JP2010216806A - 温度計測方法及び装置、並びに露光方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】露光装置の局所空調を行う局所空調システムであって、温度制御対象領域に送風される空気ARの温度情報を計測する温度センサ56Aと、空気ARの風速情報を計測する風速計57と、風速計57の計測結果に基づいて温度センサ56Aの計測結果を補正するとともに、この補正された温度情報に基づいて空気ARの温度を制御する局所空調制御系36とを備える。
【選択図】図3
Description
本発明は斯かる点に鑑み、温度の計測精度を向上できる温度計測技術、この温度計測技術を用いて高精度に温度制御を行うことができる温度制御技術、この温度制御技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術を提供することを目的とする。
また、本発明による温度制御方法は、温度制御対象領域に送風される気体の温度を制御する温度制御方法において、本発明の温度計測方法を用いて、その気体の温度情報を計測し、その計測された温度情報に基づいて、その温度制御対象領域に送風されるその気体の温度を制御するものである。
次に、本発明による温度計測装置は、温度制御対象領域に送風される気体の温度情報を計測する温度計測装置において、その気体の温度情報を計測する温度センサと、その温度センサで計測された温度情報をその気体の風速情報に基づいて補正する制御装置と、を備えるものである。
また、本発明による露光装置は、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターンを介して物体を露光する露光装置において、その物体が配置される環境内の所定の温度制御対象領域の温度を制御するために、本発明の温度制御装置を備えるものである。
図1は、本実施形態の露光装置10を示す一部を切り欠いた図である。図1において、露光装置10は、例えば半導体デバイス製造工場のクリーンルーム内の床FL上に設置されている。露光装置10は、露光用の照明光(露光光)ELを発生する光源部4と、照明光ELでレチクルR(マスク)を照明する照明光学系ILSと、レチクルRを吸着保持して移動するレチクルステージRSTと、レチクルRのパターンの像をウエハW(基板)上に投影する投影光学系PLとを備えている。さらに、露光装置10は、ウエハWを吸着保持して移動するウエハステージWSTと、露光装置10の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御装置20を含む制御系(図2参照)と、その他の駆動機構、支持機構、及びセンサ類等と、照明光学系ILS、レチクルステージRST、投影光学系PL、及びウエハステージWST等を収納する箱型のチャンバ2とを備えている。なお、主制御装置20は、チャンバ2の外側に配置されている。
先ず、チャンバ2の外側の床FL上に設置された光源部4は、照明光ELとしてArFエキシマレーザ光(波長193nm)を発生するレーザ光源(露光光源)と、その照明光ELを照明光学系ILSに導くビーム送光光学系と、照明光ELの断面形状を所定形状に成形するビーム成形光学系とを備えている。光源部4の照明光ELの射出端は、チャンバ2の+Y方向の側面上部の開口を通してチャンバ2内に配置されている。なお、露光光源としては、KrFエキシマレーザ光源(波長248nm)などの紫外パルスレーザ光源、YAGレーザの高調波発生光源、固体レーザ(半導体レーザなど)の高調波発生装置、又は水銀ランプ(i線等)なども使用できる。
また、図1のチャンバ2内の床FL上に、複数の台座11を介して下部フレーム12が設置され、下部フレーム12の中央部に平板状のベース部材13が固定され、ベース部材13上に例えば3箇所(又は4箇所等)の防振台14を介して平板状のウエハベースWBが支持され、ウエハベースWBのXY平面に平行な上面にエアベアリングを介してウエハステージWSTがX方向、Y方向に移動可能に、かつθz方向に回転可能に載置されている。また、下部フレーム12の上端に、ウエハベースWBを囲むように配置された例えば3箇所(又は4箇所等)の防振台15を介して光学系フレーム16が支持されている。光学系フレーム16の中央部の開口に投影光学系PLが配置され、光学系フレーム16上に投影光学系PLを囲むように上部フレーム17が固定されている。
