JP2004080025A - 冷却装置及び方法、当該冷却装置を有する露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　結像性能の劣化となる光学部材の熱膨張による変形を低減することで所望の光学性能をもたらす冷却装置及び方法、当該冷却装置を有する露光装置を提供する。
【解決手段】　真空雰囲気下に置かれた光学部材を冷却する冷却装置であって、前記光学部材と非接触で配置され、前記光学部材に対して輻射により当該光学部材を冷却する輻射冷却部と、前記輻射冷却部の温度を制御する制御部とを有することを特徴とする冷却装置を提供する。
【選択図】　　　　　図１

Description

　本発明は、一般には、冷却装置に係り、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を露光する露光装置に用いられる光学素子を冷却する冷却装置に関する。本発明は、特に、露光光源として紫外線や極端紫外線（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ　ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を利用する露光装置に用いられる光学素子を冷却する冷却装置に好適である。

　フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクル又はマスク（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する縮小投影露光装置が従来から使用されている。

　縮小投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、解像度はよくなる。このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い露光光の短波長化が進められ、超高圧水銀ランプ（ｉ線（波長約３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）と用いられる紫外線光の波長は短くなってきた。

　しかし、半導体素子は急速に微細化しており、紫外線光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで、０．１μｍ以下の非常に微細な回路パターンを効率よく転写するために、紫外線光よりも更に波長が短い、波長１０ｎｍ乃至１５ｎｍ程度の極端紫外線（ＥＵＶ）光を用いた縮小投影露光装置（以下、「ＥＵＶ露光装置」と称する。）が開発されている。

　露光光の短波長化が進むと物質による光の吸収が非常に大きくなるので、可視光や紫外光で用いられるような光の屈折を利用した屈折素子、即ち、レンズを用いることは難しく、更に、ＥＵＶ光の波長領域では使用できる硝材が存在しなくなり、光の反射を利用した反射素子、即ち、ミラー（例えば、多層膜ミラー）のみで光学系を構成する反射型光学系が用いられる。

　ミラーは、露光光を全て反射するわけではなく、３０％以上の露光光を吸収する。吸収した露光光は、分熱となりミラーの表面形状を変形させて光学性能（特に、結像性能）の劣化を引き起こしてしまう。そこで、ミラーは、温度変化によるミラー形状の変化を小さくするために線膨張係数の小さな、例えば、線膨張係数が１０ｐｐｂといった低熱膨張ガラスで構成される。

　ＥＵＶ露光装置は、０．１μｍ以下の回路パターンの露光に使用されるため、線幅精度が非常に厳しく、ミラーの表面形状は０．１ｎｍ程度以下の変形しか許されない。従って、ミラーの線膨張係数を１０ｐｐｂとしても、温度が除々に上昇し、ミラー表面の形状が変化してしまう。例えば、ミラーの厚さが５０ｍｍであるとすると、０．２℃の温度上昇により、ミラー表面の形状が０．１ｎｍ変化することになる。

　そこで、図９に示すように、ミラー５０００に継手５１００を接合し、水路配管５２００と継手５１００をつないでミラー５０００に形成された流路５３００に水などの冷却媒体を流してミラー５０００を冷却する方法が一般的に行われている。ここで、図９は、従来のミラー５０００の冷却方法を示す図であって、図９（ａ）は、ミラー５０００の概略透視平面図、図９（ｂ）は、ミラー５０００の概略断面図である。

　しかし、ミラー５０００を構成する低熱膨張ガラスは非常に柔らかく、ミラー５０００に継手５１００を接合する際にミラー５０００に力が加わり、表面形状が０．１ｎｍ以上変化してしまう。また、ミラー５０００を冷却する際に、冷却媒体に圧力を加えながら流路５３００に流さなければならないが、かかる圧力によってミラー５０００の表面形状が変化してしまう。

　一方、ミラーに気体を吹き付けるなどの対流熱伝達を用いて、ミラーに力を与えずに非接触で冷却する方法が考えられる。しかし、ＥＵＶ露光装置においては、露光光路中に含まれる残留ガス（高分子有機ガスなど）成分とＥＵＶ光との反応によりミラー表面にコンタミが付着し、反射率が低下することを防ぐために、露光光路雰囲気中は、１×１０^−６［Ｐａ］程度の高真空に維持されているため、気体を用いることができない。

