(57)【要約】【課題】露光装置に付設されている真空関連機器を利用して発熱部の冷却を行なうことができる真空雰囲気下露光装置を提供する。【解決手段】露光装置及び周辺設備の発熱部Ｈの周囲には、冷却ジャケット３１が配置されている。冷却ジャケット３１内は、内壁部３３で内外スペース３４、３６に仕切られており、内壁部３３には自動開閉弁３８ａ、３８ｂが設けられている。この冷却ジャケット３１により、まず内外スペース３４、３６の両方を真空排気して自動開閉弁３８ａ、３８ｂを閉じ、次いで外スペース３６にのみ気体を導入してから自動開閉弁３８ａ、３８ｂを開き、その直後に内外スペース３４、３６の両方を再び真空排気するサイクルが構成でき、よって発熱部Ｈを冷却することができる。【選択図】　　　図２
2004063547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気下で感応基板上にエネルギビームを照射してパターン形成する露光装置であって、
該露光装置及び周辺設備の発熱部の周囲に配置された冷却ジャケットを備え、
該冷却ジャケットの内部スペースに気体を導入・排出し、該気体の断熱膨張作用を利用して前記発熱部を冷却することを特徴とする真空雰囲気下露光装置。
【請求項２】
前記冷却ジャケットの内部スペースが内外２室に仕切られており、
前記内外２室の仕切り部に開閉弁が設けられており、
前記内外室の両方を真空排気して前記開閉弁を閉じ、次いで前記外室にのみ気体を導入してから前記開閉弁を開き、その直後に前記内外室の両方を再び真空排気するサイクルにより、前記発熱部を冷却することを特徴とする請求項１記載の真空雰囲気下露光装置。
【請求項３】
真空雰囲気下で感応基板上にエネルギビームを照射してパターン形成する露光装置であって、
該露光装置及び周辺設備の発熱部の周囲に配置された、前記発熱部からの熱が周囲に伝達しないよう断熱する断熱ジャケットと真空空間とを備えることを特徴とする真空雰囲気下露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空雰囲気下で感応基板（ウェハ等）上にエネルギビームを照射してパターン形成する露光装置に関する。特には、露光装置に付設されている真空関連機器（真空ポンプ等）を利用して発熱部（鏡筒の一部やアクチュエータ等）の冷却を行なうことができる真空雰囲気下露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ＥＢ（電子ビーム）露光装置、あるいは、イオンビームや軟Ｘ線を用いる露光装置は、真空雰囲気下でレチクル等の原版パターンをウェハ等の感応基板上に転写する。この種の露光装置は、レチクル真空チャンバやウェハ真空チャンバ内を真空排気するための真空関連機器（真空ポンプや真空バルブ、排気系統等）を備えている。
【０００３】
ところで、従来の光露光装置は、熱の悪影響（光路における気体のゆらぎ等）を低減するため、光路をカバーで覆ったり、熱を外部に逃がす温空調機器を備えているものが多い。これに対し、現状のＥＢ露光装置は、真空チャンバ内に干渉計光路を配置することで前記のゆらぎ等を低減している。しかしながら、真空チャンバ内外の発熱部（電子鏡筒の一部やアクチュエータ等）からの熱が周囲に伝達すると、真空チャンバを始めとする装置構成要素が熱変形して露光精度に悪影響を与えるおそれがある。一方、熱変形を防ぐために発熱部の冷却システム等を追設すると、装置の複雑化やコスト高を招くためにあまり好ましくない。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、露光装置に付設されている真空関連機器（真空ポンプ等）を利用して発熱部（鏡筒の一部やアクチュエータ等）の冷却を行なうことができる真空雰囲気下露光装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明の第１の真空雰囲気下露光装置は、真空雰囲気下で感応基板上にエネルギビームを照射してパターン形成する露光装置であって、　該露光装置及び周辺設備の発熱部の周囲に配置された冷却ジャケットを備え、　該冷却ジャケットの内部スペースに気体を導入・排出し、該気体の断熱膨張作用を利用して前記発熱部を冷却することを特徴とする。
