JP3166631B2

JP3166631B2 - 紫外線照射装置

Info

Publication number: JP3166631B2
Application number: JP25139996A
Authority: JP
Inventors: 猛美濃部
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 2001-05-14
Anticipated expiration: 2016-09-24
Also published as: JPH1097973A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハ周辺部
の露光、スポットキュアなどに使用される紫外線照射装
置に関し、特に本発明は、紫外線照度を調整する機構を
備えた紫外線照射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種エレクトロニクス素子の製造工程等
においては、各種基板に塗布されたレジストの露光処理
等のため、紫外線照射装置が使用される。上記露光処理
においては、レジストに照射される露光量が常に一定に
なるように調整する必要がある。例えば、ポジ型ホトレ
ジストの場合には、露光光が照射された部分が、光化学
反応によって現像液に可溶な物質に変化するが、露光量
が不足すると、現像時露光量が少ない部分が現像液に溶
けないで基板表面に残ることとなる。

【０００３】露光量は照度×時間で定義され、露光量が
一定になるようにするには、照度もしくは露光時間を変
えて調整する必要がある。照度が大きいと露光時間が短
くてすみスループットは短くなるが、大きすぎると上記
光化学反応が急激におこるため、反応時に発生する気体
（窒素）がレジスト中で泡になり、場合によっては破裂
し、はじけたレジストがゴミとなり不良の原因となる。
一方、露光時間を長くすれば、小さい照度でも充分な露
光量を得ることができるが、スループットが長くなる。
すなわち、照度と露光時間との関係において、それぞれ
ある最適な条件範囲がある。

【０００４】現状では、上記した露光量（＝照度×露光
時間）を一定にするため、次のような方法が採られてい
る。 (a) 一定の時間間隔で露光光出射部より出射される露光
光の照度を測定する。照度変化が一定範囲内の場合に
は、露光時間を変化させて露光量を一定に保ち露光を行
う。すなわち、数パーセントの照度低下に対しては、そ
れに対応した分露光時間を長くして露光量を一定にす
る。 (b) 照度が所定範囲以下になった場合は、後述するよう
に手動にて照度調整を行い、照度を大きくする。

【０００５】なお、露光時間、照度をともに調整し、一
方を固定としないのは次の理由による。紫外線照射装置の光源に使用するランプは、通常放
電ランプであり、点灯しているとき徐々に照度が変化
（低下）する。常に変化し続ける照度を手動で調整し一
定に保つことは煩雑である。なお、ランプの照度が変化
するのは、電極が磨耗しアークの形状が変化したり、電
極に使用している物質がランプの封体を形成するガラス
の内壁に付着することによりガラスが黒化し光の透過率
が低下するためである。

【０００６】露光時間のみを変えたのでは、特に同
じ露光装置が複数台ある場合、装置の処理能力の管理が
非常に困難となる。すなわち、それぞれの露光装置のラ
ンプの照度が大きく異なっていると各装置の露光時間を
大きく変えなければならず、その分、装置間のスループ
ットが異なることになる。このため、複数の装置の運用
管理が難しくなる。以上のように露光量を一定に保つた
めには、被処理物に照射される光の照度を調整する必要
があり、このため、従来においては、紫外線照射装置に
次のような調整機構が設けられていた。

【０００７】図６は従来の紫外線照射装置の構成を示す
図であり、同図は半導体ウエハの周辺部を露光するため
の紫外線照射装置の構成を示している。同図において、
１はランプハウスであり、ランプハウス１にランプ１ａ
が設けられており、ランプ１ａから放射される光は楕円
集光鏡１ｂで集光されてミラー１ｃで反射され、シャッ
タ１ｄが開いているとき、ランプハウス出射部２から出
射する。ランプ１ａの一端はランプ位置調整機構１ｆに
取り付けられており、ランプ１ａの発光部は楕円集光鏡
１ｂの第１焦点付近でＸ，Ｙ，Ｚ方向（Ｘは同図の左右
方向、Ｙは前後方向、Ｚは上下方向）に移動可能であ
る。