　そこで、本発明は、結像性能の劣化となる光学部材の熱膨張による変形を低減することで所望の光学性能をもたらす冷却装置及び方法、当該冷却装置を有する露光装置を提供することを例示的目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の一側面としての冷却装置は、真空雰囲気下に置かれた光学部材を冷却する冷却装置であって、前記光学部材と非接触で配置され、前記光学部材に対して輻射により当該光学部材を冷却する輻射冷却部と、前記輻射冷却部の温度を制御する制御部とを有することを特徴とする。前記光学部材の温度を検出する検出部を更に有し、前記制御部は、前記検出部の検出する前記光学部材の温度が所定の値となるように、前記輻射冷却部を制御する。前記制御部は、前記輻射冷却部に形成された流路に冷媒を流す冷媒供給部を有してもよい。前記冷媒の温度は、実質的に一定である。前記制御部は、前記光学部材の温度が所定の値となるように、前記輻射冷却部の温度を制御し、前記冷媒の温度は、前記所定の値と実質的に同じである。前記輻射冷却部が前記光学部材以外から輻射により熱を吸収することを防止する輻射遮蔽部材を更に有してもよい。前記輻射冷却部は、前記光学部材に対して温度差を形成する輻射板と、前記制御部に制御され、前記輻射板に接合してペルチェ効果により前記輻射板を冷却するペルチェ素子と、冷媒が流れるための流路を有し、前記ペルチェ素子の排熱を回収する放熱ブロックとを有し、前記制御部は、前記冷媒を前記流路に流す冷媒供給部を有してもよい。前記冷媒の温度は、実質的に一定である。前記制御部は、前記検出部の検出する前記光学部材の温度が所定の値となるように、前記輻射冷却部を制御し、前記冷媒の温度は、前記所定の値と実質的に同じである。前記輻射冷却部が前記光学部材以外から輻射により熱を吸収することを防止する輻射遮蔽部材を更に有してもよい。前記冷媒供給部は、前記冷媒を前記流路に沿って循環させる。前記光学部材は、ミラーである。

　本発明の別の側面としての冷却方法は、真空雰囲気下に置かれた光学部材を冷却する冷却方法であって、前記光学部材の温度を検出するステップと、前記検出ステップで検出した前記光学部材の温度が所定の値となるように、前記光学部材と対向する位置に非接触で配置されると共に前記光学部材の熱を吸収する輻射板を冷却することを特徴とする。前記冷却ステップは、前記輻射板に接合されたペルチェ素子の排熱側に設けられた放熱ブロック内に設けられた流路に、実質的に一定の温度の冷媒を流すことが好ましい。前記冷却ステップは、前記輻射板に接合されたペルチェ素子の排熱側に設けられた放熱ブロック内に設けられた流路に、前記所定の値と実質的に同じ温度の冷媒を流すことが好ましい。

　本発明の更に別の側面としての露光装置は、上述の冷却装置と、前記冷却装置により冷却された光学部材を介してマスク又はレチクルに形成されたパターンを被処理体に露光する光学系とを有することを特徴とする。前記光学系が有し、前記マスク又はレチクルから前記被処理体に至る光路中に配置された光学素子は、全てミラーから構成される。前記マスク又はレチクルから前記光学系を介して前記被処理体に至る光の波長が１０ｎｍ乃至１５ｎｍである。

　本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップと、投影露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とする。

　本発明の更なる更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

　本発明の冷却装置及び方法によれば、真空雰囲気下に置かれた光学部材であっても、光学部材に接触することなく光学部材を冷却することが可能であるので、結像性能の劣化となる光学部材の熱膨張による変形を低減させて所望の光学性能を実現することができる。

　以下、添付図面を参照して本発明の例示的一形態である冷却装置及び冷却方法について説明する。なお、各図において、同一の部材については、同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明の冷却装置１の構成を示す概略断面図である。

　冷却装置１は、真空チャンバＶＣ内に置かれた光学部材Ｍを冷却する冷却装置である。真空チャンバＶＣ内は、残留ガス（高分子有機ガスなど）成分と露光光Ｌとの反応により光学部材Ｍの表面にコンタミが付着し、反射率が低下することを低減させるために、図示しない真空ポンプによって１×１０^−６［Ｐａ］程度の真空に維持されている。光学部材Ｍは、真空チャンバＶＣ内において、光学部材支持定盤ＭＰに支持された光学部材支持部材ＭＢを介して所定の場所に位置決めされ、反射、屈折及び回折等を利用して光を結像させる。光学部材Ｍは、例えば、ミラー、レンズ、平行平板ガラス、プリズム及びフレネルゾーンプレート、キノフォーム、バイナリオプティクス、ホログラム等の回折光学素子を含む。本実施形態においては、光学部材Ｍとしてミラーを例に説明する。冷却装置１は、図１によく示されるように、検出部１００と、輻射冷却機構２００と、制御部３００とを有する。

　検出部１００は、光学部材Ｍの露光光Ｌが照射される照射領域以外に取り付けられ、光学部材Ｍの温度を検出する。光学部材Ｍの温度は、露光光Ｌが照射されることによって、照射領域は高温、照射領域以外は低温となる（即ち、温度分布を生じる）ため、検出部１００は、光学部材Ｍ全体の平均の温度を検出するように構成する。また、検出部１００は、検出した光学部材Ｍの温度を後述する制御部３００に送信する。検出部１００は、例えば、熱電対、抵抗温度センサー、赤外線温度センサーなどの温度センサーから構成される。なお、本実施形態では、検出部１００を光学部材Ｍに取り付けている（接触させている）が、光学部材Ｍと非接触に検出部１００を構成し、光学部材Ｍの温度を検出してもよい。

