JP7077327B2 - 熱伝達を向上させた半導体リソグラフィ用の投影露光装置 - Google Patents

Description

本願は、独国特許出願第１０ ２０１７ ２０２ ６５３．７号の優先権を主張し、当該出願の内容を参照により完全に援用する。

本発明は、半導体リソグラフィ用の投影露光装置、特にＥＵＶ投影露光装置に関する。かかる装置は、特に半導体コンポーネント又は他の微細構造コンポーネント上に非常に微細な構造を生成するのに用いられる。上記装置の動作原理は、感光材料が設けられた構造化対象素子に、レチクルと称するものを用いてマスク上の構造を概して縮小結像することにより、最大ナノメートル範囲の非常に微細な構造を生成することに基づく。生成された構造の最小寸法は、使用光の波長に直接依存する。近年では、数ナノメートルの範囲の、例えば１ｎｍ～３０ｎｍ、特に約１３．５ｎｍの発光波長を有する光源の使用が増えつつある。上記波長域をＥＵＶ域とも称する。

上記用途で結像に用いられる光学コンポーネントは、十分な結像品質の確保を可能にするために最高精度で位置決めされなければならない。上記光学コンポーネントは、例えば視野ファセットミラーである。この種の視野ファセットミラーは、例えば特許文献１から既知である。

ＥＵＶ用途における熱負荷の大きな光学コンポーネントは、具体的には、ファセットが傾斜マニピュレータに固定されて当該マニピュレータの対応する関節を介して放熱が起こる視野ファセットミラーである。

特許文献２は、基体及び複数のミラーユニットを備えたミラー装置を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置を開示している。各ミラーユニットは、ミラー及び固体関節（flexure）を備え、この固体関節は、少なくとも１つの関節部を介して基体に連結される。制御装置により、個々のミラーの基体に対する配列を変えることができる。関節部は、その曲げ剛性を低減するために、相互に間隔をあけて配置される複数の関節素子にさらに分割される。さらに、これらのミラーユニットは熱伝導素子を有し、これらはミラーの支持に貢献せず、ミラーに連結され、基体の方向に延在して、熱が熱伝導素子から基体に伝達されるようにする。

国際公開第２００７／１２８４０７号 独国特許出願公開第１０ ２００８ ０４９ ５５６号明細書

本発明の目的は、半導体リソグラフィ用の投影露光装置をそのコンポーネントに関して開発することである。特に、過熱を確実に回避できるようにミラーに生じる熱を特に容易に放散させることができるミラー装置の提供が意図される。

この目的は、独立請求項１の特徴を有するデバイスにより達成される。従属請求項は、本発明の有利な発展形態及び変形形態に関する。

半導体リソグラフィ用の本発明による投影露光装置は、装置のコンポーネントを支持冷却構造体に接続する接続素子を備える。接続素子は、コンポーネントを受ける受部領域と、投影露光装置の支持冷却構造体に接続する足部領域とを有する。少なくとも１つの関節が、受部領域と足部領域との間に配置され、少なくとも１つの熱伝導素子が、受部領域と足部領域との間に配置される。

この場合、熱伝導素子は、関節の作動方向に柔軟であるよう構成され、且つ関節の作動方向に対して垂直な方向に関節の作動方向の２倍以上高い剛性を有する。

換言すれば、本発明により、作動方向に可撓性があるものの規定の剛性を有する熱伝導素子が創作される。特に柔軟性の高いワイヤ又はバンドとは対照的に、本発明により用いられる関節は、その剛性の正確な計算が可能である。これに対して、例えばワイヤは、さまざまな形で端が取付点とつながり得るので、剛性が不定である。

特に、関節は、作動方向に対して垂直な方向に熱伝導素子よりも５０倍以上の剛性を有し得る。

本発明の有利な実施形態では、関節はフレクシャ（flexure）であり得る。結果として、接続素子に関連したマニピュレータの所望のキネマティクスは、さらに規定された構成である。マニピュレータの駆動に要する力は、熱伝導素子の剛性と共にフレクシャの剛性により規定される。

