反対側の外側面と、第1ミラー端及び第2ミラー端とを有する。ジャケットは、内側面と、第1ジャケット端及び第2ジャケット端とを有する。ジャケットとGICミラーシェルが、第1ミラー端及び第1ジャケット端において第1接合部分を有し、第2ミラー端及び第2ジャケット端において第2接合部分を有する。その結果、ジャケットの内側面とGICミラーシェルの外側面との間に流体密閉チャンバが画定される。密閉チャンバは、入力端及び出力端を有する。入力端及び出力端は、入力孔及び出力孔をそれぞれ有する入力プレナム及び出力プレナムを画定する。オープンセル型熱伝導性材料(OCHT材料)は、密閉チャンバに収容される。OCHT材料は、GICミラーシェルの外側面およびジャケットの内側面に熱的に接続される。また、OCHT材料は、入力プレナムから出力プレナムを通過する冷却媒体の流れを支持する機能を果たす。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、OCHT材料は、GICミラーシェル及びジャケットに機械接続されることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、冷却媒体は液体および気体のいずれかであることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、第1及び第2接合部分の少なくとも一方は、柔軟特性部を備えることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、柔軟特性部は、GIC熱管理アセンブリの組み付けに関わる力に曝された場合、柔軟な状態になるように構成され、チャンバ及びOCHT材料を通過する冷却媒体の流れに起因する静水力に曝された場合、非柔軟な状態になるように構成されることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、柔軟特性部はジャケットと同一材料で形成されることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、柔軟特性部はエポキシを備えることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、柔軟特性部は、ジャケットのジャケット端の一方または両方に形成される複数の溝を含むことが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、ジャケットとGICミラーシェルとは、溶接またはエポキシ接合で互いに接続されることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、OCHT材料は、発泡金属、一または複数のバネ、金属メッシュの少なくとも一つで構成されることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、OCHT材料は、20から100孔/インチ(PPI)の孔密度を有する発泡金属で構成されることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、OCHT材料は発泡金属で構成され、発泡金属はAl、C、SiC、Cu及びNiの少なくとも一つで構成されることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、接合されたジャケットとGICミラーシェルは、前端縁部と後端縁部の幅がそれぞれ3から10mmであることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、OCHT材料は、複数の中間接触層でジャケットの内側面と熱接触することが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、中間接触層は、OCHT材料と、GICミラーシェルと、ジャケットとの間を機械的に接着することが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、接合されたジャケット及びミラーシェルは、前端及び後端を有するGIC冷却構造を画定し、前端がシールドを有することが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、シールドは冷却リングを備えることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリにおいて、シールドは、前端に隣接する内側面と、反対側の外側面とを有することが好ましい。また、シールドは、タングステンまたはモリブデンの層をさらに備えることが好ましい。
このGIC熱管理アセンブリは、入出力プレナムにそれぞれ流体接続される入出力冷却ラインをさらに備えることが好ましい。
本発明の他の態様は、熱管理GICミラーシステムである。この熱管理GICミラーシステムは、上述のGIC熱管理アセンブリ及び冷却媒体供給ユニットを備える。冷却媒体供給ユニットは、入出力冷却ラインに流体接続されている。また、冷却媒体供給ユニットは、入力冷却ラインを介して入力プレナムに加圧状態の冷却媒体を供給し、出力冷却ラインを介して出力プレナムから冷却媒体を受けるように構成されている。
この熱管理GICミラーシステムは、方位角方向に対称な状態で冷却媒体の受け渡しをOCHT材料と行なうように構成される入出力プレナムをさらに備えることが好ましい。
この熱管理GICミラーシステムは、入出力プレナムの方位角方向の圧力損失が2バール未満のシステムをさらに備えることが好ましい。
この熱管理GICミラーシステムでは、冷却媒体の入出力プレナム間の流速は、5から60リットル/分であることが好ましい。
この熱管理GICミラーシステムは、冷却媒体供給ユニットに流体接続される複数のGIC熱管理アセンブリをさらに備えることが好ましい。また、GICミラーシェルは、入れ子状に構成されることが好ましい。
本発明の他の態様は、反射レチクルに光を照射する極端紫外光(EUV)リソグラフィシステムに関する。このEUVリソグラフィシステムは、EUVの光源、上述の熱管理GICミラーシステム及びイルミネータを備える。熱管理GICミラーシステムは、EUVを受光し、集束EUVを形成するように構成されている。イルミネータは、集束EUVを受光して凝縮EUVを形成し、反射レチクルにその凝縮EUVを照射するように構成されている。
このEUVリソグラフィシステムは、感光性半導体ウエハ上にパターン像を形成するためのものであることが好ましい。EUVリソグラフィシステムは、投影光学システムをさらに備えることが好ましい。投影光学システムは、反射レチクルの下流に配置されることが好ましく、反射レチクルから反射されたEUVを受光し、そこから感光性半導体ウエハ上にパターン像を形成するように構成されることが好ましい。
上記の背景技術に関する記載および下記の詳細な説明に関する記載は、本発明の実施形態を提供するものであり、特許請求の範囲に記載されているように、本発明の本質および特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。当該図面は、本発明の様々な実施形態を図示するものであり、本明細書の記載とともに、本発明の原理及び実施を説明する一助となる。図面及び特許請求の範囲は本発明の一部を構成する。特許請求に範囲は、以下に記載する詳細な説明に組み込まれ、その一部を構成すると考えるべきである。
