JP3266156B2 - 照明用光源装置および露光装置 - Google Patents

照明用光源装置および露光装置

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JP3266156B2 JP24929490A JP24929490A JP3266156B2 JP 3266156 B2 JP3266156 B2 JP 3266156B2 JP 24929490 A JP24929490 A JP 24929490A JP 24929490 A JP24929490 A JP 24929490A JP 3266156 B2 JP3266156 B2 JP 3266156B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学素子を備えた光源装置、及び露光装置
に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、この種の光源装置は各種の分野で様々な用途に
使われているが、なかでも半導体露光装置（ステッパ
ー、アライナー等）に使われる露光用の光源装置では超
高圧水銀放電灯（Hgランプ、又はXe−Hgランプ等）を用
いて、特定の波長の光（436nmのｇ線、365nmのｉ線等）
を効率よく発生させている。
第４図は特開昭60−186829号公報に開示されたステッ
パーの照明系の構成を簡単に示したものであり、ランプ
１の発光点は楕円鏡２内の第１焦点に配置される。楕円
鏡２の下方にはランプ１の電極部分を通す開口部が形成
されている。この楕円鏡２の内側全面には、例えばアル
ミニウムの層が蒸着によってコートされ、反射面として
作用する。楕円鏡２で反射された照明光は第２焦点で集
光した後、干渉フィルターやフライアイレンズ等を含む
２次光源化光学部材３に入射する。光学部材３から２次
光源として射出した照明光はダイクロイックミラー４、
ミラー５を介してコンデンサーレンズ６に達する。コン
デンサーレンズ６を射出した照明光は、光学部材３の作
用によってレチクル（マスク）７を均一な強度分布で照
明する。レチクル７に形成された回路パターンの透過光
は投影光学系８を介してウェハ９の表面のレジスト層に
結像する。
通常、この種のHgランプ、又はXe−Hgランプは、放電
電極の陽極と陰極とが上下方向になるようにして使うた
め、楕円鏡２の照明光射出側（光学部材３側）の開口部
中央には一方の電極とつながって口金が位置する。
また、ランプ１と楕円鏡２とは、外部へ光が漏れない
ようなランプハウス（ケース）10内に収納され、それ以
外の光学部材３、ミラー4,5、コンデンサーレンズ６等
は照明光学系ハウジング11内に収納される。
第５図なランプハウス10内の構造を示したものであ
る。ランプハウス10内の楕円鏡２は保持板10Aによって
光束射出口2A側で保持される。ランプ１の上部口金は、
導線を兼ねた上部保持板バネ12Aによって懸架状態で保
持され、保持板バネ12Aはランプ１の芯出し調整機構12
に連結される。ランプ１の下部口金にはリード線12Bの
みが連続される。調整機構12はランプ１の発光点を楕円
鏡２の第１焦点に合わせるために、ランプ１を図示の姿
勢のまま３次元移動させる。またランプハウス10の下部
には、楕円鏡２の下部開口2Bから下へ進む高輝度の照明
光を遮へいするとともに、冷却用の空気流をコントロー
ルするための遮へい板10Bと、10Cとが積層構造で設けら
れている。
さらにランプハウス10の最下部には金属性のメッシュ
10Dを介して排気用ダクト10Eが取り付けられている。ダ
クト10Eはランプハウス10内の高温度の空気をステッパ
ー外部へ強制排気するものであり、これによってランプ
１や楕円鏡２の空冷が行なわれる。空冷のための空気
は、照明光学系ケース11内を介してランプハウス10内に
流れ込み、楕円鏡２の射出口2Aを通って、下部開口2Bへ
ぬけていく。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来においては、ランプ（放電灯）の冷却に関
してはほとんど支障がなく、ランプの管壁温度、口金温
