JPH10125592A - 温度制御装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 媒体の温度制御に対する外部環境の変化の影
響を低減し、安価で高精度な媒体の温度制御が可能な温
度制御装置及びその方法を提供する。 【解決手段】 タンク１４内の媒体としての冷却液は、
ポンプ１６で圧力を高められて循環路１０を循環する。
冷却液の温度は温度センサ２０によって検出されてお
り、温度コントローラ２２は、かかる検出結果に基づい
て、温度調整機器１８の低温側１８Ｌで熱交換を行って
冷却液の温度を調整し、冷却液が所定の温度となるよう
に制御する。温度調整された冷却液はバッファタンク４
０に送られる。バッファタンク４０では、冷却液が一時
的に貯留され、これによって温度変動が低減される。そ
して、この温度的に平滑化された冷却液が被温度調整物
である冷却対象物１２，例えば露光装置に供給され、投
影光学系などが高い精度で冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被温度調整物の
温度を調整する媒体の温度を制御する温度制御装置及び
その方法にかかり、例えば±１℃程度の高精度の温度制
御を行う場合に好適な媒体の温度制御装置及びその方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】媒体を循環させて、対象物の温度制御を
行う温度制御装置及びその方法としては、例えば図４に
示す冷却用のものがある。まず一次循環系から説明する
と、循環路１０は、被温度調整物である冷却対象物１２
に対して媒体としての冷却液を供給するための循環路で
ある。冷却液は、例えば不活性液体が考えられる。この
循環路１０中には、冷却液を貯液（貯留）するタンク１
４，冷却液を圧送して循環させるポンプ１６，冷却液の
温度を調整する温度調整機器１８，循環する冷却液の温
度を検出する温度センサ２０が順に設けられている。こ
の温度センサ２０の検出出力側は温度コントローラ２２
に接続されている。

【０００３】温度調整機器１８は、冷却・加熱の両手
段、もしくは加熱・冷却のどちらか一方の手段を持ち合
わせている。図示の例は、例えば水冷式の冷凍機やペル
チェ素子などによる冷却手段を備えており、その低温側
１８Ｌで冷却液と熱交換を行って冷却液を冷却し、高温
側１８Ｈで不要な熱を排出する。この冷却手段の冷却量
を温度コントローラ２２で制御することで、冷却液の温
度制御が行なわれる構成となっている。

【０００４】次に、温度調整機器１８には、例えば循環
媒体として水を循環させて温度調整機器１８の高温側１
８Ｈを冷却するための二次循環系が設けられている。温
度調整機器１８自身の温度上昇を抑制し、一次循環系で
不要となった熱を外部に排出するための系である。温度
調整機器１８を含む循環路２４中には、外気に放熱する
クーリングタワー２６，冷却水を圧送するポンプ２８，
冷却水を一時的に貯留するバッファタンク３０が順に設
けられている。

【０００５】このような温度制御装置の作用を一次循環
系から説明すると、タンク１４内の冷却液は、ポンプ１
６で圧力を高められて送出される。他方、冷却液の温度
は温度センサ２０によって検出されており、その結果が
温度コントローラ２２に供給される。温度コントローラ
２２は、かかる検出結果に基づいて、温度調整機器１８
の低温側１８Ｌで冷却液の温度を調整し、冷却液が所定
の設定温度となるように制御する。所定の設定温度に調
整された冷却液は、冷却対象物１２，例えば露光装置に
供給されて冷却する。露光装置で熱を吸収して温度が上
昇した冷却液は、循環路１０を循環して再びタンク１４
に戻る。

【０００６】次に、二次循環系の作用を説明する。上述
した一次循環系の作用により温度調整機器１８の温度が
上昇するので、これを二次循環系で冷却する。クーリン
グタワー２６で外気に放熱して温度が下げられた冷却水
は、ポンプ２８で圧力を高められて送出される。この冷
却水は温度調整機器１８に供給され、ここで温度調整機
器１８の高温側１８Ｈを冷却する。温度調整機器１８を
冷却して温度が上昇した冷却水は、循環路２４内を循環
してクーリングタワー２６に達し、ここで外気に放熱す
る。このようにして、温度調整機器１８の高温側１８Ｈ
が冷却される。なお、バッファタンク３０については後
述する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、一次循
環系で冷却対象物１２が冷却され、不要な熱は二次循環
系のクーリングタワー２６によって外気に放出される。
ところが、このクーリングタワー２６における排熱作用
は、その運転・停止状況の他、天候，外気の温度や湿度
などの影響を受け、必ずしも安定しているわけではな
い。このため、二次循環系を循環する冷却水も影響を受
けて温度が不安定となり、更には温度調整機器１８の冷
却水による冷却作用にも変動が生じる。すると、温度調
整機器１８では、高温側１８Ｈにおける排熱熱量が変動
し、その冷却能力に変動が生じる。このような冷却液に
対する冷却能力の変動は、温度制御機器１８内の冷却手
段の低温側１８Ｃにおける温度変動となり、この低温側
１８Ｌを介して冷却液に伝達され、その温度を変動させ
てしまう。

