JP5644101B2

JP5644101B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP5644101B2
Application number: JP2009290544A
Authority: JP
Inventors: 池田　聡; 聡池田; 大助石井; 敏成新井
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: JP2011134760A

Description

本発明は露光装置に関し、特にフォトレジストに対して紫外線（以下、ＵＶと略称する）を照射する露光装置に関する。

一般に、半導体素子、液晶ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネルなどの製造には、フォトリソグラフィ（Photolithography）という技術が用いられる。フォトリソグラフィは、半導体ウェハーの表面にフォトレジストを塗布しておき、その表面をパターン状に露光して、露光された部分と露光されていない部分とからなるパターンを形成する技術である。

露光装置は、レチクルと呼ばれるフォトマスクに描かれた素子・回路のパターンを半導体ウェハーの表面に焼き付けるために、フォトレジストに対してＵＶを照射する。つまり、露光装置による露光処理は、フォトレジストにＵＶを照射することによって行われる。

ところで、露光装置において、光源からの光が光化学反応を起こして生成された反応生成物が、光学素子に付着することがある。この反応生成物が付着すると、光学素子に曇りが発生する。例えば、光学素子の表面が白濁する。この曇りが発生すると、露光対象に照射される光の照度が低下するという問題がある。この問題を解決するため、真空チャンバーを用いる技術（例えば、特許文献１を参照）や、不活性ガスを利用する技術が知られている（例えば、特許文献２を参照）。

真空チャンバーを用いた特許文献１では、真空チャンバー内に光源および反射鏡を設けることにより、光源および反射鏡の曇りを防止している。

不活性ガスを利用した特許文献２では、光源および照明光学系の少なくとも一部を容器で略密閉し、その容器内を容器外より高い圧力の不活性ガスで満たしている。

特開平１０−１４４５８８号公報特開平１０−１３５１２８号公報

上述したように露光装置においては、ＵＶが照射されることにより、光学素子の表面に汚れが付着するおそれがある。この汚れは、硫化物や、露光対象である基板表面から発生する昇華物を起因としている。この汚れが付着すると光学素子の表面が曇り、照射強度の低下を招くという問題がある。

ここで、上述した特許文献１に記載の真空チャンバーを用いると、光源周辺を真空密閉することになり、光源の冷却が難しくなる。また、特許文献２に記載の技術によると、圧力を高めた不活性ガスを大量に用いるので、不活性ガスの人体への影響が問題になると考えられる。

本発明は上述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り、その目的は硫化物や基板表面から発生する昇華物を起因とする汚れの付着を防止する場合に、光源の冷却は確実に行われ、かつ、人体への影響が問題とならない露光装置を提供することである。

上記問題を解決するため、本発明による露光装置は、底部に設けられた吸気口と上面に設けられた排気口とを備え、前記吸気口から前記排気口へ向けて冷却のための空気流を生じさせて空冷される光源と該光源からの光を集光する光学素子とを備えた光源側筐体と、前記光源からの光の焦点位置近傍に位置し前記光源からの光を露光対象に導く光学素子を備えた一つの光学系側筐体とを含み、前記光源側筐体は前記光源からの光を透過する光透過部材を備え、前記光源側筐体と前記光学系側筐体とは前記光透過部材によって隔てられ隣接して配置され、前記光透過部材は、前記光源側筐体から光学系側筐体へ光りを透過させ、前記光源側筐体は、前記光透過部材に不活性ガスを吹き付けるノズルを備えており、前記光学系側筐体は略密閉され、かつ該筐体の内部の圧力は該筐体の外部より高められており、前記露光対象を前記光学系筐体の外部に配置していることを特徴とする。光学系側筐体において密閉構造を採用することにより、光学素子の汚れの不着を防止することができる。また、光の焦点位置は光が集められているため、光学素子に汚れが付着する可能性が高いが、光学系側筐体において密閉構造を採用しているので、光学素子の汚れの不着を防止することができる。そして、光源側筐体において不活性ガスを吹き付けて光透過部材の表面雰囲気中の窒素ガスを高濃度に保持することにより、汚れの付着を防止することができる。さらに、光学系側筐体の内部の圧力を、外部よりも高めることにより、筐体の隙間から光学系筐体内へ、硫化物や露光対象から発生する昇華物が入り込む可能性を無くすことができ、ユニット内の光学素子の曇りの発生を防止できる。

前記光源側筐体は、該筐体の底部に設けられた吸気口と、該筐体の上面に設けられた排気口とを備え、前記吸気口から前記排気口へ向けて、冷却のための空気流を生じさせることにより、前記光源と前記光源からの光を前記光学系筐体へ導く光学素子とを冷却するのが望ましい。このように光源やミラー等の光源側ユニット内の設備を空冷する場合、硫化物や基板表面から発生する昇華物が光源側ユニットの内部に入り込む可能性がある。このため、何も対策を施さないと、硫化物や昇華物が窓材等に付着し、それにＵＶが照射されると酸化して窓材等に曇りが生じてしまうことがある。本発明では不活性ガスを局所的に連続的に吹き付け、窓材等の表面雰囲気中のガスを高濃度に保持することにより、硫化物等の不純物や酸素を減少させ、その曇りを飛躍的に低減させることができる。

