JP7044807B2 - 極端紫外光生成装置及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
1.極端紫外光生成システムの全体説明
1.1 構成
1.2 動作
2.比較例に係るEUV光生成装置
2.1 構成
2.1.1 チャンバ容器及び熱交換器
2.1.2 EUV集光ミラー及び熱交換器
2.1.3 レーザ光集光ミラー
2.1.4 ヒートシールド及び熱交換器
2.1.5 水素ガス供給部及び排気装置
2.2 動作
2.3 課題
3.ヒートシールドがチャンバ容器よりも低温とされるEUV光生成装置
3.1 構成
3.2 動作
3.3 作用
3.3.1 ヒートシールドの冷却
3.3.2 EUV集光ミラーの冷却
4.温度センサと制御部を有するEUV光生成装置
4.1 構成
4.2 動作及び作用
5.スズの析出を抑制する加工をしたヒートシールドを含むEUV光生成装置
5.1 第1の例
5.2 第2の例
6.その他
1.1 構成
図1に、例示的なLPP式のEUV光生成システムの構成を概略的に示す。EUV光生成装置1は、少なくとも1つのレーザ装置3と共に用いられる。本願においては、EUV光生成装置1及びレーザ装置3を含むシステムを、EUV光生成システム11と称する。図1に示し、かつ、以下に詳細に説明するように、EUV光生成装置1は、チャンバ容器2、ターゲット供給部26を含む。チャンバ容器2は、密閉可能に構成されている。ターゲット供給部26は、例えば、チャンバ容器2を貫通するように取り付けられている。ターゲット供給部26から出力されるターゲット物質の材料は、スズを含む。ターゲット物質の材料は、スズと、テルビウム、ガドリニウム、リチウム、又はキセノンとの組合せを含むこともできる。
図1を参照に、レーザ装置3から出力されたパルスレーザ光31は、レーザ光進行方向制御部34を経て、パルスレーザ光32としてウインドウ21を透過してチャンバ容器2内に入射する。パルスレーザ光32は、少なくとも1つのレーザ光経路に沿ってチャンバ容器2内を進み、レーザ光集光ミラー22で反射されて、パルスレーザ光33として少なくとも1つのターゲット27に照射される。
2.1 構成
2.1.1 チャンバ容器及び熱交換器
図2は、比較例に係るEUV光生成装置の構成を概略的に示す。図2に示されるように、チャンバ容器2aは、チャンバ保持部材10によって、重力方向に対して斜めの姿勢に保持されている。以下の説明において、EUV光の出力方向を+Z方向とする。ターゲット27の出力方向を+Y方向とする。+Z方向と+Y方向との両方に垂直な方向を+X方向とする。
冷却媒体配管621は、一端が冷却媒体流路2bの出口に接続され、他端が冷却媒体流路2bの入口に接続されている。冷却媒体配管621の途中に熱交換器62が位置している。循環ポンプ624は冷却媒体配管621に配置されている。
プロセス冷却水配管622は、装置外部から供給されるプロセス冷却水(PCW)の流路を構成する。プロセス冷却水はほぼ一定の温度を有し、その温度は例えば10℃以上14℃以下である。熱交換器62の内部において、熱伝導が効率的に行われるように、冷却媒体配管621とプロセス冷却水配管622とは近接して配置されている。
EUV集光ミラー23aは、EUV集光ミラーホルダ43によってチャンバ容器2aの内部に支持されている。
EUV集光ミラー23aには、液体の集光ミラー冷却媒体を通過させる冷却媒体流路23bが形成されている。集光ミラー冷却媒体としては例えば水が用いられる。冷却媒体流路23bは、冷却媒体配管631を介して熱交換器63に接続されている。集光ミラー冷却媒体は、本開示における第3の冷却媒体に相当する。冷却媒体流路23bは、本開示における第3の冷却媒体流路に相当する。
冷却媒体配管631は、一端が冷却媒体流路23bの出口に接続され、他端が冷却媒体流路23bの入口に接続されている。冷却媒体配管631の途中に熱交換器63が位置している。循環ポンプ634は冷却媒体配管631に配置されている。
