JP2004247473A

JP2004247473A - 冷却装置及び方法、当該冷却装置を有する露光装置

Info

Publication number: JP2004247473A
Application number: JP2003035115A
Authority: JP
Inventors: Masanori Honda; 正徳本田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-09-02

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、振動を伝えることなく低減させることで、所望の結像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。
【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、前記光学部材に接するように配置されたペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の前記光学部材と接する面と反対側の面と対向する位置に、前記反対側の面と所定の間隔を空けて配置された輻射板と、前記輻射板が前記ペルチェ素子の前記反対側の面以外と輻射による熱交換を行うことを防止する輻射遮蔽部材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

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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）用のガラス基盤等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わる。本発明は、特に、露光光源として紫外線や極端紫外線（ＥＵＶ：ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）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。
【０００２】
【従来の技術】
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する）に描写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。
【０００３】
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、波長を短くするほど、解像度は高くなる。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の波長は短くなってきた。
【０００４】
しかし、半導体素子は、ムーアの法則に従って、急速に微細化しており、紫外光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで、１００ｎｍ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、紫外光よりも更に波長が短い、波長１０ｎｍ〜１５ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を用いた縮小投影露光装置（以下ＥＵＶ露光装置）が開発されている。
【０００５】
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り、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光学素子、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。
【０００６】
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。
【０００７】
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容されない。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であれば、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。つまり、ＥＵＶ露光装置で用いられるミラーは、非常に精度よく温度が一定に保たれている必要があるのである。
【０００８】
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。そのため、ミラーを冷却するための伝熱手段としては、気体を吹き付けるなどの対流伝熱によるものは用いられず、熱伝達による伝熱もしくは輻射伝熱によるしかない。上記の露光光路雰囲気には、ガス供給装置によりヘリウムを供給するようにしても良い。但し、ヘリウムを供給した上で気圧が１×１０^−４［Ｐａ］以下、好ましくは１×１０^−６［Ｐａ］程度であるのが好ましい。
【０００９】
熱伝達によるミラー冷却装置としては、図８に示すような装置が考えられる。
【００１０】
図８は、冷却媒体として液体もしくは気体を用いたミラー冷却装置の概略構成図である。図８（ａ）は冷却装置を下面から見た下面図であり、図８（ｂ）は冷却装置を側面から見た側面図である。図中、１０１はミラー、１０２は冷却媒体を流す水路配管、１０３は水路配管１０２と後述する流路１０４を結合する継手、１０４は水路配管１０２に冷却媒体を流入する流路を示している。ここで、水路配管１０２はミラー１０１の裏面に接触している。本冷却装置は、水路配管１０２に冷媒を流すことにより、熱伝達による伝熱を利用してミラー１０１を冷却する。これによりミラー１０１の温度上昇を抑制することが可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図８に示すような、水路配管を含む冷却機構の場合、水路配管を流れる冷却媒体の乱流等に起因して発生する振動がミラーに伝達する。０．１ｎｍの精度が要求されるミラーが振動すると、求める結像性能は得られない。
【００１２】
