JPH0485918A - Ｘ線露光装置用ウエハ冷却装置 - Google Patents

Ｘ線露光装置用ウエハ冷却装置

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JPH0485918A
JPH0485918A JP2199103A JP19910390A JPH0485918A JP H0485918 A JPH0485918 A JP H0485918A JP 2199103 A JP2199103 A JP 2199103A JP 19910390 A JP19910390 A JP 19910390A JP H0485918 A JPH0485918 A JP H0485918A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＸ線露光装置用ウェハ冷却装置に関し、特に冷
却水によるウェハの振動を抑えたＸ線露光装置用ウェハ
冷却装置に関するものである。
〔従来の技術］ 半導体装置、特に半導体メモリの大容量化に伴ない、半
導体製造装置における微細化技術の向上が叫ばれている
。
該微細化技術の向上の一手段として、シンクロトロン放
射光を光源とするＸ線露光装置があるが、該Ｘ線露光装
置は従来の遠紫外光などを光源とする露光装置と異なり
、ウェハおよびマスクを縦にして露光する構成となって
いる（たとえば、特開平２−１００３１１号）。
第１０図はこのようなＸ線露光装置において使用される
ウェハ保持ブロックの一例を示す概略構成図である。
このウェハ保持ブロックは、ウェハのマスクに対する図
示Ｘ、ｙ、ｚ軸方向の大まかな位置合せを行う粗動ステ
ージ１１３と、粗動ステージ１１３に固定された支持台
１１２と、支持台１１２の中央部に設けられている、ウ
ェハのマスクに対する細かな位置合せを行う微動ステー
ジ１０８と、微動ステージ１０８に固定さたウェハチャ
ック１０１とから構成されている。
ここで、ウェハチャック１０１は、不図示のアクチュエ
ータにより駆動される粗動ステージ１１３によって図示
ｘ、ｙ、ｚ軸方向にそれぞれ移動させられるとともに、
微動ステージによって図示Ｘ。
ｙ、ｚ軸方向およびω１．ω９．ω２方向（ｘ。
ｙ、ｚ軸の回転方向）にそれぞれ微動可能となっている
。しかし、第１０図には簡単のため、図示ω２方向にの
み微動可能な微動ステージ１０８について示した。すな
わち、微動ステージ１０８は、その四隅およびその四辺
の中央においてそれぞれ板ばね１１０を介して支持台１
１２に支持されており、図示右側の板ばね１１０を挟ん
で設けられているゴム１０９とピエゾ素子１１１によっ
て駆動されて図示ω２方向に微動する。なお、微動ステ
ージ１０８の四辺の中央の各板ばね１１０を挟んでゴム
１０９とピエゾ素子１１１を設けることにより、微動ス
テージ１０８を図示ｘ、ｙ、ｚ軸方向およびωｚ　、　
（１３Ｆ　。
ω１方向にそれぞれ微動可能とすることができる。さら
に、ウェハチャック１０１には、ウェハ真空吸着用に十
文字状の溝１０７が設けられており、溝１０７は不図示
の真空ポンプに配管（不図示）を介して接続されている
。
このようなシンクロトロン放射光を用いたＸ線露光装置
では、ウェハに転写するパターンが極く微細であるため
、約１００　ｍＷ／ｃｍ２の強度を有するＸ線の照射に
より生じる温度上昇が原因となるウェハの熱歪が無視で
きなくなる。そのため、露光中のウェハを冷却するウェ
ハ冷却装置が必須となる。
このようなウェハ冷却装置としては、次に示すようなも
のが考えられる。
（１）特開昭５９−１１７１２８号公報、特開昭６１−
１７２３５７号公報および特開昭６３−１９３４４７号
公報に記載されているような、ウェハ冷却装置とウェハ
チャックとの間に、またはウェハとウェハチャックとの
間に水銀、金属織物あるいは細い銅線などの自由度と変
形を有する熱伝導材を介在させるもの。
（２）特開昭６３−９８１１９号公報に記載されている
ような、ウェハチャック１０１内に温度調節された冷却
水を循環させてウェハチャック１０１の温度を一定に保
つもの。
（３）特開昭６３−６５０６６号公報に記載されている
ような、ウェハチャックを蒸発部としてヒートパイプを
構成するもの。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記したウェハ冷却装置では、次に示す
ような問題点がある。
（１）ウェハ冷却装置とウェハチャックとの間に、また
はウェハとウェハチャックとの間に自由度と変形を有す
る熱伝導材を介在させるものでは、ウェハの変形を矯正
するために必要な平面度（たとえば、ｌＯｃｍＸ　１０
ｃｍの範囲で１μｍ以下）が保てなくなり、パターン転
