(57)【要約】【課題】半導体液晶露光装置から発生する熱を利用したクリーンルーム（５０）の温調システムを提供する。【解決手段】本発明の温調システムは、気体冷却部（３２）と、気体加熱部（６０）と、略密閉された作業空間（５６）を含む気体循環路を有し、気体冷却部（３２）及び気体加熱部（６０又は６１）を経て所定温度に温調された第一気体（Ａ１）を作業空間に供給し、且つ第一気体（Ａ１）を回収する。そして、作業空間（５６）に配置された発熱体（１０１）と、発熱体からの排熱（Ａ２）を気体加熱部に導く排熱導管（５１）と、を備える。【選択図】図１
2007155209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体冷却部と、気体加熱部と、略密閉された作業空間を含む気体循環路とを有し、
前記気体冷却部及び前記気体加熱部を経て所定温度に温調された第一気体を前記作業空間に供給し、且つ該第一気体を回収する温調システムにおいて、
前記作業空間に配置された発熱体と、
前記発熱体からの排熱を前記気体加熱部に導く排熱導管と、
を備えることを特徴とする温調システム。
【請求項２】
前記排熱導管は、前記発熱体から排出される第二気体を送気する送気管であって、
前記気体加熱部が、前記気体冷却部を経て冷却された前記第一気体と前記第二気体とを混合する気体混合部を含むことを特徴とする請求項１に記載の温調システム。
【請求項３】
前記気体加熱部は、前記気体冷却部を経て冷却された前記第一気体を前記発熱体の排熱により加熱する熱交換器を含むことを特徴とする請求項１に記載の温調システム。
【請求項４】
前記作業空間に導入する直前の前記第一気体の温度を計測する温度センサと、
前記排熱導管を介して送られる前記発熱体の排熱量を調整する排熱量調整部と、
前記温度センサの計測情報に基づいて前記排熱量調整部を制御する制御部と
を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の温調システム。
【請求項５】
前記気体加熱部の下流かつ前記作業空間の上流の前記気体循環路において、前記第一気体を加熱する補助ヒータを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の温調システム。
【請求項６】
前記発熱体は、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光基板上に転写露光する露光装置であり、
前記作業空間は、洗浄度及び温度が略一定に維持されたクリーンルームであることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の温調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に半導体工場、液晶工場等のクリーンルームに好適な温調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造プロセスをはじめとした精密加工プロセスにおいて、精密加工装置は年間を通じて安定した運転状態を維持し、また停止状態においても装置自身の精度を維持するために安定した環境下におかれる必要がある。このため、精密加工装置、たとえば半導体・液晶露光装置は、ホコリが少なく温度制御がされたクリーンルームに配置されている。外気は、高温多湿の夏期や乾燥した寒い冬季などで大きく変化する。このため、チリ・ホコリなどを除去する作業に加え、エアコンディショナーにより外気を冷却除湿したり加熱加湿したりしてクリーンルーム内に導入している。
【０００３】
クリーンルーム内は夏季及び冬季を問わず所定温度にする必要があるため、夏季であっては、クリーンルーム内を循環した外気を一旦所定温度より低い温度まで冷却し、さらに所定温度になるようにエアコンディショナーで加熱している。特に冬季にあっては、取り込む外気が非常に冷たいのでエアコンディショナーで加熱する熱量が大きくなり電力消費が増大する。
【特許文献１】特開２００５−０６１６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来のエアコンディショナーでは、半導体・液晶露光装置の発熱なども考慮して容量も決めなければならず、半導体・液晶露光装置の高精度化、高生産性化に伴い、大きな容量が必要となり、装置コストおよび運転コストが増大するという問題がある。
