JP2007123295A

JP2007123295A - 露光装置

Info

Publication number: JP2007123295A
Application number: JP2005308968A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nomoto; 誠野元
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2007-05-17
Also published as: US7679716B2; US8373844B2; US20070089853A1; US20100073649A1

Abstract

【課題】耐圧が低いジャケットを有する排熱体に対しても圧力上昇を招くことなく冷媒流量を増量して熱影響を低減させ、高スループットを達成できる露光装置の液体冷媒循環系を提供する。
【解決手段】露光装置内部に収納された部品を冷却するために排熱を行う排熱体１１の冷却を液体状の冷媒で行う露光装置の液体冷媒循環系において、排熱体１１の上流側に設けられ、冷媒１５をタンク１６から供給する供給ポンプ１７と、排熱体１１の下流側に設けられ、ジャケット１３と連通されジャケットを減圧する減圧ポンプ１と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造等に用いられる露光装置内部に収納された部品を冷却する露光装置の液体冷媒循環系に関するものである。

一般に、図４に示される露光装置が用いられている。
光源３１は、半導体製造等に用いられる露光装置の光源で、露光パターンの微細化に伴い短波長化が進みｉ線からエキシマレーザーへとシフトし、更にはそのレーザー光源もＫｒＦからＡｒＦへとシフトしてきた。
現在、更なる微細化への要求を満足するために、Ｆ２レーザーやＥＵＶ光の使用が検討されている。
光源３１から照射された光３１ａは、導入部３２を経て照明光学系３３に送られる。
照明光学系３３にて照度むらの除去及びビームの成形が行われた照明光３１ｂとなり、露光パターンの原版となるレチクル３４に照射される。レチクル３４は、レチクルステージ３５に配置される。
レチクル３４を経た光３１ｃは、パターン光となり投影光学系３６を介してレチクル３４と光学的共役面に配置されたウエハ３７に縮小投影される。
ウエハ３７はリニアモーターにより駆動されるウエハステージ３８に配置され、ステップアンドリピートによる繰り返し露光が行われる。
また、近年、集積回路線幅の微細化に伴い、レチクルステージ３５もリニアモーターにより駆動させ、ウエハステージ３８とレチクルステージ３５を同期させる半導体露光装置が開発されている。
この露光装置は、最適な結像が行える投影光学系３６の中心部で露光エリアをスリット状に絞り込みスキャンしながら露光する装置である。
ここで、レチクルステージ３５の駆動源のリニアモーターは発熱量が多く、通常、ジャケットを設けて内部に液体冷媒を循環させ冷却を行っている。
また、露光光が通過する投影光学系３６およびレチクル３４は、露光光３１ｂ、３１ｃが有する一部のエネルギーが吸収され、蓄熱による結像性能への影響が無視できなく、投影光学系３６やレチクル３４に流体を循環させ冷却している。

次に、図５を参照して、液体状の冷媒で排熱体あるいは蓄熱体を冷却し、冷媒を循環し露光装置内部に収納された部品を冷却する従来の液体冷媒循環系を説明する。
排熱および温調を行うために、排熱体１１に設けられたジャケット１３と循環装置１２とを上流配管１４ａ、下流配管１４ｂで連結し、冷媒１５の液体冷媒循環系を構成する。
循環装置１２は、排熱体１１から排熱された熱を吸収した冷媒１５から排熱する冷却器１９と、冷却器１９から供給される冷媒１５が充填されるタンク１６と、冷媒１５をタンク１６から吸引し供給する供給ポンプ１７と、供給ポンプ１７から冷媒１５が供給され、冷媒１５を加熱する加熱器１８と、ジャケット１３に接続される下流配管１４ｂにおける温度２０ａを検出する温度センサー２０と、温度２０ａが所定の温度に維持されるように加熱器１８における加熱温度を制御する温度制御器２１と、から成る。
タンク１６内の冷媒１５は供給ポンプ１７により加熱器１８へ送られ加熱温調され排熱体１１に供給される。
温度センサー２０が検出する冷媒１５の温度２０ａが常に一定の温度になるように、温度制御器２１によるＰＩＤフィードバックを行い加熱器１８の出力を調整して加熱温調が行われる。
温調された冷媒１５は、排熱体１１及び排熱体１１に設けられたジャケット１３を通して熱交換を行うことにより、排熱体１１の温度を冷媒１５の温度近傍に安定化させ排熱体１１の排熱を行う。
排熱体１１の熱を吸収した冷媒１５は冷却器１９に送られ循環系である循環装置１２外に熱を放出後再びタンク１６に戻される。
従来例の液体冷媒循環系においては以上の構成により、排熱体１１の排熱ならびに温調が行われていた。

