JP2022042557A - 光源装置、露光装置、及び物品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】反射鏡内の温度勾配を低減させること。【解決手段】発光部と、前記発光部からの光を反射する反射鏡と、前記反射鏡を保持する保持部材と、前記保持部材を固定する土台と、を有し、前記保持部材が前記土台と接触する接触面積は、前記保持部材が前記反射鏡と接触する接触面積よりも小さい。【選択図】図３
Description
本発明は、光源装置、露光装置、及び物品の製造方法に関する。
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（例えば、マスク）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（例えば、表面にレジスト層が形成されたガラスプレート）に転写する装置である。露光装置の光源としては、例えば、放電ランプが用いられており、放電ランプから出射される光を楕円形状の反射鏡により集光させている。
また、生産性を向上させるために、露光装置の光源を高出力で運用することが求められる。しかしながら、光源を高出力で運用する場合には、光源からの光により反射鏡が熱変形したり、破損したりするおそれがある。特許文献１には、反射鏡に気体を吹き付けることにより、加熱された反射鏡を冷却し、反射鏡の熱変形や破損を抑制する内容が開示されている。
反射鏡内の温度勾配が大きい場合、熱による応力が生じてしまい、反射鏡が破損するおそれがある。特許文献１に記載されている内容では、反射鏡内の温度勾配をある程度低減させる効果は期待できるが、反射鏡を保持する保持部材へと反射鏡の熱が逃げやすい構造となっている。そのため、反射鏡の保持部材付近の領域では、保持部材から離れた領域よりも温度が低くなり、結果として熱による応力が発生することにより反射鏡の破損を招いてしまうおそれがある。
そこで、本発明は、反射鏡内の温度勾配を低減させるために有利な光源装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての光源装置は、発光部と、前記発光部からの光を反射する反射鏡と、前記反射鏡を保持する保持部材と、前記保持部材を固定する土台と、を有し、前記保持部材が前記土台と接触する接触面積は、前記保持部材が前記反射鏡と接触する接触面積よりも小さいことを特徴とする。
本発明によれば、反射鏡内の温度勾配を低減させるために有利な光源装置を提供することができる。
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。尚、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
露光装置は、原版（マスク、レチクル等）を照明し、原版のパターンを基板（ウエハ、ガラス基板等）に露光する装置である。露光装置は、例えば、原版を照射する照明光学系と、原版のパターンを、感光剤（レジスト）が塗布された基板に投影する投影光学系とを有し、感光剤に潜像パターンを形成する。本実施形態では、基板にパターンを形成する露光装置の一例として、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用の露光装置について説明する。
露光装置は、原版（マスク、レチクル等）を照明し、原版のパターンを基板（ウエハ、ガラス基板等）に露光する装置である。露光装置は、例えば、原版を照射する照明光学系と、原版のパターンを、感光剤（レジスト）が塗布された基板に投影する投影光学系とを有し、感光剤に潜像パターンを形成する。本実施形態では、基板にパターンを形成する露光装置の一例として、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用の露光装置について説明する。
図１は、第１実施形態における露光装置１００の概略図である。基板１０５の表面に対して垂直な方向（鉛直方向）をｚ方向として、ｚ方向に対して垂直な方向をそれぞれｘ、ｙ方向とする。露光装置１００は、照明光学系１０１と、パターンが形成されたマスク１０２を保持するマスクステージ１０３と、投影光学系１０４と、基板１０５を保持する基板ステージ１０６と、露光装置１００内の環境を適切に維持するためのチャンバ１１０を備える。
照明光学系１０１は、露光装置１００の発光部を有する光源装置１１１を備える。光源装置１１１から出射された光は、照明光学系１０１を通り、露光光１１４としてマスク１０２へと照射される。マスク１０２へと照射された後、露光光１１４は、投影光学系１０４を介して感光剤が塗布された基板１０５へと投影される。
