(57)【要約】【課題】冷却機およびヒータの容量を大きくすることなく、チャンバ内の発熱部の温度を応答性よく調整する露光装置を提供する。 【解決手段】  原版のパターンを基板に投影転写する露光装置であって、チャンバ１２内の空気を対流させることにより前記チャンバ１２内の発熱部であるステージ用モータ発熱部８とレーザ発熱部９の温度を調整する第１の空調システムと、圧縮された空気を開放し、前記発熱部であるステージ用モータ発熱部８とレーザ発熱部９の近傍に導かれることにより前記発熱部であるステージ用モータ発熱部８とレーザ発熱部９の温度を調整する第２の空調システム１００，１００ａと、を有する。【選択図】図１
2009094173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版のパターンを基板に投影転写する露光装置であって、
チャンバ内の空気を対流させることにより前記チャンバ内の発熱部の温度を調整する第１の空調システムと、
圧縮された空気を開放し、前記発熱部の近傍に導かれることにより前記発熱部の温度を調整する第２の空調システムと、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記第２の空調システムにおいて前記空気は、ポンプまたはコンプレッサによりタンクに圧縮され封入されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記第２の空調システムにおいて前記空気は、前記露光装置が設置される工場設備において供給される空気が圧縮され封入されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記タンク内に温度センサ、温調ヒータおよび空気攪拌機の少なくともいずれか１つを備え、
コントローラにて前記タンク内の前記圧縮された空気の温度を調整し、モニターすることを特徴とする請求項２または３記載の露光装置。
【請求項５】
前記タンク内に圧力センサおよびリリーフバルブの少なくともいずれか１つを備え、
コントローラにて前記タンク内の前記圧縮された空気の圧力を調整し、モニターすることを特徴とする請求項２または３記載の露光装置。
【請求項６】
前記タンクは、前記圧縮された空気が開放されるときに吹き出される吹き出し部に流量調整バルブを備え、
前記開放される空気の流量を調整することを特徴とする請求項２または３記載の露光装置。
【請求項７】
前記開放される空気が熱処理を施す空調空間を所定の温度にするように、前記タンク内の温度、圧力および前記開放される空気の流量の少なくともいずれか１つを制御することを特徴とする請求項２または３記載の露光装置。
【請求項８】
前記空調空間に熱影響を与える前記発熱部の発熱情報を基に、前記開放される空気の前記熱処理を制御することを特徴とする請求項７記載の露光装置。
【請求項９】
前記ポンプあるいは前記コンプレッサにより前記空気を圧縮し封入する時の断熱収縮熱を、前記第１の空調システムにより対流される前記空気の加熱に用いることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の露光装置を用いてウェハを露光する工程と、
前記ウェハを現像する工程と、を備えることを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を用いて温度調整を行う空調システムを有する露光装置およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造に用いられる半導体露光装置においては、空調システムに高い応答性が求められる。
感光基板であるウェハが載置されるステージの正確な位置決めや駆動制御にはレーザ干渉計が用いられ、この干渉計はレーザの干渉現象を利用するものである。
具体的には、測長用レーザ出射部と、そのレーザの反射する被測長物との間における測長用レーザの波長などの変化情報から、被測長物の位置情報を計測する。
空間におけるレーザの波長は、レーザの通過する空間の屈折率により変化し、この屈折率は温度、湿度，圧力の関数である。つまりレーザ波長はレーザの通過する空間の温度により変化する。
１時間に百数枚、１枚に数百ショットの露光動作を行う半導体露光装置においては、干渉計のレーザ光路の空間に数秒あるいはそれ以下の高応答の空調が要求される。
また、ウェハの感光にも露光用レーザが用いられ、歪みのない露光を行うために露光用レーザの光路の空間にも同様な高応答の空調が求められている。
半導体露光装置は、前記ステージなどの駆動系、センサ系、前記レーザ、温調機器、および、それら全ての電源、制御系など様々な発熱源を有するが、この発熱源から漏れ出す熱が、露光装置内の空気温度を乱すことを防止する必要がある。
露光動作により各部の発熱量は変化するため、発熱量の変化に対する高応答の空調が重要になり、空調の応答が遅れると、前述のようなステージ測長誤差、露光像の歪みを引き起こす。
また、空気の熱伝達により周辺物体を熱変形させ、さらなる弊害をもたらす恐れがあるため、半導体露光装置にはチャンバが設けられ、チャンバの内部が温度調整される。
【０００３】
図５を参照して、従来例の空調システムを有する半導体露光装置を説明する。
投影光学系１は露光用レーザ２を出射し、感光ウェハ３は駆動ステージ４に保持され、駆動ステージ４はステージ用モータ発熱部８により駆動され、駆動ステージ４は、レーザ干渉計５より出射される測長用レーザ６の情報にて測長される。