　輻射冷却機構２００は、光学部材Ｍと対向する位置（露光光Ｌが入射する入射側に対して反対側）に非接触で配置され、光学部材Ｍに対して輻射により光学部材Ｍから熱を吸収する。輻射冷却機構２００は、輻射板２１０と、循環部２２０とを有する。

　輻射板２１０は、輻射板支持定盤２１２に支持された輻射板支持部材２１４によって、光学部材Ｍに対して間隔Ｃを有して固定される。輻射板２１０と光学部材Ｍとの間隔Ｃは、光学部材Ｍから熱を吸収する効率を上げるために短くすることが好ましい。輻射板支持定盤２１２及び輻射板支持部材２１４は、一般的に、軽く、堅く、線膨張係数の小さいセラミクスなどから構成される。なお、光学部材支持定盤ＭＰと輻射板支持定盤２１２を別体構造とすることで、後述するように、輻射板２１０に形成された流路２１６に冷媒が流れることによる輻射板２１０（及び輻射板支持定盤２１２）の振動が光学部材Ｍに伝わることを防止することができる。従って、振動によって光学部材Ｍの表面形状が変形することなく、所望の光学性能を発揮することができる。

　輻射板２１０は、後述する循環部２２０が供給する冷媒が流れるための流路２１６を有する。流路２１６は、パイプ２２２を介して循環部２２０と接続される。流路２１６は、輻射板２１０中の全面に亘って形成され、輻射板２１０全面に一様に冷媒が流れるように構成される。輻射板２１０は、冷媒により冷却されて光学部材Ｍに対して低温となり温度差を形成する。即ち、輻射板２１０は、光学部材Ｍとの温度差により、光学部材Ｍの熱を吸収する。輻射板２１０は、比較的熱伝導率がよく輻射率の高い材料、例えば、セラミクスの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる。

　循環部２２０は、パイプ２２２と接続し、パイプ２２２を介して冷媒を流路２１６に供給及び循環させる。循環部２２０は、後述する制御部３００に制御され、冷媒の温度を変化させる。冷媒は、輻射板２１０に形成された流路２１６を流れることで輻射板２１０を冷却し、かかる冷媒の温度によって冷却される輻射板２１０の温度が決まる。なお、本実施形態では、循環部２２０は、冷媒として水（液体）を供給及び循環させているが、気体等を用いてもよい。また、ここでは冷媒を循環させているが、必ずしも循環させる必要は無く、冷媒を供給する供給部と冷媒を排出する排出部とを設けても良い。また、冷媒貯蔵庫を設けて、流路を通った冷媒を冷媒貯蔵庫に入れ、この冷媒貯蔵庫から流路に冷媒を供給するようにしても良い。このように冷媒貯蔵庫を設けると、冷媒の温度を一定温度に保つのが比較的容易になる。

　制御部３００は、検出部１００の検出する光学部材Ｍの温度が所定の値となるように、輻射冷却機構２００を制御する。制御部３００は、より詳細には、循環部２２０が輻射板２１０（の流路２１６）に供給及び循環させる冷媒の温度を変化させることで輻射板２１０の温度を制御する。かかる制御によって、輻射板２１０が光学部材Ｍから吸収する熱量を調節し、光学部材Ｍの温度を所定の値にする。換言すれば、制御部３００は、光学部材Ｍの温度を一定に保つ機能を有する。

　例えば、輻射によって、絶対温度Ｔ_２［Ｋ］、面積Ａ_２［ｍ^２］の物質Ｙが絶対温度Ｔ_１［Ｋ］、面積Ａ_１［ｍ^２］の物質Ｘから吸収する熱量は、物質Ｘの輻射率をＥ_１、物質Ｙの輻射率をＥ_２、輻射形態係数（即ち、物質Ｘから出たエネルギーが物質Ｙへ到達する割合）をＦ_１２とした場合に、熱流速密度Ｑ［Ｗ／ｍ^２］を用いて以下の数式で表される。但し、Ｔ_１＞Ｔ_２とする。

　つまり、光学部材Ｍが１．５［Ｗ］の露光光Ｌを吸収した場合、光学部材Ｍの温度を所定の値、例えば、２３℃に保ち、且つ、輻射板２１０が１．５［Ｗ］の熱を吸収するためには、制御部３００は、輻射板２１０の温度を１０℃前後に制御する必要がある。従って、制御部３００は、輻射板２１０の温度を１０℃前後とするために循環部２２０が供給及び循環させる冷媒の温度を１０℃前後に制御する。

　なお、上述したように、光学部材Ｍの厚さが５０ｍｍであるとすると、０．２℃の温度上昇により、光学部材Ｍの表面の形状が０．１ｎｍ変化するため、制御部３００は、光学部材Ｍの温度を所定の値から１℃以下、好ましくは、０．２℃以下の範囲で制御することが好ましい。

