JP2000020075A

JP2000020075A - 空調システム、干渉計システム、及び露光装置システム

Info

Publication number: JP2000020075A
Application number: JP10201104A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hachisuga; 勝蜂須賀
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】空調に原因する振動が少ない空調システム、
干渉計システム、及び露光装置システムを提供するこ
と。【解決手段】ダクト６０の空調機５０側では、第１マ
イクロフォン９１が空調機５０からの騒音ＮＳを収集す
る。信号処理装置９５は、第１マイクロフォン９１から
の検出信号に基づいて騒音の波形に対して所定量だけ位
相をずらした波形の信号を発生し、第２マイクロフォン
９２は、信号処理装置９５からの信号に基づいて騒音Ｎ
Ｓを相殺する音波ＳＷを発生する。この結果、第２マイ
クロフォン９２では、騒音ＮＳがほとんど検出されなく
なり、空調機５０より発生した低周波騒音が温調チャン
バ３０内に拡散するのを防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械、測定機
器、半導体露光装置等の温調に用いられる空調システ
ム、並びにこれを備える干渉計システム及び露光装置シ
ステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の超精密な工作機械や干渉計等の測
定装置にはきわめて高い工作精度や測定精度を要求され
るものがある。これらの装置に要求されるきわめて高い
精度を達成するためには、装置そのものの仕組みや構成
や剛性はもとより、その装置が設置される環境にも気を
配らなければならない。特に環境中の温度変化と、環境
中から装置に伝わる振動は、前述の装置の精度に大きな
影響を及ぼすことは明らかであり、温度変化と振動を極
力抑えることが、超精密な工作精度や測定精度を得るた
めに必須の条件となっている。

【０００３】通常、環境中の温度変化への対応は、装置
を温度管理がされた恒温室設置したり、或いは装置個別
にチャンバを設け、その中の温度管理を外部に設けた空
調機により厳密に行うことにより、装置に要求される精
度をクリアすることになる。

【０００４】一方、環境中、特に装置が設置してある床
から装置に伝わる振動に対しては、床と装置の間に除振
台を設け、極力装置本体に伝達しないような対策を講じ
たり、設置のために個別に独立な基礎を設け、基礎上の
床を外部の床と遮断することにより装置に伝わる振動を
極力抑えるなどの対策を講じている。

【０００５】図６は、超精密工作機械や測定装置等にこ
れまで用いられてきた温調対策や除振対策を行ったシス
テムの一例として露光装置システムの概要を示す。図示
の露光装置システムは、ＩＣの製造工程で用いられる露
光装置本体１１０と、露光装置本体を載置する除振台１
２０と、これらを収容する温調チャンバ１３０と、除振
台１２０を支持する独立基礎１４０と、温調チャンバ１
３０内を温度調節するための空調機１５０と、温調チャ
ンバ１３０及び空調機１５０を連通させるダクト１６０
とから構成される。

【０００６】空調機１５０は、通常、熱交換器１５１と
送風機１５３により構成され、この熱交換器１５１によ
り温調された空気は、送風機１５３によりダクト１６０
とフィルタ１６５を介して温調チャンバ１３０内に供給
される。この温調チャンバ１３０内の温度は、センサに
より常にモニタされ、このセンサの信号は、空調機１５
０にフィードバックされる。空調機１５０は、温調チャ
ンバ１３０内の温度が設定温度からずれないように動作
する。一方、独立基礎１４０は、まわりの床１７０の振
動が直接伝わらないようにこれと切り離されている。ま
た、独立基礎１４０と露光装置本体１１０との間に設け
た除振台１２０により、独立基礎１４０から露光装置本
体１１０への振動の伝達を防止している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年の露光装置や干渉
計に対する超精密化の要求は、すでに前項で述べたよう
な装置の設置環境の温度管理や、床振動の対策のみでは
達成することができない領域にまできている。

【０００８】例えば、露光装置の半導体製造工程で求め
られるＩＣパターンの線幅は０．３５μｍ以下である。
さらに今後はＩＣの集積度の向上にともない０．２５μ
ｍ、さらには０．１５μｍ程度の線幅まで、露光装置の
守備範囲に入ってくると言われている。そのため、露光
装置を構成する部品に対しても極めて高い精度が要求さ
れている。