軸を有し、GICミラーシステムを備えるEUV光源集光モジュール(またはSOCOMO)の一例の概略図である。 一または複数のGICミラーシェル(GICシェル)を備えるGICミラーアセンブリの一例の概略側面図である。 8つのGICシェルを備えるGICミラーアセンブリの一例の上部断面図であり、EUVの二段反射を結像に利用するように、外側の5つのGICシェルが2つの異なるシェル部を有することを示す図である。 従前のGICシェルの一例の等角図である。 図4と同様の図であり、外周面がジャケットで囲まれたGICシェルを備えるGICシェル冷却アセンブリの一例を示す図である。 チャンバ内に配置されるOCHT材料を有していない状態のGICシェル冷却アセンブリの部分YZ断面図である。 図6と同様の図であるが、層の一例を有し、入力プレナムから出力プレナムへ層を介して通過する冷却媒体の流れを示す図である。 2つの異なるミラー領域を有するGICシェルを備えるGICシェル冷却アセンブリの一例のYZ断面図である。 層、GICシェル、ジャケット間の接着を形成するために使用される接触層を示すGICシェル冷却アセンブリの拡大断面図である。 GICシェル冷却アセンブリを備えるGICミラーアセンブリの一例の概略図である。 GICシェル冷却アセンブリの一断面図であり、GICシェル冷却アセンブリを冷却媒体供給ユニットに接続する入出力冷却ラインを示す図である。 GICシェル冷却アセンブリの例を示す様々な断面図の一つであり、一または複数の柔軟特性部の使用を含み、GICシェルをジャケットに接合する様々な実施形態の一つを示す図である。 GICシェル冷却アセンブリの例を示す様々な断面図の一つであり、一または複数の柔軟特性部の使用を含み、GICシェルをジャケットに接合する様々な実施形態の一つを示す図である。 GICシェル冷却アセンブリの例を示す様々な断面図の一つであり、一または複数の柔軟特性部の使用を含み、GICシェルをジャケットに接合する様々な実施形態の一つを示す図である。 GICシェル冷却アセンブリの例を示す様々な断面図の一つであり、一または複数の柔軟特性部の使用を含み、GICシェルをジャケットに接合する様々な実施形態の一つを示す図である。 GICシェル冷却アセンブリの例を示す様々な断面図の一つであり、一または複数の柔軟特性部の使用を含み、GICシェルをジャケットに接合する様々な実施形態の一つを示す図である。 延長した入力プレナムを有するGICシェル冷却アセンブリの一例の断面図であり、プレナム設計の一例により、冷却媒体を方位角方向に対称に、GICシェルの良好な温度管理の維持に必要な高い流速で、GICシェル冷却アセンブリのOCHT材料に向けて、これを通過するように供給可能な流動的状態が提供されることを示す図である。 EUV源に関連して示すGICミラーアセンブリの一例の断面図であり、プレナム設計の一例により、冷却媒体を方位角方向に対称に、GICシェルの良好な温度管理の維持に必要な高い流速で、GICシェル冷却アセンブリのOCHT材料に向けて、これを通過するように供給可能な流動的状態が提供されることを示すGICシェル冷却アセンブリのプレナム構造の一例を示す図である。 GICシェルの外側面に巻装された一または複数の金属バネの形態を採用するOCHT材料の一例を有するGICシェルの一例の側面図である。 GICシェル冷却アセンブリの一例の断面図であり、入出力プレナムの他の構成例を示す図である。 GICシェル冷却アセンブリがSOCOMOに組み込まれ、EUV源からのEUVと出力負荷に曝される場合における、熱負荷とGICシェルの反射内側面に沿った軸方向距離に関する概略概念グラフである。 図17Aと同様のグラフであるが、GICシェル冷却アセンブリが前端を保護するシールドを有していない状態で前端に印加された熱負荷の量をさらに含むグラフである。 前端をEUV源からの出力負荷から保護する受動型シールドの一例を備えるGICシェル冷却アセンブリの一例の入力端の拡大断面図である。 図18Aと同様の図であり、GICシェル冷却アセンブリの前端の前方且つ周囲に配置され、EUV源からの出力負荷から前端を保護する冷却リング形態の能動型ヒートシールドの一例を示す図である。 本発明のGICシェル冷却アセンブリを備えるGIC型SOCOMOを組み込むEUVリソグラフィシステムの一例の概略図である。
また、図中の様々な構成要素は、表示目的で図示されたものであり、必ずしも実際の縮尺通りに図示されている訳ではない。これらの構成要素の内、ある部分は誇張して図示さる場合、ある部分は最小化して図示されている場合もある。本図面は、当業者によって理解されると共に適切に実行され得る本発明の実施形態の一例を図示することを意図するものである。
図1は、EUV光源集光モジュール(またはSOCOMO)10の一例の概略図である。SOCOMO10は、中心軸A1を有すると共に、中心軸A1に沿って配置されるGICミラーシステム20を備える。GICミラーシステム20は、入力端22および出力端24を有する。また、GICミラーシステム20は、GICミラーアセンブリ100およびGICシェル冷却アセンブリ150を備える。GICシェル冷却アセンブリ150は、GICミラーアセンブリ100に対して動作可能に配置される。これらのアセンブリについては、後段にて詳細に説明する。
SOCOMO10は、EUV源システム30を備える。EUV源システム30は、中心軸A1に沿ってGICミラーシステム20の入力端22に隣接して配置され、光源焦点SFでEUV源34を生成する。EUV源34は、公称13.5nmの波長を有するEUV40を放出する。EUV源の一例として、レーザ生成プラズマ(LPP)源または放電生成プラズマ(DPP)源を挙げることができる。
GICミラーシステム20は、EUV源34からEUV40の一部を受光し、中心軸A1に沿って出力端24に隣接する中間焦点IFでEUV40を集光するように構成されている。なお、中間焦点IFでは中間光源像34´が形成される。SOCOMO10がEUVリソグラフィシステムに組み込まれる場合、中間焦点IFは、EUVイルミネータ(図19参照)の開口絞りAS上またはその近傍に配置される。GICミラーシステム20を使用するEUVリソグラフィシステムの一例については、後段にて詳細に説明する。
図2は、一または複数のGICミラーシェル(GICシェル)110を備えるGICミラーアセンブリ100の一例の概略側面図である。ここで、各GICシェル110は、入力端22において入力縁部112を有し、出力端24において出力縁部114を有する。GICミラーアセンブリ100は、GICシェル支持部材120(または「スパイダ」と称す)を備える。GICシェル支持部材120は、出力縁部114でGICシェル110を入れ子状に離間した状態で支持する。GICミラーアセンブリの一例は、米国特許出願公報第2010/0284511号、米国特許出願第S/N 12/735,525号、米国特許出願S/N 12/734,829号に記載されており、これらの公報及び出願を本願に援用する。また、GICシェル支持部材120の一例は、米国特許出願第12/657,650号に記載されており、当該出願を本願に援用する。図3は、8つのGICシェル110を有するGICミラーアセンブリ100の一例の上部断面図である。ここで、外側の5つのGICシェル110は、2つの異なるシェル部S1,S2を有する。また、シェル部S1S2は、曲率が異なり、コーティングが異なってもよい。
図4は、従前のGICシェル110の等角図である。GICシェル110は、内側面116、外側面118、フランジ115L(前端側の挿入図を参照)、フランジ115Tを有する。ここで、フランジ115L及びフランジ115Tは、入力縁部112及び出力縁部114にそれぞれ任意に形成される。参照のため直交座標系を示す。GICシェル110の一例は、電気鋳造法で形成され、ニッケルまたはニッケル合金からなる。GICシェル110の厚みの一例は1から4mmであるが、ここでは一例として1から2mmとする。
図5は、図4と同様の図であるが、GICシェル110を備えるGICシェル冷却アセンブリ150の一例を示す。ここで、GICシェル110は、その外側面118を覆うジャケット160を備える冷却構造体151に接合される。図6は、GICシェル冷却アセンブリ150の部分YZ断面図である。ジャケット160は、内側面166及び外側面168を有する外壁164を備える。また、ジャケット160は、任意に端壁165L,165Tを有する。
GICシェル冷却アセンブリ150は、前端170L(入力端とも称す)及び後端170T(出力端とも称す)を有する。そして、GICシェル冷却アセンブリ150がSOCOMO10に組み込まれた場合、前端170LがEUV源34から最も近くに配置され、後端170TがEUV源34から最も遠くに配置される。一例では、後述の通り、冷却媒体172(図7参照)を流すために、ジャケット160の外壁164には、端壁165L,165Tにそれぞれ近接した入力孔169L及び出力孔169Tが設けられている。ジャケット160の材料の一例としては、任意の機械加工可能な金属が含まれる。例えば、ニッケル及びニッケル合金がその一例である。ジャケット160の外壁164の厚みは、例えば、1から3mmの範囲内にある。