また、半導体・液晶露光装置などが駆動されることによって生じた熱は、そのまま外部環境に排出しているので地球温暖化の観点からも好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る温調システムは、気体冷却部（３２）と、気体加熱部（６０）と、略密閉された作業空間（５６）を含む気体循環路を有し、気体冷却部及び気体加熱部を経て所定温度に温調された第一気体（Ａ１）を作業空間に供給し、且つ第一気体（Ａ１）を回収する。そして、作業空間（５６）に配置された発熱体（１０１）と、発熱体からの排熱（Ａ２）を気体加熱部に導く排熱導管（５１）と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、エアコンディショナーで循環空気を加熱する必要がなくなり電力消費を抑え、また、発熱体からの排熱を外部に直接排出せず、一部又はすべての熱を利用してから外部環境に排出することができる。循環空気を加熱する必要がある場合でも、発熱体の排熱を利用してある程度暖められているのでエアコンディショナーの容量を小さくすることができる。このため環境保護又は電力消費の削減の観点で有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の最良な実施形態に係る温調システムを説明する。
（第一実施形態の構成）
【０００８】
図１は、第一実施形態に係る温調システムのシステム構成図である。
略密閉されたクリーンルーム５０内は、空気中におけるチリ・ホコリ（浮遊物質）を一定のレベルまで排除した空間を作り出している。また、クリーンルーム５０内は半導体又は液晶などの製造に適した所定湿度及び所定温度に維持する必要がある。
【０００９】
そのため、クリーンルーム５０の天井には、チリなどが除去され所定温度及び湿度に調整された第一気体である空気Ａ１が循環するように天井空間５５が設けられている。天井空間５５からは、複数の吹出し口から作業空間５６へ循環空気Ａ１が吹出している。いわゆる天井から床面に送風するダウンフローと呼ばれる空調である。さらに、クリーンルーム５０の床下には、作業空間５６を経由した循環空気Ａ１を排出するための床下空間５７が設けられ、通気性のあるグレーチング床からなる床面から循環空気Ａ１を吸入している。
【００１０】
クリーンルーム５０の外部には、床下空間５７から天井空間５５へ循環空気Ａ１を導く導管５９が形成されている。すなわち、天井空間５５、作業空間５６、床下空間５７及び導管５９で気体循環路を形成している。導管５９に設けられたファン２４は、図１の作業空間５６などに描かれた矢印が示す方向に空気を循環させる。
【００１１】
図１ではファン２４が床下空間５７と冷却器３２との間に配置されているが、気体循環路内であればどこに配置してもよい。クリーンルーム５０の外部に配置された導管５９には、床下空間５７から天井空間５５へかけて、冷却器３２、気体混合部６０、補助ヒータ２８、加湿用シャワー部３６およびＨＥＰＡフィルタＦ２が配置されている。なお、ＨＥＰＡフィルタＦ２については、クリーンルーム５０の天井空間５５に配置してもよい。
【００１２】
作業空間５６内には、半導体露光装置１０１、フォトレジスト塗布現像装置、マスクを描画する電子ビーム露光装置及び洗浄装置などが配置される。これらの装置は温湿度管理が重要であるので、一般にチャンバと呼ばれる隔壁で覆われ、ほぼ密封した空間内に配置されている。図１において、チャンバ１０及びチャンバ１１内には半導体露光装置１０１が、チャンバ１２内にはフォトレジスト塗布現像装置がそれぞれ配置されている。
【００１３】
半導体露光装置１０１は、投影レンズ１０６を介してマスクＲに形成されたパターンをウエハ基板Ｗに転写露光する。マスクＲとウエハ基板Ｗを移動させる駆動モータ１０２は、制御基板１０５によって制御される。駆動モータ１０２および制御基板１０５は、かなりの熱量を発している。また、半導体露光装置１０１は、昼夜休みなく稼動しているので、駆動モータ１０２および制御基板１０５から昼夜を問わず熱が発生している。
なお、半導体製造メーカによっては、チャンバ１０のように制御基板１０５を半導体露光装置の横に隣接した配置することもあり、またチャンバ１１のように制御基板１０５を半導体露光装置の下側（床下空間５７）に隣接した配置することもある。
【００１４】
