JPH11219895A - 流体用温調機およびそれを備えた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、流体の温度を調整する流体用温調
機、およびそれを備えた、半導体素子、液晶表示素子等
を製造するフォトリソグラフィー工程で用いられる露光
装置に関し、迅速且つ高精度に温度調整を行うことので
きる流体用温調機およびそれを備えた露光装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】電流を流すことにより発熱する発熱抵抗体
が基板上に形成された電気抵抗ヒータ層１と、電気抵抗
ヒータ層１を被覆する絶縁層２とを有するヒータ層３
と、ヒータ層３と接触するとともに通過する流体に乱流
を生じさせるチャンネル部材４とを備えるように構成す
る。これによると、ヒータ層３の電気抵抗ヒータ層１に
よって発生された熱がチャンネル層４に伝えられ、チャ
ンネル層４において、乱流の生じた流体に当該熱が伝達
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の温度を調整
する流体用温調機、およびそれを備えた、半導体素子、
あるいは液晶表示素子等を製造するフォトリソグラフィ
ー工程で用いられる露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、所定の空間の温度を調整するため
に用いられる空調器は、一旦冷却した空気を流体用温調
機を用いて再度加熱して所定温度に制御してから当該空
間に戻すことにより、当該空間の温度を調整するように
なっている。このような空調器は、例えば、フォトリソ
グラフィー工程で用いられる露光装置のチャンバ内を所
定の温度に維持させるために使用されている。図４は、
この従来の空調器の概略の構成図を示している。この空
調器では、シロッコファン、ターボファン、あるいはラ
ジアルファン等のファン６７を回転させることにより、
図中の矢印に示すように、空気を吸入して空調器内に取
り込み、取り込んだ空気を所定の温度に調整して空調器
外へ排出する。この空調器内を流れる空気は、図中破線
で囲んだブロックで示す流体用温調機６１で温度が調節
される。すなわち、クーラ６３が空調器内に流入した空
気から熱を奪って温度を低下させ、次にリヒータ（再熱
器）６２が当該空気を加熱して温度を上昇させる。リヒ
ータ６２としては、シースヒータ（ニクロム線等の抵抗
発熱体を絶縁体で固め、これら全体をステンレス等の保
護管に詰めたもの）にアルミのフィンが取り付けられた
フィンチューブ型のヒータユニットが用いられている。

【０００３】このリヒータ６２は、温度センサ６４、温
度コントローラ６５、および電力制御器６６で構成され
るフィードバック系によりＰＩＤ制御され、リヒータ６
２を通過する空気を所定の温度に加熱できるようになっ
ている。すなわち、リヒータ６２で加熱された空気の温
度をリヒータ６２の流体出力側に設けられた温度センサ
６４が測定して温度コントローラ６５にフィードバック
し、温度コントローラ６５は、この測定結果に基づい
て、空気を所定の温度に制御するためにリヒータ６２に
供給すべき電力値を求める。次いで、求められた電力値
に従って電力制御器６６がリヒータ６２に所定の電力を
供給して、リヒータ６２の発熱量を制御するようになっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、上述の流体用
温調機には、できるだけ短時間で空気を所定の温度に設
定できる優れた応答性と、できるだけ高い分解能で温度
を制御できる高い精度とが要求される。特に、極めて微
細な回路パターンを基板上に正確に転写する露光装置に
あっては、装置内の雰囲気の温度が変動してしまうと、
露光光路中の空気の揺らぎによる屈折率変動や、基板を
正確に位置決めするための基板を載置するステージの位
置を高精度で計測するレーザ干渉計の測定光路の屈折率
変動が発生したり、装置の各構成部材自体が熱膨張によ
る伸縮を生じたりしてしまう結果、正確な露光動作を行
うことが困難になるという問題が発生する。従って、露
光装置内の雰囲気中の温度は正確に制御される必要があ
り、そのため露光装置に備えられる流体用温調機には、
迅速且つ高精度に流体の温度を調節する能力が要求され
る。本発明の目的は、迅速且つ高精度に温度調整を行う
ことのできる流体用温調機およびそれを備えた露光装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一実施の形態を
表す図１乃至図２に対応付けて説明すると上記目的は、
電流を流すことにより発熱する発熱抵抗体が基板上に形
成された電気抵抗ヒータ層（１）と、電気抵抗ヒータ層
（１）を被覆する絶縁層（２）とを有するヒータ部材
（３）と、ヒータ部材（３）と接触するとともに通過す
る流体に乱流を生じさせるチャンネル部材（４）とを備
えたことを特徴とする流体用温調機（３９）によって達
成される。この流体用温調機では、ヒータ部材（３）の
電気抵抗ヒータ層（１）によって発生された熱がチャン
ネル部材（４）に伝えられ、チャンネル部材（４）にお
いて、乱流の生じた流体に当該熱が伝達される。従っ
て、チャンネル部材（４）から流体に対して迅速に熱の
伝達が行われる。

