JP6197641B2 - 真空紫外光照射処理装置 - Google Patents
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Description
一方、VUVにおいて特に波長180nm以下の波長域の光は、高速な表面改質(例えば、アッシング)などが実現可能であることが知られている。
上記したVUVを放出するランプは、一般的に発光部の長さ、即ち発光長が長い。例えば、低圧水銀ランプ(ウシオ電機株式会社製UL0−6DQ)は、発光長が10cmである。また、例えば、キセノンエキシマランプを内蔵するエキシマ光ユニット(ウシオ電機株式会社製SUS06)は、発光長は10cmである。
微細なパターニングを行うのに必要とされる平行光もしくは略平行光を得るために、例えば、特許文献1のように、点光源(ランプ)、集光鏡、コリメータレンズを用いた紫外線照射装置が使用されていた。VUVを放出するVUVランプが点光源であれば、上記した紫外線照射装置に組み込むことにより、VUV光であって、平行光もしくは略平行光である光を取出す光照射装置が実現できる。上記した平行光もしくは略平行光を用いて、照明光学系を構築し、光の回り込みの少ない露光を実施することにより、パターンサイズ数μm以下のパターニングを実現することが可能となる。このような光源装置は、エキシマレーザ装置よりも安価であり、COOの観点からも実際的な光源装置となる。
ランプハウジング3の中にフラッシュランプ1と放物面ミラー2が配置されている。図示を省略したフラッシュランプ1へ電力、始動用トリガパルスを供給するための給電線を介して、エネルギーが充電されるコンデンサ、昇圧トランスを含む電源部13と始動用トリガパルスを発生するトリガ回路部12と電源部13のコンデンサを充電する充電器を含む給電手段に接続されている。なお図6では充電器は省略されている。
また、VUV光が大気中の酸素に吸収されることにより、VUV光路内でオゾンが発生する。オゾンは反応性の高いガスであり、ランプハウジング3内の構成要素(例えば、給電手段)にダメージを与える。例えば、オゾンにより、給電線(配線部材)やトリガ基板、コンデンサなどの電子部品の酸化劣化が発生する。
また、ランプハウジング3外にパージガスを排気する場合は、パージガス中にオゾンが含まれるのでオゾンフィルタを設ける必要がある。
ランプハウジング3内部に導入されたN2ガスなどの不活性ガスは、給電手段(電源部、トリガ回路部)、フラッシュランプ1や放物面ミラー2を冷却した後ランプハウジング3に設けた第1の排気口3bから排気される。
すなわち、マスク6とワークWとの間の空間は、必ずしもN2ガス等の不活性ガス雰囲気にすべきというわけではなく、ワーク上のパターニング処理層の材質に応じて、適宜、表面でのVUV光強度の減少が顕著にならない程度に酸素を含有する雰囲気にすることにより、ワークの処理表面において、適切な濃度の活性酸素が発生し、VUVがワーク処理表面に対して効果的に作用する。
図6では、マスク上部空間Aは第3のガス導入口5dから導入され、第2の排気口5aから排気されるN2ガス等の不活性ガスでパージされ、ワーク処理空間Bは、第2のガス導入口5bから導入され、第3の排気口5cから排気される窒素と酸素からなる混合ガスによりパージされる例が示されている。
また、ランプハウジング3内は、給電手段、放物面ミラー2、VUV−SFL1と内包する構成要素が多いので、比較的大きくなる。この空間内から酸素をパージする場合、N2ガス等の不活性ガスをランプハウジング内に流入して上記ランプハウジング内から酸素がパージされるまで時間がかかる。また、当然ながら、ランプハウジング内に外部空間から酸素を含む空気が流入しないようにするために、上記ランプハウジングは大掛かりな密閉構造が必要となる。
さらには、VUV光は波長が短い分エネルギーが大きく、紫外線照射処理装置内の不所望な部分にVUV光が照射されると、被照射部分の劣化が発生する可能性もある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その課題は、VUV光を減衰させることなくワークに照射可能であって、構造が簡便、かつ、実用的な真空紫外光照射処理装置を提供することにある。
ランプハウジング内に導入され、フラッシュランプや放物面ミラーを冷却した不活性ガスは、ランプハウジングに設けた第1の排気口から排気されるとともに、一部は上記通過孔を通過して処理チャンバのマスク上部空間Aに導入され、ここから大気をパージしてマスク上部空間Aに設けられた第2の排気口より排気される。
また、ワーク処理空間Bには、第2のガス導入口より酸素を含有するガスが導入され、当該ガスによりワーク処理空間Bがパージされ、第3のガス排気口より排気される。
このような構成とすることで、ランプハウジング3とマスク上部空間Aへの不活性ガスパージを共通の1系統のガス供給・排気系を用いて同時に行うことが可能となり、装置の構成を簡略化することができる。
