JP4311711B2

JP4311711B2 - 露光装置及びデバイス製造方法

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Publication number: JP4311711B2
Application number: JP2003046349A
Authority: JP
Inventors: 真一原
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Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-02-24
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、冷却機構に係り、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部材を冷却する冷却機構に関わる。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部材を冷却する冷却機構に好適である。
【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。
【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。
【０００４】
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。
【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。また、レチクルもミラーの上に吸収体によって転写すべきパターンを形成した反射型マスクが用いられる。
【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熱膨張係数の小さな（１ｐｐｍ乃至１０ｐｐｍ程度）、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミクスで構成される。
【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、投影光学系を構成するミラーの表面形状は数ｎｍ程度の変形しか許されない。かかるミラーに許容される形状誤差σ（ｒｍｓ値）は、ＥＵＶ光の波長をλ、投影光学系を構成するミラーの枚数をｎとすると、以下の数式１で示すマレシャルの式で与えられる。
【０００８】
【数１】

【０００９】
例えば、ＥＵＶ光の波長が１３ｎｍ、４枚のミラーで構成される投影光学系の場合、ミラーに許容される形状誤差σは０．２３ｎｍとなる。従って、ミラーの線熱膨張係数を数ｐｐｍとしても、露光により温度が除々に上昇して許容される形状誤差を超えるような表面形状の変形を生じ、解像度の低下やコントラストの低下を招いて微細なパターンの転写ができなくなる。
【００１０】
そこで、図１２に示すように、ミラー１０００を保持するミラーホルダー１１００内に形成された流路１１１０に水路配管１２００を接続し、かかる流路１１１０に水などの冷却媒体を流すことによって、ミラーホルダー１１００を介してミラー１０００を冷却する方法が一般的に行われている（例えば、特許文献１参照。）。図１２は、従来のミラーの冷却方法を示すためのミラー１０００の概略断面図である。
【００１１】
また、同様にレチクルやウェハも露光光を吸収して分熱による変形を生じるため、図１３に示すように、レチクルやウェハを保持するチャック１５００内に形成された流路１５１０に水路配管１６００を接続し、かかる流路１５１０に水などの冷却媒体を流すことによって、チャック１５００を介してレチクルやウェハを冷却している。図１３は、従来のレチクルやウェハの冷却方法を示すためのチャック１５００の概略断面図である。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−２０９０３６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１２に示すミラーの冷却方法は、ミラーホルダー１１００は冷却できるものの、ミラー１０００の姿勢を制御するためにミラー１０００とミラーホルダー１１００とを密着することができず、ミラー１０００の冷却を十分に行うことができない。また、ミラー１０００内に流路を形成して直接冷却することも考えられるが、ミラー１０００を構成する低線熱膨張係数の部材は非常に柔らかく、水を流すことで流路及び水路配管内に発生する渦、脈動等に起因する振動によってミラー１０００の形状が変化してしまう。
【００１４】
