JPH0693424B2 - 冷却装置を備えた露光装置とその使用方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、LSI製造プロセスにおける、光リソグラフイ
ー工程で使用する露光装置の光学系の露光装置とその使
用方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の温度コントロールは、第３図に示す方法
を採用している。図中（30）は光源、（31）は光学系全
体を支持する恒温槽、（32）は集光レンズ、（33）はマ
スク、（34）は投影レンズ、（35）はウエハを示す。
（36）は気圧補正用のポンプである。

以下、従来の露光装置の温度コントロール方法の動作を
図を用いて説明する。

光源（30）より発した光は、集光レンズ（32）を通過し
た後マスク（33）に入射する。マスク（33）を通過した
光は投影レンズ（34）により、ウエハ（35）上にマスク
パターンを結像する。

この時正常な光学系ならば、歪のない像が結像される。
しかし、長時間の露光を続けるならば次第にレンズ（3
2）やレンズ（34）は加熱される。そして、レンズ（3
2）（34）の膨張により、フオーカスズレが生じる。そ
こで、レンズ（32）（34）を恒温槽（31）で支持するこ
とにより、レンズ内の熱を恒温槽（31）へ伝導させる。
さらにポンプ（36）により気圧による補償を行つてい
る。そのためレンズ（32）（34）の中央部と周辺部では
温度の勾配が生じこれがレンズ（32）（34）の歪の原因
となつていた。

これらの歪のために、ウエハ（35）上の結像面では、例
えば第４図に示すような、矢印の向きに歪んだ像が投影
されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の温度コントロール方法は以上のように構成されて
いるので、レンズ中央部とレンズ周辺部で温度の勾配が
生じていた。

そのためレンズに歪がはいり、像の歪の原因となつてい
た。またガラスの熱容量は大きいので一度温度が上がる
と温度を下げるのに長い時間がかかるなどの問題点があ
つた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものでレン
ズ内の温度勾配をなくせるとともに常時温度コントロー
ルのできる冷却装置を備えた露光装置を提供することを
目的とする。

また前記露光装置を用い、レンズの膨張や歪をなくせる
とともに、結像したパターンの歪やフオーカスずれを軽
減する露光装置の使用方法を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る冷却装置を備えた露光装置は、光学系の温
度をモニターする赤外線センサーと、発振波長可変のレ
ーザーと赤外線センサーからの画像情報を記憶するメモ
リーと記憶した情報とそのアドレスにより、レーザーの
向きを制御する制御部を含んでいる。

本発明に係る露光装置の使用方法は、冷却装置が非接触
型であることを利用し、露光中も含め常時温度コントロ
ールするようにし、また特定の部分のみを冷却するよう
にしたものである。

〔作用〕

本発明によれば、露光装置と光学系の温度を一定に保つ
ことができる。

このため光学系の歪やフオーカスズレを軽減することが
でき、歪の少ない像を結像させることができる。

また非接触型の冷却方法なので、露光中も含め常時温度
コントロールができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明における冷却装置を備えた露光装置とその
使用方法について説明する。第１図において、第３図と
同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略す
る。

第１図において、（10）はレンズから幅射される赤外線
である。（11）はレンズの温度をモニターする赤外線イ
メージセンサーである。（12）は発振波長可変のレーザ
ー発振器で、（13）は原子共鳴吸収振動数近傍のレーザ
ーである。

第２図において、（20）はレーザーの縦方向の駆動装
置、（21）はレーザーの横方向の駆動装置である。（2
2）は赤外線イメージセンサーよりの情報を記憶するメ
モリーと、この情報により、レーザーの向きの駆動を制
御する制御部である。

本発明の実施例について、図を用いて動作を説明する。
第１図において、光源（30）より発した光は集光レンズ
（32）、マスク（33）、投影レンズ（34）を透過した
後、ウエハ（35）上に、マスクパターンを結像する。長
時間の使用によりレンズ（32）やレンズ（34）などの光
学素子は加熱される。