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し、かつ振動が生じない冷却装置及び方法、当該冷却装置を有する露光装置を提供することを例示目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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、前記光学部材に接するように配置されたペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の前記光学部材と接する面と反対側の面と対向する位置に、前記反対側の面と所定の間隔を空けて配置された輻射板と、前記輻射板が前記ペルチェ素子の前記反対側の面以外と輻射による熱交換を行うことを防止する輻射遮蔽部材を有することを特徴としている。
【００１４】
本発明の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だろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の例示的一態様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を示す概略構成図である。
【００１６】
冷却装置１は、真空チャンバ内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、不図示の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、不図示の光学部材支持定盤に支持された、不図示の光学部材支持部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、バイナリオプティックス、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によく示されているように、検出部００１と、ペルチェ素子００２と、極低温面００３と、輻射遮蔽部材００４と、制御部００５とを有する。
【００１７】
検出部００１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、照射領域外は低温となる（即ち、温度分布を生じる）ため、光学部材Ｍ全体の平均の温度を検出するように構成される。なお、本実施形態では、検出部００１を光学部材Ｍに接触させているが、光学部材Ｍと非接触に検出部００１を構成し、光学部材Ｍの温度を検出させてもよい。
【００１８】
ペルチェ素子００２は、例えば、ｐ型半導体及びｎ型半導体を熱的に平行に配置して構成される。ペルチェ素子００２は、後述する制御部００５に制御され、光学部材Ｍと接合してペルチェ効果により光学部材Ｍ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００２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００６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００７を形成する。従って、ペルチェ素子００２の吸熱面００６を光学部材Ｍに接合することで、光学部材Ｍから熱を吸収して冷却することができる。ペルチェ素子００２の吸熱面００６は、光学部材Ｍへの露光光Ｌの照射領域を超える面積を有している。その理由は、露光光Ｌの照射面積と比較してペルチェ素子００２の吸熱面の面積が小さい場合、露光光Ｌにより加熱された光学部材Ｍの裏面における加熱面の面積の方が、ペルチェ素子００２の吸熱面００６の面積より大きくなるため、全ての熱を吸収することが困難であるからである。上記構成をすることにより、露光光Ｌにより発生した熱は効率良くペルチェ素子００２に吸収することが出来る。ここで、ペルチェ素子００２の大きさは、露光光Ｌの熱分布に伴って適宜決定することが可能である。ペルチェ素子００２と光学部材Ｍの間には、不図示の熱伝導率の高い電気絶縁部材が介入してある。電気絶縁部材の材料は、例えば窒化アルミ（ＡｌＮ）などである。光学部材Ｍと電気絶縁部材は、例えば放出ガスが少なく、熱伝導性の良い接着剤などで接合される。絶縁部材とペルチェ素子００２は、放出ガスが少なく、熱伝導性の良い蒸着、半田等の金属メタライズによって接合される。なお、光学部材Ｍは、例えばインバと言った金属性の低熱膨張材、ＺＥＲＯＤＵＲと言ったガラス材料の低熱膨張材でも構わない。ペルチェ素子００２が吸収する熱量は、印加電圧によって調整することができる。また、ペルチェ素子００２は、時間応答性が高いため、高速、高精度に吸熱面００６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００２の放熱面００７からの排熱は、後述する極低温面００３に輻射によって伝熱される。
【００１９】
極低温面００３は、光学部材Ｍとは別の不図示の支持体で支持されており、ペルチェ素子００２の放熱面００７と対向した位置に配置されている。極低温面００３は、例えば液体窒素などによってペルチェ素子００２の放熱面００７から放熱される熱量を吸収できるだけの低温に冷却されている。極低温面００３は、ペルチェ素子００２の放熱面００７を輻射により冷却するので、その輻射伝熱効率を高めるために、表面を粗くしたり、表面処理をしたりして放射率を高くしている。また、極低温面００３として、真空到達度の向上や残留ガス及び水分の吸着を目的としたクライオパネルやクライオコイルを利用しても良い。
【００２０】
輻射遮蔽部材００４は、光学部材Ｍとは別の不図示の支持体で支持されており、極低温面と光学部材Ｍとの間に配置されている。輻射遮蔽部材００４は、例えばアルミなどの熱伝導性の良い材料より成り、表面を研磨したり、表面処理したりして、放射率を低くしてある。その理由は、輻射遮蔽部材００４自身が極低温面等と輻射伝熱することを防止するためである。
【００２１】
制御部００５は、検出部００１の検出する光学部材Ｍの温度が所定の値となるようにペルチェ素子００２に印加する印加電圧を変化させることで、ペルチェ素子００３の吸熱面００６の温度を制御する。即ち、制御部００５は、ペルチェ素子００２が吸収しなければならない熱量を算出し、かかる熱量からペルチェ素子００３の吸熱面００６の温度を決定する。更に、制御部００５は、決定したペルチェ素子００２の吸熱面００６の温度に基づいて、ペルチェ素子００２に印加する印加電圧を決定する。かかる制御により、ペルチェ素子００２の吸熱面００６が吸収する熱量が調整され、光学部材Ｍの温度が所定の値となる。換言すれば、制御部００５は、光学部材Ｍの温度を一定に保つ機能を有する。