ジャケット160及びGICシェル110の外側面118は、冷却媒体172が流れるチャンバ180を画定する。一例では、GICシェル110の内側面116からジャケット160の外側面169までの幅Wは、2から10mmの範囲内にあり、例えば3から7mmの範囲がその一例である。
商業用EUVリソグラフィシステムでは、20から60kWの多大な熱負荷への曝露がSOCOMO10に求められる。各GICシェル110の熱管理については、特定のGICミラーシステム20の光学設計の制約内で実行しなければならない。特に、複数のGICシェル110を備えるGICミラーシステム20では、GICシェル110は、入れ子状且つ同心円状(または、ほぼ同心円状)に配置される(例えば、図2、3を参照)。GICシェル冷却アセンブリの構成要素は、EUV源34から中間焦点IFまでの光学経路がほぼ遮断されない状態となるように、GICシェル110間の間隙または「暗領域」内に適合しなければならない。GICシェル冷却アセンブリ150の幅は、光学経路をほぼ遮断することなく入れ子状のGICミラーシステム20を形成するために、比較的狭くなっている。
ここで図7を参照すると、GICシェル冷却アセンブリ150は、オープンセル型熱伝導材料(OCHT材料)202の層200をさらに備える。OCHT材料202は、例えば、熱伝導性の高いオープンセル型多孔質熱伝導(即ち、非熱絶縁)材料である。層200は、OCHT材料202がチャンバ180をほぼ充填するように構成されている。一例では、OCHT材料202は、硬質であり、機械的抗張力が高い。OCHT材料202は、例えば、Al、C、SiC、Cu、Niを含む多くの商業利用可能な材料のいずれかで形成される発泡金属であるか、固体金属または金属で被覆された非金属コア構造(炭素など)で構成されている。発泡金属の密度は、例えば、典型的には3から15%の範囲内の固体密度とすることが可能である。また、細孔寸法は、例えば、0.2から3mmの範囲内にある。発泡金属は、例えば、20から100PPI(細孔数/インチ)の範囲内の細孔密度を有する。
OCHT材料202の他の一例は、冷却媒体172がOCHT材料202を流れ、除熱することができるように(例えば、巻装されるように、または一または複数の長さのバネを複数入れ子状に巻装するように構成される)一または複数のバネまたはバネ状金属材料を備えている。
OCHT材料202の他の一例は、メッシュ、例えば、銅または他の種類の金属または金属被覆メッシュを備える。
OCHT材料202は、例えば、以下の機能を果たす。(1)OCHT材料202は、GICシェル110及びジャケット160に接続(例えば、接着)された場合、チャンバ180が高静水圧で膨張しないように機械的剛性を与える。(2)OCHT材料202は、冷却媒体の流れに微乱流を生じさせ、GICシェル110の外側面118またはジャケット160の内側面166における実質的な境界層の形成を低減または除去する。(3)OCHT材料202は熱伝導によりGICシェル110からの熱を伝達し、その結果、OCHT材料202を流れる冷却媒体170がチャンバ180から熱を除去することができる。(4)OCHT材料202は、熱対流によってOCHT材料202から冷却媒体172に熱を効率的に伝達するために、比較的大きな有効表面積を呈する。他の例では、OCHT材料202は、上述の機能のうち一または複数の機能を果たす。
図7を参照すると、層200は、GICシェル110の外側面118に隣接する内側面210(OCHT材料202の多孔性を考慮すると、実際には「有効な内側面」)と、ジャケット160の内側面166に隣接する(有効な)外側面212とを有する。一例では、内側面210はGICシェル110の外側面118に対して共形であり、外側面212はジャケット160の内側面166に対して共形である。2つの拡大挿入図A,Bは、上述の金属発泡型及びバネ型のOCHT材料202の一例を示す。
一例では、GICシェル冷却アセンブリ150の前端170L及び後端170Tに隣接するチャンバ180の各端部は、冷却媒体172が周方向に流れるリング状の入力プレナム230L及び出力プレナム230Tとして機能する。図16Bに関連して後述するように、他の形態のプレナムも利用可能である。一例では、入出力プレナム230L,230Tの少なくとも一方はOCHT材料202を含まない。一例では、層200は、入出力端201L,201Tを有する。入出力端201L,201Tは、より自由に冷却媒体172が流入・流出できるように、OCHT材料202の空洞、即ち、入出力プレナム230L,230Tをそれぞれ画定する機能を果たす。一般に、冷却媒体172が方位角方向にほぼ均一に流れるように冷却媒体172を供給・除去する際、入出力プレナム230L、230Tで発生する圧力損失は比較的低いことが好ましい。
GICシェル110をEUV40の集光に使用する場合、層200は、一般に熱伝導及び冷却媒体の流動性を制御するように構成され、GICシェル110の対流冷却を最適化する。また、層200は、冷却媒体172の流れにより発生する静水圧でのジャケット160の機械的安定化に寄与することが好ましい。予想される静水圧の範囲の一例は、4から8バールである。したがって、OCHT材料202は、例えば、約100MPa以上の弾性率を有する。また、OCHT材料202をGICシェル110及びジャケット160を接続する接着剤の降伏強度は、例えば、約10バール=1MPa以上である。
GICシェル110からチャンバ180への熱伝導は、例えば、層200の有効表面積および熱伝導率を増加させることにより最大化する。これは、密度を高めることと、OCHT材料202の細孔寸法(または格子間寸法)を小さくすることに相当する。しかし、効果的に冷却するためには、冷却媒体172の流速は高くなければならず、所定の圧力差では、密度の低下と細孔寸法(または格子間寸法)の増加に伴い流速が増加する。したがって、こうした競合する要因のバランスをとることにより、最適な冷却が得られる。
層200は、冷却媒体172とGICシェル110との間の界面の有効熱伝導表面積を著しく増加させる対流冷却媒体として機能する。経験則では、金属発泡層200の厚さ1ミリで、GICシェル110の内側面116の本来の表面積と実質的に同等な表面積が加えられることになる。これは、典型的には、発泡金属とGICシェル110との間の熱接触の状態に左右される。したがって、熱伝導を高めるには、層200はGICシェル110と良好に熱接触することが好ましい。これにより、実施形態の一例では、層200はジャケット160の内側面166だけでなく、GICシェル110の外側面118とも熱接触及び機械接触する。
図8は、GICシェル冷却アセンブリ150の一例のYZ断面図である。図8では、GICシェル110は2つの異なるシェル部S1,S2を有し、シェル部S1,S2は異なる曲率を有する。また、シェル部S1,S2は、任意に異なる反射性コーティングを有する。また、GICシェル110は、入出力縁部112,114において、2つのフランジ115L,115Tを有する。同様に、ジャケット160は、入出力端部165L,165Tにおいてフランジ167L,167Tを有する。この構成の他の選択肢では、GICシェル110のフランジ115L,115Tが大きく構成され、ジャケット160はフランジを有していない。この後者の選択肢は、GICシェル110とジャケット160とが互いに固定(例えば、溶接、ろう付け、さらにはエポキシ固定)される位置を、GICシェル110の内側面116(即ち、加熱源からの熱負荷が最大となる光学面)から離間するように移動させる機能を果たす。