写精度の悪化を招く。また、このような熱伝導材は、−
船釣に熱伝導率があまりよくない。
（２）温度調節された冷却水によりウェハチャック１０
１の温度を一定に保つものでは、ウェハチャック＋０１
は第１０図に示すように剛性の弱い微動ステージ１０８
に固定されているため、前記冷却水の流れによる振動（
たとえば、第１１図に示す一実験結果によると、１２０
　ｃｃ／ｓｅｃの流量に対して約０．２０μｍの変位）
が生じ、パターン転写精度の悪化を招く。
（３）ウェハチャックを蒸発部としてヒートパイプを構
成するものでは、該ヒートパイプの凝縮部に供給される
冷却水によりウェハチャックが振動するため、パターン
転写精度の悪化を招く。
本発明の目的は、パターン転写精度の悪化を招くことな
くウェハを冷却することができるＸ線露光用ウェハ冷却
装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明のＸ線露光用ウェハ冷却装置は、微動ステージに
固定された、熱伝導性のよい材質からなるウェハチャッ
クと、 粗動ステージに固定された、熱伝導性のよい材質からな
る、冷却水が循環可能な内部構造を有する熱交換器と、 該熱交換器と前記ウェハチャックとの間で伝熱を行わせ
るためのフレキシブルなヒートパイプとを具備する。
また、前記ヒートパイプは、両端の接触部が熱伝導性の
よい材質からなり、中央部のパイプが樹脂材からなり、
作動液で湿ったウィックがその内面に貼付けられていて
もよい。
さらに、前記ウェハチャックが、減圧された中空部を有
し、作動液で湿ったウィックがその内面に貼付けられて
いてもよい。
または、前記熱交換器が、減圧された中空部を有し、作
動液で湿ったウィックがその内面に貼付けられており、 該熱交換器内のウィックと前記ヒートパイプ内のウィッ
ク、および前記ウェハチャック内のウィックと前記ヒー
トパイプ内のウィックとがそれぞれ接続されており、 前記ウェハチャック内の中空部と前記熱交換器内の中空
部とが、前記ヒートパイプにより連通されていてもよい
。
また、微動ステージに固定された、熱伝導性のよい材質
からなり、減圧された中空部を有し、かつ作動液で湿っ
たウィックがその内面に貼付けられたウェハチャックと
、 粗動ステージに固定された、熱伝導性のよい材質からな
り、冷却水が循環可能な内部構造および減圧された中空
部を有し、かつ作動液で湿ったウィックがその内面に貼
付けられた熱交換器と、該熱交換器内の中空部と前記ウ
ェハチャック内の中空部とを連通させるフレキシブルな
パイプと、 前記ウェハチャック内のウィックに補給する作動液を貯
える作動液用タンクと、 該作動液用タンクと前記ウェハチャック内のウィックと
を接続する、フレキシブルな作動液用配管と、 該作動液用配管の途中に設けられた作動液用バルブと、 前記ウェハチャック内の中空部と真空発生源とを接続す
る、フレキシブルな真空引き用配管と、該真空引き用配
管の途中に設けられた真空引き用バルブとを具備してい
てもよい。
［作用コ 本発明のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置では、露光中の
ウニへの温度上昇に伴なう熱は、ヒートパイプにおける
作動液の蒸発に費やされるため、前記ウェハの温度を一
定に保つことができる。また、前記熱交換器は剛性の強
い粗動ステージに固定されているため、前記冷却水の循
環によるウェハチャックの振動（すなわち、ウニへの振
動）を防止することができる。さらに、前記ヒートパイ
プはフレキシブルであるため、前記ウェハチャックの微
動ステージによる細かい位置合せを行うこともできる。
また、両端の接触部を熱伝導性のよい材質で、中央部の
パイプな樹脂材で構成し、かつ作動液で湿ったウィック
をその内面に貼付けることにより、フレキシブルなヒー
トパイプを容易に構成することができる。
さらに、減圧された中空部を有し、作動液で湿ったウィ
ックがその内面に貼付けられたウェハチャックを用いる
ことにより、ウェハチャックを一般的なヒートパイプの
熱源部と同様の構造とすることができるので、ウェハ全
体の温度を効率よく一定に保つことができる。
また、減圧された中空部を有し、作動液で湿ったウィッ
クがその内面に貼付けられた熱交換器を用い、該熱交換
器内のウィックと前記ヒートパイプ内のウィックとを接
続するとともに、前記ウェハチャック内のウィックと前
記ヒートパイプ内のウィックとを接続し、さらに、前記
ウェハチャック内の中空部と前記熱交換器内の中空部と
を前記ヒートパイプにより連通ずることにより、ウェハ
冷却装置自体を一つのヒートパイプ構造とすることがで
きるので、効率よくウェハの温度を一定に保つことがで
