JP2016053863A - 温度調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却器やヒータの消費エネルギーを小さくしつつ、省エネルギー運転から標準運転への復帰時間を短縮することができる温度調節装置を提供すること。【解決手段】露光装置本体（１１１）と該露光装置本体を包囲するチャンバ（１１２）と該チャンバ内の温度を調節する温度調節装置（１１３）を備えた露光装置において、前記温度調節装置は、気体を冷却する冷却器（１２１）と冷却された気体又は液体を所定の温度に加熱するヒータ（１２２）を有し、一旦冷却した気体又は液体を加熱して所定の温度に調節した気体又は液体を前記チャンバ内に供給するように構成され、前記チャンバ内の前記冷却器の冷凍能力を変更する手段と冷凍能力の変更と同時に温度異常判定閾値を変更する手段を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、温度調節装置に関し、特に、露光装置用の温度調節装置に関する。

半導体露光装置等においては、位置決めステージの駆動手段や電気基盤、レーザ発振器等の発熱源を有するために、この発熱源により露光装置の周囲雰囲気の温度が上昇されることを阻止し、精密温調を保つことが重要な課題となっている。すなわち、半導体露光装置内の温度が変動すると、露光光路中の気体の温度揺らぎによる露光むらや干渉計光路中の気体の温度揺らぎによる位置決め精度低下、さらにレチクルやウエハ等の基板に熱変形が生じるなど、高精度な露光転写を行なうことが困難になる。そのために、露光装置を包囲するチャンバ内の温度の上昇や変動を制御し、チャンバ内の温度を所定の温度に維持するための温度調節装置が採用されている（特許文献１乃至特許文献３参照）。

この種の温度調節装置を備えた露光装置としては、例えば、図３に図示するような装置が知られている。すなわち、露光装置１１０は、レチクル等の原版のパターンをウエハ等の基板に転写する露光装置本体１１１と、露光装置本体１１１を包囲するチャンバ１１２内の空気の温度を調節する温度調節装置１１３を具備する。温度調節装置１１３により所定の温度に調節された空気はフィルタ１１５より流入され、矢印で示すように露光装置本体１１１に沿って下方に流れ、空気流出口１１６から排出されるように構成され、露光装置本体１１１の発熱源の熱を放熱させて排除する。

また、温度調節装置１１３は、チャンバ１１２の空気流出口１１６から排気される空気と外気取込口１１７からの空気をベースヒータ１２２にて加温した後、冷却器１２１で熱交換を行ない冷却し所定の温度へ調整を行ないファン１２４に吸い込まれる。ファン１２４に吸い込まれた空気は最終目的温度に精密温度調節を行なう高感度ヒータ１２３に送風され温調された後にフィルタ１１５を介してチャンバ１１２に流入する。また、ベースヒータ１２２と高感度ヒータ１２３はそれぞれ流出側に配置された温度センサ１３１・１３２の測定結果を基にして制御部１３０・１３１によりそれぞれ制御されるように構成されている。

このような従来の露光装置の温度調節装置においては、冷却器１２１の冷却能力は一定運転しており、露光装置本体１１１の発熱量変化はベースヒータ１２２の発熱量を変化させることで高感度ヒータ１２３に流入する温度を一定に保ち精密温調を可能としている。

特開昭６２−２９９６３９号公報 特開２００４−３５３９１６号公報 特開２００９−２３６４５２号公報

半導体露光装置等においては、露光むらをなくしかつ精密な位置決めを必要とし、高い分解能で空気の温度を調整することが重要であり、さらに、今まで以上にスピードアップが求められており、そのために、より大電力を消費する方向へ進んでいる。

従来の半導体露光装置等における温度調節装置においては、露光装置自体が大きいために、温度調節を要する空間（露光装置本体を包囲するチャンバー）も大きく、温度調節システムも大きなものとなっている。

また、高精度な温調精度を達成する為温度調節装置の冷却器はその能力を可変とすることができず、ヒータ側で温度調節を行なうようにしている。冷却器の能力は通常露光装置本体が稼働している状態での発熱量を基準に決められており、この冷却器の能力に応じて温度を上昇させるために必要な容量を持つヒータを用いることが必要となり、冷却器やヒータはともに大容量のものが必要となっている。

しかしながら、常に装置が稼働し続けると言う生産体制から変化し、必要最低限の装置を稼働させる生産体制に変化しつつあり、装置非稼働時の省エネ運転が必要となってきている。