発熱による露光用レーザ２の光路、測長用レーザ６の光路空間の温度が乱れないように、また、空気の熱伝達による周辺物の熱変形を防ぐために、ステージ用モータ発熱部８は冷却パッド７にて、レーザ発熱部９は部分空調１０にて局所的に温調される。
ここで、局所的な温調で取りきれない熱や、局所的な温調の施されていない発熱体があることから、露光装置をチャンバ１２で覆いその内部領域全体を全体空調１１にて温調する。
温調空気は、ファン１３によりチャンバ１２から吸い出され、その際、冷却機１４にて一旦、冷却され、その後、適切に分岐され、それぞれの系統において温度センサ１５が所定値となるようにヒータ１６の出力がコントローラ１７にて制御される。
ここで、温調空気を一旦、冷却機１４にて冷やしてからヒータ１６で温める理由は、発熱体の発熱量変化に高速に応答するためで、温調空気の温度を下げたい時、冷却機１４の冷却力のアップよりもヒータ１６の通電ダウンの方が応答性に優れるからである。
また、特開２００３−１３３２１１号公報にて、半導体露光装置において、簡単な制御により温度変化を効率的に抑制し、温調性能の安定化を図ることで装置の焼付け性能の精度を上げるデバイス製造装置およびその温調制御方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１３３２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヒータ１６の出力の増減により温調空気の冷却力を調整するという上記の従来例は、高応答性の温調のためには、冷却機および温調ヒータを発熱体のピーク発熱量と同等以上の容量にする必要があり、装置の大型化を招く。
また、発熱体が発熱していない時でも急な発熱に素早く応答するために、空気を冷却機で一旦、冷却し、ヒータで温めておかなければならず、冷却のためのエネルギーとヒーティングのためのエネルギーを浪費する。
仮に発熱体の発熱が少ない時に冷却機の冷却量を弱めた場合、いざ発熱体が発熱を始めた時に冷却機が必要な冷却量を得るまでに長い時間がかかる。
さらに、ヒータの通電量の変化開始から実際にヒータ線が温度変化し、さらに、空気に熱伝達するまでにも相応の時間がかかり、より高速な応答が求められつつある状況においては問題となってくる。
また、ヒータを高応答にするためにヒータ線の表面積を拡大するとヒータが大型化し、  大型のヒータは空気吹き出し部の近傍に設置することが困難となり、ヒータと制御用温度センサの位置が離れる程、温調空気の制御性が応答性、精度共に低下する。
そこで、本発明は、冷却機およびヒータの容量を大きくすることなく、チャンバ内の発熱部の温度を応答性よく調整する露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明は、原版のパターンを基板に投影転写する露光装置であって、チャンバ内の空気を対流させることにより前記チャンバ内の発熱部の温度を調整する第１の空調システムと、圧縮された空気を開放し、前記発熱部の近傍に導かれることにより前記発熱部の温度を調整する第２の空調システムと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、冷却機およびヒータの容量を大きくすることなく、チャンバ内の発熱部の温度を応答性よく調整する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００８】
本発明の実施例１は、圧縮された空気を断熱膨張させた時に、その空気の温度が降下することを利用し、応答性よく冷却する。
また、定常発熱分を従来例のように対流する空気により温調する。
カルノーサイクルによると、温度Thigh，圧力phighの圧縮された空気を断熱膨張させた時の空気の温度をTlow，圧力をplowとすると次式１の関係が成り立つ。
【０００９】
【数１】
2009094173.tif 000003
ここで、kは比熱比Cp/CVを示し，空気では一般的に１．４という値が用いられる。
ここで、１０倍に圧縮された空気（すなわりplow/phigh=０．１）を、摂氏１００℃（すなわちThigh=３７３Ｋ）に温調し、開放し断熱膨張させた時、圧縮状態から開放された空気の温度Tlowは次式２になる。
【００１０】
【数２】
2009094173.tif 000004
【００１１】
すなわち、圧縮された状態から開放された空気は１９３Ｋ＝−８０℃もの低温となる。
続いて低温空気の熱処理能力を概算する。
ここで、１００Ｌ（＝０．１ｍ３）のバッファタンクに前述のように空気を１０倍で圧縮し１００℃に温調する。
次に、２０℃のチャンバの空間に向け、２分間かけてタンク内の空気を全て開放する。
この時、開放された空気の風量はタンクの容積の１０倍１．０ｍ３を２分で割った０．５ｍ３／ｍｉｎとなる。  
この開放された空気とチャンバ空間の温度差は２０−(−８０)＝１００℃である。
すなわち、チャンバ空間に与えられる冷却量Ｑ[Ｗ]は次式３になる。
【００１２】
【数３】
2009094173.tif 000005
このように上記の圧縮された空気が開放されることにより、約１０００Ｗの冷却効果を２分間得られる。
【００１３】
図１を参照して、さらに、本発明の実施例１を説明する。
本実施例１は、原版のパターンを基板であるウェハ３に投影転写する露光装置で、図５の従来例の対流空気方式の第１の空調システムに、さらに、圧縮空気を開放する方式の第２の空調システム１００を設ける。