本発明によれば、筐体を２つに分け、光学系側筐体については略密閉構造を採用しているので、光学系部材の汚れの不着を防止することができる。また、光源側筐体については光透過部材である窓材に不活性ガスを吹き付け、窓材の表面雰囲気中の窒素ガスを高濃度に保持することにより、汚れの付着を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を示す図である。図１の露光装置の窓材周辺のより詳細な構造を示す図である。本発明の他の実施の形態に係る露光装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。

（露光装置の構成）
図１は、本発明の実施形態による露光装置の構成例を示す図である。同図には、露光装置の光源および光学系に関する構成が示されている。なお、同図においては、作図の都合から装置の奥行きを表現していない。

同図を参照すると、本実施形態による露光装置は、露光処理を行うための光源を備えた筐体である光源側ユニット１００と、光源側ユニット１００からの光について集光などを行って露光対象３００に導く筐体である１つの光学系側ユニット２００とから構成され、露光対象３００を光学系側ユニット２００の外部に配置している。

光源側ユニット１００は、照射するＵＶを出力する光源１１と、光源１１からの光を反射させて集光させるための楕円ミラー１２と、楕円ミラー１２によって反射される光を反射させてその向きを変えるためのミラー１３と、ミラー１３による反射光を透過する光透過部材である窓材１０とを備えている。光源１１には、例えば水銀灯を用いる。なお、窓材１０は、光を透過させるだけの機能を有しており、光学的役割を有していない。

光学系側ユニット２００は、窓材１０を透過した光を反射するミラー２１と、ミラー２１によって反射された光を、光の強度分布が均一な光に変換するためのフライアイレンズ２２と、光を絞り込むためのシリンドリカルレンズ２３と、光を集めて露光対象３００に均等に照射するためのコンデンサレンズ２４と、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させる機能を有する偏光板２５と、偏光板２５を透過したＰ偏光を透過させる窓材２６とを備えている。

なお、図１において、ミラー以外の、光が透過する部材（すなわち各レンズや窓部材）は、ＵＶを透過させる必要があるため、合成石英によって形成されている。

（光学系側ユニット）
光学系側ユニット２００は、光源１１からの光の焦点位置近傍に位置する光学素子であるフライアイレンズ２２が内部に備えられ、略密閉されている。ここで、「略密閉」とは、ユニット２００内が真空ではなく、わずかな隙間が許容される状態を指す。

そして、光学系側ユニット２００においては、図示せぬ吸気口からＣＤＡ（Clean Dry Air）４３を導入し、ユニット内の圧力をユニット外よりも高めている。これにより、ユニットの隙間からユニット内へ、硫化物や、露光対象である基板表面から発生する昇華物が入り込む可能性を無くすことができ、光学系側ユニット２００内の光学素子の曇りの発生を防止できる。

（露光処理）
上述した構成の露光装置において、光源１１から出力されたＵＶは、楕円ミラー１２およびミラー１３によって反射され、窓材１０を介して光源側ユニット１００から光学系側ユニット２００に入射する。そして、光学系側ユニット２００に入射したＵＶは、ミラー２１によって反射され、シリンドリカルレンズ２３に入射する。ここで、本例では、フライアイレンズ２２の近傍に焦点が位置するように、楕円ミラー１２、ミラー１３、ミラー２１が配置されている。

フライアイレンズ２２は、１つの光を複数の光に分け、それらを合成するように作用する。このため、フライアイレンズ２２を通過したＵＶは、均一な強度分布となる。この均一な強度分布を有するＵＶがシリンドリカルレンズ２３、コンデンサレンズ２４、偏光板２５を順に通過し、窓材２６を介して露光対象３００に照射される。

（光源の冷却と曇り対策）
本実施形態では、光源１１を空気の流れによって冷却している。空気の流路を確保するため、光源側ユニット１００の底部に吸気のための吸気口（図示せず）、上面に排気のための排気口（図示せず）が設けられている。光源が発熱するため、図示せぬ吸気口からの吸気４１および図示せぬ排気口からの熱排気４２によって空気流が生じる。この空気流によって、光源１１やミラーなど、光源側ユニット１００内の設備が冷却される。

このような空冷方式を採用する場合、図示せぬ吸気口から吸気４１が行われるため、硫化物や基板表面から発生する昇華物が光源側ユニット１００の内部に入り込む可能性がある。このため、何も対策を施さないと、硫化物や昇華物が窓材１０に付着し、それにＵＶが照射されると酸化して窓材１０に曇りが生じてしまう。すると、窓材の光透過率が低下し、露光のための照度が低下するという問題が生じる。特に、本例では、焦点位置に近いフライアイレンズ２２の近傍に位置している窓材１０に汚れが付着すると、光の密度が高いため（光量が大きいため）、焦点から遠い位置にある光学素子に汚れが付着した場合よりもロスが大きくなる。

このような問題が生じないように、本実施形態では、窓材１０に不活性ガスを吹き付けるためのノズル１４を光源側ユニット１００内に設けており、窓材１０の表面雰囲気中の不活性ガスを高濃度に保持する。不活性ガスには、例えば、窒素（Ｎ_２）を用いる。