　ここで、図２を参照して、冷却装置１を用いた光学部材Ｍの冷却方法について説明する。図２は、真空雰囲気下に置かれた光学部材Ｍを冷却する冷却方法１０００を説明するためのフローチャートである。

　まず、検出部１００は、露光光Ｌが照射されていない状態（初期状態）の光学部材Ｍの温度を検出し、検出した初期状態の温度を制御部３００に送信する。制御部３００は、受信した光学部材Ｍの初期状態の温度を所定の値として記憶する（ステップ１００２）。但し、初期状態では、光学部材Ｍは表面形状に変化がないものとする。次に、光学部材Ｍに露光光Ｌが照射されると、検出部１００が光学部材Ｍの温度を検出する（ステップ１００４）。検出部１００が検出した光学部材Ｍの温度は制御部３００に送信され、制御部３００は、検出部１００が検出した光学部材Ｍの温度と所定の値が等しいかどうか判断する（ステップ１００６）。検出した光学部材Ｍの温度と所定の値が等しい場合、光学部材Ｍに露光光Ｌが照射されている間（即ち、露光中）は、ステップ１００４以下を繰り返す。検出した光学部材Ｍの温度と所定の値が異なる場合、制御部３００は、光学部材Ｍの温度が所定の値となるために必要な輻射板２１０の温度を求める（ステップ１００８）。この際、輻射板２１０が吸収しなければならない熱量を算出し、かかる熱量から輻射板２１０の温度を決定する。制御部３００は、求めた輻射板２１０の温度に基づいて、輻射により光学部材Ｍの温度が所定の値となるように、循環部２２０が供給及び循環させる冷媒の温度を調節し、輻射板２１０を冷却する（ステップ１０１０）。即ち、ステップ１０１０は、光学部材Ｍと輻射板２１０との間に温度差を形成する。従って、輻射により光学部材Ｍの熱を輻射板２１０が吸収し、光学部材Ｍの温度を所定の値にすることができる。以下、光学部材Ｍに露光光Ｌが照射されている間（即ち、露光中）は、ステップ１００４以下を繰り返す。

　従って、冷却装置１及び冷却方法１０００によれば、真空雰囲気下に置かれた光学部材であっても、光学部材に接触することなく光学部材を冷却することが可能であり、結像性能の劣化となる光学部材の熱膨張による変形を低減させて所望の光学性能を実現することができる。

　ここで、図２のフローチャートのステップ１００２において、必ずしも「光学部材Ｍの初期状態の温度」を「所定の値」とする必要は無く、光学部材Ｍが設計値通りの形状になるような温度を「所定の値」とすればよい。例えば、光学部材Ｍが２３℃であれば、設計値通りの形状となることが分かっていれば、「所定の値」は２３℃とすればよい。勿論、この値は装置によって異なるが、２０℃から２５℃の間、好ましくは２２℃から２４℃の間に設定するのがよい。

　また、光学部材Ｍに温度分布がある場合を考えると、検出部１００の取り付け場所によっては、検出部１００で検出される温度と光学部材Ｍの全体の平均温度、もしくは検出部１００で検出される温度と光学部材Ｍの光の当たる（入射する）領域の平均温度との差が大きな場合がある。このような場合、検出部１００で検出される温度から、光学部材Ｍの温度（平均温度等）を推測してもよいし、検出部１００で検出される温度と図示しない温度計等（温度検出手段）により検出したチャンバＶＣ内の温度とにより、光学部材Ｍの温度を推測し、その推測された温度に従って冷却するようにしてもよい。

　次に、図３乃至図５を参照して、冷却装置１の変形例である冷却装置１Ａについて説明する。冷却装置１Ａは、冷却装置１と比べて輻射冷却機構２００Ａ及び制御部３００Ａについて異なる。ここで、図３は、図１に示す冷却装置１の変形例である冷却装置１Ａの構成を示す概略断面図である。但し、図３においては、図１に示した光学部材Ｍを所定の場所に位置決めする光学部材支持定盤ＭＰ及び光学部材支持部材ＭＢ、及び、輻射板２１０Ａを所定の場所に位置決めする輻射板支持定盤２１２及び輻射板支持部材２１４は省略している。

　冷却装置１Ａは、冷却装置１と同様、図示しない真空ポンプによって１×１０^−６［Ｐａ］程度の真空に維持された真空チャンバＶＣ内に置かれた光学部材Ｍを冷却する冷却装置である。本実施形態においては、光学部材Ｍとしてミラーを例に説明する。冷却装置１Ａは、図３によく示されるように、検出部１００と、輻射冷却機構２００Ａと、制御部３００Ａとを有する。

　輻射冷却機構２００Ａは、光学部材Ｍと対向する位置（露光光Ｌが入射する入射側に対して反対側）に非接触で配置され、光学部材Ｍに対して輻射により光学部材Ｍから熱を吸収する。輻射冷却機構２００Ａは、輻射板２１０Ａと、ペルチェ素子２４０と、放熱ブロック２５０と、循環部２２０Ａとを有する。

