JP2004335585A

JP2004335585A - 冷却装置及び方法、当該冷却装置を有する露光装置、デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2004335585A
Application number: JP2003126508A
Authority: JP
Inventors: Masanori Honda; 正徳本田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】結像性能の劣化となる光学部材内の不均一な温度分布を発生させることなく、光学部材の温度を一定に保つことができる冷却装置を提供する。
【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、前記光学部材の露光面の温度分布を検出する温度分布検出部と、前記光学部材を複数の領域し、前記複数の領域それぞれを個別に冷却する複数の冷却手段と、前記光学部材の温度分布が所望の温度分布になるように、前記複数の冷却手段を制御する制御部とを有する。
【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。
【０００９】
また、一般にミラーを構成する低熱膨張ガラスの熱伝導率は非常に低く、例えばＳｈｏｔｔ社のＺＥＲＯＤＵＲの熱伝導率は１．６［Ｗ／ｍＫ］である。従って、ミラーは入熱した熱を速やかにミラー部材全体に伝導することができずに不均一な温度分布を生じてしまう。この不均一な温度分布によりミラーは局所的に変形（熱膨張）し光学性能の劣化を引き起こす。つまり、ＥＵＶ露光装置ではミラーに不均一な温度分布を発生させることなくミラーの温度を一定に保つ必要がある。
【００１０】
図１１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１１（ａ）は冷却装置を下面から見た下面図であり、図１１（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１１のような冷却構造の場合、ミラー１０１には不均一な温度分布が発生した場合でも、ミラー１０１を裏面より冷却する水路配管１０２の温度分布は均一である。つまり、不均一な温度分布が生じているミラー１０１の裏面を、水路配管１０２と接触する面だけ均一に冷却するため、ミラーに発生している不均一な温度分布を除去することはできない。
【００１２】
そこで、本発明は、結像性能の劣化となる光学部材内の不均一な温度分布を発生させることなく、光学部材の温度を一定に保つことができる冷却装置及び方法、当該冷却装置を有する露光装置を提供することを例示的目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の冷却装置は、真空雰囲気下に置かれた光学部材を冷却する（温度調節する）冷却装置（温度調節装置）であって、前記光学部材の露光面（露光光が照射されている側の面、光学部材が反射部材の場合は反射面側の面）の温度分布を検出する温度分布検出部と、前記光学部材を複数の領域し、前記複数の領域それぞれを個別に冷却する複数の冷却手段と、前記光学部材の温度分布が所望の温度分布になるように、前記複数の冷却手段を制御する制御部とを有することを特徴としている。
【００１４】
本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の冷却装置を有する露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップと、投影露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とする。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請求項は、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、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００１５】
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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本実施例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（ａ）は本実施例の冷却装置１を示す概略構成図である。
【００１７】
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（ａ）によく示されているように、ペルチェ素子００１と、温度分布検出部００２と、温度検出部００３と、制御部００４と、冷却ジャケット００５とを有する。
【００１８】
ペルチェ素子００１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００１は光学部材Ｍの裏面に一つ以上配置される。複数のペルチェ素子００１は後述する制御部００４に光学部材Ｍの温度分布が均一になるように個別に制御され、光学部材Ｍをペルチェ効果により冷却する。「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００１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００１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００１と光学部材Ｍの間には、熱伝導率の高い電気絶縁部材００８が介入してある。電気絶縁部材００８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００８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００８とペルチェ素子００１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、例えばインバー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００１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００１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００１の放熱面００７からの排熱は後述する冷却ジャケット００５へ熱伝達により伝熱する。