換言すれば、熱伝導素子は、関節の作動方向に柔軟であるよう構成され得る。熱伝導素子自体は、その設計に一種の従動関節を含み、これは関節の作動方向にはるかに柔軟であるものの、場合によっては他の非作動空間方向には剛直に又は同様に可撓性に具現される。好ましくは、関節の作動は、熱伝導素子の機械的特性によりさらに影響を受けることも妨げられることもない。したがって、接続素子において、機械的特性及び熱伝導率は、別個の相互に独立した自由度であると考えることができる。関節又は従動関節の剛性及び運動学的作用は、正確に計算され、幾何学的寸法、接続素子における位置、向き、及び他の材料パラメータにより構造的に規定され得る。従動関節の場合、少なくとも１つの関節に対する形状、位置、及び向きは、適切に決定される。

本発明の有利な変形形態では、関節及び熱伝導素子は一体的に形成される。この場合、接続素子は、素子の機械的作動及び保持に役立つ第１領域と、その幾何学的設計の結果として好ましくは接続素子の熱輸送の改善を確実にする第２領域とを有する。このように、小型の熱負荷を受けた光学アセンブリ内の放熱の改善を実現することができる。

換言すれば、一体形の接続素子は、接合法により複数の部品から製造する必要がなくなる。しかしながら、これは、良好な熱伝導率の要件を満たし且つ機械的作動のために必要な可撓性と同時に剛性を提供する、いくつかの材料からなり得る。したがって、このような接続素子を製造する基本材料は、複数の材料タイプから、例えば複合材料からなり得る。とはいえ、必要な特性全てを有する均質材料もある。

接続素子の一体形実施形態は、熱伝導素子の上記設計に関連する必要がない。この場合、方向に応じた規定の剛性を有しない熱伝導素子を例えばワイヤ、ワイヤケーブル、又はバンドとして形成することも特に考えられる。

熱伝導素子に適した材料は、特にケイ素、ケイ素化合物、又は金属、特に銅及び銅合金である。これらの材料は、熱伝導率が特に高く、精密用途でも容易に加工することができる。材料は、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超える、好ましくは３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超える良好な熱伝導率と、２００ＭＰａを超える高い降伏点Ｒｐ０．２とを有するべきである。１，０００，０００サイクルを超えるサイクル数を有する長い耐用寿命も求められるべきである。

一体形の接続素子は、モノリシック基本材料から又は複合材料からエロージョン又は高速ミリングにより製造され得る。結果として、製造プロセスとして追加の熱的又は機械的接合法、例えば溶接、はんだ付け、又は締め付けが不要である。

各設計解決手段により、作動方向に良好な弾性と併せて良好な剛性と良好な熱伝導率との両方を確実にすることができる。しかしながら、本発明による接続素子では、キネマティクス及び熱伝導を概ね別個の自由度として相互に独立して最適化することができる。結果として、利用可能な設置空間の全てが最大限の熱伝導に費やされる。

本発明による解決手段の結果として、余熱が熱負荷を受けた光学アセンブリから効率的に放散される。

本発明の有利な変形形態では、熱伝導素子は、接続素子の受部領域及び足部領域における熱伝導素子の取付点を通る接続直線に沿って中断される形で形成され得る。結果として、熱伝導素子は、関節の剛性に比べてキネマティクスを決定するその自由度に関して柔軟に具現される。換言すれば、熱伝導素子は、受部領域及び足部領域における熱伝導素子の取付点を通る接続直線に沿って延びないか又は部分的にのみ延びる。したがって、これは、捩れ又は曲がり、したがって接続直線上にない部分を有する。

熱伝導素子は、平坦な傾斜素子の形態であり得ることが有利である。結果として、熱伝導素子には、マニピュレータデバイスの必要な剛性を損なわないのに十分な柔軟性及び可撓性がある。このような実施形態は、マニピュレータの作動力の大幅な増加をもたらさない。