プロセス冷却水配管632は、装置外部から供給されるプロセス冷却水の流路を構成する。熱交換器63の内部において、熱伝導が効率的に行われるように、冷却媒体配管631とプロセス冷却水配管632とは近接して配置されている。
レーザ光集光ミラー22aは、ホルダ42によってチャンバ容器2aの内部に支持されている。レーザ光集光ミラー22aは、軸外放物面ミラーとして構成されている。軸外放物面ミラーの焦点は、プラズマ生成領域25に位置している。プラズマ生成領域25は、本開示における所定領域に相当する。
ヒートシールド7aは、チャンバ容器2aの内部において、EUV集光ミラー23aによって反射されたEUV光を含む反射光252の光路を囲んで位置している。すなわち、ヒートシールド7aは、プラズマ生成領域25とチャンバ容器2aとの間に位置している。ヒートシールド7aは、-Z方向側においては径が大きく、+Z方向側においては径が小さいテーパー筒状の形状を有している。ヒートシールド7aの大径側の部分はEUV集光ミラー23aの外周部の近傍に位置している。ヒートシールド7aの小径側の部分はEUV集光ミラー23aによって反射されたEUV光を含む反射光252の光路の下流側に位置している。
冷却媒体配管671は、一端が冷却媒体流路7bの出口に接続され、他端が冷却媒体流路7bの入口に接続されている。冷却媒体配管671の途中に熱交換器67が位置している。循環ポンプ674は冷却媒体配管671に配置されている。
プロセス冷却水配管672は、装置外部から供給されるプロセス冷却水の流路を構成する。熱交換器67の内部において、熱伝導が効率的に行われるように、冷却媒体配管671とプロセス冷却水配管672とは近接して配置されている。
水素ガス供給部50は、水素ガスを収容した図示しないボンベと、図示しないマスフローコントローラ又は開閉弁とを含む。水素ガス供給部50には、少なくとも1つの水素ガス供給管51が接続されている。水素ガス供給管51は、チャンバ容器2aを貫通し、水素ガス放出部52に接続されている。水素ガス放出部52は、EUV集光ミラー23aの外周に沿って環状に配置されている。
ターゲット供給部26から出力されたターゲット27は、ヒートシールド7aの貫通孔70を通過し、プラズマ生成領域25に到達する。パルスレーザ光32は、ウインドウ21を介してチャンバ容器2a内のレーザ光集光ミラー22aに入射する。レーザ光集光ミラー22aによって反射されたパルスレーザ光33は、プラズマ生成領域25に集光される。パルスレーザ光33は、ターゲット27がプラズマ生成領域25に到達するタイミングでプラズマ生成領域25に到達する。ターゲット27は、パルスレーザ光33を照射されてプラズマ化する。プラズマからEUV光を含む放射光251が放射される。
チャンバ容器冷却媒体は、チャンバ容器2aから熱エネルギーを受け取って、冷却媒体流路2bから排出される。冷却媒体流路2bから排出された高温のチャンバ容器冷却媒体は、熱交換器62によって、プロセス冷却水の温度と同等かそれよりもわずかに高い温度にまで冷却される。例えば、チャンバ容器冷却媒体は、12℃以上16℃以下の温度にまで冷却される。冷却されたチャンバ容器冷却媒体が、冷却媒体流路2bに戻される。
集光ミラー冷却媒体は、EUV集光ミラー23aから熱エネルギーを受け取って、冷却媒体流路23bから排出される。冷却媒体流路23bから排出された高温の集光ミラー冷却媒体は、熱交換器63によって、プロセス冷却水の温度と同等かそれよりもわずかに高い温度にまで冷却される。例えば、集光ミラー冷却媒体は、12℃以上16℃以下の温度にまで冷却される。冷却された集光ミラー冷却媒体が、冷却媒体流路23bに戻される。
ヒートシールド冷却媒体は、ヒートシールド7aから熱エネルギーを受け取って、冷却媒体流路7bから排出される。冷却媒体流路7bから排出された高温のヒートシールド冷却媒体は、熱交換機67によって、プロセス冷却水の温度と同等かそれよりもわずかに高い温度にまで冷却される。例えば、ヒートシールド冷却媒体は、12℃以上16℃以下の温度にまで冷却される。冷却されたヒートシールド冷却媒体が、冷却媒体流路7bに戻される。