第１の空調システムは、対流空気方式であり、ファン１３、冷却器１４などから成り、全体空調１１がなされ、チャンバ１２内の空気を対流させる。
これによりチャンバ１１内の発熱部であるステージ用モータ発熱部８およびレーザ発熱部９の温度を調整する。
第２の空調システム１００は、圧縮された空気を開放し、発熱部であるステージ用モータ発熱部８およびレーザ発熱部９の近傍に導かれることによりステージ用モータ発熱部８およびレーザ発熱部９の温度を調整する。
第２の空調システム１００は、タンク１０１、コンプレッサ１０２、配管１０３、流量調整バルブ１０４、温度センサ１０５、温度センサ１０６、ヒータ１０７、攪拌機１０８、コントローラ１０９、圧力計１１０およびリリーフバルブ１１１から成る。
空気はコンプレッサ１０２によりタンク１０１に圧縮され封入され、この断熱圧縮により高温になった空気は、タンク１０１と周辺雰囲気の温度差から効率よく周辺雰囲気の温度と同一になる。
空気は、コンプレッサ１０２の代わりによりポンプに圧搾され封入される場合もある。
また、空気は、本実施例１の露光装置が設置される工場設備において供給される空気が圧縮され封入される場合もある。
より敏速に圧縮された空気の温度を下げるときには、タンク１０１を液体で冷却する。
タンク１０１内の圧縮された空気は、配管１０３により発熱体であるステージ用モータ発熱部８およびレーザ発熱部９の近傍へと導かれる。
そして流量調整バルブ１０４の開度に応じ開放され、この断熱膨張による温度降下から冷却効果を得て、発熱部であるステージ用モータ発熱部８およびレーザ発熱部９の発熱を除去する。
【００１４】
図５の従来例および本実施例１のステージ用モータ発熱部８には冷却パッド７が設けられ、レーザ発熱部９には部分空調１０が設けられる。
しかし、液体による冷却は熱容量が大きく、且つ、冷媒温調部分が大型のためステージ用モータ発熱部８から遠いため、応答速度に優れない。また、部分空調１０も上記のように応答速度が十分とはいえない。
これに対し圧縮された空気の開放による冷却は、発熱部であるステージ用モータ発熱部８およびレーザ発熱部９の近傍に開放弁である流量調整バルブ１０４，１０４ａを設置する。
すなわち、タンク１０１は、圧縮された空気が開放されるときに吹き出される吹き出し部である発熱部の近傍に流量調整バルブ１０４，１０４ａを備え、開放される空気の流量を調整する。
このため、流量調整バルブ１０４，１０４ａの開放と同時に直ちに冷却効果が得られるため非常に高応答である。
開放される空気が熱処理を施す空調空間を所定の温度にするように、タンク１０１内の温度、圧力および開放される空気の流量を制御する。
この空調空間に熱影響を与える発熱部であるステージ用モータ発熱部８およびレーザ発熱部９の発熱情報を基に、開放される空気の熱処理を制御する。
すなわち、熱処理を施すべき発熱体であるステージ用モータ発熱部８およびレーザ発熱部９の近傍の温度センサ１０５が所定の値となるように空気の熱処理を制御する。
タンク１０１内に温度センサ１０６、温調ヒータ１０７、空気攪拌機１０８を設け、コントローラ１０９にてタンク１０１内の圧縮された空気の温度を調整し、モニターする。
同時に、タンク１０１内に圧力センサ１１０を設け、タンク１０１外へ圧縮空気を逃がすリリーフバルブ１１１を制御し、コントローラ１０９にてタンク１０１内の圧縮された空気の圧力を調整し、モニターする。
ここでタンク１０１内の温度および圧力は、断熱膨張時の温度降下分を考慮して決定される。
【００１５】
以上説明したように、本実施例１のように対流空気方式の第１の空調システムと、圧縮空気開放方式の第２の空調システム１００を設けると、対流空気方式の第１の空調システムのみの露光装置に比べ格段に優れた応答性を達成できる。
半導体露光装置の発熱の時間変化のパターンはいくつかあり、いずれも発熱量の多い瞬間と少ない瞬間のインターバルを持つ。
露光ショット間隔・ウェハ交換間隔・レチクル交換間隔・メンテナンス間隔などである。
従来例によると、発熱体のピーク発熱を除熱するためにピーク発熱量以上の容量の冷却機を設け、ピーク発熱時以外はピーク発熱量と実際の発熱量の差分を温調ヒータ加熱によりバランスをとる。
つまり、発熱体がピーク発熱していない時は、余分な冷却とそれを補う加熱の両方のエネルギーを浪費する。
本実施例１により、従来例の対流空気温調の系に圧縮空気温調の系を並列して設け、冷却機とヒータ両方のエネルギーを節約することができ、加えて冷却機とヒータの両々を小型化することができる。
発熱体の発熱量は常にピークでなく、まず、冷却機の容量を、発熱体の平均的な発熱量と同等にする。
これでピーク発熱量と平均発熱量の差分だけ冷却エネルギーが節約でき，冷却容量も小さくできる。
しかし、このままでは冷却量が過剰な時と不足な時が発生するが、そのバランスをとるため、過剰分をヒータで加熱し，不足分を圧縮空気開放で冷却すればよい。
ここでもピーク発熱量と平均発熱量の差分の２倍のヒータエネルギーが節約でき、ヒータ容量も小さくできる。
【実施例２】
【００１６】
図２を参照して、本発明の実施例２を説明する。
本実施例２は、対流空気方式の第１の空調システムと、圧縮空気開放方式の第２の空調システム１００ａを並列に用いたハイブリッド空調システムに、さらに応用を加えたものである。
本実施例２では、対流空気の加熱のために図５の従来例のヒータ１６を用いない。
冷却機１４で冷やされた対流空気は、ファン１３により低温空気用配管２０１と高温空気用配管２０２の二方向に吹き出される。
