(57)【要約】【課題】光源からの発熱量が変化した場合でも、光源を常に最適な温度範囲に設定できる光源装置を提供する。【解決手段】光源装置１００は、光源１０と、光源１０の温度調整をするファン３４を有する冷却ユニット３０とを備えている。制御装置ＣＯＮＴは、光源１０に対する入力電力に応じてファン３４の単位時間当たりの回転数を制御する。【選択図】        図１
2004241622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源の温度調整をする温度調整装置とを備えた光源装置において、
前記光源に対する入力電力に応じて前記温度調整装置を制御する制御装置を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光源あるいは該光源近傍の温度と前記制御装置の前記温度調整装置に対する制御量との関係が予め記憶されている記憶装置を備え、
前記制御装置は前記記憶装置に記憶されている前記関係に基づいて前記温度調整装置を制御することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記光源はランプであり、
前記ランプを収容するハウジング部と、
前記ハウジング部内にガスを流通させるガス流通装置とを備え、
前記制御装置は前記ガス流通装置を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の光源装置。
【請求項４】
前記ガス流通装置はファン装置を備え、
前記制御装置は前記ファン装置の単位時間当たりの回転数を制御することを特徴とする請求項３記載の光源装置。
【請求項５】
前記ガス流通装置は前記ハウジング部の内部と外部とを連通する流路を備え、
前記制御装置は前記流路の大きさを調整し前記ガスを流通させることを特徴とする請求項３又は４記載の光源装置。
【請求項６】
前記ガス流通装置は前記ハウジング部内のガスを循環する循環装置を含むことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項記載の光源装置。
【請求項７】
前記ガス流通装置は前記ハウジング部内にガスを供給するガス供給装置を備え、
前記制御装置は前記供給するガスの温度を調整することを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項記載の光源装置。
【請求項８】
露光に用いられる照明光を発生するランプと、該ランプの温度を調整する温度調整装置とを備えた光源装置において、
前記ランプあるいは該ランプの近傍に設けられた温度検出装置と、
前記温度検出装置の検出結果に基づいて前記温度調整装置を制御する制御装置とを備えることを特徴とする光源装置。
【請求項９】
前記ランプからの光を反射集光する楕円鏡と、
前記楕円鏡の少なくとも一部を囲むダクトとを有し、
前記温度検出装置は前記楕円鏡と前記ダクトとの間に設けられることを特徴とする請求項８記載の光源装置。
【請求項１０】
前記制御装置は前記楕円鏡と前記ダクトとの間を流通するガスの温度を制御することを特徴とする請求項８又は９記載の光源装置。
【請求項１１】
光源装置を備えた露光装置において、
前記光源装置は、請求項１〜請求項１０のいずれか一項記載の光源装置により構成されていることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源の温度調整装置を備えた光源装置及びこの光源装置を有する露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示デバイスや半導体デバイスを製造する際のフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、パターンが形成されたマスクを支持するマスクステージと、感光基板を支持する基板ステージと、光源から射出された光を露光光に変換しマスクを露光光で照明する照明光学系とを備えており、露光光で照明されたマスクのパターンの像をマスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながら投影光学系を介して感光基板上に転写するものである。ところで、光源に水銀ランプを用いる場合がある（特許文献１参照）。この水銀ランプは発熱するため温度管理される。水銀ランプの温度管理は、水銀ランプをランプハウス（ハウジング部）に収容しファン装置を用いてハウジング部内に外気を取り込みハウジング部内のガスを流通させることで行われる。具体的には、過剰な温度上昇による破損を防ぎつつ水銀ランプの水銀が蒸発して点灯可能な所定の温度範囲となるようにファン装置の単位時間当たりの回転数（すなわち単位時間当たりの外気取り込み量）が予め設定され、この設定値に基づいてファン装置が駆動される。この設定値は、水銀ランプに対する入力電力を一定値、通常最大値にして水銀ランプを駆動しつつファン装置の単位時間当たりの回転数を適宜変更し、このときの温度を検出することで求められる。そして、露光処理は、前記求めた設定値に基づいてファン装置を駆動しながら入力電力を最大値にして水銀ランプを駆動することにより行われていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１０２０７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来技術には以下に述べる問題が生じるようになった。