【０００６】また、本発明の流体用温調機（３９）にお
いて、ヒータ部材（３）とチャンネル部材（４）とを流
体を流す方向にほぼ直交する方向に複数積層したことを
特徴とする。また、本発明の流体用温調機（３９）にお
いて、チャンネル部材（４）は、高熱伝導率の金属ポー
ラスマトリックス材であることを特徴とする。また、本
発明の流体用温調機（３９）において、ヒータ部材
（３）とチャンネル部材（４）とで再熱器（４４）を構
成し、再熱器（４４）の流体の流入側に、流体を冷却す
る冷却器（４０）が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の流体用温調機（３９）において、再熱器
（４４）の流体の流出側に、再熱器（４４）を通過した
流体の温度を検出する温度センサ（５０）が設けられ、
温度センサ（５０）で検出された流体の温度に基づい
て、電気抵抗ヒータ層（１）に流す電流、あるいは、チ
ャンネル層（４）を流れる流体の流量を制御することを
特徴とする。

【０００７】また、上記目的は、レチクルのパターンを
基板上に転写する露光システム（１４）と、該露光シス
テム（１４）が収納されたチャンバ（１２）内の空調を
行う空調器（１６）とを備えた露光装置（１０）におい
て、空調器（１６）は、上記した本発明の流体用温調機
（３９）を備えていることを特徴とする露光装置（１
０）によって達成される。この露光装置によれば、上述
の流体用温調機を空調器に備えているので、チャンバ内
の温度を適切に調節することができ、基板へのパターン
の転写を高精度で行うことができるようになる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による流体
用温調機およびそれを備えた露光装置を図１乃至図３を
用いて説明する。まず、本実施の形態による流体用温調
機およびそれを備えた露光装置の概略の構成を図１を用
いて説明する。図１において、紙面の上下方向にＺ軸を
とり、Ｚ軸に垂直な面内でＸ−Ｙ軸をとるものとする。
さて、本露光装置１０は、レチクル２０のパターンをウ
ェハ２４に転写する露光処理を行う露光システム１４
と、露光システム１４を包囲するチャンバ１２内の空気
の温度を調節する空調器１６とに大別される。

【０００９】露光システム１４では、回路パターンが形
成されたレチクル２０と、当該パターンが転写されるウ
ェハ２４とが投影光学系２２を介して対向して配置され
ている。そして、レチクルの上方から照射される照明系
１８の照明光によって、レチクル２０に形成されたパタ
ーンの像が投影光学系２２を介してウェハ２４上に投影
されるようになっている。ウェハ２４はＸ−Ｙ面内を２
次元移動可能なウェハステージ２６上に載置されてい
る。ウェハステージ２６のＸ−Ｙ方向の移動量は、Ｘ軸
方向計測用のレーザ干渉計２８と図示を省略したＹ軸方
向のレーザ干渉計とにより逐次計測されるようになって
いる。また、露光システム１４は、パターン転写の際の
レチクル２０とウェハ２４との位置あわせ（アライメン
ト）をするために、ウェハ２４上に形成されたアライメ
ントマークの位置を検出するアライメントセンサ３０を
備えている。

【００１０】露光システム１４は、防振台３２に支持さ
れており、この防振台３２により、床から伝達される振
動の影響が排除されると共に、露光システム１４自身で
発生する振動も抑制されるようになっている。この露光
システム１４を包囲するチャンバ１２には、空調器１６
から空気が供給される空気供給口側に、供給される空気
に含まれる塵埃を除去するＵＬＰＡフィルタ（Ultra Lo
w Penetration Air-filter）３４が設けられている。こ
のＵＬＰＡフィルタ３４は、空調器１６からの空気を一
次的に蓄える空間としてのプレナム３６を形成するよう
に設置されている。こうすることにより、空調器１６か
ら供給される空気は、プレナム３６およびＵＬＰＡフィ
ルタ３４により密度が均一化されて露光システム１４側
へ供給される。