きる。
また、前記ウェハチャック内の中空部と前記熱交換器内
の中空部とを連通させるフレキシブルなパイプと、前記
ウェハチャック内のウィックに作動液を補給する手段と
を設けても、前記ウェハチャック内のウィックから蒸発
する作動液を前記パイプを介して前記熱交換器に移動さ
せることができるとともに、前記ウェハチャック内のウ
ィックに作動液を適宜補給することができるので、同様
な効果が得られる。
［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
第１図は本発明のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置の第１
の実施例を示すウェハ保持ブロックの概略構成図である
。
このウェハ保持ブロックは、ウェハのマスクに対する図
示ｘ、ｙ、ｚ軸方向の大まかな位置合せを行う粗動ステ
ージ１３と、粗動ステージ１３に固定された支持台１２
と、支持台１２の中央部に設けられている、ウェハのマ
スクに対する細かな位置合せを行う微動ステージ８と、
微動ステージ８に固定さたウェハチャック１とから構成
されている。また、ウェハチャック１は、不図示のアク
チュエータにより駆動される粗動ステージ１３によって
図示ｘ、ｙ、ｚ軸方向にそれぞれ移動させられるととも
に、微動ステージによって図示Ｘ。
ｙ、ｚ軸方向およびω８．ωつ、ω２方向（ｘ。
ｙ、ｚ軸の回転方向）にそれぞれ微動可能となっている
が、本実施例では簡単のため図示ω２方向にのみ微動可
能な微動ステージ８を用いている。
すなわち、微動ステージ８は、第２図に示すようにその
四隅およびその四辺の中央においてそれぞれ板ばね１０
を介して支持台１２に支持されており、その四辺の右側
の板ばね１０を挟んで設けられているゴム９とピエゾ素
子１１によって駆動される。なお、微動ステージ８の四
辺の中央の各板ばね１０を挟んでゴム９とピエゾ素子１
１とを設けることにより、微動ステージ８を図示ｘ、ｙ
。
ｚ軸方向およびω１．ωア、ω２方向にそれぞれ微動可
能とすることができる。さらに、ウェハチャック１には
、ウェハ真空吸着用に十文字状の溝７が設けられており
、溝７は不図示の真空ポンプに配管（不図示）を介して
接続されている。以上の点については、第１０図に示し
た従来のものと同じである。
しかし、ウェハチャック１が熱伝導性のよいＡｌ１材か
らなり、また、熱伝導性のよいＡｎ材からなる、冷却水
が循環可能なように、２本の冷却水用配管５．６と接続
される配管が内部に設けられている熱交換器２が、粗動
ステージ１３に固定されており、さらに、２本のフレキ
シブルなヒートパイプ３，４が熱交換器２とウェハチャ
・ツクｌとの間で伝熱を行わせるために設けられている
点が、従来のものと異なる。なお、２本のヒートパイプ
３，４はそれぞれ第３図に示すように、両端の接触部２
１．２２が熱伝導性のよいＡβ材からなり、中央部のパ
イプ２３がテフロンなどの耐熱性のよい樹脂材からなり
、水やアルコールなどの作動液で湿ったウィック２４が
その内面に貼付けられている。また、各ヒートパイプ３
，４の内部は、前記作動液の沸点が約２０．０℃となる
圧力に減圧されている。
次に、このウェハ保持ブロックの動作について説明する
。
約２０．０℃に温度制御された、大量の冷却水が不図示
の恒温槽より冷却水用配管５を介して熱交換器２に送ら
れ、該冷却水が熱交換器２内の配管および冷却水用配管
６を介して前記恒温槽に戻されることにより、熱交換器
２は約２０．０℃に一定に保たれる。ここで、熱交換器
２は、剛性の強い粗動ステージ１３に固定されているの
で、大量の冷却水が流し込まれても振動することがない
。
マスクパターンが転写されるウェハは、公知の搬送ハン
ド（不図示）により、ウェハチャック１の位置まで搬送
されたのち、十文字状の溝７と前記真空ポンプとが連通
されることにより、ウェハチャックｌに真空吸着される
。その後、粗動ステージ１３が不図示のアクチュエータ
により駆動され、また、微動ステージ８がピエゾ素子１
１により駆動されることにより、ウェハのマスクに対す
る位置合せが行われる。
該位置合せが完了すると、Ｘ線によるウェハの露光が開
始される。露光中、Ｘ線の照射によりウニへの温度が上
昇すると、ウェハチャック１の温度も上昇するが、ウェ
ハチャックｌは熱伝導性のよいＡβ材からなるため、ウ
ェハチャツク１全体の温度が一様に上昇する。したがっ
て、ウェハチャック１と接触する２本のヒートパイプ３
゜４の接触部２１の温度が上昇し、各ヒートパイプ３．
４の接触部２１の内面に貼付けられたウィック２４の温
度も上がり、その飽和蒸気圧が上昇してウィック２４内
の作動液が気化熱を奪って蒸発する。該蒸発した作動液