【００２２】
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。
【００２３】
まず、検出部００１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００５に送信する。制御部００５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１００１）。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、露光光Ｌが照射されると（ステップ１００２）、検出部００１が光学部材Ｍの温度を検出する（ステップ１００３）。そして、検出部００１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１００４）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が照射している間は、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００５は、光学部材Ｍの温度が所定の値となるために必要なペルチェ素子００２の吸熱面００６の温度を算出する。（ステップ１００５）。制御部００５は、算出したペルチェ素子００２の吸熱面００６の温度に基づいてペルチェ素子００２に印加する印加電圧を算出し印加する（ステップ１００６）。これにより、光学部材Ｍの温度を所定の値とすることができる。以下、光学部材Ｍに露光光Ｌが照射されている間は、ステップ１００４以下を繰り返す。
【００２４】
ここで、ステップ１００４において光学部材Ｍの温度と所定の温度範囲とを比較するようにしても構わない。この所定温度は、好ましくは２３度程度（２２度〜２４度）とするのが良い。
【００２５】
以上により冷却装置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、結像性能の劣化となる振動を生じずに、光学部材を冷却することが可能である。同時に結像性能の劣化となる光学部材Ｍ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。
【００２６】
ここで、図２のフローチャートのステップ１００１において、必ずしも「光学部材の初期温度」を「所定の値」とする必要はなく、光学部材Ｍが設計値通りの形状になる温度を「所定の値」とすれば良い。例えば、光学部材が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［℃］とすれば良い。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良い。
【００２７】
また、光学部材に温度分布がある場合を考えると、検出部００１の取付場所によっては、検出部で検出される温度と光学部材Ｍの全体の平均温度、もしくは検出部で検出される温度と光学部材の光が当たる（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、検出部で検出される温度から、光学部材の温度（平均温度差）を推測しても良いし、検出部で検出される温度と不図示の温度計等の温度計測手段により検出したＶＣ内の温度とにより、光学部材の温度を推測し、その推測された温度に従って冷却するようにしても良い。
【００２８】
次に、図３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１は、冷却装置１Ａに比較して、輻射板００８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を示す概略構成図である。但し、図３において図１に示されている露光光Ｌは省略してある。
【００２９】
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。冷却装置１Ａは、図３によく示されているように、検出部００１と、ペルチェ素子００２と、極低温面００３と、輻射遮蔽部材００４と、輻射板００８を有する。
【００３０】
輻射板００８は、ペルチェ素子００２の放熱面００７に接合され、極低温面００３に対向した位置に配置されている。輻射板００８の材料は、熱伝導性が良く、表面の放射率が高い例えば窒化アルミなどから成る。輻射板００８の材料が電気伝導体の場合は、ペルチェ素子００２と輻射板００８の間に、不図示の熱伝導率の高い電気絶縁部材を介入させる。ペルチェ素子００２と電気絶縁部材は、放出ガス量が少なく熱伝導性の良い、蒸着や半田などの金属メタライズによって接合される。電気絶縁部材と輻射板００８は、放出ガス量が少ない、金属メタライズやろう付け、溶接などで接合される。輻射板００８の材料が電気絶縁体の場合は、ペルチェ素子００２と輻射板００８は、金属メタライズによって接合される。輻射板００８の表面は、粗してあったり、表面処理を施してあったりして放射率が高められている。更に、輻射板００８はペルチェ素子００２の放熱面００７と同等以上の面積を有する。
【００３１】
ペルチェ素子００２の放熱面００７からの排熱は、熱伝達により輻射板００８に伝熱しその裏面に熱伝導される。輻射板００８と、光学部材Ｍとの間には、輻射遮蔽部材００４が設けてあり、両者の間は熱的に遮断されている。輻射板００８裏面と極低温面００３表面の間には、温度差が形成されているため、輻射伝熱により輻射板００８は冷却される。輻射板００８が冷却されることにより、ペルチェ素子００２の放熱面００７は熱伝達により冷却され、ペルチェ素子００２からの排熱を回収することができる。
【００３２】