【０００８】また、二次循環系の冷却水は、短時間の間
に大きな温度変化を起こすことが知られている。このよ
うな温度変化が生ずると、温度制御機器１８が追従でき
なくなり、一次循環系における冷却液の温度を高精度に
制御できなくなってしまう。

【０００９】以上のような不都合を回避するため、冷却
水のバッファタンク３０が温度制御機器１８に対する冷
却水の流入側に設けられる。これにより、冷却水の温度
変動が吸収されるようになる。

【００１０】しかしながら、この冷却水側のバッファタ
ンク３０は、高い耐圧性を要求されるために肉厚が厚
く、また容積も大きくなって高価なものとなる。また、
このようなバッファタンク３０を設けたとしても、一次
循環系の冷却液に対する温度制御精度の向上には限界が
ある。特に冷却対象物が露光装置である場合、極めて高
精度の温度調整が要求され、これに対応できる媒体の温
度制御装置が要望されている。

【００１１】この発明は、以上の点に着目したもので、
媒体の温度制御に対する外部環境の変化の影響を低減
し、安価で高精度な媒体の温度制御が可能な温度制御装
置及びその方法を提供することを、その目的とするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、この発明は、外部からの温度変動の影響を受けるペ
ルチェ素子などの温度調整手段と被温度調整物との間
に、不活性液体などの媒体の循環流量に対して十分に大
きな容積を持つバッファタンクを設け、これによって媒
体の温度を平滑化することを特徴とする。主要な形態に
よれば、前記バッファタンクには断熱手段が施される。
前記温度調整手段には二次循環系が設けられる。本発明
の温度制御装置は、例えば露光装置に適用され、その投
影光学系，マスク支持手段，あるいは基板支持手段など
が温度調整の対象となる。

【００１３】本発明によれば、クーリングタワーなどの
二次循環系で生ずる温度変動（外乱）は、温度調整手段
を介して被温度調整物に媒体を供給する一次循環系に及
ぶ。しかし、この温度変動は、被温度調整物の媒体流入
側に設けられたバッファタンクによって平滑化され、媒
体の温度制御は高い精度で行われる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態について
詳細に説明する。なお、上述した従来技術と対応する構
成部分には、同一の符号を用いることとする。図１に
は、一例における温度制御装置の概略構成が示されてい
る。まず一次循環系から説明すると、循環路１０中に
は、露光装置などの冷却対象物１２，冷却液を貯留する
タンク１４，冷却液を圧送して循環させるポンプ１６，
冷却液の温度を調整する温度調整機器１８，循環する冷
却液の温度を検出する温度センサ２０が順に設けられて
いる。この温度センサ２０の検出出力側は温度コントロ
ーラ２２に接続されている。これら、温度調整機器１
８，温度センサ２０，温度コントローラ２２によって冷
却液の温度制御機構が構成されている。

【００１５】ところで、本例では、温度調整機器１８と
冷却対象物１２との間に、つまり冷却対象物１２の冷却
液流入側に、バッファタンク４０が設けられている。そ
して、このバッファタンク４０から流出した冷却液の温
度が温度センサ２０で検出されるようになっている。バ
ッファタンク４０は、冷却液の循環流量に対して充分に
大きな容積を持っており、積分作用で冷却液の温度変動
を吸収，緩和する機能を有している。

【００１６】他方、温度調整機器１８には二次循環系が
設けられている。温度調整機器１８を含む循環路２４中
には、外気に放熱するクーリングタワー２６，冷却水を
圧送するポンプ２８が順に設けられている。

