JP2011155160A - 光処理装置および光処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被処理物の温度上昇を抑制しながら紫外線照射処理を行うことができる光処理装置および光処理方法を提供する。
【解決手段】 本発明の光処理装置は、紫外線透過窓を有する筐体と、この筐体内に配置されたエキシマランプとを具えてなる光処理装置であって、前記紫外線透過窓の周囲に、冷却用ガス供給機構または冷却用ガス吸気機構に接続されるガス流通口を有することを特徴とする。また、前記エキシマランプは、全体が扁平な板状の放電容器と、この放電容器の一面に配置された高電圧側電極と、当該放電容器の他面に配置されたアース側電極とを有し、前記放電容器における前記高電圧側電極が配置された一面が、前記紫外線透過窓と対向するよう配置されていることが好ましい。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光処理装置および光処理方法に関し、更に詳しくはナノインプリント装置におけるテンプレートの表面をドライ洗浄処理するために好適な光処理装置および光処理方法に関する。

近年、半導体チップやバイオチップの製造においては、従来のフォトリソグラフィーおよびエッチングを利用したパターン形成方法に比較して低コストで製造することが可能な方法として、光ナノインプリント技術が注目されている。
この光ナノインプリント技術を利用したパターン形成方法においては、パターンを形成すべき基板例えばウエハ上に、液状の光硬化性樹脂を塗布することによってパターン形成用材料層を形成し、このパターン形成用材料層に対して、形成すべきパターンのネガとなるパターンが形成されたテンプレート（モールド）を接触させ、この状態で、パターン形成用材料層に紫外線を照射して硬化させ、その後、得られた硬化樹脂層からテンプレートを剥がす工程が行われる（特許文献１および特許文献２参照。）。

このようなパターン形成方法においては、テンプレートの表面に異物などが存在すると、得られるパターンに欠陥が生じるため、テンプレートの表面を洗浄処理することが必要である。
而して、テンプレートを洗浄処理する方法としては、有機溶剤やアルカリ若しくは酸などの薬品を用いたウエット洗浄法が知られている（特許文献３参照。）。
然るに、このようなウエット洗浄法においては、有機溶剤や薬品などによってテンプレートの一部が溶解してパターン形状が変形する恐れがある。また、硬化樹脂層からテンプレートを剥す際に、当該テンプレートに光硬化性樹脂等の残さが付着する場合には、パターン形成が終了する毎に、テンプレートの洗浄処理を行うことが必要であり、洗浄処理に相当に長い時間を要するため、生産性が著しく低下する、という問題がある。
一方、例えば液晶表示素子の製造において、ガラス基板の洗浄処理する手段として、光洗浄処理装置が用いられている（特許文献４参照。）。

特開２０００−１９４１４２号公報 特開２００８−９１７８２号公報 特開２００９−２６６８４１号公報 特開平８−２３６４９２号公報

しかしながら、従来の光洗浄処理装置によって、テンプレートを洗浄処理する場合には、以下のような問題がある。
光ナノインプリントにおけるテンプレートとしては、例えば石英ガラスよりなるものが用いられており、寸法安定性およびパターン形状維持性の観点から、当該テンプレートの温度管理が極めて重要である。
然るに、従来の光洗浄処理装置によってテンプレートを光洗浄処理する場合には、光洗浄処理時において、テンプレートに紫外線が照射されることより、或いは光洗浄処理装置の紫外線透過窓からの輻射熱を受けることにより、テンプレートの温度が上昇してしまう、という問題がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、被処理物の温度上昇を抑制しながら紫外線照射処理を行うことができる光処理装置および光処理方法を提供することにある。

本発明の光処理装置は、紫外線透過窓を有する筐体と、この筐体内に配置されたエキシマランプとを具えてなる光処理装置であって、
前記紫外線透過窓の周囲に、冷却用ガス供給機構または冷却用ガス吸気機構に接続されるガス流通口を有することを特徴とする。