冷却装置１Ａによれば、ペルチェ素子００２の放熱面００７よりも大きな面積を有する輻射板００８で極低温面００３と輻射伝熱することにより、ペルチェ素子００７と極低温面００３が直接輻射伝熱する機構、つまり冷却装置１よりも、より大きな輻射伝熱量を得ることができる。換言すると、冷却装置１よりも大きな排熱を回収することができる。これにより、光学部材Ｍに振動等を伝えることなく、光学部材Ｍの温度を所定の値にし、結像性能の劣化となる熱膨張による変形を低減させて、所望の光学性能を得ることができる。なお、ペルチェ素子００２を用いた光学部材Ｍの冷却方法、制御部００５を用いたペルチェ素子００２の制御方法については図１、図２を参照して説明した冷却装置１、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。
【００３３】
次に、図４を参照して、冷却装置１Ａの変形例である冷却装置１Ｂについて説明する。冷却装置１Ａは、冷却装置１Ｂに比べて、熱伝導部材００９について異なる。ここで、図４は図３に示す冷却装置１Ａの変形例である冷却装置１Ｂを示す概略構成図である。但し、図４において図１に示されている露光光Ｌは省略してある。
【００３４】
冷却装置１Ｂは、冷却装置１Ａ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１Ｂは、図４によく示されているように、検出部００１と、ペルチェ素子００２と、極低温面００３と、輻射遮蔽部材００４と、輻射板００８、熱伝導部材００９を有する。
【００３５】
熱伝導部材００９は、比較的熱伝導率の高い材料、例えばアルミなどより成る。熱伝導部材００９は、光学部材Ｍと共通のもしくは別の支持体で支持され、一端はペルチェ素子００２の放熱面００７、もう一端は輻射板００８に接合されている。熱伝導部材００９の材料が電気伝導体の場合は、ペルチェ素子００２と熱伝導体００９の間に、不図示の熱伝導率の高い電気絶縁部材を介入させる。ペルチェ素子００２と熱伝導部材００９は、放出ガス量が少なく熱伝導性の良い、蒸着や半田などの金属メタライズによって接合される。熱伝導部材００９の材料が電気絶縁体の場合は、ペルチェ素子００２と熱伝導部材００９は蒸着や半田などの金属メタライズによって接合される。熱伝導部材００９と輻射板００８は、放出ガス量が少ない、金属メタライズやろう付け、溶接などで接合される。熱伝導部材００９は、その表面の放射率を低く抑えるために、表面を研磨したり、表面処理を施したりしてある。また、熱伝導部材００９として、同様に表面の放射率を高められたヒートパイプを用いても良い。
【００３６】
ペルチェ素子００２の放熱面００７より放熱された熱は、熱伝導部材００９に熱伝達される。更に、伝達された熱は、熱伝導部材００９の内部を伝導し、輻射板００８へと熱を伝える。熱伝導部材００９によりペルチェ素子００２の排熱を受け取った輻射板００８は、冷却装置１Ａと同様の方法でペルチェ素子００２の放熱面００７を冷却し、ペルチェ素子００２の排熱を回収することができる。
【００３７】
ペルチェ素子００２と輻射板００８との位置関係は、熱伝導部材００９の形態により決まるため、熱伝導部材００９の形態を変えることにより、輻射板００８は真空チャンバＶＣ内のどの位置にも配置することができる。つまり、極低温面００３が真空チャンバＶＣ内のどの位置に配置されていたとしても、輻射板００８は、極低温面と対向した位置に配置することができる。これにより、真空チャンバＶＣ内で、ペルチェ素子００２の放熱面００７と対向した位置に、輻射板００８及び極低温面００３が配置できない場合でも、冷却装置１Ａと同様の機能を有する冷却装置１Ｂを形成することができる。
【００３８】
かかる冷却装置１Ｂによれば、光学部材Ｍに振動等を伝えることなく、光学部材Ｍの温度を所定の値にし、結像性能の劣化となる熱膨張による変形を低減させて、所望の光学性能を得ることができる。なお、ペルチェ素子００２を用いた光学部材Ｍの冷却方法、制御部００５を用いたペルチェ素子００２の制御方法については図１、図２を参照して説明した冷却装置１、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。
【００３９】
図５は本冷却装置を露光装置に応用した例である。
【００４０】
本発明の露光装置２は、露光用の照明系として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０１１に形成された回路パターンを被処理体に露光する投影露光装置である。本露光装置は、サブミクロン以下のリソグラフィー工程に最適であり、以下、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例に説明する。このステップ・アンド・スキャン方式とは、マスクに対してウエハを連続的に走査してマスクパターンをウエハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウエ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。
【００４１】
本図において、０１０は真空チャンバである。ＥＵＶ光は大気に残存する残留ガス（例えば炭化水素等）と反応してコンタミを発生させ、ミラー面の反射率を低下させるという現象があるため、光学系が収まる中は真空雰囲気となっている。
【００４２】
０１２は光源であり、例えば、レーザ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光を照射し、高温のプラズマを発生させ、照射される波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。
【００４３】
０１３は照明光学系であり、光源０１２から射出されたＥＵＶ光を後述するマスク０１１に均一照射するための光学系であり、本図では記していないが数枚のミラー及び照明領域を円弧状に限定するためのアパーチャが設けられている。本冷却装置は本照明光学系０１３において図示していないが、適用することができるのはもちろんである。本冷却構造を適用することにより、ミラー面の面変形を抑制することができ、優れた結像性能を発揮することができる。
【００４４】
０１４は投影光学系である。投影光学系０１４は複数の反射ミラーを用いてマスク０１１面上のパターンを像面である被処理体０１５面上に縮小投影する。投影光学系０１４におけるミラー枚数は４枚乃至６枚で構成する。
【００４５】
