JP2014235965A - 光源装置およびこの光源装置を搭載した光照射装置並びにこの光照射装置を用いた自己組織化単分子膜のパターンニング方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、VUVにおいて特に波長180nm以下の波長域の光は、高速な表面改質(例えば、アッシング)などが実現可能であることが知られている。
上記したVUVを放出するランプは、一般的に発光部の長さ、即ち発光長が長い。例えば、低圧水銀ランプ(ウシオ電機株式会社製UL0−6DQ)は、発光長が10cmである。また、例えば、キセノンエキシマランプを内蔵するエキシマ光ユニット(ウシオ電機株式会社製SUS06)は、発光長は10cmである。
すなわち、該一対の電極の電極間距離が12.5mm以下で、該発光管内にキセノンガスを含むガスが封入され、封入ガスが2乃至8atm(2.03×105乃至8.10×105Pa)であるフラッシュランプに、放電開始から電流値がピーク値に達するまでの時間が8μs以下であり、上記ピーク値に達したときの電流値が1500A以上である電流を供給することにより、実用上十分な強度の真空紫外光を得ることができることが分かった。
ここで、上記フラッシュランプを、マスクを用いた微細な選択的表面改質(パターニング)のランプとして使用するには前述したように平行光もしくは略平行光が必要となる。
このため、本発明においては、上記フラッシュランプと、該フラッシュランプに電力を供給する給電手段とから真空紫外光光源装置を構成し、該光源装置を構成する上記フラッシュランプをランプハウジング内に設置し、上記ランプハウジング内にはフラッシュランプから放出される光を一方向に平行光として出射させる放物面ミラーと、放物面ミラーから出射した平行光を透過する光透過性窓部とを配置する。また、上記ランプハウジングに、不活性ガスを導入するガス導入口とランプハウジング内のガスを排気する排気口を設け、ハウジング内を不活性ガスでパージする。
これにより、真空紫外光を平行光として光源装置から出射させることができ、また、上記不活性ガスのパージにより酸素による真空紫外光の吸収減衰を防止することができる。
また、上記放物面ミラーの本体を真空紫外透過性材料から構成し、その光反射面の裏面側に真空紫外光を反射する金属酸化膜からなる誘電体多層膜を設けたり、上記ハウジング内に上記反射ミラーから出射する光を反射する平面ミラーを設け、該平面ミラーへの本体を真空紫外透過性材料から構成し、このミラーの光反射面の裏面側に真空紫外光を反射する金属酸化膜からなる誘電体多層膜が設けることにより、不所望な波長域の光を透過除去させることもできる。また、上記光反射面の裏面側を、酸素を含む雰囲気とすることにより、これらミラーが高温になっても上記誘電体多層膜の還元による特性劣化を防ぐことができる。
また、上記光源装置を用いて、マスクを用いた微細な選択的表面のパターニングを行うための光照射装置を構成することもできる。
さらに、上記光照射装置を用いて、ワーク上に形成されている自己組織化単分子膜に対し、マスクを介して真空紫外光を照射し、自己組織化単分子膜のパターニングを行うこともできる。
(1)真空紫外光透過性材料からなる発光管とこの発光管内に配置された互いに対向する一対の電極とを備え、該一対の電極の電極間距離が12.5mm以下であって、該発光管内にはキセノンガスを含むガスが封入されていて、封入ガスが2乃至8atmであるフラッシュランプと、該フラッシュランプに電力を供給する給電手段とからなり、真空紫外光を含む光を放出する真空紫外光光源装置において、上記フラッシュランプ発光時に、上記給電手段からフラッシュランプに供給される電流を、放電開始から電流値がピーク値に達するまでの時間が8μs以下、上記ピーク値に達したときの電流値が1500A以上となるようにする。
(2)上記(1)の光源装置において、フラッシュランプをランプハウジング内に設置し、このランプハウジング内には更にフラッシュランプから放出される光を一方向に平行光として出射させる放物面ミラーと、放物面ミラーから出射した平行光を透過する光透過性窓部とを配置する。そして、上記ランプハウジングに、不活性ガスを導入するガス導入口とランプハウジング内のガスを排気する排気口を設ける。
(3)上記(2)において、放物面ミラーの本体を真空紫外透過性材料から構成し、上記放物面ミラーの光入射面の裏面側に、真空紫外光を反射する金属酸化膜からなる誘電体多層膜を設け、該光入射面の裏面側を酸素を含む雰囲気とする。
(4)上記(2)において、ランプハウジング内に、上記放物面ミラーから出射される平行光の光路を折り返す平面ミラーを設け、上記光透光性窓部は平面ミラーにより折り返された平行光を透過する位置に配置する。