そして、例えば、図２に示されているように、窓材１０の表面に、ノズル１４から窒素ガス４４を連続的に吹き付けることにより、窓材１０の表面を高濃度窒素ガス雰囲気に保持することができる。例えば、光透過部分の１辺が１３０ｍｍの大きさの窓材１０を用いた場合、毎分２０リットルの窒素ガスを連続供給する。こうすることにより、硫化物等の不純物、酸素（Ｏ_２）を減少させ、窓材に発生する曇りを飛躍的に低減することができる。

（窓材の交換）
ところで、窓材１０に曇りが発生した場合は、新たな窓材と交換することができる。窓材１０の交換は、例えば、光学系側ユニット２００の蓋（図示せず）を開け、その開口部分を介して行われる。

窓材１０の交換は製造ラインを止めた状態で行われるので、交換の頻度が高いことは好ましくない。この点、本発明を採用すれば、窓材１０の交換時期を大幅に伸ばすことが可能であり、かつ、交換にかかる費用のコストダウンが可能である。

（他の実施形態）
図１では、光源側ユニット１００と光学系側ユニット２００とが窓材１０を介して接触している場合について説明したが、これらのユニットが接触していない場合についても本発明を適用することができる。例えば、図１中のフライアイレンズ２２の位置とミラー２１の位置とが入れ替わり、図３に示されているように、光源側ユニット１００と光学系側ユニット２００とが接触していない構成とされている場合においても、ノズル１４から窒素ガス４４を連続供給することにより、窓材１０の表面を高濃度窒素ガス雰囲気に保持することができる。

上記の例では焦点が結ぶ位置（フライアイレンズ２２の近傍）と比較的離れた位置に窓材１０が設けられているのに対し、本例では焦点が結ぶ位置（フライアイレンズ２２の近傍）に近い位置に窓材１０が設けられている。したがって、何ら対策を施さないと窓材に曇りが発生する可能性が高い。本例においても、窓材１０に不活性ガスを吹き付けているので、硫化物等の不純物、酸素を減少させ、窓材に発生する曇りを飛躍的に低減することができる。

（変形例）
上記の例では、窓材１０にのみ不活性ガスを吹き付けているが、光源側ユニット１００内のミラー１３の表面や、他の光学素子の表面など、汚れが付着する可能性がある部分についても同様に不活性ガスを吹き付けてもよい。この場合、不活性ガスを吹き付けるためのノズルを、汚れが付着する可能性がある部分の近傍に追加して設け、その部分を高濃度窒素ガス雰囲気に保持すればよい。

ところで、光学系筐体の内部全体において、窒素ガスの濃度を高く保つという対策も考えられる。しかしながら、その場合、窒素ガスが大量に必要になり、人体に対して悪影響を与える可能性を否定できない。一方、本発明によれば、曇りが生じては困る部分である窓材のみに対してノズルから窒素ガスを吹き付ける構成を採用しているので、窒素ガスの使用量を必要最低限に抑え、人体に対する安全性を保つことができる。

（まとめ）
本発明によれば、２つのユニット間を窓材によって隔てることにより、各ユニットごとに独立した排気と適切な量のガスでパージ（浄化）が可能である。このため、本発明によれば、露光光源全体をパージするための窒素ガス（Ｎ_２）を必要としない。窓材表面に不活性ガスである窒素ガスを局所的に連続的に吹き付け、窓材の表面雰囲気中の窒素ガスを高濃度に保持することにより、硫化物等の不純物や酸素（Ｏ_２）を減少させ、窓材に発生する曇りを飛躍的に低減させることができる。これにより、窓材の交換時期を大幅に伸ばすことが可能であり、かつ、交換にかかる費用のコストダウンが可能である。

１０窓材
１１光源
１２楕円ミラー
１３、２１ミラー
１４ノズル
２２フライアイレンズ
２３シリンドリカルレンズ
２４コンデンサレンズ
２５偏光板
２６窓材
４１吸気
４２熱排気
４３ＣＤＡ
４４窒素ガス
１００光源側ユニット
２００光学系側ユニット
３００露光対象

Claims

底部に設けられた吸気口と上面に設けられた排気口とを備え、前記吸気口から前記排気口へ向けて冷却のための空気流を生じさせて空冷される光源と該光源からの光を集光する光学素子とを備えた光源側筐体と、
前記光源からの光の焦点位置近傍に位置し前記光源からの光を露光対象に導く光学素子を備えた一つの光学系側筐体とを含み、
前記光源側筐体は前記光源からの光を透過する光透過部材を備え、
前記光源側筐体と前記光学系側筐体とは前記光透過部材によって隔てられ隣接して配置され、
前記光透過部材は、前記光源側筐体から光学系側筐体へ光りを透過させ、
前記光源側筐体は、前記光透過部材に不活性ガスを吹き付けるノズルを備えており、
前記光学系側筐体は略密閉され、かつ該筐体の内部の圧力は該筐体の外部より高められており、
前記露光対象を前記光学系筐体の外部に配置している
ことを特徴とする露光装置。