JP2015126044A - 真空紫外光照射処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空紫外光を減衰させることなくワークに照射可能であって、構造が簡便、かつ、実用的な真空紫外光照射処理装置を提供すること。
【解決手段】フラッシュランプ１からの真空紫外光は放物面ミラー２により平行光にされ、石英窓部４から処理チャンバ５に放射される。処理チャンバ５は、マスク６によってマスク上部空間Ａとワーク処理空間Ｂとに気密に分割され、マスク上部空間Ａは通過孔３ｃによりランプハウジング３内部と連通される。第１のガス導入口３ａから導入されフラッシュランプ１等を冷却した不活性ガスは第１の排気口３ｂから排気されるとともに、通過孔３ｃを通過してマスク上部空間Ａに導入され、大気をパージして第２の排気口５ａより排気される。これによりランプハウジング３とマスク上部空間Ａへの不活性ガスパージを共通のガス供給・排気系を用いて同時に行うことが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空紫外光を放出する光源を搭載した真空紫外光照射処理装置に関するものである。

半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、露光用光源の短波長化が進められてきた。現在は、波長１９３ｎｍの真空紫外（以下、ＶＵＶともいう）光を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が露光用光源として採用されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を搭載した露光装置は、レーザ光を平行光にして縮小投影露光を行う投影露光システムを採用している。

近年、波長２００ｎｍ以下のＶＵＶ光は、半導体露光以外の様々な分野でも用いられている。例えば、フォトレジストによるパターン形成工程を用いずに、ＶＵＶとマスクを用いて、直接光で化学反応を引き起こして自己組織化単分子膜（以下、ＳＡＭ膜）をパターニングする技術が開発されている。非特許文献１には、ＶＵＶを用いて、特定の官能基には依存しないＳＡＭ膜の光パターニング処理が可能であることが開示されている。具体的には、有機物からなる汚染物質を除去するのに使用される波長１７２ｎｍのエキシマランプを露光用光源として用いている。ＳＡＭ膜のＶＵＶによる酸化分解除去反応に着目した方法であり、多種多様なＳＡＭ膜の光マイクロ加工への展開が期待できる。
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。

真空紫外光光源（以下、ＶＵＶ光源ともいう）としては、従来、波長１８５ｎｍに輝線を有する低圧水銀ランプが使用されてきた。また近年は、上記したように、波長１７２ｎｍの光を放出するキセノンエキシマランプがＶＵＶ光源として用いられる例が多い。
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。

一般的に、ＶＵＶ光を放出するＶＵＶ光源装置に搭載されるＶＵＶランプは、発光長が比較的長い。また、このようなＶＵＶランプから放出されるＶＵＶ光は発散光となる。発散光の場合、投影露光を行うことは難しく、コンタクト露光やプロキシミティ露光を行うことになる。この場合、被照射物への露光は、発散光の回り込みの影響で、解像可能なパターンサイズは、ラインパターン幅にして１００μｍ程度が限界となる。

上記したＳＡＭ膜のパターニングにおいても、パターン線幅の微細化が求められてきている。この微細化の要請に対応するには、半導体露光に用いられるエキシマレーザ露光装置を使用することが考えられる。しかしながらエキシマレーザ装置やエキシマレーザ露光装置は高価であり、既に量産段階にある半導体露光以外に使用するには、ＣＯＯ（ｃｏｓｔｏｆ ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ）の観点からは実際的ではない。言い換えると、エキシマレーザ装置は、ＣＯＯに見合う産業分野での利用に限られている。

エキシマレーザ露光装置の前の世代の露光用光源としては、点光源である紫外線ランプが用いられてきた。
微細なパターニングを行うのに必要とされる平行光もしくは略平行光を得るために、例えば、特許文献１のように、点光源（ランプ）、集光鏡、コリメータレンズを用いた紫外線照射装置が使用されていた。ＶＵＶを放出するＶＵＶランプが点光源であれば、上記した紫外線照射装置に組み込むことにより、ＶＵＶ光であって、平行光もしくは略平行光である光を取出す光照射装置が実現できる。上記した平行光もしくは略平行光を用いて、照明光学系を構築し、光の回り込みの少ない露光を実施することにより、パターンサイズ数μｍ以下のパターニングを実現することが可能となる。このような光源装置は、エキシマレーザ装置よりも安価であり、ＣＯＯの観点からも実際的な光源装置となる。

発明者らは、先に発光長が１２．５ｍｍ以下であって、ＶＵＶ領域の光強度が強いＶＵＶフラッシュランプ（以下、ＶＵＶショートアークフラッシュランプ：ＶＵＶ−ＳＦＬとも言う）とランプへの給電装置とを含む光源装置を提案した。この光源装置を従来の紫外線照射装置に組み込むことにより、ＶＵＶ光であって、平行光もしくは略平行光である光を取出す光照射装置が実現することが可能となった。

図６は、ＶＵＶ−ＳＦＬを従来の紫外線照射処理装置に組み込んだ構造例を示す。
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。図示を省略したフラッシュランプ１へ電力、始動用トリガパルスを供給するための給電線を介して、エネルギーが充電されるコンデンサ、昇圧トランスを含む電源部１３と始動用トリガパルスを発生するトリガ回路部１２と電源部１３のコンデンサを充電する充電器を含む給電手段に接続されている。なお図６では充電器は省略されている。

フラッシュランプ１は、その発光部（電極間のショートアーク発生部）の位置が放物面ミラー２の焦点の位置に略一致するように、配置されている。フラッシュランプ１から放射された光は放物面ミラー２により平行光にされた後に石英窓部４からランプハウジング３外へ放射される。フラッシュランプ１から放射された光を透過する光透過性窓部は、例えば、ＶＵＶ光に対し高い透過率を有する合成石英で作られている石英窓部４として構成される。なお必要に応じて、光透過性窓部の材質としては、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。