ここで図9を参照すると、一例では、各中間接触層220は、層200、ジャケット160の内側面166およびGICシェル110の外側面116をそれぞれ熱接触及び機械接触させる。例えば、層200が一旦GICシェル110の外側面118に機械的に取り付けられると(例えば、GICシェル110がマンドレルから取り外される前)、そのGICシェル110がめっき溶液中に沈められ、層200がGICシェル110とジャケット160に接触する部位を含め、層200の表面210,212上に(例えば、10から100ミクロンの)金属薄膜を堆積させる。このプロセスにより、金属発泡層200の内側面210をGICシェル110の外側面118に接着し、層200の外側面212をジャケット160の内側面166に接着する中間接触層220が形成される。このアプローチでは、中間接触層220は金属めっきを構成する。なお、金属めっきは任意の高伝導金属であってもよい。特に注目すべき金属めっきの選択肢の一つはNiであり、Niの使用により、発泡体とGICシェル110(及びNi)との間の熱膨張率の変化が最小化される。一例では、上述の電気鋳造プロセスにより、OCHT材料202の内側面を被覆することができる。図示によりここに示す内容に加え、様々な材料及びプロセスを中間接触層220に使用することができる。
層200をGICシェル110の外側面118及びジャケット160の内側面166の少なくとも一方に接触させる他の方法では、無電解プロセスが採用される。このような無電解プロセスの一例には、GICシェル冷却アセンブリ150の組み立て後、チャンバ180にめっき溶液を循環させることが含まれる。このアプローチには、層200をGICシェル110の外側面118及びジャケット160の内側面166に接触させるという利点がある。この構成により十分な冷却が可能となり、且つ、層200を介してGICシェル110及びジャケット160を機械接続することにより、GICシェル冷却アセンブリ150の機械的剛性を高める。さらに、この構成は、加圧した冷却媒体172をGICシェル冷却アセンブリ150に導入する際、GICシェル冷却アセンブリ150の機械的歪み、特に、GICシェル110の反射内側面116の機械的歪みが発生する可能性を低減する機能を果たす。
GICシェル110の外側面118及びジャケット160の内側面166の少なくとも一方に層200を接触させる他の方法では、銀エポキシ等、熱伝導性を有する柔軟な材料(例えば、ペースト)が採用される。中間接触層220の銀エポキシ厚は、例えば、100から200ミクロン厚である。一例では、層200の2つの表面210及び212に対して接着法が採用されてもよい。例えば、GICシェル110及びジャケット160の一方に層210を接着するために、25から100ミクロンの材料を使用する無電解Ni接着アプローチを使用してもよく、また、残りの表面を接着するために、数100ミクロン厚の伝導性エポキシを使用してもよい。粉体塗料(例えば、約50から200ミクロン厚)を使用してもよい。粉体塗装は表面上を流れて表面を被覆するため、OCHT材料202等のオープンセル型材料の接着時に有益であることがわかる。実施形態の一例には、GICシェル110がマンドレルに接触した状態で、OCHT材料202をGICシェル110に接着する電気鋳造法を使用することと、その後、エポキシ法、粉体塗装法、無電解ニッケル法のいずれかを使用してOCHT材料202をジャケット160に取り付けることが含まれる。
実施形態の一例では、外部で形成した層200の導入とは対照的に、層200がチャンバ180内に形成される。例えば、ガラス状炭素発泡体等の非伝導性マトリクス材料をチャンバ180に配置し、その後、チャンバ180をジャケット160で密閉し、さらに、この構造をニッケルで電気鋳造し、チャンバ180内にNi型発泡金属OCHT材料202を形成することができる。他の例では、チャンバ180を伝導性材料のチップまたは充填材で充填し、この材料を電気鋳造してOCHT材料202を形成することができる。また一例では、電気鋳造法を使用し、ニッケル型発泡金属OCHT材料202を形成する。
層200が確実にGICシェル110の外側面118及びジャケット160の内側面166に対してほぼ共形となるように、現場法を層200に使用することができる。
(GICミラーシステム)
図10は、GICシェル110(図5参照)と一体化したGICシェル冷却アセンブリ150を備えるGICミラーシステム20の一例の概略図である。図10のGICミラーシステム20(図1参照)の一例では、GICシェル110が一つだけ図示されている。GICシェル冷却アセンブリ150は、冷却媒体供給ユニット250を備える。冷却媒体供給ユニット250は、入力孔169Lで入力プレナム230Lに流体接続された入力冷却ライン240Lと、出力孔169Tで出力プレナム230Tに流体接続された出力冷却ライン240Tとを介し、GICシェル冷却アセンブリ150に流体接続される。入出力冷却ライン240L,240Tは、冷却媒体供給ユニット250に流体接続される。
なお、この例では、冷却媒体172をGICシェル冷却アセンブリ150の反対側の端部で導入するように、入出力プレナム230L,230Tを切り替え可能である。図10には、この構成の一例が示される。
図11は、入出力冷却ライン240L,240Tに沿って切り取ったGICシェル冷却アセンブリ150の断面図である。他の例では、複数のGICシェル110、ひいては、複数のGICシェル冷却アセンブリ150を備えるGICミラーアセンブリ100が使用される。これらのGICシェル冷却アセンブリ150は、共通の冷却媒体供給ユニット250、または別々の冷却供給ユニットに接続される。
GICミラーシステム20の一般的な動作では、EUV40は、EUV源34からの他の放射線と同様に、GICシェル110の反射内側面116に入射する。ここで、反射内側面116は、少なくともこうした狭帯域のEUV40を中間焦点IF(図1参照)で受光し、集光する。EUV源34からのEUV40がGICシェル110に入射するプロセスは、GICシェル110を加熱する機能を果たす。したがって、GICミラーシステム20は、冷却媒体供給ユニット250を制御し、冷却媒体172を入力プレナム230Lに供給させる。冷却媒体172は、加圧状態でリング状入力プレナム230Lを流れ、環状チャンバ180(チャンバに囲まれた層200を含む)に流入する。冷却媒体172は、加圧状態で入力プレナム230Lから出力プレナム230Tに向かって層200を通過する。EUV放射プロセスによる熱はGICシェル110から層200に伝導されるため、冷却媒体172は、層200を通過する間にOCHT材料202から熱を抽出する。
入力プレナム230Lと出力プレナム230Tとの間の圧力損失ΔPは、GICミラーアセンブリ100を実質的に変形させないように選択される。実施形態の一例では、入出力プレナム230L,230T及びそれらに対応する入出力冷却ライン240L,240Tは、チャンバ180内の圧力のほとんどが入出力冷却ライン240L,240T内の圧力増加に起因するように構成される。
一例では、チャンバ180内の(入出力プレナム230L,230T間の)圧力損失ΔPは3バール未満であり、その最大圧力PMAXは6バールである。最も望ましい圧力損失は、約1バール未満である。除去すべき熱量、冷却媒体172の熱容量および圧力損失ΔPから冷却媒体の流速が規定される。冷却媒体の流速は、除熱すべき熱量、冷却媒体172の熱容量、圧力損失ΔPにより規定される。冷却媒体172の流速は、例えば、10から60リットル/分の範囲内にある。異なる熱負荷の状況下では、GICシェル110間で温度差を設定するために、流速を変更することができる。推定では、前端170Lと後端170Tとの間の平均温度差ΔTを1℃程度まで低く維持することができる。一例では、ΔTは約数℃である。
(GICシェルへのジャケット接続)
実施形態の一例では、ジャケット160は、GICシェル110とは別個の部品として形成されているため、GICシェル110に接合する必要がある。機械的故障または漏洩なく内圧を保持可能であり、真空対応可能であり、限定的なEUVリソグラフィの非汚染要件に準拠可能なように、得られるチャンバ180を密閉する必要がある。