チャンバ１０ないしチャンバ１２は、それぞれが個別に温調器（不図示）を有しており、クリーンルーム５０内の空気を取り込み、所定温湿度にして、駆動モータ１０２および制御基板１０５などに送風している。
本実施形態では、チャンバ１０ないしチャンバ１２の天井側に排熱導管５１が取り付けられている。排熱導管５１とチャンバ１０との間にはチャンバ１０内の暖められた第二気体である空気Ａ２を強制排出するための第一ファン１５が取り付けられ、排熱導管５１とチャンバ１１との間には第二ファン１６、排熱導管５１とチャンバ１２との間には第三ファン１７が取り付けられている。
【００１５】
例えば、クリーンルーム５０内に送風される空気A１の温度が２３．０°Ｃであった場合、駆動モータ１０２および制御基板１０５の熱により、排熱導管５１に導かれる空気Ａ２の温度は例えば３０°Ｃ以上に達する。排熱導管５１の下流には、チリ（浮遊物質）を除去するフィルタＦ１が配置されている。また、排熱導管５１内の空気Ａ２を強制排出するように、風量が調整できる可変風量ファン２２が排熱導管５１に取り付けられている。
【００１６】
クリーンルーム５０外の導管５９には、上流側から冷却器３２、気体混合部６０、補助ヒータ２８、および加湿用シャワー部３６が配置されている。また、冷却器３２の上流側の導管５９には、外気を取り込む外気口６２が設けられている。外気口６２の下流には、循環空気A１と外気とが混ざった空気の温度を測定する第一温度計Ｔ１が配置される。冷却器３２は、冷却媒体弁３４を介して冷却塔からの冷媒の供給を受け、循環空気A1及び外気を冷媒と熱交換することによって冷却する。
【００１７】
このように冷却された循環空気A1及び外気は、気体混合部６０（気体加熱部）へ導かれる。気体混合部６０は、排熱導管５１と接続されており、複数のチャンバ１０〜１２から排出された空気Ａ２と循環空気Ａ１及び外気とを混合する。排熱導管５１と気体混合部６０との間には、排熱導管５１から気体混合部６０へ導入される空気Ａ２の温度を測定する第二温度計Ｔ２が配置され、また、排熱導管５１から気体混合部６０へ導入される空気Ａ２の量を調整する可変調整弁２６が配置される。
【００１８】
気体混合部６０の下流側には、補助ヒータ２８が配置され、空気が気体混合部６０で所定温度まで暖められなかった場合には所定温度まで空気を暖める。通常運転中に補助ヒータ２８を作動させる必要はないが、半導体露光装置１０１の運転始動時などでは、排熱導管５１から導入される空気温度が低い場合がある。この場合には補助ヒータ２８が空気を所定温度まで暖める。また、外気が非常に冷たい冬季などにも補助ヒータ２８を作動させる場合がある。
【００１９】
加湿用シャワー部３６は、蒸気・水を貯留する貯留槽から水量弁３８を介して、循環空気Ａ１に蒸気・水を噴霧して所定湿度に加湿する。天井空間５５又は導管５９の最下流には、クリーンルーム５０内へ導入される空気の温度が所定温度に達しているか否かを測定する第三温度計Ｔ３が配置される。
【００２０】
制御部１００には、第一温度計Ｔ１ないし第三温度計Ｔ３が接続され、この測定値が入力される。また制御部１００には、冷却器３２の冷却を調整する冷却媒体弁３４、導管５９の空気流量を調整するファン２４、排熱導管５１から導入される空気Ａ２の量を調整する可変風量ファン２２及び調整弁２６、補助ヒータ２８ならびに温加湿用シャワー部３６の水量弁３８がそれぞれ接続されている。
【００２１】
（第一実施形態の動作）
次に、クリーンルーム５０内を２３°Cプラスマイナス０．１°Cに調整するための温調システムの動作について説明する。
【００２２】
作業空間５６を経て床下空間５７から導管５９に導入される循環空気A1は、作業者又はチャンバ１０ないしチャンバ１２外に配置された装置の熱によって、例えば２４°Ｃになっているとする。一方、外気口６２から導管５９に導入される空気は、冬季もしくは夏季によって又は日中もしくは夜間によって大きく変動する。夏季の日中であると仮定し、例えば３５°Ｃの外気が取り込まれるとする。
【００２３】
この結果、第一温度計Ｔ１では、床下空間５７からの循環空気Ａ１と外気とが混ざり合って、例えば２８°Ｃの空気になっている。この２８°Ｃの空気は、冷却器３２に導入され冷却される。クリーンルーム５０内を２３°Cにすることが目標であるから、冷却器３２は、冷却器３２の下流の導管５９において、目標温度である２３°Cよりも低い例えば２２．０°Ｃまで冷やすように制御する。具体的には、冷却器３２に流れる冷媒の量を調整すべく、制御部１００により冷却媒体弁３４が制御される。