　輻射板２１０Ａは、図示しない輻射板支持定盤に支持された輻射支持部材によって、光学部材Ｍに対して間隔Ｃを有して固定される。輻射板２１０Ａは、後述するペルチェ素子２４０が接合され、ペルチェ素子２４０のペルチェ効果により冷却されて光学部材Ｍに対して低温となり温度差を形成する。即ち、輻射板２１０Ａは、光学部材Ｍとの温度差により、光学部材Ｍの熱を吸収する。輻射板２１０Ａとペルチェ素子２４０との接合は、放出ガス量が低く、且つ、熱伝導性のよい蒸着、半田等の金属のメタライズによって行う。輻射板２１０Ａとペルチェ素子２４０との接合を金属によって行うことで、接着剤を使用する場合に発生してしまう放出ガスをなくし、光学部材Ｍの表面にコンタミが付着することを防止することができる。輻射板２１０Ａは、比較的熱伝導性がよく輻射率の高い材料、例えば、セラミクスの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる。

　輻射板２１０Ａが輻射により、光学部材Ｍ以外の部材、例えば、基準位置部材４００を冷却してしまう場合は、図４に示すように、輻射遮蔽部材２６０を設ければよい。基準位置部材４００とは、ステージの位置を検出するレーザー干渉計を固定する固定部材４１０や光学部材Ｍを支持する光学部材支持部材ＭＢなどの位置変動すると、光学部材Ｍを位置変動させて光学部材Ｍの光学性能の劣化を引き起こしてしまう部材のことである。ここで、図４は、輻射冷却機構２００Ａの要部拡大断面図である。なお、輻射遮蔽部材２６０は、図１に示す冷却装置１に設けることも可能であることは言うまでもない。

　輻射遮蔽部材２６０は、断熱材から構成され、輻射板２１０Ａと基準位置部材４００との間に配置される。輻射遮蔽部材２６０は、輻射板２１０Ａが光学部材Ｍ以外の部材、例えば、基準位置部材４００から輻射により熱を吸収することを防止する。従って、輻射遮蔽部材２６０は、輻射板２１０Ａによる基準位置部材４００の冷却を防止し、基準位置部材４００の温度変化による位置変動がなく、光学部材Ｍの光学性能を劣化させることがない。

　また、輻射遮蔽部材２６０は、図５に示すように、平板２６２と冷媒を流すための流路２６４を備えた構成としてもよい。平板２６２は、輻射板２１０Ａと基準位置部材４００との間に配置され、輻射板２１０Ａが光学部材Ｍ以外の基準位置部材４００から輻射により熱を吸収することを防止する。平板２６２は、流路２６４に冷媒が流れることで、かかる冷媒の温度と等しい温度となる。従って、基準位置部材４００の温度と等しい冷媒を流路２６４に流すことで、平板２６２は基準位置部材４００と等しい温度となり（即ち、温度差がなくなり）、基準位置部材４００の温度変化による位置変動を防止することができる。また、流路２６４を備えた平板２６２で輻射遮蔽部材２６０を構成することにより、断熱材で構成するよりも省スペース化が可能となる。ここで、図５は、輻射冷却機構２００Ａの要部拡大断面図である。

　ここで、輻射遮蔽部材２６０は、図４に示したように、輻射板２１０Ａやペルチェ素子２４０を覆うように設けても良いし、図５に示したように、輻射板２１０Ａの側面側に設けても良い。

　ペルチェ素子２４０は、例えば、ｐ型半導体及びｎ型半導体を熱的に並列に配置して構成される。ペルチェ素子２４０は、後述する制御部３００Ａに制御され、輻射板２１０Ａと接合してペルチェ効果により輻射板２１０Ａを冷却する。「ペルチェ効果」とは、２種類の導体や半導体の接点に電流を流すと電導率の違いから熱の移動が起こるという現象である。本実施形態では、ペルチェ素子２４０は、ｐ型半導体及びｎ型半導体で構成しているので、ｐ型半導体からｎ型半導体の領域では電子が流れにくいため熱を吸収する吸熱面２４２を形成し、ｎ型半導体からｐ型半導体の領域では電子が流れやすいため熱を放出する放熱面２４４を形成する。従って、ペルチェ素子２４０の吸熱面２４２を輻射板２１０Ａと接合することで、輻射板２１０Ａから熱を吸収して冷却することができる。また、ペルチェ素子２４０が吸収できる熱量は、印加電圧によって調節することができる。ペルチェ素子２４０は、応答性が高いために高精度に輻射板２１０Ａの温度を制御して、光学部材Ｍの温度を所定の値にすることができる。ペルチェ素子２４０の放熱面２４４には、放熱ブロック２５０が接合されている。