また、本発明の光処理装置は、紫外線透過窓を有する筐体と、この筐体内に配置されたエキシマランプとを具えてなり、前記紫外線透過窓がナノインプリント装置におけるテンプレートのパターン面に間隙を介して対向するよう配置される光処理装置であって、
前記紫外線透過窓の周囲に、冷却用ガス供給機構または冷却用ガス吸気機構に接続されるガス流通口を有し、このガス流通口を介して前記紫外線透過窓と前記テンプレートとの間の間隙に冷却用ガスを流通させることを特徴とする。

本発明の光処理装置においては、前記エキシマランプは、全体が扁平な板状の放電容器と、この放電容器の一面に配置された高電圧側電極と、当該放電容器の他面に配置されたアース側電極とを有し、前記放電容器における前記高電圧側電極が配置された一面が、前記紫外線透過窓と対向するよう配置されていることが好ましい。

本発明の光処理方法は、紫外線透過窓を有する筐体と、この筐体内に配置されたエキシマランプとを具えてなる光処理装置を、当該紫外線透過窓がナノインプリント装置におけるテンプレートのパターン面に間隙を介して対向するよう配置し、
前記紫外線透過窓の周囲に設けられた、冷却用ガス供給機構または冷却用ガス吸気機構に接続されたガス流通口を介して前記紫外線透過窓と前記テンプレートとの間の間隙に冷却用ガスを流通させながら、当該テンプレートに紫外線を照射することを特徴とする。

本発明によれば、紫外線透過窓の周囲に設けられたガス流通口を介して冷却用ガスを流通させることにより、紫外線透過窓が冷却されるため、当該紫外線透過窓からの輻射熱によって被処理物の温度が上昇することを抑制しながら、当該被処理物の紫外線照射処理を行うことができる。
また、ガス流通口を介して紫外線透過窓と被処理物であるテンプレートとの間の間隙に冷却用ガスを流通させる構成によれば、紫外線透過窓の冷却に加えて、テンプレートの冷却が行われるため、テンプレートの温度が上昇することを確実に抑制しながら、当該テンプレートの紫外線照射処理を行うことができる。
また、放電容器における高電圧側電極が配置された一面が紫外線透過窓と対向するよう、エキシマランプが配置された構成によれば、放電容器におけるアース側電極が配置された他面と筐体の内面との間の離間距離が小さくても、エキシマランプと筐体との間に外部放電が生じることがなく、従って、筐体の厚みを小さくすることができると共に、紫外線が放射される放電容器の一面と紫外線透過窓との間の離間距離を大きくすることができるので、紫外線透過窓の温度上昇を一層抑制することができる。

本発明に係る光処理装置の一例における構成を示す説明図である。 図１に示す光処理装置の説明用断面図である。 図１に示す光処理装置の一部を破断して示す説明用断面図である。 図１に示す光処理装置におけるエキシマランプの斜視図である。 図４に示すエキシマランプの説明用断面図である。 本発明の光処理装置を搭載したナノインプリント装置の一例における構成の概略を示す説明図である。 図６に示すナノインプリント装置において、光処理装置が、その紫外線透過窓がテンプレートのパターン面に間隙を介して対向するよう配置された状態を示す説明図である。 冷却用ガス供給機構によって、冷却用ガスがテンプレートと紫外線透過窓との間の間隙に流通された状態を示す説明用断面図である。 本発明に係る光処理装置の変形例を示す説明用断面図である。 本発明に係る光処理装置の他の変形例を示す説明用断面図である。 本発明に係る光処理装置の更に他の変形例を示す説明用断面図である。 冷却用ガス吸気機構によって、冷却用ガスがテンプレートと紫外線透過窓との間の間隙に流通された状態を示す説明用断面図である。 実施例１および比較例１において測定された、紫外線透過窓およびテンプレートの温度上昇曲線図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る光処理装置の一例における構成を示す説明図であり、図２は、図１に示す光処理装置の説明用断面図である。
この光処理装置３０は、ナノインプリント装置におけるテンプレートの表面を光洗浄処理するために用いられるものであって、後述する紫外線透過窓１１が、テンプレート保持機構２によって保持されたテンプレート１のパターン面に間隙を介して対向するよう配置されて使用される。
この光処理装置３０における筐体１０は外形が略直方体状のものであり、この筐体１０内には、ランプ収容室Ｓ１および回路室Ｓ２が隔壁１２を介して並ぶよう形成されており、筐体１０におけるランプ収容室Ｓ１を形成する部分の上面には、例えば石英ガラスよりなる紫外線透過窓１１が、枠状の固定板１３によって固定されて設けられている。
図３にも示すように、筐体１０には、その両側面の各々における上縁部に沿って、冷却用ガスが流通される矩形の筒状のガス流路部材１５が設けられている。具体的に説明すると、ガス流路部材１５の各々は、その一側面における上縁部１５ａに沿って並ぶよう形成された複数のガス流通口１６を有し、当該ガス流路部材１５の各々の一側面が、その上縁部１５ａを除いて筐体１０の側面に接するよう配置されて固定され、これにより、筐体１０における紫外線透過窓１１の周囲に、ガス流通口１６が位置されている。また、ガス流路部材１５は、冷却用ガス流通管１７を介して冷却用ガス供給機構（図示省略）に接続されている。
筐体１０におけるランプ収容室Ｓ１内には、エキシマランプ２０が配置され、回路室Ｓ２内には、昇圧トランス２５などが配置されている。また、図１において、１８は、ランプ収容室Ｓ１内に例えば窒素ガスなどのパージ用ガスを供給するためのパージ用ガス流通管である。