図２は、光源装置１１１の内部構造を示す図である。光源装置１１１は、発光部２０１、反射鏡２０２、保持部材２０３、土台２０４、筐体２０５、給気口２０７、排気口２０８、ケーブル２０９、電源２１０を含む。発光部２０１には、例えば、水銀ランプ等の放電ランプが用いられ得る。反射鏡２０２は、発光部２０１からの光を集光するように楕円形状の形状となっており、保持部材２０３により保持される。保持部材２０３は、反射鏡２０２の底面を支えるためリング形状となっており、土台２０４により固定される。
また、光源装置１１１の各部を冷却するために、光源装置１１１の筐体２０５の内部に気体（例えば、空気）を取り込む給気口２０７、気体を排出するための排気口２０８が設けられている。発光部２０１には、ケーブル２０９に接続された電源２１０から電力が供給されている。
発光部２０１から反射鏡２０２へと光が出射されると、反射鏡２０２は光により加熱され、温度が上昇する。一方、土台２０４に接している保持部材２０３は、土台２０４の温度の影響を受けるため、反射鏡２０２に比べて温度が低い。そのため、保持部材２０３と接触している反射鏡２０２の底面から熱が逃げていく。その結果、反射鏡２０２の底面付近（底面部）の温度が低くなり、反射鏡内で温度勾配が大きくなることで、熱変形による応力が発生し得る。
本実施形態では、保持部材２０３と土台２０４が接触する接触面積を小さくすることで、保持部材２０３から土台２０４へと移動する熱量を小さくすることができ、反射鏡２０２の底面から保持部材２０３へと移動する熱量を低減させることができる。その結果、反射鏡内での温度勾配を低減させることができるため、反射鏡２０２の熱変形による応力を抑制することができる。
また、反射鏡２０２と保持部材２０３が接触する接触面積を小さくした場合には、反射鏡を保持する剛性が小さくなるおそれがある。その結果、反射鏡２０２の破損や位置精度の低下を引き起こすおそれがあるため、本実施形態では、反射鏡２０２と保持部材２０３が接触する接触面積を小さくする例について説明する。
本実施形態に係る光源装置１１１の構成について、より詳細に説明する。図３は、反射鏡２０２、保持部材２０３、土台２０４を示す図である。図３（ａ）では、保持部材２０３と土台２０４の接触面積を減らすために、溝２１２ａが土台２０４に設けられても良い。溝２１２ａは、保持部材２０３との接触部に沿ってリング状に設けられ得る。ここで、溝２１２ａは、必ずしもリング状でなくとも良く、例えば、断続的に複数個設けられていても良い。
また、図３（ｂ）のように、保持部材２０３と土台２０４の接触面積を減らすために、溝２１２ｂが保持部材２０３に設けられても良い。溝２１２ｂは、土台２０４との接触部に沿ってリング状に設けられ得る。ここで、溝２１２ｂは、必ずしもリング状でなくとも良く、例えば、断続的に複数個設けられていても良い。
また、図３（ｃ）のように、保持部材２０３と土台２０４の接触面積を減らすために、溝２１２ａ及び溝２１２ｂが、保持部材２０３と土台２０４の両方に設けられても良い。溝２１２ａ及び溝２１２ｂは、リング状に設けられ得る。保持部材２０３と土台２０４のどちらか一方に溝を設ける場合よりも溝２１２ａ及び溝２１２ｂが設けられた空間が大きくなるため、より高い効果が期待できる。
保持部材側の土台２０４の面、及び土台側の保持部材２０３の面の少なくとも一方に、溝２１２ａや溝２１２ｂが設けられていることにより、保持部材２０３と土台２０４が接触する接触面積を減らすことができる。これにより、保持部材２０３から土台２０４へと移動する熱量を低減させることができる。即ち、溝２１２が設けられていない場合と比較して、保持部材２０３と土台２０４との間の接触熱抵抗が大きくなる。接触熱抵抗とは、二つの物体が接触する界面における熱抵抗である。
また、保持部材２０３が土台２０４と接触する接触面積をＳ１、保持部材２０３が反射鏡２０２と接触する接触面積をＳ２としたとき、以下の式（１）を満たすことが望ましい。尚、Ｓ１には、ｘ－ｙ平面における溝２１２ａや溝２１２ｂの面積は含まない。
１／５≦Ｓ１／Ｓ２≦１／２・・・（１）
式（１）の条件を満たさない場合には、本実施形態の効果を十分に得られない。例えば、Ｓ１／Ｓ２が１／５より小さい場合には、保持部材２０３を土台２０４が十分に固定できなくなってしまうおそれがある。また、Ｓ１／Ｓ２が１／２より大きい場合には、保持部材２０３と土台２０４との間の接触熱抵抗があまり大きくならず、反射鏡２０２の熱が土台２０４へと流れてしまうため、本実施形態により得られる効果が小さくなってしまう。
式（１）の条件を満たさない場合には、本実施形態の効果を十分に得られない。例えば、Ｓ１／Ｓ２が１／５より小さい場合には、保持部材２０３を土台２０４が十分に固定できなくなってしまうおそれがある。また、Ｓ１／Ｓ２が１／２より大きい場合には、保持部材２０３と土台２０４との間の接触熱抵抗があまり大きくならず、反射鏡２０２の熱が土台２０４へと流れてしまうため、本実施形態により得られる効果が小さくなってしまう。