【０００６】
この露光装置では、露光装置内を真空雰囲気とするための手段（例えば真空ポンプ等の関連機器）を利用して発熱部を冷却することができる。そのため、発熱部からの熱によるゆらぎ等を低減できる。さらに、発熱部の冷却システム等を別個に追設しなくて済むので、装置の複雑化やコスト高を回避できる。
【０００７】
本発明の第１の真空雰囲気下露光装置においては、前記冷却ジャケットの内部スペースが内外２室に仕切られており、　前記内外２室の仕切り部に開閉弁が設けられており、　前記内外室の両方を真空排気して前記開閉弁を閉じ、次いで前記外室にのみ気体を導入してから前記開閉弁を開き、その直後に前記内外室の両方を再び真空排気するサイクルにより、前記発熱部を冷却することができる。
この場合、まず内外室の両方を真空排気することで温度低下が起こり、内部スペース内の発熱体が冷却される。次いで、開閉弁を閉じて内外室を遮断し、外室にのみ気体を導入することで、外室内の圧力が上昇する。そして、開閉弁を開いた直後に内外室の両方を再び真空排気することで温度低下が起こり、内部スペース内の発熱体が冷却される。このとき、室内の温度低下を生じさせる最初の真空排気と２度目の真空排気とが等価となって冷却サイクルを構成する。
【０００８】
本発明の第２の真空雰囲気下露光装置は、真空雰囲気下で感応基板上にエネルギビームを照射してパターン形成する露光装置であって、　該露光装置及び周辺設備の発熱部の周囲に配置された、前記発熱部からの熱が周囲に伝達しないよう断熱する断熱ジャケットと真空空間とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この露光装置では、断熱ジャケットにより発熱部からの伝熱が遮断されて周囲に伝わらないので、露光装置の熱変形を低減できる。これにより、露光のゆらぎ等が起こる可能性も低減できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、図４を参照しつつ、電子線露光装置全体の構成と結像関係の概要について説明する。
図４は、電子線露光装置（分割転写方式の例）の構成を模式的に示す図である。
光学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方には、コンデンサレンズ２及び照明レンズ３が備えられており、電子線は、これらのレンズ２、３を通って、レチクル１０を照明する。
【００１１】
これらのレンズ２、３を主な構成要素とする照明光学系中には、図示されていないが、照明ビーム成形開口やブランキング偏向器、ブランキング開口、照明ビーム偏向器等が配置されている。照明光学系において成形された照明ビームＩＢは、レチクル１０上で順次走査され、照明光学系の視野内にあるレチクル１０の各サブフィールドの照明を行う。
【００１２】
レチクル１０は多数のサブフィールドを有し、移動可能なレチクルステージ１１に載置されている。レチクルステージ１１を光軸垂直面内で移動させることにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるレチクル上の各サブフィールドを照明する。
【００１３】
レチクル１０の下方には第１投影レンズ１５、第２投影レンズ１９、及び、収差補正や像位置調整に用いられる偏向器１６（１６−１〜１６−６）が設けられている。レチクル１０の一つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ１５、１９、偏向器１６によってウェハ（感応基板）２３上の所定の位置に結像される。ウェハ２３上には適当なレジストが塗布されており、レジスト上に電子線のドーズが与えられ、レチクル１０上のパターンが縮小（一例で１／４）されてウェハ２３上に転写される。
【００１４】
レチクル１０とウェハ２３の間を縮小率比で内分する点にクロスオーバーＣ．Ｏ．が形成され、同クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられている。同開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ２３に達しないように遮断する。