図４は、エキシマランプ２０の斜視図であり、図５は、図４に示すエキシマランプ２０の説明用断面図である。このエキシマランプ２０は、内部に放電空間Ｓが形成された全体が扁平な板状の放電容器２１を有し、この放電容器２１の両端には口金２４が設けられ、当該放電容器２１の放電空間Ｓ内には、エキシマ用ガスが気密に封入されている。放電容器２１の一面には、網状の高電圧側電極２２が配置され、当該放電容器２１の他面には、網状のアース側電極２３が配置されており、高電圧側電極２２およびアース側電極２３の各々は、高周波電源（図示省略）に接続されている。そして、エキシマランプ２０は、放電容器２１における高電圧側電極２２が配置された一面が、筐体１０における紫外線透過窓１１と対向するよう配置されている。

放電容器２１を構成する材料としては、真空紫外線を良好に透過するもの、具体的には、合成石英ガラスなどのシリカガラス、サファイアガラスなどを用いることができる。
高電圧側電極２２およびアース側電極２３を構成する材料としては、アルミニウム、ニッケル、金などの金属材料を用いることができる。また、高電圧側電極２２およびアース側電極２３は、上記の金属材料を含む導電性ペーストをスクリーン印刷することにより、或いは上記の金属材料を真空蒸着することにより、形成することもできる。
放電容器２１の放電空間Ｓ内に封入されるエキシマ用ガスとしては、真空紫外線を放射するエキシマを生成し得るもの、具体的には、キセノン、アルゴン、クリプトン等の希ガス、または、希ガスと、臭素、塩素、ヨウ素、フッ素等のハロゲンガスとを混合した混合ガスなどを用いることができる。エキシマ用ガスの具体的な例を、放射される紫外線の波長と共に示すと、キセノンガスでは１７２ｎｍ、アルゴンとヨウ素との混合ガスでは１９１ｎｍ、アルゴンとフッ素との混合ガスでは１９３ｎｍである。
また、エキシマ用ガスの封入圧は、例えば１０〜１００ｋＰａである。

図６は、本発明の光処理装置を搭載したナノインプリント装置の一例における構成の概略を示す説明図である。この図において、１はテンプレート、２は、テンプレート１を保持するテンプレート保持機構、３はチャンバーである。４は可動式のウエハステージであって、このウエハステージ４上には、ウエハＷを保持するウエハチャック４ａが配置されている。５は、ウエハＷの表面にパターン形成用材料（インプリント材料）である液状の光硬化性樹脂を塗布するインクジェット方式の塗布手段、６は加圧機構、７は除振台、８はステージ定盤、９は、ウエハＷ上に形成された光硬化性樹脂よりなるパターン形成用材料層に紫外線を照射する紫外線光源である。３０は、図１および図２に示す構成の光処理装置であり、この光処理装置３０は、当該光処理装置３０をテンプレート１の下方に搬送する搬送アーム３５に固定されている。