本発明の有利な実施形態では、熱伝送素子は、接続直線に対して斜めに延びる部分を有し得る。特定の好ましい構成では、熱伝導素子は、接続直線に対して垂直に延びる部分を有し得る。したがって、受部領域における取付点及び足部領域における取付点は、一方が他方の真上に配置される必要がない。熱伝導素子の部分的に斜めの又は垂直な経路により、例えば視野ファセットミラーの足部領域及び支持冷却構造体において、特定の適切な点で放熱が起こり得る。

熱伝導素子は、少なくとも１つの板ばね状部分に接続された中心部を有し得ることが有利である。従動関節の場合、形状、位置、及び少なくとも１つの関節の運動方向に対する向きが適切に決定される。

上述のように、熱伝導素子は、特に接続素子の一体形実施形態においてワイヤ状部分を有し得る。ミラーの過熱を回避するために、ミラーユニットは、熱伝導素子として金属細線を有し、金属細線は、その一端がコンポーネントに、他端が足部領域に、熱伝導的且つ一体的又は接合的に接続される。ワイヤは、金属製であることが好ましく、熱負荷を受けたミラーから足部領域のヒートシンクへの放熱を可能にする。金属ワイヤの直径は、高い可撓性を有するのに十分なほど小さい。結果として、金属ワイヤは、ミラーの枢動に対して極めて小さな抵抗しか与えない。適切な金属は、特に、銅、銅合金、及び銀並びに銀合金である。ワイヤ状部分により、可撓性の熱伝導構造が、従動関節と同一の作用をするよう形成される。ワイヤの使用は、特に接続素子が２自由度以上で、特に２自由度で作動され得る場合に有利である。

本発明の例示的な実施形態及び変形形態を、図面を参照して以下の本文でより詳細に説明する。

本発明が適用されるＥＵＶ投影露光装置の基本構成の一例を示す。 冷却構造体及び光学コンポーネントを有する本発明による接続素子の断面を概略的に示す。 さらに別の接続素子の断面を概略的に示す。 接続素子のさらに別の構成の断面を概略的に示す。 材料狭窄部を有する接続素子のさらに別の構成の断面を概略的に示す。 １自由度を有する接続素子のさらに別の構成の断面を概略的に示す。 １自由度を有する接続素子のさらに別の構成の断面を概略的に示す。 １自由度を有する接続素子のさらに別の構成の断面を概略的に示す。 従動関節を有する熱伝導素子の代替的な実施形態の断面を概略的に示す。 共通中間部を有する接続素子の代替的な実施形態の断面を概略的に示す。 ワイヤ状熱伝導素子を有する接続素子の代替的な実施形態の断面を概略的に示す。 ワイヤ状熱伝導素子及び２自由度を有する接続素子の代替的な実施形態の断面を概略的に示す。

図１は、本発明が利用されるＥＵＶ投影露光装置１の基本構成の一例を示す。投影露光装置１の照明系は、光源３に加えて、物体面６における物体視野５の照明用の照明光学ユニット４を有する。光源３が発生させた光学使用放射線の形態のＥＵＶ放射線１４が、中間焦点面１５の領域の中間焦点を通過した後に視野ファセットミラー２に入射するように、光源３に組み込まれたコレクタにより位置合わせされる。視野ファセットミラー２の下流で、ＥＵＶ放射線１４は瞳ファセットミラー１６により反射される。瞳ファセットミラー１６と、ミラー１８、１９、及び２０を有する光学アセンブリ１７とを用いて、視野ファセットミラー２の視野ファセットが物体視野５に結像される。

物体視野５に配置され概略的に図示するレチクルホルダ８により保持されたレチクル７が照明される。投影光学ユニット９は、概略的にしか図示されていないが、物体視野５を像面１１における像視野１０に結像する役割を果たす。レチクル７上の構造は、像面１１における像視野１０の領域に配置されてウェハホルダ１３により保持されたウェハ１２の感光層に結像され、ウェハホルダ１３もまた部分的に図示されている。光源３は、特に５ｎｍ～３０ｎｍの波長域の使用放射線を放出することができる。