本実施形態では、溝２１２ａや溝２１２ｂを設けることで、溝２１２ａや溝２１２ｂを設けない場合と比較して、保持部材２０３と土台２０４の接触面積を１／５から１／２程度にする。即ち、保持部材２０３側の土台２０４の面が位置する平面（ｘ－ｙ平面）における溝２１２ａ（或いは、溝２１２ｂ）の面積をＳ３、土台２０４側の保持部材２０３の面の面積をＳ４としたとき、以下の式（２）を満たすことが望ましい。
１／２≦Ｓ３／Ｓ４≦４／５・・・（２）
式（２）の条件を満たす溝２１２ａや溝２１２ｂを設けることにより、保持部材２０３と土台２０４との間の接触熱抵抗を２倍から５倍程度大きくすることができる。
式（２）の条件を満たす溝２１２ａや溝２１２ｂを設けることにより、保持部材２０３と土台２０４との間の接触熱抵抗を２倍から５倍程度大きくすることができる。
以上より、本実施形態では、溝２１２ａや溝２１２ｂを設けることで、反射鏡２０２内の温度勾配を低減させることができるため、反射鏡２０２の底面部に発生する熱変形による応力を抑制することができる。
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、保持部材２０３及び土台２０４の少なくとも一方に溝２１２ａや溝２１２ｂを設けて、保持部材２０３と土台２０４が接触する接触面積を小さくすることで、保持部材２０３と土台２０４との間の接触熱抵抗を大きくする例について説明した。本実施形態では、保持部材２０３と土台２０４との間の表面粗さを粗くして、保持部材２０３と土台２０４が接触する接触面積を小さくすることで、保持部材２０３と土台２０４との間の接触熱抵抗を大きくする例について説明する。尚、露光装置１００の構成については、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。また、本実施形態で言及しない事項については、第１実施形態に従う。
第１実施形態では、保持部材２０３及び土台２０４の少なくとも一方に溝２１２ａや溝２１２ｂを設けて、保持部材２０３と土台２０４が接触する接触面積を小さくすることで、保持部材２０３と土台２０４との間の接触熱抵抗を大きくする例について説明した。本実施形態では、保持部材２０３と土台２０４との間の表面粗さを粗くして、保持部材２０３と土台２０４が接触する接触面積を小さくすることで、保持部材２０３と土台２０４との間の接触熱抵抗を大きくする例について説明する。尚、露光装置１００の構成については、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。また、本実施形態で言及しない事項については、第１実施形態に従う。
本実施形態における光源装置１１１の構成について図４に示す。図４（ａ）は、反射鏡２０２、保持部材２０３、土台２０４を示す図である。図４（ｂ）は、各部材の表面粗さをより詳細に示す図である。本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、土台２０４と接触する保持部材２０３の下面の表面粗さが、反射鏡２０２と接触する保持部材２０３の上面の表面粗さよりも粗い。これにより、保持部材２０３と土台２０４との間の接触熱抵抗を増加させる。
また、保持部材２０３と接触する土台２０４の面の表面粗さを、保持部材２０３と接触する反射鏡２０２の面の表面粗さよりも粗くすることにより、保持部材２０３と土台２０４との間の接触熱抵抗を増加させても良い。また、保持部材２０２と土台２０４の両面を粗くすることでより大きい効果を得ることも可能である。
本実施形態において、保持部材２０３と土台２０４との間の表面粗さは、保持部材２０３と反射鏡２０２との間の表面粗さよりも、算術平均粗さで十数倍程度粗い面であることが好ましい。
以上より、本実施形態では、保持部材２０３と土台２０４との間の表面粗さを粗くすることで、反射鏡２０２内の温度勾配を低減させることができるため、反射鏡２０２の底面部に発生する熱変形による応力を抑制することができる。
＜第３実施形態＞
第１実施形態や第２実施形態では、保持部材２０３と土台２０４が接触する接触面積を小さくすることで、反射鏡内の温度勾配を低減させる例について説明した。本実施形態では、保持部材２０３を熱伝導率が低い材質にすることで、反射鏡内の温度勾配を低減させる例について説明する。尚、露光装置１００の構成については、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。また、本実施形態で言及しない事項については、第１実施形態に従う。
