JP3291811B2 - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JP3291811B2
JP3291811B2 JP02649293A JP2649293A JP3291811B2 JP 3291811 B2 JP3291811 B2 JP 3291811B2 JP 02649293 A JP02649293 A JP 02649293A JP 2649293 A JP2649293 A JP 2649293A JP 3291811 B2 JP3291811 B2 JP 3291811B2
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • G03F7/70866Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of mask or workpiece
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置の縮小
投影露光装置に係り、位置決め精度を向上させることが
できる投影露光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の露光装置は、特開昭62−939
36号公報に記載されているように、ウエハステ−ジ部
と投影光学部との間の空間中の空気の屈折率を均一化す
るために、ウエハステ−ジ部に温度制御された気流を送
り込むための1系統の温度調整系を備えるものがある。
このような1系統の温度制御系では、流れてくる気流の
経路によって、その気流の温度上昇の大きさが異なるた
め、ウェハステージ部に、多くの異なる温度の気流が入
り込み、ステージの移動で様々に混ざるため、ステージ
部の雰囲気温度を一定に保てない。このため、ステージ
やウェハに温度変動が生じ、位置決め精度を安定化させ
ることができない。
【0003】そこで、特開平4−22118号公報や特
開平2−199814号公報に記載されているように、
露光装置の各部分を複数に区画し、この各区画にそれぞ
れ温度制御された気流を供給するものや、ステージ部な
どに局所的に個別チャンバを設け、このチャンバに温度
制御された気流を供給するものなどの多系統の温度制御
系を構成したものが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術においては、ステージ部へのウェハの受渡しが露光装
置の外部から行われることについて何等配慮されていな
い。このため、このステージ部へのウェハの受渡しによ
るステージ部での温度管理を行うためには、その温度調
整に多大な時間を要するという問題があった。
【0005】また、露光装置に多系統の温度制御系を備
えたものにおいては、その温度設定をステッパの調整時
に、試行錯誤的に行い、やってみて、良くないところを
直すような調整方策が取られていた。このため、調整に
時間が掛り、また、1個所を温度調整することにより、
別の個所の温度にアンバランスを生じ、その調整が効率
的でなかった。
【0006】本発明の目的は、上述の事柄にもとずいて
なされたもので、ステージ部の温度を安定化させること
ができると共に、その温度調整の時間を短縮することが
できる投影露光装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、露光さ
れるウエハを位置決めできるステージと、温度制御がで
きる複数の気流を内部に供給できるようにしたチャンバ
を備えた投影露光装置において、前記ステージが設置
されるステージ部の面に、ステージへのウエハの出入り
部を設け、温度制御された気流を温度差をもってステ
ージに供給する気流供給部を設け、前記ウエハの出入り
部以外のステージ部分に排気部を設けることにより、達
成される。
【0008】又、本発明の上記目的は、露光されるウエ
を位置決めできるステージと、温度制御ができる複数
の気流を内部に供給できるように構成したチャンバと
備えた投影露光装置において、前記チャンバに、装置全
体を冷却するためにチャンバ内空間に温度制御された気
流を供給する第1の気流供給手段と、ステージに温度制
御された気流を供給する第2の気流供給手段とを設け、
前記第1の気流供給手段と第2の気流供給手段とからの
気流の温度をそれぞれ検出する温度検出手段を設け、前