は、このとき生じる各ヒートパイプ３，４内の圧力分布
により各ヒートパイプ３．４の熱交換器２側の接触部２
２まで瞬時に移動する。ここで、前述したように熱交換
器２は約２０．０℃に温度制御されているため、各ヒー
トパイプ３．４の接触部２２もまた約２０．０℃に一定
になっているので、前記蒸発した作動液は凝縮して液体
となりウィック２４に吸収される。なお、該吸収された
作動液はウィック２４内の毛細管現象により拡散されて
、各ヒートパイプ３４の接触部２１付近のウィック２４
に還元される。
その結果、露光中にウェハの温度が上昇しても、該温度
上昇に伴なう熱のほとんどは、２本のヒートパイプ３．
４における作動液の蒸発に費やされるので、ウェハの温
度を一定に保つことができる。
なお、作動液としてたとえば水を用いた場合、各ヒート
パイプ３，４の内部は、水の沸点が約２０．０℃となる
ように約２０［Ｔｏｒｒ］に減圧される。
一方、Ｘ線露光装置においては、Ｘ線の減衰を防ぐため
にウェハチャック１が設置される雰囲気は、一般に２０
０　［Ｔｏｒｒ］前後の圧力に保たれたヘリウム・ガス
であるため、各ヒートパイプ３，４の内外の圧力差は約
１８０　［Ｔｏｒｒ］　となる。したがって、各ヒート
パイプ３，４の中央部のパイプ２３は、径２０［ｍｍ］
以内、肉厚１　［ｍｍ１以上とすることによりテフロン
などの樹脂材を用いても構成することができる。また、
各ヒートパイプ３，４のパイプ２３の外形を第３図に示
すように蛇腹状としてフレキシビリティをもたせること
により、微動ステージ８によるウェハの細かな位置合せ
に応じて、各ヒートパイプ３．４を第１図に示した）ｃ
、ｙ、ｚ軸方向およびω８．ωｙ、ω２方向に微動可能
とすることができる。
水辺外の作動液を用いても、各ヒートパイプ３．４の内
外の圧力差はたかだか２００［Ｔｏｒｒ］前後であるた
め、各ヒートパイプ３，４のパイプ２３を同様にして樹
脂材を用いて構成しても問題ない。また、各ヒートパイ
プ３，４のパイプ２３は、ＡＩ２材などの金属を用いて
も同様の構造とすることにより、フレキシビリティをも
たせることができる。
第４図は本発明のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置の第２
の実施例におけるウェハチャックの概略構成図である。
本実施例のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置が、第１図に
示したものと異なる点は、ウェハチャック３１の構造で
ある。すなわち、第４図に示すように、本実施例で用い
られているウェハチャック３１は、Ａρ材などの熱伝導
性のよい材質からなり、ウェハを真空吸着するための十
文字状の溝３７が設けられている点については、第１図
に示したウェハチャックｌと同じである。しかし、減圧
された中空部３９を有し、作動液で湿ったウィック３８
がその内面に貼付けられている点が、第１図に示したも
のと異なる。なお、ウェハチャック３１内の中空部３９
は、前記作動液の沸点が約２００℃となる圧力に減圧さ
れている。
本実施例のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置では、露光中
にウェハの温度が上昇すると、ウェハチャック３１の温
度も上昇し、ウェハチャック３１と接触する不図示の２
本のヒートパイプ（第１図参照）のウェハチャック３１
側の接触部の温度も上がって、該各ヒートパイプの接触
部の内面に貼付けられたウィックの温度が上昇し、該ウ
ィック内の作動液が気化熱を奪って蒸発する。該蒸発し
た作動液は、このとき生じる前記各ヒートパイプ内の圧
力分布により、該各ヒートパイプの熱交換器側の接触部
まで瞬時に移動する。ここで、該熱交換器は、第１図に
示した熱交換器２と同様にして約２０．０℃に温度制御
されているため、前記各ヒートパイプの該熱交換器側の
接触部もまた約２０．０℃に一定になっているので、前
記蒸発した作動液は凝縮して液体となり前記ウィックに
吸収される。該吸収された作動液は前記ウィック内の毛
細管現象により拡散されて、前記各ヒートパイプのウェ
ハチャック３１側の接触部付近のウィックに還元される
。
その結果、ウェハチャック３１の２本のヒートパイプと
接触する部分の温度は、常に約２０．０℃一定に保たれ
る。
一方、露光中にウニへの温度が上昇すると、ウェハが真
空吸着されている部分のウェハチャック３１の内面に貼
付けられたウィック３８の温度も上昇して、ウィック３
８内の作動液が気化熱を奪って蒸発する。該蒸発した作
動液は、このときウェハチャック３１内の中空部３９内
に生じる圧力分布により、ウェハチャック３１の前記２