【００１５】
ウェハ２３は、静電チャックを介してＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２４上に載置されている。レチクルステージ１１とウェハステージ２４とを互いに逆方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるデバイスパターンの各部を順次露光することができる。
【００１６】
次に、本発明に係る露光装置の冷却ジャケット関連の構成について説明する。
図１は、本発明に係る露光装置に付設された冷却ジャケットの構成を模式的に示す平面図である。
図２（Ａ）〜（Ｄ）は、図１の冷却ジャケットを用いた冷却サイクルを説明するための図である。
図３は、本発明に係る露光装置の全体構成を示す概念図である。
【００１７】
図３に示す露光装置の上部には、照明光学系鏡筒３０が示されている。この照明光学系鏡筒３０内には、前述の電子銃１やコンデンサレンズ２、照明レンズ３（図４参照）等が配置されている。同鏡筒３０内は、図示せぬ真空ポンプで真空排気されている。照明光学系鏡筒３０の周囲には、冷却ジャケット（圧力容器等）３１が配置されている。この冷却ジャケット３１により、電子銃１等が冷却される。
【００１８】
ここで、図１を参照しつつ、冷却ジャケット３１について説明する。
図１に示すように、冷却ジャケット３１は、内壁部３３及びその外側の外壁部３５を有する断面四角形の２重構造をしている。本実施例では断面四角形としたが、他の形状であっても構わない。内外壁部３３、３５及び後述する区画部３７は、例えばセラミックス等の断熱性に富む材料から形成されている。内壁部３３の内側には、内スペース３４が形成されている。内壁部３３は、冷却ジャケット３１内部を内外２室に仕切る役割を果たすとともに、内部の発熱体Ｈ（いまの場合は照明光学系鏡筒３０）の熱を周囲に伝達させない断熱ジャケットの役割も果たす。内外壁部３３、３５間には、外スペース３６が形成されている。内外壁部３３、３５間には、外スペース３６をさらに２室（３６Ａ、３６Ｂ）に区画する２つの区画部３７が設けられている。
【００１９】
内壁部３３には、外スペース３６Ａ、３６Ｂのそれぞれに対応して、２つの自動開閉弁３８ａ、３８ｂが組み込まれている。一方、２つの区画部３７のそれぞれにも、自動開閉弁３９ａ、３９ｂが組み込まれている。さらに、外壁部３５の外スペース３６Ａ側には、給排気管４１が接続されている（図３も併せて参照）。この給排気管４１には、自動開閉弁４２が組み込まれている。給排気管４１は、光学系鏡筒内を真空排気する真空ポンプや、後述する真空チャンバ内を真空排気する真空ポンプ等の、露光装置内を真空雰囲気とするための関連機器に繋がれている。この真空関連機器の作動により、冷却ジャケット３１の内外スペース３４、３６に気体を導入・排出することができる。
【００２０】
冷却ジャケット３１の内スペース３４内には、発熱体Ｈ（いまの場合は照明光学系鏡筒３０）が配置される。発熱体Ｈの外周には、例えば鋼等の高熱伝導率材料からなる壁部３２が設けられている。この壁部３２により、発熱体Ｈの熱が冷却ジャケット３１に伝わり易くなっている。
【００２１】
減圧時（真空排気時）の冷却ジャケット３１内の温度変化について述べる。
冷却ジャケット３１の内外スペース３４、３６内に導入する気体を大気とする。この場合に、空気の断熱変化を考えると次式が成立する：
Ｔ２＝（Ｐ２／Ｐ１）（ｎ−１）／ｎ×Ｔ１、
但し、Ｔ１：冷却ジャケット内の初期温度（絶対温度）、
Ｔ２：冷却ジャケット内の減圧後温度（絶対温度）、
Ｐ１：冷却ジャケット内の初期圧力（絶対圧力）、
Ｐ２：冷却ジャケット内の減圧後圧力（絶対圧力）、
ｎ：ポリトロープ指数（空気の場合ｎ＝１．４）
である。
【００２２】
この式を用いて、冷却ジャケット内の温度変化を求める。
まず、冷却ジャケットの内圧を大気圧（０．１０１３ＭＰａ）から低真空領域圧（１０ｋＰａ）まで減圧した場合は、
冷却ジャケット内の温度が大気圧で２３℃のときは減圧時−１２０℃、
冷却ジャケット内の温度が大気圧で５０℃のときは減圧時−１０６℃、