度とも良好な範囲内に維持されている。しかしながら、
長時間の使用によって、ランプを新品に交換したにもか
かわらず、所期の露光照度が得られなくなるといった不
都合が生じた。本願発明者らが調査、分析した結果、露
光照度低下の主たる要因が、楕円鏡の曇りにあることが
判明した。
さらに楕円鏡を曇らせる原因は、雰囲中に浮遊してい
る物質（微粒子、又は分子）が、ランプからの強い光と
熱とを受けて、比較的温度の低い反射面に付着すること
である。すなわち、そのような物質を汚染物として反射
面の全面、又は一部分に密に付着することで、反射面の
全体的な反射効率を低下させてしまうのである。
本発明はこのような問題点を解決して、長時間使用し
て曇りを生じない光学素子（楕円鏡等）を備えた光源装
置、及び露光装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決する為の手段〕
照明光を発する光源と、該光源からの照明光を被照射
体へ導くための光学素子と、前記光学素子が配置された
雰囲気中のイオン粒子が前記照明光を受けることによっ
て、前記光学素子表面に汚染物質となって付着すること
を防止するために、前記光学素子表面の温度を前記汚染
物質の昇華温度以上にする曇り防止手段と、を備えるこ
とにした。
また、マスクのパターンの像を基板上に投影すること
によって前記基板を露光する露光装置において、露光用
の照明光を発生する光源と、前記光源からの光を前記基
板へ導くための光学素子と、前記光源からの光の照射に
よって生じる硫酸化合物の前記光学素子表面への付着を
防止するために、前記光学素子表面の温度を前記硫酸化
合物の昇華温度以上にする曇り防止手段とを備えること
にした。
〔作用〕
本願発明者らが分析した結果、例えば光学素子として
反射光学部材を搭載したステッパーの稼動環境にもよる
が、反射光学部材に付着する汚染物質の一例として、硫
酸アンモニウムが検出された。この物質は、ランプの高
熱によって雰囲気中に浮遊した硫酸イオン（SO4 2-）と
アンモニウムイオン（NH3 +）とが、反射光学部材の比較
的低温な表面上で結合して析出したものであり、それが
反射光学部材の反射面の曇りの原因となっていた。たと
えば、硫酸アンモニウムの昇華温度（分解温度）は約12
0゜であるから、反射光学部材などの光学素子の表面を
その温度以上にすれば、硫酸アンモニウムとなって析
出、付着することを防止することができ、反射光学部材
などの光学素子表面の曇りを防止することができる。
また、この種の反射光学部材は表面に特殊な薄膜を蒸
着して所定の光学特性を得ている。代表的には、楕円
鏡、放物面鏡等の立体形状をもつガラス材の表面にアル
ミニウム層（Al＋SiO膜、Al＋MgF2膜等）を蒸着して反
射面としたもの、誘電体多層膜を蒸着して反射面とした
もの等が知られている。
そのため、鏡面に付着する汚染物質の昇華温度以上に
反射光学部材を加熱、又は保温する際には、鏡面に形成
された薄膜の長時間耐熱温度以下に設定しなければなら
ない。
〔実施例〕
本実施例の光源装置の基本構成は、第５図に示した従
来の構成と同じものとする。新規な点は、楕円鏡２の外
周に電熱線、（ヒータ）を巻き付けて、強制加熱するよ
うにした点にある。第１図は本発明の第１実施例による
光源装置の楕円鏡の構造を示し、ランプ１の発光点は楕
円鏡２の第１焦点ｆに配置される。楕円鏡２の内面には
アルミニウム層がコートされ、紫外域から赤外域の広い
波長範囲に渡って、高い反射率の鏡面として作用する。
さて、楕円鏡２の外周には、ニクロム線、セラミック等
とヒーター30が一様に巻き付けられ、供電ライン31を介
して温度コントローラ32によって加熱される。温度セン
サー33は楕円鏡２の一部、好しくは空冷によって最も温
度が低い光束射出口側の部分もしくは下部開口部に固設
され、その出力信号はヒーター30の温度フィードバック
制御のためにコントローラ32へ送られる。コントローラ
32はさらに２つの情報S1、S2を入力できるように構成さ
れ、情報S1は楕円鏡２の設定温度（例えば硫酸アンモニ
ウムの昇華温度以上）に関するものである。情報S2はラ
ンプハウスのカバーが保守やランプ変換のために開かれ