一方、図１３に示すレチクル又はウェハの冷却方法は、チャック１５００を搭載する微動ステージ１５２０が剛性の弱いバネ１５３０によって支持されているだけなので、流路１５１０及び水路配管１６００内で発生する渦、脈動等に起因する振動によってチャック１５００の位置の安定性が悪化してしまう。また、水が流入する重い流路１５１０及び水路配管１６００によって微動ステージ１５２０の動きが拘束されてしまう。即ち、図１４に示すように、レーザー干渉計１７００によって微動ステージ１５２０に取り付けられたミラー１０００を検知して微動ステージ１５２０の位置（即ち、レチクル及びウェハの位置）を高精度に制御できるにもかかわらず、力を加えても微動ステージ１５２０の位置が変わりにいため、微動ステージ１５２０の位置制御の応答性が悪くなり、高い周波数の振動を抑えることができない。ここで、図１４は、レチクルやウェハの位置決めを説明するためのチャック１５００の概略断面図である。
【００１５】
そこで、冷却媒体として水の代わりにヘリウム等の伝熱ガスを用いることで渦、脈動等の発生を防止することも考えられる。しかし、ミラーやウェハを効率よく冷却するためには低い温度の気体を流す必要があるが、気体は熱容量が小さいために、ミラーホルダーや微動ステージに到達するまでに温度が上昇してしまい、十分な冷却を行うことができない。
【００１６】
また、ウェハとチャックとの間隙のガスの断熱膨張によってウェハを冷却する方法が公開特許公報平成１０年２０９０３６号において提案されている。しかし、ウェハとチャックとの間にガスを配するとチャックがウェハを吸着する力が減少してしまう。つまり、ガスが無いときのチャックの吸着力をＰ１ｋｇｆ／ｃｍ^２程度とした場合、ウェハとチャックとの間にガス圧Ｐ２ｋｇｆ／ｃｍ^２のガスが存在すると、チャックの吸着力は、（Ｐ１−Ｐ２）ｋｇｆ／ｃｍ^２に低減してしまう。パーティクルの付着確率を低減するために表面をピン形状にした正殿チャックの吸着力は、一般に、１００ｇｆ／ｃｍ^２程度であるので、これ以上の圧力のガスを配せない。
【００１７】
一方、ガスが取り去ることができる熱量は、ガスの比熱×密度×流量で決まる。しかし、ガス圧が低いということは密度が低いということであり、取り去ることができる熱量が少ないために、冷却に時間がかかったり、冷却能力が不十分であったりする。また、露光開始と同時に圧力を減らしていくことで、断熱膨張によりウェハの温度を下げることはできるが、圧力を上げることができないために、いずれガス圧はゼロ又はゼロに近くなり、冷却能力を維持することができない。
【００１８】
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機構を提供することを例示的目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としての露光装置は、真空雰囲気下に置かれた光学部材を冷却する冷却機構を備える露光装置であって、ガスが供給される供給口と前記ガスを排気する排気口を有する流路が形成され、前記光学部材を支持する支持部と、前記流路に配置され、供給される前記ガスの圧力を低下させる圧力低下手段とを有し、前記圧力低下手段は、前記流路の供給口または内部に配置されたオリフィスを有することを特徴とする。本発明の別の側面としての露光装置は、真空雰囲気下に置かれたガスが供給される供給口と前記ガスを排気する排気口を有する流路が形成された光学部材を冷却する冷却機構を備える露光装置であって、前記流路に配置され、供給される前記ガスの圧力を低下させる圧力低下手段を有し、前記圧力低下手段は、前記流路の供給口または内部に配置されたオリフィスを有することを特徴とする。本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの光でパターンを照明し、前記パターンからの光を用いて被処理体に露光する露光装置であって、前記露光装置が少なくとも一つの光学部材と、該少なくとも一つの光学部材を冷却する、上述の冷却機構とを有していることを特徴とする。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露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。
【００２０】
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であろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一側面としての冷却機構について説明する。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、本発明の一側面としての冷却機構１００の例示的一形態を示す概略構成図である。
【００２２】
冷却機構１００は、真空雰囲気下に置かれた光学部材ＲＷを冷却する冷却機構である。真空雰囲気は、残留ガス（高分子有機ガスなど）成分と露光光との反応により光学部材の表面にコンタミが付着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。本実施形態においては、光学部材ＲＷとしてレチクルやウェハを例に説明する。
冷却機構１００は、図１によく示されるように、支持部１１０と、ガス循環系１２０と、圧力低下手段１３０とを有する。
【００２３】