さらに、従来、容器内に収納された構造物を当該容器内に導入された液体冷媒により冷却するシステムにおいて、当該構造物の振動を低減する方法が、特開２００２−２０６８３３号公報（特許文献１）で提案されている。
特開２００２−２０６８３３号公報

しかし、近年の高スループット対応化に伴いリニアモーターの発熱量は増加の一途を辿り、リニアモーターの発熱は露光装置内部の温度揺らぎを発生させ、レーザー干渉計の計測制度悪化や熱膨張による計測誤差を生じている。
この熱による影響を低減させるためには、冷媒の流量を上げる必要が生じるが、冷媒流量の増加はジャケット１３にかかる圧力の増加を招き、更に圧力増分は流量増分の２乗となるため、ジャケット１３の耐圧による制限が生じる。
構造上、ジャケット１３の耐圧を上げられない場合、冷媒の流量を制限し熱影の響の生じない運転を強いられ、本来のステージが有するスピード性能を発揮できずスループットの低下を招くという問題点があった。
また、簡便な圧力低減策として熱源である排熱体１１の下流側に液送供給ポンプ１７を配置する方法もある。
この方法の場合、タンク１６、排熱体１１、供給ポンプ１７の順の循環系配置となるため、タンク１６が大気圧となり、供給ポンプ１７の吸い込み口は圧力損失分の負圧となる。
しかし、冷媒１５の蒸気圧並びにポンプ１６の所要ＮＰＳＨによる制限が生じ、損失の大きな系では多くの流量を流すことは出来ない。
そこで、本発明は、耐圧が低いジャケットを有する排熱体に対しても圧力上昇を招くことなく冷媒流量を増量して熱影響を低減させ、高スループットを達成できる露光装置の液体冷媒循環系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に係る露光装置の液体冷媒循環系は、露光装置内部に収納された部品を冷却するために排熱を行う排熱体の冷却を液体状の冷媒で行う露光装置の液体冷媒循環系において、
前記冷媒が充填されるタンクと、
前記排熱体の上流側に設けられ、前記冷媒を前記タンクから供給する供給ポンプと、
前記供給ポンプから前記冷媒が供給され、前記冷媒を加熱する加熱器と、
前記冷媒の温度が所定の温度に維持されるように前記加熱器における加熱温度を制御する温度制御器と、
前記排熱体に設けられ、前記加熱器から前記冷媒が供給されるジャケットと、
前記排熱体の下流側に設けられ、前記ジャケットと連通され前記ジャケットを減圧する減圧ポンプと、
前記減圧ポンプから供給される前記冷媒から排熱する冷却器と、を有することを特徴とする。
さらに、本発明に係る露光装置の液体冷媒循環系は、前記減圧ポンプの上流側に圧力センサーを配置し、前記減圧ポンプの吸い込み圧力調整手段を設けたことを特徴とする。
さらに、本発明に係る露光装置の液体冷媒循環系は、前記減圧ポンプの吸い込み圧調整手段は、前記減圧ポンプの下流に配置された背圧調整弁であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る露光装置の液体冷媒循環系は、前記減圧ポンプの吸い込み圧調整手段は、前記減圧ポンプの回転制御系であることを特徴とする。

さらに、本発明に係る露光装置の液体冷媒循環系は、前記供給ポンプの下流側かつ前記排熱体の上流側に配置された流量センサー及び流量調整手段を有することを特徴とする。
さらに、本発明に係る露光装置の液体冷媒循環系は、前記流量調整手段は、前記供給ポンプの下流側かつ前記排熱体の上流側に配置された流量調整弁であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る露光装置の液体冷媒循環系は、前記流量調整弁並びに前記排熱体を経由しないように、前記加熱器の直後の下流側に分岐部を有し、前記減圧ポンプの直前の上流側に合流部を有するバイパス配管を有し、
前記分岐部の下流側かつ前記排熱体の上流側、並びに、前記合流部の上流側かつ前記排熱体の下流側に、各々、遮断弁を設けたことを特徴とする。
さらに、本発明に係る露光装置の液体冷媒循環系は、前記流量調整手段は、前記供給ポンプの回転制御系であることを特徴とする。

本発明に係る露光装置の液体冷媒循環系によれば、排熱体の上流側に設けられ、冷媒をタンクから供給する供給ポンプと、排熱体の下流側に設けられ、ジャケットと連通されジャケットを減圧する減圧ポンプと、を有する。
このため、耐圧が低いジャケットを有する排熱体に対しても、圧力上昇を招くことなく冷媒の流量を増量することが出来、結果として熱影響を低減させる。
この結果、露光装置の内部に収納された部品であるステージ等を冷却する場合にも高スループットを達成できる。

