(57)【要約】【課題】有効光源分布へ及ぼす悪影響の抑制と光源の冷却効率の点で有利な技術を提供する。【解決手段】光源部で発生した熱を冷却する冷却装置が提供される。冷却装置は、前記光源部からの光の経路外に設けられた冷却部と、前記光源部の発熱部と前記冷却部との間を接続するヒートパイプとを備え、前記ヒートパイプは、電極線として共用される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部で発生した熱を冷却する冷却装置であって、
前記光源部からの光の経路外に設けられた冷却部と、
前記光源部の発熱部と前記冷却部との間を接続するヒートパイプと、
を備え、
前記ヒートパイプは、電極線として共用されることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記ヒートパイプは、裸撚り線を巻き付けることで電気抵抗を低減した構造を有することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記光源部は放電ランプであり、
前記放電ランプの口金部と前記ヒートパイプとを連結する連結部を更に有し、
前記連結部は、前記放電ランプの口金部の形状に応じて前記口金部と前記連結部との接触面積が変わる構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記光源部を複数有するとともに、前記光源部のそれぞれに対応して、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置を複数有することを特徴とする照明光学系。
【請求項５】
前記照明光学系が形成する有効光源分布において各ヒートパイプの影が等分布となるように各ヒートパイプが配置されることを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
【請求項６】
前記有効光源分布を計測する計測器と、
前記計測器の計測結果に基づいて、前記光源部全体の位置及び角度の少なくともいずれかを調整する制御部と、
を有することを特徴とする請求項５に記載の照明光学系。
【請求項７】
前記有効光源分布を計測する計測器と、
前記計測器の計測結果に基づいて、前記光源部内における前記ヒートパイプの位置及び角度の少なくともいずれかを調整する制御部と、
を有することを特徴とする請求項５に記載の照明光学系。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系を含む露光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ等に使用される光源の冷却技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置は、半導体デバイスや液晶表示装置等の製造工程であるリソグラフィ工程において、原版（レチクル又はマスク）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等）に転写する装置である。例えば、液晶表示装置にパターンを転写する投影露光装置では、近年、マスク上のより大きな面積パターンを基板上に一括露光することが求められている。この要求に対応するために、高解像力が得られ、かつ、大画面を露光することができるステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置が提案されている。この走査型露光装置は、スリット光束により照明されたパターンを、投影光学系を介してスキャン動作により基板上に露光転写する。
【０００３】
このような走査型露光装置においては、生産性向上のため、放電ランプのように高出力の光源が用いられる。光源を備えた照明光学系は電極線の他、口金部（発熱部）の冷却を目的に冷却部を備える。電極線及び冷却部は、導電及び伝熱のため光源部に近接するため、露光光に影を落とし、有効光源に悪影響を及ぼす。ここで、有効光源分布は、マスクを照明する照明光学系の瞳面における光強度分布である。そのため、有効光源分布への悪影響を最小限に抑えるため、電極線及び冷却部を小型化することが求められる。特許文献１には、放電ランプの口金部（発熱部）に冷媒の流路を設け冷却部と光源部を一体化した構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６２９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術では、放電ランプの電極部に冷媒の流路を設ける機構のため電極部がむしろ大型化し、単純に有効光源分布に及ぼす影響を最小限に抑えることには繋がらないと考えられる。また、放電ランプ電極部が複雑化するため、放電ランプのコストが高いという課題もある。