石英窓部４はランプハウジング３と気密に組み立てられており、ランプハウジング３内部はランプハウジング３に設けた第１のガス導入口３ａからＮ_２ガスなどの不活性ガスを導入してパージされる。従来の紫外線照射装置の場合、ランプハウジング３内のランプ等を冷却するためのパージガスとしては空気が用いられる。しかし、ＶＵＶの場合、空気中の酸素による吸収のため、ＶＵＶ強度が著しく減衰する。
また、ＶＵＶ光が大気中の酸素に吸収されることにより、ＶＵＶ光路内でオゾンが発生する。オゾンは反応性の高いガスであり、ランプハウジング３内の構成要素（例えば、給電手段）にダメージを与える。例えば、オゾンにより、給電線（配線部材）やトリガ基板、コンデンサなどの電子部品の酸化劣化が発生する。
また、ランプハウジング３外にパージガスを排気する場合は、パージガス中にオゾンが含まれるのでオゾンフィルタを設ける必要がある。

よって、ランプハウジング内をＮ_２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可能となる。また、オゾン発生が抑制され、ランプハウジング３内の構成要素にダメージを与えることもなく、ランプハウジング３外にパージガスを排出する際、オゾンフィルタを設ける必要もない。
ランプハウジング３内部に導入されたＮ_２ガスなどの不活性ガスは、給電手段（電源部、トリガ回路部）、フラッシュランプ１や放物面ミラー２を冷却した後ランプハウジング３に設けた第１の排気口３ｂから排気される。

放物面ミラー２の内面（光反射面）にはアルミニウムが蒸着され、アルミニウム反射膜が構成されている。アルミニウムはＶＵＶを効率よく反射する特性を有するためミラーの材質として好適である。

ランプハウジング３からＶＵＶ光が取り出される石英窓部４の下部には、ＶＵＶ光が照射されるワークＷを保持する処理チャンバ５が設けられる。処理チャンバ５内には、その底面にワークＷを保持するワークステージ７が設けられる。また、上記したように、ワーク表面にＳＡＭ膜が施されていて、当該ＳＡＭ膜をパターニングする場合、ワークＷと石英窓部４との間にワーク表面への転写パターンが施されているマスク６が設けられる。

上記したように、ＶＵＶ光は空気中の酸素により吸収され強度が減衰するので、石英窓部４とマスク６との間の空間は、Ｎ_２ガス等の不活性ガスでパージする必要がある。一方、表面にＳＡＭ膜等のパターンニング処理層が設けられているワークＷのパターニング処理は、マスク６を透過したＶＵＶ光が照射されることにより行われるが、パターンニング処理層によっては、処理層表面近傍に酸素が存在すると、パターニング速度が増大することもある。
すなわち、マスク６とワークＷとの間の空間は、必ずしもＮ_２ガス等の不活性ガス雰囲気にすべきというわけではなく、ワーク上のパターニング処理層の材質に応じて、適宜、表面でのＶＵＶ光強度の減少が顕著にならない程度に酸素を含有する雰囲気にすることにより、ワークの処理表面において、適切な濃度の活性酸素が発生し、ＶＵＶがワーク処理表面に対して効果的に作用する。

よって、ワークＷを処理する処理チャンバ５内部は、マスク６によって、石英窓部４とマスク６との間の空間であるマスク上部空間Ａと、マスク６下面のワークが設置されるワーク処理空間Ｂとに分割される。そして、マスク上部空間Ａとワーク処理空間Ｂとは、互いに相違する雰囲気となるように、それぞれパージされる。
図６では、マスク上部空間Ａは第３のガス導入口５ｄから導入され、第２の排気口５ａから排気されるＮ_２ガス等の不活性ガスでパージされ、ワーク処理空間Ｂは、第２のガス導入口５ｂから導入され、第３の排気口５ｃから排気される窒素と酸素からなる混合ガスによりパージされる例が示されている。

特開平６−９７０４８号公報

杉村博之「有機単分子膜の光マイクロ加工」、真空、日本真空境界、Ｖｏｌ．４８．Ｎｏ．９ ５０６-５１０ページ（２００５年）

以上のように、ＶＵＶショートアークフラッシュランプ（ＶＵＶ−ＳＦＬ）を従来の紫外線照射処理装置に組み込んだ場合、ＶＵＶ光が空気中の酸素に吸収されＶＵＶ光の強度が減衰したり、オゾンが発生してこのオゾンによりランプハウジング内の構成要素がダメージを受けるといった不具合を防止するために、ランプハウジング３内をＮ_２ガス等の不活性ガスでパージする必要があるとともに、処理チャンバ５内でＶＵＶ光によるワークのパターニング処理を行う場合は、露光パターンが施されたマスク６で処理チャンバを２つに区分して、ランプハウジング３のＶＵＶ光取り出し部である石英窓部４とマスク６上面との間の空間であるマスク上部空間ＡもＶＵＶの酸素による減衰を防止するためにＮ_２ガス等の不活性ガスでパージする必要がある。また、処理チャンバ５において、マスク６下面のワークＷが設置されるワーク処理空間Ｂは、パターンニング処理に適した雰囲気となるように、例えば、窒素と酸素からなる混合ガスによりパージされる。

すなわち、ＶＵＶ−ＳＦＬを使用する紫外線照射処理装置においては、ランプハウジング３内、マスク上部空間Ａ、ワーク処理空間Ｂを個別にガスパージする必要があり、構成が煩雑となる。
また、ランプハウジング３内は、給電手段、放物面ミラー２、ＶＵＶ−ＳＦＬ１と内包する構成要素が多いので、比較的大きくなる。この空間内から酸素をパージする場合、Ｎ_２ガス等の不活性ガスをランプハウジング内に流入して上記ランプハウジング内から酸素がパージされるまで時間がかかる。また、当然ながら、ランプハウジング内に外部空間から酸素を含む空気が流入しないようにするために、上記ランプハウジングは大掛かりな密閉構造が必要となる。
さらには、ＶＵＶ光は波長が短い分エネルギーが大きく、紫外線照射処理装置内の不所望な部分にＶＵＶ光が照射されると、被照射部分の劣化が発生する可能性もある。