(5)上記(4)において、放物面ミラーの光反射面にアルミニウム反射膜を構成し、上記平面ミラーの本体を真空紫外透過性材料から構成し、上記平面ミラーの光入射面の裏面側に真空紫外光を反射する金属酸化膜からなる誘電体多層膜を設け、該反射面の裏面側は酸素を含む雰囲気とする。
(6)マスクとワークに対して略垂直に平行真空紫外光を照射する請求項2、請求項3、請求項4、請求項5のいずれか1項に記載の光源装置と、上記マスクを保持するマスクステージ部と、上記ワークを保持するワークステージおよびこのワークステージを回転および水平垂直方向に移動させる移動機構とからなるワークステージ部と、上記ワークとマスクとを近接させて保持し、上記ワークとマスクとの間に間隙を設定可能な間隙設定機構と、上記各機構を制御する制御部と、上記光源装置の光透過性窓部から上記ワークステージ部までの光路を包囲する包囲部材とから光照射装置を構成し、上記包囲部材の内部を、不活性ガスにより酸素をパージする。
ことを特徴とする光照射装置。
(7)上記(6)の光照射装置を用いて、ワーク上に形成されている自己組織化単分子膜に対しマスクを介して真空紫外光を照射して、自己組織化単分子膜をパターニングする。
(1)発光管内に、電極間距離が12.5mm以下の一対の電極を設け、該発光管内に2乃至8atmのキセノンガスを含むガスを封入したフラッシュランプを用い、該フラッシュランプに、給電手段から、放電開始から電流値がピーク値に達するまでの時間が8μs以下、ピーク値に達したときの電流値が1500A以上となる電流を流すようにしたので、放電によって生成されるキセノンガスのプラズマ温度を高温とすることができ、強度の高い真空紫外光を放出させることができる。
(2)上記電極間距離の短いフラッシュランプは発光長が短い点光源と見なすことができるので、上記電極間距離の短いフラッシュランプをランプハウジング内に設置し、ランプハウジング内に放物面ミラーを配置することにより、ランプハウジングから平行真空紫外光を出射させることができる。このため、この平行真空紫外光によりマスクを用いた微細な選択的表面改質(パターニング)を行うことが可能となる。
また、上記ランプハウジング内を不活性ガスでパージすることにより、真空紫外光が酸素により吸収減衰するのを防止することができる。
(3)ランプハウジング内に設置した放物面ミラーや平面ミラーの本体を真空紫外透過性材料から構成し、その光入射面の裏面側に真空紫外光を反射する金属酸化膜からなる誘電体多層膜を設けることにより、不所望な波長域の光を透過除去させることもできる。また、上記光入射面の裏面側を、酸素を含む雰囲気とすることにより、これらミラーが高温になっても上記誘電体多層膜の還元による特性劣化を防ぐことができる。
(4)上記フラッシュランプと放物面ミラーからなる光源装置と、マスクを保持するマスクステージ部と、上記ワークを保持するワークステージおよびこのワークステージを回転および水平垂直方向に移動させる移動機構とからなるワークステージ部と、ワークとマスクとを近接させて保持し、上記ワークとマスクとの間に間隙を設定可能な間隙設定機構と、上記各機構を制御する制御部と、上記光源装置の光透過性窓部から上記ワークステージ部までの光路を包囲する包囲部材とから光照射装置を構成し、上記包囲部材の内部を、不活性ガスにより酸素をパージすることにより、マスクを通してワークの特性を変えたい部分のみに平行光の真空紫外光を照射することができ、前記したマスクを用いた微細な選択的表面改質(パターニング)を行うことが可能となる。
(5)上記光照射装置を用いることより、高価かつ大掛かりなエキシマレーザ等を用いることなく、真空紫外光によるワーク上の自己組織化単分子膜に対するパターニングが可能となる。
図1に示すとおり、本発明のフラッシュランプの一例は、発光管内部に配置される一対の電極1a間距離が、発光長が点光源とみなせるほど短く、当該一対の電極1aから伸びる外部リード1cが全て発光管の一方の端部から外部へ突出する構成である。
具体的には、本フラッシュランプ1は、発光管を構成する容器形状の光透過性バルブ1fと、当該光透過性バルブ1fの開口部分(容器形状の開口部分)を封止するステム1eとからなる構造である。すなわち、光透過性バルブ1fの内部はステム1eにより封止された密閉状態となる。
光透過性バルブ1fは、真空紫外光(VUV)を透過する材料からなり、例えば、石英ガラス、サファイアガラスからなる。
発光管である光透過性バルブ1fの内部には、図1の上下方向に対面する一対の電極1aが配置される。また、一対の電極1aの間には、図1の左右方向に対面する一対のトリガ用電極1bが配置される。また、光透過性バルブ1fの内部には、キセノンガスが封入される。
特に、光透過性バルブ内のキセノンガス圧力が3atm、5atm、8atmの場合、波長170nm近傍の光強度が大きくなる。これは、Xeエキシマの発光が大きくなったためと考えられる。