【００２４】
一方、冬季の夜間であると仮定し、例えば５°Ｃの外気が取り込まれるとすると、第一温度計Ｔ１では、床下空間５７からの循環空気Ａ１と外気とが混ざり合って、例えば１９°Ｃの空気になっている。この１９°Ｃの空気は、目標温度よりも低いので冷却器３２で冷却する必要はない。
【００２５】
ここで、排熱導管５１から導入される空気Ａ２の温度が、半導体露光装置１０１内の駆動モータ１０２および制御基板１０５の熱により、第二温度計Ｔ２で計測すると３０°Ｃになっているとする。気体混合部６０は、冷却器３２の下流の導管５９に流れる循環空気Ａ１と排熱導管５１から導入される空気Ａ２とを所定の割合で混同して、第三温度計Ｔ３で計測される温度を２３．０°Cにする。具体的には、制御部１００により可変風量ファン２２及び可変流量弁２６を制御して、気体混合部６０に入る空気Ａ２の量を調整する。なお、気体混合部６０で使用されなかった排熱導管５１から導入される空気Ａ２は、使われずに不図示の排気口を通じて外部へ放出される。
【００２６】
一方、冬季など外気が非常に低い場合、もしくは半導体露光装置１０１の運転始動時など、排熱導管５１から導入される空気Ａ２をすべて混合しても気体混合部６０で２３．０°Cの空気に上昇できない際には、補助ヒータ２８を作動し、２３．０°Cの循環空気Ａ１にする。その後、加湿用シャワー部３６で循環空気Ａ１を所定湿度まで加湿し、ＨＥＰＡフィルタＦ２でチリなどを除去した後、作業空間５６に循環空気Ａ１が送風される。
【００２７】
制御部１００は、具体的には、比例、積分及び微分動作を持つ制御器を使ったＰＩＤ制御、又はメンバシップ関数及びファジィルールを定義して人間の持つあいまいさを評価に入れるファジイ制御を使用して循環空気Ａ１の温度制御を行う。温度計Ｔ３による計測結果を２３．０°Cにするように、温度計Ｔ１ないし温度計Ｔ３を常時計測し、その計測結果に基づいて低温媒体及び高温媒体の流量を調整すべく、可変風量ファン２２、ファン２４、可変流量弁２６、補助ヒータ２８及び冷却媒体弁３４を制御する。この場合、可変流量弁２６は補助ヒータ２８の出力が極力小さくなるように制御するのが好ましい。これにより効率的な省電力を実現することができる。また、外気口６２に可変流量弁を設け、季節によって外気取入量を調整してもよい。たとえば、夏季は風量が不足しない範囲で外気取入量を少なくするのが望ましい。
【００２８】
このように、第一実施形態の温調システムでは、気体混合部６０で排熱導管５１から導入される空気Ａ２を使って循環空気Ａ１の温度を上げるので、従来必要であったエアコンディショナーによる循環空気の加熱が不要となり、あるいは加熱量を減少させて、電力消費を抑えることができる。また、半導体露光装置１０１からの排熱を外部にすべて外部環境に排出せず、一部又はすべてを再利用しているので、環境保護の観点からも好ましいシステムである。
【００２９】
（第二実施形態の構成及びの動作）
図２は、第二実施形態に係る温調システムのシステム構成図である。
第二実施形態の温調システムは、気体混合部６０の代わりに熱交換器６１を使用している点で上述した第一実施形態の温調システムとは異なる。以下、第一実施形態と異なる点を説明する。
【００３０】
第一実施形態の気体混合部６０と同じ位置に、熱交換器６１が配置される。すなわち、熱交換器６１には、導管５９の冷却器３２の下流側、補助ヒータ２８の上流側に配置され、排熱導管５１と接続される。この熱交換器６１は、ステンレスなどの熱伝導率の高い金属で構成され、熱交換器６１内の伝熱プレートには、種々の突起や溝を設けて強度と表面積を増やしてある。また、波形状の突起を設けて気体の渦流を起こさせ、高い伝熱係数を得ている。
なお、第二実施形態では、排熱導管５１と熱交換器６１との間には、チリを除去するフィルタＦ１が配置されていない。後述するように、熱を奪った後の空気自体は、外部に排出され、循環空気として使用されることがないからである。
【００３１】
次に、第一実施形態と同様にクリーンルーム５０内を２３°Cプラスマイナス０．１°Cに調整するための温調システムの動作について説明する。