また、上記ランプハウジング内に、放物面ミラーの少なくとも一部、ショートアークフラッシュランプの発光部、通過孔の開口部、石英窓部等を内包するパージボックスを設け、このパージボックス内に不活性ガスを供給し、このパージボックスから不活性ガスをランプハウジング内の空間に供給するとともに、上記通過孔を介してマスク上部空間Aに供給するように構成してもよい。
このように構成することで、真空紫外光の光路を含む上記パージボックスから、短時間で不活性ガスにより酸素をパージすることが可能となる。
また、パージボックス内に不活性ガスを導入してその内部をパージした後、パージボックスからランプハウジング内の空間に不活性ガスを供給しているので、パージボックスの外部の空間に存在する酸素を含むガス(空気)がパージボックス内部に侵入することはなく、パージボックス内の密閉性が確保されていれば、比較的大型となるランプハウジングの密閉構造は、簡易構造とすることが可能となる。
また、上記ショートフラッシュランプから放出される光を遮光する遮光板を、上記通過孔の上部に通過孔の開口面と間隙を介して配置することにより、処理チャンバ内の不所望な場所へのVUV光の照射が防止され、真空紫外光が照射されることにより発生する照射部分の劣化が抑制される。
(1)少なくとも真空紫外光を含む光を放出するショートアークフラッシュランプと、上記ショートフラッシュランプから放出される光を一方向に平行光として出射させる放物面ミラーとが内部に配置され、内部に不活性ガスが供給されるガス導入口を備えるランプハウジングと、ランプハウジングに備え付けられた、上記放物面ミラーから出射した平行光を透過する光透過性窓部と、上記光透過性窓部を通過した平行光が照射されるマスクと、マスクを介して上記平行光が照射されるワークと、上記ワークを保持するワークステージとが内部に配置された処理チャンバとからなる真空紫外光照射処理装置であって、処理チャンバの内部が、マスクによって、マスクの上面と上記光透過性窓部の光出射面とを含む面により包囲されるマスク上部空間と、マスクの下面側であってワークおよびワークステージが配置されるワーク処理空間とに気密に分割され、ワーク処理空間にワーク処理用ガスが供給される真空紫外光照射処理装置において、ランプハウジング内部とマスク上部空間とを空間的に接続する通過孔を1つ以上設け、上記マスク上部空間には、ランプハウジング内に供給される不活性ガスが上記通過孔を通過したあと外部に排気されるガス排気口を設ける。
(2)真空紫外光を含む光を放出するショートアークフラッシュランプと、上記ショートフラッシュランプから放出される光を一方向に平行光として出射させる放物面ミラーと、上記ショートフラッシュランプに始動用のトリガパルスおよび電力を供給する給電装置とが内部に配置されるランプハウジングと、ランプハウジングに備え付けられた、上記放物面ミラーから出射した平行光を透過する光透過性窓部と、上記光透過性窓部を通過した平行光が照射されるマスクと、マスクを介して上記平行光が照射されるワークと、上記ワークを保持するワークステージとが内部に配置された処理チャンバとからなる真空紫外光照射処理装置であって、処理チャンバの内部がマスクによって、マスクの上面と上記光透過性窓部の光出射面とを含む面により包囲されるマスク上部空間と、マスクの下面側であってワークおよびワークステージが配置されるワーク処理空間とに気密に分割されていて、ワーク処理空間はワーク処理用ガスが供給される真空紫外光照射処理装置において、上記ランプハウジング内部とマスク上部空間とを空間的に接続する通過孔を1つ以上設ける。また、上記ランプハウジング内に、上記放物面ミラーの少なくとも一部、上記ショートアークフラッシュランプの発光部、上記通過孔の開口部、石英窓部を内包し、上記ランプハウジングとの間に連通孔を有するパージボックスを設ける。このパージボックスは、ランプハウジングを貫通して挿入された内部に不活性ガスが供給されるガス導入口を有し、このガス導入口より上記パージボックス内に不活性ガスが供給され、上記ガス導入口によりパージボックス内に供給される不活性ガスは、上記連通孔を介してランプハウジング内であって上記パージボックス外の空間に供給されるとともに、上記通過孔を介してマスク上部空間に供給され、ランプハウジング内に供給される不活性ガスは、上記通過孔を通過したあと、上記マスク上部空間に設けられたガス排気口から外部に排気される。
(3)上記(2)において、放物面ミラーの頂部には孔部が形成されていて、上記パージボックスに設けられた上記連通孔は、上記放物面ミラーの頂部に形成された上記孔部(貫通孔とランプ外表面との間の間隙)である。
(4)上記(1)(2)(3)において、ショートフラッシュランプから放出される光を遮光する遮光板を、上記通過孔を光が通過するのを遮るように上記通過孔の上部に通過孔の開口面と間隙を介して配置する。