このようなナノインプリント装置においては、ウエハチャック４ａにウエハＷが保持されたウエハステージ４を塗布手段５の下方位置に移動させ、当該塗布手段５によってウエハＷの表面に液状の光硬化性樹脂を塗布することにより、ウエハＷ上に光硬化性樹脂よりなるパターン形成用材料層を形成する。次いで、ウエハステージ４をテンプレート１の下方位置に移動させ、 ウエハＷ上に形成されたパターン形成用材料層に対して、加圧機構６によってテンプレート１を接触させて加圧し、この状態で、パターン形成用材料層に紫外線光源９によってテンプレート１を介して紫外線を照射することにより、パターン形成用材料層を硬化させ、その後、得られた硬化樹脂層からテンプレート１を剥がすことにより、ウエハＷに対するパターン形成が達成される。
このようなウエハＷに対するパターン形成が１回または複数回終了すると、図７に示すように、ウエハＷが載置されたウエハステージ４が、テンプレート１の下方位置からその側方位置に移動されて退避されると共に、光処理装置３０がテンプレート１の下方位置に搬送され、その紫外線透過窓１１（図３参照）がテンプレート１のパターン面に間隙を介して対向するよう配置される。
ここで、紫外線透過窓１１の外面とテンプレート１のパターン面との間の離間距離は、例えば０．３〜１０．０ｍｍである。

そして、光処理装置３０においては、冷却用ガス供給機構を作動させ、これにより、冷却用ガスを冷却用ガス流通管１７を介してガス流路部材１５に供給することによって、図８に示すように、ガス流路部材１５に形成されたガス流通口１６から排出された冷却用ガスＧ１が紫外線透過窓１１とテンプレート１との間の間隙に流通される。そして、この状態で、エキシマランプ２０を点灯させることにより、エキシマランプ２０からの紫外線が紫外線透過窓１１を介してテンプレート１のパターン面に照射され、以て、テンプレート１の光洗浄処理が達成される。
その後、光処理装置３０が搬送されてテンプレート１の下方位置から退避されると共に、ウエハＷが載置されたウエハステージ４が、テンプレート１の下方位置に移動され、当該ウエハＷに対するパターン形成が実行される。

以上において、紫外線透過窓１１とテンプレート１との間の間隙に流通される冷却用ガスの流量は、例えば１００〜１０００Ｌ／ｍｉｎであり、冷却用ガスの温度は、例えば１０〜３５℃である。
また、テンプレート１に対する紫外線の照射時間は、例えば３〜３６００秒間である。