そこで、以上のような問題点を解決することができ、エキシマレーザなどの高額な装置を使用せずにＶＵＶの平行光を照射することができる安価な真空紫外光照射処理装置が望まれる。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その課題は、ＶＵＶ光を減衰させることなくワークに照射可能であって、構造が簡便、かつ、実用的な真空紫外光照射処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明においては、真空紫外光が照射されるワークとマスクを保持する処理チャンバを、マスクによって２つの空間に気密に分割する。すなわち、ランプハウジングに設けられた真空紫外光を出射する石英窓部とマスクとの間の空間であるマスク上部空間Ａと、マスク下面のワーク設置される空間であるワーク処理空間Ｂとに気密に分割する。そして、ランプハウジング内部と上記マスク上部空間Ａとを空間的に連結する通過孔を設ける。
ランプハウジング内に導入され、フラッシュランプや放物面ミラーを冷却した不活性ガスは、ランプハウジングに設けた第１の排気口から排気されるとともに、一部は上記通過孔を通過して処理チャンバのマスク上部空間Ａに導入され、ここから大気をパージしてマスク上部空間Ａに設けられた第２の排気口より排気される。
また、ワーク処理空間Ｂには、第２のガス導入口より酸素を含有するガスが導入され、当該ガスによりワーク処理空間Ｂがパージされ、第３のガス排気口より排気される。
このような構成とすることで、ランプハウジング３とマスク上部空間Ａへの不活性ガスパージを共通の１系統のガス供給・排気系を用いて同時に行うことが可能となり、装置の構成を簡略化することができる。
また、上記ランプハウジング内に、放物面ミラーの少なくとも一部、ショートアークフラッシュランプの発光部、通過孔の開口部、石英窓部等を内包するパージボックスを設け、このパージボックス内に不活性ガスを供給し、このパージボックスから不活性ガスをランプハウジング内の空間に供給するとともに、上記通過孔を介してマスク上部空間Ａに供給するように構成してもよい。
このように構成することで、真空紫外光の光路を含む上記パージボックスから、短時間で不活性ガスにより酸素をパージすることが可能となる。
また、パージボックス内に不活性ガスを導入してその内部をパージした後、パージボックスからランプハウジング内の空間に不活性ガスを供給しているので、パージボックスの外部の空間に存在する酸素を含むガス（空気）がパージボックス内部に侵入することはなく、パージボックス内の密閉性が確保されていれば、比較的大型となるランプハウジングの密閉構造は、簡易構造とすることが可能となる。
また、上記ショートフラッシュランプから放出される光を遮光する遮光板を、上記通過孔の上部に通過孔の開口面と間隙を介して配置することにより、処理チャンバ内の不所望な場所へのＶＵＶ光の照射が防止され、真空紫外光が照射されることにより発生する照射部分の劣化が抑制される。