【００１９】
温度分布検出部００２は、光学部材Ｍに接触することなく光学部材Ｍ表面の温度分布を測定する。温度分布検出部００２は、光学部材Ｍ露光面上の多点を測定することができる多点式放射温度計やサーモグラフィなどが適している。但し多点式放射温度検出部を使用する場合、光学部材Ｍに固定されたペルチェ素子００１の個数以上の計測点が必要である。一般に非接触式の温度検出部の計測精度は接触式のそれと比較して劣るため、温度分布検出部の測定結果は後述する温度検出部００３の測定結果により修正される。これにより、光学部材Ｍの露光面の温度分布を精度良く知ることができる。
【００２０】
温度検出部００３は光学部材Ｍの露光領域外に接触して温度を計測する。温度検出部００３には例えば熱電対や抵抗温度センサなどが適しており、精度良く温度を計測することができる。ここでの光学部材Ｍの露光領域とは、光学部材Ｍ内で光が照射される領域、すなわち光学部材Ｍの被照射領域のことである。
【００２１】
制御部００４は、温度分布検出部００２で検出された温度分布の値を温度検出部００３で検出された光学部材Ｍの温度に修正する。また、制御部００４は、複数のペルチェ素子００１に印加する電圧をそれぞれ変化させることで、修正される温度分布が均一且つ所定の値となるように、複数のペルチェ素子００１吸熱面００６の温度を個別に制御する。ここで、図２（ａ）及び図２（ｂ）により複数のペルチェ素子００１個別の制御方法について説明する。図２（ａ）は冷却装置１を上面から見た上面図、図２（ｂ）は冷却装置１を下面から見た下面図である。図２（ａ）において、光学部材Ｍの露光面は露光面裏面に接合された複数のペルチェ素子００１の個数分の領域に分割してある。図２（ａ）及び図２（ｂ）には例としてペルチェ素子００１を９つ接合した場合を示す。図２（ａ）に示す露光面の各分割領域には番号が付してあり、光学部材Ｍの裏面における各分割領域の対向した位置に同一番号を付したペルチェ素子００１が接合されている。ペルチェ素子００１はそれぞれ、露光面において同じ番号が付してある分割領域の裏面を冷却する。例えば、検出された温度分布より領域▲１▼の温度が所定の値でないと判断された場合、制御部００４は、番号▲１▼のペルチェ素子００１に印加するべき電圧を算出し印加する。これにより、領域▲１▼の温度を所定の値にすることができる。かかる制御を全分割領域に対して行うことにより、光学部材Ｍ露光面の温度分布は均一且つ所定の値となる。換言すれば、制御部００４は光学部材Ｍの温度を一定にし、温度分布を均一に保つ機能を有する。
【００２２】
冷却ジャケット００５は、発熱したペルチェ素子を冷却させる熱交換器の役割をする。冷却ジャケットの内部の構造は、流体の脈動を伝達させないような流路、例えば、渦が発生しないような流路が設けられている。
【００２３】
ここで、図３を用いて冷却装置１を用いた光学部材Ｍの冷却方法について説明する。図３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。
【００２４】
まず、温度検出部００３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００４に送信する。制御部００４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。同時に温度分布検出部００２は光学部材Ｍの露光面温度分布を検出する。制御部００４は、（ステップ１００１）で検出された温度を用い、検出された温度分布を修正する（ステップ１００２）。
【００２５】
次に、露光光Ｌが照射されると（ステップ１００３）、温度分布検出部００２は光学部材Ｍの温度を検出し（ステップ１００４）、光学部材Ｍが均一な温度分布をしているか、また温度分布検出部００２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１００５）。検出した光学部材Ｍの温度分布が均一であり且つその温度が所定の値と等しい場合、光学部材Ｍに露光光Ｌが照射している間は、ステップ１００５以下を繰り返す。検出した光学部材Ｍの温度分布が不均一であるか若しくは所定の値と異なる場合、制御部００４は、光学部材Ｍの温度分布が均一であり且つ所定の値となるために必要な複数のペルチェ素子００１の吸熱面００６の温度を個別に算出する。（ステップ１００６）。制御部００４は、算出した複数のペルチェ素子００１の吸熱面００６の温度に基づいてペルチェ素子００１に印加する印加電圧をそれぞれ算出し印加する（ステップ１００７）。これにより、光学部材Ｍの温度分布が均一且つ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１００５以下を繰り返す。
【００２６】
以上により冷却装置１及び冷却方法１００１によれば、露光光により光学部材Ｍの温度が不均一な分布を持って上昇しても、光学部材Ｍの温度分布を均一且つ所定の値とすることができる。
【００２７】
ここで、図３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。
【００２８】