しかし、露光装置本体を停止させて、温度調節装置のみを運転させても露光装置本体分の熱量をヒータで発熱し熱量のバランスを保つシステムである為省エネ運転にはならない。また、温度調整装置まで停止してしまうと露光装置本体の温度が変わってしまい装置復帰の温度安定待ちに数日のレベルの時間を要してしまうと言うのが従来技術の課題となっている。

そこで、本発明は、従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであって、冷却器やヒータの消費エネルギーを小さくしつつ、省エネルギー運転から標準運転への復帰時間を短縮することができる温度調節装置を備えた露光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の露光装置は、冷凍機の冷凍能力を切り替える手段と、冷凍能力を落とした際に温度異常判定閾値を広げる手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、冷凍機の冷凍能力を落とすことで冷凍機の消費電力の削減が可能となり、また、冷却能力が落ちたことでヒータの必要熱量も小さくなりヒータの消費電力の削減も可能な露光装置を提供することができる。また、設定温度を変更しないことで省エネ運転状態からの復帰時間を短縮することができる。

本発明の第１実施形態、及び、第３の実施形態の露光装置を示した図である。 本発明の第２実施形態の露光装置を示した図である。 従来の露光装置を示した図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
本発明に基づく温度調節装置を備えた露光装置の第１の実施形態について、その概略構成を示す図１を参照して説明する。

図１において、露光装置１１０は、レチクル等の原版のパターンをウエハ等の基板に転写する露光装置本体１１１と、露光装置本体１１１を包囲するチャンバ１１２と、チャンバ１１２内の空気の温度を調節する温度調節装置１１３とを具備している。

温度調節装置１１３により所定の温度に調節された空気は上部に配置されたフィルタ１１５より流入され、矢印で示すように露光装置本体１１１に沿って下方に流れ、空気流出口１１６から排出されるように構成される。露光装置本体１１１に沿って流れる空気は、露光装置本体１１１の発熱源から発生する熱を放熱させて排除し、チャンバ１１２内の温度を所定の温度に維持する。空気流出口１１６から温調装置１１３に戻ってきた空気と外気取込口１１７から取り込んだ空気をベースヒータ１２２及び冷却器１２１を通し、ファン１２４により精密温度調節を行なう高感度ヒータ１２３に送風され、チャンバ１１２に供給される構成となっている。

ベースヒータ１２２と高感度ヒータ１２３の流出側の空気の温度を測定する温度センサ１３１・１３２は制御部１２９・１３０に接続され、それぞれ測定された測定結果に基づいてベースヒータ１２２、及び、高感度ヒータ１２３を制御するように構成されている。

以上のように構成される露光装置１１０において、空気流出口１１６から排出される空気は、露光装置本体１１１の発熱源から発生する熱を吸収して温度調節装置１１３に取り込まれる。この時露光装置本体１１１の発熱源から発生する熱が少ない場合はベースヒータ１２２が発熱することで温度センサ１３１の温度が一定になるように制御部１２９制御を行なっている。尚、冷却器１２１の冷凍能力を制御するコントローラ１３２は通常運転状態では一定能力で運転を行なっているが、コントローラ１３３により冷却器１２１の能力を落とすことで、冷却器１２１、ベースヒータ１２２の消費電力を削減することが可能となる。但し、冷却器１２１の能力を落とすことが可能なのは露光装置本体１１１が停止中の時のみである。また、冷却能力を変化させることで温度安定精度が低下し、安定するまでの時間を有する為１日単位で露光装置本体１１１を停止する時に冷却能力を落とすことが可能となる。

冷却能力を下げた際に温度センサ１３１の温度安定精度が通常運転と比較し低下することが考えられるが、露光装置本体１１１は非稼働状態の為温度安定精度の低下は問題とならない為制御部１２９，１３０の温度異常判定閾値を変更することが可能となる。また、温度安定精度は変わるが、設定温度が変わらないことで冷却器１２１の能力を復帰させた後の温度安定待ち時間も温度調節装置１１３の停止状態からと比較し大幅に短縮することが可能となる。

尚、本発明において気体は空気の他にヘリウムガスまたはアルゴンガス等の不活性ガス、液体は水の他フッ素系不活性液体でも良い。また、液浸露光装置や真空露光装置においても実施可能である。