　放熱ブロック２５０は、ペルチェ素子２４０の放熱面２４４に金属によって接合されている。放熱ブロック２５０とペルチェ素子２４０との接合に金属を用いるのも、上述したように、放出ガス量を抑え、熱伝導性を高めるためである。放熱ブロック２５０は、後述する循環部２２０Ａが供給する冷媒が流れるための流路２５２を有する。流路２５２は、パイプ２２２Ａを介して循環部２２０Ａと接続される。流路２５２は、放熱ブロック２５０中の全面に亘って形成され、放熱ブロック２５０全面に一様に冷媒が流れるように構成される。放熱ブロック２５０は、冷媒により冷却されてペルチェ素子２４０の放熱面２４４から排熱される輻射板２１０Ａを介して吸収した光学部材Ｍの熱を回収する。放熱ブロック２５０は、例えば、セラミクスの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる。

　循環部２２０Ａは、パイプ２２２Ａと接続し、パイプ２２２Ａを介して冷媒を放熱ブロック２５０の流路２５２に供給及び循環させる。循環部２２０Ａが流路２５２に供給及び循環させる冷媒は、放熱ブロック２５０の排熱面２５２からの排熱を回収するためである。従って、冷媒の温度は、可変とする必要がなく、また、極端に低温とする必要もない。例えば、光学部材Ｍの温度を２３℃（所定の値）に保ちたい場合、冷媒の温度は２３℃で十分である。即ち、循環部２２０Ａは、一定の温度（例えば、光学部材Ｍの保ちたい温度）の冷媒を供給及び循環させればよい。これにより、引き回し途中でパイプ２２２Ａが、温度変化することで光学部材が位置ずれを起こし、光学部材の光学性能を劣化させてしまう部材（即ち、図４及び図５に示した基準位置部材４００）、例えば、レーザー干渉計固定部材、光学部材支持部材の冷却を防止することができる。勿論、循環部２２０Ａに供給及び／又は循環させる冷媒、特に、循環部２２０Ａからパイプ２２２Ａに供給及び／又は循環させる冷媒の温度Ｔ（２２０）と、光学部材Ｍを保ちたい温度Ｔ（Ｍ）とが、以下の数式２を満足するのが良い。

　より好ましくは以下の数式３を、更に好ましくは以下の数式４を満足することが望ましい。

　制御部３００Ａは、検出部１００の検出する光学部材Ｍの温度が所定の値となるように、輻射冷却機構２００Ａを制御する。制御部３００Ａは、より詳細には、ペルチェ素子２４０に印加する印加電圧を変化させることで輻射板２１０Ａの温度を制御する。即ち、制御部３００Ａは、輻射板２１０Ａが吸収しなければならない熱量を算出し、かかる熱量から輻射板２１０Ａの温度を決定する。更に、制御部３００Ａは、決定した輻射板２１０Ａの温度に基づいて、ペルチェ素子２４０に印加する印加電圧を調節する。かかる制御によって、輻射板２１０Ａが光学部材Ｍから吸収する熱量が調節され、光学部材Ｍの温度が所定の値となる。換言すれば、制御部３００Ａは、光学部材Ｍの温度を一定に保つ機能を有する。

　冷却装置１Ａによれば、輻射冷却機構２００Ａに温度の応答性に優れたペルチェ素子２４０を用いることで、輻射板２１０Ａの温度制御が向上し、光学部材Ｍの温度を高精度に安定させることができる。また、輻射遮蔽部材２６０により、光学部材Ｍ以外の部材、特に、基準位置部材４００の温度変化を防止し、温度変化による位置変動をなくすことができる。従って、真空雰囲気下に置かれた光学部材であっても、光学部材に接触することなく光学部材を冷却することが可能であり、結像性能の劣化となる光学部材の熱膨張による変形を低減させて所望の光学性能を実現することができる。なお、冷却装置１Ａを用いた光学部材Ｍの冷却方法については、図２を参照して説明した冷却方法１０００と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

　以下、図６を参照して、本発明の冷却装置１００を適用した例示的な露光装置５００について説明する。ここで、図６は、本発明の例示的な露光装置５００の構成を示す概略断面図である。

　本発明の露光装置５００は、露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いて、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でマスク５２０に形成された回路パターンを被処理体５４０に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」は、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。

　図６を参照するに、露光装置５００は、照明装置５１０と、マスク５２０と、マスク５２０を載置するマスクステージ５２５と、投影光学系５３０と、被処理体５４０と、被処理体５４０を載置するウェハステージ５４５と、アライメント検出機構５５０と、フォーカス位置検出機構５６０とを有する。

　また、図６に示すように、ＥＵＶ光は、大気に対する透過率が低く、残留ガス（高分子有機ガスなど）成分との反応によりコンタミを生成してしまうため、少なくとも、ＥＵＶ光が通る光路中（即ち、光学系全体）は真空雰囲気ＶＣとなっている。

　照明装置５１０は、投影光学系５３０の円弧状の視野に対する円弧状のＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）によりマスク５２０を照明する照明装置であって、ＥＵＶ光源５１２と、照明光学系５１４とを有する。

　ＥＵＶ光源５１２は、例えば、レーザープラズマ光源が用いられる。これは、真空容器中のターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される、例えば、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材としては、金属膜、ガスジェット、液滴などが用いられる。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方がよく、通常数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。