一方、上部フレーム17の+Y方向の上部に、照明光学系ILSの照明系鏡筒6が固定されている。さらに、上部フレーム17のXY平面に平行な上面にエアベアリングを介してレチクルステージRSTがY方向に定速移動可能に載置されている。レチクルステージRSTは、上部フレーム17の上面でX方向への移動、及びθz方向への回転も可能である。
図3は、局所空調装置41の構成を示すブロック図である。図3において、局所空調装置41は、空調空気供給管40と連結された空調部46を備えている。空調部46は、冷媒を用いて空気を冷却する冷却機構、ヒータを用いて空気を加熱する加熱機構、空気から微小な異物を除去する防塵フィルタ、ケミカルフィルタ、供給される空気の温度を計測する内蔵温度センサ、及び制御系を備えている。空調部46は、空調空気供給管40から取り込まれた空気を所定温度まで冷却し、さらに防塵フィルタ及びケミカルフィルタを通して得られる空気A1を配管47に供給する。配管47内には空気A1の温度を計測する温度センサ55Mが設置され、空調部46内の制御系は、局所空調制御系36からの制御情報、上記の内蔵温度センサ、及び温度センサ55Mの計測値に基づいて、空気A1の温度を上記の空気AR,AW,APの設定温度T01,T02,T03のうちの最低値よりも低い温度(所定温度)に制御する。
この場合、初期条件をt=0のときθ=0とすると、計測値θは次のようになる。
τ=ρCv/(hA) …(3)
式(3)中で、ρ(センサ部の密度)、C(センサ部の比熱)、及びv(センサ部の体積)はほぼ既知であるため、時定数τを計測すれば、式(3)から熱伝達率hAが求められる。また、センサ部の抵抗値及び検出用に流す電流値から自己発熱qが既知であるため、式(2)中の温度の計測誤差δを次のように計算できる。
従って、時定数τがほぼ一定とみなせる場合で、かつ時間tが長く経過している場合には、温度センサ56Aの計測値θから式(4)の計測誤差δを差し引くことによって、センサ部の周囲の気体の真の温度θ0を求めることができる。
しかしながら、センサ部の周囲の真の温度θ0が、図4(A)の実線の特性70Aで示すように、種々に変化する周期Taで、かつ種々に変化する温度範囲(θa〜θa+Δθ)内で変動している場合には、温度センサ56Aによる温度の計測値θは点線の曲線70Bで示すように遅れて変化する。さらに、任意の時間tにおける式(3)の時定数τは変化しているため、式(4)から計測誤差δを計算することができない。
ここで、式(2)をラプラス変換して、温度の計測値θを伝達関数で表現すると次のようになる。
Y=ρ*c*v* …(7)
式(6)を空気の真の温度θ0に関して解くと次のようになる。ただし、Sθをdθ/dtとおいている。
図5(A)は、式(10)の演算を行うための局所空調制御系36内の部分的な演算系36aの構成例を示すブロック図である。演算系36aは、ソフトウェア上の機能でもよく、ハードウェアで構成してもよい。
また、式(2)から温度センサ56B1,56B2の計測値θ1,θ2は次のように近似できる。
θ1=θ0+δ1=θ0+q/(hA1) …(12A)
θ2=θ0+δ2=θ0+q/(hA2) …(12B)
式(12A)及び(12B)は以下のように変形できる。
さらに、この場合にも空気AWの風速Vと温度センサ56B1,56B2の時定数との関係、ひいては風速Vと温度センサ56B1,56B2の熱伝達率hA1,hA2との関係は図6(A)の曲線C1,C2に対応する関数として求められているものとする。本実施形態では、さらに図6(A)の曲線C1,C2から、図6(B)に示すように、一方の熱伝達率hA2から他方の熱伝達率hA1を求めるための実線の曲線C3に対応する次の関数fを求めておき、この関数fを局所空調制御系36内の温度センサ56B1,56B2用の演算系に記憶しておく。なお、図6(B)の点線の直線C4は、hA1=hA2の仮想的な直線である。
また、この温度センサ56B1,56B2を用いる計測系では風速計がないため、温度センサ56B1,56B2の計測値から間接的に風速Vを推定することとする。即ち、式(13A)及び(13B)が成立しているとき、式(13A)から式(13B)を差し引いた値は0になるはずである。そこで、次のように式(13A)から式(13B)を差し引いた値の二乗を誤差εとして、最小二乗法によって誤差εが最小になるように熱伝達率hA2、ひいては風速Vを決定する。
先ず、図7のステップ101において、空調部46は、空調空気供給管40から空気を取り込み、取り込んだ空気を、空気AR,AW,APの設定温度T01,T02,T03よりも低い温度に冷却し、冷却された空気A1を配管47に供給する。空調動作開始時には、加熱装置49A〜49C内のヒータ50の電流値は、例えば可変範囲の中央に設定される。この後のステップ102〜108の動作、ステップ112〜118の動作、及びステップ121の動作は、実質的に並行に実行される。