以上に基づき、本発明においては、以下のようにして前記課題を解決する。
（１）少なくとも真空紫外光を含む光を放出するショートアークフラッシュランプと、上記ショート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が内部に配置され、内部に不活性ガスが供給されるガス導入口を備えるランプハウジングと、ランプハウジングに備え付けられた、上記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、上記光透過性窓部を通過した平行光が照射されるマスクと、マスクを介して上記平行光が照射されるワークと、上記ワークを保持するワークステージとが内部に配置された処理チャンバとからなる真空紫外光照射処理装置であって、処理チャンバの内部が、マスクによって、マスクの上面と上記光透過性窓部の光出射面とを含む面により包囲されるマスク上部空間と、マスクの下面側であってワークおよびワークステージが配置されるワーク処理空間とに気密に分割され、ワーク処理空間にワーク処理用ガスが供給される真空紫外光照射処理装置において、ランプハウジング内部とマスク上部空間とを空間的に接続する通過孔を１つ以上設け、上記マスク上部空間には、ランプハウジング内に供給される不活性ガスが上記通過孔を通過したあと外部に排気されるガス排気口を設ける。
（２）真空紫外光を含む光を放出するショートアークフラッシュランプと、上記ショート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、上記ショートフラッシュランプに始動用のトリガパルスおよび電力を供給する給電装置とが内部に配置されるランプハウジングと、ランプハウジングに備え付けられた、上記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、上記光透過性窓部を通過した平行光が照射されるマスクと、マスクを介して上記平行光が照射されるワークと、上記ワークを保持するワークステージとが内部に配置された処理チャンバとからなる真空紫外光照射処理装置であって、処理チャンバの内部がマスクによって、マスクの上面と上記光透過性窓部の光出射面とを含む面により包囲されるマスク上部空間と、マスクの下面側であってワークおよびワークステージが配置されるワーク処理空間とに気密に分割されていて、ワーク処理空間はワーク処理用ガスが供給される真空紫外光照射処理装置において、上記ランプハウジング内部とマスク上部空間とを空間的に接続する通過孔を１つ以上設ける。また、上記ランプハウジング内に、上記放物面ミラーの少なくとも一部、上記ショートアークフラッシュランプの発光部、上記通過孔の開口部、石英窓部を内包し、上記ランプハウジングとの間に連通孔を有するパージボックスを設ける。このパージボックスは、ランプハウジングを貫通して挿入された内部に不活性ガスが供給されるガス導入口を有し、このガス導入口より上記パージボックス内に不活性ガスが供給され、上記ガス導入口によりパージボックス内に供給される不活性ガスは、上記連通孔を介してランプハウジング内であって上記パージボックス外の空間に供給されるとともに、上記通過孔を介してマスク上部空間に供給され、ランプハウジング内に供給される不活性ガスは、上記通過孔を通過したあと、上記マスク上部空間に設けられたガス排気口から外部に排気される。
（３）上記（２）において、放物面ミラーの頂部には孔部が形成されていて、上記パージボックスに設けられた上記連通孔は、上記放物面ミラーの頂部に形成された上記孔部（貫通孔とランプ外表面との間の間隙）である。
（４）上記（１）（２）（３）において、ショートフラッシュランプから放出される光を遮光する遮光板を、上記通過孔を光が通過するのを遮るように上記通過孔の上部に通過孔の開口面と間隙を介して配置する。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）点光源である真空紫外ショートアークフラッシュランプと放物面ミラーを搭載しているので、平行光もしくは略平行光である真空紫外光を取出すことが可能となる。また、この平行光もしくは略平行光を用いて、照明光学系を構築し、光の回り込みの少ない露光を実施することにより、パターンサイズで数μｍ以下のパターニングを実現することが可能となり、エキシマレーザ装置よりも安価であり、ＣＯＯの観点からも実際的な真空紫外光照射処理装置を実現することができる。
（２）ランプハウジング内および処理チャンバを含む光路空間が、Ｎ_２ガスなどの不活性ガスによって酸素がパージされているので、酸素による吸収に起因する真空紫外光強度の著しく減衰も抑制される。また、真空紫外光が酸素に吸収されることにより発生するオゾンも生成されないので、ランプハウジング内の構成要素の酸化劣化も生じない。さらに、ランプハウジングの外に排気されるパージガス中にオゾンは含まれないので、別途、オゾンフィルタを設ける必要もなく、装置構成を簡単化することができる。
（３）ランプハウジング内部と処理チャンバのマスク上部空間を空間的に連結する通過孔を設けているので、ランプハウジングとマスク上部空間に対して行われる不活性ガスパージを共通の１系統のガス供給・排気系を用いて同時に行うことが可能となり、装置構成を簡略化することが可能となる。
（４）上記通過孔の上部に遮光板を設けているので、処理チャンバ内の不所望な場所へのＶＵＶ光の照射が防止され、真空紫外光が照射されることにより発生する照射部分の劣化が抑制される。
（５）ランプハウジング内に、ランプ、放物面ミラー、ランプハウジング内部と処理チャンバのマスク上部空間Ａとの間にもうけられた通過孔の開口部、石英窓部を内包するパージボックスを設け、このパージボックスに対してガス導入口からＮ_２ガス等の不活性ガスを供給し、パージボックスの内部から、放物面ミラーの頂部の貫通孔とランプ外表面との間の間隙などの連通孔や、上記通過孔を介して、ランプハウジング内部のパージボックスの外部の空間やマスク上部空間Ａに、Ｎ_２ガス等の不活性ガスを供給するようにするようにしたので、ランプ発光部からの光が石英窓部へ到達するまでの光路、マスク上部空間Ａ内の光路空間から、短時間で不活性ガスにより酸素をパージすることが可能となる。
（６）先にパージボックス内をＮ_２ガス等の不活性ガスによってパージしているので、パージボックスの外部の空間に存在する酸素を含むガス（空気）がパージボックス内部に侵入することはなく、パージボックス内の密閉性が確保されていれば、比較的大型となるランプハウジングの密閉構造は、簡易構造とすることが可能となる。
（７）本発明の真空紫外光照射処理装置は、ワークに対し真空紫外光を平行光として照射することができるので、例えば、ワーク表面に設けられたＳＡＭ膜を直接露光することが可能となり、従来のようにフォトレジストによる現像工程が不要となるため、露光工程を簡略化することができる。

本発明の第１の実施の形態である真空紫外光照射処理装置の構成例を示す図である。 真空紫外光を放出するショートアークフラッシュランプの構成例を示す図である。 フラッシュランプから放出される光の分光放射スペクトルの一例を示す図である。 本発明の真空紫外光照射処理装置の第２の実施の形態を示す図である。 本発明の真空紫外光照射処理装置の第３の実施の形態を示す図である。 真空紫外光を放出するＶＵＶショートアークフラッシュランプを従来の紫外線照射処理装置に組み込んだ構造例を示す図である。

〔第１の実施の形態〕
図１に本発明の第１の実施の形態である真空紫外光照射処理装置の構成例を示す。
本実施形態の真空紫外光照射処理装置は、主な構成要素は図６に示す紫外線照射処理装置と同様であり、ランプハウジング３の内部に真空紫外光を放出するＶＵＶショートアークフラッシュランプ１（ＶＵＶ−ＳＦＬ）と放物面ミラー２、ＶＵＶ−ＳＦＬ１に始動用トリガパルスや電力を供給する給電手段１１の一部を備える。給電手段１１は、エネルギーが充電されるコンデンサ、昇圧トランスを含む電源部１３と始動用トリガパルスを発生するトリガ回路部１２、ならびに電源部１３のコンデンサを充電する充電器１４を含み、この内小型の電源部１３、トリガ回路部１２がランプハウジング３の内部に設置される。

フラッシュランプ１は、その発光部（電極間のショートアーク発生部）の位置が放物面ミラー２の焦点の位置に略一致するように、配置されている。具体的には、放物面ミラー２の頂部に設けられた貫通孔を介してフラッシュランプ１が挿入され、このフラッシュランプ１の発光部の位置と放物面ミラー２の焦点位置とが略一致するように上記フラッシュランプ１は配置される。すなわち、放物面ミラー２の頂部の貫通孔とフラッシュランプ１外表面との間にはある程度の間隔の間隙が存在する。後述するように、この間隙を介して図１の点線矢印に示すように第１のガス導入口３ａから流入したＮ_２などの不活性ガスが流れ、ランプ１や放物面ミラー２などを冷却する。この間隙を以下では連通孔２ａともいう。