記温度検出手段の検出信号にづいて、前記第1の気流
供給手段からの気流と前記第2の気流供給手段からの気
流に温度差を与えるように前記第1の気流供給手段
2の気流供給手段を制御する制御手段を備えることによ
り、達成される。
【0009】
【作用】ステージ部に流入する気流に、温度差を付けて
供給する。これにより、ステージ部の可動範囲で温度が
均一になる。即ち、ステージ部へ気流供給手段によって
気流が供給される。チャンバ内には、装置全体を冷却す
るために、気流が送られる。この装置全体を冷却するた
めの気流とステージ部のための気流がステージ部に流入
する。そして、これら複数の気流も温度は温度差をもっ
て供給される。これにより、ステージ部の温度の安定化
が図れ、温度設定のための調整を効率よく行うことがで
きる。
【0010】
【実施例】図1は本発明の投影露光装置の1実施例を示
す平面図であり、この図1の下方が装置の前面となる。
図2は図1に示す投影露光装置のステージ部の側面図で
あり、この図2の右側が前面になる。
【0011】図1において、投影露光装置の本体1は、
サーマルクリーンチャンバ2の中に格納されている。チ
ャンバ2は投影露光装置の本体1を格納する格納室3
と、そこに空気を供給して温度を制御するための機械を
納めた機械室4とからなっている。
【0012】ステージ部5とは、ステージ6が移動する
定盤上を示し、ステージ6は、ウェハ受け渡し時には、
ロード点Aにあり、露光時には、図2に示すように縮小
レンズ7の下方のB点辺りにある。ステージ部5は、後
方を仕切り板8で仕切られ、左右を仕切り板9,10で
仕切られ、ウェハの出し入れのため、前部は開放されて
いる。これにより、左右及び後方からの気流のステージ
部5への流入はないが、前部からは気流が入るようにな
っている。
【0013】チャンバ2の格納室内の空気を機械室に返
すためのリターンダクト口11に接続したダクト12
と、ステージ部5の空気を返すためのダクト13は、機
械室4に接続されている。このダクト12,13を通っ
てくる空気は、送風器14で吸引される。送風器14を
出た空気は、外気と共に、冷却器15に入る。冷却器1
5で気流温度を下げられた後、ここを出た空気は、空気
温度調整器16,17に入る。空気温度調整器16,1
7では、ここを通る空気の温度を調整する。そして、空
気温度調整器16,17は、それぞれ送風器18,19
に接続している。送風器18から出た空気は、チャンバ
2の機械室4とステッパ格納室3との境にあるサイドフ
ローフィルタ20に入り、このフィルタ20を通って格
納室3に入る。送風器19を出た空気は、ダクト21を
通って、ステージ部5内にあるエアカーテンフィルタ2
2,23と、図2にも示すようにステージ部5手前上に
あるフィルタ24に入る。
【0014】フィルタ20及び23の気流の出口直後に
は、それぞれ温度センサ25,26が設けられている。
温度センサ25,26の信号ts1,ts2は、それぞ
れ温度制御装置27,28に入力される。温度制御装置
27,28は、この信号から温度を制御する信号pp
1,pp2を演算し、このそれ信号pp1,pp2をぞ
れ空気温度調整器16,17に入力する。
【0015】前述した温度制御装置27,28は、温度
センサ25,26の位置での気流温度が、それぞれ温度
制御装置27,28に予め設定された温度設定値になる
ように、空気温度調整器16,17を制御する。空気温
度調整器16で温度制御された気流は、サイドフローフ
ィルタ20を通って、装置全体へ向けてステッパ格納室
3内に流入する。一方、空気温度調整器17を通った気
流は、エアカーテンフィルタ22,23および、ステー
ジ部5手前上方のフィルタ24に入り、ステージ部5に
向けて、送風される。
【0016】図3は図1に示す空気温度調整器16,1
7の部分の構成を示すもので、空気温度調整器16,1
7の上流側には冷却器29が設けられている。この冷却
器29は圧縮器30、凝縮器31、膨張弁32、蒸発器
33で構成されている。
【0017】この図では、冷媒を圧縮器30で圧縮し、
凝縮器31で凝縮した後、膨張弁32を経て、蒸発器3
3に入る。この蒸発器33で、気流の温度を下げる。こ
こで熱を奪った冷媒は、圧縮器29に入り、冷凍サイク
ルを作っている。凝縮器31では、冷却水cwによっ
て、冷媒をを凝縮している。気流は、この蒸発器33を