本のヒートパイプが接触している部分まで瞬時に移動す
るが、ウェハチャック３１の当該部分の温度は前述した
ように常に約２０，０℃に一定に保たれているため、前
記蒸発した作動液は凝縮して液体となりウィック３８に
吸収される。なお、該吸収された作動液はウィック３８
内の毛細管現象により拡散されて、ウェハチャック３１
のウェハが真空吸着されている部分のウィック３８に還
元される。
したがって、露光中にウェハの温度が上昇しても、該温
度上昇に伴なう熱のほとんどは、ウェハチャック３１お
よび２本のヒートパイプにおける作動液の蒸発に費やさ
れるので、ウニへの温度が一定に保たれる。
第５図は本発明のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置の第３
の実施例におけるウェハチャック４１とヒートパイプ５
０の接続を示す図である。
本実施例のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置は、ウェハチ
ャック４１が、Ａｊ２村などの熱伝導性のよい材質から
なり、ウェハを真空吸着するための十文字状の溝（不図
示）が設けられ、減圧された中空部４９を有し、作動液
で湿ったウィック４８がその内面に貼付けられている点
については、第４図に示したＸ線露光装置用ウェハ冷却
装置と同じである。しかし、ヒートパイプ５０のウェハ
チャック４１側の接触部５１がドーナッツ状になってお
り、また、ウェハチャック４１のヒートパイプ５０との
接触部分に、ヒートパイプ５０の内径にほぼ等しい孔が
設けられており、ウェハチャック４１のウィック４８と
ヒートパイプ５０のウィック５４とが接続されていると
ともに、ウェハチャック４１内の中空部４９とヒートパ
イプ５０内の中空部とが連通されている点が、第４図に
示したものと異なる。なお、ウェハチャック４】内およ
びヒートパイプ５０内の圧力は、作動液の沸点が約２０
０℃となる圧力に減圧されている。
本実施例のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置では、露光中
にウェハの温度が上昇すると、ウェハが真空吸着されて
いる部分のウェハチャック４１の内面に貼付けられたウ
ィック４８の温度も上昇し、ウィック４８内の作動液が
気化熱を奪って蒸発する。該蒸発した作動液は、このと
きウェハチャック４１内およびヒートパイプ５０内に生
じる圧力分布により、ウェハチャック４１のビートパイ
プ５０との接触部分、ヒートパイプ５ｏの接触部５１お
よびパイプ５３内の中空部を経由してヒートパイプ５０
の接触部５２まで瞬時に移動する。該接触部５２は第１
図に示した熱交換器２と同様な構造を有する熱交換器４
２により温度２０．０℃に一定に保たれているため、該
接触部５２まで移動してきた前記蒸発した作動液は凝縮
して液体となり、ウィック５４に吸収される。なお、該
吸収された作動液はウィック５４内の毛細管現象により
拡散されて、ヒートパイプ５ｏの接触部５１の部分のウ
ィック５４に還元されたのち、ウェハチャック４１の当
該部分のウィック４８に拡散され、ウェハチャック４１
のウェハが真空吸着されている部分のウィック４８に還
元される。
したがって、露光中にウェハの温度が上昇しても、該温
度上昇に伴なう熱のほとんどは、ウェハチャック４１に
おける作動液の蒸発に費やされるので、ウェハの温度が
一定に保たれる。
第６図は本発明のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置の第４
の実施例における熱交換器６２の構造を示す図、第７図
は第６図に示した熱交換器６２とヒートパイプ７０との
接続を示す図である。
本実施例のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置は、ウェハチ
ャック（不図示）とヒートパイプ７ｏと熱交換器６２と
を一つのヒートパイプ構造とするものであり、ウェハチ
ャックは第５図に示したウェハチャック４１と同様の構
造を有する。また、第６図に示すように、熱交換器６２
は減圧された中空部６５を有し、作動液で湿ったウィッ
ク６４がその内面に貼付けられているとともに、冷却水
が循環可能なように冷却水用溝６３が設けられている。
さらに、ヒートパイプ７０の熱交換器６２側の接触部７
２はドーナッツ状になっており、熱交換器６２のヒート
パイプ７０との接触部分に、ヒートパイプ７０の内径に
ほぼ等しい孔を設けることにより、熱交換器６２のウィ
ック６４とヒートパイプ７０のウィック７８とを接続す
るとともに、熱交換器６２の中空部６５と前記ウェハチ
ャックの中空部とをヒートパイプ７０により連通してい