図２に本発明に適用することができる真空紫外光を放出するショートアークフラッシュランプの構成例を示す。
同図に示すように、本発明で使用されるフラッシュランプ１は、真空紫外光透過性材料からなる発光管（石英ガラス管１ｂ）内に一対の電極１ａの電極間距離Ｌ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であるフラッシュランプであり、該フラッシュランプに電力を供給する給電手段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以上となるよう設計されたものである。その発光管には、一対の電極１ａから伸びる外部リード１ｃを封止する封止部１ｄがそれぞれ設けられる。
なお、放電開始から電流値がピーク値に達するまでの時間の調整は、コンデンサの容量と回路のインピーダンスおよびリアクタンスの調整によって行われ、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。このような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設計されている。

図３に、フラッシュランプ１から放出される光の分光放射スペクトルの一例を示す。横軸は波長、縦軸は分光放射強度であり、同図は発光管の内部の圧力が３ａｔｍ（３．０４×１０^５Ｐａ）のときの分光放射スペクトルを示す。図３から明らかなように、フラッシュランプから放出される光には２００ｎｍ以下の波長の光が含まれ、特に、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。

図１に戻り、フラッシュランプ１から放射された光は放物面ミラー２により平行光にされた後に石英窓部４からランプハウジング３外へ放射される。フラッシュランプ１から放射された光を透過する光透過性窓部は、例えば、ＶＵＶ光に対し高い透過率を有する合成石英で作られている石英窓部４として構成される。なお必要に応じて、光透過性窓部の材質としては、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。
また、放物面ミラー２の内面（光反射面）にはアルミニウムが蒸着され、アルミニウム反射膜が構成されている。アルミニウムはＶＵＶを効率よく反射する特性を有するためミラーの材質として好適である。

石英窓部４はランプハウジング３と気密に組み立てられており、ランプハウジング３内部はランプハウジング３に設けた第１のガス導入口３ａからＮ_２ガスなどの不活性ガスを導入してパージされる。ランプハウジング３内部に導入されたＮ_２ガスなどの不活性ガスによる風の流れは、図１の一点鎖線の矢印に示すように、給電手段１１の電源部１３、トリガ回路部１２、放物面ミラー２、放物面ミラー２の頂部の貫通孔とフラッシュランプ１外表面との間の間隙（連通穴２ａ）を介してフラッシュランプ１に到達し、これらを冷却した後、ランプハウジング３に設けた第１の排気口３ｂから排気される。

ランプハウジング３からＶＵＶ光が取り出される石英窓部４の下部には、ＶＵＶ光が照射されるワークＷを保持する処理チャンバ５が設けられる。処理チャンバ５内には、その底面にワークＷを保持するワークステージ７が設けられる。また、上記したように、ワークＷ表面にＳＡＭ膜が施されていて、当該ＳＡＭ膜をパターニングする場合、ワークＷと石英窓部４との間にワークＷ表面への転写パターンが施されているマスク６が設けられる。

ここで、図１（ａ）（ｂ）に示すように、ランプハウジング３の石英窓部４の周辺には、ランプハウジング３内部空間と、処理ステージ５内部とを空間的に接続する少なくとも１つ以上の通過孔３ｃ（図では１２箇所）が設けられる。
ワークＷを処理する処理チャンバ５内部は、マスク６によって、石英窓部４とマスク６との間の空間であるマスク上部空間Ａと、マスク６下面のワークＷが設置されるワーク処理空間Ｂとに気密に分割されている。よって、上記通過孔３ｃは、ランプハウジング３内部と上記マスク上部空間Ａとを空間的に連結するが、マスク上部空間Ａとワーク処理空間Ｂとは連通していない。マスク上部空間Ａは、第２の排気口５ａが設けられる。

上記構造により、第１のガス導入口３ａからランプハウジング３内に導入されたＮ_２ガスなどの不活性ガスは、給電手段１１（電源部１３、トリガ回路部１２）、フラッシュランプ１や放物面ミラー２を冷却した後ランプハウジング３に設けた第１の排気口３ｂから排気されるとともに、一部は通過孔３ｃを通過して処理チャンバ５のマスク上部空間Ａから大気をパージして第２の排気口５ａより排気される。

このように、ランプハウジング３内部と処理チャンバ５（マスク上部空間Ａ）を空間的に連結する通過孔３ｃを設けることにより、図６において、ランプハウジング３とマスク上部空間Ａに対して個別に行われる不活性ガスパージを共通の１系統のガス供給・排気系を用いて同時に行うことが可能となる。よって、真空紫外光照射処理装置の構成を簡略化することが可能となる。

なお、上記したように、表面にＳＡＭ膜等のパターンニング処理層が設けられているワークＷのパターニング処理は、マスク６を透過したＶＵＶ光が照射されることにより行われる。ここでパターンニング処理層によっては、処理層表面近傍に酸素が存在するとパターニング速度が増大することもある。よってワーク処理空間Ｂは、ワークＷ上のパターニング処理層の材質に応じて、適宜、表面でのＶＵＶ光強度の減少が顕著にならない程度に酸素を含有する雰囲気とされる。
この場合、ワーク処理空間Ｂには、第２のガス導入口５ｂより酸素を含有するガスが導入され、当該ガスによりワーク処理空間Ｂがパージされ、第３のガス排気口５ｃより排気される。図１では、空間的に連結されているランプハウジング３内およびマスク上部空間ＡがＮ_２ガス等の不活性ガスでパージされ、ワーク処理空間Ｂは、窒素と酸素からなる混合ガスによりパージされる例が示されている。