図２は、支持冷却構造体２３及び光学コンポーネント２２を有する本発明による接続素子２１の断面を概略的に示す。接続素子２１は、光学コンポーネント２２用の受部領域２４及び足部領域２５からなる。この構成では、フレクシャの形態の関節２６及び熱伝導素子２７が、受部領域２４と足部領域２５との間に位置付けられる。光学コンポーネント２２により吸収された熱は、関節２６及び熱伝導素子２７を介して足部領域２５によりヒートシンクとして働く支持冷却構造体２３に伝えられる。代替として、足部領域２５は、それ自体が冷却構造体として具現され得る。さらに、支持冷却構造体２３及び足部領域２５は、１つの部品として構成されることで、接続素子２１に一体的に加えることができる。

熱伝導素子２７は、関節２６の作動方向に関節２６よりもはるかに柔軟な突起した従動関節３０を含む。関節２６は、キネマティクスを決定するものであり、受部領域２４と足部領域２５との間に所望の可動性を設けることを特徴とする。キネマティクスの撓みに寄与しない力は、この関節２６により支持される。したがって、例えば板ばねとして具現される関節２６は、板ばね平面に対して垂直な軸に関する足部領域２５に対する受部領域２４の水平変位及び傾動を可能にする。その過程で、関節２６は、著しい変形を伴わずに受部領域２４と足部領域２５との間の鉛直力を支持する。これに対して、熱伝導素子２７の従動関節３０は、キネマティクスを妨げないように、キネマティクスを決定する関節２６の可動性及びさらなる柔軟性の両方を有する。この目的で、受部領域２４又は足部領域２５に向けて鉛直方向に従動関節３０に大きな力がかからないように、従動関節３０に鉛直方向のコンプライアンスを与える付加的な水平屈曲片が従動関節３０に加えられている。

図３は、さらに別の接続素子２１の断面を概略的に示す。光学コンポーネントのキネマティクスを決定する関節２６とキネマティクスに影響しない熱伝導素子２７との相違は、熱伝導素子２７が受部領域２４及び足部領域２５における熱伝導素子の取付点２７１、２７２を通る接続直線Ｇに沿って延びないことである。従動関節３０は、関節２６の長手軸に対して斜めに向いた２つの屈曲片からなるので、従動関節３０は、関節２６の長手軸に対して横方向及び平行方向両方にコンプライアンスを有する。この場合、従動関節３０は、関節２６の長手軸に対して横方向にも平行方向にも受部領域２４及び足部領域２５に大きな力を加えない。形成される屈曲点の結果として、熱伝導素子２７は、剛性の高い関節２６に比べて相応に柔軟に形成される。

図４は、接続素子２１のさらに別の構成の断面を概略的に示す。この図４でも、キネマティクスを決定する異なる関節２６、２９とキネマティクスを決定しない熱伝導素子２７との相違が示されている。関節２６、２９は、受部領域２４におけるそれらの取付点２６１、２９１と足部領域２５におけるそれらの取付点２６２、２９２との間に直接接続があることを特徴とする。この場合、関節２９は、剛性を適宜設定するために材料狭窄部を有する。このような関節２６、２９は、それ自体が板ばねとして構成され得る。これに対して、熱伝導素子２７は、受部領域２４における取付点２７１と足部領域２５における取付点２７２との間に直線的な接続がないことを特徴とする。直接の直線的な接続は、従動関節３０の突起により妨げられる。したがって、熱伝導素子２７は、キネマティクスを決定する自由度に関して、ある程度の剛性が作動に必要である関節２６、２９よりもはるかに柔軟である。

図５は、材料狭窄部を有する関節２９を有する接続素子２１のさらに別の構成の断面を概略的に示し、材料狭窄部は、受部領域２４から足部領域２５に至るまでの中央が窄まっている。熱伝導素子２７の従動関節３０は、板ばねとして具現される。水平に延びる板ばね平面は、関節２９の材料狭窄部と交わる。従動関節３０は、板ばね平面内の力の伝達中に材料狭窄部を有する関節２９を支持する。板ばね平面に対して垂直方向の力に関しては、従動関節３０の挙動はやはり柔軟である。