【００１１】空調器１６は、シロッコファン、ターボフ
ァン、あるいはラジアルファン等のファン４８を備えて
いる。ファン４８を動作させることにより、リターンダ
クト３８側から空気を吸入し、ダクト５２側へ空気を送
出できるようになっている。従って、ファン４８を動作
させると、図中矢印に示すように空気が流れる。つま
り、空気はチャンバ１２内部の露光システム１４近傍か
らリターンダクト３８を通って空調器１６内部へ流れ、
空調器１６内部からダクト５２を通ってチャンバ１２内
部へ流れ、そして再びチャンバ１２内部の露光システム
１４近傍に流れる。空調器１６は、空気の温度を調整す
る流体用温調機３９（図中破線のブロックで示す）を備
えている。この流体用温調機３９には、リターンダクト
３８側からの空気を所定の温度に冷却する冷却器４０が
備えられており、冷却器４０は冷凍機４２から供給され
る冷媒を用いて空気を冷却するようになっている。

【００１２】また、流体用温調機３９には、冷却器４０
によって冷却された空気を加熱するためのリヒータ４４
が冷却器４０の次段に配置されている。このリヒータ４
４は、温度センサ５０、温度コントローラ４６、および
電力制御器４７によってフィードバック制御（例えば、
ＰＩＤ制御）され、リヒータ４４を通過する空気を所定
の温度に加熱するようになっている。すなわち、リヒー
タ４４で加熱された空気の温度をリヒータ４４の流体出
力側に設けられた温度センサ５０が測定して温度コント
ローラ４６にフィードバックし、温度コントローラ４６
は、この測定結果に基づいて、空気を所定の温度に制御
するためにリヒータ４４に供給すべき電力値を求める。
次いで、求められた電力値に従って電力制御器４７がリ
ヒータ４４に所定の電力を供給して、リヒータ４４の発
熱量を制御するようになっている。

【００１３】次に、本実施の形態における流体用温調機
のリヒータ４４を図２を用いて説明する。このリヒータ
４４は、絶縁層２で電気抵抗ヒータ層１を挟んだヒータ
層（ヒータ部材）３と、チャンネル層（チャンネル部
材）４とを交互に積層した構造を有しており、その積層
方向が空気の流れ方向（図２中の矢印方向）に対してほ
ぼ垂直になるように空調器１６内に設置されている。電
気抵抗ヒータ層１は、薄いシート形状を有し、電流を流
すと発熱するニッケル・クロム等の発熱抵抗体をプリン
ト回路技術によってポリイミド等の基板に形成したもの
である。こうすることにより、少量の発熱抵抗体で効率
よく発熱させることができるので、電気抵抗ヒータ層１
の熱容量を小さくすることができる。この電気抵抗ヒー
タ層１は、電力制御器４７に接続されており、電力制御
器４７から供給される電力により発熱するようになって
いる。

【００１４】絶縁層２は、例えば窒化アルミからなる高
熱伝導率の絶縁体により形成され、電気抵抗ヒータ層１
内の回路でのショート（短絡）を防止するとともに、電
気抵抗ヒータ層１によって発生された熱をチャンネル層
３に効率よく伝える機能を有している。チャンネル層４
は、高熱伝導率の金属ポーラスマトリクス材によって形
成されている。この金属ポーラスマトリックス材として
は、例えば、発泡アルミニウム、発泡銅を利用すること
ができる。発泡アルミニウムとしては、例えば、ＤＵＯ
ＣＥＬ（米国ＥＲＧ社の商標）が知られている。

【００１５】ここで、金属ポーラスマトリクス材を図３
を用いて説明する。図３は、ＥＲＧ社のＤＵＯＣＥＬの
断面形状を示している。金属ポーラスマトリクス材は、
高熱伝導率の金属が三次元的な網構造に形成されてお
り、この網構造で形成される空間を流体が通過できるよ
うになっている。この金属ポーラスマトリクス材では、
高熱伝導率の金属が三次元的な網構造となっているで三
次元的に熱が伝わりやすい。また、金属ポーラスマトリ
クス材では、流体は金属の網構造で形成された空間をぬ
って流れるので乱流になりやすい。また、この複雑な網
構造で流体と接するので、流体と接する金属の表面積が
同体積の金属に比してきわめて大きい。また、金属ポー
ラスマトリクス材は、空隙部分を有しているので、同体
積の金属に比してきわめて軽い。従って、金属ポーラス
マトリクス材で形成されたチャンネル層４は、電気抵抗
ヒータ層１で発生して、絶縁層２に伝えられた熱を受け
取って、チャンネル層４内部を流れる空気に対して高効
率で熱を与えることができる。