【０００９】また、露光装置の光学部品の形状を測定す
るために用いられる干渉計には、λ／１００００オーダ
の測定再現性が要求される。そのため、これまでは問題
にならない程度の、環境中の温度変化や振動等の外乱要
因でも大きくクローズアップされ、対策を講じる必要に
迫られる事態が発生している。

【００１０】問題となる外乱要因の一つとして、温調チ
ャンバの空調機で発生し、ダクトを介して温調チャンバ
内に伝達される騒音がある。

【００１１】図６に示した露光装置システムに当てはめ
て考えると、空調機１５０の送風機１５３や熱交換機１
５１から発生した騒音は、温度コントロールされた空気
を媒体として露光装置本体１１０が設置してある温調チ
ャンバ１３０内に伝達され、露光装置本体１１０、すな
わち投影レンズ１１２、ウェハステージ１１３等の構成
部品のほか、ウェハ１１５やレチクル１１６を加振す
る。これにより、露光装置本体１１０の構成部品等の間
に相対的な変位が発生し、露光面でコンスタントに微細
な線幅を維持することが難しくなるといった問題が発生
する。

【００１２】また、干渉計システムにおいても、同様の
原因で発生、伝達された騒音が、チャンバ内に設置され
ている干渉計本体、例えば干渉計の心臓部であるフィゾ
ーレンズ等の光学系部品を加振する。そのことにより、
干渉計本体の各構成部品間に相対的な変位が発生し、干
渉縞に変動を発生させ測定の再現性を維持することが難
しくなるといった問題が発生する。

【００１３】そこで、本発明は、空調に原因する振動が
少ない空調システム、干渉計システム、及び露光装置シ
ステムを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の空調システムは、空調機と、チャンバと、
前記空調機及び前記チャンバを連結するダクトとを備え
る空調システムにおいて、前記ダクト及び前記空調機の
いずれか一方に配置されて騒音を検出する騒音検出装置
と、前記ダクト及び前記空調機のいずれか一方に配置さ
れて音波を発生する音波源と、前記騒音検出装置で検出
された騒音を相殺する音波を前記音波源から発生させる
制御装置とをさらに備えることを特徴とする。

【００１５】この空調システムでは、制御装置が前記騒
音検出装置で検出された騒音を相殺する音波を前記音波
源から発生させるので、空調に起因する振動がチャンバ
内に伝達されることを防止することができる。

【００１６】また、本発明の露光装置システムは、空調
機と、原版上のパターンを感光基板上に露光する露光装
置本体を内蔵するチャンバと、前記空調機及び前記チャ
ンバを連結するダクトとを備える露光装置システムにお
いて、前記ダクト及び前記空調機のいずれか一方に配置
されて騒音を検出する騒音検出装置と、前記ダクト及び
前記空調機のいずれか一方に配置されて音波を発生する
音波源と、前記騒音検出装置で検出された騒音を相殺す
る音波を前記音波源から発生させる制御装置とをさらに
備えることを特徴とする。

【００１７】この露光装置システムでは、制御装置が前
記騒音検出装置で検出された騒音を相殺する音波を前記
音波源から発生させるので、空調に起因する振動がチャ
ンバ内に伝達されることを防止することができ、精密な
露光を行うことができる。

【００１８】また、本発明の干渉計システムは、空調機
と、物体の形状を光学的に計測する干渉計本体を内蔵す
るチャンバと、前記空調機及び前記チャンバを連結する
ダクトとを備える干渉計システムにおいて、前記ダクト
及び前記空調機のいずれか一方に配置されて騒音を検出
する騒音検出装置と、前記ダクト及び前記空調機のいず
れか一方に配置されて音波を発生する音波源と、前記騒
音検出装置で検出された騒音を相殺する音波を前記音波
源から発生させる制御装置とをさらに備えることを特徴
とする。