通ることで、温度が下がり、空気温度調整器16,17
に入る。
【0018】図4は本発明に用いられる冷却器29のも
う一つの例を示すものである。この場合、冷却水cwで
直接、気流と熱交換するようになっている。このよう
に、冷却器29は、気流の温度を一時下げ、次段に接続
している空気温度調整器16,17で気流温度の制御を
行うためのものであるので、制御範囲まで気流温度を下
げる手段であればよい。
【0019】図5は本発明を構成する温度制御装置2
7,28の構成図を示すもので、温度制御装置27,2
8は、同じ制御構成で良く、設定温度や制御系のパラメ
ータの値を変えることで、それぞれの系統の制御を行
う。この温度制御装置27,28は各種演算を行うCP
U部34と、設定値などを記憶しておくメモリ部35、
表示部36、入力部37と、温度センサ25,26のイ
ンタフェース部38、操作量を指示するためのインタフ
ェース部39及びトライアック40からなる。空気温度
調整器16,17は、発熱体で構成され、トライアック
40で制御された電源41からの電力pp1,pp2で
その発熱量が制御されている。
【0020】前述した温度制御装置27,28は、投影
露光装置の制御装置(図示せず)で実行されるアライメ
ントの際に用いられるSWA(統計処理ウエハアライメ
ント)処理の評価結果、すなわちウエハ中心の誤差量に
基づいて温度設定値を演算する機能も備えている。
【0021】図6は本発明における温度制御系のブロッ
ク図を示すもので、この図において、温度センサ25,
26の信号は、インタフェース部38を経てCPU部
に入り、ここで、換算され、温度情報となる。図6に
示すERR部42で、この情報と温度設定値s1,s2と
の差がとられ、誤差信号となる。PID部43で、この
誤差信号は、PID制御系で制御信号が演算され、PW
M部44で、制御量がパルス幅変調した信号に変換さ
れ、インタフェース部39、トライアック40を経て空
気温度調整器16,17の発熱体の発熱量を制御し、気
流の温度を温度設定値になるように制御する。このよう
な温度制御系による制御量は、パルス幅変調により実行
することに限定するものではなくPID制御系からの指
令値に応じて発熱量を変化できる手段であればよい。
【0022】次に、図7を用いて、本発明の装置におけ
る気流の温度制御の原理を説明する。図7は図1に示す
本発明の装置を簡略化して表したものである。この図に
おいて、流れは一定であるとし、気流の混合によって温
度が平衡すると仮定する。このとき、ステージ部5に流
入して来る気流は、温度taのエアカーテンフィルタ2
2及び23,及び温度tbのフィルタ24から給気され
るものと、温度tsのサイドフローフィルタ20から給
気されるものとがある。左右からの流入はないから、前
面からのみサイドフロー気流の流入があるとしている。
そこで、今、単位時間あたりに、次のような気流がステ
ージ部に流入するとする。
【0023】ステージ部5前面から温度t2=ts+Δt
2、体積V2の気流 エアカーテンから温度ta、体積Vaの気流 フィルタ24から温度tb=ta+Δtb、体積Vbの気流 チャンバのサイドフローフィルタ20から吹き出した気
流は、露光装置の発熱による雰囲気の温度上昇によっ
て、通常温度上昇する。Δt2は、このような気流が動
いて来る間の温度上昇である。また、エアカーテンフィ
ルタ22及び23から給気される気流温度taについて
は、フィルタ24出口で温度制御している。この気流
は、ステージ部5の極く近くであるので、この温度上昇
は無視できる。
【0024】しかし、フィルタ24からの気流は、エア
カーテンに供給している同じ気流を流しているため、ス
テージ部5へ来るまでに温度変化Δtbがある。ただ
し、これらの気流の温度上昇は、たかだか数度であり、
気流の密度変化は無視できるとする。
【0025】このとき、ステージ部5での気流の混合に
よって平衡するレンズ直下付近Bの平均温度tcは、次
のように考えられる。
【0026】
【数1】
【0027】ここで、ウェハを受渡しするロード点付近
Aとレンズ下部Bでの雰囲気温度が等しければ、ウェハ
ステージの移動範囲では一定温度と考えられるから、ロ
ード点付近の温度t2とtcが等しいとする。
【0028】 tc = t2 = ts+Δt2 ……………………………………………………… 式,式より、taとtsの関係は、次のように示され
る。
【0029】