【０００６】
そこで本発明は、有効光源分布へ及ぼす悪影響の抑制と光源の冷却効率の点で有利な技術を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によれば、光源部で発生した熱を冷却する冷却装置であって、前記光源部からの光の経路外に設けられた冷却部と、前記光源部の発熱部と前記冷却部との間を接続するヒートパイプとを備え、前記ヒートパイプは、電極線として共用されることを特徴とする冷却装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、有効光源分布へ及ぼす悪影響の抑制と光源の冷却効率の点で有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態における照明光学系の構成を示す図。
【図２】実施形態における光源部及び冷却装置の構成を示す図。
【図３】放電ランプからの光がヒートパイプによって遮られるようすを説明する図。
【図４】３つの光源部からの光を合成した形状を説明する図。
【図５】３つの光源部について合成して得たエネルギー分布の例を説明する図。
【図６】陽極側ヒートパイプの配置例を説明する図。
【図７】陽極部と陽極側ヒートパイプとの接続例を説明する図。
【図８】電源ケーブルを冷却部に接続する例を説明する図。
【図９】ヒートパイプに裸寄り線を巻きつけた例を説明する図。
【図１０】ヒートパイプ連結部を２分割構造とした例を説明する図。
【図１１】ヒートパイプ連結部を２分割構造とした例を説明する図。
【図１２】走査露光装置に搭載される照明光学系の他の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。
【００１１】
（第１実施形態）
図１に、本発明の冷却装置が適用される照明光学系の構成例を示す。本実施形態の照明光学系は、例えば、走査露光装置等の露光装置に搭載されうるものであり、光源部からの光を照射対象物であるパターンが形成された原版（マスク）へ導くための装置である。
【００１２】
照明光学系は、光源部を複数有する。例えば照明光学系は、３つの光源部１Ａ，１Ｂ，１Ｃを有する。光源部１Ａ，１Ｂ，１Ｃはそれぞれ、光源としての放電ランプ５１及び楕円ミラー５０を含む。ただし、本発明は光源に放電ランプ以外のものを使用する構成にも適用可能である。放電ランプ５１の発光点は、楕円ミラー５０の第一焦点に置かれている。
【００１３】
光源部１Ａ，１Ｂ，１Ｃで発した光はそれぞれ、楕円ミラーの第二焦点で集光し、その後、フーリエ変換光学系１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを通過する。フーリエ変換光学系１１Ａ及び１１Ｃを通過した光はそれぞれ、互いに直交する二枚の偏向ミラー２ａ，２ｃによって曲げられる。これらの曲げられた光は、フーリエ変換光学系１１Ｂを通過した光と合成され、その合成光はフーリエ変換光学系３を通過後、ハエの目レンズ群４に入射する。フーリエ変換光学系３は、光源部１Ａ，１Ｂ，１Ｃ内に配置されている楕円ミラー５０の第二焦点位置とハエの目レンズ群４の入射面とが互いにフーリエ共役面になるように配置されている。その後、ハエの目レンズ群４の射出面から出た光はフーリエ変換光学系５を通過し、スリット面６に入射する。スリット面６とマスク面８及びプレート面１０とは光学的に共役面となるように結像光学系７及び投影光学系９が配置されている。このとき、ハエの目レンズ群４の射出面（照明光学系の瞳面）における光強度分布が、投影露光装置（照明光学系）の有効光源分布を表している。
【００１４】
前述のように、楕円ミラー５０の第一焦点は放電ランプ５１の発光点と一致するように配置されている。放電ランプ５１に超高電圧をかけることにより放電ランプ５１が発光する。放電ランプ５１の発光熱により周囲は高温となる。放電ランプ５１の発熱により近傍温度が例えば６００℃を超えると、放電ランプ５１のバルブが破裂し、光源部としての機能が損なわれる可能性がある。
【００１５】