【００１７】次に、以上のように構成された本例の作用
を説明する。一次循環系から説明すると、タンク１４内
の冷却液は、ポンプ１６で圧力を高められて送出され
る。他方、冷却液の温度は温度センサ２０によって検出
されており、その結果が温度コントローラ２２に供給さ
れる。温度コントローラ２２は、かかる検出結果に基づ
いて、温度調整機器１８の低温側１８Ｌで熱交換を行っ
て冷却液の温度を調整し、冷却液が所定の温度となるよ
うに制御する。所定の温度に調整された冷却液は、バッ
ファタンク４０に送られる。バッファタンク４０では、
冷却液が一時的に貯留されており、これによって温度変
動が低減される。そして、この温度的に平滑化された冷
却液が冷却対象物１２，例えば露光装置に供給されて冷
却する。露光装置で熱を吸収して温度が上昇した冷却液
は、循環路１０を循環して再びタンク１４に戻る。

【００１８】他方、二次循環系では、クーリングタワー
２６で外気に放熱して温度が下げられた冷却水が、ポン
プ２８で圧力を高められて送出される。この冷却水は温
度調整機器１８に供給され、ここで温度調整機器１８の
高温側１８Ｈを冷却する。温度調整機器１８を冷却して
温度が上昇した冷却水は、循環路２４内を循環してクー
リングタワー２６に達し、ここで外気に放熱する。この
ようにして、温度調整機器１８の高温側１８Ｈが冷却さ
れる。

【００１９】ところで、二次循環系，特にクーリングタ
ワー２６の運転・停止や天候の変化などの各種の外部環
境の変化による影響を受けて冷却水に生じた温度変動
は、温度調整機器１８の高温側１８Ｈに影響し、この高
温側１８Ｈにおける熱交換作用に影響する。温度調整機
器１８では、高温側１８Ｈに温度変動が生ずると低温側
１８Ｌに影響が及ぶようになり、低温側１８Ｌにおける
熱交換作用が影響を受けるようになる。すると、冷却液
に温度変動が生ずるようになる。

【００２０】しかし、本例では、温度変動が生じた冷却
液は、温度調整機器１８から流出した後にバッファタン
ク４０に供給される。上述したように、このバッファタ
ンク４０は、冷却液の循環流量に対し充分大きな容積を
持っている。このため、流入する冷却液に温度変動があ
っても、バッファタンク４０内に貯留されている冷却液
と混合することによって温度が平均化されるようにな
る。すなわち、バッファタンク４０による積分作用で冷
却液の温度変動が吸収・緩和され、その流出側では極微
少な温度の変動も取り去られる。このような温度的に平
滑された，別言すれば温度的にノイズ成分が除去された
冷却液は、バッファタンク４０の後位に配置された温度
センサ２０に移送されてその温度が測定される。更に、
温度的に平滑化された冷却液が冷却対象物１２に供給さ
れ、その冷却が行われる。

【００２１】温度コントローラ２２に接続される温度セ
ンサ２０は、温度変動幅が充分縮小された後の冷却液の
温度を検出し、これが温度コントローラ２２に出力され
る。温度コントローラ２２は、温度的にノイズのない良
好な温度情報を受けて温度調整機器１６における冷却液
の温度調整を行うため、高精度の温度制御が可能とな
る。

【００２２】同時に、本例によれば極微少な温度のムラ
も除去でき、二次循環系における冷却水に温度変動がな
いような状態での温度制御精度の向上も図ることができ
る。また、一次循環系の冷却液は、二次循環系の冷却水
と比較すると、通常充分に低圧である。このため、タン
クの肉厚を薄くでき、小形，軽量で安価な構成とするこ
とが可能である。なお、図１に点線で示すように、二次
循環系にもバッファタンク４２を設けるようにすれば更
に外部環境の変化の影響を低減でき、制御精度の向上を
図ることができる。

【００２３】次に、図２及び図３を参照しながら、上述
した温度制御装置を露光装置に適用した場合について説
明する。本例の露光装置の概略構成を示す図２におい
て、互いに独立した２つのチャンバ５０，６０は隣接し
て設置されている。チャンバ５０内には、上述した温度
制御装置の一次循環系が収納されているケース５２と、
空調装置５４が設置されている。チャンバ６０内には、
露光装置６２の本体が設置されている。

【００２４】チャンバ６０の床上には、防振パッド６
４，６６を介して防振台６８が設置され、この防振台６
８上にはウエハステージ７０とコラム７２とが設けられ
ている。投影光学系７４はコラム７２によって固定され
ている。また、投影光学系７４の上方には、レチクルホ
ルダ７６が設けられており、露光対象となるパターンが
形成されたレチクルＲが保持されている。ウエハステー
ジ７０上にはウエハＷが載置されている。露光時には、
不図示の光源からの照射光によってレチクルＲが照明さ
れ、レチクルＲ上に形成されたパターンの像が投影光学
系７４を介してウエハＷに投影される。また、チャンバ
６０内には、その天井側に塵除去用フィルタ７８が設け
られており、床側にはリターン８０が設けられている。