【０００８】また、楕円集光鏡１ｂの第２焦点はランプ
ハウス出射部２の近傍に位置しており、第２焦点と導光
ファイバ３の入射端３ａの中心とが一致するように配置
されている。このため、ランプ１ａからの光は第２焦点
に集光され、導光ファイバ３を介して露光光出射部４に
導かれる。導光ファイバ３を介して露光光出射部４に導
かれた露光光は露光光出射部４から出射し、ホトレジス
トＰｈが塗布されたウエハＷの周辺部に照射される。

【０００９】ランプ位置調整機構１ｆにはハンドル１ｇ
が設けられており、ハンドル１ｇを回転させることによ
り、楕円集光鏡１ｂに対するランプ１ａの位置を調整す
ることができる。上記ランプ位置調整機構１ｆによりラ
ンプ１ａの位置を調整することにより、導光ファイバ３
の入射端３ａにおける集光量を変化させることができ、
露光光出射部４から出射される光の量を変えることがで
きる。

【００１０】上記紫外線照射装置において照度調整は次
のように行われる。 (1) 新しいランプを取り付けたとき（ランプ交換時）の
照度調整。新しいランプ１ａを取り付け、ランプ１ａを点灯させ、
シャッタ１ｄを開けて露光光出射部４から出射される露
光光の照度を測定する。照度が最大の値になるように、
ランプ位置調整機構１ｆによりランプ１ａをＸ，Ｙ，Ｚ
方向に移動させる。照度が最大となる位置は、導光ファ
イバ３の入射端３ａの中心、即ち楕円集光鏡の第２焦点
に光が集光する位置、すなわち、ランプ１ａの発光部Ａ
における最大輝度の部分が楕円集光鏡１ｂの第１焦点に
位置する場合である。次に、ランプ位置調整機構１ｆに
よりランプ１ａをＺ方向のみに移動させて、照度を下
げ、照度が所定の値になるようにする。ランプ１ａをＺ
方向に移動させることにより、ランプ１ａの発光部Ａが
楕円集光鏡１ｂの第１焦点からずれ、光が第２焦点で集
光しなくなり、導光ファイバ３の入射端３ａから入射す
る光の量が小さくなる。上記所定の値は最大照度より小
さく、ウエハＷ上のホトレジストＰｈの発泡等を生じる
照度以下であり、露光時間が長くなり過ぎない、予め実
験で求めた値である。

【００１１】(2) 照度が所定以下に低下した場合。ランプ位置調整機構１ｆによりランプ１ａをＺ方向に移
動させて、ランプ１ａの発光部を楕円集光鏡１ｂの第１
焦点に近づけて照度を上げ、照度を所定の値に戻す。ラ
ンプ１ａの発光部Ａが楕円集光鏡１ｂの第１焦点に近づ
くことにより、光が第２焦点で集光するようになり、導
光ファイバ３の入射端３ａより入射する光の量が大きく
なる。ランプ１ａの照度が著しく低下しランプ１ａの発
光部Ａが楕円集光鏡１ｂの第１焦点にきても所定の値に
ならないか、またはランプの保証寿命に達するまでは上
記のようなランプ１ａの位置を調整し、照度を調整す
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図６に示した紫外線照
射装置において、ランプ１ａをＺ方向に移動させたとき
の照度変化は図７のようになる。図７は最大照度を示す
点（すなわち、ランプ１ａの発光部Ａの最も明るい部分
である最大輝度の部分が楕円集光鏡１ｂの第１焦点にあ
るとき）を０とし、その位置からハンドル１ｇを操作し
てランプ１ａをＺ方向の上方向に移動させてランプ１ａ
の発光部Ａを第１焦点から楕円集光鏡１ｂ側にずらして
いったときの最大照度に対する照度の変化をプロットし
たものである。

【００１３】同図に示すように、ランプ１ａの位置をＺ
方向に移動させたとき照度は一様に変化せず、ランプ１
ａが略１．３ｍｍ移動したところでピークが生ずる。こ
れは、図８に示すようにランプ１ａの発光部Ａの輝度分
布が一様でなく、輝度のピークが２個所（同図のＦ１
ａ，Ｆ１ｂ）で現れ、これがランプ１ａを移動させたと
きにそのまま照度変化に現れるためと考えられる。ま
た、図７から明らかなように、ランプ１ａの位置を１．
７ｍｍ移動させると照度は５０％変化し、平均するとラ
ンプ１ａを０．１７ｍｍ移動させると照度は５％変化す
る。新品のランプでは、通常、最大照度は約２５００ｍ
Ｗ／ｃｍ²以上あるので、ランプ１ａを０．１７ｍｍ移
動させることにより、照度は１２５ｍＷ／ｃｍ²変化す
ることとなる。