次に、図４を用いて冷却装置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１Ａは冷却装置１と比較して複数のペルチェ素子００１が光学部材Ｍの裏面と非接触関係にある点について異なる。ここで、図４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４において図１に示されている真空チャンバＶＣ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４によく示されているように、ペルチェ素子００１と、温度分布検出部００２と、温度検出部００３と、制御部００４と、冷却ジャケット００５と、断熱部材００９とを有する。
【００３０】
複数のペルチェ素子００１が接合されている冷却ジャケット００５は不図示の光学部材Ｍとは別の支持体により支持されている。また、複数のペルチェ素子００１が接合されている冷却ジャケットの表面において、複数のペルチェ素子００１が接合されていない面には、光学部材Ｍ露光面の裏面と輻射伝熱しないように断熱部材００９を配置する。但し、断熱部材００９の代わりに、熱線を反射する反射部材を用いてもよい。
【００３１】
ペルチェ素子００１の吸熱面００６と光学部材Ｍの裏面は輻射により伝熱する。なお、複数のペルチェ素子００１を用いた光学部材Ｍの冷却方法、制御部００４を用いた複数のペルチェ素子００１の制御方法については図１〜図３を参照して説明した冷却装置１、冷却方法１００１と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３２】
また、冷却ジャケット００５は光学部材Ｍと別の支持体により支持されているため、微小に発生する乱流等による振動を光学部材Ｍに伝達しない。また、かかる構造によるとペルチェ素子００１を光学部材Ｍに接合することによる光学部材Ｍの変形や、ペルチェ素子００１の吸熱面００６と光学部材Ｍの線膨張係数の相違による光学部材Ｍの変形等も発生しない。
【００３３】
以上により冷却装置１Ａ及び冷却方法１００１によれば、露光光により光学部材Ｍの温度が不均一な分布を持って上昇しても、光学部材Ｍの温度分布を均一且つ所定の値とすることができる。
【００３４】
ここで、前述のペルチェ素子（冷却手段）は、光学部材Ｍの露光領域内の温度分布を解消するため（露光領域内の温度差を低減するため）に、露光領域内に複数配置されているのが好ましい。
【００３５】
次に、図５を用いて冷却装置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１Ｂは冷却装置１Ａと比較して複数のペルチェ素子００１の吸熱面００６にそれぞれ温度検出部０１０が配設されている点、及び制御部００４による複数のペルチェ素子００１の制御方法について異なる。ここで、図５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。
【００３６】
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。冷却装置１Ｂは、図５によく示されているように、ペルチェ素子００１と、温度分布検出部００２と、温度検出部００３と、制御部００４と、冷却ジャケット００５と、断熱部材００９と、温度検出部０１０とを有する。
【００３７】
温度検出部０１０は複数のペルチェ素子００１の吸熱面００６に各々配設され、ペルチェ素子００１の吸熱面００６の温度を検出する。温度分布検出部０１０としては、接触式の温度計例えば熱電対や抵抗オ温度センサなどが適しており、精度良く温度を検出することができる。
【００３８】
制御部００４は、温度分布検出部００２で検出された温度分布の値を温度検出部００３で検出された光学部材Ｍの温度に修正する。また、制御部００４は温度検出部００２で検出される光学部材Ｍ露光面の温度分布と、温度検出部０１０で検出される複数のペルチェ素子００１の温度との相関関係を求める。この相関関係を用いて、制御部００４は検出される光学部材Ｍ露光面の温度分布を均一且つ所定の値とするために必要な複数のペルチェ素子００１の吸熱面００６の温度を各々算出する。算出された温度及び温度検出部０１０で検出されるペルチェ素子００１の吸熱面００６の温度に基づき、複数のペルチェ素子００１に各々印加すべき電圧を算出し印加する。かかる制御により、より高精度且つ高速に個々のペルチェ素子００１の吸熱面００６が吸収する熱量が調整され、光学部材Ｍ表面の温度分布が均一且つ所定の値となる。換言すれば、制御部００４は光学部材Ｍの温度を一定にし、温度分布を均一に保つ機能を有する。
【００３９】
ここで、図６を用いて冷却装置１Ｂを用いた光学部材Ｍの冷却方法について説明する。図３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１００２を説明するためのフローチャートである。
【００４０】
まず、温度検出部００３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００４に送信する。制御部００４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１００８）。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。同時に温度分布検出部００２は光学部材Ｍの露光面温度分布を検出する。制御部００４は、ステップ１００８で検出された温度を用い、検出された温度分布を修正する（ステップ１００９）。
【００４１】