【００１９】この干渉計システムでは、制御装置が前記
騒音検出装置で検出された騒音を相殺する音波を前記音
波源から発生させるので、空調に起因する振動がチャン
バ内に伝達されることを防止することができ、精密な計
測を行うことができる。

【００２０】

【発明の説明】本発明では、高い精度を要求される工作
機械や測定機器等のシステムにおいて、空調機により内
部の空気を清浄かつ恒温に保ったチャンバ内で、露光装
置や干渉計等による超精密加工や測定を行う際に、チャ
ンバの空調機から発生する騒音を、アクティブ消音方法
を用いて減少させる。

【００２１】チャンバ内の騒音のかなりの部分は、チャ
ンバの空調機内の送風機と冷凍機により発生したものが
原因と考えられる。露光装置システムやその部品の測定
に用いる干渉計システムにおいては、装置本体が大型で
あるため、チャンバやその空調機も大型化し、十数Ｈｚ
で８０ｄＢに達する低周波振動を発生させ、これがチャ
ンバ内の装置に照射される。一方でチャンバ内に設置さ
れた装置のメカ的な部分の振動の固有値は一般に１００
Ｈｚ以下のものが多く、チャンバの空調機からチャンバ
内に照射された低周波騒音に共振して、思わぬ振動が装
置に発生してしまい、工作精度や測定精度を低下させる
要因になることがある。また、干渉計等の測定器におい
ては、数十Ｈｚの振動にきわめて弱いことが多く、その
ため低周波騒音の消音は、精度を追求する装置にはきわ
めて重要である。

【００２２】チャンバ内の騒音を減少させるには、静音
タイプの送風機や冷凍機を用いることが一般的である
が、超精密加工や測定を行う装置に対しては、その要求
精度に照らし合わせると、効果には限界があることが多
い。

【００２３】一方、本願の空調システム等で用いるアク
ティブ消音技術は、周知の吸音現象、共鳴現象などを利
用したいわゆる受動的な消音技術ではなく、基本的には
騒音に対して別の音波（二次音源）を作り、音波干渉に
よって結果的に騒音を低減させようとする技術である。
さらに、この技術は吸音材などを用いる受動的な消音技
術では不得意な、特に低周波領域での高い消音効果が期
待できる。低域で効果があるとなると、この技術は、微
少な振動を嫌う露光装置や干渉計に用いるチャンバの消
音にはうってつけである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
露光装置システムについて図面を参照しつつ説明する。

【００２５】図１は、縮小投影露光用の露光装置システ
ムの構造を説明する図である。図示の露光装置システム
は、ＩＣの製造工程で用いられる露光装置本体１０と、
露光装置本体を載置する除振台２０と、これらを収容す
る温調チャンバ３０と、除振台２０を支持する独立基礎
４０と、温調チャンバ３０内を温度調節するための空調
機５０と、温調チャンバ３０及び空調機５０を連通させ
るダクト６０と、アクティブ消音装置９０とを備える。

【００２６】露光装置本体１０は、投影レンズ１２、ウ
ェハステージ１３等の構成部品のほか、シリコンウェハ
１５やレチクル１６を備える。また、温調チャンバ３０
外には、露光用の照明光源１７が配置されており、照明
光源１７からの照明光は、ミラー１８を介して温調チャ
ンバ３０内に導かれる。

【００２７】温調チャンバ３０は、露光装置本体１０を
外界から隔離して、露光に際しての温度の変化に起因す
る線幅不良を防止する。

【００２８】独立基礎４０は、緩衝材８０を介在させる
ことによってまわりの床７０と切り離されており、支柱
７１によって地面１００上に支持された床７０からの振
動が直接伝わらないようになっている。また、独立基礎
４０と露光装置本体１０との間に設けた除振台２０によ
り、独立基礎４０等から露光装置本体１０に振動が伝達
することを防止している。

【００２９】空調機５０は、熱交換器５１と、ファン及
び排風器が共通になった送風機５３とを備える。この熱
交換器５１により温調された空気は、送風機５３により
ダクト６０とフィルタ６５とを介して温調チャンバ３０
内に供給される。空調機５０は、温調チャンバ３０内の
温度が設定温度からずれないように熱交換器５１及び送
風機５３の動作を調整する。