支持部１１０は、真空雰囲気下において、光学部材ＲＷを支持して所定の場所に位置決めする。支持部１１０には、後述するガス循環系１３０が供給するガスが供給される供給口１１２ａとガスを排気する排気口１１２ｂを有する流路１１２が形成されている。支持部１１０は、本実施形態では、光学部材ＲＷであるレチクルやウェハを吸着するチャックである。
【００２４】
なお、光学部材ＲＷがミラーである場合には、流路１１２を支持部１１０ではなく、ミラーに形成することも可能である。これにより、冷却機構１００のミラーへの冷却効果を向上させることができる。換言すれば、光学部材ＲＷに流路１１２を形成することが可能である場合には、光学部材ＲＷに形成し、支持部１１０に形成する必要はない。
【００２５】
ガス循環系１２０は、ガスを昇圧して支持部１１０の流路１１２の供給口１１２ａに供給すると共に、流路１１２の排気口１１２ｂから流路１１２を通過したガスを回収する。ガス循環系１２０と、流路１１２（の供給口１１２ａ及び排気口１１２ｂ）と配管１２２を介して接続されている。ガス循環系１２０が供給するガスは、冷媒、例えば、ヘリウムガスである。従って、ガス循環系１２０が供給するガス（冷媒）が支持部１１０の流路１１２を通過することで支持部１１０が冷却され、支持部１１０を介して光学部材ＲＷを冷却することができる。ガス循環系１２０は、例えば、コンプレッサーで構成される。なお、ガス循環系１２０は、一般に、真空雰囲気下で駆動できる構成ではないので真空雰囲気外に配置される。
【００２６】
圧力低下手段１３０は、支持部１１０の流路１１２に配置され、ガス循環系１２０から供給されるガスの圧力を低下させる。圧力低下手段１３０によって圧力が低下したガスは断熱膨張し、温度が低下する。これにより、ガス循環系１２０から供給されるガスが配管１２２を通過している間に温度上昇しても、光学部材ＲＷを冷却できるだけの温度に下げることができる。従って、圧力低下手段１３０の位置は、流路１１２の供給口１１２ａに配置されることが好ましいが、流路１１２の内部でもよい。また、圧力低下手段１３０が流路１１２の供給口１１２ａから離れていると、上述したように、気体は熱容量が小さく、配管１２２の温度によって温度が上昇してしまうので、概ね２ｍ以内に配置されることが好ましい。
【００２７】
圧力低下手段１３０は、本実施形態では、流路１１２の断面積に比べて断面積を縮小したオリフィス１３０ａとして構成されているが、ガス循環系１２０から供給されるガスの圧力を低下させる（即ち、断熱膨張させる）ことが可能であれば、如何なる構成であっても構わない。
【００２８】
冷却機構１００において、ガス循環系１２０によって５ｋｇｆ／ｃｍ^２に昇圧されたヘリウムガスは、配管１２２を通り、支持部１１０に形成された流路１１２を流れる。このとき、流路１１２の供給口１１２ａに配置されたオリフィス１３０ａによって、ヘリウムガスの圧力が１ｋｇｆ／ｃｍ^２まで低下し、かかる圧力低下に伴う断熱膨張で、ヘリウムガスの温度が低下する。
【００２９】
ここで、圧力低下手段１３０によって低温のガスが生じる現象について説明する。図２は、図１に示すオリフィス１３０ａの拡大断面図である。図２を参照するに、配管１２２の断面積Ａ_１とオリフィス１３０ａの開口面積Ａ_２の面積比ＡをＡ_２／Ａ_１、面積比Ａから決まる定数をＣ_０、ガス流量をＶ、ガス密度をρ_０、オリフィス１３０ａ通過前のガスの圧力をＰ_１、オリフィス１３０ａ通過後のガスの圧力をＰ_２とすると、以下の数式２で示す関係式が成立する。
【００３０】
【数２】

【００３１】
ここで、オリフィス１３０ａの開口を直径２ｍｍ、面積比Ａを０．５とすると面積比Ａから決まる定数Ｃ_０は０．７となり、ガス流量Ｖを０．００５ｍ^３／ｓ、ガス密度ρ_０を０．１６２ｋｇ／ｍ^３、オリフィス１３０ａ通過前のガスの圧力Ｐ_１を５ｋｇｆ／ｃｍ^２とすると、数式２よりオリフィス１３０ａ通過後のガスの圧力Ｐ_２は１ｋｇｆ／ｃｍ^２に瞬時に減圧され、断熱膨張でガスの温度が低下する。
【００３２】
かかる温度低下は、オリフィス１３０ａ通過前のガス温度をＴ_１、オリフィス１３０ａ通過後のガス温度をＴ_２、比熱比ｒとすると、以下の数式３で示す関係式を満足する。
【００３３】
【数３】

【００３４】
ここで、オリフィス１３０ａ通過前のガス温度Ｔ_１を３００Ｋ、比熱比ｒを１．３とすると、数式２よりオリフィス１３０ａ通過後のガス温度Ｔ_２は２００Ｋとなる。つまり、オリフィス１３０ａ通過後のガス温度Ｔ_２、オリフィス１３０ａ通過前のガス温度Ｔ_１に比べて７０℃程度低くなる。
【００３５】
再び、図１に戻って、温度の低下したヘリウムガスと流路１１２との熱伝達によって、支持部１１０が冷却され、支持部１１０を介して光学部材ＲＷが冷却される。支持部１１０の流路１１２を通ったヘリウムガスは、排気口１１２ｂから排気され配管１２２を介してガス循環系１２０に戻り、再度、５ｋｇｆ／ｃｍ２に昇圧され、上述したサイクルを繰り返す。
【００３６】