同時に温度検出器０１０は複数のペルチェ素子００１の吸熱面００６の温度を各々検出し、ステップ１００２で修正された光学部材Ｍの露光面の温度分布との相関関係を求める（ステップ１０１０）。次に、露光光Ｌの照射を開始する（ステップ１０１１）。温度分布検出部００２は光学部材Ｍの温度分布を検出し（ステップ１０１２）、光学部材Ｍが均一な温度分布をしているか、また温度分布検出部００２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１０１３）。検出した光学部材Ｍの温度分布が均一であり且つその温度が所定の値と等しい場合、光学部材Ｍに露光光Ｌを照射している間は、ステップ１０１３以下を繰り返す。検出した光学部材Ｍの温度分布が不均一であるか若しくは所定の値と異なる場合、制御部００４は、予め求めておいた相関関係より、光学部材Ｍの温度分布が均一であり且つ所定の値となるために必要な複数のペルチェ素子００１の吸熱面００６の温度を各々算出する。（ステップ１０１４）。制御部００４は、検出する複数のペルチェ素子００１の吸熱面００６の温度が算出した値となるようにペルチェ素子００１に印加する印加電圧をそれぞれ算出し印加する（ステップ１０１５）。これにより、光学部材Ｍの温度分布が均一且つ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１０１３以下を繰り返す。
【００４２】
以上により冷却装置１Ｂ及び冷却方法１００２によれば、露光光により光学部材Ｍの温度が不均一な分布を持って上昇しても、精度良く、高速に光学部材Ｍの温度分布を均一且つ所定の値とすることができる。
【００４３】
ここで、図６のフローチャートのステップ１００８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。
【００４４】
次に、図７を用いて冷却装置１の変形例である冷却装置１Ｃについて説明する。冷却装置１Ｃは冷却装置１と比較して輻射板０１１について異なる。ここで、図７は図１、２に示す冷却装置１の変形例である冷却装置１Ｃを示す概略構成図である。但し、図７において真空チャンバＶＣは省略してある。
【００４５】
冷却装置１Ｃ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１Ｃは、図７によく示されているように、ペルチェ素子００１と、温度分布検出部００２と、温度検出部００３と、制御部００４と、冷却ジャケット００５と、輻射板０１１とを有する。
【００４６】
輻射板０１１は、複数のペルチェ素子００１の吸熱面００７に接合され、光学部材Ｍの裏面に対向した位置に配置されている。輻射板０１１の材料は、熱伝導率が低く、表面の放射率が高い例えばガラスやＺｅｒｏｄｕｒ、低熱膨張金属インバーなどから成る。輻射板材料として熱伝導率が低いものを使用することにより、輻射板は不均一な温度分布を持つことができる。輻射板０１１の材料が電気伝導体の場合は、ペルチェ素子００１と輻射板０１１の間に、不図示の熱伝導率の高い電気絶縁部材００８を介入させる。ペルチェ素子００１と電気絶縁部材００８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００８と輻射板０１１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。
【００４７】
光学部材Ｍの裏面と輻射板０１１の光学部材Ｍの裏面に対向する面は輻射により伝熱する。換言すると、輻射板０１１は光学部材Ｍを輻射冷却する。輻射板０１１に複数のペルチェ素子００１を接合し、且つ輻射板０１１を熱伝導率の低い材料で構成することにより、輻射板０１１は不均一な温度分布を得ることができる。つまり、輻射板０１１は複数のペルチェ素子００１の吸熱面００６の温度を個別に制御することにより、光学部材Ｍの露光面温度分布が均一且つ所定の値になるような温度分布を取ることができる。輻射板０１１により光学部材Ｍを輻射冷却することにより、輻射冷却量の分布を連続的にすることができる。また、輻射板０１１の熱伝導率を選択することにより、輻射冷却量の分布の最適化を図ることができる。
【００４８】
なお、複数のペルチェ素子００１を用いた光学部材Ｍの冷却方法、制御部００４を用いた複数のペルチェ素子００１の制御方法については図１〜図３を参照して説明した冷却装置１、冷却方法１００１と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４９】
以上により冷却装置１Ｃ及び冷却方法１００１によれば、露光光により光学部材Ｍの温度が不均一な分布を持って上昇しても、光学部材Ｍの温度分布を均一且つ所定の値とすることができる。
【００５０】
また、冷却装置１Ｃについても、冷却装置１Ｂと同様に、複数のペルチェ素子００１の吸熱面０１０に各々温度検出部０１０を配設し、冷却方法１００２により光学部材Ｍを冷却してもよい。これにより、露光光により光学部材Ｍの温度が不均一な分布を持って上昇しても、より精度良く、高速に光学部材Ｍの温度分布を均一且つ所定の値とすることができる。
【００５１】
ここで、図６のフローチャートのステップ１００８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。
【００５２】
図８は本冷却装置を露光装置に応用した例である。
【００５３】
本実施例の露光装置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０１３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。
【００５４】
本図において、０１２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。
【００５５】
０１３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。
【００５６】
０１４は照明光学系であり、光源０１３から射出されたＥＵＶ光を後述するマスク０１３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０１４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。
【００５７】
０１５は投影光学系である。投影光学系０１５は複数の反射ミラーを用いてマスク０１３面上のパターンを像面である被処理体０１８面上に縮小投影する。投影光学系０１５におけるミラー枚数は４枚乃至６枚で構成する。
【００５８】