図６は、従動関節３０に増肉中間部３１を有する接続素子２１のさらに別の構成の断面を概略的に示す。これは、１自由度を有する１軸マニピュレータである。これらの増肉中間部３１は、熱伝導素子２７にモノリシックに又は一体的にも組み込まれる。作動方向における熱伝導素子２７の柔軟性は、この場合も中間部３１を囲む２つの従動関節３０から得られる。このような増肉部分は、熱伝導素子２７の放熱を増加させ、キネマティクスに重要でない点において構造に組み込まれる。

図７は、熱伝導素子２７に増肉中間部３１を有する接続素子２１のさらに別の構成の断面を概略的に示す。従動関節３０は板ばねであり、その板ばね平面は、熱伝導素子２７の長手軸に対して垂直に配置される。図６におけるように、マニピュレータは、１自由度を有する１軸マニピュレータである。

図８は、１自由度を有する接続素子のさらに別の構成の断面を概略的に示す。熱伝導素子２７及び関節２６は、この場合はそれらの長手軸がキネマティクスの始点Ｄで交わるような向きである。この場合も、従動関節３０の板ばね平面は、熱伝導素子２７の各長手軸に対して垂直な向きである。

図９は、従動関節３０を有する熱伝導素子２７の代替的な実施形態を示す。受部領域２４に対する上側の取り付けは、熱伝導素子２７の長手軸と平行な向きの板ばね３２として具現される。足部領域２５に対する下側の取り付けは、熱伝導素子２７の長手軸に対して垂直な向きの板ばねを有する従動関節３０により具現される。この配置は、熱伝導素子２５の省スペースだが効率的な運動分離（kinematic decoupling）を表す。

図１０は、共通中間部３１を有する接続素子２１の代替的な実施形態の断面を概略的に示す。可撓性の従動関節３０及び関節２６は、共通中間部３１に接続される。このように、設置空間に熱伝導材料を最適に充填することができ、その結果として受部領域２４から足部領域２５までの熱交換がさらに改善される。

図１１は、付加的なワイヤ状の熱伝導素子３３を有する接続素子２１の代替的な実施形態の断面を概略的に示す。受部領域２４から足部領域２５への放熱のさらなる増加をもたらすために、接続素子２１は、熱導電素子３３として金属細線を有し、熱伝導素子３３は、その一端が受部領域２４に熱伝導的に一体接続され、他端が足部領域２５に熱伝導的に一体接続される。代替として、これらの付加的な熱伝導素子３３は、接合法、例えば溶接、はんだ付け、又は締め付けにより接続することもできる。ワイヤは、丸材又は矩形若しくは正方形の断面を有する材料であり得る。ワイヤは、束又は編組からなり得る。バンドもここでは考えられる。金属ワイヤの直径は、いずれの場合も高い可撓性を有するのに十分なほど小さい。結果として、金属ワイヤは、ミラーの枢動に対して極めて小さな抵抗しか与えない。図示の例では、１軸マニピュレータのみが示されている。しかしながら、ワイヤ状の熱伝導素子の使用は、多軸マニピュレータでの、例えば独国特許出願公開第１０ ２０１３ ２１４ ４０７号明細書におけるような２軸マニピュレータでの使用にも有利であり、上記文献は、本出願人によるものであり、その全体を参照により本明細書に援用する。

図１２は、付加的なワイヤ状熱伝導素子３３及び２自由度を有する接続素子２１の代替的な実施形態の断面を概略的に示す。したがって、２軸マニピュレータが図示の例では示されている。このマニピュレータは、相互に対して垂直に作用すると共に中間部４０を介して相互に接続され且つ受部領域２４と足部領域２５とを接続する、２タイプの関節２６３、２６４からなる。第１関節２６３は、図面の平面に対して垂直な方向の、すなわち図面の平面内にある傾動軸に関する傾動に役立つ。第２関節２６４は、図面の平面内の、すなわち図面の平面に対して垂直な軸に関する傾動に役立つ。２軸マニピュレータでも受部領域２４から足部領域２５への放熱のさらなる増加をもたらすために、接続素子２１は、熱伝導素子３３として金属細線を有し、熱伝導素子３３は、その一端が受部領域２４に熱伝導的且つ一体的又は接合的に接続され、他端が足部領域２５に熱伝導的且つ一体的又は接合的に接続される。金属ワイヤの直径は、この場合も高い可撓性を有するのに十分なほど小さい。結果として、金属ワイヤは、ミラーの枢動に対して極めて小さな抵抗しか与えない。

