JPH04128702A - 照明用光源装置および露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高輝度な照明光を発生する放電灯等のランプを
用いた光源装置に関し、特にランプと一体的に配置され
る楕円鏡、放物面鏡等の凹面鏡を備えた光源装置に関す
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−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（４３６ｎ−のｇ線、３６５ｎ
−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グイク
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、にの種の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た口金が位置する。

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図はランプハウス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２Ａｌ！ＩＮ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１
２Ａ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。！Ｉ
Ｉ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１
０Ｂと、ＩＯＣ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ツシュ
１００を介して排気用ダクトＩＯＥが取り付けられてい
る。ダクトＩＯＥ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ｌｌ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が
わらず、所期の露光照度が得られなくなるといった不都
合が生した。

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、そのような物質が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、長期間使用して
も曇りを生じない反射光学部材（楕円鏡等）を備えた光
源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〕

そこで本発明では、水銀放電灯（Ｈｇランプ、Ｘｅ−Ｈ
ｇランプ）等のように高熱を発するランプと、該ランプ
の周辺を囲む反射光学部材（楕円鏡、放物面鏡、又は多
面平面ミラー等）とをランプケース内に収納してランプ
を強制空冷する際、反射光学部材の過冷却を防ぐために
反射光学部材の反射面をほぼ一様に過熱、又は保温する
過冷却防止手段（ヒーター３０、保温材４０、プロテク
ター５２）を設けることにした。

〔作用〕

本願発明者らが分析した結果、この種の反射光学部材を
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（Ｓｏ、”−）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る。

そこで硫酸アンモニウムの昇華温度（分解温度）を調べ
てみると、約１２０℃であり、従って反射光学部材の表
面がその温度以上になっていれば、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る。

また、この種の反射光学部材は表面に特殊な薄膜を１看
して所定の光学特性を得ている９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、Ａ　ｊ！　＋　Ｍ　ｇ　Ｆ　
ｚ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、セラミック等の
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
ドバン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Ｓ、　、Ｓ、を入力
できるように構成され、情報Ｓ、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Ｓｔ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−９−３０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！Ｉｆ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
１を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１
＋　　（例えば１２０℃）に低下したときは、直ちにヒ
ーター３０を通電し、−度通電が始まったら、温度ｔ１
よりも十分高い第２の温度１１　　（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１８０℃）に達するまでは通電
を続けるようにする。そして温度１．で通電が中断され
た後は、再び温度ｔ、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０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−１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、 ０Ｅ・・・・・・排気ダクト、 ０・・・・・・ヒーター ２・・・・・・コントローラ、 ０・・・・・−保温材、 ２・・・・・・金属プロテクター

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）高輝度の照明光とともに高熱を発するランプと、
   該ランプの周辺を囲む反射光学部材とを備え、前記ラン
   プからの照明光、又は前記反射光学部材で反射した照明
   光を被照明体へ照射する光源装置において、 前記ランプと前記反射光学部材とを収納して外部から遮
   へいするとともに、前記ランプを強制冷却するための気
   体の通路を設けたケースと；前記ランプの冷却に伴って
   生じる前記反射光学部材の過冷却を防ぐために、前記反
   射光学部材の反射面をほぼ一様に加熱、又は保温する過
   冷却防止手段とを備えたことを特徴とする照明用光源装
   置。
2. （２）前記反射光学部材には前記反射面として機能する
   薄膜、もしくは前記反射面の特性改善のための薄膜が被
   着され、前記過冷却防止手段は、硫酸化合物の昇華温度
   以上で、かつ前記薄膜の耐熱温度以下に前記反射光学部
   材を保温するための保温材で構成されることを特徴とす
   る請求項第１項に記載の装置。
3. （３）前記保温材が電気的な発熱体、又は赤外線発生体
   で構成され、前記反射光学部材の温度測定に基づいて前
   記発熱体、もしくは赤外線発生体を電気的に制御する手
   段を備えたことを特徴とする請求項第２項に記載の装置
   。