近年において感光基板に用いられるフォトレジスト（感光剤）は高感度化しており、水銀ランプに対する入力電力を最大値に設定すると高感度レジストに対して過剰な照度で露光光が照射されてしまう。したがって、これに対応するために水銀ランプに対する入力電力を低下し照度を下げて露光処理することになるが、入力電力を低下することで水銀ランプからの発熱量も低下する。ところが、水銀ランプに対する入力電力を低下したにもかかわらずファン装置の回転数は上述したように水銀ランプに対する入力電力が最大値である場合に最適な一条件に設定されているため、入力電力を低下することにより水銀ランプは過冷却状態、すなわち上記所定の温度範囲から外れてしまうことになり、水銀が未蒸発となって点灯しなくなったり発光が不安定になるという不都合が生じるおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、光源からの発熱量が変化した場合でも、光源を常に最適な温度範囲に設定できる光源装置、及びこの光源装置を用いて精度良い露光処理ができる露光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明は、実施の形態に示す図１〜図９に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の光源装置（１００）は、光源（１、１０）と、光源（１、１０）の温度調整をする温度調整装置（３０、３４）とを備えた光源装置において、光源（１、１０）に対する入力電力に応じて温度調整装置（３０、３４）を制御する制御装置（ＣＯＮＴ、７２）を備えることを特徴とする。
本発明の露光装置（ＥＸ）は、光源装置を備えた露光装置において、光源装置は、上記記載の光源装置（１００）により構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、光源に対する入力電力に応じて温度調整装置を制御するようにしたので、入力電力の変化により光源からの発熱量が変化しても温度調整装置は光源を所定の温度範囲に設定できる。したがって、光源の駆動は安定するため、この光源装置を用いて精度良い露光処理を行うことができる。
【０００７】
本発明の光源装置において、光源（１、１０）あるいは該光源（１、１０）近傍の温度と制御装置（ＣＯＮＴ、７２）の温度調整装置（３４）に対する制御量との関係が予め記憶されている記憶装置（ＭＲＹ）を備え、制御装置（ＣＯＮＴ、７２）は記憶装置（ＭＲＹ）に記憶されている関係に基づいて温度調整装置（３４）を制御する構成が採用される。これによれば、温度調整装置は記憶装置のデータに基づいて光源を所定の温度範囲に精度良く設定できる。
【０００８】
本発明の光源装置において、光源（１）はランプであり、ランプ（１）を収容するハウジング部（Ｈ）と、ハウジング部（Ｈ）内にガスを流通させるガス流通装置（３０、３４）とを備え、制御装置（ＣＯＮＴ、７２）はガス流通装置（３０、３４）を制御する構成が採用される。これによれば、ハウジング部内に流通するガス流により光源の温度調整を行うことができる。
【０００９】
この場合において、ガス流通装置（３０）はファン装置（３４）を備え、制御装置（ＣＯＮＴ、７２）はファン装置（３４）の単位時間当たりの回転数を制御することができる。これによれば、光源の周囲を流れるガス流の速度を調整することで光源の温度調整を行うことができる。
また、この場合において、ガス流通装置はハウジング部（Ｈ）の内部と外部とを連通する流路（３１、３２）を備え、制御装置（ＣＯＮＴ、３１Ａ、３２Ａ）は流路（３１、３２）の大きさを調整しガスを流通させることができる。これによれば、流路の大きさが変化することで光源の周囲を流れるガス流の速度やハウジング部内に流通されるガスの量を調整でき、これにより光源の温度調整を行うことができる。
そして、この場合において、ガス流通装置はハウジング部（Ｈ）内のガスを循環する循環装置（３５、３８）を含むように構成されてもよい。
更に、この場合において、ガス流通装置はハウジング部（Ｈ）内にガスを供給するガス供給装置（８０）を備え、制御装置（ＣＯＮＴ）は供給するガスの温度を調整するようにしてもよい。これによれば、温度調整されたガスがハウジング部内に供給されることで光源の温度調整を行うことができる。
【００１０】
本発明の光源装置は、露光に用いられる照明光（ＥＬ）を発生するランプ（１）と、該ランプ（１）の温度を調整する温度調整装置（３０、３４）とを備えた光源装置において、ランプ（１）あるいは該ランプ（１）の近傍に設けられた温度検出装置（９０）と、温度検出装置（９０）の検出結果に基づいて温度調整装置（３０、３４）を制御する制御装置（ＣＯＮＴ）とを備えることを特徴とする。本発明によれば、ランプあるいはランプ近傍の温度に基づいて温度調整装置を制御するようにしたので、ランプやその近傍の温度を所定の温度範囲に精度良く設定できる。
【００１１】
本発明の光源装置において、ランプ（１）からの光を反射集光する楕円鏡（２）と、楕円鏡（２）の少なくとも一部を囲むダクト（３１、３２、Ｈ）とを有し、温度検出装置（９０）は楕円鏡（２）とダクト（Ｈ）との間に設けられる構成が採用される。これによれば、発熱源であるランプの周囲に温度検出装置が配置されることになるので、ランプやその近傍の温度検出を精度良く行うことができ、したがってランプを所定の温度範囲に精度良く設定できる。
この場合において、制御装置（ＣＯＮＴ）は楕円鏡（２）とダクト（Ｈ）との間を流通するガスの温度を制御する。これによれば、ランプやその近傍の温度制御を行うことでランプを所定の温度範囲に精度良く設定でき、ランプは破損を防止されつつ安定した発光をすることができる。
ここで、所定の温度範囲とは、過剰な温度上昇による破損を防ぎつつ水銀ランプの水銀が蒸発して点灯可能な温度範囲をいう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光源装置及び露光装置の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の光源装置を備えた露光装置を示す概略構成図である。
図１において、露光装置ＥＸは、パターンが形成されたマスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、感光基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴと、光源１０からの照明光（露光光）でマスクＭを照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像を感光基板Ｐに転写する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸ全体の動作を制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。マスクＭのパターン形成面（所定面）と感光基板Ｐの露光処理面（所定面）とは投影光学系ＰＬに関して共役な位置関係にある。