第１実施形態や第２実施形態では、保持部材２０３と土台２０４が接触する接触面積を小さくすることで、反射鏡内の温度勾配を低減させる例について説明した。本実施形態では、保持部材２０３を熱伝導率が低い材質にすることで、反射鏡内の温度勾配を低減させる例について説明する。尚、露光装置１００の構成については、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。また、本実施形態で言及しない事項については、第１実施形態に従う。
本実施形態における保持部材２０３には、土台２０４よりも熱伝導率が低い材質が用いられる。これにより、反射鏡２０２から保持部材２０３を介して土台２０４へと移動する熱の量を低減させることができる。例えば、土台２０４に熱伝導率が高いアルミ等である場合、保持部材２０３にはステンレスなどの熱伝導率の低い金属が有効である。
以上より、本実施形態では、熱伝導率が低い材質を保持部材２０３に用いることで、反射鏡２０２内の温度勾配を低減させることができるため、反射鏡２０２の底面部に発生する熱変形による応力を抑制することができる。
＜第４実施形態＞
本実施形態では、保持部材を複数用いることで、反射鏡内の温度勾配を低減させる例について説明する。尚、露光装置１００の構成については、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。また、本実施形態で言及しない事項については、第１実施形態に従う。
本実施形態では、保持部材を複数用いることで、反射鏡内の温度勾配を低減させる例について説明する。尚、露光装置１００の構成については、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。また、本実施形態で言及しない事項については、第１実施形態に従う。
本実施形態における光源装置１１１の構成について図５に示す。本実施形態では、反射鏡２０２が複数の保持部材により保持される。反射鏡２０２は、第１保持部材２０３ａと接触して配置される。第１保持部材２０３ａは、第２保持部材２０３ｂと接触して配置される。第２保持部材２０３ｂは、土台２０４により固定される。第１保持部材２０３ａ及び第２保持部材２０３ｂは、反射鏡２０２の底面を支えるためリング形状となっている。
上述保持部材が複数ある場合、保持部材が１つである場合に比べて部材が接触する接触面の数が増加する。接触面では大きな接触熱抵抗が生じるため、接触面が増加することで反射鏡２０２の熱が土台２０４へと逃げにくくなる。尚、本実施形態では、保持部材の数が２個である場合について説明したが、これに限らず、３個以上であっても良い。
以上より、本実施形態では、複数の保持部材２０３を用いることで、反射鏡２０２内の温度勾配を低減させることができるため、反射鏡２０２の底面部に発生する熱変形による応力を抑制することができる。
＜第５実施形態＞
本実施形態では、冷却用の気体を反射鏡２０２に吹き付けることで、反射鏡内の温度勾配を低減させる例について説明する。尚、露光装置１００の構成については、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。また、本実施形態で言及しない事項については、第１実施形態に従う。
本実施形態では、冷却用の気体を反射鏡２０２に吹き付けることで、反射鏡内の温度勾配を低減させる例について説明する。尚、露光装置１００の構成については、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。また、本実施形態で言及しない事項については、第１実施形態に従う。
本実施形態における光源装置１１１の構成について図６に示す。給気管６０１は、反射鏡２０２に対して、冷却用の気体６０２を吹き付けている。これにより反射鏡２０２が冷却され、反射鏡２０２の温度が下がる。その結果、保持部２０３との温度差が低減し、反射鏡２０２から土台２０４へと流れる熱を低減させることができる。したがって、反射鏡２０２内の温度勾配が抑えられる。また、給気管６０１を複数用いて、反射鏡２０２により多くの冷却用の気体６０２を吹き付けることで、より大きな冷却効果を得ても良い。
以上より、本実施形態では、冷却用の気体６０２を吹き付けることで、反射鏡２０２内の温度勾配を低減させることができるため、反射鏡２０２の底面部に発生する熱変形による応力を抑制することができる。
また、光源装置１１１は、反射鏡２０２と保持部材２０３との間の接触熱抵抗に対して、土台２０４と保持部材２０３との間の接触熱抵抗を、数十倍程度大きい値にすることが好ましい。尚、第１～５実施形態は、それぞれ組み合わせて実施されても良く、第１～５実施形態を適宜組み合わせて実施することで本発明の効果を向上させることができる。
＜物品の処理の実施形態＞