【００１６】ここで、チャンネル層４の前述の積層方向
の厚さ、つまり、金属ポーラスマトリクス材の厚さは次
のようにして決定することが好ましい。ヒータ層３から
熱を受け取る金属ポーラスマトリクス材の温度は、ヒー
タ層３から積層方向に離れるに従って低くなり、金属ポ
ーラスマトリクス材の温度が低くなると、流体とポーラ
スマトリクス材との温度差が小さくなるので流体に与え
る熱量が小さくなる。このため、金属ポーラスマトリク
ス材がヒータ層３から離れすぎてしまうと流体へ効果的
に熱を伝えられなくなる。この点に考慮して、金属ポー
ラスマトリクス材と流体との温度差を適切に保てるよう
な金属ポーラスマトリクス材の厚さを決定する。なお、
この厚さは、流体の物性値や流量、金属ポーラスマトリ
ックス材の母材の伝熱特性、ポーラスマトリックス材の
ポロシティ（多孔度）などから計算することができる。

【００１７】次に、本実施の形態による流体用温調機お
よびそれを備えた露光装置の動作を説明する。まず、チ
ャンバ１２内に設置された露光システム１４における露
光処理の動作を図１を参照しつつ簡単に説明する。図示
しない制御系は、レーザ干渉計２８からの位置情報をモ
ニタしつつ、アライメントセンサ３０がウェハ２４の所
定のショット領域のアライメントマークを観察できる位
置までステージ２６を移動させる。アライメントセンサ
３０によりアライメントマークの位置が検出されたら、
制御系は、予め求めておいたレチクル中心の投影位置と
アライメントセンサ３０の中心位置との距離（いわゆる
ベースライン距離）と、計測されたアライメントマーク
の位置とに基づいて、再びステージ２６を所定量移動さ
せてウェハ２４の所定のショット領域を投影光学系２２
の結像面に位置合わせ（アライメント）する。

【００１８】その後、照明系１８からの照明光によりレ
チクル２０が照明され、レチクル２０のパターンが投影
光学系２２を介してウェハ２４表面のレジスト上に投影
され、パターンの像が転写される。本露光システム１４
では、このようなウェハ２４上の各ショット領域の露光
位置へ順次位置決めをしつつ、上記のようにしてレチク
ル２０のパターンをウェハ２４上の各ショット領域に順
次転写する。

【００１９】次に、上述の露光処理中における空調器１
６による動作を説明する。上述の露光システム１４によ
る露光処理において、空調器１６では、ファン４８が動
作して、リターンダクト３８からチャンバ１２内の空気
を空調器１６内部に吸入し、ダクト５２からチャンバ１
２内へ空気を供給するように空気の流れを作る。これに
よって、チャンバ１２内においても空気の流れができ、
露光システム１４の露光処理において発生する熱を吸収
した空気がリターンダクト３８を介して空調器１６内に
吸入される。このように、チャンバ１２からリターンダ
クト３８を介して空気が流れる際に、冷却器４０が冷凍
機４２によって供給される冷媒により冷却器４０内を通
過する空気を冷却して温度を低下させる。次いで、リヒ
ータ４４が温度センサ５０、温度コントローラ４６およ
び電力制御器４７によるフィードバック制御に従ってリ
ヒータ４４内を通過する空気を加熱して所定の温度にす
る。この後、所定の温度にされた空気がダクト５２から
チャンバ１２へ流される。

【００２０】次に、本発明の実施の形態による流体用温
調機を従来のフィンチューブ型のヒータユニットを備え
た流体用温調機と比較して説明する。一般的に、熱交換
器の時間的な応答に関して、流体の質量流量が一定の条
件下では、パラメータｈＳ／Ｃ_Hが大きいほど応答が速
いことが知られている。ここで、ｈは平均熱伝達率、Ｓ
は熱交換器の表面積、Ｃ_Hは熱交換器の熱容量である。
本実施の形態では、チャンネル部４の金属ポーラスマト
リックス材が上記熱交換器に該当する。金属ポーラスマ
トリックス材は乱流促進効果が高いために、従来のヒー
タユニットよりも平均熱伝達率ｈを大きくすることがで
き、しかも、表面積Ｓを従来のヒータユニットと同等程
度以上にすることができる。また、金属ポーラスマトリ
ックス材は空隙率が高く、重量が小さくでき、熱容量Ｃ
_Hについても従来のヒータユニットよりも小さくするこ
とができる。以上のことから、上記パラメータを大きく
することができ、流体の温度の調節を迅速且つ適切に行
うことができる。