【００１３】
光源１０は、発光部である陰極及び陽極を有する超高圧水銀ランプ１と、水銀ランプ１から射出した光を反射集光する楕円鏡２とを備えている。楕円鏡２には、その中央部分に超高圧水銀ランブ１を挿入するための開口部２Ｂが形成されている。そして、楕円鏡２の周囲には楕円鏡カバー２Ａが設けられている。水銀ランプ１は楕円鏡２のほぼ第１焦点付近に設けられている。本実施形態では、水銀ランプ１の陽極が楕円鏡２の第２焦点から遠い側、陰極が第２焦点側になるように、また陰極と陽極とを結ぶ線が第１焦点と第２焦点とを結ぶ線とほぼ一致するように設けられている。水銀ランプ１から射出した光は楕円鏡２により楕円鏡２の第２焦点付近に集光する。
【００１４】
照明光学系ＩＬは、光源１０から射出した光のうち露光光ＥＬとしての波長を有する光を照明対象であるマスクＭの方向へ反射しその他の一部の波長の光を透過するダイクロイックミラー３と、楕円鏡２の第２焦点付近に配置されダイクロイックミラー３で反射した光の光路を遮蔽・開放するシャッタ４と、シャッタ４の位置に結像した水銀ランプ１からの光を平行光にするコリメータレンズ５と、コリメータレンズ５を通過した光のうち所定の波長光（本実施形態ではｉ線（３６５ｎｍ））を選択的に透過する干渉フィルタ６と、射出面に２次光源を形成するオプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ７と、フライアイレンズ７の光路下流側に設けられたフィールドレンズ８と、フィールドレンズ８を通過した露光光ＥＬの大部分（全光量の例えば９７％）を透過するとともに残り部分（３％）を反射するハーフミラー９と、ハーフミラー９を透過した露光光ＥＬが入射するリレーレンズ１０と、リレーレンズ１０の光路下流側に設けられ、その開口部を可変とする視野絞りとしてのブラインド部１１と、マスクＭを均一な照度で照明するコンデンサレンズ１２と、コンデンサレンズ１２からの露光光ＥＬの向きを変えてマスクＭに導く折り曲げミラー１３とを備えている。シャッタ４、コリメータレンズ５、干渉フィルタ６、フライアイレンズ７、フィールドレンズ８、ハーフミラー９、リレーレンズ１０、ブランド部１１、及びコンデンサレンズ１２はダイクロイックミラー３で反射した光（露光光ＥＬ）の光路上に配置されている。
【００１５】
マスクステージＭＳＴは２次元方向（ＸＹ方向）に移動可能に設けられておりマスクステージＭＳＴのＸＹ方向の位置はレーザ干渉計１６により検出される。レーザ干渉計１６の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計１６の検出結果に基づいてマスクステージ駆動部ＭＳＴＤを駆動し、マスクＭを支持したマスクステージＭＳＴの位置調整をする。基板ステージＰＳＴもＸＹ方向に移動可能に設けられており基板ステージＰＳＴのＸＹ方向の位置はレーザ干渉計１７により検出される。レーザ干渉計１７の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計１７の検出結果に基づいて基板ステージ駆動部ＰＳＴＤを駆動し、感光基板Ｐを支持した基板ステージＰＳＴの位置調整をする。
【００１６】
ハーフミラー９から分岐した一部の露光光ＥＬは受光器１５に導かれる。受光器１５はマスクＭ（感光基板Ｐ）と略共役な位置に設けられており、ハーフミラー９から分岐した一部の露光光ＥＬを受光する。この受光器１５は受光した結果に基づいて感光基板Ｐに対する積算露光量を算出する露光量モニタ（インテグレータセンサ）であり、積算露光量を常時監視可能である。
【００１７】
ブラインド部１１はハーフミラー９より光路下流側においてマスクＭに対して共役な位置に設けられており、露光光ＥＬを通過させる可変の開口部を有している。ブラインド部１１の開口部の大きさの調整は制御装置ＣＯＮＴにより行われ、制御装置ＣＯＮＴはブラインド部１１の開口部の大きさを調整することによりマスクＭに対する露光光ＥＬの照明領域を設定する。そして、制御装置ＣＯＮＴは開口部を閉じることにより露光光ＥＬの光路を遮断してマスクＭ及び投影光学系ＰＬに対する露光光ＥＬの照射を遮蔽可能となっている。一方、制御装置ＣＯＮＴは開口部を開けることにより露光光ＥＬの光路を開放してマスクＭ及び投影光学系ＰＬに対して露光光ＥＬを照射する。
【００１８】
露光装置ＥＸは、水銀ランプ１の位置を確認・表示するためのモニタ装置２０を備えている。図１において、モニタ装置２０は、ダイクロイックミラー３を透過した光の光路中のうち楕円鏡２のほぼ第２焦点の位置に設けられたリレーレンズ２１と、リレーレンズ２１を通過した光を偏向する反射ミラー２２と、反射ミラー２２からの光が入射されるフィールドレンズ２３と、結像レンズ系２４と、スクリーン２５とを備えている。結像レンズ系２４は２系統の組み合わせレンズにより構成されている。これら２系統の組み合わせレンズはフィールドレンズ２３の光軸の方向からスクリーンを見たときに、その光軸まわりに９０°の角度ピッチで光軸から等距離に配置されている。そして、ダイクロイックミラー３を透過した光は反射ミラー２２で反射し、フィールドレンズ２３及び結像レンズ系２４を通過し、スクリーン２５上に光源像（光源１０のうち水銀ランプ１の像）を投影する。
【００１９】
図２は、結像レンズ系２４の２系統の組み合わせレンズを介してスクリーン２５上に投影される光源像をフィールドレンズ２３側から見た拡大図であって、図１のＣ矢視図に相当する。２系統の組み合わせレンズがフィールドレンズ２３の光軸まわりに９０°の角度ピッチで光源からほぼ等距離に配置されているので、スクリーン２５上にはフィールドレンズ２３の光軸とスクリーン２５との交点のまわりに９０°の角度ピッチで、その交点からほぼ等距離に投影される円形視野２６内に結像される。
【００２０】
