JP2004153064A - Aligner - Google Patents
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Abstract
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)、B4C(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
100 X線露光装置 101 X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 109 EUV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 122 X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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure apparatus using EUV light (soft X-ray). In particular, the present invention relates to an exposure apparatus that can effectively cool an optical element in the apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the miniaturization of semiconductor integrated circuits, reduction projection lithography technology using EUV light (soft X-ray) has been developed in order to improve the resolution of an optical system limited by the diffraction limit of light.
[0003]
An EUV lithography apparatus mainly includes a soft X-ray light source, an illumination optical system, a mask stage, an imaging optical system, a wafer stage, and the like. Since the EUV light has a wavelength of 5 to 20 nm and is absorbed by the atmosphere and attenuated, the apparatus is arranged in a vacuum chamber, and the optical path of the light is maintained in a vacuum atmosphere. Further, since the refractive index of the substance is very close to 1 in the wavelength region of EUV light (especially, 11 to 14 nm), an optical element utilizing refraction or reflection cannot be used. Therefore, an oblique incidence mirror utilizing total reflection due to the refractive index being slightly smaller than 1, or a multilayer reflector which obtains a high reflectance as a whole by superimposing a large number of weak reflected lights at the interface in phase. Etc. are used.
[0004]
When a Mo / Si multilayer film in which a molybdenum (Mo) layer and a silicon (Si) layer are alternately laminated on a substrate is used as the multilayer film, 67.5% of the direct incident light has a wavelength range around 13.4 nm. The reflectance can be obtained. When a Mo / Be multilayer film in which Mo layers and beryllium (Be) layers are alternately stacked on a substrate is used, in the wavelength region of 11.3 nm, a reflectance of 70.2% can be obtained at a direct incidence. it can.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, since the reflectivity of the multilayer film formed on the reflector constituting the optical system of the EUV exposure apparatus is about 70%, about 30% of the irradiated energy is absorbed by the multilayer film and The temperature rises. Since the inside of the EUV exposure apparatus is maintained in a vacuum atmosphere as described above, heat generated on the substrate is exhausted only by the thermal conductance flowing from the substrate to the exposure chamber, and the cooling rate is reduced.
[0006]
When the temperature rises, the substrate is thermally expanded and deformed. When the shape of the optical element is deformed in this way, it is finally impossible to transfer the pattern with high accuracy.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an exposure apparatus including a cooling mechanism that can stably and efficiently cool an optical element.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an exposure apparatus according to the present invention includes: an X light source that generates EUV light; an illumination optical system that guides EUV light from the light source to a reflective reticle; and an EUV light reflected by the reflective reticle. A projection optical system for guiding to a sensitive substrate, and a vacuum chamber for accommodating the above-mentioned components; and an exposure apparatus for transferring a device pattern formed on the reflective reticle to the sensitive substrate, further comprising: Alternatively, a heat pipe for cooling an optical element constituting the illumination optical system or the projection optical system is provided, and a heat radiation side of the heat pipe is located at a position relatively higher than a heat absorption side connected to the reticle or the optical element. It is characterized by.
By using a heat pipe having a good heat radiation function, the optical element can be cooled quickly. By setting the heat absorbing side (heat source, that is, the element to be cooled) of the heat pipe downward and the heat radiating side (cooling source, that is, a portion that takes away the heat transferred by the heat pipe) upward, the heat pipe is used. Heat transport efficiency is increased. For this reason, a smaller and cheaper heat pipe can be used, and the cost is reduced.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, description will be made with reference to the drawings.
First, the exposure apparatus will be described.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an example of the X-ray EUV light exposure apparatus according to the embodiment of the present invention. This X-ray exposure apparatus uses light in the soft X-ray region near a wavelength of 13 nm as exposure illumination light.
As shown in FIG. 2, the
Note that a discharge plasma X-ray source may be used instead of a laser plasma X-ray source as the X-ray generator. The discharge plasma X-ray source generates a discharge by applying a pulsed high voltage to an electrode, ionizes an operating gas by the discharge to generate plasma, and radiates soft X-rays from the plasma.
