JP6590252B2

JP6590252B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP6590252B2
Application number: JP2015212126A
Authority: JP
Inventors: 林　賢志; 賢志林
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2019-10-16
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: JP2017083656A

Description

この発明は、紫外線を利用した露光装置に関し、特に、被処理物上に選択的に親水部と疎水部を形成させる露光装置に係わるものである。

従来、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩなどの微細パターンから形成される半導体素子の製造工程においては、マスクに描かれたパターンを基板上に投影して焼き付け形成する投影露光装置が使用されている。
また、一方で、上記のようなフォトレジストによるパターン形成工程を用いずに、波長２００ｎｍ以下の真空紫外光（以下、ＶＵＶ光ともいう）とマスクを用いて、基板（ワーク）の表面に親水性の部分と疎水性の部分を形成し、パターンを形成する技術が開発されている。特開２０１４‐２３５９６５号公報（特許文献１）がその一例である。

図４にその概略構造が示されていて、露光装置５０は、光源部５１と、マスク収容部５２と、処理部５３とからなる。
光源部５１は、ランプハウス５１１内に収容されたＶＵＶ光を出射する光源ランプ（フラッシュランプ）５１２と、これを囲む反射ミラー５１３とを有し、下方には石英窓部５１４が設けられている。
光源部５１の下方のマスク収容部５２にはマスク５２１が配置されていて、その下方の処理部５３にはワークステージ５３１が設けられて、その上部に基板（ワーク）Ｗが載置されている。
このような装置においては、光源ランプ５１２からのＶＵＶ光は、反射ミラー５１３によって反射されて平行光となり石英窓部５１４およびマスク５２１を介してワークＷに照射される。

また、平行光を用いて微細なパターンを形成するときに、基板Ｗに照射されるＶＵＶ光の照度分布に高い均一性が求められる場合は、例えば、図４に示す反射ミラー５１３を楕円集光ミラーとして、その第一焦点に点光源ランプ５１２を配置し、集光される第二焦点にインテグレータを配置して、そのインテグレータからの光をコリメータレンズ、又は反射鏡で平行光にしてマスクに照射する構成とされる。
これらのインテグレータやコリメータレンズなどの光学系は、光源部から放射されワークに照射される光が進行する光路上にあるので、これらもマスク収容部内に収容されることになる。

このような波長２００ｎｍ以下のＶＵＶ光を用いる光照射装置では、露光用のＶＵＶ光が、酸素による吸収減衰を激しく受けるため、このＶＵＶ光が通過する光路内全体を真空に保持、あるいは、Ｎ_２ガスなどの不活性ガス雰囲気にする必要がある。
即ち、図４の例では、光源部５１やマスク収容部５２内を真空雰囲気あるいはＮ_２ガスなどの不活性ガス雰囲気に維持しなければならないという問題がある。

また、マスクを形成する部材(ブランクマスク)や、光学系を構成するコリメータレンズ、インテグレータレンズの材料には、ＶＵＶ光を透過する材料、例えば合成石英、フッ化マグネシウムなどを採用しなければならず、費用的なデメリットがある。
パターンの高精細化に伴い光強度を向上させようとすれば、光源、集光光学系、それを内蔵する筐体を含め、装置全体を大きくしなければならず、ＶＵＶ光を使用した従来技術による露光装置では、大掛かりな排気設備、ガス置換設備、気密構造を用意しなければならない。

特開２０１４‐２３５９６５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、紫外光を用いて被処理物を処理する露光装置において、ＶＵＶ光の吸収防止のために露光用の光が通過する経路内を不活性ガス雰囲気にするという煩雑な構造とすることなく、また、光学系の材料としてＶＵＶ透過性を必要としない比較的安価な材料を選択できるようにして、ＶＵＶによる処理と同等の効果が得られるような露光装置の構造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、２００ｎｍ未満の波長をカットし、２００〜３００ｎｍの波長の光を含む紫外光を平行光として出射する光源部と、パターンが形成されたマスクと、被処理物を載置するステージを有する処理部と、を備え、前記処理部においては、前記マスクと前記ステージの間がオゾン雰囲気とされており、前記光源部からの紫外光が前記マスクを介して前記ステージ上の被処理物に照射されることを特徴とする。
また、前記被処理物に親水部と疎水部を作成することにより、パターンを形成することを特徴とする。
また、前記処理部には、オゾン供給口とオゾン排出口を有し、前記マスクと前記ステージの間にオゾンが流れていることを特徴とする。
また、前記光源部は、２５４ｎｍを主波長とする紫外光を放射する高圧水銀ランプを有することを特徴とする。