【００３０】アクティブ消音装置９０は、空調機５０で
発生した騒音を収集して信号検出を行う騒音検出装置で
ある第１マイクロフォン９１と、ダクト６０の出口付近
における騒音を収集するモニタ用の第２マイクロフォン
９２と、第１マイクロフォン９１の検出した騒音に基づ
いてこの騒音を相殺する音波に対応する信号を発生する
制御装置である信号処理装置９５と、信号処理装置９５
が発生する信号に基づいて音波を発生する音波源である
スピーカ９７とを備える。アクティブ消音装置９０のタ
ーゲットとなる騒音の周波数は十数Ｈｚ〜数百Ｈｚであ
るので、第１及び第２マイクロフォン９１、９２として
音圧測定用の超低周波まで感度があるものを用い、二次
音波を発生するスピーカ９７も、超低周波対応の大型の
スピーカシステム（スーパウーハ）を用いている。信号
処理装置９５は、不要な音波成分を除き、消音の対象と
なる周波数を取り出すフィルタ、信号の振幅を調整する
レベル調整器、騒音信号の位相を反転させた音波信号を
発生するための移相器、及び音波信号を適宜パワー調整
するパワーアンプから構成されている。それにより、マ
イクロフォン９２での音圧が最小になるようにフィード
バックをかけている。ここで用いられるフィルタ、レベ
ル調整器、移相器は、Ａ／Ｄコンバータ、パソコン、Ｄ
／Ａコンバータに置き換えることができる。

【００３１】なお、第２マイクロフォン９２は、信号処
理装置９５の動作を調整して露光装置本体１０に与えら
れる振動加速度をゼロに近づけるためのものである。し
たがって、第２マイクロフォン９２に代えて、露光装置
本体１０を支える除振台２０上にサーボ型振動検出セン
サ９８を配置して振動加速度を直接監視することもでき
る。

【００３２】まず、露光装置システムの一般的な動作に
ついて説明する。照明光源１７から放射されたレーザ光
等の照明光ＩＬは、ＩＣの回路パターンのネガフィルム
にあたるレチクル１６に照射される。レチクル１６を通
過した照明光ＩＬは、投影レンズ１２に入射し、ここで
１／５の像に縮小されて、ウェハステージ１３に設置さ
れたシリコンウェハ１５に照射される。シリコンウェハ
１５は、ウェハステージ１３上に設置され、投影レンズ
１２の光軸と直角な平面内で、外部からの指令により任
意の位置に移動させることができる。ウェハステージ１
３の移動機構により、投影レンズ１２を通過した照明光
ＩＬを、シリコンウェハ１５の定まった位置に、照射さ
せることができる。

【００３３】露光の工程では、ウェハステージ１３の位
置決めが完了した時点で照明光源１７からの照明光ＩＬ
が照射され、その光は投影レンズ１２で縮小されて、レ
チクル１６に画かれた回路パターンの１／５の線画とし
てシリコンウェハ１５上に投影され、シリコンウェハ１
５上に塗られた感光剤を露光させる。露光の工程が終了
すると、再びウェハステージ１３を駆動し、位置決めを
行い、さらに露光を行う。この位置決め、露光の行程を
繰り返すことにより、ＩＣの回路パターンをシリコンウ
ェハ１５上に縮小し投影して行く。

【００３４】以下、空調機５０及びアクティブ消音装置
９０の動作について説明する。空調機５０は、温調チャ
ンバ３０中の温度コントロールを行うために、温調チャ
ンバ３０に清浄な空気を送風する。これにより、温調チ
ャンバ３０の内部の空気を恒温かつ清浄に保ち、温度変
化による露光精度の低下を防ぐとともに、塵による露光
精度の低下を防いでいる。さらに、空調機５０より発生
した低周波騒音が温調チャンバ３０内に拡散するのを防
ぐため、温調チャンバ３０や空調機５０の付近に取り付
けたアクティブ消音装置９０により、温調チャンバ３０
内の音圧レベルを低く抑える。