〔第２の実施の形態〕
フラッシュランプ（ＶＵＶ−ＳＦＬ）１から放出される光に含まれるＶＵＶ光は、波長が短い分エネルギーが大きく、真空紫外光照射処理装置内の不所望な部分にＶＵＶ光が照射されると、被照射部分の劣化が発生する可能性がある。
例えば、上記したランプハウジング３内部と処理チャンバ５（マスク上部空間Ａ）とを空間的に連結する通過孔３ｃを通過するＶＵＶ光の一部は、回折等の影響によりマスク６外側やマスク６を介してワークＷの外側などの不所望な場所に照射され、マスク６を保持する部分やワークＷが載置されるワークステージ７などの劣化が発生する可能性がある。

図４に示す本発明の真空紫外光照射処理装置の第２の実施の形態は、このような通過孔３ｃを通過するＶＵＶ光による処理チャンバ５の不所望な部分への照射を防止するものである。具体的には、通過孔３ｃの上部に、通過孔３ｃへのＶＵＶ光の照射を遮光する遮光板３ｄを設ける。ここで、遮光板３ｄは、通過孔３ｃを完全に閉塞するものではなく、通過孔３ｃの上面に対して間隙を介して設置される。
このような構造とすることにより、図１において通過孔３ｃを通過するＶＵＶ光は遮光されるが、通過孔３ｃを通過するＮ_２ガス等の不活性ガスの流れは確保される。
なお、遮光板３ｄは、ＶＵＶ光に対して耐久性の高い材質から構成することが望ましく、例えば、表面に黒色めっき処理（例えば、黒色アルマイト処理、黒色クロム処理）を施した、アルミニウムからなる。アルミニウム表面に黒色めっき処理を施すのは、遮光板３ｄ表面においてＶＵＶ光が散乱されるのを抑制するためである。

〔第３の実施の形態〕
図５に本発明の真空紫外光照射処理装置の第３の実施の形態を示す。
図１、図４に示す第１、第２の実施の形態においては、ランプハウジング３内は、給電手段１１（電源部１３、トリガ回路部１２）、放物面ミラー２、フラッシュランプ（ＶＵＶ−ＳＦＬ）１と内包する構成要素が多く、比較的大型化する。
このような構成において、第１のガス導入口３ａからＮ_２ガス等の不活性ガスを導入して、ランプハウジング３内、ならびにランプハウジング３内部と通過孔３ｃを介して空間的に接続される処理チャンバ５（マスク上部空間Ａ）内から酸素をパージするのは時間がかかる。すなわち、ワークＷに対するパターニング処理等の真空紫外光照射処理を行うまでの準備時間が長くかかってしまう。

また、当然ながら、真空紫外光照射処理装置が設置される外部雰囲気（大気雰囲気）からランプハウジング３内に酸素を含む空気の流入は防止しなければならないので、上記ランプハウジング３は、例えば金属材料を溶接して構成するなど大掛かりな密閉構造が必要とされる。

図５に示す第３の実施の形態は、ランプハウジング３内に小型のパージボックス３ｅを設けたものである。パージボックス３ｅは、放物面ミラー２の少なくとも一部、ＶＵＶ−ＳＦＬ１の発光部、ランプハウジング３内部と処理チャンバ５（マスク上部空間Ａ）とを空間的に接続する通過孔３ｃの開口部、石英窓部４を内包する。パージボックス３ｅには、Ｎ_２ガス等の不活性ガスを供給する第１のガス導入口３ａを構成するガス供給管３ｆが挿入されており、上記不活性ガスはまず上記パージボックス３ｅ内部に供給される。

パージボックス３ｅ内に供給されたＮ_２ガス等の不活性ガスからなる風は、放物面ミラー２の頂部の貫通孔とＶＵＶ−ＳＦＬ１の外表面との間の間隙（連通孔２ａ）を介してパージボックス３ｅ外部へ進行し、ランプハウジング３内部のパージボックス３ｅの外側空間を通過して第１の排気口３ｂより外部に排気されるような流れとなる。その際、Ｎ_２ガス等の不活性ガスは、ランプハウジング３内部であってパージボックス３ｅ外部に配置された給電手段１１（電源部１３、トリガ回路部１２）を冷却する。
また、パージボックス３ｅ内に供給されたＮ_２ガス等の不活性ガスからなる風は、上記通過孔３ｃを介して処理チャンバ５のマスク上部空間Ａから大気をパージして第２の排気口５ａより排気されるような流れとなる。

第３の実施の形態によれば、ランプハウジング３内に放物面ミラー２の少なくとも一部、フラッシュランプ（ＶＵＶ−ＳＦＬ）１の発光部、ランプハウジング３内部と処理チャンバ５（マスク上部空間Ａ）とを空間的に接続する通過孔３ｃの開口部、石英窓部４を内包するパージボックス３ｅを設け、このパージボックス３ｅに対してＮ_２ガス等の不活性ガスを供給するガス供給管を挿入し、パージボックス３ｅ内部から放物面ミラー２の頂部の貫通孔とフラッシュランプ１外表面との間の間隙（連通孔２ａ）や、通過孔３ｃを介してランプハウジング３内部でかつパージボックス３ｅ外部の空間や処理チャンバ５（マスク上部空間Ａ）にＮ_２ガス等の不活性ガスを供給するようにしたので、第１の実施の形態、第２の実施の形態のものと比較してＶＵＶ−ＳＦＬ１の発光部から放物面ミラー２の反射面までの光路、放物面ミラー２からの平行光が石英窓部４へ到達するまでの光路、石英窓部４を通過した光がマスク６に到達するまでの光路を内包する光路空間から、短時間でＮ_２ガス等の不活性ガスにより酸素をパージすることが可能となる。