る。
本実施例のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置は、以上説明
したように一つのヒートパイプ構造となっているため、
公知のビートパイプの原理によりウェハの温度を一定に
保つことができる。
なお、熱交換器の構造としては、第８図に示す熱交換器
８０のように、冷却水用溝８１を有する熱伝導性のよい
材質からなる中空部の容器の内側に、減圧された中空部
８４を有し、その内面に作動液で湿ったウィック８３が
貼付けられた、熱伝導性のよい材質からなるコンテナ８
２を、その外面を前記容器の内面と接触させて設けるこ
とにより、前記容器とコンテナ８２とを違う材質のもの
としてもよい。
第９図は本発明のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置の第４
の実施例を示す概略構成図である。
本実施例のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置は、第８図に
示したＸ線露光装置用ウェハ冷却装置におけるヒートパ
イプ７０の代わりに、ウェハチャック９１内の中空部と
熱交換器９２内の中空部とを連通させるフレキシブルな
パイプ９３と、ウェハチャック９１内のウィックに補給
する作動液を貯える作動液用タンク９７と、作動液用タ
ンク９７とウェハチャック９Ｉ内のウィックとを接続す
る、フレキシブルな作動液用配管９６と、作動液用配管
９６の途中に設けられた作動液用バルブ９８と、ウェハ
チャック９１内の中空部と真空発生源（不図示）とを接
続する、フレキシブルな真空引き用配管９つと、真空引
き用配管９９の途中に設けられた真空引き用バルブ１０
０とを具備する。なお、作動液用タンク９７１作動液用
配管９６、作動液用バルブ９８．真空引き用配管９９お
よび真空引き用バルブ１００は、ウェハチャック９１内
のウィックに作動液を補給する手段として機能する。
ここで、図示はしていないが、第１図に示したものと同
様に、ウェハチャック９１は微動ステージに、熱交換器
９２は粗動ステージにそれぞれ固定されている。また、
バイ１９３１作動液用配管９６および真空引き用配管９
９の構造をそれぞれ、第３図に示したピートパイプ３の
構造と同様とすることにより、これらを金属を用いて構
成しても前記微動ステージによるウニへの細かな位置合
せが可能となる。
本実施例のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置は、以上の構
成とすることにより擬似的に一つのヒートパイプ構造と
するものであり、第７図に示したものと同様にして、公
知のヒートパイプの原理によりウェハの温度を一定に保
つことができる。
すなわち、露光中にウェハの温度が上昇すると、ウェハ
が真空吸着されている部分のウェハチャック９１の内面
に貼付けられたウィックの温度も上昇し、該ウィック内
の作動液が気化熱を奪って蒸発する。該蒸発した作動液
は、ウェハチャック９１内、パイプ９３内および熱交換
器９２内の圧力分布により、ウェハチャック９１のパイ
プ９３との接触部分およびパイプ９３を経由して熱交換
器９２まで瞬時に移動する。したがって、露光中にウェ
ハの温度が上昇しても、該温度上昇に伴なう熱のほとん
どは、ウェハチャック９１における作動液の蒸発に費や
されるので、ウェハの温度が一定に保たれる。
なお、本実施例のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置では、
熱交換器９２が第６図および第７図に示した熱交換器６
２と同様な構造を有し、２本の冷却水用配管９５１．９
５２により循環される冷却水により温度一定に保たれて
いるため、熱交換器９２まで移動してきた前記蒸発した
作動液は、熱交換器９２内において凝縮して液体となり
、熱交換器９２内のウィックに吸収される。しかし、パ
イプ９３内にはウィックが設けられていないため、前記
凝縮して液体となった作動液は、ウェハチャック９１に
は戻らない。その結果、露光を何回か繰返すうちに、ウ
ェハチャック９１内の作動液はしだいに減少し、ウェハ
が真空吸着される部分のウェハチャック９１内のウィッ
クが作動液で浸されていない現象が生じてくる。このよ
うな現象が生じると、ウェハの温度が上昇しても作動液
が気化熱を奪って蒸発することができなくなる、いわゆ
るドライアウト状態が発生する。
そこで、本実施例では、このドライアウト状態の発生を
防止するため、定期的に作動液用バルブ９８を開くこと
により、作動液用タンク９７から作動液用配管９６を介
してウェハチャック９１内のウィックに作動液を補給で