高温空気用配管は熱交換器２０３に導かれる。ファン１３から熱交換器に送られた空気は、そこで熱交換することで高温空気となる。
熱交換に使われる熱源は、タンク１０１にコンプレッサ１０２で空気を圧縮し封入する時の断熱収縮により生じる熱である。
すなわち、ポンプあるいはコンプレッサ１０２により空気を圧縮し封入する時の断熱収縮熱を、第１の空調システムにより対流される空気の加熱に用いる。
熱交換器２０３を出た高温空気は、配管により高温空気流量調整バルブ２０４へと導かれる。
また、ファン１３から低温空気用配管２０１に送られた低温空気は、配管により低温空気流量調整バルブ２０５へと導かれる。
そして対流空気吹き出し部の温度センサ１５が、所定の値になるように、コントローラ１７が高温空気および低温空気の流量を調整し、吹き出し空気の温度を調整する。
以上説明したように、本実施例２のように対流空気の加熱にヒータを用いず、タンクへの空気の圧縮封入の断熱収縮熱を利用すれば，ヒータの消費電力を節約することができる。
【００１７】
次に、図４及び図５を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
図４は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
露光装置を用いてウェハを露光する工程と、前記ウェハを現像する工程とを備え、具体的には、以下の工程から成る。
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。
ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。
ステップ３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップ５（組立）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。
ステップ６（検査）では、ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。
こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
【００１８】
図５は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。
ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップ１３（電極形成）では、ウェハに電極を形成する。
ステップ１４（イオン打込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。
ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。
ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。
ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。
ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。
ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１の露光装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例２の露光装置の構成図である。
【図３】露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。
【図４】図３に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図５】従来例の露光装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２０】
１：  投影光学系              ２：  露光用レーザ
３：  感光ウェハ              ４：  駆動ステージ
５：  レーザ干渉計            ６：  測長用レーザ
７：  冷却パッド              ８：  ステージ用モータ発熱部
９：  レーザ発熱部            １０：  部分空調
１１：  全体空調              １２：  チャンバ
１３：  ファン                １４：  冷却機
１５：  温度センサ            １６：  ヒータ
１７：  コントローラ          １０１：  タンク
１０２：  コンプレッサ        １０３：  配管
１０４，１０４ａ：  流量調整バルブ
１０５：  温度センサ
１０６：  温度センサ          １０７：  温調ヒータ
１０８：  空気攪拌機          １０９：  コントローラ
１１０：  圧力計              １１１：  リリーフバルブ
２０１：  低温空気用配管      ２０２：  高温空気用配管
２０３：  熱交換器
２０４：  高温空気流量調整バルブ
２０５：  低温空気流量調整バルブ
【図１】
2009094173.tif 000006
【図２】
2009094173.tif 000007
【図３】
2009094173.tif 000008
【図４】
2009094173.tif 000009
【図５】
2009094173.tif 000010