のような温度低下が起こる。
【００２３】
次に、冷却ジャケット内に圧縮空気を導入して内圧を０．３ＭＰａまで高めておき（初期圧力）、この初期圧力から低真空領域圧（１０ｋＰａ）まで減圧した場合は、
冷却ジャケット内の温度が初期圧力時２３℃のときは減圧時−１６１℃、
冷却ジャケット内の温度が初期圧力時５０℃のときは減圧時−１５０℃、
のような温度低下が起こる。
【００２４】
図３に示すように、冷却ジャケット３１には、前述の給排気管４１及び自動開閉弁４２に加えて、エア配管４３及び自動開閉弁４４が接続されている。エア配管４３は、露光装置の機構系（例えばステージ駆動機構等）で用いられる圧縮空気を冷却ジャケット３１内に導入するための配管である。なお、このエア配管４３を省き、冷却ジャケット３１内に大気を導入するよう構成してもよい。エア配管４３から圧縮空気を導入するよう構成した場合は、大気を導入するよりも差圧が大きいため、冷却ジャケット３１の冷却能力が高まる利点がある。
【００２５】
図３に示すように、照明光学系鏡筒３０の下には、レチクル真空チャンバ５０が配置されている。このレチクル真空チャンバ５０内には、前述のレチクル１０を載置するレチクルステージ１１等が配置されている。同真空チャンバ５０には、チャンバ排気系統５１を介して真空ポンプ５３が接続されている。これらチャンバ排気系統５１及び真空ポンプ５３は、前述の冷却ジャケット３１を真空排気するために用いることができる。なお、図３には図示しないが、レチクル真空チャンバ５０には、レチクルローダー室及びレチクルロードロック室等も接続されている。
【００２６】
レチクル真空チャンバ５０及びレチクルステージ１１は、メインボディ４５上に載っている。このメインボディ４５の中央部には、投影光学系鏡筒６０が支持されている。投影光学系鏡筒６０内には、前述の第１投影レンズ１５や第２投影レンズ１９（図４参照）が配置されている。同鏡筒６０内は、図示せぬ真空ポンプで真空排気されている。
【００２７】
メインボディ４５の下側には、ウェハ真空チャンバ７０が吊り下げられている。このウェハ真空チャンバ７０内には、前述のウェハ２３を載置するウェハステージ２４等が配置されている。ウェハ真空チャンバ７０にも、前述のレチクル真空チャンバ５０と同様に、チャンバ排気系統及び真空ポンプ（図示されず）が接続されている。これらチャンバ排気系統及び真空ポンプは、前述の冷却ジャケット３１を真空排気するための真空関連機器として用いることができる。なお、図３には図示しないが、ウェハ真空チャンバ７０には、ウェハローダー室及びウェハロードロック室等も接続されている。
【００２８】
メインボディ４５は、エアマウント７５を介して、ベースプレート７７を基台とする防振台７８上に載っている。この防振台７８には、エアマウント７５と協調駆動するアクチュエータ７９が内蔵されている。そして、このアクチュエータ７９の内蔵箇所において、防振台７８の周囲には、前述の冷却ジャケット３１（図１参照）と同様の冷却ジャケット３１´が配置されている（図３では左側にのみ示されている）。この冷却ジャケット３１´により、アクチュエータ７９が冷却される。すなわち、図１における発熱体Ｈは、この場合はアクチュエータ７９である。
【００２９】
次に、図２を参照しつつ、冷却ジャケット３１の作用（冷却サイクル）について説明する。
なお、図２においては、図１を用いて前述した自動開閉弁３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂ及び４２について、“開”の状態にある弁を白抜きで示し、“閉”の状態にある弁を黒塗りで示す。また、内外スペース３４、３６に気体が導入されている部分を点々で示し、気体が排出されている（真空引きされている）部分を白抜きで示す。
なお、図２中の発熱体Ｈは、前述の照明光学系鏡筒３０やアクチュエータ７９等である。
【００３０】
冷却ジャケット３１を用いた発熱体Ｈの冷却は、次の通りに行う。
まず、図２（Ａ）に示すように、内壁部３３、外壁部３５及び給排気管４１の全ての自動開閉弁３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂ及び４２を開とし、給排気管４１から冷却ジャケット３１内に大気を導入する。自動開閉弁は全て開となっているので、冷却ジャケット３１の内外スペース３４、３６は連通しており、これら双方に大気が導入される。このときの内圧は、１００ｋＰａ程度である。