ジャケット160とGICシェル110とを接合する方法の一つとして、溶接(例えば、溶接継ぎ手の形成)による方法が挙げられる。再び図8を参照すると、一例では、GICシェル110のフランジ115L,115Tと、これらに対応するジャケット160のフランジ167L,167Tとは、レーザまたは電子ビームを使用し、互いに精密マイクロ溶接される。その結果、GICシェル110とジャケット160との間の接合部304L,304Tをそれぞれ画定する溶接継ぎ手302L,302Rがそれぞれ形成される。
一例では、フランジは縁部で溶接されるが、他の例では、接合部304L,304Tが縁部間の接合部よりも大きな表面積を有するようにフランジが重ね合わされて溶接される。このアプローチでは、溶接プロセスに関わる局部加熱が反射GICシェル110の活性表面に影響を与えないようにしている。上述の通り、GICシェル110がより大きなフランジを有し、ジャケット160がフランジを有しておらず、チャンバ180がGICシェル110のフランジ縁部とジャケット160の縁部で密閉される構成でもよい。
GICシェル冷却アセンブリ150が形成される際、接合部304L,304Tの少なくとも一方で応力の導入が可能であり、この応力により、GICシェル冷却アセンブリ150の組み付け中にGICシェル110が変形し、反射内側面116の光学形状に支障を来す点が懸念される。
したがって、図12から15BのGICシェル冷却アセンブリ150の拡大図を参照すると、実施形態の一例では、GICシェル冷却アセンブリ150は、少なくとも一つの柔軟性接合部304L,304Tを有する。柔軟性接合部304L,304Tは、GICシェル冷却アセンブリ150の組み付けに起因する機械力に曝される際、柔軟な状態になるように設計され、チャンバ180とチャンバ内に収容されるOCHT材料とを流れる冷却媒体172の流れに起因する静水圧に曝される際、実質的に柔軟な状態にならないように設計されている。
一例では、柔軟性接合部304L,304Tは、柔軟特性部310を有する。図12では、柔軟特性部310Lが、重なり合うGICシェル110のフランジ115Lとジャケット160のフランジ167Lとの間に配置されることが示されている。一例では、柔軟特性部310は、GICシェル110のフランジ115Lとジャケット160のフランジ167Lのいずれか一方の部位(ヒンジ部、湾曲部、蛇腹部、ガスケット部、溝部のいずれか)を構成する。
他の例では、柔軟特性部310には、ガス放出特性の低いエポキシが含まれる。柔軟特性部310は、GICシェル110とジャケット160とを接合することで生じる残留歪みを吸収するように動作し、GICシェル110の反射内側面116への残留歪みの伝播を防止し、また、GICシェル冷却アセンブリ150の動作時、冷却媒体の流れに起因する静水力に曝される際、実質的に非柔軟な状態となる。他の例では、柔軟特性部304L,304Tには、溶接継ぎ手、または、ロウ付け継ぎ手が含まれる。
図14は、GICシェル冷却アセンブリ150の一例の断面図であり、柔軟特性部310の一例を図示する。図14の一例では、GICシェル110の後縁部のフランジ115Tは、フランジを有していないジャケット160の縁部までずっと延びている。しかし、ジャケット160の外壁164は、ジャケット壁の内側面166および外側面168に形成される溝312を含むことにより、リング状柔軟特性部310として構成される端部領域164Rを有する。ジャケット169の外壁164の片側または両側に溝312を機械加工してもよいが、図14は後者の実施形態を示している。代替案としては、ジャケット160の端部領域164Rが別個のジャケット部品であってもよい。かかる場合、端部領域164Rは、ジャケット160とは別個に形成され、その後、ジャケット160に取り付けられ(例えば、溶接され)、リング型柔軟特性部310を形成する。
一例では、柔軟特性部310は、化学加工または機械加工により形成され、材料が除去され、通常は強固なリング状構造に曲げ耐力を与える。柔軟特性部310の柔軟性は、材料の除去量を調節することにより変化させることができる。
したがって、一例では、GICシェル冷却アセンブリ150の組み付けに起因する機械的な応力および歪みに曝される際に柔軟な状態となり、また、冷却媒体172の流れに起因する静水力に曝される際に実質的に非柔軟な状態となる柔軟特性部310のバランスを適切に取るように、溝312の間隔及び深さが選択される。
冷却媒体172の流れに起因する静水力に曝される際、確実に非柔軟な状態にする一方法は、溶接プロセスが完了してからOCHT材料202を柔軟性構造に接着することである。このようにして、高温溶接プロセスの発生時に柔軟となるが、その後、接着が採用され、冷却媒体172の流れによって静水圧が生じる前に、通常は柔軟特性部310に強固な構造・支持が付与される。
一例では、ジャケット160は、後縁部のフランジ115Tと、対応するジャケットの縁部との接合部の様々な位置でスポット溶接される。レーザ光線LBを使用して形成されるスポット溶接部320の一例を図示する。例えば、部分的に組み付けられたGICシェル冷却アセンブリ150をターンテーブル上に配置し、フランジ−縁部の接合部の様々な位置でスポット溶接することにより、レーザ溶接プロセスが実行される。そして、ターンテーブルの回転に応じてこのプロセスを繰り返すことができ、その結果、ジャケット160とGICシェル110との間を良好に密閉する最終レーザ溶接部を形成することができる。
上述の通り、密閉されたGICシェル冷却アセンブリ150は、チャンバ180と、チャンバ内のOCHT材料202とを流れる冷却媒体172の閉ループ循環を支持し、対流によりGICシェル110から熱を除去する。冷却媒体172は気体でも液体でもよい。吸収された熱負荷がGICシェル110一基当たり最大1kW程度の小さな負荷である場合、He等の気体冷却媒体172を使用することができる。熱負荷がGICシェル110一基当たり10kW程度の最大予測負荷までの範囲にある場合、冷却媒体172は水等の液体であることが好ましい。いずれの場合でも、冷却媒体供給ユニット250は、発泡金属の細孔に堆積し、細孔を閉塞し得る(5ミクロンを超える)小型粒子を除去するように動作可能な濾過ユニット252を備えることが好ましい。
チャンバ180内のHHT発泡金属層200の形状が共形であるため、冷却媒体172は発泡金属層200を均一に流れることができる。場合によっては、GICシェル冷却アセンブリ150の前端170Lから後端170Tまで冷却媒体172を流すことが好ましい。したがって、ここで述べる例では、前端側のプレナム230Lを入力プレナムと称す。しかし、上述の通り、冷却媒体172が後端側プレナム230Tから前端側プレナム230Lに流れるように、GICシェル冷却アセンブリ150を構成することができる。また、後段にてより詳細に述べるが、入力プレナム230LをGICシェル冷却アセンブリ150の縁部以外の位置に配置してもよい。
ほぼ方位角方向に対称な冷却媒体の流れを実現するための一例では、入力プレナム230Lの方位角方向の長さに亘って圧力損失ΔPが小さくなっていることが好ましい。圧力損失ΔPは、例えば1バール未満であり、実質的に1バール未満であることが好ましい。
GICシェル110の最適な温度管理の実現を追求する一例では、冷却媒体172の温度は周辺温度と同一または周辺温度に近い温度に維持される。商業利用可能なSOCOMO10に関して予想される熱負荷に対しては、冷却媒体の流速を比較的高くして冷却することが必要となる。例えば、冷却媒体172が水であり、流速が60リットル/分である場合、高出力負荷状態のエネルギーバランスでは、4kWのパワーを除去するに当たり1℃の水温上昇が必要となる。このような流速が高い場合、作動圧が高く、これに伴う流速が高いことを意味する。
特に、GICシェル110に著しく力を印加せずに、入力冷却ライン240Lから入力プレナム230Lに流入する冷却媒体172の運動量を消失させなければならない。この目的に対し、一例では、冷却媒体172を、接線方向の流れまたはジグザグな流れ(図16に示す例に関連して詳細に後述する)で、冷却媒体供給ユニット250から入力プレナム230Lを介してGICシェル110に導入することができる。