なお、発明者らの調査の結果、光透過性バルブ内のキセノンガス圧力が8atmより上回ると、発光時の内部キセノンガスの膨張により、実用的な発光管の強度を維持することが困難となり破裂などの信頼性が低下することが分かった。
よって、VUVを放出する点光源としてフラッシュランプを採用する場合、光透過性バルブの内部のキセノンガス圧力は8atm以下に設定することが好ましい。
前述したように、SAM膜の光パターニング処理などに有効なのは200nm以下のVUVであり、200nmを超える紫外光、可視光、赤外光領域は前記処理に寄与しないばかりでなく、逆に被照射物(ワーク)の温度の上昇などを引き起こして被照射物にダメージを与える場合があるため少ない方が望ましい。即ち、前記VUV領域のエネルギー比率が大きい方が好適なランプであると言いうことができる。なお、使用したフラッシュランプは、電極間距離3mm、光透過性バルブ1fの内部の圧力が5atm、内部封入ガスがキセノンであるが、電極間距離、内部圧力等が異なっても同様の特性を示すものと考えられる。
具体的には、コンデンサ容量は20μF、回路のインピーダンスは23mΩ、リアクタンスは0.65μHである。
後述する低い回路インピーダンスと回路リアクタンスを実現するため、コンデンサは、ランプハウス内のランプに近い位置に置かれている。
また、放電にかかわるランプとコンデンサの配線距離も極力短く(例えば、30cm以下に)設計されている。
このような高いVUV効率を得るために、前述した低い回路インピーダンスと回路リアクタンスが必要となっている。
また、ランプの電流波形のFWHM(半値全幅)(以下単に電流パルス幅という)は、6μsecであり、電流立上り時間は5μsである。
よって、VUVを放出する点光源として上記したフラッシュランプを使用するには、放電電流が1500A以上となるような動作条件で使用する必要がある。
ここで、真空紫外光の強度が実用上十分な程度に得るためには、電極間距離が12.5mm以下であって、発光管内にはキセノンガスを含むガスが封入されていて、封入ガスが2乃至8atmであることが望ましい。
VUVピーク強度をSAM膜の光パターニング処理などで発生する化学反応が起こるレベル以上に保ったまま、電流立ち上がり時間(放電開始から放電電流がピーク値に到達するまでの時間)を短くすることで1発光あたりのランプへの入力エネルギーを低減できる。ランニングコストを考慮すれば、電流立ち上がり時間を8μs以下にして、高速繰り返し発光させることでVUV積算量が確保され、ワークへのダメージの低減、さらにはフラッシュランプへの負荷の低減により、フラッシュランプ寿命の長寿命化が期待できる。
ランプハウジング3の中にフラッシュランプ1と放物面ミラー2が配置されている。フラッシュランプ1から延びるリード線(外部リード、トリガ用外部リード)は不図示のランプ電源である給電手段に接続されている。フラッシュランプ1は電極間距離が3mm、キセノンガス圧力5atmに設定されている。
なお必要に応じて、光透過性窓部4の材質としては、石英より短波長の透過率が良いサファイヤガラスやフッ化カルシウム、フッ化マグネシウムを使うこともできる。
非照射物の耐熱温度などの制約でこの長波長領域を減衰させる必要がある場合は、前記放物面ミラー2において、当該放物面ミラー2の内面(光反射面)へのアルミニウム蒸着に代えて、前記内面に誘電体を多層に蒸着させて構築した誘電体多層膜ミラーを使用する。誘電体多層膜ミラーは所望の波長域を反射させて不所望の波長域を透過除去する能力がある。
同図において、前記図7、図8等に示した真空紫外光光源装置10から放射されるVUVは平行光であり、マスクMに入射する。図10に示すマスクMは、例えば、ガラス等の透明基板上にクロム等の金属を蒸着・エッチングしてパターンを形成したものであり、マスクMを通してVUVをワークに照射する。
Wはワークであり、マスクMとワークWは約100μm程度離して配置されており、その間に酸素を含む気体層が形成されている。また、ワークWはワークステージ15上に載置され、例えば真空チャック等の手段によりワークステージ15に固定されている。
18は制御部であり、制御部18は、プロセッサ等から構成され、マスクステージ移動機構14とワークステージ移動機構16によりマスクMとワークWの位置を制御するとともに間隙設定機構13を制御し、また、光源装置10を制御する。
閉空間となった場合の包囲部材19内部は、包囲部材19に設けたガス導入口3aからN2ガスなどの不活性ガスを導入してパージすることができる。これは、光源装置10から放出されるVUVが酸素による吸収減衰を激しく受けるためであり、ランプハウジング3内をN2ガスなどの不活性ガスでパージすることによりVUVの酸素による吸収減衰を防止することができる。包囲部材19内部に導入されたN2ガスなどの不活性ガスは、包囲部材19に設けた排気口3dから排気される。