(1)本実施形態の露光装置10は、局所空調装置41及び局所空調制御系36よりなる局所空調システムを備えている。また、この局所空調システムの温度計測系は、吹き出し部19R及び19Wから送風される空気AR及びAWの温度を計測する温度センサ56A及び56B1,56B2と、これらの温度センサで計測された温度を空気AR,AWの風速情報に基づいて補正する局所空調制御系36とを備えている。
従って、温度センサ56A等の周囲を流れる空気AR等の風速情報に基づいて温度センサ56A等の計測結果を補正しているため、温度センサ56A等で計測された温度の計測精度を向上できる。
(3)また、演算系36aは、空気ARの風速情報から温度センサ56Aの時定数τ(応答遅れ)に基づく温度誤差(式(10)の第1項)を求め、この温度誤差を用いて温度センサ56Aの計測値θを補正している。従って、応答遅れの影響を軽減できる。
(4)また、局所空調装置41は空気ARの風速を計測する風速計57を備え、演算系36aは、その風速情報として風速計57で計測される風速Vを使用している。従って、実際の風速Vに基づいて温度の計測値θを高精度に補正できる。
(6)また、本実施形態の局所空調システムは、上記の温度計測系を備え、その温度計測系で計測された空気AR,AWの温度に基づいて加熱装置49A,49Bにおいて空気AR,AWの温度を制御している。また、その温度制御方法は、上記の温度計測方法を用いて空気AR,AWの温度を計測するステップ103〜105及びステップ112〜115と、計測された温度に基づいて空気AR,AWの温度を制御するステップ106〜108及びステップ116〜118とを含んでいる。従って、空気AR,AWの温度を高精度に制御できる。
また、露光装置10による露光方法は、ウエハWが配置されるチャンバ2内のレーザ干渉計21RY及び21WYの計測用ビームの光路上の空気の温度を制御するために、上記の温度制御方法を用いている。
なお、図3の局所空調装置41で温度制御された空気AR,AWと同様に温度制御された空気を、図1のチャンバ2内の他の領域、例えばX軸のレーザ干渉計の計測用ビームの光路、制御ボックス30の周囲の領域、照明系鏡筒6の内部、又はレチクルRの上部の領域等に送風してもよい。この場合には、レーザ干渉計21RY,21WYの計測用ビームの光路上には図3の空気APと同様に温度制御された空気を供給してもよい。
なお、部材58の形状は、楕円体状だけでなく、他の形状、例えば半楕円体状、卵型(若しくはこの半分の形状)、涙状、又は流線型状などでもよい。
また、上記の実施形態の温度センサ56A及び風速計57を用いて計測及び補正された空気ARの温度情報の使用方法は任意であり、その温度情報を用いてレーザ干渉計の計測用ビームの波長の補正をしてもよい。
また、上記の実施形態では、空調用の気体として空気(例えばドライエアー)が使用されているが、その代わりに窒素ガス若しくは希ガス(ヘリウム、ネオン等)、又はこれらの気体の混合気体等を使用してもよい。
また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置の製造プロセスや、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、MEMS(Microelectromechanical Systems:微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、製造工程にも適用することができる。
このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
Claims (20)
- 温度制御対象領域に送風される気体の温度情報を計測する温度計測方法において、
温度センサを用いて前記気体の温度情報を計測し、
前記計測された温度情報を前記気体の風速情報に基づいて補正することを特徴とする温度計測方法。 - 前記計測された温度情報を補正する際に、前記気体の風速情報に基づいて前記温度センサの自己発熱に基づく第1の温度誤差情報を求め、該第1の温度誤差情報を用いて前記温度情報を補正することを特徴とする請求項1に記載の温度計測方法。
- 前記計測された温度情報を補正する際に、前記気体の風速情報に基づいて前記温度センサの応答遅れに基づく第2の温度誤差情報を求め、該第2の温度誤差情報を用いて前記温度情報を補正することを特徴とする請求項1又は2に記載の温度計測方法。