この発明の露光装置によれば、照射される２００〜３００ｎｍの光（以下、ＤＵＶ光ともいう）は空気中の酸素による吸収減衰がＶＵＶ光に比べて少ないので、ＤＵＶ光の経路である光源部やマスク収容部内は通常の空気雰囲気でよい。こうして光源部からのＤＵＶ光は減衰されることなくマスクを通して処理室に導かれ、ここで、処理部内に充填されているオゾンと反応して、活性酸素を生成する。
これにより、マスクの透過口を通過したＤＵＶ光が照射されている部分のみに選択的かつ局所的に活性酸素を発生させることができるので、基板（ワーク）は、ＤＵＶ光が照射された部分の表面のみが親水化される。

こうして、基板（ワーク）上において、活性酸素と接触する部分は親水性を帯び、接触していないところは、疎水性のままである。つまり、ＶＵＶ光を用いる露光方法と同様に、基板上に親水化した部分と疎水化した部分を形成（パターン形成）することができる。

このように、２００ｎｍ〜３００ｎｍの光（ＤＵＶ光）は、酸素による吸収を受けることがないので、ＤＵＶ光が通過する経路全体、つまり、光源部やマスク収容部内を真空にしたり、窒素ガスなどの不活性ガスに置換したりする必要がなく、設備の大幅な簡略化が図れる。
また、マスク、光学部品はＤＵＶ光を透過する安価な材料でよく、費用面で有利な露光装置を提供することができる。

本発明の露光装置の概略断面図。本発明の露光装置の処理部の拡大断面図。本発明の効果を表す表とグラフ。従来の露光装置の概略断面図。

図１に本発明の露光装置が示されていて、露光装置１は、光源部２と、マスク収容部３と、処理部４とからなる。
光源部２は、ランプハウス２１内に配置された光源ランプ２２と、これを取り囲む反射ミラー２３とからなる。
そして、マスク収容部３には下方にマスク３１が配置されている。なお、光源部２とマスク収容部３とは、別体構造として示されているが、一体構造であってもよい。ただ、別体構造としておくことにより、ランプ交換やマスク交換に便利であるという利点がある。
マスク収容部３の下方に設けられた処理部４内には、ワークステージ４１が設けられていて、その上部には被処理物である基板（ワーク）Ｗが載置されている。

前記光源ランプ２２は、２００ｎｍ〜３００ｎｍのいわゆるＤＵＶの範囲の紫外光を放射する。例えば、水銀とＸｅとを封入した高圧水銀ランプなどである。発光バルブを構成する石英ガラスの透過率を調整して、２００ｎｍ未満の光がカットされ、２５０ｎｍ付近の光を透過させ、主波長２５４ｎｍのＤＵＶを放射することができる。

マスク収容部３に配置されるマスク３１は、例えば、ガラス等の透明基板上にクロム等の金属を蒸着・エッチングしてパターンを形成したものである。従来のＶＵＶ光を使う露光装置においては、パターンを形成する透明基板として、合成石英、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウムなど、２００ｎｍ未満の光を透過する材料を選択しなければならず、これらはいずれも高価であり、更には、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウムなどは大型の材料を得ることも困難である。本発明においてはＤＵＶ光を透過する材料でよく、溶融石英材、例えば、Ｔｉ等がドープされていない溶融石英などを用いることができる。

また、図１にその詳細が示されているように、マスク収容部３には冷却風供給口３２が設けられ、光源部２には冷却風排出口２４が設けられていて、マスク収容部３および光源部２のランプハウス２１内に冷却風（空気）が供給されている。
このとき、ランプ２２から出射される紫外光が、２００ｎｍ未満がカットされた、２００〜３００ｎｍの波長の光であることから、酸素による吸収を考慮する必要がないので、冷却風は空気であってよい。

前記マスク収容部３の下方に設けられた処理部４内には、ワークステージ４１が設けられ、このワークステージ４１上には被処理物である基板（ワーク）Ｗが載置されている。
そして、この処理部４には、オゾン供給口４２とオゾン排出口４３が設けられていて、この供給口４２から処理部４内にオゾンもしくはオゾンを含む気体が供給され、前記マスク３１と前記ワークステージ４１の間にオゾンが流れていて、基板（ワーク）Ｗの周辺はオゾン雰囲気とされている。

基板（ワーク）Ｗは、例えば、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）フィルムなどの樹脂基板であり、ワークステージ４１上に載置される。
マスク３１と基板Ｗとは、所定の間隙Ｓを有して対向配置されており、当該間隙(露光ギャップ)Ｓは、１〜１００μｍ程度である。
また、ワークステージ４１には、基板Ｗの位置を調整できる機構が設けられており、露光ギャップを調整することができる。このような調整機構は、マスク３１を載置する側に設けられていてもよい。

なお、ここでは図示されないが、図４の従来技術の場合と同様に、ランプ２２からの光を集光光学系によって集光する構造とすることもできる。
その場合、反射ミラー２３を楕円鏡として、その第一焦点にランプ２２の発光部を位置させ、第二焦点にインテグレータレンズを配置し、そのインテグレータからの光をコリメータレンズで平行光にしてマスク３１を介してワークＷに照射する構成とされる。こうした集光光学系とすることで、ワークＷに照射されるＤＵＶ光の照度分布に均一性が得られる。
これらの光学系は、ＤＵＶ光が透過する材質であればよく、例えば、溶融石英を使用することができる。