そこで、本実施形態において、光源部１Ａ，１Ｂ，１Ｃのそれぞれに対応する複数の冷却装置が設けられる。図２に、光源部及び冷却装置の構成を示す。光源部の陰極部５２Ａは陰極側ヒートパイプ５３Ａを介して陰極側冷却部５４Ａと接続され、光源部の陽極部５２Ｂは陽極側ヒートパイプ５３Ｂを介して陽極側冷却部５４Ｂと接続される。このように本実施形態では、複数セットの光源部と冷却部とヒートパイプが使用される。ここで、陰極側冷却部５４Ａ及び陽極側冷却部５４Ｂは放電ランプ５１からの光の経路外に配置される。なお、ヒートパイプとしては例えば、銅やアルミニウム等の比較的熱伝導効率の高い熱伝導体パイプに作動液を封入したものを用いることができる。また、冷却部には例えば、銅やアルミニウム等の放熱フィンを有するヒートシンクを用いることができる。したがって、ヒートパイプは光源部の発熱部から冷却部へ熱を移動させる熱輸送素子として機能する。放電ランプ５１で発生した熱は、陰極部５２Ａから陰極側ヒートパイプ５３Ａ、陰極側冷却部５４Ａの順で移動し、陰極側冷却部５４Ａを空冷あるいは液冷することにより光源部から外部へ排熱される。同様に、放電ランプ５１で発生した熱は、陽極部５２Ｂから陽極側ヒートパイプ５３Ｂ、陽極側冷却部５４Ｂの順で移動し、陽極側冷却部５４Ｂを空冷あるいは液冷することによっても光源部から外部へ排熱される。これにより、放電ランプ５１を所望の温度に保つことが可能になる。
【００１６】
また、放電ランプ５１を点灯するためには、電力を供給する経路が必要である。この経路を確保するため、本実施形態では、陰極側ヒートパイプ５３Ａ及び陽極側ヒートパイプ５３Ｂを、電極線として共用する。陰極側ヒートパイプ５３Ａ及び陽極側ヒートパイプ５３Ｂは一般に銅部材でできているため、電極線として電力を供給することが可能である。そこで、陰極側電源ケーブル５５Ａを介して放電ランプ電源５６と陰極側ヒートパイプ５３Ａを接続し、陽極側電源ケーブル５５Ｂを介して放電ランプ電源５６と陽極側ヒートパイプ５３Ｂを接続する。これにより、放電ランプ電源５６からヒートパイプを経て放電ランプ５１に電力を供給することができる。
【００１７】
図３（ａ）は、図２のＡ矢視図である。放電ランプ５１から発した光は、楕円ミラー５０を通過した後、フーリエ変換光学系１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに向かうが、その途中で一部の光が陽極側ヒートパイプ５３Ｂで遮られることになる。すなわち、陽極側ヒートパイプ５３Ｂが有効光源分布上に影として観測されうる。この状態を模式的に描いた図が図３（ｂ）である。上述したように、本実施形態では、陰極側ヒートパイプ５３Ａ及び陽極側ヒートパイプ５３Ｂを電極線としても共用するので、電極線を別途配置する必要がない。そのため、別途電極線を配置することによる有効光源分布への悪影響を小さくすることができる。
【００１８】
次に、３つの光源部を合成して得られる有効光源分布について説明する。説明を簡潔にするため、楕円ミラー５０の平面視領域６０のエネルギーを１００％とし、陽極側ヒートパイプ５３Ｂの影部６１のエネルギーを０％とする。本実施形態における照明光学系は３つの光源部を有しているため、それぞれの光源部で、陽極側ヒートパイプ５３Ｂの影が投影されることになる。例えば、図４のように、光源部１Ａ，１Ｂ，１Ｃの影がスリット面６にて観測される有効光源分布を考える。光源部１Ａ，１Ｂ，光源部１Ｃからスリット面６までのレンズやミラーによる反転と回転を考慮すると、３つの光源部からの光を合成した形状は、参照番号１００に示されるような形状になる。
【００１９】
図３にて説明したエネルギー分布を３つの光源部について合成して得たエネルギー分布の例を図５（ａ）に示す。図５（ａ）において、領域７０のエネルギーは３００％となり、影部７１のエネルギーは０％である。したがって、有効光源分布に強度ムラが発生し、良好な結像性能を得ることができない。
【００２０】
複数の光源部を合成して有効光源分布を作る場合、スリット面上で各ヒートパイプの影が等分布となるような有効光源分布をしていることが望ましい。そこで、図５（ｂ）に示すように影が均等に配置されるようにすれば、領域８０のエネルギーが３００％、影部８１のエネルギーが２００％となり、ムラを低減することができる。図５（ｂ）のような有効光源分布を得るために例えば、光源部１Ａ，１Ｂ，１Ｃからスリット面６までの光学系による反転を考慮して、図６に示すように光源部１Ａ，１Ｂ，１Ｃそれぞれの陽極側ヒートパイプ５３Ｂを互いにほぼ均等な角度で配置される。
【００２１】