入力プレナム230Lの一例は、OCHT材料202を有していないか、より多孔質の(例えば、低密度で細孔寸法が大きい)OCHT材料202を含む。そして、冷却媒体172は、入力プレナム230Lの周囲を循環し、また、均一に層200に供給される。そして、冷却媒体172は、入力プレナム230LからOCHT材料202を介して出力プレナム230Tに流れるが、一旦流れ始め、流れが均衡状態に達した場合、実質的に周方向に流れる成分がないことが好ましい。周方向の流れを回避することで、方位角方向に対称な冷却が促進される。
いくつかのGICシェル110の径が大きいため、チャンバ180の断面積を比較的大きくすることができる。例えば、チャンバ180が200mm径のGICシェル110上に3mm厚の発泡金属層200を有する場合、チャンバ180の断面積は19cmである。冷却媒体に最大約60リットル/分の比較的高い流速が必要であっても、入力プレナム230Lから出力プレナム230Tまでの圧力損失ΔPは、このような大きな断面に対して小さいことが予想される。しかし、GICシェル110の外側面118に印加される静水圧により、冷却媒体172の流れがGICシェル110の内側(反射)面116を許容できない程に変形させるおそれがある。このような変形が問題を呈する場合、強固な接着が得られるように、ジャケット160の層200とGICシェル110とを接触させる。その結果、層200がGICシェル冷却アセンブリ150の構造統合性に大きく寄与する。
静水圧を低減する一方法は、冷却媒体の循環に対して「プッシュ・プル」方式のポンプ法を採用することである。このアプローチでは、冷却媒体供給ユニット250は吸引ポンプ254を備えており、吸引ポンプ254には出力冷却ライン240Tが追加され、チャンバ180内の平均圧力を低減するように動作する。
図16Aは、GICシェル冷却アセンブリ150の一例の概略断面図である。ここで、入力プレナム230Lの延長により、入力プレナム230Lの断面積が増大している。ここで、
入力プレナム230L内の冷却媒体172の流路がジグザグ部を有するように、入力プレナム230Lは自身に折り重なっている。入力プレナム230Lは、OCHT材料202を有してもよい。この場合、OCHT材料202は、GICシェル110の外側面118に隣接配置されたOCHT材料202の多孔率とは異なる(例えば、これより低い)多孔率を有してもよい。また、入力プレナム230Lは、OCHT材料202を有さなくてもよい。
入れ子状GICシェル110を備えるGICミラーアセンブリ100にGICシェル冷却アセンブリ150が組み込まれる場合、延長された入力プレナム230Lは、前述の「暗空間」に位置するように配置される。
図16Bは、EUV源34に関連して示されるGICミラーアセンブリ100の一例の断面図であり、GICシェル冷却アセンブリ150のプレナム構造の一例を示している。入出力プレナム230L,230Tは、ジャケット160に組み込まれ、GICシェル110間の影領域または「暗領域」DRに配置される。入力冷却ライン240Lは、GICシェル110の出力縁部114から暗領域DRを介して入力縁部112まで延びる。冷却媒体172は、周方向の渦を形成し、入力プレナム230Lを良好に充填する角度で入力プレナム230Lに供給される。
こうして、冷却媒体172は、より大きなプレナム領域で入力プレナム230Lの外周全体に広がり、より小さな領域の小さなプレナムに入る。そして、冷却媒体172は、先ずチャンバ180内のOCHT材料202を軸方向に流れ、出力プレナム230Tに流れる。そして、冷却媒体172は、出力冷却ライン240Tを介して出力プレナム230Tから除去される。
図16Cは、OCHT材料202を有するGICシェル110の一例の側面図である。ここで、OCHT材料202は、一または複数の長さのバネ203の形態であり、GICシェル110の外側面118に巻き付けられている。
一例では、バネ構成は、冷却媒体172への効果的な熱伝導を最大化するように最適化される。これを実行する場合、経験則では、d=バネ線材の径、D=バネ203のループ径とした場合、d/D>0.2の比率を有することがバネ構成の設計上の指針となる。一例では、バネ長に沿ったバネループの離間距離を約2dとし、隣接するバネ203の(GICシェル110の軸に沿った)中心間距離を約Dとすべきである。図16Cは、GICシェル110の上部のみが単数(または複数)のバネ203で覆われている状態を簡略化して示している。
図16Dは、GICシェル冷却アセンブリ150の他の一例の断面図であり、入出力プレナム230L,230Tのそれぞれが、バッフルBFで画定された流動遷移領域TRと、各入出力縁部112,114から最も離間した主要循環領域CRとを有することを示している。冷却媒体172は、入力縁部112で入力プレナム230Lの循環領域CRに導入される。遷移領域TRは、循環領域CRの方位角方向の流れを冷却ジャケットに均一に供給される軸方向の流れに変換する。冷却媒体172は、OCHT材料202を流れ、出力縁部114で出力プレナム230Tの遷移領域TRに放出される。そして、冷却媒体172の流れは、出力プレナム230Tの循環領域CRで軸方向から方位角方向の流れに変化する。
最適な熱管理性能を得るためには、遷移領域TRを通過する際の圧力損失に比して、循環領域CRを1周する際の圧力損失を随分小さくすべきである。特に、入力プレナム230Lに注入される冷却媒体の流体分子(例えば、水分子)は、冷却ジャケット160に移動する前に、数回循環することが好ましい。同様に、ジャケット160から出る冷却媒体の流体分子は、出力冷却ライン240Tに入る前に、出力プレナム230Tで数回循環すべきである。
一般に、入出力プレナム230L,230Tの大きさは、循環領域CR内の圧力の最小化に必要な断面積によって規定される。流速wでのチャネル平方の圧力勾配は以下の式で与えられる。
ここで、ρは水の質量密度(1000kg/m)であり、fは摩擦係数である。
滑らかな壁部で乱流が発生する場合、摩擦係数の妥当な値は0.02である。流速が15リットル/分(5x10−4/s)である場合、0.05バール/mの管理可能な圧力勾配を得るには、1.9cmの断面積が必要となる。したがって、より大きな空間を利用することができる場合、プレナム230L,230Tを冷却ジャケット160の外側に配置すべきである。
冷却ジャケット160のモデルにより、プレナム230L,230Tでの循環が終わる随分前に、循環領域CRでの流れが軸方向に拡大し、ジャケット160に流入する傾向があることが示された。これは、プレナム230L,230Tについても、方位角方向の流れをジャケット160への均一な軸方向の流れに変換する比較的高い圧力を有する遷移領域TRが必要となることを示している。図16Dに示されるように、バッフルBFを使用して遷移領域TRの圧力を制御し、有効チャネルサイズを低減することができる。
出力プレナム230Tの場合、循環領域CRでの方位角方向の流れの形成に役立つように、バッフルBFを傾斜させることができる。循環促進のため、入出力冷却ライン240L,240Tを方位角方向に配向すべきである。
一例では、冷却媒体172は、濾過され、藻の繁殖および/または目詰まりを防ぐように調整される。
(熱シールドを有するGIC冷却アセンブリ)
図17Aは、(任意の単位の)熱負荷の概略概念グラフであり、SOCOMO10に配置されると共にEUV40とその他の熱負荷に曝されるGICシェル冷却アセンブリ150のGICシェル110の内側(反射)面116に沿った軸方向長さの関数として示される。熱負荷のほとんどは、前端170Lで発生することが予想される。例えば、モデルでは、熱負荷の約20%が前端170Lに直近の10mmで吸収されることが示されている。したがって、熱負荷が5kWである場合、GICシェル110は、前端170Lで約1kWの熱負荷を経験し得る。図17Aに示された熱負荷は、ここに記載する熱管理システムにより熱管理することができる。
図17Bは、図17Aと同様であるが、最前端170L(光学的機能ではなく機械的機能を果たすGICシェル110のフランジ115L等)を含むGICシェル冷却アセンブリ150全体に対して実際に印加されることが予想される熱負荷を示している点で異なっている。したがって、前端170には、消失させなければならない多量の熱(前端熱)LEHが存在する。実施形態の一例では、上述の熱管理システムのみを使用して、このように強烈な前端熱負荷を管理しようとするのではなく、付加的に熱シールドを使用して、非光学的な前面に入射するこうした前端加熱量を低減する。