なお、前述のエア配管４３及び自動開閉弁４４を設けた場合は、大気の代わりに圧縮空気を導入することができる。
【００３１】
次いで、図２（Ｂ）に示すように、冷却ジャケット３１内を５０ｋＰａ程度に真空排気し、給排気管４１の自動開閉弁４２のみを閉とする。冷却ジャケット３１内の真空排気は、前述の通り、露光装置の真空関連機器の作動によって行われる。この真空排気によって、冷却ジャケット３１の内外スペース３４、３６内に温度低下が起こり、内スペース３４内の発熱体Ｈが壁部３２を介して冷却される。
【００３２】
次いで、図２（Ｃ）に示すように、給排気管４１の自動開閉弁４２を閉としたままの状態で、内壁部３３の自動開閉弁３８ａ、３８ｂを閉とする。これで、冷却ジャケット３１内の内スペース３４と外スペース３６とが遮断され、それぞれ独立した空間となる。
【００３３】
次いで、図２（Ｄ）に示すように、内壁部３３の自動開閉弁３８ａ、３８ｂを閉としたままの状態で、給排気管４１の自動開閉弁４２を開とする。すると、冷却ジャケット３１内において、外スペース３６のみが大気開放されて内圧が上昇する。このとき、内スペース３４の内圧は５０ｋＰａ程度で、外スペース３６の内圧は１００ｋＰａ程度となり、差圧によって外スペース３６内の温度が上昇する。しかし、内外スペース３４、３６は、セラミックス等の断熱材からなる内壁部３３で仕切られているため、上昇した温度の発熱体Ｈへの熱移動は小さい。
【００３４】
次いで、この操作の直後に内壁部３３の自動開閉弁３８ａ、３８ｂを開とし、内外スペース３４、３６を連通させて内外スペースを５０ｋＰａ程度に真空排気した後、給排気管４１の自動開閉弁４２を閉とする。この状態は、前述した図２（Ｂ）の状態である。この際の真空排気によって、冷却ジャケット３１の内外スペース３４、３６内に温度低下が起こり、内スペース３４内の発熱体Ｈが壁部３２を介して冷却される。そして、前述の最初の真空排気と、今回の２度目の真空排気とが等価となって、発熱体Ｈの冷却サイクルを構成する。
【００３５】
【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、露光装置に付設されている真空関連機器（真空ポンプ等）を利用して発熱部（鏡筒の一部やアクチュエータ等）の冷却を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る露光装置に付設された冷却ジャケットの構成を模式的に示す平面図である。
【図２】図１の冷却ジャケットを用いた冷却サイクルを説明するための図である。
【図３】本発明に係る露光装置の全体構成を示す概念図である。
【図４】電子線露光装置（分割転写方式の例）の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０　レチクル　　　　　　　　　　　　２３　ウェハ
３０　照明光学系鏡筒　　　　　　　　　３１、３１´　冷却ジャケット
３２　壁部　　　　　　　　　　　　　　３３　内壁部
３４　内スペース　　　　　　　　　　　３５　外壁部
３６（３６Ａ、３６Ｂ）　外スペース　　３７　区画部
３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂ、４２、４４　自動開閉弁
４１　給排気管　　　　　　　　　　　　４３　エア配管
４５　メインボディ　　　　　　　　　　５０　レチクル真空チャンバ
５１　チャンバ排気系統　　　　　　　　５３　真空ポンプ
６０　投影光学系鏡筒　　　　　　　　　７０　ウェハ真空チャンバ
７５　エアマウント　　　　　　　　　　７７　ベースプレート
７８　防振台　　　　　　　　　　　　　７９　アクチュエータ
Ｈ　発熱体
【図１】
2004063547.tif 000003
【図２】
2004063547.tif 000004
【図３】
2004063547.tif 000005
【図４】
2004063547.tif 000006