【数3】
【0030】このとき、ステージ手前上部のフィルタ2
4からの流入は、サイドフローフィルタ20からの気流
のように空間を漂って来ないから、比較的安定な温度で
一定の体積の流入と考えられる。したがって、Δtb
寄与は、一定と考えられる。
【0031】このため、変動要因は、Δt2のみとな
り、平衡点の安定性はΔt2に依存する。
【0032】つまり、ステージ部5の温度が均一になる
条件が、式だから、サイドフロー気流の温度tsと、
ステージ部5内のエアカーテン気流温度taとの間に予
め温度差を設定することで、ステージ部5の温度を均一
にすることができる。実際には、気流の拡散はもっと複
雑であるため、式で示した単純な差であるとはいえな
いが、ステージ部5の温度を確認しながら温度差を付け
ていくことで、最適な気流温度差を設定できる。
【0033】つぎに、投影露光装置におけるステージ部
5の雰囲気温度が一定になったと判断する方法について
述べる。これには、温度センサを用いてもよいが、ここ
では前述したアライメントの際に用いるSWA(Statis
tic Wafer Alignment:統計処理ウェハアライメント)処
理を用いる場合について説明する。このSWA処理は、
ウェハ内任意の位置に指定した多数のチップのアライメ
ント結果を統計処理することで、ウェハ中心の誤差量
(オフセット)を算出するものであるが、このSWA処
理は、この実施例では投影露光装置の制御装置(図示せ
ず)によって指示される。温度調整時では、このウェハ
中心の誤差量であるオフセットに着目する。1回のSW
A処理で、ウェハ上の多数のチップをアライメントし、
全体として1組のXYオフセット値が得られる。
【0034】この処理は、ステージ6がロード点Aでウ
ェハを受け取り、そこからレンズ下に入って複数チップ
のアライメントを行い、ある待機位置で停止すること
で、1回のシーケンスを終える。さらに、この待機位置
から2回目以降のSWA処理を開始する。
【0035】この時、ウェハ及びステージ6は、ロード
点A位置、レンズ下Bでの各チップの位置、そして、待
機位置へと動く。さらに、次のSWA処理で、待機位置
からレンズ下での各チップの位置、そして、再び待機位
置へと動くことをくり返す。このため、ロード点A位置
の雰囲気温度、レンズ下Bでの各チップの位置の雰囲気
温度、そして、待機位置での雰囲気温度にさらされる。
したがって、これらの雰囲気温度に温度差が有ると、ウ
ェハあるいはステージ6は、熱変形する。
【0036】SWA処理によって、この熱変形は、SW
A処理のウェハ中心のオフセットの変化となって表れ
る。したがって、n回のSWA処理をくり返したとき、
そのオフセット値のバラツキ量が、規定の値内になるま
で、位置間の温度差を無くすように、サイドフローとエ
アカーテンの気流に温度差をつければよい。
【0037】図8は、本発明の投影露光装置における気
流温度差の調整方法を示すフローチャートで、この図8
において、まず、サイドフロ−フィルタ20からのサイ
ドフロ−とエアカ−テンフィルタ22,23からのエア
カ−テンとの温度を同じ値に設定する(ステップ8
0)。
【0038】次に、前述の状態で投影露光装置の制御装
置からの指示により、SWA処理を行う(ステップ8
1)。このSWA処理の結果を温度制御装置27,28
が判断して、:SWA値が小さくなるか、:SWA
値が大きくなるか、:変化は規定値以内かを判定する
(ステップ82)。そして、の場合(ステップ83)
には、サイドフロ−気流の温度設定値をΔtだけ低くす
る(ステップ84)。また、の場合(ステップ85)
には、サイドフロ−気流の温度設定値をΔtだけ高くす
る(ステップ86)。
【0039】温度設定値を変更する値は、変化の度合い
によって変わるが、0.1から0.4度位の値でよい。
【0040】その後、再び、SWA処理を行い、判定す
る(ステップ82)。その結果、でなければ、今度
は、変更値を前より小さくして、変更する。このように
して、になれば、その温度設定のまま、装置の安定性
を出すために時間をおく(ステップ87,88)。
【0041】この後、さらに、SWA処理を行い、で
あれば、変化を示すバラツキ量が規定値内になっている
ため、調整を終了する。規定値は、必要とされる合わせ
精度の数分の1の値とすればよい。例えば、0.5μm
プロセス対応の場合であるならば、合わせ精度は、0.