０１１はマスクである。マスク０１１は反射型マスクで、マスク面上には転写されるべき回路パターンが形成されている。マスク０１１は後述するマスクステージ０１６に支持されている。マスク０１１は後述する被処理体０１５と光学的に共役の関係に配置されている。
【００４６】
０１６はマスクステージであり、マスク０１１を支持している。マスクステージ０１６は不図示の移動機構に接続されており、移動機構の例としてはリニアモータなどである。リニアモータによりマスク０１１及び被処理体０１５を同期した状態で走査させる。また、マスクステージ０１６は不図示のアライメント検出機構により適正な位置に駆動することが可能である。ここで、アライメント検出機構はマスク０１１の位置と投影光学系０１４の光軸との位置関係、及び、被処理体０１５の位置と投影光学系０１４の光軸との位置関係を計測し、マスク０１５の投影像が被処理体０１５の所定の位置に一致するようにマスクステージ０１６と後述するウエハステージ０１７の位置と角度を設定する。
【００４７】
０１５は被処理体であるが、本実施例ではウエハである。被処理体０１５は液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体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、密着性向上剤塗布工程と、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。
【００４８】
０１７はウエハステージであり、ウエハは不図示のウエハチャックによって支持されている。ウエハステージ０１７は、例えばリニアモータによって、走査方向（以下Ｘ方向）、走査方向と直交する方向（以下Ｙ方向）、被処理体の有する面の法線方向（以下Ｚ方向）に被処理体０１５を移動する。被処理体０１５は前記したように、マスク０１１と同期して移動する。ここで、ウエハステージ０１７は不図示のフォーカス検出機構により動作する。フォーカス検出機構は被処理体０１５面でＺ方向のフォーカス位置を計測し、ウエハステージ０１７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０１５面を投影光学系０１４による結像位置を保つ。
【００４９】
次に、図６及び図７を参照して、上述の露光装置５００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図６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。本実施形態においては、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、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を形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなど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リソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成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）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。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。
【００５０】
図７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。
【００５１】
上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の実施例は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩはＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００５２】
以上、本冷却装置を露光装置に適応した例を示した。本発明の冷却装置はＥＵＶ光に限定することなく、他のエキシマレーザ光にも適応することが可能である。また、マスクやウエハなどにも適応することが可能である。
【００５３】
本実施態様は以下のように書くことができる。
【００５４】
（実施態様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、前記光学部材に接するように配置されたペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の前記光学部材と接する面と反対側の面と対向する位置に、前記反対側の面と所定の間隔を空けて配置された輻射板と、前記輻射板が前記ペルチェ素子の前記反対側の面以外と輻射による熱交換を行うことを防止する輻射遮蔽部材を有することを特徴とする冷却装置。
【００５５】
（実施態様２）前記光学部材の温度を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記ペルチェ素子の動作を制御する制御部とを有することを特徴とする実施態様１記載の冷却装置。
【００５６】
（実施態様３）前記制御部は、前記ペルチェ素子にかける電圧を制御することを特徴とする実施態様２記載の冷却装置。
【００５７】
（実施態様４）前記光学部材の温度を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記輻射板の温度調節を行う温度調節機構を有することを特徴とする実施態様１乃至３いずれか記載の冷却装置。
【００５８】
（実施態様５）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、前記光学部材の温度を検出する検出部と、前記光学部材に接合してペルチェ効果により前記光学部材を冷却するペルチェ素子と、前記検出部の検出する前記光学部材の温度が所定の値（所定の範囲内の値）となるように、前記ペルチェ素子の動作を制御する制御部と、前記ペルチェ素子の放熱面と対向する位置に配置され、前記ペルチェ素子の放熱面からの排熱を輻射伝熱により回収する極低温面と、前記極低温面が前記ペルチェ素子の放熱面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有することを特徴とする冷却装置。