上記の光処理装置３０によれば、筐体１０の紫外線透過窓１１の周囲に位置されたガス流通口１６を介して紫外線透過窓１１と被処理物であるテンプレート１との間の間隙に冷却用ガスを流通させることにより、紫外線透過窓１１およびテンプレート１が冷却されるため、紫外線の照射および紫外線透過窓１１からの輻射熱によってテンプレート１の温度が上昇することを確実に抑制しながら、当該当該テンプレート１の紫外線照射処理を行うことができる。
また、エキシマランプ２０は、放電容器２１における高電圧側電極２２が配置された一面が、紫外線透過窓１１と対向するよう配置されているため、放電容器２１におけるアース側電極２３が配置された他面と筐体１０の内面との間の離間距離が小さくても、エキシマランプ２０と筐体１０との間に外部放電が生じることがなく、従って、筐体１０の厚みを小さくすることができると共に、紫外線が放射れる放電容器２１の一面と紫外線透過窓１１との間の離間距離を大きくすることができるので、紫外線透過窓１１の温度上昇を一層抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
（１）本発明においては、ガス流通口１６は、紫外線透過窓１１の周囲に位置されていればよく、具体的なガス流路部材１５の配置位置およびガス流通口１６の形成位置は、被処理物であるテンプレート１およびこれを保持するテンプレート保持機構２の寸法に応じて適宜変更することができる。
例えば図１〜図３に示す光処理装置は、テンプレート保持機構２の幅（図３において左右方向の大きさ）が、筐体１０の幅より大きい場合の例であるが、テンプレート保持機構２の幅が筐体１０の幅が同等である場合には、図９に示すように、ガス流路部材１５として、その一側面の中央位置において筒軸方向に沿って並ぶよう複数のガス流通口１６が形成されたものを用い、当該ガス流路部材１５の各々の一側面が、そのガス流通口１６が形成された中央位置より上側の領域を除いて筐体１０の側面に接するよう配置されていてもよい。
また、テンプレート保持機構２の幅が筐体１０の幅より小さい場合には、図１０に示すように、ガス流路部材１５として、その下面において筒軸方向に沿って並ぶよう複数のガス流通口１６が形成されたものを用い、当該ガス流路部材１５が、筐体１０の上面における両側縁に沿って、当該筐体１０の上面から上方に離間して配置されていてもよい。
更に、テンプレート保持機構２の幅が筐体１０の幅より大きい場合には、図１１に示すように、ガス流路部材１５を筐体１０内の上部内面に配置し、ガス流路部材１５の内部から筐体１０の上面に伸びるガス流通路１４を介して、当該筐体１０の上面における紫外線透過窓１１の周囲に形成されたガス流通口１６から冷却用ガスを放出させることにより、紫外線透過窓１１とテンプレート１との間の間隙に冷却用ガスを流通させる構成であってもよい。

（２）ガス流路部材１５は、冷却用ガス供給機構の代わりに冷却用ガス吸気機構に接続されていてもよい。このような構成においては、冷却用ガス吸気機構を作動させることにより、図１２に示すように、ガス流路部材１５に形成されたガス流通口１６に、その周囲に存在する冷却用ガスＧ２が吸引される結果、冷却用ガスが紫外線透過窓１１とテンプレート１との間の間隙に流通される。
また、一方のガス流路部材１５が冷却用ガス供給機構に接続され、他方のガス流路部材１５が冷却用ガス吸気機構に接続されていてもよい。
（３）本発明の光処理装置の処理対象は、ナノインプレート装置におけるテンプレートに限定されず、紫外線照射処理が必要とされる種々のものに適用することができる。

〈実施例１〉
図１〜図３の構成に従い、下記の仕様の光処理装置を作製した。
［筐体］
ランプ収容室の寸法が１００ｍｍ×２５０ｍｍ×８０ｍｍであり、紫外線透過窓は、石英ガラス製で、その縦横の寸法が６０ｍｍ×６０ｍｍ、厚みが４ｍｍである。
［ガス流路部材］
内部の縦横の寸法が８ｍｍ×１７ｍｍ、長さが２００ｍｍであり、それぞれ直径が２ｍｍの円形の８個のガス流通口が、２０ｍｍのピッチで形成されている。
［エキシマランプ］
放電容器の材質は石英ガラスで、その内部にキセノンガスが封入され、発光長が５０ｍｍ、発光幅が４５ｍｍ、出力が１５Ｗのものである。
また、このエキシマランプは、筐体内において、放電容器における高電圧側電極が配置された一面が紫外線透過窓と対向するよう配置されており、当該エキシマランプと当該紫外線透過窓との間の離間距離が３０ｍｍである。