図２において、正方形の外枠２７はスクリーン２５を収納する枠であり、光源像を囲む円形の枠２６はスクリーン２５の視野である。そして、外枠２７のうち左下部分に示す十字はスクリーン２５とフィールドレンズ２３の光軸ＡＸとの交点（ＡＸで示す）である。また、外枠２７のうち右下部分の視野には、陰極を左方向即ちＡＸ方向、陽極をその反対方向においた光源の像が結像されており、左上部分の視野には、陰極を下方向即ちＡＸ方向、陽極をその反対方向においた光源の像が結像されている。このように、Ｘ軸及びＹ軸方向から水銀ランプ１の光源像を観察することができる。そして、モニタ装置２０は水銀ランプ１の発光部である陰極及び陽極の位置を観察し、アーク像の輝点の変動を監視するのに用いられる。
【００２１】
なお、結像レンズ系２４に結像倍率を変更できる倍率調整機構を設け、スクリーン２５に投影する光源像の大きさを適宜変更するようにしてもよい。倍率調整機構を用いて結像レンズ系２４の倍率を大きく設定することにより、スクリーン２５上の拡大された光現像を観察しながら水銀ランプ１の陰極及び陽極の位置決めを容易に行うことができる。一方、倍率調整機構を用いて結像レンズ系２４の倍率を小さく設定することにより、スクリーン２５上の比較的縮小された光源像を観察しながらランプ１全体の傾きやアーク像のゆらぎなどを観察できる。そして、図２には倍率を大きく設定した場合の例が示されており、スクリーン２５の視野２６には等長の破線の線分からなる十文字の指標パターンが設けられている。こうすることにより拡大光源像において陰極と陽極の位置出しが容易になる。
【００２２】
図１に戻って、水銀ランプ１はこの水銀ランプ１の位置を調整する保持部４０に保持されている。水銀ランプ１は保持部４０により楕円鏡２とは独立に保持されている。この保持部４０は水銀ランプ１をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に移動可能となっており、水銀ランプ１の楕円鏡２に対する相対的な、あるいは照明光学系ＩＬに対する相対的な位置決めが可能となっている。そして、保持部４０を駆動することにより、水銀ランプ１はＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向へ移動することができ、楕円鏡２（照明光学系ＩＬ）に対して位置決め可能となる。保持部４０の駆動により水銀ランプ１がＸ軸方向に移動すると、この様子は図２の右下の光源像が図中上下方向に移動することで観察できる。また、水銀ランプ１がＹ軸方向に移動すると、この様子は図２の左上の光源像が図中左右方向に移動することで観察できる。更に、水銀ランプ１がＺ軸方向に移動すると、この様子は図２の右下の光源像が図中左右方向に移動するとともに、左上の光源像が図中上下方向に移動することで観察できる。
【００２３】
図１に示すように、光源１０はランプハウス（ハウジング部、ダクト）Ｈに収容されている。本実施形態において、ハウジング部Ｈは、光源１０と、照明光学系ＩＬの一部であるダイクロイックミラー３、シャッタ４、及びコリメータレンズ５と、モニタ装置２０とを収容している。ハウジング部Ｈの図中、上部にはハウジング部Ｈの内部と外部と連通する第１流路（ダクト）３１が設けられている。一方、ハウジング部Ｈの下部には第２流路（ダクト）３２を介して冷却ユニット（温度調整装置、ガス流通装置）３０が接続されている。冷却ユニット３０は光源１０の温度調整をするものであって、ファン（ファン装置）３４を備えている。そして、光源１０と冷却ユニット３０とを含んで光源装置１００が構成されている。
【００２４】
制御装置ＣＯＮＴはファン３４の単位時間当たりの回転数を制御するようになっており、ファン３４は制御装置ＣＯＮＴの制御により単位時間当たり所定の回転数で回転する。ファン３４が回転することにより、図中、矢印Ｆで示すように、第１流路３１を介してハウジング部Ｈに対して外部よりガスが流通され、ハウジング部Ｈ内にはガス流（気体流）が生成される。そして、ハウジング部Ｈを流通したガスは第２流路３２を介して冷却ユニット３０に流通し、冷却ユニット３０の内部と外部とを連通する第３流路３３を介して外部に排出される。ハウジング部Ｈ内に生成されたガス流では、ハウジング部Ｈを流通する際に、楕円鏡２の開口部２Ｃから開口部２Ｂに向けて流れるガス流（楕円鏡内部ガス流）と、楕円鏡２の外周面と楕円鏡カバー２Ａの内周面との間を流れるガス流（楕円鏡外部ガス流）とがさらに生成される。
【００２５】
ここで、第１流路３１及び第２流路３２を含むハウジング部Ｈは、冷却ユニット３０のファン３４の回転により気体が流通されるダクトを構成している。したがって、光源１０の楕円鏡２はダクトとしてのハウジング部Ｈに囲まれた構成となっている。そして、冷却ユニット３０のファン３４の回転に基づき光源１０とハウジング部（ダクト）Ｈとの間にガス流が生成されるとともに、楕円鏡内部ガス流と楕円鏡外部ガス流とが生成されることにより、水銀ランプ１の周囲の温度が調整（冷却）されるようになっている。そして、制御装置ＣＯＮＴは、ファン３４の単位時間当たりの回転数を制御することにより、ハウジング部Ｈ内に生成されるガス流（楕円鏡内部ガス流、楕円鏡外部ガス流）の速度や第１流路３１からの単位時間当たりの外気取り込み量を調整し、水銀ランプ１やその周囲の温度を調整可能である。具体的には、制御装置ＣＯＮＴはファン３４を高速回転することによりハウジング部Ｈに生成される各ガス流の速度を上げ、水銀ランプ１の周囲の温度を低く設定可能である。一方、制御装置ＣＯＮＴはファン３４を低速回転することによりハウジング部Ｈに生成される各ガス流の速度を下げて水銀ランプ１の周囲の温度を比較的高く設定可能である。そして、制御装置ＣＯＮＴは、水銀ランプ１の水銀が蒸発可能、且つ水銀ランプ１が破損しない程度の所定の温度範囲にハウジング部Ｈの内部（水銀ランプ１の周囲の温度）の温度調整をする。
【００２６】
また、ハウジング部Ｈ内には、水銀ランプ１の陽極側の口金部１Ａ及び陰極側の口金部１Ｂに対してガス（圧縮空気）をそれぞれ吹き付けるノズル３６、３７が設けられている。ノズル３６、３７は不図示のガス供給装置に接続されており、ノズル３６、３７のそれぞれから供給されるガスにより口金部１Ａ、１Ｂは強制空冷される。そして、ガス供給装置によるノズル３６、３７の単位時間当たりのガス供給量（吹き付け量）も制御装置ＣＯＮＴに制御されるようになっている。ノズル３６、３７からのガス吹き付け量を調整することにより、口金部１Ａ、１Ｂの温度調整が可能である。
【００２７】