上記構成において、光源ランプ２２からのＤＵＶ光は、マスク３１を透過した部分で、処理部４内のオゾン（Ｏ_３）を分解して活性酸素（Ｏ（^１Ｄ））を生成し、これが基板の表面状態を変化させて親水性を帯びさせる。つまり、基板Ｗを選択的に親水部と疎水部としてパターン形成させるものである。

本発明の効果を実証する実験を行った。基板とブランクマスクとの間に所定間隔の露光ギャップを設定し、光照射した。
その後、基板に２μＬの純水を滴下し、水滴と基板表面との接触角を測定することにより、表面の改質度合を評価した。なおここで、ブランクマスクとは、パターンを形成する前のマスクのことである。
露光した基板は、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）である。
（１）ＶＵＶ光（従来技術）
光源：ショートアークフラッシュランプ
照射条件：６５０Ｖ、１５Ｈｚ、２０μＦ（６３Ｗ：ランプ入力平均エネルギー）、６００秒、
光源〜ブランクマスクまでの窒素ガス置換流量：２５Ｌ／ｍ
露光ギャップ：２０μｍ
ブランクマスク：合成石英ガラス板
ブランクマスクとは、パターンを形成していないマスク、つまり単なるガラス板である。
（２）ＤＵＶ光＋オゾン（本発明）
光源：水銀とＸｅとを封入した放電ランプ
極間２ｍｍ、封入水銀密度２１ｍｇ／ｃｃ、封入ガスＸｅ、１気圧。
２５０ｎｍ付近の光を透過する石英材料を用いた発光管を使用。
照射条件：２５０Ｗ用水銀ランプを６００秒点灯
露光ギャップ：２０μｍ
ブランクマスク：合成石英ガラス板
露光面での照度：２３ｍＷ／ｃｍ^２
照度計：ＵＩＴ−２５０（ウシオ電機株式会社製）
受光器：ＵＶＤ−Ｓ２５４（ウシオ電機株式会社製）
オゾン濃度：１１００ｐｐｍ
オゾン流量：０．１４Ｌ／ｍ
（３）ＤＵＶ光のみ（比較例）
光源部は本発明（２）と同一。
処理部内に大気を０．１４Ｌ／ｍで連続的に流入。オゾン供給なし。

図３に示す表１およびグラフで分かるように、比較例（▲）では、ＣＯＰフィルム表面の水の接触角は殆ど変化がない。
従来技術（■）では、露光前に１００°程度の接触角度が、露光後には１０°程度にまで減少し、基板表面の親水性が向上している。
本発明（●）では、露光後に４０°程度にまで減少していることが分かる。この接触角が得られれば、実用上で従来技術と同程度のパターン形成ができるものである。
このように本発明は、従来のＶＵＶ光を使用する露光装置と対比して、ＤＵＶ光が通過する経路全体を真空に保持したり、窒素ガスなどの不活性ガスに置換したりするなどの大掛かりな設備を設ける必要がなく、大幅に構造を簡略化できるにも関わらず、ＶＵＶ光を用いる露光装置と同様に、基板上に親水性と疎水性のパターンを形成することができるものである。

以上説明したように、本発明に係る露光装置では、露光光としてＤＵＶ光を利用し、処理部における基板の周辺をオゾン雰囲気にしたことで、処理部内で活性酸素を生成して基板に作用させるので、基板表面に親水性と疎水性からなるパターンを形成することができ、しかも、従来のＶＵＶ光を用いる場合のように、露光光の光路を窒素ガス雰囲気にするという大掛かりな装置が省略でき、更には、光学系もＤＵＶ透過性のある比較的安価な材料でよく、コスト的に有利な露光装置を提供できるものである。

１露光装置
２光源部
２１ランプハウス
２２光源ランプ
２３反射ミラー
３マスク収納部
３１マスク
４処理部
４１ワークステージ
４２オゾン供給口
４３オゾン排出口
Ｗ基板（ワーク）
Ｓ露光ギャップ

Claims

２００ｎｍ未満の波長をカットし、２００〜３００ｎｍの波長の光を含む紫外光を平行光として出射する光源部と、
パターンが形成されたマスクと、
被処理物を載置するステージを有する処理部と、を備え、
前記処理部においては、前記マスクと前記ステージの間がオゾン雰囲気とされており、
前記光源部からの紫外光が前記マスクを介して前記ステージ上の被処理物に照射され、
当該被処理物に親水部と疎水部を作成することにより、パターンを形成することを特徴とする露光装置。
前記処理部には、オゾン供給口とオゾン排出口を有し、前記マスクと前記ステージの間にオゾンが流れていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記光源部は、２５４ｎｍを主波長とする紫外光を放射する高圧水銀ランプを有することを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。