冷却器１２１の冷却能力を落とすコントローラ１３３の手段として冷却器１２１用の冷凍機の運転周波数を制御するインバーターの周波数設定を通信により操作パネル上より変更することで冷凍機の運転周波数を落とし冷凍能力を低下させる。

また、冷却器１２１の冷凍能力を落とすコントローラ１３３の別の手段として冷却器１２１へ流れる冷媒配管の膨張弁の開度を通信により操作パネル上より変更することで冷媒流量を変更し冷凍能力を低下させる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明に基づく露光装置の第２の実施形態について図２を参照して説明する。図２は本発明の露光装置の第２の実施例の概略構成図であり、前述した実施例と同様の部材には同一符号を付して説明する。

第１の実施形態で実施した冷却器１２１能力を落とすと同時にファン１２４の能力を制御するコントローラ１３４により流量を落とすことでベースヒータ１２２と高感度ヒータ１２３両方の発熱量を減少することが可能となる。つまり、ベースヒータ１２２と高感度ヒータ１２３、ファン１２４それぞれの発熱量を減少させることで消費電力を削減することが可能となる。

温度調節装置１１３の冷却器１２１の能力、及び、流量は、露光装置本体１１１が稼働している状態での発熱量を基準に想定して決められていが、露光装置本体１１１が非稼働時は発熱量が削減されることで冷却能力、及び、流量を低減することが可能となる。
尚、空気の流量だけではなく、液（水や不活性冷媒など）の流量を落とすことでも同様な効果を得ることが可能である。

ファン１２４の流量を落とすコントローラ１３４の手段としてファン１２４用の運転周波数を制御するインバーターの周波数設定を通信により操作パネル上より変更することでファン１２４の運転周波数を落とし流量を低下させる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明に基づく露光装置の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の概略構成図は本発明の図１を用いて説明する。第１の実施形態で実施した冷却器１２１の能力を落とすと同時に制御部１２９で制御している温度センサ１３１の目標温度を変更する。温度センサ１３１の目標温度を上げることで、高感度ヒータ１２３の発熱量を小さくすることが可能となる。つまり、高感度ヒータ１２３発熱量を減少させることで消費電力を削減することが可能となる。

温度調節装置１１３の冷却器１２１の能力は、露光装置本体１１１が稼働している状態での発熱量を基準に想定して決められていが、温度センサ１３１の目標温度も露光装置本体１１１が稼働している状態を想定して決められている。温度センサ１３１の目標温度は高感度ヒータの出力が４０〜６０％になるように設定されているが、制御部１２９，１３０の温度異常判定閾値を変更することが可能であるので、高感度ヒータ１１１の出力が５〜４５％になるように設定することが可能となる。

１１０ 露光装置、１１１ 露光装置本体、１１２ チャンバ、１１３ 温度調節装置、
１１５ フィルタ、１１６ 空気流出口、１１７ 外気取込口、１２１ 冷却器、
１２２ ベースヒータ、１２３ 高感度ヒータ、１２４ ファン、１２９ 制御部、
１３０ 制御部、１３１ 温度センサ、１３２ 温度センサ、１３３ コントローラ、
１３４ コントローラ

Claims (7)

1. 発熱源を含む本体を包囲するチャンバと該チャンバ内の温度を調節する温度調節装置において、前記温度調節装置は、気体又は液体を冷却する冷却器と冷却された気体又は液体を所定の温度に加熱するヒータを有し、一旦冷却した気体又は液体を加熱して所定の温度に調節した気体又は液体を前記チャンバ内に供給するように構成され、前記チャンバ内の前記冷却器の冷凍能力を変更する手段と冷凍能力の変更と同時に温度異常判定閾値を変更する手段を有することを特徴とする温度調節装置。
2. 前記冷却器の冷凍能力を変更する手段を冷凍機の運転周波数の変更で行うことを特徴とする請求項１に記載の温度調節装置。
3. 前記冷却器の冷凍能力を変更する手段を膨張弁の制御による冷媒ガス量制御により冷凍機の運転周波数の変更で行うことを特徴とする請求項１に記載の温度調節装置。
4. 前記冷却器の冷凍機能力を変更すると同時に、ファン及びポンプの運転周波数を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の温度調節装置。
5. 前記冷却器の冷凍機能力を変更すると同時に、１次温調目標温度を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の温度調節装置。
6. 前記温度調節装置は、前記露光装置本体の稼働状態に基づいて制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の温度調節装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の温度調節装置を備えた露光装置を用いて基板を露光する工程を含む製造工程によってデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。