1μm程度となり、この数分の1の0.02μmを規定
値とすることができる。
【0042】上述した温度設定値の変更は、サイドフロ
ー気流の温度を変化させる例について説明したが、サイ
ドフロー気流の温度を一定にしておいて、エアカーテン
気流の温度を変化させても良い。この場合、の場合に
はエアカーテン気流温度をΔtだけ高くし、の場合に
はエアカーテン気流温度をΔtだけ低くすれば良い。
【0043】このようにして、エアカーテン気流温度と
サイドフロー気流温度の設定値を追い込んでいくことに
よって、その調整時間を短縮させることができる。
【0044】この調整方式は、本実施例だけでなく、複
数の温度制御系統を持つ他の装置にも適用可能である。
例えば、図9に示すように、密閉状態にしたステージ部
を持つ装置においては、ウェハの受渡しのため密閉した
部屋の壁91に扉92を設けて、その扉92を開け閉め
する方式が考えられる。この場合、ステージ部5内の雰
囲気温度T1と外の雰囲気温度T2の設定には、ウェハ
Wが出入りすることで温度による伸縮がなくなるために
調整が必要である。この調整には、本発明がそのまま適
用できる。
【0045】あるいはまた、図10に示すように、専用
の部屋100を設け、受渡しをする方式も考えられる。
この場合には、ステージ部5内の雰囲気温度T1と専用
部屋100内の雰囲気温度T2の設定に、本発明が適用
できる。または、外の雰囲気温度T3とT2との調整も
同様である。
【0046】また、この調整の中で、使用している検出
装置の機能の確認も容易にでき、さらに、装置の調整段
階のみでなく、装置使用時にも同じような確認を行うこ
とで、安定性の維持を図ることができる効果がある。
【0047】図11は本発明の装置の他の実施例を示す
もので、この図において、図1と同符号のものは同一部
分である。この実施例は投影露光装置本体1を制御する
投影露光装置制御装置110と温度制御装置27,28
とこれらを統括する上位制御装置111とを備えてい
る。この上位制御装置111は、始めに、最初の温度設
定値を温度制御装置27,28に入力し、投影露光装置
制御装置110に対し、調整開始の信号stを送る。こ
れにより、投影露光装置制御装置110は、投影露光装
置を制御してSWA処理を実行する。この後、上位制御
装置111は、投影露光装置制御装置110からSWA
処理の結果svを受取り、その値を前述した調整法に基
づき判断して、温度制御装置27,28に対し、新たな
温度設定値s1,s2を指示するものである。また、温
度制御装置27,28からは、現在の温度情報p1,p
2を受取り、異常がないか判定する。このような機能を
投影露光装置制御装置110、または温度制御装置2
7,28のどちらかに持たせることも可能である。
【0048】上述の実施例においては、ステージ部5に
ウエハを受渡しする部分を装置の面に設けたが、装置
の側方で受渡しすることも可能である。この場合は、側
方が開放され、前面が閉鎖されることになる。
【0049】また、温度センサ25,26の取付け位置
は、フィルタ20,23のように層流状態で流れ出てい
る場所の方が温度制御性が良い。フィルタ23の出口に
設けたセンサ26は、フィルタ22またはフィルタ24
の気流出口に設けることも可能である。
【0050】又、ステージ部5の手前上方のフィルタ2
4の気流は、送風機18の系統から供給することもでき
る。この場合は、フィルタ20の出口に設けたセンサ2
5は、フィルタ24に設けることも可能である。
【0051】なお、ステージ部の手前上方のフィルタ2
4は、ステージ部5の手前、または、左右に設置して
も、同様の効果を得ることができる。
【0052】また、上述の実施例ではステージでのウエ
ハの受渡し部を、ステージ部の側面に設けたが、その上
面からの受渡しも可能である。
【0053】
【発明の効果】本発明によれば、ステージ部を開放した
ままで、ウェハの受渡しができるため、構造が簡素で装