本実施形態では、圧力低下手段１３０によってガスの圧力を５ｋｇｆ／ｃｍ^２から１ｋｇｆ／ｃｍ^２に低下させているが、これに限らず、必要な熱量を奪う十分な温度にガスの温度が下がればよい。本発明者の検討によれば、５ｋｇｆ／ｃｍ^２から４ｋｇｆ／ｃｍ^２に低下させても、即ち、２０％程度以上の圧力変化があればガスの温度を１５℃程度下げることができ、十分に冷却に用いることができる。
【００３７】
なお、圧力低下手段１３０通過後のガスの圧力（即ち、圧力が低下した後のガスの圧力）は、概ね０．１ｋｇｆ／ｃｍ２以上でなければ、トータルのガスの熱容量が小さく、熱を十分に奪うことができない。従って、低下した後のガスの圧力は、０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。
【００３８】
また、支持部１１０及び光学部材ＲＷを冷却する必要がない場合は、ストップバルブ１２４を閉じ、バイパス配管１２８のストップバルブ１２６を開くことで、ガスはバイパス配管１２８を循環するので、支持部１１０に形成された流路１１２に定温のガスが流れることはない。
【００３９】
図３は、本発明の冷却機構１００を適用した水冷ウェハステージ２００を示す概略構成図である。水冷ウェハステージ２００は、露光装置に用いられるリニアモーターを用いたステージである。図３を参照するに、リニアモーター２１０は、磁極ユニット２１２と、電機子ユニット２１４からなる。磁極ユニット２１２は、Ｙ軸に対して磁極が交互に異なるように所定間隔で配置された磁石２１２ａからなる。電機子ユニット２１４は、電流を流すコイル２１４ａからなる。コイル２１４ａを流れる電流と磁石２１２ａの磁束との相互作用によって生じるローレンツ力によって、電機子ユニット２１４が固定子として、磁極ユニット２１２が可動子として機能し粗動ステージ２２０をＹ軸方向へ移動させる。また、同様に、図示しないＸ軸のリニアモーターによって粗動ステージ２２０をＸ軸方向へ移動させる。
【００４０】
粗動ステージ２２０上に配置されたウェハ微動ステージ２３０は、Ｚ方向に剛性の弱いバネ２４０で支持され、Ｚ軸方向へ可動するリニアモーターによって粗動ステージ２２０に対するZ方向への微小な位置決めがなされる。同様に、図示しないＸ軸方向及びＹ軸方向へ可動するリニアモーターによって、粗動ステージ２２０に対するＸ方向及びＹ方向への微小な位置決めがなされる。
【００４１】
水冷ウェハステージ２００において、ガス循環系１２０によって昇圧されたヘリウムガスは、支持部１１０（本実施形態ではウェハチャック１１０ａ）に形成された流路１１２を流れる。この際、流路１１２の供給口１１２ａ近傍に構成されたオリフィス１３０ａによって、ヘリウムガスは圧力が低下し、かかる圧力低下に伴う断熱膨張で、ヘリウムガスの温度が低下する。温度の低下したヘリウムガスと流路１１２との熱伝達によってウェハチャック１１０ａが冷却され、ウェハチャック１１０ａを介してウェハも冷却される。ウェハチャック１１０ａは、電極１１４ａに印加電圧を加えることによってウェハを吸着し、ウェハの熱歪みを拘束する。
【００４２】
但し、微動ステージ２３０は、粗動ステージ２２０に対して相対的に可動し、粗動ステージ２２０は、真空容器ＣＮに対して相対的に可動する。従って、配管１２２は、ガス循環系１２０と粗動ステージ２２０との間、及び、微動ステージ２３０と粗動ステージ２２０との間で、フレキシブルに動けるように構成される。レチクルチャックについても、同様の構成にて、レチクルチャック及びレチクルを冷却することができる。
【００４３】
図４は、本発明の冷却機構１００を適用したミラー３００を示す概略構成図である。ミラー３００は、ピエゾ等のアクチュエーター３１０を介してミラーホルダー３２０に支持されている。アクチュエーター３１０を駆動することによってミラー３００の姿勢を変化させることができる。
【００４４】
図４を参照するに、図示しないガス循環系によって昇圧されたヘリウムガスは、ミラー３００内に形成された流路１１２を流れる。この際、流路１１２の供給口１１２ａ近傍に構成されたオリフィス１３０ａによって、ヘリウムガスは圧力が低下し、かかる圧力低下に伴う断熱膨張で、ヘリウムガスの温度が低下する。温度の低下したヘリウムガスと流路１１２との熱伝達によってミラー３００が冷却される。
【００４５】
但し、ミラー３００は、アクチュエーター３１０によって、ミラーホルダー３２０に対して相対的に可動するために、配管１２２は、ミラーホルダー３２０とミラー３００との間で、フレキシブルに動けるように構成される。
【００４６】
また、図示しない温度センサーをミラー３００に配置し、かかる温度センサーの信号に基づいてストップバルブ１２４及び１２６の開閉によって所望の温度に調整してもよい。更に、圧力低下手段１３０を可変絞りとし、かかる可変絞りのコンダクタンスを変えることで所望の温度に調整してもよい。
【００４７】