図18Aは、前端170Lに接触状態で隣接配置された環状のシールド350を備えるGICシェル冷却アセンブリ150の一例における前端170Lの拡大断面図である。シールド350は、前端170Lに隣接する内側面357および反対側の外側面358を有する絶縁部材356を備える。好ましい実施形態では、絶縁部材356は、セラミック(例えば、発泡セラミック)等の熱伝導率が極めて低い材料で形成される。シールド350の一例は、熱の遮蔽と、EUV源34からのEUV40及びその他の放射線による腐食の遮蔽との両方を実現するように構成されている。
一例では、シールド350は、絶縁部材356の外側面358に金属層360を有する。金属層360は、溶融温度の高い金属で構成される。金属層360を形成する金属の一例は、タングステンまたはモリブデンである。したがって、前端170Lでの熱負荷は先ず金属層360からの放射損失により消失し、絶縁部材356を介して入力プレナム230Lには熱がほとんど伝達されない。
また、シールド350は、GICシェル160の反射内側面116の腐食を軽減する機能をさらに果たしてもよく、一例では、ルテニウム層で被覆された金分離層を有する。
前端170Lに極めて大きな熱負荷がかかる場合、上述の受動型シールド350のアプローチを強化しなければならないこともある。したがって、図18Bは、図18Aと同様であり、GICシェル冷却アセンブリ150の前端170L周りに配置される冷却リング380の形態の能動型熱ヒートシールド350の一例を示している。さらに熱遮蔽性を付与するために、冷却リング380を前端170Lから離間配置してもよい。GICシェル冷却アセンブリ150に取り付けられた2、3の取付けクリップ382等の離間要素を使用し、このような離間配置を実現してもよい。代替案として、GICシェル冷却アセンブリ150に対して冷却リング380を自立させる他の離間構造(図示せず)を使用してもよい。冷却リング380を構成する材料の一例はニッケルであり、冷却媒体172に適するのは水である。
一例では、冷却リング380の外径は、GICシェル冷却アセンブリ150の前端170Lを正確に遮断するように選択される。冷却リング380のシールド350には、冷却媒体172としての水を沸騰させないように、シールド温度を100℃未満に維持しなければならないという制約がある。しかし、この場合、ヒートシールドの低い動作温度によって、取り付け部位での熱負荷が改善される。一例では、GICシェル冷却アセンブリ150に関連する冷却媒体172を入力プレナム230Lから分流させ、出力プレナム230Tに戻すことができる。他の例では、冷却媒体172は、GICシェル支持部材120(例えば、スパイダ)が作り出す影に位置する冷却材ライン(図示せず)を介して冷却リング380に供給される。
冷却リング380のヒートシールド350の冷却に必要な冷却媒体172としての水の流速は、熱負荷により規定される。水の温度上昇を熱負荷Pワットに対しΔT度に制限するためには、冷却媒体の流速は以下の式で与えられる。
ここで、ρ=1000kg/m、c=4187J/kg・Kはそれぞれ水の質量密度および比熱である。最大熱負荷が2kWであり、最大温度上昇(ΔT)が30ケルビンである場合、最大1リットル/分の中程度の流速で十分である。
ニッケル冷却リングの内径d=4mmの場合、流速は以下の式で与えられる。
そして、流速が1リットル/分である場合、冷却媒体の流体速度は1.3m/sである。流れのレイノルズ数は、以下の式で与えられる。
ここで、v=1X10−6(m/s)は水の動粘度である。この場合、レイノルズ数は、Re=5250であり、乱流状態の閾値2320を十分超えている。管壁と流水との対流熱伝導を高めるには、乱流を発生させることが好ましい。
乱流状態では、管内の圧力損失は下記の式で与えられる。
ここで、λは水とチャネル壁との摩擦係数である。滑らかな壁部で乱流が発生した場合、摩擦係数の妥当な値は0.02である。GICシェル110の一例では、ニッケル冷却リング380の長さは約1.3mである。上述の数式(5)のヒートシールド350を介した圧力損失は、ΔP=0.055バールである。
したがって、ここで必要なのは、1リットル/分以下の中程度の流速および小さな圧力損失であり、これは、少量の水をGICシェル冷却アセンブリ150からヒートシールド350に迂回させることができることを意味する。このため、冷却リング380のヒートシールド350は望ましいものである。ヒートシールド350は、GICシェル110の入力縁部112に入射するあらゆる放射線及び粒子束を遮断する。さらに、室温付近で動作するため、GICシェル冷却アセンブリ150の使用時、取り付けハードウェアを使用して冷却リング380を支持する場合、GICシェル110への熱伝導が最小限となる。
(GIC型SOCOMOを備えるEUVリソグラフィシステム)
図19は、本発明に係るEUVリソグラフィシステム(システム)400の一例である。EUVリソグラフィシステムは、例えば、米国特許出願第US2004/0265712A1号、第US2005/0016679A1号、第US2005/0155624A1号に開示される。なお、これらの出願を本発明に援用する。
システム400は、システム軸ASyと、λ=13.5nm以下の作用EUV40を放出するホットプラズマ源等のEUV源34とを有する。例えば、EUVは、電気放電源(例えば、放電生成プラズマまたはDPP源)またはレーザ光線(レーザ生成プラズマまたはLPP源)によってリチウムまたはスズ等のターゲット上に生成される。こうしたLPP源から放出されたEUV40は、ほぼ等方性であってもよい。現在のDPP源では、放電電極により、EUV40の放出を、システム軸(光学軸)ASyからθ=70度以上の光源照射角に限定してもよい。なお、LPP源の等方性は、Sn液滴、Snディスク、Sn蒸気等のLPPターゲットの種類に依存する。
システム400は、上述のような熱管理されたEUV型GICミラーシステム20を備える。冷却EUV型ミラーシステム20は、集光器軸ACがシステム軸ASyに沿った状態で、EUV源34の下流に隣接して配置されている。EUV型GICミラーシステム20のGICミラーアセンブリ100は、EUV源システム30からのEUV40を集光する。集光されたEUV40は、中間焦点IFに導かれ、そこで中間光源像ISを形成する。照明システム416は、入力端417と出力端418を有する。照明システム416は、入力端417がEUV型GICミラーシステム20に隣接する状態で、システム軸ASyに沿ってEUV型GICミラーシステム20の下流に隣接して配置されている。照明システム416は、入力端417で中間光源像ISからのEUV40を受光し、出力端418でほぼ均一なEUV光線420(即ち、凝縮EUV)を出力する。システム400が走査型システムである場合、EUV光線420は、典型的には、ほぼ均一な線状または弧状に形成される。即ち、EUV光線420は、反射レチクル436を走査するEUV40のリング状フィールドとして当該レチクル上に形成される。
投影光学システム426は、照明システム416の下流に(屈折した)システム軸ASyに沿って配置される。投影光学システム426は、照明システム416の出力端418に対向する入力端427と、その反対側の出力端428とを有する。反射レチクル436は投影光学システム426の入力端427に隣接して配置され、半導体ウエハ440は投影光学システム426の出力端428に隣接して配置されている。レチクル436は半導体ウエハ440に転写されるパターン(図示せず)を有し、半導体ウエハ440は感光性コーティング442(例えば、フォトレジスト層)を有する。動作時、均一化されたEUV光線420はレチクル436を照射し、レチクル436によって反射される。そして、投影光学システム426によってレチクル上のパターンが半導体ウエハ440の感光性コーティング442上に結像される。システム440が走査型システムである場合、レチクル像は、感光性コーティング442の表面を走査し、露光フィールド上にパターンを形成する。典型的には、レチクル436と半導体ウエハ440とを同期して移動させることにより、走査が実行される。