０１６はマスクである。マスク０１３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０１３は後述するマスクステージ０１７に支持されている。マスク０１３は後述する被処理体０１８と光学的に共役の関係に配置されている。
【００５９】
０１７はマスクステージであり、マスク０１３を支持している。マスクステージ０１７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０１３及び被処理体０１８を同期した状態で走査させる。また、マスクステージ０１７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０１３の位置と投影光学系０１５の光軸との位置関係、及び、被処理体０１８の位置と投影光学系０１５の光軸との位置関係を計測し、マスク０１３の投影像が被処理体０１８の所定の位置に一致するようにマスクステージ０１７と後述するウエハステージ０１９の位置と角度を設定する。
【００６０】
０１８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０１８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。
【００６１】
０１９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０１９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０１８を移動する。被処理体０１８は前記したように、マスク０１３と同期して移動する。ここで、ウエハステージ０１９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０１８面でＺ方向のフォーカス位置を計測し、ウエハステージ０１９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０１８面を投影光学系０１５による結像位置を保つ。
【００６２】
次に、図９及び図１０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９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。
【００６３】
図１０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。
【００６４】
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。
【００６５】
ここで、本発明の実施態様は以下のように記載することができる。
（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（温度調節する）冷却装置（温度調節装置）であって、
前記光学部材の露光面（露光光が照射されている側の面、光学部材が反射部材の場合は反射面側の面）の温度分布を検出する温度分布検出部と、
前記光学部材を複数の領域し、前記複数の領域それぞれを個別に冷却する複数の冷却手段と、
前記光学部材の温度分布が所望の温度分布になるように、前記複数の冷却手段を制御する制御部とを有することを特徴とする冷却装置。
（実施態様２）前記複数の領域のうち少なくとも２つ以上の領域が、前記光学部材の露光領域内に配置されていることを特徴とする実施態様１記載の冷却装置。
（実施態様３）前記光学部材の前記露光領域外の温度を検出する温度検出部を有することを特徴とする実施態様１又は２に記載の冷却装置。
（実施態様４）前記制御部は、前記温度分布検出部の検出する値を前記温度検出部で検出する値に基づいて修正することを特徴とする実施態様３記載の冷却装置。
（実施態様５）前記制御部は、前記温度分布検出部の検出結果及び温度検出部の検出結果に基づいて前記冷却手段を制御することを特徴とする実施態様３又は４記載の冷却装置。
（実施態様６）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、
前記光学部材の露光面（露光光が照射されている側の面、光学部材が反射部材の場合は反射面側の面）の温度分布を検出する温度分布検出部と、
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複数のペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子の放熱面からの排熱を吸収する冷却ジャケットと、
前記光学部材の温度分布が均一且つ所定の値となる（前記光学部材内の温度差を低減する）ように、前記複数のペルチェ素子の動作を個別に制御する制御部とを有することを特徴とする冷却装置。
（実施態様７）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、
前記光学部材の露光面温度分布を検出する温度分布検出部と、
前記光学部材の露光面の裏面に対向する位置に配置され、ペルチェ効果により前記光学部材を輻射冷却する複数のペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子の放熱面からの排熱を吸収する冷却ジャケットと、
前記光学部材の温度分布が均一且つ所定の値となる（前記光学部材内の温度差を低減する）ように、前記複数のペルチェ素子の動作を個別に制御する制御部とを有することを特徴とする冷却装置。
（実施態様８）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、
前記光学部材の露光面温度分布を検出する温度分布検出部と、
前記光学部材の露光面の裏面に対向する位置に配置され、前記光学部材を輻射により冷却する輻射板と、
前記輻射板に接合してペルチェ効果により前記輻射板を冷却する複数のペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子の放熱面からの排熱を吸収する冷却ジャケットと、