図３は制御装置ＣＯＮＴの構成の一例を示す図である。
図３に示すように、制御装置ＣＯＮＴは、光源１０に対して電力を供給する電源装置５０と、光源１０の温度調整をする冷却ユニット３０の制御をする冷却ユニット制御部７０とを含んで構成されている。
電源装置５０は、光源１０（水銀ランプ１）に対する入力電力を制御する電力制御部５１と、電力制御部５１の入力電力に関する制御信号に基づいて光源１０に電力を供給する電力ドライバ部５２とを備えている。電力制御部５１は露光処理に関する動作を制御する露光制御ユニットＥＣに接続しており、露光制御ユニットＥＣは所定値の電力（電流、電圧）を水銀ランプ１に入力するように電力制御部５１に対して指令信号を送る。電力制御部５１は露光制御ユニットＥＣからの指令信号に基づいて光源１０に対する入力電力の値を設定する。電力ドライバ部５２は電力制御部５１で設定した設定値に基づく電力をスタータ５４に送る。スタータ５４は電源装置５０からの電力に基づき水銀ランプ１を始動（点灯）するものであってハウジング部Ｈの外側に設けられている。スタータ５４と電源装置５０（電力ドライバ部５２）とは電力供給線５５により接続されており、電力ドライバ部５２からの電力は電力供給線５５を介してスタータ５４に送られる。また、スタータ５４と水銀ランプ１とは電力供給線５６により接続されている。したがって、電源装置５０からの水銀ランプ１に対する入力電力は、電力供給線５５、スタータ５４、及び電力供給線５６を介して水銀ランプ１に供給される。
【００２８】
冷却ユニット制御部７０は、冷却ユニット３０のファン３４を回転するインバータ７１と、インバータ７１の周波数を設定することによりファン３４の単位時間当たりの回転数を設定するインバータ周波数設定部７２とを備えている。
【００２９】
インバータ周波数設定部７２には、電力制御部５１で設定された水銀ランプ１に対する入力電力に関する情報が、電源装置５０の出力インターフェース５３及び冷却ユニット制御部７０の入力インターフェース７３を介して供給されるようになっている。そして、インバータ周波数設定部７２は、電力制御部５１で設定された水銀ランプ１に対する入力電力に応じて、温度調整装置であるファン３４の単位時間当たりの回転数を設定するようになっている。
【００３０】
インバータ周波数設定部７２には記憶装置ＭＲＹが接続されている。この記憶装置ＭＲＹには、光源１０（水銀ランプ１）あるいは光源１０近傍の温度と、ファン３４の単位時間当たりの回転数、すなわちインバータ周波数設定部７２のファン３４に対する制御量との関係が予め記憶されている。この関係は、水銀ランプ１に対する入力電力を変更した際に水銀ランプ１（及びその近傍）が所定の温度範囲となるためのファン３４の単位時間当たりの回転数に関する情報を含み、予め実験的に求められている。すなわち、記憶装置ＭＲＹには、入力電力に応じたランプ温度と、このランプ温度を所定の温度範囲にするためのファン回転数との関係が予め記憶されている。
なお、前記関係は、例えば水銀ランプ１の温度、例えば、水銀ランブの周囲の環境温度を温度センサで検出しながら水銀ランプに対する入力電力を適宜変更し、このときの水銀ランプ１が所定の温度範囲となるファン３４の単位時間当たりの回転数を求めることで求められる。温度センサは、例えば、楕円鏡２に形成された開口部２Ｂの近傍に配置されることが好ましい。
【００３１】
そして、インバータ周波数設定部７２は、記憶装置ＭＲＹに記憶されている前記関係を参照しながら、インターフェース５３、７３を介して電力制御部５１から送られた水銀ランプ１に対する入力電力に関する情報に基づいて、ファン３４の単位時間当たりの回転数を設定する。
【００３２】
なお、冷却ユニット制御部７０は、例えば作業者が手動でインバータ周波数を設定可能な操作入力部を有するインバータ周波数手動設定部７４と、インバータ７１に対してインバータ周波数設定部７２とインバータ周波数手動設定部７４との接続を切り替えるスイッチ部７５とを有している。そして、スイッチ部７５をインバータ周波数手動設定部７４に切り替えることによりファン３４の回転数が手動で設定可能となる。
【００３３】
次に、上述した構成を備える光源装置１００及びこの光源装置１００を備えた露光装置ＥＸの動作について説明する。例えば、作業者は、基板ステージＰＳＴにロードされるレジストの感度情報を露光制御ユニットＥＣに入力する。そして、露光処理を行うに際し、例えば、基板ステージＰＳＴに高感度レジストが塗布された感光基板Ｐがロードされたら、露光制御ユニットＥＣは、入力された感度情報に基づいて、水銀ランプ１から射出する光の光量（照度）を低下するよう電源装置５０に指令信号を送る。電源装置５０の電力制御部５１は露光制御ユニットＥＣの指令信号に基づいて水銀ランプ１に対する入力電力を設定する。電力制御部５１で設定された入力電力に関する情報は電力ドライバ部５２に送られるとともにインターフェース５３、７３を介してインバータ周波数設定部７２に送られる。電力ドライバ部５２は電力制御部５１で設定された値を有する電力をスタータ５４を介して水銀ランプ１に入力する。
【００３４】
一方、インバータ周波数設定部７２は、記憶装置ＭＲＹに記憶されている前記関係を参照しつつ、インターフェース５３、７３を介して送られた入力電力に関する情報に基づいてファン３４の単位時間当たりの回転数を設定する。ここで、記憶装置ＭＲＹには、入力電力に応じたランプ温度と、このランプ温度を所定の温度範囲にするためのファン回転数との関係が記憶されているため、インバータ周波数設定部７２は、記憶装置ＭＲＹに記憶されているデータに基づいて、水銀ランプ１に対する入力電力が変化した場合であっても、水銀ランプ１やその近傍の温度を所定の温度範囲に調整可能なファン回転数を設定することができる。
【００３５】
以上説明したように、水銀ランプ１に対する入力電力に応じて温度調整装置であるファン３４の回転数を制御するようにしたので、入力電力の変化により水銀ランプ１からの発熱量が変化しても、ファン３４を有する冷却ユニット３０は光源１０やその近傍を最適な温度範囲に設定できる。したがって、光源１０の発光状態は安定するので精度良い露光処理を行うことができる。
【００３６】