たときに、ヒーター30への通電を遮断するか否かを選択
するフラグ信号である。
このように構成された加熱装置においては、温度制御
の精密さがほとんど不要であるため、温度センサー33と
しては、楕円鏡２の一部、又はヒーター30のニクロム線
の一部に固設したバイメタルスイッチであってもよい。
この場合、バイメタルスイッチは、汚染物質の昇華温度
（例えば120℃）以下では常に接点がつながり、昇華温
度以上になると接点が離れるようなものを選び、これを
例えば供電ライン31に直列に接続するだけでよい。
以上、第１の実施例によればランプ１の点灯中、消灯
中を問わず、楕円鏡２の温度を汚染物質（硫酸アンモニ
ウム等）の昇華温度以上に保つことができる。また温度
センサー33、あるいはバイメタルスイッチを用いたフィ
ードバック系を組むことによって、ランプ１の点灯中は
ランプ１からの高熱によって楕円鏡２の温度も上昇する
ので、コントローラ32からヒーター30への総合供電電力
が少なくなるといった利点もある。
尚、温度センサー30として直線性のよいものを利用す
るときは、ヒーター30への通電動作に温度ヒステリシス
を持たせるような回路にするとよい。すなわち、温度セ
ンサー30の検知温度が昇華温度程度の第１の温度t1（例
えば120℃）に低下したときは、直ちにヒーター30を通
電し、一度通電が始まったら、温度t1よりも十分高い第
２の温度t2（ただし、ヒーター30の加熱能力以下であっ
て、かつ楕円鏡２のコート層の耐熱温度未満の例えば18
0℃）に達するまでは通電を続けるようにする。そして
温度t2で通電が中断された後は、再び温度t1に低下する
まで通電が始まらないようにする。
また第１図の実施例では、ヒーター30に流す電流の制
御のために温度センサー33やバイメタルスイッチ、を使
うとしたが、ことさら温度モニターを行なわなくてもよ
い。すなわち、アルミニウム層をコートした鏡面の場
合、その耐熱温度は約200℃であり、硫酸アンモニウム
の昇華温度が約120℃程度であることから、予め実験等
によって、楕円鏡２の温度が130℃〜180℃程度になるよ
うにヒーター30に流す電流（正確には電力）を決定し、
以後はその電力をヒーター30に与えるだけでもよい。さ
らにヒーター30への供電は、ランプ１への供電と連動す
るような回路構成で行なってもよい。
第２図は本発明の第２実施例を示し、ここでは強制加
熱とは異なり、楕円鏡２の外周に保温材40を巻き付けて
おく。
保温材40としては、200℃程度までの高熱に耐えられ
るものが選ばれる。
第３図は第３の実施例を示し、楕円鏡２の外周を、所
定の空間50をあけて金属性（ステンレス等）のプロテク
ター52でカバーする。空間50は空冷用の空気が流れ込ま
ないようにほぼ密封される。このように空間50を設ける
と、第２図と同様の保温効果が得られる。もちろん空間
50内を真空にしたり、保温効率の高い二酸化炭素ガスを
封入したりすることもできる。
以上、第２図、３図に示した保温方式はある種の鏡部
材には有効である。例えば鏡面を作るために誘電体多層
膜を用いた場合、反射率（又は透過率）に波長依存性を
持たせることができる。従って不要な波長域の光（特に
長波長）を誘電体多層膜に吸収させるようにすると、ア
ルミニウム層のコート膜のみの楕円鏡にくらべて、かな
り温度を上げることができる。
ところが、ランプハウスの内の空冷条件によっては多
層膜付の楕円鏡と言えども、その温度が汚染物質の昇華
温度まで達しないこともある。そのような場合に、第２
図、第３図の手法で保温しておくと、容易に昇華温度以
上の温度が得られ、極めて簡単な方式で汚染物質の付着
を防止することができる。
以上、本発明の各実施例を説明したが、本発明で対象
となる装置は楕円鏡や放物面鏡をもった装置に限られる
ものではなく、反射鏡とレンズやプリズムとを組み合せ
た集光系を有する光源装置においても全く同様に利用で
きるものである。
その他、光源装置内の曇りが発生し易いレンズ素子や
反射ミラーに対して本発明を応用しても同等の効果が得
られる。
また反射光学部材やレンズ素子、プリズム等を加熱、
保温する方法としては、遠赤外線セラミックヒーター、
温風（熱風）ヒーター等も同様に利用できる。
〔発明の効果〕
