JP6562316B2

JP6562316B2 - 露光装置

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Publication number: JP6562316B2
Application number: JP2017144717A
Authority: JP
Inventors: 茂治細谷
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: JP2019028144A; WO2019021651A1

Description

この発明は露光装置に関するものであり、特に、ショートアークフラッシュランプからの真空紫外光を平行光として被処理物に照射して各種の処理を行う露光装置に係わるものである。

近年、波長２００ｎｍ以下の真空紫外光（以下、ＶＵＶともいう）が様々な分野で用いられている。この波長帯の光を発光できるＬＥＤは存在せず、放電ランプが光源として用いられている。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、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。
従来、このようなＶＵＶ光源としては、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。しかしながら、最近では、より短波長の光、具体的には波長１８０ｎｍ以下のＶＵＶが有効であるといわれることから、波長１７２ｎｍの真空紫外光を放射するエキシマランプを光源とした開発も行われている。ところで、これらのランプから放射される光は発散光であるために、マスクを用いた微細な選択的表面改質（パターニング）には不向きであるとされ、解像可能なパターンサイズに限界があるといわれている。具体的に述べると、ラインパターンでは１００μｍ程度が限界といわれている。

近時、より微細なパターニングに適した光源装置の開発が要請されており、このようなことから新規のＶＵＶ光源を用いた光照射装置について提案されていて、例えば、特開２０１６−１９２３４３号公報（特許文献１）にその構造が開示されている。
図９にその概略構造が示されていて、ハウジング１０１内にショートアークフラッシュランプ１０２及び反射ミラー１０３を下方に光が照射されるように配し、下方には光透過窓１０４が設けられていて、ハウジングの内部を窒素で満たしている。
反射ミラー１０３と光透過窓１０４との間には部材は配置されておらず、窓面において光はドーナツ状（円環状）の分布を示すので、その照度が高く均一である一部分にのみアパーチャ１０５を配置するものである。

この特許文献１記載の技術は、従来の発光長が長いランプ（エキシマランプ、低圧水銀ランプ）に替えて、発光長がより短いショートアークフラッシュランプを光源として採用するものである。このフラッシュランプから放射されたＶＵＶ光を、反射ミラーを用いて平行光（ないしは略平行光）として露光用光源としての光照射装置を構成するものである。

この従来技術によれば、ランプに反射ミラーとして放物面鏡を取り付け、レンズ等の光学系が無い状態で平行光を形成していた。しかしながら、ドーナツ状に放射される光の一部分のみを利用するものであるために、光利用効率が低かった。また、照射面での照度均一性も高くはなかった。

特開２０１６−１９２３４３号公報

この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、鏡筒内に波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を放射するショートアークフラッシュランプおよび該ランプからの光を反射する集光鏡を備え、前記鏡筒の下部には光照射窓を備えてなる光照射装置を備えた露光装置において、照度分布の均一性を維持しつつ、照射面積の大面積化を実現した露光装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る露光装置では、前記光照射装置は、前記鏡筒内に、前記集光鏡によって反射された光を平行化する光学系を備え、該光学系は、前記ランプと前記光照射窓の間に同一光軸上に沿って直線状に配置された複数のレンズ部材からなるものであって、前記光照射装置が複数備えられるとともに、該光照射装置の下方には、一体的に搬送されるマスクステージとワークステージとが配置されていて、前記複数の光照射装置において、搬送方向にみて隣接する前記光照射装置は、その光照射窓の一部が搬送方向で重なり合うような位置関係に配置されていて、搬送方向にみて積算光量が均しくなる有効照射領域が形成されていることを特徴とする。

また、前記光照射窓は平行な一対の辺を有する多角形であることを特徴とする。
また、前記光照射窓が直角四辺形であって、その一辺が搬送方向に対し傾斜していることを特徴とする。
また、前記光照射装置における前記鏡筒の内部は不活性ガスで充填されており、該鏡筒の下端面には不活性ガス排出口が設けられていて、前記光照射窓の周辺から前記マスクステージ上のマスクに向かって不活性ガスが吹き付けられることを特徴とする。