きるようにしている。このとき、前記作動液を補給する
前に、真空引き用バルブ１００を開いて、真空引き用配
管９９を介してウェハチャック９１内と前記真空ポンプ
とを連通させて真空引きを行うことにより、ウェハチャ
ック９１内および熱交換器９２内にある前記作動液をす
べて蒸発させて（約２０．０℃の飽和蒸気圧は約２０　
Ｔｏｒｒであるため、真空つまり約ＯＴｏｒｒでは前記
作動液はすべて蒸発する。）、真空引き用配管９９から
排出することができる。
また、作動液とウィックとの適合性がよくないと、ウェ
ハチャック９１内に不凝縮性ガスが発生して動作不能と
なるが、このような場合には、真空引き用バルブ１００
を開くことにより、真空引き用配管９９を介してウェハ
チャック９１内と前記真空ポンプとを連通させて再度真
空引きを行ったあと、作動液用バルブ９８を開いて作動
液用タンク９７から作動液用配管９６を介してウェハチ
ャック９１内のウィックに作動液を補給することにより
、正常状態に戻すことができるようにしている。
なお、本実施例においては、熱交換器９２内に溜ってく
る前記作動液を真空引き用配管９９から排出したが、該
作動液を排出する手段を別途設けてもよい。
以上の説明においては、ウェハチャックと熱交換器とを
接続する各ヒートパイプの本数を２本としたが（第１図
参照）、１本または３本以上であってもよい。
また、各ウェハチャック内、各ヒートパイプ内および各
熱交換器内の圧力は、作動液の沸点が約２０．０°Ｃと
なる圧力に減圧されたが、これに限るものではなく、作
動液の沸点が熱交換器内に循環される冷却水の温度（２
００℃以外でも可）と一致する圧力に減圧されていれば
よい。
さらに、ウェハチャックおよび熱交換器の強度を確保す
るため、特開昭５８−９６９９２号公報に記載されてい
るように、各ウェハチャック内および各熱交換器内に支
柱を設けてもよい。
ウェハチャックに設けられる真空吸着用の溝の形状は十
文字状に限らず、放射線状など他の形状であってもよい
。
［発明の効果］ 本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載
する効果を奏する。
請求項第１項記載のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置では
、露光中のウェハの温度上昇に伴なう熱は、ヒートパイ
プにおける作動液の蒸発に費やされるため、前記ウェハ
の温度を一定に保つことができ、また、前記熱交換器は
剛性の強い粗動ステージに固定されているため、前記冷
却水の循環によるウェハチャックの振動を防止すること
ができ、さらに、前記ヒートパイプはフレキシブルであ
るため、前記ウェハチャックの微動ステージによる細か
い位置合せを行うこともできるので、パターン転写精度
の悪化を招くことなくウェハを冷却することができるＸ
線露光用ウェハ冷却装置を提供することができるという
効果がある。
請求項第２項記載のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置では
、両端の接触部を熱伝導性のよい材質で、中央部のパイ
プな樹脂材で構成し、かつ作動液で湿ったウィックをそ
の内面に貼付けることにより、フレキシブルなヒートパ
イプを容易に構成することができるという効果がある。
請求項第３項記載のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置では
、減圧された中空部を有し、作動液で湿ったウィックが
その内面に貼付けられたウェハチャックを用いることに
より、ウェハ全体の温度を効率よく一定に保つことがで
きるという効果がある。
請求項第４項記載のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置では
、減圧された中空部を有し、作動液で湿ったウィックが
その内面に貼付けられた熱交換器を用い、該熱交換器内
のウィックとヒートパイプ内のウィックとを接続すると
ともに、ウェハチャック内のウィックと前記ヒートパイ
プ内のウィックとを接続して、ウェハ冷却装置自体を一
つのヒートパイプ構造とすることにより、効率よくウェ
ハの温度を一定に保つことができるという効果がある。
請求項第５項記載のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置では
、ビートパイプの代わりに、ウェハチャック内の中空部
と熱交換器内の中空部とを連通させるフレキシブルなパ
イプと、前記ウェハチャック内のウィックに作動液を補
給する手段とを設けることにより、蒸発した作動液を前
記熱交換器に移動させるとともに、ウェハチャック内の