【００１４】以上のように、従来の紫外線照射装置はラ
ンプ１ａの位置を移動させたときの照度変化が一様でな
く、また、ランプ１ａを僅かに移動させただけで照度が
大きく変化するため、照度の調整が難しくその調整に熟
練を要するといった問題があった。また、ランプ１ａの
位置を僅かに移動させただけで照度が大きく変わるの
で、ランプ位置を高精度に調整することができるランプ
位置調整機構を設ける必要があり、装置コストが高くな
るといった問題があった。

【００１５】さらに、ランプ位置調整機構１ｆがランプ
ハウス３内に設けられているため、照度調整をするため
にはランプハウス３の遮光用カバーを開けなければなら
ず、ランプの照度が低下して頻繁に照度調整を行う必要
がある場合には手数がかかるといった問題があった。な
お、ランプ１ａに供給する電力を変化させても照度を変
えることはできるが、電力を変化させただけでは約１５
％の照度調整しかできず、また、照度を低下させたとき
のランプの点灯性が悪くなる。

【００１６】本発明は上記した従来技術の問題点を解決
するためになされたものであって、その目的とするとこ
ろは、操作が簡単で微妙な照度調整を容易に行うことが
でき、また装置コストを低減化することができる紫外線
照射装置を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、従来のランプ位置調整機構を設
ける代わりに、楕円集光鏡の第１焦点位置に放電ランプ
の発光部における最大輝度の部分が位置するように上記
放電ランプを設置し、導光ファイバの入射端の位置を移
動させ、上記楕円集光鏡により光が集光される位置と上
記入射端との距離を調整する照度調整機構を設け、照度
調整を行うように構成した。そして、上記照度調整機構
を、紫外線照射装置の外壁に取り付けられた第１の円筒
と、第１の円筒に回転可能に挿入され、ガイドピンを有
する第２の円筒と、外周にねじ溝が設けられ、第１及び
第２の円筒の組立体に挿入され、導光ファイバが挿入固
定される第３の円筒から構成し、第２の円筒を回転させ
ることによって、第３の円筒のねじ溝が第２の円筒のガ
イドピンに案内され、第３の円筒が移動するようにし
た。本発明においては上記構成としたので、照度調整時
の照度変化が緩やかとなり微妙な調整が可能となる。ま
た、照度を変化させたとき、照度が単調に減少し、前記
図７に示したようなピークが生ずることがないので調整
が容易になる。さらに、ランプハウスの遮光カバーを開
けることなく照度調整が可能となったので、操作を簡単
化することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例の紫外線照
射装置の構成を示す図である。本実施例では前記したウ
エハ周辺露光装置における紫外線照射装置について説明
するが、本発明はウエハ周辺露光装置以外にスポットキ
ュア等、紫外線をスポット的に照射するための紫外線照
射装置として使用することができる。同図において、前
記図６に示したものと同一のものには同一の符号が付さ
れており、１はランプハウス、１ａはランプ、１ｂは楕
円集光鏡、１ｃはミラー、１ｄはシャッタであり、本実
施例においてランプ１ａはその発光部Ａが楕円集光鏡１
ｂの第１焦点に位置するようにランプ固定ホルダ１ｈに
より固定的に取り付けられており移動しない。

【００１９】２’はランプハウス出射部であり、ランプ
ハウス出射部２’はその中心が楕円集光鏡１ｂの第２焦
点と一致するように位置しており、本実施例のランプハ
ウス出射部２’には導光ファイバ３の入射端の位置を移
動させることにより照度を調整する照度調整機構２０が
設けられている。そして、導光ファイバ３に入射した光
は、導光ファイバ３を介して露光光出射部４に導かれ、
露光光出射部４から出射し、ホトレジストＰｈが塗布さ
れたウエハＷの周辺部に照射される。