一旦、レチクルパターンが半導体ウエハ440上に結像されて記録されると、パターン化された半導体ウエハ440は、標準的なフォトリソグラフィ技術および半導体プロセス技術を使用して処理され、その結果、複数の集積回路(IC)チップが形成される。
なお、一般的にシステム400の構成要素は、共通の屈折したシステム軸ASyに沿って配置されることが図19に図示されている。当業者であれば、例えば、照明システム416や投影光学システム426の様々な構成要素の入口軸及び出口軸がオフセットされる場合も多々あることは、理解されるものである。さらに、場合によっては、好ましいシステム構造(例えば、GICミラーシステム20に対するイルミネータの配向等)を実現するために、システム400が一または複数の屈折箇所を有してもよい。
当業者には明白であるが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、本発明に対して様々な修正および変更を加えることができる。したがって、本発明は、特許請求の範囲及びその均等範囲内となるように提供された本発明の修正および変更を対象にしていることを意図するものである。

Claims (26)

  1. 冷却媒体の流れを利用する斜入射集光器(GIC)熱管理アセンブリであって、
    反射内側面と、反対側の外側面と、第1ミラー端及び第2ミラー端とを有するGICミラーシェルと、
    内側面と、第1ジャケット端および第2ジャケット端とを有するジャケットと、
    オープンセル型熱伝導性材料(以下、「OCHT材料」という。)と
    を備え、
    前記ジャケット及び前記GICミラーシェルは、前記第1ミラー端および前記第1ジャケット端において第1接合部を有すると共に、前記第2ミラー端および前記第2ジャケット端において第2接合部を有し、
    前記ジャケットの内側面と前記GICミラーシェルの外側面との間に流体密閉チャンバが画定され、
    前記密閉チャンバは、入力孔および出力孔をそれぞれ有する入力プレナムおよび出力プレナムを画定する入力端および出力端を有し、
    前記OCHT材料は、前記密閉チャンバに収容されると共に、前記GICミラーシェルの外側面および前記ジャケットの内側面に熱接続され、前記入力プレナムから前記出力プレナムを通過する前記冷却媒体の流れを支持する機能を果たす
    GIC熱管理アセンブリ。
  2. 前記OCHT材料は、前記GICミラーシェルおよび前記ジャケットに機械接続されている
    請求項1に記載のGIC熱管理アセンブリ。
  3. 前記冷却媒体は、液体および気体のいずれかである
    請求項1または2に記載のGIC熱管理アセンブリ。
  4. 前記第1及び第2接合部の少なくとも一方は、柔軟特性部を有する
    請求項1から3のいずれかに記載のGIC熱管理アセンブリ。
  5. 前記柔軟特性部は、前記GIC熱管理アセンブリの組み付けに関わる力に曝された場合、柔軟な状態になるように構成され、前記チャンバおよび前記OCHT材料を通過する前記冷却媒体の流れに起因する静水力に曝された場合、非柔軟な状態になるように構成されている
    請求項4に記載のGIC熱管理アセンブリ。
  6. 前記柔軟特性部は、前記ジャケットと同一材料で形成されている
    請求項4または5に記載のGIC熱管理アセンブリ。
  7. 前記柔軟特性部は、エポキシを含む
    請求項4または5に記載のGIC熱管理アセンブリ。
  8. 前記柔軟特性部は、前記ジャケットのジャケット端の一方または両方に形成される複数の溝を有する
    請求項4から7のいずれかに記載のGIC熱管理アセンブリ。
  9. 前記ジャケットと前記GICミラーシェルとは、溶接またはエポキシ接合で互いに接続される
    請求項1から8のいずれかに記載のGIC熱管理アセンブリ。
  10. 前記OCHT材料は、発泡金属、一または複数のバネ、金属メッシュの少なくとも一つで構成されている
    請求項1から9のいずれかに記載のGIC熱管理アセンブリ。
  11. 前記OCHT材料は、20から100孔/インチ(PPI)の孔密度を有する発泡金属で構成されている
    請求項10に記載のGIC熱管理アセンブリ。
  12. 前記OCHT材料は発泡金属で構成され、前記発泡金属はAl、C、SiC、Cu、Niの少なくとも一つで構成されている
    請求項10または11に記載のGIC熱管理アセンブリ。
  13. 接合された前記ジャケットと前記GICミラーシェルは、前端縁部および後端縁部の幅がそれぞれ3から10mmである
    請求項1から12のいずれかに記載のGIC熱管理アセンブリ。
  14. 前記OCHT材料は、複数の中間接触層で前記ジャケットの内側面と熱接触する
    請求項1から13のいずれかに記載のGIC熱管理アセンブリ。
  15. 前記中間接触層は、前記OCHT材料と、前記GICミラーシェルと、前記ジャケットとの間を機械接着する
    請求項14に記載のGIC熱管理アセンブリ。
  16. 接合された前記ジャケットと前記GICミラーシェルは、前端および後端を有するGIC冷却構造を画定し、前記前端がシールドを有する
    請求項1から15のいずれかに記載のGIC熱管理アセンブリ。
  17. 前記シールドは、冷却リングを備える
    請求項16に記載のGIC熱管理アセンブリ。
  18. 前記シールドは、前記前端に隣接する内側面および反対側の外側面を有し、タングステンまたはモリブデンの層をさらに備える、
    請求項16または17に記載のGIC熱管理アセンブリ。
  19. 前記入出力プレナムにそれぞれ流体接続された入出力冷却ラインをさらに備える、請求項1から18のいずれかに記載のGIC熱管理アセンブリ。
  20. 請求項19に記載の前記GIC熱管理アセンブリと、
    前記入出力冷却ラインに流体接続され、前記入力冷却ラインを介して前記入力プレナムに加圧状態の前記冷却媒体の流体を供給し、前記出力冷却ラインを介して前記出力プレナムから前記冷却媒体の流体を受けるように構成される冷却媒体供給ユニットと
    を備える、熱管理GICミラーシステム。
  21. 方位角方向に対称な状態で冷却媒体の受け渡しを前記OCHT材料と行なうように構成される前記入出力プレナムをさらに備える、請求項20に記載の熱管理GICミラーシステム。
  22. 前記入出力プレナムの方位角方向の圧力損失が2バール未満の前記システムをさらに備える、請求項20または21に記載の熱管理GICミラーシステム。
  23. 前記入出力プレナム間の前記冷却媒体の流速は、5から60リットル/分である
    請求項20から22のいずれかに記載の熱管理GICミラーシステム。
  24. 前記冷却媒体供給ユニットに流体接続される複数のGIC熱管理アセンブリをさらに備え、前記GICミラーシェルが入れ子状に構成される
    請求項20から23のいずれかに記載の熱管理GICミラーシステム。
  25. 反射レチクルを照明する極端紫外光(EUV)リソグラフィシステムであって、
    EUVの光源と、
    前記EUVを受光して集束EUVを形成するように構成される請求項20に記載の熱管理GICミラーシステムと、
    前記集束EUVを受光し、前記反射レチクルに光を照射する凝縮EUVを形成するように構成されるイルミネータと
    を備える、EUVリソグラフィシステム。
  26. 感光性半導体ウエハ上にパターン像を形成する請求項25に記載の前記EUVリソグラフィシステムであって、
    前記反射レチクルの下流に配置され、前記反射レチクルによって反射されたEUVを受光し、そこから前記感光性半導体ウエハ上に前記パターン像を形成するように構成される投影光学システムをさらに備える、EUVリソグラフィシステム。
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