１ 投影露光装置
２ 光学アセンブリ；視野ファセットミラー
３ 光源
４ 照明光学ユニット
５ 物体視野
６ 物体面
７ レチクル
８ レチクルホルダ
９ 投影光学ユニット
１０ 像視野
１１ 像面
１２ ウェハ
１３ ウェハホルダ
１４ ＥＵＶ放射線
１５ 中間焦点面
１６ 瞳ファセットミラー
１７ 光学アセンブリ
１８ ミラー
１９ ミラー
２０ ミラー
２１ 接続素子
２２ コンポーネント、光学コンポーネント
２３ 支持冷却構造体
２４ 受部領域
２５ 足部領域
２６ 関節、フレクシャ
２６１ 受部領域における関節の取付点
２６２ 足部領域における関節の取付点
２６３ 像面内の軸に関する傾動用の関節
２６４ 像面に対して垂直な軸に関する傾動用の関節
２７ 熱伝導素子
２７１ 受部領域における熱伝導素子の取付点
２７２ 足部領域における熱伝導素子の取付点
２９ 材料狭窄部を有する関節
２９１ 受部領域における関節の取付点
２９２ 足部領域における関節の取付点
３０ 従動関節
３１ 中間部
３２ 板ばね
３３ ワイヤ
４０ 中間部
Ｇ 直線
Ｄ 支点

Claims (7)

1. 半導体リソグラフィ用の投影露光装置（１）であって、該装置の光学コンポーネント（２２）を支持冷却構造体（２３）に接続する接続素子（２１）を備え、該接続素子（２１）は、前記光学コンポーネント（２２）を受ける受部領域（２４）と、投影露光装置（１）の前記支持冷却構造体（２３）に接続する足部領域（２５）とを有し、少なくとも１つの関節（２６）が、前記受部領域（２４）と前記足部領域（２５）との間に配置され、さらに少なくとも１つの熱伝導素子（２７）が、前記受部領域（２４）と前記足部領域（２５）との間に配置される投影露光装置（１）において、
   前記熱伝導素子（２７）は、前記接続素子の前記受部領域（２４）及び前記足部領域（２５）における前記熱伝導素子（２７）の取付点（２７１、２７２）を通る接続直線（Ｇ）に沿って中断される形で形成され、
   前記熱伝導素子（２７）は平坦な傾斜素子として形成されることを特徴とする投影露光装置。
2. 請求項１に記載の投影露光装置（１）において、
   前記関節（２６）はフレクシャであることを特徴とする投影露光装置。
3. 請求項１又は２に記載の投影露光装置（１）において、
   前記関節（２６）及び前記熱伝導素子（２７）は一体的に形成されることを特徴とする投影露光装置。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の投影露光装置（１）において、
   前記熱伝導素子（２７）は、前記接続直線（Ｇ）に対して斜めに延びる部分を有することを特徴とする投影露光装置。
5. 請求項４に記載の投影露光装置（１）において、
   前記熱伝導素子（２７）は、前記接続直線（Ｇ）に対して垂直に延びる部分を有することを特徴とする投影露光装置。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の投影露光装置（１）において、
   前記熱伝導素子（２７）は、少なくとも１つの板ばね状部分に接続された中心部を有することを特徴とする投影露光装置。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の投影露光装置（１）において、
   前記接続素子（２１）は２自由度以上で作動可能であり、
   前記接続素子（２１）は２軸に関する傾動を可能にすることを特徴とする投影露光装置。

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