【００２５】チャンバ５０に設置されている空調装置５
４内で温度調整された空気は、チャンバ６０の天井の塵
除去用フィルタ７８を介してチャンバ６０内に吹き出
す。この空気は、露光装置６２を全体として温度調整
し、チャンバ６０の床のリターン８０を介して空調装置
５４に戻される。

【００２６】一方、ケース５２内の一次循環系で温度が
制御された冷却液は、冷却対象物１２としてのウエハス
テージ７０，投影光学系７４，レチクルホルダ７６に送
られ、それら各部を冷却した後ケース５２に循環する。
ウエハステージ７０，投影光学系７４あるいはレチクル
ホルダ７６で発生した熱は、上述したように二次循環系
のクーリングタワー２６を介して外気に排出される。

【００２７】次に、図３を参照しながら、前記ケース５
２を中心とする主要構成について説明する。ケース５２
には、循環路１０中の貯液タンク１４，ポンプ１６，温
度調整機器１８，温度センサ２０，温度コントローラ２
２，バッファタンク４０が収納されている。そして、バ
ッファタンク４０の冷却液流出側がウエハステージ７
０，投影光学系７４，レチクルホルダ７６などの冷却対
象物１２に接続されており、冷却対象物１２の冷却液流
出側はタンク１４の流入側に接続されている。もちろ
ん、冷却対象物１２は、バッファタンク４０に対して冷
却液の下流側に位置している。また、二次循環系のクー
リングタワー２６，ポンプ２８（及びバッファタンク４
２）は、いずれもチャンバ５０の外部に設けられてい
る。

【００２８】次に、以上のように構成された本例の冷却
作用を説明する。露光装置６２では、露光動作にともな
い、ウエハステージ７０，投影光学系７４あるいはレチ
クルホルダ７６などの温度が露光光の吸収により上昇す
る。これら冷却対象物１２には、温度制御装置から冷却
液が供給されており、これによってその冷却が行われ
る。冷却対象物１２を冷却して温度が上昇した冷却液
は、タンク１４に戻り、再びポンプ１６の作用で圧送さ
れて温度調整機器１８に送られる。温度調整機器１８で
は、その低温側１８Ｌで熱交換が行われ、冷却液が冷却
される。このときの温度制御は、温度センサ２０による
検知結果に基づいて温度コントローラ２２により行われ
る。所定の温度となった冷却液は、バッファタンク４０
に送られ、ここで一時的に貯留されて温度変動が安定化
される。そして、この温度的に平滑化された冷却液が冷
却対象物１２に供給される。

【００２９】他方、温度調整機器１８の高温側１８Ｈで
は、冷却水との熱交換が行われる。これにより、露光装
置側の熱で冷却水が暖められる。温度が上昇した冷却水
は、循環路２４を循環してクーリングタワー２６に供給
され、ここで外気に対して熱が放出される。これにより
温度が低下した冷却水は、ポンプ２８の作用により圧送
され、再び温度調整機器１８に送られる。

【００３０】以上の動作が繰り返し行われることで、露
光装置６２のウエハステージ７０，投影光学系７４，レ
チクルホルダ７６が冷却される。このとき、前記例で説
明したように、一次循環系にバッファタンク４０が設け
られているので、冷却液の温度が極めて安定しており、
結果的にウエハステージ７０や投影光学系７４などの温
度も、外部環境の変化の影響（外乱）を軽減して安定に
保持することが可能となる。そして、ウエハステージ７
０や投影光学系７４などの温度が安定すると、露光処理
の精度も向上する。

【００３１】また、本例によれば、空調装置や温度制御
装置が露光装置本体とは独立したチャンバ内に収納され
ているので、空調装置や温度制御装置が仮に発熱しても
露光装置本体には影響が及ばないという利点がある。

【００３２】この発明には数多くの実施の形態があり、
以上の開示に基づいて多様に改変することが可能であ
る。例えば、次のようなものも含まれる。まず第一に、
前記例は、露光装置などの対象を冷却する場合を説明し
たが、加熱する場合も同様に適用可能である。また、温
度調整機器に二次循環系を設けたが、これは必要に応じ
て設けるようにしてよい。例えば、温度調整機器として
ペルチェ素子を用いて冷却を行う場合、ペルチェ素子の
高温側を単に外気に触れるようにするのみでも熱交換は
可能である。