また、先にＶＵＶ光の光路をＮ_２ガス等の不活性ガスによってパージし、その後、パージボックス３ｅ外部に放出される不活性ガスにより、ランプハウジング３内におけるパージボックス３ｅ外部の空間をパージするので、このランプハウジング３内におけるパージボックス３ｅ外部の空間に存在する酸素を含むガス（空気）がパージボックス３ｅ内部のＶＵＶ光路空間に侵入することはない。

よって、パージボックス３ｅ内の密閉性が確保されていれば、比較的大型となるランプハウジング３の密閉構造は、例えば、アングル等の支柱に金属板金をねじ止めで固定するような簡易構造とすることが可能となる。

なお、従来の紫外線照射処理装置において使用される紫外線ランプから放出される光は、赤外領域の波長の光の割合が大きく、発光中はランプ周辺部材（例えば、放物面ミラー２）が加熱される。よって、先にランプ１、放物面ミラー２を冷却用ガスによって冷却した後にランプハウジング３内を冷却しようとした場合、ランプ１、放物面ミラー２との熱交換により不活性ガスの温度が上昇し、ランプハウジング３内の他の構成要素を冷却することは困難となる。よって、通常は、まずランプ１、放物面ミラー２以外の構成要素を冷却後、ランプ１、放物面ミラー２が冷却されるように冷却用ガスの流れが設定される。

しかしながら、ＶＵＶ−ＳＦＬ１の場合、ＶＵＶ−ＳＦＬ１から放出される光は真空紫外領域、紫外領域の波長の光の割合が大きく、赤外領域の波長の光の割合は比較的小さい。よって、第３の実施の形態のように、パージボックス３ｅ内に供給されるＮ_２ガス等の不活性ガスからなる風を、放物面ミラー２の頂部の貫通孔とＶＵＶ−ＳＦＬ１外表面との間の間隙（連通孔２ａ）を介してパージボックス３ｅ外部へ進行し、ランプハウジング３内部のパージボックス３ｅの外側空間を通過して第１の排気口３ｂより外部に排気されるような流れとしても、ランプハウジング３内部であってパージボックス３ｅ外部に進行するＮ_２ガス等の不活性ガスの温度はあまり上昇しない。よって、この不活性ガスにより、ランプハウジング３内部であってパージボックス３ｅ外部に配置された給電手段１１（電源部１３、トリガ回路部１２）等を冷却することが可能となる。

以上のように、本発明の真空紫外光照射処理装置は、真空紫外光（ＶＵＶ光）を放出する点光源である真空紫外ショートアークフラッシュランプ１（ＶＵＶ−ＳＦＬ１）を搭載しているので、ＶＵＶ光であって、平行光もしくは略平行光である光を取出すことが可能となる。そして、上記した平行光もしくは略平行光を用いて、照明光学系を構築し、光の回り込みの少ない露光を実施することにより、パターンサイズ数μｍ以下のパターニングを実現することが可能となる。このような光源装置は、エキシマレーザ装置よりも安価であり、ＣＯＯの観点からも実際的な光源装置となる。

また、ＶＵＶ−ＳＦＬ１の発光部から放出され、放物面ミラー２により平行光として反射され、ランプハウジング３の石英窓部４を通過して処理チャンバ５のマスク６へ到達するＶＵＶを含む光が通過するような光路空間がＮ_２ガスなどの不活性ガスによって酸素がパージされているので、酸素による吸収に起因するＶＵＶ強度の著しく減衰も抑制される。更に、ＶＵＶ光が酸素に吸収されることにより発生するオゾンも生成されないので、ランプハウジング３内の構成要素（例えば、給電線（配線部材）やトリガ基板、コンデンサなどの電子部品）の酸化劣化も生じない。
また、ランプハウジング３の外に排気されるパージガス中にオゾンは含まれないので、別途、オゾンフィルタを設ける必要もない。

本発明の真空紫外光照射処理装置は、特に、ランプハウジング３内部と処理チャンバ５（マスク上部空間Ａ）を空間的に連結する通過孔３ｃを設けているので、ランプハウジング３とマスク上部空間Ａに対して行われる不活性ガスパージを共通の１系統のガス供給・排気系を用いて同時に行うことが可能となる。よって、真空紫外光照射処理装置の構成を簡略化することが可能となる。

また、上記通過孔３ｃの上部に、通過孔３ｃの上面に対して間隙を介して遮光板３ｄを設けることにより、通過孔３ｃを通過するＶＵＶ光が遮光され、通過孔３ｃをＶＵＶ光が通過した場合に発生する処理チャンバ５内の不所望な場所へのＶＵＶ光の照射が防止される。よって、ＶＵＶ光が照射されることにより発生する照射部分の劣化（例えば、マスク６を保持する部分やワークＷが載置されるワークステージ７などの劣化）も抑制される。なお、遮光板３ｄは、通過孔３ｃの上面に対して間隙を介して設置されるので、通過孔３ｃを完全に閉塞しない。そのため通過孔３ｃを通過するＮ_２ガス等の不活性ガスの流れは確保される。

更には、ランプハウジング３内に放物面ミラー２の少なくとも一部、ＶＵＶ−ＳＦＬ１の発光部、ランプハウジング３内部と処理チャンバ５（マスク上部空間Ａ）とを空間的に接続する通過孔３ｃの開口部、石英窓部４を内包するパージボックス３ｅを設け、このパージボックス３ｅに対してＮ２ガス等の不活性ガスを供給するガス供給管３ｆを挿入し、パージボックス３ｅ内部から放物面ミラー２の頂部の貫通孔とＶＵＶ−ＳＦＬ１外表面との間の間隙（連通孔２ａ）や、通過孔３ｃを介してランプハウジング３内部でかつパージボックス３ｅ外部の空間やワーク処理空間Ｂ（マスク上部空間Ａ）にＮ_２ガス等の不活性ガスを供給するようにすることにより、ＶＵＶ−ＳＦＬ１発光部から放物面ミラー２の反射面までの光路、放物面ミラー２からの平行光が石英窓部４へ到達するまでの光路、石英窓部４を通過した光がマスク６に到達するまでの光路を内包する光路空間から、短時間でＮ_２ガス等の不活性ガスにより酸素をパージすることが可能となる。