　照明光学系５１４は、集光ミラー５１４ａ、オプティカルインテグレーター５１４ｂから構成される。集光ミラー５１４ａは、レーザープラズマからほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集める役割を果たす。オプティカルインテグレーター５１４ｂは、マスク５２０を均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。また、照明光学系５１４は、マスク５２０と共役な位置に、マスク５２０の照明領域を円弧状に限定するためのアパーチャ５１４ｃが設けられている。かかる照明光学系５１４を構成する光学部材である集光ミラー５１４ａ及びオプティカルインテグレーター５１４ｂに本発明の冷却装置１及び冷却方法１０００を適用することができ、冷却装置１により集光ミラー５１４ａ及びオプティカルインテグレーター５１４ｂを冷却することで熱膨張による変形を防止して、優れた結像性能を発揮することができる。

　マスク５２０は、反射型マスクで、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、マスクステージに支持及び駆動されている。マスク５２０から発せられた回折光は、投影光学系５３０で反射されて被処理体５４０上に投影される。マスク５２０と被処理体５４０とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置５００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、マスク５２０と被処理体５４０を走査することによりマスク５２０のパターンを被処理体５４０上に縮小投影する。

　マスクステージ５２５は、マスク５２０を支持して図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ５２５は、当業界周知のいかなる構造をも適用することができる。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、少なくともＸ方向にマスクステージ５２５を駆動することでマスク５２０を移動することができる。露光装置５００は、マスク５２０と被処理体５４０を同期した状態で走査する。ここで、マスク５２０又は被処理体５４０面内で走査方向をＸ、それに垂直な方向をＹ、マスク５２０又は被処理体５４０面内に垂直な方向をＺとする。

　投影光学系５３０は、複数の反射ミラー（即ち、多層膜ミラー）５３０ａを用いて、マスク５２０面上のパターンを像面である被処理体５４０上に縮小投影する。複数のミラー５３０ａの枚数は、４枚乃至６枚程度である。少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いて、マスク５２０と被処理体５４０を同時に走査して広い面積を転写する。投影光学系５３０の開口数（ＮＡ）は、０．２乃至０．３程である。かかる投影光学系５３０を構成する光学部材であるミラー５３０ａに本発明の冷却装置１及び冷却方法１０００を適用することができ、冷却装置１によりミラー５３０ａを冷却することで熱膨張による変形を防止して、優れた結像性能を発揮することができる。

　被処理体５４０は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体５４０には、フォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークは、ベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。

　ウェハステージ５４５は、ウェハチャック５４５ａによって被処理体５４５を支持する。ウェハステージ５４５は、例えば、リニアモーターを利用してＸＹＺ方向に被処理体５４０を移動する。マスク５２０と被処理体５４０は、同期して走査される。また、マスクステージ５２５の位置とウェハステージ５４５との位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。

　アライメント検出機構５５０は、マスク５２０の位置と投影光学系５３０の光軸との位置関係、及び、被処理体５４０の位置と投影光学系５３０の光軸との位置関係を計測し、マスク５２０の投影像が被処理体５４０の所定の位置に一致するようにマスクステージ５２５及びウェハステージ５４５の位置と角度を設定する。

　フォーカス位置検出機構５６０は、被処理体５４０面でＺ方向のフォーカス位置を計測し、ウェハステージ５４５の位置及び角度を制御することによって、露光中、常時被処理体５４０面を投影光学系５３０による結像位置に保つ。

　露光において、照明装置５１０から射出されたＥＵＶ光はマスク５２０を照明し、マスク５２０面上のパターンを被処理体５４０面上に結像する。本実施形態において、像面は円弧状（リング状）の像面となり、マスク５２０と被処理体５４０を縮小倍率比の速度比で走査することにより、マスク５２０の全面を露光する。

　ここで、露光装置においては、光学性能は投影光学系の光学部材の形状変化に対して敏感なので、前述のような輻射冷却機構は投影光学系の光学部材に用いることが多い。特に、光量の多いマスク側の光学部材に用いることが多い。但し、照明光学系に用いても構わない。特に、最も光源に近い反射光学部材は、光学部材の中で最も多量の光が入射するので、必然的に吸収する熱量も大きくなり、その吸収した熱による光学部材の形状の変化量も大きくなる。それを防ぐために、前述のような輻射冷却機構により、多量の光を吸収することによる温度上昇を防ぐことができ、光学部材の形状変化を低減することができる。

　図８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、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）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５００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。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置５００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

　以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明の冷却装置及び方法は、ＡｒＦエキシマレーザーやＦ_２レーザーなどのＥＵＶ光以外の波長２００ｎｍ以下の紫外線用の光学部材に適用することもでき、マスクやウェハにも適用可能である。