【００３３】第二に、一次循環系のバッファタンクに、
断熱手段を設けるようにしてもよい。このようにするこ
とで、バッファタンク内の媒体の温度変動に対する外部
環境の変化の影響が更に低減され、制御の精度が向上す
る。第三に、温度制御用の媒体としては、水の他適宜の
ものを用いてよい。また、温度調整の対象も、露光装置
に限らず各種のものに適用可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
露光装置などの被温度調整物の媒体流入側に、冷却液の
循環流量に対し充分大きな容積を持つバッファタンクを
設けることとしたので、バッファタンクに流入する冷却
液に温度変動があっても、バッファタンク内に貯留され
ている冷却液と混合することによって温度が平均化され
て温度変動が吸収・緩和される。このため、温度調節機
器やクーリングタワーなどに生ずる温度変動のような外
部環境の変化の影響が良好に吸収されて媒体の温度変動
が平滑化され、高精度な温度制御が実現できる。

【００３５】また、バッファタンクが一次循環系に設け
られるため、二次循環系にバッファタンクを設ける場合
と比較して、機構部品の簡易化及び肉厚を薄くでき、小
型，軽量，安価に実現可能である。更に、媒体の温度制
御が高精度で行われるため、露光装置の投影光学系やウ
エハステージなどに適用するとそれらの温度も非常に安
定し、精度の高い動作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例を示す温度制御装置の図である。

【図２】前記温度制御装置を搭載した露光装置の一例を
示す図である。

【図３】図２の主要部分を示す図である。

【図４】温度制御装置の背景技術の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０…一次側の循環路 １２…冷却対象物 １４…タンク １６，２８…ポンプ １８…温度調整機器 １８Ｈ…高温側 １８Ｌ…低温側 ２０…温度センサ ２２…温度コントローラ ２４…二次側の循環路 １６…クーリングタワー ３０，４０，４２…バッファータンク ５０，６０…チャンバ ５２…ケース ５４…空調装置 ６２…露光装置 ６４，６６…防振パッド ６８…防振台 ７０…ウエハステージ ７２…コラム ７４…投影光学系 ７６…レチクルホルダ ７８…塵除去用フィルタ ８０…リターン Ｒ…レチクル Ｗ…ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 浩二 宮城県名取市田高字原277番地 株式会社 仙台ニコン内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被温度調整物を含む循環路中を循環する
   媒体の温度を制御する温度制御装置において、 媒体を貯留するタンクと、 媒体を循環させるポンプと、 媒体の温度を調整するための温度調整手段と、 媒体の温度をモニタする温度センサと、 この温度センサによるモニタ結果に基づいて、前記媒体
   が所定の温度となるように、前記温度調整手段を制御す
   る制御手段と、 循環路中、前記温度調整手段と前記被温度調整物との間
   に位置し、媒体の循環流量に対して充分に大きな容積を
   もつバッファタンクと、を有することを特徴とする温度
   制御装置。
2. 【請求項２】 前記被温度調整物は、マスクに形成され
   たパターンを投影光学系を介して感応基板に投影する露
   光装置における投影光学系，マスクを支持する支持手段
   及び感応基板を支持する基板支持手段のうちのいずれか
   であり、 前記露光装置と同一の空調空間内に配置されることを特
   徴とする請求項１記載の温度制御装置。
3. 【請求項３】 前記バッファタンクに断熱手段を施した
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の温度制御装置。
4. 【請求項４】 前記温度調整手段に、媒体の循環によっ
   て外部との熱交換を行う二次循環系を設けたことを特徴
   とする請求項１，２又は３記載の温度制御装置。
5. 【請求項５】 被温度調整物を含む循環路中を循環する
   媒体の温度を制御する温度制御方法において、 前記媒体をタンクに貯留する第１ステップと、 この第１ステップによって前記タンクに貯留された前記
   媒体を循環路中に循環させる第２ステップと、 循環路中を循環する前記媒体に対して温度調整する第３
   ステップと、 この第３ステップによって温度調整された前記媒体を、
   当該媒体の循環流量に対して充分に大きな容量をもつバ
   ッファタンクに貯留する第４ステップと、 前記バッファタンクに貯留した前記媒体の温度をモニタ
   する第５ステップと、 この第５ステップにおけるモニタ結果に基づいて、前記
   媒体が所定の温度となるように、前記第３ステップにお
   ける温度調整を制御する第６ステップと、を有すること
   を特徴とする温度制御方法。