前記光学部材の温度分布が均一且つ所定の値となる（前記光学部材内の温度差を低減する）ように、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冷却装置。
（実施態様９）前記輻射板は、低い熱伝導率を有することを特徴とする実施態様７又は８記載の冷却装置。
（実施態様１０）前記輻射板の熱伝導率が熱伝導率は１．６［Ｗ／ｍＫ］未満であることを特徴とする実施態様９記載の冷却装置。
（実施態様１１）前記複数のペルチェ素子の吸熱面に各々温度検出部を有することを特徴とする実施態様６乃至１０記載の冷却装置。
（実施態様１２）前記光学部材の前記露光領域外の温度を検出する温度検出部を有することを特徴とする実施態様６乃至１１いずれかに記載の冷却装置。
（実施態様１３）前記制御部は、前記温度分布検出部の検出する値を前記温度検出部で検出する値に基づいて修正することを特徴とする実施態様１２記載の冷却装置。
（実施態様１４）前記制御部は、前記温度分布検出部の検出結果及び前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記ペルチェ素子を制御することを特徴とする実施態様１２又は１３記載の冷却装置。
（実施態様１５）前記温度分布検出部は、前記光学部材に接触することなく、前記光学部材の露光面温度分布を検出することを特徴とする実施態様１乃至１４いずれかに記載の冷却装置。
（実施態様１６）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１５記載の冷却装置。
（実施態様１７）実施態様１乃至１６のうちいずれか一項記載の冷却装置を有することを特徴とする露光装置。
（実施態様１８）光源からの光でマスク又はレチクルを照明する照明光学系と、前記マスク又はレチクルからの光を被処理体に導く投影光学系を有する露光装置であって、前記照明光学系と前記投影光学系の少なくとも一方が前記冷却装置により冷却された光学部材を有することを特徴とする実施態様１７記載の露光装置。
（実施態様１９）実施態様１６記載の露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップと、露光された前記被処理体に所定のプロセス（現像等）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。
（実施態様２０）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、
前記光学部材の露光面の温度分布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となるように、複数の冷却手段を独立に制御するステップとを有することを特徴とする冷却方法。
（実施態様２１）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、
前記光学部材の露光面の温度分布を検出するステップと、
前記光学部材の露光面の温度分布が均一且つ所定の値となるような前記ペルチェ素子の温度を算出するステップと
前記ペルチェ素子の温度が前記算出ステップで算出した温度になるように前記ペルチェ素子を個別に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。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の冷却装置及び方法によれば、真空雰囲気下に配置された、熱伝導率が低い部材で構成された光学部材の露光面の温度分布を計測し、その計測値に基づいて複数のペルチェ素子を個別に制御し使用することにより、光学部材内部での温度差を小さく保つことが可能できる。従って、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】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３】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４】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５】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６】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７】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８】本発明の例示的な露光装置の概略構成図である。
【図９】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１０】図９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１１】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、１Ｃ冷却装置
２露光装置
００１ペルチェ素子
００２温度分布検出部
００３温度検出部
００４制御部
００５冷却ジャケット
００６ペルチェ素子吸熱面
００７ペルチェ素子放熱面
００８電気絶縁部材
００９断熱部材
０１０温度検出部
０１１輻射板
０１２真空チャンバ
０１３光源
０１４照明光学系
０１５投影光学系
０１６マスク
０１７マスクステージ
０１８被処理体
０１９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、
前記光学部材の露光面の温度分布を検出する温度分布検出部と、
前記光学部材を複数の領域し、前記複数の領域それぞれを個別に冷却する複数の冷却手段と、
前記光学部材の温度分布が所望の温度分布になるように、前記複数の冷却手段を制御する制御部とを有することを特徴とする冷却装置。