なお、上記説明では、ワークステージ15をZ方向に移動させて間隙を設定する場合について説明したが、ベース11をZ方向に移動させる手段を設け、ベース11を移動させて間隙を設定することもできる。また、間隙設定機構をワークステージ15とワークW間に設けることも可能である。
光源装置10における放物面ミラー2を楕円集光ミラーとし、当該楕円集光ミラーの第1焦点に上記したフラッシュランプ1の発光部を配置する。また、石英窓部4から放出される光が集光される第2焦点にインテグレータを配置し、インテグレータからの光をコリメータレンズもしくはコリメータミラーで平行光にしてマスクMに照射する。
なお、インテグレータやコリメータレンズもしくはコリメータミラーは、光源装置10から放出されワークWに照射される光が進行する光路上にあるので、これらも包囲部材19の内部に収容される。
1a 電極
1b トリガ用電極
1c 外部リード
1d トリガ用外部リード
1e ステム
1f 光透過性バルブ
1g 石英ガラス管
1h 封止部
2 放物面ミラー
2a 石英ガラス
2b 誘電体多層膜
2d 耐熱ガラス
2e アルミニウム膜
3 ランプハウジング
3a ガス導入口
3b 空気導入口
3c 排気口
3d 排気口
4 石英窓部
5 平面ミラー
5a 石英ガラス
5b 誘電体多層膜
6 給電手段
10 真空紫外光光源装置
11 ベース
12 マスクステージ
13 間隙設定機構
14 マスクステージ移動機構
15 ワークステージ
16 ワークステージ移動機構
17 アライメント顕微鏡
17a 光源
17b CCD
18 制御部
M マスク
W ワーク
Claims (7)
- 真空紫外光透過性材料からなる発光管とこの発光管内に配置された互いに対向する一対の電極とを備え、該一対の電極の電極間距離が12.5mm以下であって、該発光管内にはキセノンガスを含むガスが封入されていて、封入ガスが2乃至8atmであるフラッシュランプと、該フラッシュランプに電力を供給する給電手段とからなり、真空紫外光を含む光を放出する真空紫外光光源装置であって、
上記フラッシュランプ発光時において、上記給電手段からフラッシュランプに供給される電流は、放電開始から電流値がピーク値に達するまでの時間が8μs以下であり、上記ピーク値に達したときの電流値が1500A以上である
ことを特徴とする光源装置。 - 上記光源装置において、フラッシュランプはランプハウジング内に設置され、
上記ランプハウジング内には更にフラッシュランプから放出される光を一方向に平行光として出射させる放物面ミラーと、放物面ミラーから出射した平行光を透過する光透過性窓部とが配置されており、
上記ランプハウジングには、不活性ガスを導入するガス導入口とランプハウジング内のガスを排気する排気口が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 上記放物面ミラーの本体は真空紫外透過性材料から構成されていて、
上記放物面ミラーの光入射面の裏面側には真空紫外光を反射する金属酸化膜からなる誘電体多層膜が設けられ、該光入射面の裏面側は酸素を含む雰囲気とされている
ことを特徴とする請求項2に記載の光源装置。 - 上記ランプハウジング内には、上記放物面ミラーから出射される平行光の光路を折り返す平面ミラーが設けられ、
上記光透光性窓部は平面ミラーにより折り返された平行光を透過する位置に配置されている
ことを特徴とする請求項2に記載の光源装置。 - 上記放物面ミラーの光反射面にはアルミニウム反射膜が構成され、
上記平面ミラーの本体は真空紫外透過性材料から構成されていて、
上記平面ミラーの光入射面の裏面側には真空紫外光を反射する金属酸化膜からなる誘電体多層膜が設けられ、該入射面の裏面側は酸素を含む雰囲気とされている
ことを特徴とする請求項4に記載の光源装置。 - マスクとワークに対して略垂直に平行真空紫外光を照射する請求項2、請求項3、請求項4、請求項5のいずれか1項に記載の光源装置と、
上記マスクを保持するマスクステージ部と、
上記ワークを保持するワークステージおよびこのワークステージを回転および水平垂直方向に移動させる移動機構とからなるワークステージ部と、
上記ワークとマスクとを近接させて保持し、上記ワークとマスクとの間に間隙を設定可能な間隙設定機構と、
上記各機構を制御する制御部と
上記光源装置の光透過性窓部から上記ワークステージ部までの光路を包囲する包囲部材とを備えてなり、
上記包囲部材の内部は、不活性ガスにより酸素がパージされている
ことを特徴とする光照射装置。 - 請求項6に記載の光照射装置を用いて、ワーク上に形成されている自己組織化単分子膜に対し、マスクを介して真空紫外光を照射する
ことを特徴とする自己組織化単分子膜のパターニング方法。
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