置全体の信頼性を向上させることができる。さらに、ス
テージ部の温度を安定に維持させることができると共
に、その温度設定のための調整時間を短縮させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の投影露光装置の1実施例の構成を示す
平面図である。
【図2】図1に示す本発明の投影露光装置の1実施例を
構成するステージ部の側面図である。
【図3】図1に示す本発明の投影露光装置の1実施例を
構成する冷却器、空気温度調整器と送風器の構成を示す
図である。
【図4】図1に示す本発明の投影露光装置の1実施例を
構成する冷却器の他の例示す図である。
【図5】図1に示す本発明の投影露光装置の1実施例を
構成する温度制御装置の構成を示す図である。
【図6】図5に示す温度制御装置の制御ブロック図であ
る。
【図7】図1に示す本発明の投影露光装置の1実施例に
おける温度調整を説明するためのステ−ジ部の構成図で
ある。
【図8】本発明の投影露光装置の1実施例の温度制御動
作を示すフロ−チャ−ト図である。
【図9】本発明の投影露光装置を構成するステ−ジ部の
他の例を示す側面図である。
【図10】本発明の投影露光装置を構成するステ−ジ部
のさらに他の例を示す側面図である。
【図11】本発明の投影露光装置の他の実施例の構成を
示す平面図である。
【符号の説明】
1…投影露光装置本体、2…チャンバ、3…格納室、4
…機械室、5…ステ−ジ部、6…ステ−ジ、7…縮小レ
ンズ、11…リタ−ンダクト、12,13…ダクト、1
4…送風機、15…冷却器、16,17…空気温度調整
器、18、19…送風機、20…サイドフローフィル
タ、22,23…エアカーテンフィルタ、24…フィル
タ、25,26…温度センサ、27,28…温度制御装
置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 船津 隆一 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社 日立製作所 計測機事業部内 (56)参考文献 特開 平2−199814(JP,A) 特開 平3−97216(JP,A) 特開 平3−129720(JP,A) 特開 平4−22118(JP,A) 特開 平5−129175(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】露光されるウエハを位置決めできるステー
    ジと、温度制御ができる複数の気流を内部に供給できる
    ように構成したチャンバとを備えた投影露光装置におい
    て、前記チャンバに、装置全体を冷却するためにチャン
    バ内空間に温度制御された気流を供給する第1の気流供
    給手段と、ステージに温度制御された気流を供給する第
    2の気流供給手段とを設け、前記第1の気流供給手段と
    第2の気流供給手段とからの気流の温度をそれぞれ検出
    する温度検出手段を設け、前記温度検出手段からの検出
    信号とウエハまたはチップのアライメントの位置情報に
    基づいて、前記第1の気流供給手段からの気流と前記第
    2の気流供給手段からの気流に温度差を与えるように前
    記第1の気流供給手段と第2の気流供給手段を制御する
    制御手段を備えたことを特徴とする投影露光装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の投影露光装置において、
    新鮮な気流をステージ部に送風するフィルタを、ステー
    ジ部の手前上方、又は前方、又は左右に設けたことを特
    徴とする投影露光装置。
  3. 【請求項3】請求項に記載の投影露光装置において、
    前記温度検出手段を前記フィルタ吹き出し口に設けたこ
    とを特徴とする投影露光装置。
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