加熱されたレンズ（32）やレンズ（34）は周囲に赤外線
（10）を幅射する。この赤外線（10）を赤外線イメージ
センサー（11）により観測し、レンズ上での、温度分布
を観測する。温度分布の情報は、メモリー（22）に格納
される。またこの情報に基き、駆動装置（20），（21）
を制御して、レンズの過熱している部分に冷却用レーザ
ー（13）を照射してレンズの温度を一定に保つ。

さて、レーザー冷却について、第５図第６図を用いて説
明する。詳細は参考文献（日本物理学会誌vol43,No7.19
88）に譲る。

第５図（ａ）において、（50）は熱振動する原子であ
る。（51）は、入射するレーザーである。第５図（ａ）
の場合、光（51）の入射方向と原子（50）の運動方向は
逆である。そのため、原子（50）が入射光（51）を吸収
すると原子（50）の運動量（52）は第５図（ｂ）に示す
ように小さくなる。その後第５図（ｃ）において励起さ
れた原子（50）は自然発光（53）を放出する。自然発光
（53）は統計的に一様だから運動量の変化はない。発光
の終つた原子（50）は第５図（ｄ）に示す基底状態に戻
る。

この時、第５図（ａ）と比べると、原子（50）の運動が
抑制されている。すなわち冷却される また第５図（ｅ）〜（ｈ）には、光（51）の運動方向が
同じ場合について上と同様の過程を経た後、原子（50）
の運動が促進される。すなわち加熱される。

さて第６図（ａ）において、（60）は共鳴吸収スペクト
ルである。（61）は振動数掃引前の入射光の振動数を示
す。（62）は振動数掃引後の入射光の振動数を示す。第
６図（ｂ）は、振動数掃引前後の入射光のドツプラー効
果も考慮に入れた強度分布である。

ドツプラー効果を考慮に入れると原子（50）は、（53）
のような光を受けている。

ここで、共鳴にかかる（64）の部分は、原子の運動が抑
制される条件にある原子に相当する。ここでの吸収確率
は共鳴により非常に大きくなるのですみやかに原子振動
は小さくなり冷却される。しかし、（66）の部分は、原
子の運動が促進される条件にあるのだが共鳴していない
ので吸収確率は小さく、あまり加熱されない。それゆえ
全体としては冷却される。

しかし、冷却されると、入射光の振動数分布は（65）の
ようになるので、第６図（ｃ）のように、入射光の振動
数を（62）の位置に掃引する必要がある。

以上のサイクルをくり返すと、発振波長可変のレーザー
により物体を冷却できる。

本実施例では、露光装置の光学系に適用する例を示した
が、レーザー冷却装置は一般に非接触で温度コントロー
ルの必要なものには、有効に利用できる。

また本実施例では、原子共鳴吸収線域の低周波側を利用
したので冷却効果が主たる効果となつたが、高周波側を
利用すれば加熱効果が現われるので、加熱、冷却の両方
向での温度コントロールが可能である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、露光装置に非接触型の
冷却レーザーを適用したので、露光中も含め常時温度コ
ントロールができ、また特定の部分のみの冷却も可能と
なるので、レンズの加熱や、レンズ内部の温度勾配をな
くすことができる、そのため、ウエハ上に結像された回
路パターンの歪やフオーカスずれを軽減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による露光装置の光学系を示す
図である。 第２図は本発明の実施例による赤外線センサーとレーザ
ー冷却装置を示す図である。 第３図は、従来の露光装置の光学系を示す図である。 第４図は、従来の露光装置による像の歪を示す図であ
る。 第５図は、本発明の実施例による原子の励起状態を説明
する図である。 第６図は本発明の実施例によるレーザー冷却の原理を説
明する図である。 （11）は赤外線センサー、（12）は発振波長可変のレー
ザー発振器、（22）はメモリーと、レーザーの制御装置
である。 なお図中同一符号は同一又は相当の部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学系の温度をモニターする赤外線センサ
   ーと、発振波長可変のレーザー発振器と、前記赤外線セ
   ンサーからの情報を記憶するメモリーと、前記記憶した
   情報により、前記レーザーの向きを制御する制御部で構
   成される冷却装置を備えた露光装置。
2. 【請求項２】前記冷却装置が、非接触型であることを利
   用し、露光中を含め、常時温度コントロールすることと
   特定の部分のみを冷却することを特徴とした露光装置の
   使用方法。