【００２０】図２、図３は上記したランプハウス出射部
２’の照度調整機構２０の構成を示す図であり、図２は
その組み立て後の断面図、図３は分解図を示している。
図２、図３において、２１は第１の円筒であり、円筒２
１はフランジ２１ａによりランプハウス１の外壁に取り
付けられている。２２は第２の円筒であり、第２の円筒
２２は図３に示すように第１の円筒２１に挿入される。
第２の円筒２２の外周には円環状の抜け止め溝２２ａが
設けられており、第２の円筒２２を第１の円筒２１に挿
入したのち、抜け止めピン２１ｂを第１の円筒２１に取
り付けると、抜け止めピン２１ｂが上記抜け止め溝２２
ａに係合し、第２の円筒２２は第１の円筒２１に回転可
能に取り付けられる。

【００２１】２３は第３の円筒であり、第３の円筒２３
は、図３に示すように第１、第２の円筒２１，２２の組
み立て体に挿入される。第３の円筒２３の外周には、ネ
ジ溝２３ａが設けられており、ネジ溝２３ａは第２の円
筒２２に取り付けられるガイドピン２２ｂと係合する。
また、第３の円筒２３には、その外側の軸方向にガイド
溝２３ｂが設けられており、第１の円筒２１に取り付け
られるガイドピン２１ｃが上記ガイド溝２３ｂに係合す
る。このため、第３の円筒２３は第１の円筒２１に対し
て回転しないが、同図矢印方向に移動可能に取り付けら
れる。

【００２２】さらに、上記第３の円筒２３には、図３に
示すように導光ファイバ３が挿入され図示しない止めネ
ジ等で固定される。ランプハウス出射部２’を図２のよ
うに組み立てたのち、第２の円筒２２を回転させると、
第３の円筒２３は同図矢印方向に移動し、これとともに
導光ファイバ３の入射端３ａの位置が移動する。すなわ
ち、第２の円筒２２に取り付けたガイドピン２２ｂが第
３の円筒２３に設けられたネジ溝２３ａに係合してお
り、また、第３の円筒２３は、カイドピン２１ｃにより
第１の円筒２１に対して回転しないように構成されてい
るので、第２の円筒２２を回転させると、第３の円筒２
３のネジ溝２３ａがガイドピン２２ｂに案内され、第３
の円筒２３が同図矢印方向に移動し、第３の円筒２３に
固定された導光ファイバ３の入射端３ａも同図矢印方向
に移動する。

【００２３】本実施例の紫外線照射装置は上記のような
構成であり、ランプ交換時、あるいは照度調整時に、照
度調整機構２０により導光ファイバ３の入射端３ａの位
置を変化させることにより、照度を調整することができ
る。すなわち、図１において、ランプ１ａからの光は、
常に楕円集光鏡１ｂの第２焦点に集光されているので、
導光ファイバ３の入射端３ａの位置を第２焦点に近づけ
れば、入射端３ａには集光した光が入射して露光出射部
４より放射される光の照度が大きくなり、また、導光フ
ァイバ３の入射端３ａの位置を第２焦点から遠ざけれ
ば、入射端３ａに拡散した光が入射するので、照度が小
さくなる。また、照度は導光ファイバ３の入射端３ａが
第２焦点にあるときに最大となる。

【００２４】図４は本実施例において、照度調整機構２
０により導光ファイバ３の入射端３ａの位置を変化させ
たときの照度変化を示す図である。図４は最大照度を示
す点（すなわち、入射端３ａが楕円集光鏡１ｂの第２焦
点にあるとき）を０とし、その位置から入射端３ａを第
２焦点からランプハウス３の反対側にずらしていったと
きの最大照度に対する照度の変化をプロットしたもので
ある。同図に示すように、最大照度点から導光ファイバ
３の入射端３ａの位置を約３０ｍｍ移動させると最大照
度の５０％となる。

【００２５】本実施例においては、照度調整機構２０の
第２の円筒２２を一回転させたとき導光ファイバ３の入
射端３ａの位置が５ｍｍ移動するので、第２の円筒２２
を６回転させたとき照度が最大照度の５０％になる。し
たがって、平均すると第２の円筒２２の一回転当たりの
照度変化は約７％である。したがって、照度調整機構を
操作したときの照度変化は従来装置のように急激でな
く、微妙な照度調整が可能である。