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）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、基板上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。
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）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、基板上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。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
１１１ 光源装置
２０１ 発光部
２０２ 反射鏡
２０３ 保持部材
２０４ 土台
２０１ 発光部
２０２ 反射鏡
２０３ 保持部材
２０４ 土台
Claims (12)
- 発光部と、
前記発光部からの光を反射する反射鏡と、
前記反射鏡を保持する保持部材と、
前記保持部材を固定する土台と、を有し、
前記保持部材が前記土台と接触する接触面積は、前記保持部材が前記反射鏡と接触する接触面積よりも小さいことを特徴とする光源装置。 - 前記土台と前記保持部材との間の接触熱抵抗は、前記保持部材と前記反射鏡との間の接触熱抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 前記保持部材には、前記土台側の面に溝が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
- 前記土台には、前記保持部材側の面に溝が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
- 前記保持部材が前記土台と接触する接触面積をＳ１、前記保持部材が前記反射鏡と接触する接触面積をＳ２としたとき、
１／５≦Ｓ１／Ｓ２≦１／２
を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。 - 前記保持部材が前記土台に接触する面の表面粗さは、前記保持部材が前記反射鏡に接触する面の表面粗さよりも粗いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置。
- 前記保持部材の材質は、前記土台よりも熱伝導率が低い材質であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置。
- 前記保持部材は、前記反射鏡と接触する第１保持部材と、前記土台に固定される第２保持部材とを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光源装置。
- 前記反射鏡に気体を吹き付ける給気管を更に有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光源装置。
- 発光部と、
前記発光部からの光を集光させるために、前記光を反射する反射鏡と、
前記反射鏡を保持する保持部材と、
前記保持部材を固定する土台と、を有し、
前記保持部材側の前記土台の面に溝が形成され、前記保持部材側の前記土台の面における前記溝の面積をＳ３、前記土台側の前記保持部材の面の面積をＳ４としたとき、
１／２≦Ｓ３／Ｓ４≦４／５
を満たすことを特徴とする光源装置。 - 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光源装置からの光で原版を照射する照明光学系と、
前記原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、を有することを特徴とする露光装置。 - 請求項１１に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、
前記露光工程で露光された基板を現像する現像工程と、
前記現像工程で現像された基板に対して、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、パッケージングのうち、少なくとも１つの処理を行う処理工程と、を含み、
前記処理工程で処理された基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。
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|---|---|---|---|---|
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2020
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