また、先にＶＵＶ光の光路をＮ_２ガス等の不活性ガスによってパージし、その後、パージボックス３ｅの外部に放出される不活性ガスにより、ランプハウジング３内におけるパージボックス３ｅの外部の空間をパージするので、このランプハウジング３内におけるパージボックス３ｅの外部の空間に存在する酸素を含むガス（空気）がパージボックス３ｅ内部のＶＵＶ光路空間に侵入することはない。

よって、パージボックス３ｅ内の密閉性が確保されていれば、比較的大型となるランプハウジング３の密閉構造は、例えば、アングル等の支柱に金属板金をねじ止めで固定するような簡易構造とすることが可能となる。

このような真空紫外光照射処理装置は、ワークＷに対しＶＵＶ光を平行光として照射することができるので、例えば、たとえばワークＷ表面に設けられたＳＡＭ膜を直接露光することが可能となる。この場合、従来のようにフォトレジストによる現像工程が不要となるため、露光工程を簡略化することができる。

１ フラッシュランプ（ＶＵＶ−ＳＦＬ）
１ａ 電極
１ｂ 石英ガラス管
１ｃ 外部リード
１ｄ 封止部
２ 放物面ミラー
２ａ 連通孔
３ ランプハウジング
３ａ 第１のガス導入口
３ｂ 第１の排気口
３ｃ 通過孔
３ｄ 遮光板
３ｅ パージボックス
３ｆ 供給管
４ 石英窓部
５ 処理チャンバ
５ａ 第２の排気口
５ｂ 第２のガス導入口
５ｃ 第３の排気口
６ マスク
７ ワークステージ
１１ 給電手段
１２ トリガ回路部
１３ 電源部
Ａ マスク上部空間
Ｂ ワーク処理空間
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 少なくとも真空紫外光を含む光を放出するショートアークフラッシュランプと、上記ショート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が内部に配置され、内部に不活性ガスが供給されるガス導入口を備えるランプハウジングと、
   ランプハウジングに備え付けられた、上記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、
   上記光透過性窓部を通過した平行光が照射されるマスクと、マスクを介して上記平行光が照射されるワークと、上記ワークを保持するワークステージとが内部に配置された処理チャンバとからなる真空紫外光照射処理装置であって、
   処理チャンバの内部がマスクによって、マスクの上面と上記光透過性窓部の光出射面とを含む面により包囲されるマスク上部空間と、マスクの下面側であってワークおよびワークステージが配置されるワーク処理空間とに気密に分割されていて、ワーク処理空間はワーク処理用ガスが供給される真空紫外光照射処理装置において、
   ランプハウジング内部とマスク上部空間とを空間的に接続する通過孔が１つ以上設けられ、
   上記マスク上部空間には、ランプハウジング内に供給される不活性ガスが上記通過孔を通過したあと外部に排気されるガス排気口が設けられている
   ことを特徴とする真空紫外光照射処理装置。
2. 真空紫外光を含む光を放出するショートアークフラッシュランプと、上記ショート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、上記ショートフラッシュランプに始動用のトリガパルスおよび電力を供給する給電装置とが内部に配置されるランプハウジングと、
   ランプハウジングに備え付けられた、上記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、
   上記光透過性窓部を通過した平行光が照射されるマスクと、マスクを介して上記平行光が照射されるワークと、上記ワークを保持するワークステージとが内部に配置された処理チャンバとからなる真空紫外光照射処理装置であって、
   処理チャンバの内部がマスクによって、マスクの上面と上記光透過性窓部の光出射面とを含む面により包囲されるマスク上部空間と、マスクの下面側であってワークおよびワークステージが配置されるワーク処理空間とに気密に分割されていて、ワーク処理空間はワーク処理用ガスが供給される真空紫外光照射処理装置において、
   上記ランプハウジング内部とマスク上部空間とを空間的に接続する通過孔が１つ以上設けられ、
   上記ランプハウジング内に、上記放物面ミラーの少なくとも一部、上記ショートアークフラッシュランプの発光部、上記通過孔の開口部、石英窓部を内包し、上記ランプハウジングとの間に連通孔を有するパージボックスが設けられ、
   上記パージボックスは、ランプハウジングを貫通して挿入された内部に不活性ガスが供給されるガス導入口を有し、このガス導入口より上記パージボックス内に不活性ガスが供給され、
   上記ガス導入口によりパージボックス内に供給される不活性ガスは、上記連通孔を介してランプハウジング内であって上記パージボックス外の空間に供給されるとともに、上記通過孔を介してマスク上部空間に供給され、
   上記マスク上部空間には、ランプハウジング内に供給される不活性ガスが上記通過孔を通過したあと外部に排気されるガス排気口が設けられている
   ことを特徴とする真空紫外光照射処理装置。
3. 上記放物面ミラーの頂部には孔部が形成されていて、
   上記パージボックスに設けられた上記連通孔は、上記放物面ミラーの頂部に形成された上記孔部である
   ことを特徴とする請求項２に記載の真空紫外光照射処理装置。
4. 上記ショートフラッシュランプから放出される光を遮光する遮光板が、上記通過孔を上記光が通過するのを遮るように上記通過孔の上部に通過孔の開口面と間隙を介して配置される
   ことを特徴とする請求項１、２または請求項３記載の真空紫外光照射処理装置。
   

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