なお、本実施形態において、光源１０に対する入力電力に応じて水銀ランプ１の口金部１Ａ、１Ｂに対して吹き付けるガスの温度あるいは単位時間当たりのガス吹き付け量が調整可能である。この口金部１Ａ、１Ｂにはモリブデンなどの金属膜が設けられているが、口金部１Ａ、１Ｂの温度調整をすることにより酸化が防止される。
【００３７】
図４は光源１０を保持する保持方法の他の実施形態を示す図である。図４において、ハウジング部Ｈに対して光源保持ユニットＵが引き出し可能に設けられている。そして、図４（ａ）に示すように、この光源保持ユニットＵに光源１０が保持されている。なお、光源保持ユニットＵにはスタータも保持されている。光源１０が備える水銀ランプを交換する際には、図４（ｂ）に示すように、光源保持ユニットＵをハウジング部Ｈから引き出し、楕円鏡２の上側（楕円鏡２の開口部２Ｃ側）から水銀ランプ１の交換を行う構成である。なお、光源保持ユニットＵにスタータを取り付ける構成としたが、スタータは必ずしも光源保持ユニットＵに取り付けられてなくてもよい。
【００３８】
次に、図５を参照しながら本発明の光源装置の第２実施形態について説明する。ここで、以下の説明において、上述した第１実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
【００３９】
図５において、光源装置１００Ｂは、光源１０と、この光源１０を収容するハウジング部Ｈと、ハウジング部Ｈの一部に設けられ、このハウジング部Ｈの内部と外部とを連通する第１流路３１と、ハウジング部Ｈと冷却ユニット３０とを連通させる第２流路３２とを備えている。そして、第１流路３１には、この第１流路３１の大きさを可変とする流路絞り３１Ａが設けられ、第２流路３２には、この第２流路３２の大きさを可変とする流路絞り３２Ａが設けられている。そして、流路絞り３１Ａ、３２Ａの動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっている。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、流路絞り３１Ａを駆動することにより第１流路３１の大きさを調整可能であり、流路絞り３２Ａを駆動することにより第２流路３２の大きさを調整可能である。
【００４０】
この場合において、光源１０に対する電源装置５０からの入力電力が変化したら、制御装置ＣＯＮＴは光源１０に対する入力電力に応じて第１流路３１及び第２流路３２のうち少なくとも一方の大きさを流路絞り３１Ａ、３２Ａを介して調整する。例えば、光源１０に対する入力電力が低下して光源１０からの発熱量が低下した場合には、制御装置ＣＯＮＴは流路絞り３１Ａにより流路３１を小さく設定する。こうすることにより、ハウジング部Ｈ内に単位時間当たりに取り込まれる外気の量が減少するので、光源１０を過剰に冷却することがなくなる。なお、この場合において、ファン３４の単位時間当たりの回転数は変更しなくてもよいが、変更してもよい。
【００４１】
次に本発明の光源装置の第３実施形態について図６を参照しながら説明する。図６において、光源装置１００Ｃは、光源１０を収容するハウジング部Ｈと、ハウジング部Ｈの内部と外部とを連通する第１流路３１と、ハウジング部Ｈと冷却ユニット３０とを連通させる第２流路３２と、冷却ユニット３０からのガスが排出される第３流路３３と、第３流路３３からのガスの一部をハウジング部Ｈに戻す循環流路（循環装置）３５と、第３流路３３からのガスのうち循環流路３５に流れる以外のガスを排気する排気流路３９とを備えている。循環流路３５には循環用ファン（循環装置）３８が設けられている。そして、循環装置３５、３８によりハウジング部Ｈ内のガスが循環されるようになっている。循環用ファン３８の単位時間当たりの回転数は制御装置ＣＯＮＴにより制御され、制御装置ＣＯＮＴは循環用ファン３８の回転数を制御することにより、循環流路３５を流れる循環ガスの流量を調整可能である。また、循環流路３５には、この循環流路３５の大きさを可変とする流路絞り３５Ａが設けられ、排気流路３９には、この排気流路３９の大きさを可変とする流路絞り３９Ａが設けられている。そして、流路絞り３５Ａ、３９Ａの動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっている。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、流路絞り３５Ａを駆動することにより循環流路３５の大きさを調整可能であり、流路絞り３９Ａを駆動することにより排気流路３９の大きさを調整可能である。
【００４２】
この場合において、光源１０に対する電源装置５０からの入力電力が変化したら、制御装置ＣＯＮＴは光源１０に対する入力電力に応じて、循環用ファン３８の単位時間当たりの回転数、あるいは循環流路３５及び排気流路３９のうち少なくとも一方の大きさを流路絞り３５Ａ、３９Ａを介して調整する。例えば、光源１０に対する入力電力が低下して光源１０からの発熱量が低下した場合には、制御装置ＣＯＮＴは、流路絞り３５Ａを介して循環流路３５を大きくしたり、循環用ファン３８の回転数を上げるなどして、循環流路３５を流れる循環ガスの流量を多く設定し、ハウジング部Ｈ内を通過して熱せられたガスをハウジング部Ｈに再び供給する。これにより、光源１０は過冷却状態にならない。一方、光源１０に対する入力電力が上昇して光源１０からの発熱量が増大した場合には、循環ガスの流量を低減し、流路絞り３９Ａにより排気流路３９を大きくして排気流路３９からの排気ガスの流量を多くすればよい。
【００４３】
更に、冷却ユニット３０から排出されるガスの温度を調整するためのガス温度調整部４５を第３流路３３などに設け、このガス温度調整部４５により循環ガスの温度調整をするようにしてもよい。例えば、ガス温度調整部４５により第３流路３３を流れるガスの温度が低下される場合において、光源１０に対する入力電力が上昇して光源１０からの発熱量が増大した場合には、ガス温度調整部４５で温度低下されたガスを多く循環させるために、循環用ファン３８の回転数を上げるなどして循環ガスの流量を多くする。一方、光源１０に対する入力電力が低下して光源１０からの発熱量が低下した場合には、循環ガスの流量を下げればよい。あるいは、ガス温度調整部４５により循環ガスの温度を上げて循環させることも可能である。