以下、本発明を、その実施例に基づいて、図面を参照して説明する。

図１を参照して、本発明の実施例１に係る露光装置の液体冷媒循環系を説明する。
図５に示される従来例の構成と共通する部分は同じ番号で示される。
本実施例１の露光装置の液体冷媒循環系は、図４に示される露光装置内部に収納された部品を冷却するために排熱を行う排熱体の冷却を液体状の冷媒で行うものである。
タンク１６は、冷媒１５が充填される容器である。
供給ポンプ１７は、排熱体１１の上流側に設けられ、冷媒１５をタンク１６から供給する装置である。
加熱器１８は、供給ポンプ１７から冷媒１５が供給され、冷媒１５を加熱する装置である。
温度制御器２１は、冷媒１５の温度が所定の温度に維持されるように加熱器１８における加熱温度を制御する装置である。
ジャケット１３は、排熱体１１に設けられ、加熱器１８から冷媒１５が供給される装置である。
減圧ポンプ１は、排熱体１１の下流側に設けられ、ジャケット１３と連通されジャケット１３を減圧する装置である。
冷却器１９は、減圧ポンプ１から供給される冷媒１５から排熱する装置である。
循環装置１２は、以上の構成要素を有する。
冷媒１５の温調方法は図５に示される従来例と同様である。

減圧ポンプ１の吸い込み口の圧力は、減圧ポンプ１からタンク１６までの圧力損失ΔＰｒから減圧ポンプ１の持つヘッドΔＰｈを引いた圧力となる。
従って減圧ポンプ１が生成するヘッドが下流の圧力損失より大きければ負圧となり、更にタンク１６より減圧ポンプ１の配置が高い場合その高低差ｈ,液体冷媒密度ρ,重力加速度ｇとするとρｇｈ分減圧される。
しかし、ポンプ液送を行う場合使用温度における液体状の冷媒の蒸気圧並びにポンプの持つ所要ＮＰＳＨにより負圧限界が生じ、その負圧限界値を下まわるとキャビテーションが発生し、冷媒の液送が出来なくなる。
更には循環系機器類に大きなダメージを与えてしまう。
そこで、キャビテーション発生を防止するために、圧力が最も低くなる減圧ポンプ１の吸い込み部の圧力を検知する圧力センサー２を設ける。
さらに、減圧ポンプ１の下流に配置された背圧調整弁３から成る減圧ポンプ吸い込み圧力調整手段を新たに設ける。
これにより、吸い込み部の圧が負圧限界を超えないように背圧調整弁３にて減圧ポンプ１の下流側の圧力損失を調整する。
また、圧力センサー２を入力とし背圧調整弁３を出力とし常に減圧ポンプ１の吸い込み部の圧が所定の圧になるように背圧調整弁３を制御する不図示の圧力制御系を設けても良い。

流量調整は、排熱体１１と供給ポンプ１７の間に配置された流量調整弁４と流量センサー５からなる流量調整手段でおこなう。
排熱体１１の上流側に流量調整弁４を配置することにより圧力損失分の圧力上昇を避けることができる。
本実施例１で示すように排熱体が複数系統ある場合、各系統に同様の流量調整手段を設ける。
また、流量センサー５を入力とし流量調整弁４を出力とし常に流量が所定の流量になるように流量調整弁４を制御する不図示の流量制御系を設けても良い。
本実施例１によれば、減圧ポンプ１下流の圧力損失分と負圧限界分を加えた圧力だけ排熱体１１にかかる圧力を減圧することが可能となる。
さらに減圧ポンプ１の吸い込み圧調整手段を設けることにより、高低差や配管圧力損失の違いを柔軟に吸収できる。
減圧効果を高めるには極力減圧ポンプ１を排熱体１１下流近傍に設置することが好適である。

次に、図２を参照して、本発明の実施例２に係る露光装置の液体冷媒循環系を説明する。
図１に示される実施例１と共通する部分は同じ番号で示される。
減圧ポンプ１の吸い込み圧力調整手段が、圧力センサー２を入力とし減圧ポンプ１を出力とし、常に減圧ポンプ１の吸い込み圧が所定の圧力になるように減圧ポンプ１の回転数を制御する減圧ポンプ回転制御系６である。
また、流量調整手段が流量センサー５を入力とし供給ポンプ１７を出力とし常に所定の流量になるように供給ポンプ１７の回転数を制御する供給ポンプ回転制御系７である。
減圧効果に関しては実施例１と同じである。