上述したように、冷却機構１００は、ガスによる冷却なので、冷却水を流すことで流路、配管内で発生する渦、脈動等に起因する振動によって、ウェハチャックやレチクルチャックなどの位置安定性が悪化する点、また、水の入った重い配管がつながることで微動ステージの動きが拘束され、位置制御の応答性が悪くなり、高い周波数の振動を抑える制御ができなくなる点、ミラーに関しては、ミラーホルダーの振動がミラーに伝わり、ミラーの位置安定性が悪化するという問題点を解決することができる。
【００４８】
また、圧力低下手段を、例えば、オリフィスという簡単な構造にすることで、チャック又はミラーの近傍に配置できるために、配管の温度によってチャックやミラーに到達するまでにガスの温度が上昇したとしても、チャック又はミラーを冷却する際にはガスの温度を低下させ、十分に熱を除去することができる。
【００４９】
チャックの冷却に関しては、チャックとウェハとの間、又は、チャックとレチクルとの間に直接ガスを配すことがないので、チャックがウェハを吸着する力が減少することがなく、ウェハやレチクルの平面矯正を行うことができる。
【００５０】
ミラーの冷却に関しては、流路を直接ミラーに形成しているが、これは、流路にガスを流しても水を流すことで問題となる流路、配管内で発生する渦、脈動等に起因する振動が低減するために、ミラーの位置の安定性が悪化することがないからである。従って、ミラーを直接冷却することができるため、ミラーホルダーを冷却する際、ミラーの姿勢制御のためにミラーホルダーとミラーとを密着させることができず冷却が十分でなかった問題を解決することができる。
【００５１】
また、ガス循環系で昇圧したガスをオリフィスなどの圧力低下手段を通すことで圧力を下げているため、ガスの圧力がゼロ又はゼロに近くなることがなく、ガスの密度が小さくなり冷却能力がなくなることを防止している。即ち、長時間に亘って冷却能力を維持することができる。なお、ストップバルブでガスの流れを止めることで瞬時に冷却を停止することができ、所望の温度に調整することができる。
【００５２】
次に、図５を参照して、図１に示す冷却機構１００の変形例である冷却機構１００Ａについて説明する。図５は、冷却機構１００の変形例である冷却機構１００Ａを示す概略構成図である。図５に示す冷却機構１００Ａは、ガス循環系１２０によって昇圧されたガスをオリフィス１３０ａによって減圧し、支持部１１０を冷却すること点は冷却機構１００と同様であるが、支持部１１０に複数の流路１１２が形成される点が異なる。
【００５３】
複数の流路１１２には、それぞれオリフィス１３０ａが配置されている。オリフィス１３０ａが一箇所であった場合は、オリフィス１３０ａ通過直後のガスの温度が一番低く、支持部１１０との熱伝達によって除々にガスの温度が上昇してしまいチャックの温度が不均一になることがある。そこで、各流路１１２でオリフィス１３０ａの配置する位置を変えることで、支持部１１０全体を偏りなく冷却することが可能となり、チャックの温度が不均一になるということを防止することができる。なお、複数の流路１１２の配置において、本実施形態のように、ガスの流れる方向を互い違いに構成する（即ち、供給口１１２ａと排気口１１２ｂを交互にする）ことで、更に支持部１１０全体を均一に冷却することが可能となる。
【００５４】
次に、図６を参照して、図１に示す冷却機構１００の変形例である冷却機構１００Ｂについて説明する。図６は、冷却機構１００の変形例である冷却機構１００Ｂを示す概略構成図である。図６に示す冷却機構１００Ｂは、冷却機構１００と同様であるが、圧力低下手段１３０の構成が異なる。冷却機構１００はオリフィスを用いてガスの圧力を低下させていたが、冷却機構１００Ｂは、圧力低下手段１３０として、流路１１２の断面積に比べて断面積を拡大した拡大部１３０ｂを利用する。
【００５５】
ガス循環系１２０から供給されたガスは、拡大部１３０ｂを通過することで圧力が低下し、かかる圧力低下に伴う断熱膨張によって温度が低下する。温度の低下したガスと流路１１２との熱伝達によって支持部１１０が冷却され、支持部１１０を介して光学部材ＲＷが冷却される。
【００５６】
拡大部１３０ｂは、流路１１２の断面積に対して３倍以上の断面籍を有することが望ましい。また、拡大部１３０ｂによって流路１１２の表面積も拡大し、支持部１１０のより広い範囲が冷却されることによって支持部１１０及び光学部材ＲＷの温度の均一性が向上する。また、流路１１２は、排気口１１２ｂで断面積が小さくなるので、ガスの圧力が上昇し、ガスの温度が上昇する。しかし、ガスの温度上昇が生じるのは排気口１１２ｂ付近であり、支持部１１０を温めることはなく、支持部１１０の温度には影響をおよぼさない。
【００５７】
図７は、本発明の冷却機構１００を適用した冷却ジャケット４００の一例を示す概略構成図である。図７を参照するに、電気基板４１０を冷却ジャケット４００で囲い、かかる冷却ジャケット４００に形成された流路１１２にオリフィス１３０ａによる断熱膨張で温度が低下したガスを流す。温度の低下したガスと流路１１２との熱伝達によって、冷却ジャケット４００を冷却し、電気基板４１０からの発熱が周囲に及ぶのを防いでいる。
【００５８】