水素ラジカルとスズとの反応により生成されたスタンナンガスは、排気ポンプ59によって直ちに排気できるとは限らず、生成されたスタンナンガスの一部はチャンバ容器2aの内部にしばらくとどまることがある。チャンバ容器2aの内部において、スタンナンはさらに水素ガスとスズとに解離して、チャンバ容器2aの内部の部品の表面にスズを析出させることがある。特に、高温の部品の付近ではスタンナンの解離速度が速くなる。
上述の比較例において、チャンバ容器2a、EUV集光ミラー23a、及びヒートシールド7aを冷却することは、これらの部品の変形を抑制するだけではなく、スタンナンの解離を抑制する効果も有している。
3.1 構成
図3は、本開示の第1の実施形態に係るEUV光生成装置の構成を概略的に示す。第1の実施形態は、図2を参照しながら説明した熱交換器67及び63の代わりに、チラー67a及び63aをそれぞれ備えている。
他の点については、第1の実施形態の構成は比較例の構成と同様である。
チラー67aにおいて、圧縮器675によって圧縮されて高温高圧の気体となった冷媒は、凝縮器676において凝縮しながら放熱する。この熱エネルギーの一部がプロセス冷却水に与えられる。凝縮器676を通過して常温高圧の液体となった冷媒は、膨張弁677から蒸発器678に向けて噴出するときに、その圧力が低下し、低温低圧の液体となる。蒸発器678において、冷媒は蒸発しながら吸熱し、熱エネルギーを潜熱として蓄える。この熱エネルギーの一部はヒートシールド冷却媒体から与えられる。冷媒は、低温低圧の気体となって圧縮器675に戻される。
他の点については、第1の実施形態の動作は比較例の動作と同様である。
3.3.1 ヒートシールドの冷却
第1の実施形態によれば、ヒートシールド冷却媒体を、プロセス冷却水よりも低い温度まで冷却することにより、ヒートシールド7aにおけるスタンナンの解離を抑制できる程度にまでヒートシールド7aを冷却することができる。そして、ヒートシールド7aの表面でのスズの析出を抑制できる。
k=Ae-Ea/RT
ここで、kは反応速度定数である。Aは前指数因子である。eはネイピア数である。Eaは活性化エネルギーである。Rは気体定数である。Tは絶対温度である。図4のグラフはこの式に基づいている。
チャンバ内部品の表面温度が5℃を超えても、40℃程度までは、チャンバ内部品にスズが析出する速度と、水素ラジカルによるスズのエッチング速度とが拮抗することが期待できる。
チャンバ内部品の表面温度が40℃を超えると、チャンバ内部品にスズが析出する速度が、水素ラジカルによるスズのエッチング速度より速くなってしまう。
さらに、ヒートシールド7aの温度は、5℃以下とするのがより好ましい。
また、第1の実施形態によれば、集光ミラー冷却媒体を、プロセス冷却水よりも低い温度まで冷却することにより、EUV集光ミラー23aにおけるスズの析出を抑制できる。
また、冷却媒体流路2bに供給されるチャンバ容器冷却媒体の温度よりも、冷却媒体流路23bに供給される集光ミラー冷却媒体は低い温度とすることが望ましい。
さらに、EUV集光ミラー23aの温度は、5℃以下とするのがより好ましい。
EUV集光ミラー23aは、チャンバ容器2aよりも低い温度にまで冷却されることが望ましい。例えば、EUV集光ミラー23aが5℃以下に維持される場合、チャンバ容器2aは15℃以上25℃以下に維持されることが望ましい。
4.1 構成
図5は、本開示の第2の実施形態に係るEUV光生成装置の構成を概略的に示す。第2の実施形態は、図3を参照しながら説明した第1の実施形態の構成に加えて、ヒートシールド温度センサ7d、チャンバ容器温度センサ2d、及び集光ミラー温度センサ23dを備えている。第2の実施形態は、さらに、制御部670、620、及び630を備えている。
他の点については、第2の実施形態の構成は第1の実施形態の構成と同様である。
図6Aは、第2の実施形態における制御部の動作の第1の例を示すフローチャートである。制御部670は、以下のようにして、チラー67aを制御してヒートシールド冷却媒体の流量を調整する。