この発明のショートアークフラッシュランプを有する光照射装置を複数用いた露光装置によれば、複数の光照射装置を狭い範囲で密集して配置でき、該光照射装置からのＶＵＶ平行光の照射領域での積算照度の均一化が図られ、照射面積の大面積化が図られるものである。
また、各光照射装置の下端面から不活性ガスをマスクに対して吹き付けるので、マスク上で不活性ガスが均一に存在して、光照射窓から出射したＶＵＶ光がマスクに至るまでの間での減衰が効果的に抑制される。

本発明に用いられる光照射装置の断面図。光照射装置におけるショートアーク型フラッシュランプの断面図。本発明の露光装置の搬送方向に対する直交方向の断面図（Ａ）とその上面図（Ｂ）。本発明の露光装置の搬送方向の断面図（Ａ）とその上面図（Ｂ）。本発明の露光装置の部分拡大断面図。光照射装置の下面図。光照射装置の配置図の一例。他の配置図の例。従来の光照射装置の断面図。

図１は本発明の露光装置に用いられるショートアークフラッシュランプを用いた光照射装置の全体を表すものである。
図１において、本発明に用いられる光照射装置１は、鏡筒２と、その内部に設けられたショートアークフラシュランプ３と、これを取り囲む集光鏡４と、光学系５と、最下部に設けられた光照射窓６とを備えている。
鏡筒２は、複数の鏡筒ユニット２０〜２５からなり、これら各鏡筒ユニットにはそれぞれランプ３や、光学系５を構成する複数のレンズ部材５１〜５５が保持されている。
この光学系５は、ランプ３から出射され集光鏡４で反射された光を、平行化し照度を均一化するためのものであって、例えば、第１のレンズ部材（両凹レンズ）５１、第２のレンズ部材（平凸レンズ）５２、第３のレンズ部材（インテグレータレンズ）５３、第４のレンズ部材（凸メニスカスレンズ）５４および第５のレンズ部材（両凸レンズ）５５から構成されている。

最上部に位置するランプ鏡筒ユニット２０には、ランプ３および集光鏡４が保持されている。ここで用いられるランプ３はショートアークフラシュランプであり、図２にその概要構造が示されている。
このショートアークフラッシュランプ３は、発光空間を形成する発光管３０１と、その発光管３０１の一端に連続して管軸方向に沿って外方に延びる第１封止管３０２と、他端に連続して管軸方向に沿って外方に延びる第２封止管３０３を有していて、前記第２封止管３０３には封止用ガラス管３０４が挿入されており、その重なり領域において両者は溶着されている。

前記発光管３０１内には、一対の第１主電極３０５と第２主電極３０６とが対向配置されている。前記第１主電極３０５は、その芯線３０７が第１封止管３０２に段継ガラスなどの手段により封着されて外方に気密に導出されており、一方、前記第２主電極３０６は、その芯線３０８が前記封止用ガラス管３０４に段継ガラスなどの手段により封着されて外方に気密に導出されている。

そして、前記発光管３０１内の一対の主電極３０５、３０６の間には、一対の第１始動補助電極３１０と第２始動補助電極３１１が配設されていて、それぞれの内部リード３１２、３１５と外部リード３１３、３１６とが、前記第２封止管３０３と封止用ガラス管３０４との間の溶着領域において、金属箔３１４、３１７を介して電気的に接続されている。

前記始動補助電極３１０、３１１の外部リード３１３、３１６が導出される側にある第２封止管３０３にはアルミニウム製などの口金３２０が固定されている。この口金３２０と第２封止管３０３との間の空隙には、第１の接着剤３２１が充填され、仕切り部材３２３を介して、口金３２０と封止用ガラス管３０４との間の空隙には第２の接着剤３２２が充填されている。
この第２の接着剤３２２中には、第２封止管３０３から導出された外部リード３１３、３１６が埋設され、口金３２０の後方から外部に導出されている。この外部リード３１３、３１６は、その後方部において絶縁性の被覆材３１３ａ、３１６ａによって被覆されている。
なお、このようなショートアークフラシュランプ３の詳細は、特開２０１６−１３１１３５号公報に開示されている。