ここで、排熱導管５１から導入される空気Ａ２の温度（第二温度計Ｔ２の測定温度）が、半導体露光装置１０１内の駆動モータ１０２および制御基板１０５の熱により、例えば３０°Ｃになっているとする。熱交換器６１は、冷却器３２の下流の導管５９に流れる循環空気Ａ１と排熱導管５１から導入される空気Ａ２の熱とを熱交換する。冷却器３２で冷やされた循環空気Ａ１は、制御部１００により可変風量ファン２２及び可変流量弁２６が制御されることにより、熱交換器６１で２３．０°Ｃに加熱され、熱が奪われて冷やされた空気はすべて外部へ排出される。
【００３２】
制御部１００は、第一実施形態で説明したように、ＰＩＤ制御、又はファジイ制御を使用して循環空気Ａ１の温度制御を行う。具体的には、温度計Ｔ３による計測結果を２３．０°Cにするように、温度計Ｔ１ないし温度計Ｔ３を常時計測し、その計測結果に基づいて低温媒体及び高温媒体の流量を調整すべく、可変風量ファン２２、ファン２４、可変流量弁２６、補助ヒータ２８及び冷却媒体弁３４を制御する。
【００３３】
このように、第二実施形態の温調システムでは、熱交換器６１で排熱導管５１から導入される空気Ａ２の熱を使って循環空気Ａ１の温度を上げるので、従来必要であったエアコンディショナーによる循環空気の加熱が不要となり電力消費を抑えることができる。また、半導体露光装置１０１からの排熱を奪ってから外部に排出しているので、環境保護の観点からも好ましいシステムである。
【００３４】
（デバイス製造方法）
最後に、上記半導体製造装置１０１を用いたデバイス製造方法について説明する。
半導体製造装置１０１は、以下のような工程を経て、クリーンルーム５０内で半導体素子を製造する。すなわち、半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図３に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスクＲを製作するステップ２０２、シリコン材料からウエハ基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりマスクＲのパターンをウエハ基板に露光するリソグラフィ（露光処理）ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【００３５】
なお、第一及び第二実施形態とも装置全体を覆うチャンバから排熱導管５１を導いていたが、本発明は、このような実施形態に限定されない。特に駆動モータ１０２および制御基板１０５からの発熱が大きいので、駆動モータ１０２および制御基板１０５のみを覆うチャンバを用意し、駆動モータ１０２および制御基板１０５から直接導く排熱導管５１を用意してもよい。このような場合には、空気流量にもよるが４０°Ｃ以上に暖められた空気になる。
【００３６】
また、第一及び第二実施形態では、複数のチャンバから一本の排熱導管５１に合流させてから、空気を気体混合部６０又は熱交換器６１に供給したが、チャンバ毎に排熱導管５１を用意してもよいことは勿論である。
本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な変更を加えることができることは、当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第一実施形態に係る温調システムのシステム構成図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る温調システムのシステム構成図である。
【図３】本発明の実施形態における露光装置を利用したデバイスの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００３８】
２４  ……  ファン
２８  ……  補助ヒータ
３２  ……  冷却器
３６  ……  加湿用シャワー部
５０  ……  クリーンルーム
５５  ……  天井空間
５７  ……  床下空間
６０  ……  気体混合部
６１  ……  熱交換器
６２  ……  外気口
１０１  ……  露光装置
１０２  ……  駆動モータ
１０５  ……  制御基板
１０６  ……  投影レンズ
Ａ１  ……  循環空気
Ａ２  ……  排熱を含む空気
Ｆ１  ……  フィルタ
Ｆ２  ……  ＨＥＰＡフィルタ
Ｔ１〜Ｔ３  ……  温度計
【図１】
2007155209.tif 000003
【図２】
2007155209.tif 000004
【図３】
2007155209.tif 000005