- 前記気体の温度情報を計測する際に、前記気体の風速情報を計測することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の温度計測方法。
- 前記気体の風速情報を計測する際に、前記気体の風速を安定化することを特徴とする請求項4に記載の温度計測方法。
- 前記気体の温度情報を計測する際に、少なくとも2つの熱伝達率の異なる温度センサを使用し、
前記2つの温度センサで計測される温度情報を用いて、前記気体の風速情報に対応する温度計測誤差情報を求めることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の温度計測方法。 - 温度制御対象領域に送風される気体の温度を制御する温度制御方法において、
請求項1から6のいずれか一項に記載の温度計測方法を用いて、前記気体の温度情報を計測し、
前記計測された温度情報に基づいて、前記温度制御対象領域に送風される前記気体の温度を制御することを特徴とする温度制御方法。 - 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターンを介して物体を露光する露光方法において、
前記物体が配置される環境内の所定の温度制御対象領域の温度を制御するために、請求項7に記載の温度制御方法を用いることを特徴とする露光方法。 - 前記温度制御対象領域は、前記物体を移動する可動体の位置情報を計測するための干渉計の光路の少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項8に記載の露光方法。
- 請求項8又は9に記載の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。 - 温度制御対象領域に送風される気体の温度情報を計測する温度計測装置において、
前記気体の温度情報を計測する温度センサと、
前記温度センサで計測された温度情報を前記気体の風速情報に基づいて補正する制御装置と、
を備えることを特徴とする温度計測装置。 - 前記制御装置は、前記気体の風速情報に基づいて前記温度センサの自己発熱に基づく第1の温度誤差情報を求め、該第1の温度誤差情報を用いて前記温度センサで計測された温度情報を補正することを特徴とする請求項11に記載の温度計測装置。
- 前記制御装置は、前記気体の風速情報に基づいて前記温度センサの応答遅れに基づく第2の温度誤差情報を求め、該第2の温度誤差情報を用いて前記温度センサで計測された温度情報を補正することを特徴とする請求項11又は12に記載の温度計測装置。
- 前記気体の風速情報を計測する風速センサを備え、
前記制御装置は、前記風速センサで計測された風速情報に基づいて前記温度センサで計測された温度情報を補正することを特徴とする請求項11から13のいずれか一項に記載の温度計測装置。 - 前記風速センサよりも前記気体の上流側に配置されて、前記気体の風速を安定化する整流部材を備えたことを特徴とする請求項14に記載の温度計測装置。
- 前記温度センサとして、少なくとも2つの熱伝達率の異なる温度センサを備え、
前記制御装置は、前記2つの温度センサで計測される温度情報を用いて、前記気体の風速情報に対応する温度計測誤差情報を求めることを特徴とする請求項11から13のいずれか一項に記載の温度計測装置。 - 温度制御対象領域に送風される気体の温度を制御する温度制御装置において、
請求項11から16のいずれか一項に記載の温度計測装置と、
前記温度計測装置で計測された温度情報に基づいて、前記温度制御対象領域に送風される前記気体の温度を制御する温度調整部と、
を備えることを特徴とする温度制御装置。 - 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターンを介して物体を露光する露光装置において、
前記物体が配置される環境内の所定の温度制御対象領域の温度を制御するために、請求項17に記載の温度制御装置を備えることを特徴とする露光装置。 - 前記物体を移動する可動体の位置情報を計測する干渉計を備え、
前記温度制御対象領域は、前記干渉計の光路の少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項18に記載の露光装置。 - 請求項18又は19に記載の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
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