【００２６】また、図４から明らかなように、照度調整
機構を操作したとき照度は単調に減少し、前記図７に示
したような照度のピークが現れないので、調整が従来の
ものに比べ容易である。これは、以下の理由による。図
５は、前記図８に示した輝度の最大輝度の点Ｆ１ａを楕
円集光鏡１ｂの第１焦点Ｆ１上に位置させたときの光軸
上の照度変化を示す図である。最大輝度の点Ｆ１ａから
放出された光は、第２焦点Ｆ２の位置で集光する。一
方、光軸上の第１焦点Ｆ１以外の位置から放出された光
は、図５の破線で示したように光軸上では集光せず、ボ
ケた状態になる。

【００２７】すなわち、本実施例においては、ランプ１
ａの最大輝度の点Ｆ１ａを楕円集光鏡１ｂの第１焦点Ｆ
１に固定しており、ランプ１ａの輝度分布の第２のピー
クＦ１ｂは第１焦点Ｆ１の位置からずれているため、上
記第２のピークＦ１ｂは導光ファイバ３の入射端３ａの
位置ではボケてしまいその影響が小さくなるためであ
る。なお、本実施例の紫外線照射装置においては、照度
の調整範囲が５０％であり、従来のものに比べ調整範囲
が狭いが、紫外線照射装置の照度の調整幅は通常５０％
程度あるので十分実用可能である。なお、導光ファイバ
の移動距離を大きくすれば、５０％以上の調整範囲とす
ることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、導光ファイバの入射端の位置を移動させ照度調整を
するようにしたので、以下の効果を得ることができる。（１）照度の調整時、調整機構を移動させる距離に対し
て、照度の変化が緩やかになったので、微妙な照度調整
が可能となった。また、従来のようにランプ位置の高精
度な位置決めを行うことなく、照度調整を行うことがで
きるので、照度調整機構のコストダウンを図ることがで
きる。（２）調整機構を移動させているとき、ランプの発光部
の輝度分布による照度変化がほとんど現れないので、調
整が容易となった。（３）ランプハウスの遮光カバーを開けることなく照度
調整を行うことができ、簡単に照度調整を行うことがで
きるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の紫外線照射装置の全体構成を
示す図である。

【図２】本発明の実施例の照度調整機構の構成を示す図
である。

【図３】本発明の実施例の照度調整機構の分解図であ
る。

【図４】本発明の実施例の照度調整機構による照度変化
を示す図である。

【図５】ランプの発光部の最大輝度の点を第１焦点に位
置させたときの光軸上の照度変化を示す図である。

【図６】従来の紫外線照射装置の構成を示す図である。

【図７】従来の照度調整機構による照度変化を示す図で
ある。

【図８】ランプの発光部の輝度分布を示す図である。

【符号の説明】

１ランプハウス１ａランプ１ｂ楕円集光鏡１ｃミラー１ｄシャッタ１ｈランプ固定ホルダ２’ ランプハウス出射部３導光ファイバ４露光光出射部２０照度調整機構２１第１の円筒２１ａフランジ２１ｂ抜け止めピン２１ｃガイドピン２２第２の円筒２２ａ抜け止め溝２２ｂガイドピン２３第３の円筒２３ａネジ溝２３ｂガイド溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 502 H01L 21/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外光を含む光を放出するショートアー
ク型の放電ランプと、上記放電ランプから放出される光
を集光する楕円集光鏡と、上記楕円集光鏡により集光された光が入射端から入射
し、該光を出射端より放出する導光ファイバから構成さ
れる紫外線照射装置であって、上記楕円集光鏡の第１焦点位置に上記放電ランプの発光
部における最大輝度の部分の位置が位置するように上記
放電ランプが設置され、上記導光ファイバの入射端の位置を移動させ、上記楕円
集光鏡により光が集光される位置と上記入射端との距離
を調整する照度調整機構を備えた紫外線照射装置におい
て、上記照度調整機構は、紫外線照射装置の外壁に取り付け
られた第１の円筒と、第１の円筒に回転可能に挿入さ
れ、ガイドピンを有する第２の円筒と、外周にねじ溝が
設けられ、第１及び第２の円筒の組立体に挿入され、導
光ファイバが挿入固定される第３の円筒からなり、第２の円筒を回転させることによって、第３の円筒のね
じ溝が第２の円筒のガイドピンに案内され、第３の円筒
が移動することを特徴とする紫外線照射装置。