被処理物として、パターン面におけるパターン領域の寸法が５３ｍｍ×５３ｍｍで、厚みが５ｍｍの石英ガラスよりなるテンプレートを作製した。
このテンプレートのパターン面に、紫外線透過窓がナノインプリント装置におけるテンプレートのパターン面に１ｍｍの間隙を介して対向するよう、上記の光処理装置を配置すると共に、紫外線透過窓およびテンプレートの各々に温度測定用のＫ熱電対を取り付けた。次いで、ガス流路部材に接続されたガス供給機構を作動させることにより、ガス流通口を介して紫外線透過窓とテンプレートとの間の間隙に冷却用ガスである２５℃の空気を流通させながら、エキシマランプを点灯させることにより、テンプレートの紫外線照射処理を行った。ここで、紫外線透過窓とテンプレートとの間の間隙に流通する冷却用ガスの流量は、２００Ｌ／ｍｉｎである。
そして、テンプレートに対する紫外線照射処理時間と、テンプレートおよび紫外線透過窓の上昇温度との関係を調べた。結果を図１３に示す。

〈比較例１〉
実施例１で作製した光処理装置を用い、紫外線透過窓とテンプレートとの間の間隙に冷却用ガスを流通させなかったこと以外は同様にして、テンプレートの紫外線照射処理を行い、テンプレートに対する紫外線照射処理時間と、テンプレートおよび紫外線透過窓の温度上昇との関係を調べた。結果を図１３に示す。

図１３において、Ａ１は実施例１における紫外線透過窓の温度上昇曲線、Ａ２は実施例１におけるテンプレートの温度上昇曲線、Ｂ１は比較例１における紫外線透過窓の温度上昇曲線、Ｂ２は比較例１におけるテンプレートの温度上昇曲線を示す。
図１３から明らかなように、実施例１に係る光処理装置によれば、被処理物の温度上昇を抑制しながら紫外線照射処理を行うことができることが確認された。

１ テンプレート
２ テンプレート保持機構
３ チャンバー
４ ウエハステージ
４ａ ウエハチャック
５ 塗布手段
６ 加圧機構
７ 除振台
８ ステージ定盤
９ 紫外線光源
１０ 筐体
１１ 紫外線透過窓
１２ 隔壁
１３ 固定板
１４ ガス流通路
１５ ガス流路部材
１５ａ 上縁部
１６ ガス流通口
１７ 冷却用ガス流通管
１８ パージ用ガス流通管
２０ エキシマランプ
２１ 放電容器
２２ 高電圧側電極
２３ アース側電極
２４ 口金
２５ 昇圧トランス
３０ 光処理装置
３５ 搬送アーム
Ｇ１，Ｇ２ 冷却用ガス
Ｓ 放電空間
Ｓ１ ランプ収容室
Ｓ２ 回路室
Ｗ ウエハ

Claims (4)

1. 紫外線透過窓を有する筐体と、この筐体内に配置されたエキシマランプとを具えてなる光処理装置であって、
   前記紫外線透過窓の周囲に、冷却用ガス供給機構または冷却用ガス吸気機構に接続されるガス流通口を有することを特徴とする光処理装置。
2. 紫外線透過窓を有する筐体と、この筐体内に配置されたエキシマランプとを具えてなり、前記紫外線透過窓がナノインプリント装置におけるテンプレートのパターン面に間隙を介して対向するよう配置される光処理装置であって、
   前記紫外線透過窓の周囲に、冷却用ガス供給機構または冷却用ガス吸気機構に接続されるガス流通口を有し、このガス流通口を介して前記紫外線透過窓と前記テンプレートとの間の間隙に冷却用ガスを流通させることを特徴とする光処理装置。
3. 前記エキシマランプは、全体が扁平な板状の放電容器と、この放電容器の一面に配置された高電圧側電極と、当該放電容器の他面に配置されたアース側電極とを有し、前記放電容器における前記高電圧側電極が配置された一面が、前記紫外線透過窓と対向するよう配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光処理装置。
4. 紫外線透過窓を有する筐体と、この筐体内に配置されたエキシマランプとを具えてなる光処理装置を、当該紫外線透過窓がナノインプリント装置におけるテンプレートのパターン面に間隙を介して対向するよう配置し、
   前記紫外線透過窓の周囲に設けられた、冷却用ガス供給機構または冷却用ガス吸気機構に接続されたガス流通口を介して前記紫外線透過窓と前記テンプレートとの間の間隙に冷却用ガスを流通させながら、当該テンプレートに紫外線を照射することを特徴とする光処理方法。

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