なお、ヒートシールド7aの温度Tの上限値TULのみ判定する場合には、S2における下限値TLLの判定及びS3の処理は、省略されてもよい。
なお、ヒートシールド7aの温度Tの上限値TULのみ判定する場合には、S2における下限値TLLの判定及びS5の処理は、省略されてもよい。
また、制御部670は、ヒートシールド冷却媒体の流量と温度の両方を制御してもよい。制御部630は、集光ミラー冷却媒体の流量と温度の両方を制御してもよい。
他の点については、第2の実施形態の動作及び作用は第1の実施形態の動作及び作用と同様である。
図7Aは、本開示の第3の実施形態に係るEUV光生成装置に含まれるヒートシールドの斜視図である。上述のように、ヒートシールド7aはテーパー筒状の形状を有している。ヒートシールド7aの内表面7eは、上述のプラズマ生成領域25に面している。このことは、ヒートシールド7aの外表面7fに比べて内表面7eにスズが析出しやすくなる要因となっている。
そこで、第3の実施形態においては、ヒートシールド7aの内表面7eにスズの析出を抑制する加工をしている。
図7Bは、第3の実施形態の第1の例におけるヒートシールド7aの拡大断面図である。図7Bは、図7Aの囲み線Sの付近におけるヒートシールド7aの断面を拡大したものに相当する。
また、コーティング層72は、ヒートシールド7aの外表面7fを含めたヒートシールド7aの表面全体に形成されてもよい。
図7Cは、第3の実施形態の第2の例におけるヒートシールド7aの拡大断面図である。図7Cは、図7Aの囲み線Sの付近におけるヒートシールド7aの断面を拡大したものに相当する。
他の点については、第2の例は第1の例と同様である。
第2の例によれば、内表面7eの表面粗さRaを小さくしたことにより、スズが析出しやすい凸部を小さくし、スズの析出を抑制することができる。
また、表面粗さRaを小さくする加工は、ヒートシールド7aの外表面7fを含めたヒートシールド7aの表面全体に行われてもよい。
また、基材71をTiO2又はZrNを含む材料で構成してもよい。
また、表面粗さだけでなく、ヒートシールド7aは突起部の少ない形状とすることが望ましい。
図8は、EUV光生成装置に接続された露光装置の構成を概略的に示す。
図8において、露光装置6は、マスク照射部60とワークピース照射部61とを含む。マスク照射部60は、EUV光生成装置1から入射したEUV光によって、反射光学系を介してマスクテーブルMTのマスクパターンを照明する。ワークピース照射部61は、マスクテーブルMTによって反射されたEUV光を、反射光学系を介してワークピーステーブルWT上に配置された図示しないワークピース上に結像させる。ワークピースはフォトレジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。露光装置6は、マスクテーブルMTとワークピーステーブルWTとを同期して平行移動させることにより、マスクパターンを反映したEUV光をワークピースに露光する。以上のような露光工程によって半導体ウエハにデバイスパターンを転写することで電子デバイスを製造することができる。
Claims (20)
- スズを含むターゲットにパルスレーザ光を照射して極端紫外光を生成する極端紫外光生成装置であって、
チャンバ容器と、
前記チャンバ容器の内部に水素ガスを供給する水素ガス供給部と、
前記チャンバ容器の内部において、前記ターゲットにパルスレーザ光が照射される所定領域と前記チャンバ容器との間に配置されたヒートシールドと、
前記チャンバ容器に配置された第1の冷却媒体流路と、
前記ヒートシールドに配置された第2の冷却媒体流路と、
前記ヒートシールドの温度が前記チャンバ容器の温度よりも低い温度となるように、前記第1の冷却媒体流路に第1の冷却媒体を供給し、前記第2の冷却媒体流路に第2の冷却媒体を供給する冷却装置と、