前記鏡筒２は、細長い筒状をなし、例えば、アルミニウムを切削した円筒状部材によって構成されている。この鏡筒２は、複数の鏡筒ユニット２０〜２５からなり、最上部に位置する鏡筒ユニットは、内部にランプ３を収容保持するランプ鏡筒ユニット２０を構成している。そして、このランプ鏡筒ユニット２０内には、ランプ３を取り囲むように集光鏡４が設けられていて、この集光鏡４は、例えば楕円集光鏡である。

ランプ３の口金３２０は、ランプ保持部材３１によってランプ鏡筒ユニット２０の上部に保持されており、このランプ保持部材３１には、鏡筒２内に開口する不活性ガス供給口３２が形成されていて、不活性ガス供給管３３が接続され、窒素（Ｎ_２）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）などの不活性ガスが供給される。
不活性ガス供給管３３から不活性ガス供給口３２を経てランプ鏡筒ユニット２０内に供給される不活性ガスは、集光鏡４とランプ３の間隙からランプに沿って下方に流下して、ランプ３を冷却し、更に下方に流れていく。

ランプ鏡筒ユニット２０の下方には、複数のレンズ鏡筒ユニット２１〜２５が設けられていて、これらレンズ鏡筒ユニット２１〜２５には、前記ランプ３から出射されて集光鏡４によって反射された光を平行化し、また、照度を均一化する光学系５を構成する複数のレンズ部材５１〜５５がそれぞれ保持されている。
つまり、第１のレンズ鏡筒ユニット２１には第１のレンズ部材（両凹レンズ）５１が、第２のレンズ鏡筒ユニット２２には第２のレンズ部材（平凸レンズ）５２が、第３のレンズ鏡筒ユニット２３には第３のレンズ部材（インテグレータレンズ）５３が、第４のレンズ鏡筒ユニット２４には第４のレンズ部材（凸メニスカスレンズ）５４が、そして、第５のレンズ鏡筒ユニット２５には第５のレンズ部材（両凸レンズ）５５が、それぞれ保持されている。
そして、最下部に位置する第５のレンズ鏡筒ユニット２５の下端には、光照射窓６が設けられている。
なお、第1〜第５のレンズの選択及び組合せは、目的とする平行度及び照度均一性に合わせて適宜選択可能である。

こうして、ランプ鏡筒ユニット２０と複数のレンズ鏡筒ユニット２１〜２５を組み合わせることで鏡筒２が構成され、その内部に設けられた第１〜第５のレンズ部材５１〜５５は、ランプ３と光照射窓６の間に同一光軸ＯＡ上に沿って直線状に配置された光学系５を構成する。

各レンズ鏡筒ユニット２１〜２５にはレンズ保持部２１１〜２５１が形成されていて、それぞれ、第１〜第５のレンズ部材５１〜５５を保持している。このレンズ保持部は、レンズ鏡筒ユニットを切削加工して段部として内側に突出するフランジ部で構成することができる。
そして、このレンズ保持部２１１〜２５１には、これらを光軸方向に貫通する通気孔２１２〜２５２がそれぞれ形成されていて、各レンズ部材５１〜５５の上面側と下面側の空間を連通している。

そして、最下段に位置する第５のレンズ鏡筒ユニット２５の下端に設けられた光照射窓６における、光取り出し部以外のフランジ領域６１に、不活性ガス排出口６２が形成されていて、不活性ガス供給口３２から鏡筒２内に供給された不活性ガスが、鏡筒２内を下方に流れて該鏡筒２内を不活性ガス雰囲気とした後に、この不活性ガス排出口６２から鏡筒２外に噴出される。
このように、ランプを冷却しつつ、鏡筒２内の酸素濃度を例えば１０ｐｐｍ（体積比）以下に抑える不活性ガス（窒素ガス）の流量は、例えば、２５Ｌ（リットル）／ｍｉｎである。