【００５９】
（実施態様６）前記ペルチェ素子の吸熱面は、前記光学部材への露光光の照射領域を超える面積を有することを特徴とする実施態様５記載の冷却装置。
【００６０】
（実施態様７）前記極低温面と対向する位置に配置され、前記ペルチェ素子の放熱面に接合して排熱を伝導し、当該排熱を当該極低温面に輻射伝熱する輻射板を有することを特徴とする実施態様５記載の冷却装置。
【００６１】
（実施態様８）前記輻射板は、前記ペルチェ素子の放熱面の有する面積を超える面積を有することを特徴とする実施態様７記載の冷却装置。
【００６２】
（実施態様９）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、前記光学部材の温度を検出する検出部と、前記光学部材に接合してペルチェ効果により前記光学部材を冷却するペルチェ素子と、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、前記ペルチェ素子の動作を制御する制御部と、前記ペルチェ素子の放熱面に接合して排熱を伝導する熱伝導部材と、前記熱伝導部材に接合された輻射板と、前記輻射板と対向する位置に配置され、当該輻射板と輻射伝熱し、当該ペルチェ素子の排熱を回収する極低温面と、前記光学部材が熱伝導部材から輻射により伝熱することを防止する輻射遮蔽部材を有する特徴とする冷却装置。
【００６３】
（実施態様１０）前記ペルチェ素子の吸熱面は、前記光学部材への露光光の照射領域を超える面積を有することを特徴とする実施態様９記載の冷却装置。
【００６４】
（実施態様１１）前記光学部材はミラーであることを特徴とする実施態様１乃至１０記載の冷却装置。
【００６５】
（実施態様１２）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、前記光学部材に接合してペルチェ効果により前記光学部材を冷却するペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の放熱面と対向する位置に配置され、前記ペルチェ素子の放熱面からの排熱を輻射伝熱により回収する極低温面と、前記極低温面が前記ペルチェ素子の放熱面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有することを特徴とする冷却装置。
【００６６】
（実施態様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温度が所定の値（所定の範囲内の値）となるように、前記光学部材に接合された前記ペルチェ素子を動作させるステップとを有することを特徴とする冷却方法。
【００６７】
（実施態様１４）前記検出ステップで検出された前記光学部材の温度が所定の温度よりも高い場合及び低い場合は、前記ペルチェ素子に印加する電圧を変化させることを特徴とする実施態様１３記載の冷却方法。
【００６８】
（実施態様１５）実施態様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露光装置。
【００６９】
（実施態様１６）実施態様１５記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、前記露光された前記被処理体に所定のプロセス（現像など）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。
【００７０】
【発明の効果】
本発明の冷却装置及び方法によれば、真空雰囲気下における光学部材を、ペルチェ素子を用いることにより精度よく、また応答よく冷却することができるため、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ることが可能である。且つ、ペルチェ素子からの排熱は非接触で振動を伝えることなく極低温面において回収することにより、結像性能の劣化となる光学部材の振動も防止することができる。以上により、所望の光学性能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての冷却装置を示す概略構成図である。
【図２】真空雰囲気下に置かれた光学部材を冷却する冷却方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１に示す冷却装置の変形例である冷却装置を示す概略構成図である。
【図４】図１に示す冷却装置の変形例である冷却装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明の例示的な露光装置の概略構成図である。
【図６】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】図６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。
【図８】従来のミラー冷却装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ冷却装置
２露光装置
００１検出部
００２ペルチェ素子
００３極低温面
００４輻射遮蔽部材
００５制御部
００６ペルチェ素子吸熱面
００７ペルチェ素子放熱面
００８輻射板
００９熱伝導部材
０１０真空チャンバ
０１１マスク
０１２光源
０１３照明光学系
０１４投影光学系
０１５被処理体
０１６マスクステージ
０１７ウエハステージ
１０１ミラー
１０２水路配管
１０３継手
１０４流路
Ｍ光学部材
Ｌ露光光

Claims

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、前記光学部材に接するように配置されたペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の前記光学部材と接する面と反対側の面と対向する位置に、前記反対側の面と所定の間隔を空けて配置された輻射板と、前記輻射板が前記ペルチェ素子の前記反対側の面以外と輻射による熱交換を行うことを防止する輻射遮蔽部材を有することを特徴とする冷却装置。