[0010]
An illumination
[0011]
An
[0012]
The bases of the reflecting
[0013]
A reflective film made of a multilayer film is also formed on the reflective surface of the
[0014]
Below the
[0015]
When performing the exposure operation, the illumination
[0016]
Next, a mirror cooling mechanism in the exposure apparatus will be described in detail.
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a mirror cooling mechanism in an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
In this example, a cooling mechanism of the reflecting
[0017]
Here, the
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation principle of the heat pipe.
The
[0018]
With such a mechanism, the heat absorbed by the
[0019]
Such a heat pipe is commonly used for cooling a CPU in a notebook PC. In this case, the heat-absorbing part of the heat pipe is attached to the heat-dissipating surface of the Peltier element attached to the CPU, and the heat-dissipating part is attached to an easily cooled surface (heat dissipating mechanism) such as the back surface of the PC. Then, the heat absorbed by the heat absorbing section is transferred to the heat radiating section, and radiated from the section to the heat radiating mechanism.
[0020]
Further, the heat pipe has a property that it can be used at any inclination angle. This is because the vapor generated at one end can freely reach the other end at a speed close to the speed of sound, and the structure utilizing the capillary phenomenon can move the liquid. Further, the heat pipe is usually a structure that is easy to bend, and can be freely arranged even when it is necessary to bend midway due to other structural restrictions.
[0021]
However, in practice, heat pipes have some degree of angle dependence.
FIG. 4 is a graph illustrating the installation angle dependence of the heat pipe. The vertical axis in the figure shows the maximum heat transport amount (W), and the horizontal axis in the figure shows the inclination angle (°) of the heat pipe. As for the inclination angle, + indicates an inclination in which the heat absorbing portion is lower and the heat radiating portion is upper, and-indicates a tilt in which the heat absorbing portion is upper and the heat radiating portion is lower. The heat pipe used was 200 mm in length, 4 mm in diameter and in a straight line. In the figure, ● indicates a case where the operating temperature is 60 ° C., ▲ indicates a case where the operating temperature is 50 ° C., and Δ indicates a case where the operating temperature is 40 ° C.
[0022]
As can be seen from FIG. 4, at all operating temperatures, the heat pipe has a larger heat transport amount as the inclination angle is larger (the heat absorbing portion is located at a position lower than the heat radiating portion). For example, when the operating temperature is 40 ° C., the heat transport amount is 10 W in a horizontal state (
[0023]
When a heat pipe is actually installed in the exposure apparatus, the positional relationship (inclination angle) between the heat absorbing section (the element to be cooled) and the heat radiating section (radiating mechanism) is limited by mechanical restrictions in the exposure apparatus. Will be decided. For example, as described later, if the reflecting mirror is arranged at a position higher than the position of the heat radiating mechanism, a part of the heat pipe will have a negative inclination angle, and transport efficiency will be significantly impaired.
[0024]
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1, the
[0025]
By connecting the reflecting
[0026]
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a comparative example of a reflector cooling mechanism in the exposure apparatus.
In FIG. 5, the
[0027]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the heat pipe is used for cooling the optical element, and the heat radiation side of the heat pipe is positioned higher than the heat absorption side connected to the optical element to be cooled. The heat transfer efficiency of the heat pipe can be increased. Therefore, the reticle and the optical element can be efficiently cooled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a mirror cooling mechanism in an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an example of an X-ray EUV light exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating the operating principle of a heat pipe.
FIG. 4 is a graph illustrating the installation angle dependence of a heat pipe.
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a comparative example of a reflector cooling mechanism in the exposure apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
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。An X light source that generates EUV light, an illumination optical system that guides EUV light from the light source to a reflective reticle, a projection optical system that guides EUV light reflected by the reflective reticle to a sensitive substrate, and the components are housed. An exposure apparatus, comprising: a vacuum chamber; and transferring a device pattern formed on the reflective reticle to the sensitive substrate.
Further, the reticle, or, comprising a heat pipe for cooling the optical element constituting the illumination optical system or the projection optical system,
An exposure apparatus, wherein a heat radiation side of the heat pipe is located at a position relatively higher than a heat absorption side connected to the reticle or the optical element.
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