また、光学系５を構成するレンズ部材５１〜５５や、光照射窓６は、真空紫外光を効率よく利用するために、例えば２００ｎｍ以下の光を透過する材料によって構成されている。
さらに好ましくは波長２００ｎｍの光の透過率が８０％以上の材料で構成されている。具体的にそれらの性質を有するのはフッ化物であり、さらに具体的には例えばフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）である。

ところで、上記実施例では、各鏡筒ユニットには、ランプやレンズが１つずつ設けられたものとして説明したが、一つの鏡筒にこれらが複数設けられるものであってもよい。例えば、前記第１の鏡筒ユニット２１にランプ３と第１のレンズ部材５１が設けられ、あるいは、第２の鏡筒ユニット２２に第１のレンズ部材５１と第２のレンズ部材５２が設けられる構成としてもよい。

図３以下にこのような光照射装置を用いた露光装置の例が示されている。
図３は、搬送方向に直交する方向の断面図（Ａ）とその上面図（Ｂ）であり、図４は搬送方向に沿った方向の断面図（Ａ）とその上面図（Ｂ）である。
図３、４に示すように、複数の光照射装置１が、不図示の光学ベンチ等のフレームを基礎として設けられる架台１１によって鏡筒２が保持されて配置される。定盤１０上にはワークステージ１２が、水平方向（ＸＹ方向）に移動可能に設けられている。このワークステージ１２の上面にはワークＷが載置支持されており、θ回転機構を設けてワークＷを回転可能としている。
一方、マスク１４はマスクステージ１３に交換可能に固定されており、マスク１４に設けられたアライメントマーク（不図示）の位置に対し、ワークに設けられたアライメントマーク（不図示）の位置が合うようにワークステージ１２を移動させることにより、マスク１４とワークＷとの位置調整を行う。
マスク１４は、例えば、ガラス等の光透過性基板上にクロム等の遮光材を蒸着後、パターンをエッチングし、遮光部と該遮光部が設けられていない透光部とを含む照射パターンを形成したものである。例えば、バイナリーマスク、位相シフトマスクなどを使用することができる。また、金属等の遮光性基板に対して透光部である開口部がパターン状に設けられたメタルマスクを使用することもできる。

このマスクステージ１３とワークステージ１２とは一体的に、前記光照射装置１に対して搬送されるものであり、複数の光照射装置１は、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）に示すように、搬送方向Ｓにみていわゆる千鳥状に配置されている。なお、この例では、光照射装置１は３台の例であるが、ワークＷの幅との関係で、２台であっても、あるいは４台以上であってもよい。

本発明の露光装置では、ワークＷが光照射装置１に対して搬送される、いわゆる、スキャンタイプであり、光照射装置１の下端の光照射窓はマスク１４に近接配置するが、一定の間隙が存在することになる。
本発明の露光装置は２００ｎｍ以下の真空紫外光を利用するものであるので、光照射窓とマスクの間の間隙に存在する酸素によって吸収が生じるが、この吸収を抑制するために、光照射装置１の下端には、板材もしくはブロック材などからなる被覆部材７が設けられていて、マスク１４およびマスクステージ１３上を覆うように近接配置される。
そして、図５に示すように、鏡筒２の下端面から噴出する不活性ガスＮは、この被覆部材７によって、下方に近接配置されたマスク１４に沿うように流され、これによって光照射窓とマスクの間の間隙の酸素を効果的にパージすることができるものである。

図６に本発明に用いられる光照射装置１の鏡筒２の下端面の光照射窓６の例が示されていて、正方形（Ａ）、長方形（Ｂ）、平行四辺形（Ｃ）、台形（Ｄ）、六角形（Ｅ）等の多角形の例が示されている。これら多角形は、いずれかに平行する一対の辺を有するものである。
このような光照射窓６における、光取り出し部以外のフランジ領域６１に、当該光出射窓６の周囲に不活性ガス排出口６２が形成されていて、前述したように、光照射装置１の筐体２内を流下した不活性ガスは、この不活性ガス排出口６２から噴出する。