また、図８に示すように、冷却ジャケット４００で形成された圧力低下手段１３０としての拡大部１３０ｂに電気基板４１０を配することで、電気基板４１０自体を拡大部１３０ｂで低温になったガスによって冷却してもよい。これにより、電気基板４１０からの発熱が周囲に及ぶのを防いでいる。この場合、電気基板４１０そのものを冷却できるので、電気基板４１０が高温になることで生じる特性の劣化も防ぐことができる。また、電気基板４１０でなくても、モーター、アクチュエーター等の発熱体の冷却にも適用することができる。ここで、図８は、本発明の冷却機構１００を適用した冷却ジャケット４００の一例を示す概略構成図である。
【００５９】
図６或いは図８に記載した実施形態に、前述のオリフィス（流路の断面積を狭める手段）を組み合わせて、流路を流れるガス圧をより低下することが可能なように構成し、冷却効果をより一層高めるようにしても良い。
【００６０】
また、図１、２、３、４、５、７に記載のあるオリフィス（流路の断面積を狭める手段）において、オリフィスを用いた部分の流路の断面積が可変になるような機構を設けても良い。このように構成することによって、流路を流れるガスの圧力の低下の度合いを制御することができ、ガスの温度低下を制御することができるため、冷却対象物（ミラー、レンズ、電気基板等）への冷却効果も制御することが可能になる。また、この流路の断面積を可変にする機構は、冷却対象物の温度を接触又は非接触で測定する温度計測手段の出力結果に基づいて、流路の断面積を可変にし、冷却対象物への冷却効果を制御するようにしても良い。
【００６１】
以下、図９を参照して、本発明の冷却機構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９は、本発明の例示的な露光装置５００の概略構成図である。
【００６２】
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。
【００６３】
図９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。
【００６４】
また、図９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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
照明光学系５１２は、集光ミラー５１２ａ、オプティカルインテグレーター５１２ｂから構成される。集光ミラー５１２ａは、レーザープラズマからほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光集める役割を果たす。オプティカルインテグレーター５１２ｂ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５１２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５１２ｃが設けられている。
【００６８】
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。
【００６９】
マスクステージ５２５は、チャック５２５を介してマスク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。かかるマスクステージ５２５のチャック５２５ａに本発明の冷却機構１００を適用することができ、冷却機構１００によりチャック５２５ａを介してマスク５２０を冷却することで熱膨張による変形を防止することができる。
【００７０】
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に本発明の冷却機構１００を適用することができ、冷却機構１００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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。かかるウェハステージ５４５のウェハチャック５４５ａに本発明の冷却機構１００を適用することができ、冷却機構１００によりウェハチャック５４５ａを冷却することで熱膨張による変形を防止することができる。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
冷却機構１００を使用する露光装置５００は、熱膨張を極力排除することができるので、高い解像度とスループットで経済性よくデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００７７】
次に、図１０及び図１１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１０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。
【００７８】
図１１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。