を備える極端紫外光生成装置。 - 請求項1に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記ヒートシールドの温度が40℃以下に維持される、極端紫外光生成装置。 - 請求項1に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記ヒートシールドの温度が5℃以下に維持され、
前記チャンバ容器の温度が15℃以上、25℃以下に維持される、
極端紫外光生成装置。 - 請求項1に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記チャンバ容器の温度を検出する第1の温度センサと、
前記第1の温度センサが検出した温度に応じて前記第1の冷却媒体の流量が変化するように、前記冷却装置を制御する制御部と、
をさらに含む、極端紫外光生成装置。 - 請求項1に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記ヒートシールドの温度を検出する第2の温度センサと、
前記第2の温度センサが検出した温度に応じて前記第2の冷却媒体の温度及び流量の少なくとも1つが変化するように、前記冷却装置を制御する制御部と、
をさらに含む、極端紫外光生成装置。 - 請求項1に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記所定領域から放射される極端紫外光を反射して集光する集光ミラーと、
前記集光ミラーに配置された第3の冷却媒体流路と、
をさらに備え、
前記冷却装置は、前記集光ミラーの温度が前記チャンバ容器の温度よりも低い温度となるように、前記第3の冷却媒体流路に第3の冷却媒体を供給する、
極端紫外光生成装置。 - 請求項6に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記集光ミラーの温度が40℃以下に維持される、極端紫外光生成装置。 - 請求項6に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記集光ミラーの温度が5℃以下に維持され、
前記チャンバ容器の温度が15℃以上、25℃以下に維持される、
極端紫外光生成装置。 - 請求項6に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記集光ミラーの温度を検出する第3の温度センサと、
前記第3の温度センサが検出した温度に応じて前記第3の冷却媒体の温度及び流量の少なくとも1つが変化するように、前記冷却装置を制御する制御部と、
をさらに含む、極端紫外光生成装置。 - 請求項1に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記ヒートシールドの表面の少なくとも一部にTiO2及びZrNの少なくとも1つがコーティングされている、極端紫外光生成装置。 - 請求項1に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記ヒートシールドの少なくとも一部の表面粗さRaが6.3μm以下である、極端紫外光生成装置。 - 請求項1に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記ヒートシールドの少なくとも一部の表面粗さRaが1.6μm以下である、極端紫外光生成装置。 - スズを含むターゲットにパルスレーザ光を照射して極端紫外光を生成する極端紫外光生成装置であって、
チャンバ容器と、
前記チャンバ容器の内部に水素ガスを供給する水素ガス供給部と、
前記チャンバ容器の内部において、前記ターゲットにパルスレーザ光が照射される所定領域と前記チャンバ容器との間に配置されたヒートシールドと、
前記チャンバ容器に配置された第1の冷却媒体流路と、
前記ヒートシールドに配置された第2の冷却媒体流路と、
前記ヒートシールドの温度が前記チャンバ容器の温度よりも低い温度となるように、前記第1の冷却媒体流路に第1の冷却媒体を供給し、前記第2の冷却媒体流路に前記第1の冷却媒体の温度よりも低い温度の第2の冷却媒体を供給する冷却装置と、