ウィックに作動液を適宜補給することができるので、第
４項記載のものと同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置の第１
の実施例を示すウェハ保持ブロックの概略構成図、第２
図は第１図の支持台付近の拡大図、第３図は第１図のヒ
ートパイプの構造を示す図、第４図は本発明のＸ線露光
装置用ウェハ冷却装置の第２の実施例におけるウェハチ
ャックの概略構成図、第５図は本発明のＸ、ｌｊｌ露光
装置用ウェハ冷却装置の第３の実施例におけるウェハチ
ャックとヒートパイプの接続を示す図、第６図は熱交換
器の構造を示す図、第７図は熱交換器とビートパイプの
接続を示す図、第８図は熱交換器の他の構成を示す図、
第９図は本発明のＸ線露光装置用ウェハ冷却装置の第４
の実施例を示す概略構成図、第１０図はＸ線露光装置に
おいて使用される従来のウェハ保持ブロックの一例を示
す概略構成図、第１１図は流量と変位の関係を求めたー
実験結果を示すグラフである。 １．３１．４１．９１・・・ウェハチャック、２．４２
，６２，８０．９２・・・熱交換器、３　４．５０．７
０・・・　ヒートパイプ、５．６．９５．．９５□・・
・冷却水用配管、７．３７．９４・・・溝、 ８・・・微動ステージ、　　９・・・ゴム、１０・・・
板ばね、　　　　１１ １２・・・支持台、　　　　１３ ２１．２２，５１　　５２，７ ２３．５３．７３　　９３・・・ ２４、　３８．　４８．　５４．　６ ・・・ピエゾ素子、 ・・・粗動ステージ、 ２・・・接触部、 パイプ、 ４．７８．８３ ・・・ウィック、 中空部、 ３９、　４９．　６５．　８４・・・ ６３．８１・・・冷却水用溝、 ８２・・・コンテナ、　　　９６・・・９７・・・作動
液用タンク、 ９８・・・作動液用バルブ、 ９９・・・真空引き用配管、 １００・・・真空引き用バルブ、 ｘ、ｙ、ｚ・・・軸、 ωｍ＋　　ωｙ　、　ω２−・ 回転方向。 作動液用配管、 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、微動ステージに固定された、熱伝導性のよい材質か
    らなるウェハチャックと、 粗動ステージに固定された、熱伝導性のよい材質からな
    る、冷却水が循環可能な内部構造を有する熱交換器と、 該熱交換器と前記ウェハチャックとの間で伝熱を行わせ
    るためのフレキシブルなヒートパイプとを具備するＸ線
    露光装置用ウェハ冷却装置。 ２、ヒートパイプは、両端の接触部が熱伝導性のよい材
    質からなり、中央部のパイプが樹脂材からなり、作動液
    で湿ったウイックがその内面に貼付けられていることを
    特徴とする請求項第１項記載のＸ線露光装置用ウェハ冷
    却装置。 ３、ウェハチャックが、減圧された中空部を有し、作動
    液で湿ったウイックがその内面に貼付けられていること
    を特徴とする請求項第１項または第２項記載のＸ線露光
    装置用ウェハ冷却装置。 ４、熱交換器が、減圧された中空部を有し、作動液で湿
    ったウイックがその内面に貼付けられており、 該熱交換器内のウイックとヒートパイプ内のウイック、
    およびウェハチャック内のウイックと前記ヒートパイプ
    内のウイックとがそれぞれ接続されており、 前記ウェハチャック内の中空部と前記熱交換器内の中空
    部とが、前記ヒートパイプにより連通されていることを
    特徴とする請求項第３項記載のＸ線露光装置用ウェハ冷
    却装置。 ５、微動ステージに固定された、熱伝導性のよい材質か
    らなり、減圧された中空部を有し、かつ作動液で湿った
    ウイックがその内面に貼付けられたウェハチャックと、 粗動ステージに固定された、熱伝導性のよい材質からな
    り、冷却水が循環可能な内部構造および減圧された中空
    部を有し、かつ作動液で湿ったウイックがその内面に貼
    付けられた熱交換器と、該熱交換器内の中空部と前記ウ
    ェハチャック内の中空部とを連通させるフレキシブルな
    パイプと、 前記ウェハチャック内のウイックに補給する作動液を貯
    える作動液用タンクと、 該作動液用タンクと前記ウェハチャック内のウイックと
    を接続する、フレキシブルな作動液用配管と、 該作動液用配管の途中に設けられた作動液用バルブと、 前記ウェハチャック内の中空部と真空発生源とを接続す
    る、フレキシブルな真空引き用配管と、該真空引き用配
    管の途中に設けられた真空引き用バルブとを具備するＸ
    線露光装置用ウェハ冷却装置。
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