【００７９】
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、本発明の冷却機構は、ＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ_２レーザー、ＥＢ及びＳＲなどを光源とする露光装置にも適用可能である。
【００９７】
【発明の効果】
本発明によれば、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機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての冷却機構の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示すオリフィスの拡大断面図である。
【図３】本発明の冷却機構を適用した水冷ウェハステージを示す概略構成図である。
【図４】本発明の冷却機構を適用したミラーを示す概略構成図である。
【図５】図１に示す冷却機構の変形例である冷却機構を示す概略構成図である。
【図６】図１に示す冷却機構の変形例である冷却機構を示す概略構成図である。
【図７】本発明の冷却機構を適用した冷却ジャケットの一例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の冷却機構を適用した冷却ジャケットの一例を示す概略構成図である。
【図９】本発明の例示的な露光装置の概略構成図である。
【図１０】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１１】図１０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１２】従来のミラーの冷却方法を示すためのミラーの概略断面図である。
【図１３】従来のレチクルやウェハの冷却方法を示すためのチャックの概略断面図である。
【図１４】レチクルやウェハの位置決めを説明するためのチャックの概略断面図である。
【符号の説明】
１００冷却機構
１１０支持部
１１２流路
１１２ａ供給口
１１２ｂ排気口
１２０ガス循環系
１２２配管
１２４及び１２８ストップバルブ
１２８バイパス配管
１３０圧力低下手段
１３０ａオリフィス
１３０ｂ拡大部
ＲＷ光学部材

Claims

真空雰囲気下に置かれた光学部材を冷却する冷却機構を備える露光装置であって、
ガスが供給される供給口と前記ガスを排気する排気口を有する流路が形成され、前記光学部材を支持する支持部と、
前記流路に配置され、供給される前記ガスの圧力を低下させる圧力低下手段とを有し、
前記圧力低下手段は、前記流路の供給口または内部に配置されたオリフィスを有することを特徴とする露光装置。
真空雰囲気下に置かれたガスが供給される供給口と前記ガスを排気する排気口を有する流路が形成された光学部材を冷却する冷却機構を備える露光装置であって、
前記流路に配置され、供給される前記ガスの圧力を低下させる圧力低下手段を有し、
前記圧力低下手段は、前記流路の供給口または内部に配置されたオリフィスを有することを特徴とする露光装置。
前記ガスを昇圧して前記供給口に供給すると共に、前記排気口から前記ガスを回収するガス循環系を更に有することを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
前記オリフィスは、前記流路の断面積に比べて断面積を縮小した縮小部を有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の露光装置。
前記縮小部の断面積が可変であることを特徴とする請求項４記載の露光装置。
前記縮小部の断面積は連続的に可変であることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
前記光学部材及び／又は前記支持部の温度を測定する温度測定手段を有しており、前記縮小部の断面積を前記温度制御手段の測定結果に基づいて変化させる制御機構を有することを特徴とする請求項５又は６記載の露光装置。
前記支持部は、前記流路が複数形成され、
前記複数の流路に配置される前記オリフィスの面内の位置は、各々異なることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
光源からの光でパターンを照明し、前記パターンからの光を用いて被処理体に露光する露光装置であって、
前記露光装置が少なくとも一つの光学部材と、該少なくとも一つの光学部材を冷却する、請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の冷却機構とを有していることを特徴とする露光装置。
請求項１乃至９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露光するステップと、
露光された前記被処理体を現像する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。