を備える極端紫外光生成装置。 - 請求項13に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記冷却装置は、
プロセス冷却水の流路に配置され、
前記第1の冷却媒体流路に前記プロセス冷却水の温度以上の温度を有する第1の冷却媒体を供給し、
前記第2の冷却媒体流路に前記プロセス冷却水の温度より低い温度を有する第2の冷却媒体を供給する、
極端紫外光生成装置。 - 請求項13に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記冷却装置は、
前記第1の冷却媒体流路に前記第1の冷却媒体を供給する熱交換器と、
前記第2の冷却媒体流路に前記第2の冷却媒体を供給するチラーと、
を含む、極端紫外光生成装置。 - 請求項13に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記所定領域から放射される極端紫外光を反射して集光する集光ミラーと、
前記集光ミラーに配置された第3の冷却媒体流路と、
をさらに備え、
前記冷却装置は、前記第3の冷却媒体流路に前記第1の冷却媒体の温度よりも低い温度の第3の冷却媒体を供給する、
極端紫外光生成装置。 - 請求項16に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記冷却装置は、
プロセス冷却水の流路に配置され、
前記第1の冷却媒体流路に前記プロセス冷却水の温度以上の温度を有する第1の冷却媒体を供給し、
前記第2の冷却媒体流路に前記プロセス冷却水の温度より低い温度を有する第2の冷却媒体を供給し、
前記第3の冷却媒体流路に前記プロセス冷却水の温度より低い温度を有する第3の冷却媒体を供給する、
極端紫外光生成装置。 - 請求項16に記載の極端紫外光生成装置であって、
前記冷却装置は、
前記第1の冷却媒体流路に前記第1の冷却媒体を供給する熱交換器と、
前記第2の冷却媒体流路に前記第2の冷却媒体を供給する第1のチラーと、
前記第3の冷却媒体流路に前記第3の冷却媒体を供給する第2のチラーと、
を含む、極端紫外光生成装置。 - 電子デバイスの製造方法であって、
チャンバ容器と、
前記チャンバ容器の内部に水素ガスを供給する水素ガス供給部と、
前記チャンバ容器の内部において、ターゲットにパルスレーザ光が照射される所定領域と前記チャンバ容器との間に配置されたヒートシールドと、
前記チャンバ容器に配置された第1の冷却媒体流路と、
前記ヒートシールドに配置された第2の冷却媒体流路と、
前記ヒートシールドの温度が前記チャンバ容器の温度よりも低い温度となるように、前記第1の冷却媒体流路に第1の冷却媒体を供給し、前記第2の冷却媒体流路に第2の冷却媒体を供給する冷却装置と、
を備える極端紫外光生成装置において、前記ターゲットにパルスレーザ光を照射して極端紫外光を生成し、
前記極端紫外光を露光装置に出力し、
電子デバイスを製造するために、前記露光装置内で感光基板上に前記極端紫外光を露光する
ことを含む電子デバイスの製造方法。 - 電子デバイスの製造方法であって、
チャンバ容器と、
前記チャンバ容器の内部に水素ガスを供給する水素ガス供給部と、
前記チャンバ容器の内部において、ターゲットにパルスレーザ光が照射される所定領域と前記チャンバ容器との間に配置されたヒートシールドと、
前記チャンバ容器に配置された第1の冷却媒体流路と、
前記ヒートシールドに配置された第2の冷却媒体流路と、
前記ヒートシールドの温度が前記チャンバ容器の温度よりも低い温度となるように、前記第1の冷却媒体流路に第1の冷却媒体を供給し、前記第2の冷却媒体流路に前記第1の冷却媒体の温度よりも低い温度の第2の冷却媒体を供給する冷却装置と、
を備える極端紫外光生成装置において、前記ターゲットにパルスレーザ光を照射して極端紫外光を生成し、
前記極端紫外光を露光装置に出力し、
電子デバイスを製造するために、前記露光装置内で感光基板上に前記極端紫外光を露光する
ことを含む電子デバイスの製造方法。
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