図７に、正方形状の光照射窓６を有する光照射装置が３台配置された例が示されている。
この実施例の場合、正方形の光照射窓６は、その一辺が、搬送方向Ｓに対して直交することなく、傾斜して配置される。そして、これら光照射装置１は、いわゆる千鳥状に配置され、複数の光照射装置１において、搬送方向にみて隣接する光照射装置１は、その光照射窓６の一部が、搬送方向Ｓで重なり合うような位置関係に配置されている。
こうすることで、各光照射窓６の照射領域には、重畳領域Ｙが形成され、この重畳領域Ｙの積算光量は、重ならない領域（非重畳領域）Ｚでの積算光量と等しくなる。これにより、複数の光照射装置１によって、搬送方向Ｓにみて積算光量が均しくなる有効照射領域Ｘが形成される。
このような関係は、光照射装置１が２台の場合、あるいは、４台以上の場合でも同様である。

図８には、光照射窓６が四角形以外の例が示され、（Ａ）は台形であり、（Ｂ）は六角形である。
これらの例の場合、平行する一対の辺は、搬送方向に対して直交して配置される。
このいずれの例においても、各光照射窓６はその一部が搬送方向で重なり合うように配置されていて、これにより、各光照射窓６によって、照射領域には、重畳部分Ｙが形成されて、この重畳領域Ｙの積算光量は、非重畳領域Ｚでの積算光量と等しくなる。これにより、有効照射領域Ｘが形成されることは、図７の実施例と同様である。

以上説明したように、本発明に係るショートアークフラッシュランプを有する光照射装置を用いた露光装置では、複数の光照射装置を狭い範囲で密集して配置でき、しかも、各光照射装置の光照射窓の一部を搬送方向で重なり合うように配置することで、該光照射装置からのＶＵＶ平行光の照射領域での積算照度の均一化が図られ、幅広の有効照射領域が形成でき、照射面積の大面積化が図られるものである。
また、各光照射装置の下端面から不活性ガスをマスクに対して吹き付けるので、マスク上で不活性ガスが均一に存在して、光照射窓から出射したＶＵＶ光がマスクに至るまでの間での減衰が効果的に抑制される。

１光照射装置
２鏡筒
２０ランプ鏡筒ユニット
２１〜２５第１〜第５のレンズ鏡筒ユニット
２１１〜２５１レンズ保持部
２１２〜２５２通気孔
３ショートアークフラッシュランプ
３２不活性ガス供給口
４集光鏡
５光学系
５１〜５５第１〜第５のレンズ部材
６光照射窓
６２不活性ガス排出口
７被覆部材
１２ワークステージ
１３マスクステージ
１４マスク
Ｗワーク
Ｘ有効照射領域
Ｙ重畳領域
Ｘ非重畳領域

Claims

鏡筒内に波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を放射するショートアークフラッシュランプおよび該ランプからの光を反射する集光鏡を備え、前記鏡筒の下部には光照射窓を有する光照射装置を備えた露光装置であって、
前記光照射装置は、前記鏡筒内に、前記集光鏡によって反射された光を平行化する光学系を備え、該光学系は、前記ランプと前記光照射窓の間に同一光軸上に沿って直線状に配置された複数のレンズ部材からなるものであって、
前記光照射装置が複数備えられるとともに、該光照射装置の下方には、一体的に搬送されるマスクステージとワークステージとが配置されていて、
前記複数の光照射装置において、搬送方向にみて隣接する前記光照射装置は、その光照射窓の一部が搬送方向で重なり合うような位置関係に配置されていて、搬送方向にみて積算光量が均しくなる有効照射領域が形成されていることを特徴とする露光装置。
前記光照射窓は平行な一対の辺を有する多角形であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記光照射窓が直角四辺形であって、その一辺が搬送方向に対し傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
前記光照射装置における前記鏡筒の内部は不活性ガスで充填されており、該鏡筒の下端面には不活性ガス排出口が設けられていて、前記光照射窓の周辺から前記マスクステージ上のマスクに向かって不活性ガスが吹き付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の露光装置。