実施形態において、図７に示すように、陽極部５２Ｂは例えば、ヒートパイプ連結部２００を介して陽極側ヒートパイプ５３Ｂの一端と接続される。陽極側ヒートパイプ５３Ｂの他端には陽極側冷却部５４Ｂが接続される。陽極側ヒートパイプ５３Ｂとヒートパイプ連結部２００は、放電ランプ５１の自由端側を支える構造物であり、熱伝導が効率良く行えるように密着している。陽極側ヒートパイプ５３Ｂとヒートパイプ連結部２００は、電気導電性を確保し所望の電気抵抗以下となるように接続される。放電ランプ５１から発生した熱は、陽極部５２Ｂからヒートパイプ連結部２００、陽極側ヒートパイプ５３Ｂ、陽極側冷却部５４Ｂの順で移動し、陽極側冷却部５４Ｂを空冷あるいは液令することにより光源部から外部へ排熱される。これにより、放電ランプ５１を所望の温度に保つことが可能になる。
【００２２】
図２の例では、放電ランプ電源５６と冷却部との間で電源ケーブルをヒートパイプに接続したが、冷却部内でヒートパイプに接続してもよい。例えば、図８に示すように、陽極側冷却部５４Ｂ内で、陽極側電源ケーブル５５Ｂが陽極側ヒートパイプ５３Ｂと接続される。また、陽極側冷却部５４Ｂには碍子２０６が結合される。陽極側冷却部５４Ｂ、陽極側ヒートパイプ５３Ｂは他の部品２０７と比較して高電位となるため、絶縁体部材の碍子２０６で短絡を防いでおく。
【００２３】
放電ランプは数十アンペアの電流を流すため、陽極側ヒートパイプ５３Ｂに電流を流すと電気抵抗が高く電力供給不良や発熱を発生する場合がある。この対策として、図９に示すように、陽極側ヒートパイプ５３Ｂに被覆のない電線すなわち裸撚り線２０３を巻きつけることによって、陽極側ヒートパイプ５３Ｂの電気抵抗を低減した構造も用いてもよい。
【００２４】
標準放電ランプと、それより発熱が大きい高輝度放電ランプなど複数種類の異なる放電ランプを選択的に使用する場合を考慮して、ヒートパイプ連結部２００を複数に分けた構造にしてもよい。例えば、図１０に示すように、ヒートパイプ連結部２００をヒートパイプ連結上部２００Ａ、ヒートパイプ連結下部２００Ｂの２分割構造とする。図１１（ａ）に示すように、高輝度放電ランプの陽極口金部２２０は、ヒートパイプ連結上部２００Ａとヒートパイプ連結下部２００Ｂの両方に密着する構造とする。一方、標準放電ランプの陽極口金部２１０は、図１１（ｂ）に示すように、ヒートパイプ連結上部２００Ａのみが密着しヒートパイプ連結上部２００Ｂとは接触しないような段付き形状とする。これにより、放電ランプの口金部の形状に応じて口金部とヒートパイプ連結部との接触面積が変わるように構成することができる。口金部とヒートパイプ連結部との接触面積が小さくなれば、その分だけ熱伝導効率が低下する。このように、高輝度放電ランプと標準放電ランプとで熱伝導効率が切り替えることで、それぞれ所望の温度に冷却を行うことができる。
【００２５】
上述したとおり、本発明に係る照明光学系は、例えば、走査露光装置に搭載され、光源部からの光を照射対象物であるパターンが形成されたマスク（原版）へ導くための装置として実施可能である。走査露光装置に搭載される照明光学系の他の構成例を図１２に示す。図１と比較して同一の構成要素には同一の参照符号を付し、それらの説明を省略する。
【００２６】
図１２において、スリット面６近傍に、照明光学系が形成する有効光源分布を計測する有効光源計測器５００が設けられる。有効光源計測器５００は、ピンホール５０１と受光センサ５０２とを含む。有効光源計測器５００は例えば、スリット６近傍の光の入射角度特性を計測するためのものであり、他の構成をとってもよい。また、有効光源計測器５００はスリット面６近傍で駆動可能なことが望ましい。本実施形態では、スリット６近傍に有効光源計測器５００を設けたが、その他の例としてスリット面６と光学的に共役な場所（例えばマスク面８やプレート面１０など）に設けてもよい。
【００２７】
有効光源計測器５００から得られた計測結果により、有効光源形状が得られる。制御部Ｃは、この計測結果に基づいて、各光源部により発生する影の位置が等分布となるように、光源部全体の位置及び角度の少なくともいずれかの調整を行う。この際、光源部全体ではなく、各光源部内において各ヒートパイプの位置及び角度の少なくともいずれかを調整するようにしてもよい。
【００２８】
＜デバイスの製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【符号の説明】
【００２９】
５１：放電ランプ、５２Ａ：陰極部、５２Ｂ：陽極部、５３Ａ：陰極側ヒートパイプ、５３Ｂ：陽極側ヒートパイプ、５４Ａ：陽極側冷却部、５４Ｂ：陰極側冷却部、５５Ａ：陰極側電源ケーブル、５５Ｂ：陽極側電源ケーブル、５６：放電ランプ電源
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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