次に、図３を参照して、本発明の実施例３の係る露光装置の液体冷媒循環系を説明する。
図１に示される実施例１と図２に示される実施例２と共通する部分は同じ番号で示される。
流量調整弁４並びに排熱体１１を経由しないようにバイパス配管８を設ける。
更にバイパス配管８の分岐部８ａの下流側かつ排熱体１１の上流側に遮断弁９を設ける。
バイパス配管８の合流部８ｂの上流側かつ排熱体１１の下流側に遮断弁９を設ける。更にバイパス配管８上にバイパス流量調整弁１０を設ける。
流量調整弁４にて流量調整を手動で行う場合、調整されていない状態で供給ポンプ１７を起動すると所定以上の流量が流れ耐圧を超えてしまう危険がある。
これを防止するために流量調整弁４を絞ると供給ポンプ１７の締め切り運転となり好ましくない。
そこでバイパス配管８並びに遮断弁９を設けて排熱体１１の保護手段を設ける。
遮断弁９を閉じた状態でバイパス配管８にて供給ポンプ１７を起動させ、バイパス配管８上のバイパス流量調整弁１０にて排熱体１１の擬似圧損を生成させる。
さらに、流量調整後、遮断弁９を開け更に流量調整弁４を開けバイパス流量調整弁１０を絞ることで初期の流量調整時の圧力上昇によるトラブルを回避できる。

本発明の実施例１の構成図である。本発明の実施例２の構成図である。本発明の実施例３の構成図である。本発明の実施例及び従来の液体冷媒循環系が適用される露光装置の全体構成図である。露光装置を構成する従来の液体冷媒循環系の構成図である。

符号の説明

１：減圧ポンプ２：圧力センサー３：背圧調整弁
４：流量調整弁５：流量センサー６：減圧ポンプ回転制御系
７：供給ポンプ回転制御系８：バイパス配管
９：遮断弁１０：バイパス流量調整弁１１：排熱体
１２：循環装置１３：ジャケット１４：配管
１５：冷媒１６：タンク１７：供給ポンプ
１８：加熱器１９：冷却器２０：温度センサー
２１：温度制御器２２：送風機３１：光源
３２：導入部３３：照明光学系３４：レチクル
３５：レチクルステージ３６：投影光学系３７：ウエハ
３８：ウエハステージ
ΔＰｒ：減圧ポンプ下流圧力損失
ΔＰｈ：ポンプヘッド
ｇ：重力加速度
ｈ：減圧ポンプとタンク間の高低差
ρ：液体冷媒密度

Claims

露光装置内部に収納された部品を冷却するために排熱を行う排熱体の冷却を液体状の冷媒で行う露光装置の液体冷媒循環系において、
前記冷媒が充填されるタンクと、
前記排熱体の上流側に設けられ、前記冷媒を前記タンクから供給する供給ポンプと、
前記供給ポンプから前記冷媒が供給され、前記冷媒を加熱する加熱器と、
前記冷媒の温度が所定の温度に維持されるように前記加熱器における加熱温度を制御する温度制御器と、
前記排熱体に設けられ、前記加熱器から前記冷媒が供給されるジャケットと、
前記排熱体の下流側に設けられ、前記ジャケットと連通され前記ジャケットを減圧する減圧ポンプと、
前記減圧ポンプから供給される前記冷媒から排熱する冷却器と、を有することを特徴とする露光装置の液体冷媒循環系。
前記減圧ポンプの上流側に圧力センサーを配置し、前記減圧ポンプの吸い込み圧力調整手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の露光装置の液体冷媒循環系。
前記減圧ポンプの吸い込み圧調整手段は、前記減圧ポンプの下流に配置された背圧調整弁であることを特徴とする請求項２記載の露光装置の液体冷媒循環系。
前記減圧ポンプの吸い込み圧調整手段は、前記減圧ポンプの回転制御系であることを特徴とする請求項２記載の露光装置の液体冷媒循環系。
前記供給ポンプの下流側かつ前記排熱体の上流側に配置された流量センサー及び流量調整手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の露光装置の液体冷媒循環系。
前記流量調整手段は、前記供給ポンプの下流側かつ前記排熱体の上流側に配置された流量調整弁であることを特徴とする請求項５記載の露光装置の液体冷媒循環系。
前記流量調整弁並びに前記排熱体を経由しないように、前記加熱器の直後の下流側に分岐部を有し、前記減圧ポンプの直前の上流側に合流部を有するバイパス配管を有し、
前記分岐部の下流側かつ前記排熱体の上流側、並びに、前記合流部の上流側かつ前記排熱体の下流側に、各々、遮断弁を設けたことを特徴とする請求項６記載の露光装置の液体冷媒循環系。
前記流量調整手段は、前記供給ポンプの回転制御系であることを特徴とする請求項５記載の露光装置の液体冷媒循環系。