【００３５】図２は、アクティブ消音の原理を説明する
図である。ダクト６０の空調機５０側では、第１マイク
ロフォン９１が空調機５０からの騒音ＮＳを収集する。
信号処理装置９５は、第１マイクロフォン９１からの検
出信号に基づいて騒音の波形に対して所定量だけ位相を
ずらした波形の信号を発生し、第２マイクロフォン９２
は、信号処理装置９５からの信号に基づいて騒音ＮＳを
相殺する音波ＳＷを発生する。この結果、第２マイクロ
フォン９２では、騒音ＮＳがほとんど検出されなくな
る。

【００３６】アクティブ消音装置９０の動作原理につい
てより概念的に説明する。騒音源（空調機の送風機や冷
凍機）から出た音波は、粗密波となってダクト６０中を
伝播する。その際、動作原理として最も重要な点は、空
気中の音波の伝搬速度は、電気信号の速度と比較して遙
かに（桁違いに）遅いということである。すなわち騒音
ＮＳが検出される場所（第１マイクロフォン９１の位
置）から下流に伝搬して、消音が行われる場所に到達す
るまでの時間内に、第１マイクロフォン９１で拾った騒
音信号を信号処理装置９５で波形処理し、伝搬音と同振
幅で逆位相の音をスピーカ９７から発生させる。このス
ピーカ９７からの打ち消し音（音波ＳＷ）と、ダクト６
０を伝わってきた騒音ＮＳがたがいに干渉を起こすこと
により、ダクト６０の出口の目標点（第２マイクロフォ
ン９２の位置）で積極的に騒音を消去することができ
る。なお、第１マイクロフォン９１とスピーカ９７との
間に距離がある場合、この距離に起因する位相補償を行
う必要があり、信号処理装置９５では騒音信号の位相を
１８０°とは異なる値にずらした信号を発生する必要が
ある。

【００３７】図３は、空調機５０のオン・オフにより、
温調チャンバ３０内の騒音がどのように変化するかを示
すグラフである。横軸は騒音の周波数を示し、縦軸は音
圧レベル（ＳＰＬ）を示す。騒音の計測に際しては、超
低周波まで測定可能な騒音計を用いた。この測定におい
ては、測定に影響を与えると思われる温調チャンバ３０
が設置されているクリーンルームに送風している大形の
空調機は停止し、温調チャンバ３０外から侵入する騒音
の影響を極力取りのぞいて測定した。グラフからも明ら
かなように、空調機５０を稼動することによって、空調
機５０をオフにした時と比較して、約１５ｄＢ程度の音
圧レベルの上昇が認められる。特に、きわめて低い可聴
域外の騒音（空気の粗密波として伝わる低周波の振動）
である３Ｈｚ付近から上でその差が徐々に拡大し、１０
Ｈｚ前後では約８０ｄＢ近くの音圧レベルに達している
ことがわかる。この低周波の騒音は、空調機５０を停止
した場合のとの比較から、主に空調機５０によって生じ
ているものと思われ、特に空調機５０内の送風機５３と
熱交換機（冷凍機）５１により発生した騒音と考えられ
る。

【００３８】図４は、図３の低周波の空気振動が、除振
台２０上に設置された露光装置システムにどの程度の振
動を誘起させるかをシミュレーションした結果を示す。
ここで、横軸は振動周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸は振動
加速度（ｍ／ｓ²）を示す。除振台２０や独立基礎４０
上には、振動周波数が６〜１００Ｈｚで、７〜１３ｍｇ
ａｌの振動加速度が発生することになる。

【００３９】露光装置本体１０が設置されている除振台
２０は、除振機能を有し、除振台２０上での振動加速度
は最大で０．７ｍｇａｌ程度になるものと考えられる。
通常考えられる振動加速度値としての０．７ｍｇａｌと
いう値は、ほとんど影響のないきわめて小さな値である
と思われるが、微細な加工や、λ／１００００レベルの
測定をすることを前提として設置される露光装置や干渉
計にとっては、意味を持ってしまう値である。さらにこ
の０．７ｍｇａｌという振動加速度の値は、騒音のみに
よって誘起されるものであり、実際には地盤から伝わる
床振動などもこの値に加算されることから、実際に要求
精度を確保することは厳しい状況となり、何らかの対策
が必要となることが分かる。