本発明の冷却装置の構成を示す概略断面図である。 本発明の冷却方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示す冷却装置の変形例である冷却装置の構成を示す概略断面図である。 図３に示す輻射冷却機構の要部拡大断面図である。 図３に示す輻射冷却機構の要部拡大断面図である。 本発明の例示的な露光装置の構成を示す概略断面図である。 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。 図７に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 従来のミラーの冷却方法を示す図であって、図９（ａ）は、ミラーの概略透視平面図、図９（ｂ）は、ミラーの概略断面図である。

符号の説明

１　　　　　　　冷却装置
１００　　　　　検出部
２００　　　　　輻射冷却機構
２１０　　　　　輻射板
２１２　　　　　輻射板支持定盤
２１４　　　　　輻射板支持部材
２１６　　　　　流路
２２０　　　　　循環部
３００　　　　　制御部
１Ａ　　　　　　冷却装置
２００Ａ　　　　輻射冷却機構
２４０　　　　　ペルチェ素子
２５０　　　　　放熱ブロック
５００　　　　　露光装置
５１４　　　　　照明光学系
５１４ａ　　　　集光ミラー
５１４ｂ　　　　オプティカルインテグレーター
５３０　　　　　投影光学系
５３０ａ　　　　反射ミラー

Claims (19)

1. 　真空雰囲気下に置かれた光学部材を冷却する冷却装置であって、
   　前記光学部材と非接触で配置され、前記光学部材に対して輻射により当該光学部材を冷却する輻射冷却部と、
   　前記輻射冷却部の温度を制御する制御部とを有することを特徴とする冷却装置。
2. 　前記光学部材の温度を検出する検出部を更に有し、
   　前記制御部は、前記検出部の検出する前記光学部材の温度が所定の値となるように、前記輻射冷却部を制御することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 　前記制御部は、前記輻射冷却部に形成された流路に冷媒を流す冷媒供給部を有することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
4. 　前記冷媒の温度は、実質的に一定であることを特徴とする請求項３記載の冷却装置。
5. 　前記制御部は、前記光学部材の温度が所定の値となるように、前記輻射冷却部の温度を制御し、
   　前記冷媒の温度は、前記所定の値と実質的に同じであることを特徴とする請求項３記載の冷却装置。
6. 　前記輻射冷却部が前記光学部材以外から輻射により熱を吸収することを防止する輻射遮蔽部材を更に有することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
7. 　前記輻射冷却部は、
   　前記光学部材に対して温度差を形成する輻射板と、
   　前記制御部に制御され、前記輻射板に接合してペルチェ効果により前記輻射板を冷却するペルチェ素子と、
   　冷媒が流れるための流路を有し、前記ペルチェ素子の排熱を回収する放熱ブロックとを有し、
   　前記制御部は、
   　前記冷媒を前記流路に流す冷媒供給部を有することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
8. 　前記冷媒の温度は、実質的に一定であることを特徴とする請求項７記載の冷却装置。
9. 　前記制御部は、前記検出部の検出する前記光学部材の温度が所定の値となるように、前記輻射冷却部を制御し、
   　前記冷媒の温度は、前記所定の値と実質的に同じであることを特徴とする請求項７記載の冷却装置。
10. 　前記輻射冷却部が前記光学部材以外から輻射により熱を吸収することを防止する輻射遮蔽部材を更に有することを特徴とする請求項７記載の冷却装置。
11. 　前記冷媒供給部は、前記冷媒を前記流路に沿って循環させることを特徴とする請求項７記載の冷却装置。
12. 　前記光学部材は、ミラーであることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
13. 　真空雰囲気下に置かれた光学部材を冷却する冷却方法であって、
    　前記光学部材の温度を検出するステップと、
    　前記検出ステップで検出した前記光学部材の温度が所定の値となるように、前記光学部材と対向する位置に非接触で配置されると共に前記光学部材の熱を吸収する輻射板を冷却することを特徴とする冷却方法。
14. 　前記冷却ステップは、前記輻射板に接合されたペルチェ素子の排熱側に設けられた放熱ブロック内に設けられた流路に、実質的に一定の温度の冷媒を流すことを特徴とする請求項１３記載の冷却方法。
15. 　前記冷却ステップは、前記輻射板に接合されたペルチェ素子の排熱面に設けられた放熱ブロック内に設けられた流路に、前記所定の値と実質的に同じ温度の冷媒を流すことを特徴とする請求項１３記載の冷却方法。
16. 　請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載の冷却装置と、
    　前記冷却装置により冷却された光学部材を介してマスク又はレチクルに形成されたパターンを被処理体に露光する光学系とを有することを特徴とする露光装置。
17. 　前記光学系が有し、前記マスク又はレチクルから前記被処理体に至る光路中に配置された光学素子は、全てミラーであることを特徴とする請求項１６記載の露光装置。
18. 　前記マスク又はレチクルから前記光学系を介して前記被処理体に至る光の波長が１０ｎｍ乃至１５ｎｍであることを特徴とする請求項１６記載の露光装置。
19. 　請求項１６乃至１８のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップと、
    　投影露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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