【００４４】
次に本発明の光源装置の第４実施形態について図７を参照しながら説明する。図７において、光源装置１００Ｄは、光源１０を収容するハウジング部Ｈと、ハウジング部Ｈ内にガスを供給するガス供給装置８０とを備えている。そして、ガス供給装置８０によりハウジング部Ｈに供給されるガスの温度は制御装置ＣＯＮＴで調整されるようになっている。制御装置ＣＯＮＴは、光源１０に対する入力電力に応じてハウジング部Ｈに供給するガスの温度を調整する。これにより、光源１０に対する入力電力が変化して光源１０からの発熱量が変化しても、光源１０を常に所定の温度範囲に設定できる。
【００４５】
次に本発明の光源装置の第５実施形態について図８を参照しながら説明する。図８において、光源装置１００Ｅは、水銀ランプ１及び楕円鏡２を有する光源１０と、水銀ランプ１の近傍に設けられた温度検出装置９０とを備えている。本実施形態において、温度検出装置９０は楕円鏡２とダクトとしてのハウジング部Ｈとの間に設けられている。具体的には、温度検出装置９０は楕円鏡２の周囲に設けられた楕円鏡カバー２Ａに取り付けられている。すなわち、温度検出装置９０は冷却ユニット３０のファン３４により生成されたガス流が流れる位置に取り付けられている。本実施形態では、温度検出装置９０は水銀ランプ１（楕円鏡２）を取り囲むように等間隔で複数設けられている。温度検出装置９０が水銀ランプ１の周囲を取り囲むように等間隔で設けられていることにより水銀ランプ１の温度検出を精度良く検出可能となる。また、この位置はファン３４により生成されるガス流が発生するところなので、温度異常が発生した際には温度異常の原因がファン３４の異常（故障）であることを容易に特定できる構成となっている。
【００４６】
そして、温度検出装置９０の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力されるようになっている。制御装置ＣＯＮＴは温度検出装置９０の検出結果に基づいてファン３４の単位時間当たりの回転数を設定し、ファン３４を回転させる。水銀ランプ１近傍の温度に基づいてファン３４の単位時間当たりの回転数を調整するようにしたので、水銀ランプ１に対する入力電力が変化して水銀ランプ１からの発熱量が変化しても、水銀ランプ１やその近傍の温度を所定の温度範囲に精度良く設定できる。
【００４７】
ところで、図８の光源装置１００Ｅに、図７を用いて説明したガス供給装置８０を設け、このガス供給装置８０から制御装置ＣＯＮＴにより温度調整されたガスをハウジング部Ｈ、特に、楕円鏡２とハウジングＨとの間を流通させるようにしてもよい。また、楕円鏡カバー２Ａやハウジング部Ｈの内壁などにヒータなどの温度調整部９５を設けてもよい。温度調整部９５は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。制御装置ＣＯＮＴは温度調整部９５により楕円鏡２とハウジング部Ｈとの間を流通するガスの温度を制御することで水銀ランプ１の温度調整をする。例えば、水銀ランプ１に対する入力電力が低下して発熱量が低下した場合には、水銀の未蒸発を防止するために制御装置ＣＯＮＴは温度調整部９５により楕円鏡２とハウジング部Ｈとの間を流通するガスを加熱することで水銀ランプ１の過冷却を防止する。このように、水銀ランプ１やその近傍の温度制御を直接に行うこともでき、これにより水銀ランプ１は所定の温度範囲に精度良く設定され、安定して発光可能となる。
【００４８】
なお、本実施形態の露光装置ＥＸとして、マスクＭと感光基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを露光する走査型の露光装置に適用することができる。あるいは、本実施形態の露光装置ＥＸとして、マスクＭと感光基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを露光し感光基板Ｐを順次ステップ移動するステップ・アンド・リピート型の露光装置にも適用することができる。
【００４９】
本実施形態の露光装置ＥＸとして、投影光学系ＰＬを用いることなくマスクＭと感光基板Ｐとを密接させてマスクＭのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用することができる。
【００５０】
露光装置ＥＸの用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
【００５１】
本実施形態の露光装置ＥＸの光源は、ｉ線（３６５ｎｍ）のみならず、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）でもよい。
【００５２】
投影光学系ＰＬの倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬとしては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし（マスクも反射型タイプのものを用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればいい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもない。
【００５３】
基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。
【００５４】
ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００５５】
基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００５６】
マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００５７】
半導体デバイスは、図９に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板（ウエハ、ガラスプレート）を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりマスクのパターンを基板に露光する基板処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【００５８】