以上、本発明によれば光源装置内のランプ近傍、もし
くは照明光路中に配置された反射光学部材、又はレンズ
等のガラス部材の曇りの発生を防止し、その結果、長時
間に渡る照明動作においても照明パワーを低下させるこ
とがなく、またそれら光学部材のメンテナンスを皆無に
することができるといった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例による光源装置の主要部
を示す図、第２図は第２の実施例による光源装置の主要
部を示す図、第３図は第３の実施例による光源装置の主
要部を示す図、第４図は従来より知られているステッパ
ーの光学系の配置を示す斜視図、第５図は従来の光源装
置の構成を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １……ランプ、 ２……楕円鏡、 10……ランプハウス、 10E……排気ダクト、 30……ヒーター、 32……コントローラ、 40……保温材、 52……金属プロテクター。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 合議体 審判長 高橋 美実 審判官 綿貫 章 審判官 伊藤 昌哉 (56)参考文献 特開 昭64−82550（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−42563（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−66154（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−166069（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−180922（ＪＰ，Ｕ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】照明光を発する光源と、 該光源からの照明光を被照射体へ導くための光学素子
    と、 前記光学素子が配置された雰囲気中のイオン粒子が前記
    照明光を受けることによって、前記光学素子表面に汚染
    物質となって付着することを防止するために、前記光学
    素子表面の温度を前記汚染物質の昇華温度以上にする曇
    り防止手段と、 を備えたことを特徴とする照明用光学装置。
  2. 【請求項２】前記光学素子は、前記光源からの照明光を
    集光する楕円鏡であることを特徴とする請求項１に記載
    の照明用光源装置。
  3. 【請求項３】前記楕円鏡の表面には、誘電体多層膜が被
    着されることを特徴とする請求項２に記載の照明用光源
    装置。
  4. 【請求項４】前記曇り防止手段は、前記光学素子を加熱
    または保温することを特徴とする請求項１から請求項３
    のいずれか一項に記載の照明用光源装置。
  5. 【請求項５】マスクのパターンの像を基板上に投影する
    ことによって前記基板を露光する露光装置において、 露光用の照明光を発生する光源と、 前記光源からの光を前記基板へ導くための光学素子と、 前記光源からの光の照射によって生じる硫酸化合物の前
    記光学素子表面への付着を防止するために、前記光学素
    子表面の温度を前記硫酸化合物の昇華温度以上にする曇
    り防止手段と、 を備えたことを特徴とする露光装置。
  6. 【請求項６】前記光学素子はレンズであることを特徴と
    する請求項５に記載の露光装置。
  7. 【請求項７】前記光学素子は反射鏡であることを特徴と
    する請求項５に記載の露光装置。
  8. 【請求項８】前記反射鏡の表面には、誘電体多層膜が被
    着されることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
  9. 【請求項９】前記曇り防止手段は、前記光学素子を加熱
    又は保温することを特徴とする請求項５から請求項８の
    いずれか一項に記載の露光装置。
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