【００２１】さらに、ヒータ層３の電気抵抗ヒータ層１
にプリント回路を利用したので、電気抵抗ヒータ層１の
熱容量を小さくでき、且つ、この電気抵抗ヒータ層１の
伝熱方向がヒータ層３の厚さ方向であるので、チャンネ
ル層４との間の熱抵抗を小さくすることができ、ヒータ
層３からチャンネル層４へ熱を迅速且つ適切に伝えるこ
とができるようになる。従って、時間的な応答を従来の
フィンチューブ型より１桁以上速くでき、例えば、従来
では、空気に対して±０．０１°Ｃ程度の温度制御が限
界であったものが、本実施の形態による流体用温調機を
使用すると、±０．００２°Ｃ程度で温度制御ができる
ようになる。また、本露光装置では、空調器１６で迅速
且つ高精度な温度制御が行えるので、チャンバ１２内を
適切な温度に維持することができ、露光システム１４に
よる露光処理の精度を向上させることができる。

【００２２】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、ウェ
ハの露光を行う露光装置について説明したが、本発明は
これに限られず、液晶表示装置の製造のためのガラス基
板、薄膜磁気ヘッド等の他の基板を露光する露光装置に
も適用することができる。また、上記実施の形態は流体
用温調機を露光装置に備えた例として説明したが、本発
明はこれに限られず、例えば、流体用温調機をマスク検
査装置等の他の装置に備えた場合にも同様に適用でき、
また、単独で使用されてもよく、要は、流体の温度を調
節する種々の場面において使用することができる。

【００２３】また、上記実施の形態では、空気の温度を
制御するために、温度センサで検出した温度に基づい
て、電気抵抗ヒータ層に供給する電力を制御するように
しているが、例えば、検出した温度に基づいて、ファン
の動作速度を制御して、チャンネル層を通過する空気の
流量を調節することにより、流体の温度を調節するよう
にしてもよい。また、上記実施の形態では、流体用温調
機で空気の温度調節を行っているが、本発明はこれに限
られず、窒素やへリウム等の各種気体や、水や油等の各
種液体の温度調節を行う流体用温調機にも本発明を適用
することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上の通り、本発明の流体用温調機によ
れば、流体の温度を迅速且つ高精度に調整することがで
きる。また、本発明の流体用温調機を備えた露光装置に
よれば、流体の温度を適切に調節することができ、露光
処理の精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による露光装置の概略の
構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施の形態による露光装置のリヒー
タの概略の構成を示す図である。

【図３】金属ポーラスマトリクス材の一部断面形状を示
す図である。

【図４】従来の流体用温調機を備えた空調器の概略の構
成を示す図である。

【符号の説明】

１ 電気抵抗ヒータ層 ２ 絶縁層 ３ ヒータ層 ４ チャンネル層 １０ 露光装置 １２ チャンバ １４ 露光システム １６ 空調器 ３９ 流体用温調機 ４０ 冷却器 ４２ 冷凍機 ４４ リヒータ ４６ 温度コントローラ ４７ 電力制御器 ４８ ファン ５０ 温度センサ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電流を流すことにより発熱する発熱抵抗体
   が基板上に形成された電気抵抗ヒータ層と、前記電気抵
   抗ヒータ層を被覆する絶縁層とを有するヒータ部材と、 前記ヒータ部材と接触するとともに通過する流体に乱流
   を生じさせるチャンネル部材とを備えたことを特徴とす
   る流体用温調機。
2. 【請求項２】請求項１記載の流体用温調機において、 前記ヒータ部材と前記チャンネル部材とを前記流体を流
   す方向にほぼ直交する方向に複数積層したことを特徴と
   する流体用温調機。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の流体用温調機に
   おいて、 前記チャンネル部材は、高熱伝導率の金属ポーラスマト
   リックス材であることを特徴とする流体用温調機。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の流体用
   温調機において、 前記ヒータ部材と前記チャンネル部材とで再熱器を構成
   し、前記再熱器の前記流体の流入側に、前記流体を冷却
   する冷却器が設けられていることを特徴とする流体用温
   調機。
5. 【請求項５】請求項４記載の流体用温調機において、 前記再熱器の前記流体の流出側に、前記再熱器を通過し
   た前記流体の温度を検出する温度センサが設けられ、 前記温度センサで検出された前記流体の温度に基づい
   て、前記電気抵抗ヒータ層に流す電流、あるいは、前記
   チャンネル層を流れる前記流体の流量を制御することを
   特徴とする流体用温調機。
6. 【請求項６】レチクルのパターンを基板上に転写する露
   光システムと、 該露光システムが収納されたチャンバ内の空調を行う空
   調器とを備えた露光装置において、 前記空調器は、請求項１乃至５のいずれかに記載の流体
   用温調機を備えていることを特徴とする露光装置。