【００４０】図５は、騒音の周波数と除振台２０上に到
達する音圧レベルとの関係を示すグラフである。グラフ
からも明らかなように、アクティブ消音装置９０を利用
して消音を行っている場合、その音圧レベルを１０ｄＢ
〜１５ｄＢ程度低減できる。つまり、空調機５０からの
騒音が原因で発生する除振台２０上の振動加速度の値を
１／５〜１／７程度に抑えることが可能になり、除振台
２０上部の装置ベース上では、騒音に起因する振動レベ
ルを０．１ｍｇａｌ以下にすることができることにな
る。

【００４１】以上、実施形態に即してこの発明を説明し
たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
い。例えば、上記実施形態では、露光装置システムにア
クティブ消音装置９０を組み込んだが、各種干渉計をチ
ャンバ中にセットした干渉計システムにアクティブ消音
装置９０を組み込んでも空調に起因する振動が温調チャ
ンバ３０内に伝達し、振動の原因となることを防止する
ことができる。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の空調システムによれば、制御装置が前記騒音検出装置
で検出された騒音を相殺する音波を前記音波源から発生
させるので、空調に起因する振動がチャンバ内に伝達さ
れることを防止することができる。したがって、振動の
少ない空調雰囲気下で、精密な計測や加工を行うことが
できる。今後さらに超精密化が予想される工作機械や、
干渉計をはじめとする測定機器システムや、半導体関連
の露光装置システムに対して、きわめて有効な環境を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である露光装置システムの
概略構成図である。

【図２】図１のシステムに組み込まれるアクティブ消音
装置の動作を説明する図である。

【図３】チャンバ内における空調騒音の影響を説明する
グラフである。

【図４】装置ベース上での振動加速度のシミュレーショ
ン結果を説明するグラフである。

【図５】アクティブ消音装置を動作させた際の、チャン
バ内における騒音の影響を説明するグラフである。

【図６】従来の縮小投影露光システムの概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１０露光装置本体１２投影レンズ１３ウェハステージ１７照明光源２０除振台３０温調チャンバ４０独立基礎５０空調機５１熱交換器５３送風機６０ダクト６５フィルタ７１支柱７０床８０緩衝材９０アクティブ消音装置９１第１マイクロフォン９２第２マイクロフォン９５信号処理装置９７スピーカ９８サーボ型振動検出センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空調機と、チャンバと、前記空調機及び
前記チャンバを連結するダクトとを備える空調システム
において、前記ダクト及び前記空調機のいずれか一方に配置されて
騒音を検出する騒音検出装置と、前記ダクト及び前記空
調機のいずれか一方に配置されて音波を発生する音波源
と、前記騒音検出装置で検出された騒音を相殺する音波
を前記音波源から発生させる制御装置とをさらに備える
ことを特徴とする空調システム。
【請求項２】空調機と、原版上のパターンを感光基板
上に露光する露光装置本体を内蔵するチャンバと、前記
空調機及び前記チャンバを連結するダクトとを備える露
光装置システムにおいて、前記ダクト及び前記空調機のいずれか一方に配置されて
騒音を検出する騒音検出装置と、前記ダクト及び前記空
調機のいずれか一方に配置されて音波を発生する音波源
と、前記騒音検出装置で検出された騒音を相殺する音波
を前記音波源から発生させる制御装置とをさらに備える
ことを特徴とする露光装置システム。
【請求項３】空調機と、物体の形状を光学的に計測す
る干渉計本体を内蔵するチャンバと、前記空調機及び前
記チャンバを連結するダクトとを備える干渉計システム
において、前記ダクト及び前記空調機のいずれか一方に配置されて
騒音を検出する騒音検出装置と、前記ダクト及び前記空
調機のいずれか一方に配置されて音波を発生する音波源
と、前記騒音検出装置で検出された騒音を相殺する音波
を前記音波源から発生させる制御装置とをさらに備える
ことを特徴とする干渉計システム。