また、最近、投影露光装置を使った基板処理ステップ（フォトリソグラフィ工程）によって、半導体ウエハ上にマイクロマシン（ＭＥＭＳ）用のパターンを数ミクロンの線幅ルールで転写することが考えられている。この場合、マイクロマシンのアクチュエータ部等はウエハ上で極めて大きな段差構造（例えば数十ミクロン以上）を持って形成されるため、通常のＣＰＵ、ＤＲＡＭ等の１ミクロン以下の線幅ルールを持つ半導体ＩＣデバイスの製造用に最適化された投影露光装置では、投影光学系の焦点深度（所謂ＤＯＦ）が小さすぎて、そのままでは露光に使えなかった。更にＭＥＭＳでは、マイクロマシンのアクチュエータ部とともにそのドライブ回路の一部又は全てを通常の半導体ＩＣデバイスと同様の工程で同じウエハ上に作り込むことも考えられている。
【００５９】
そこで、１台の投影露光装置でＭＥＭＳ用のパターン露光を行う場合、特にアクチュエータ部のパターンを投影露光する際には、そのパターンの原画となる第１のレチクルを照明する照明光学系の実効的な照明σ値を０．１程度、若しくはそれ以下に低下させ、ドライブ回路等のパターンを投影露光する際には、そのパターンの原画となる第２のレチクルに対する実効的な照明σ値を０．６〜０．９程度に増大させる照明条件変更機能を設けるようにすればよい。
【００６０】
具体的な一例を挙げると、通常の半導体ＩＣデバイス製造用に最適化された投影露光装置として、最大ＮＡ０．６３の１／５縮小投影光学系を備え、露光波長λ＝３５６ｎｍ（水銀ランプのｉ線）、照明σ値０．７〜０．８、ｋ１、ｋ２ファクタを０．６〜０．８としたときの最大解像線幅ΔＲ＝０．５μｍ、焦点深度ＤＯＦ＝１．５μｍといったスペックを有する場合、照明σ値を０．２以下の０．１程度に絞ると、ΔＲ≒５μｍ、ＤＯＦ≒１００μｍ程度が得られる。ウエハ上でΔＲ≒５μｍを得る場合、当然、第１のレチクル上に形成されるアクチュエータ部用のパターン線幅は２５μｍ（縮小率の逆数倍）となり、パターンピッチも必然的に大きくなるので、第１のレチクルに形成されたパターン群から投影レンズに入射し得る回折光の広がりは、照明σ値の極小化と相まって小さくなり、その結果、焦点深度ＤＯＦが飛躍的に増大する。なお、投影光学系内の絞り面にＮＡ可変用の虹彩絞りが設けられている場合は、この虹彩絞りを絞り込む方向に調整することで、回折角の大きな回折光成分を遮蔽することができ、波面収差上の観点からも実効的な焦点深度ＤＯＦを増加させることができる。
【００６１】
このように、照明σ値を小さくしたり、虹彩絞りによるＮＡ可変を行うと、レチクル面での照明光強度の低下や照度ムラの悪化を招くこともあるので、その点が実用上の問題とならないように、照明光学系の構成や光源の構成（例えば紫外レーザ光源の適用等）を最適化したり、露光量制御を最適化することが必要である。具体的には、照明光学系内の瞳面（レチクル面に対してほぼフーリエ変換の関係となる面）に形成される光源像の大きさを段階的に可変にするための光学素子切り替え機構を設けたり、連続的に可変にするためのズームレンズ機構を設けたりする等の方法が実用的である。
【００６２】
以上の通り、照明σ値を０．２以下に極小化できる機能を設けると、ＭＥＭＳのアクチュエータ部のパターンとドライブ回路部のパターン（通常のＩＣパターン）とを１台の投影露光装置で効率的に露光できることになり、ＭＥＭＳ製造ラインにおける省スペース化、低ＣＯＯ（Ｃｏｓｔ  ｏｆ  Ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ）化が図れるといった利点がある。
【００６３】
【発明の効果】
光源に対する入力電力に応じて光源の温度調整をする温度調整装置を制御するようにしたので、入力電力の変化により光源からの発熱量が変化しても、温度調整装置は光源を所定の温度範囲に設定できる。したがって、光源の発光状態を安定化でき、この光源装置を用いて精度良い露光処理を行うことができる。
また、光源あるいは光源近傍の温度を温度検出装置で検出し、この検出結果に基づいて温度調整装置を制御するようにしてもよく、この場合においても温度調整装置は光源を所定の温度範囲に精度良く設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光源装置を備えた露光装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】スクリーンを示す図である。
【図３】制御装置の構成の一例を示す図である。
【図４】光源の他の保持方法の一例を示す図である。
【図５】本発明の光源装置の第２実施形態を示す図である。
【図６】本発明の光源装置の第３実施形態を示す図である。
【図７】本発明の光源装置の第４実施形態を示す図である。
【図８】本発明の光源装置の第５実施形態を示す図である。
【図９】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１    水銀ランプ（光源）
２    楕円鏡
１０    光源
３０    冷却ユニット（温度調整装置、ガス流通装置）
３１    第１流路（ダクト）
３１Ａ    流路絞り
３２    第２流路（ダクト）
３２Ａ    流路絞り
３３    第３流路（ダクト）
３４    ファン（ファン装置）
３５    循環流路（循環装置）
３８    循環用ファン（循環装置）
５０    電源装置（制御装置）
７０    冷却ユニット制御部（制御装置）
７２    インバータ周波数設定部（制御装置）
８０    ガス供給装置
９０    温度検出装置
１００    光源装置
ＥＸ    露光装置
Ｈ    ハウジング部（ダクト）
ＩＬ    照明光学系
Ｍ    マスク
ＭＲＹ    記憶装置
Ｐ    感光基板（基板）
ＰＬ    投影光学系
【図１】
2004241622.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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