(1)点光源である真空紫外ショートアークフラッシュランプと放物面ミラーを搭載しているので、平行光もしくは略平行光である真空紫外光を取出すことが可能となる。また、この平行光もしくは略平行光を用いて、照明光学系を構築し、光の回り込みの少ない露光を実施することにより、パターンサイズで数μm以下のパターニングを実現することが可能となり、エキシマレーザ装置よりも安価であり、COOの観点からも実際的な真空紫外光照射処理装置を実現することができる。
(2)ランプハウジング内および処理チャンバを含む光路空間が、N2ガスなどの不活性ガスによって酸素がパージされているので、酸素による吸収に起因する真空紫外光強度の著しく減衰も抑制される。また、真空紫外光が酸素に吸収されることにより発生するオゾンも生成されないので、ランプハウジング内の構成要素の酸化劣化も生じない。さらに、ランプハウジングの外に排気されるパージガス中にオゾンは含まれないので、別途、オゾンフィルタを設ける必要もなく、装置構成を簡単化することができる。
(3)ランプハウジング内部と処理チャンバのマスク上部空間を空間的に連結する通過孔を設けているので、ランプハウジングとマスク上部空間に対して行われる不活性ガスパージを共通の1系統のガス供給・排気系を用いて同時に行うことが可能となり、装置構成を簡略化することが可能となる。
(4)上記通過孔の上部に遮光板を設けているので、処理チャンバ内の不所望な場所へのVUV光の照射が防止され、真空紫外光が照射されることにより発生する照射部分の劣化が抑制される。
(5)ランプハウジング内に、ランプ、放物面ミラー、ランプハウジング内部と処理チャンバのマスク上部空間Aとの間にもうけられた通過孔の開口部、石英窓部を内包するパージボックスを設け、このパージボックスに対してガス導入口からN2ガス等の不活性ガスを供給し、パージボックスの内部から、放物面ミラーの頂部の貫通孔とランプ外表面との間の間隙などの連通孔や、上記通過孔を介して、ランプハウジング内部のパージボックスの外部の空間やマスク上部空間Aに、N2ガス等の不活性ガスを供給するようにするようにしたので、ランプ発光部からの光が石英窓部へ到達するまでの光路、マスク上部空間A内の光路空間から、短時間で不活性ガスにより酸素をパージすることが可能となる。
(6)先にパージボックス内をN2ガス等の不活性ガスによってパージしているので、パージボックスの外部の空間に存在する酸素を含むガス(空気)がパージボックス内部に侵入することはなく、パージボックス内の密閉性が確保されていれば、比較的大型となるランプハウジングの密閉構造は、簡易構造とすることが可能となる。
(7)本発明の真空紫外光照射処理装置は、ワークに対し真空紫外光を平行光として照射することができるので、例えば、ワーク表面に設けられたSAM膜を直接露光することが可能となり、従来のようにフォトレジストによる現像工程が不要となるため、露光工程を簡略化することができる。
図1に本発明の第1の実施の形態である真空紫外光照射処理装置の構成例を示す。
本実施形態の真空紫外光照射処理装置は、主な構成要素は図6に示す紫外線照射処理装置と同様であり、ランプハウジング3の内部に真空紫外光を放出するVUVショートアークフラッシュランプ1(VUV−SFL)と放物面ミラー2、VUV−SFL1に始動用トリガパルスや電力を供給する給電手段11の一部を備える。給電手段11は、エネルギーが充電されるコンデンサ、昇圧トランスを含む電源部13と始動用トリガパルスを発生するトリガ回路部12、ならびに電源部13のコンデンサを充電する充電器14を含み、この内小型の電源部13、トリガ回路部12がランプハウジング3の内部に設置される。
同図に示すように、本発明で使用されるフラッシュランプ1は、真空紫外光透過性材料からなる発光管(石英ガラス管1b)内に一対の電極1aの電極間距離Lが12.5mm以下で、該発光管内にキセノンガスを含むガスが封入され、封入ガスが2乃至8atmであるフラッシュランプであり、該フラッシュランプに電力を供給する給電手段は放電開始から電流値がピーク値に達するまでの時間が8μs以下であり、上記ピーク値に達したときの電流値が1500A以上となるよう設計されたものである。その発光管には、一対の電極1aから伸びる外部リード1cを封止する封止部1dがそれぞれ設けられる。
なお、放電開始から電流値がピーク値に達するまでの時間の調整は、コンデンサの容量と回路のインピーダンスおよびリアクタンスの調整によって行われ、具体的には、コンデンサ容量は20μF、回路のインピーダンスは23mΩ、リアクタンスは0.65μHである。このような低い回路インピーダンスと回路リアクタンスを実現するため、コンデンサは、ランプハウス内のランプに近い位置に置かれている。
また、放電にかかわるランプとコンデンサの配線距離も極力短く設計されている。
また、放物面ミラー2の内面(光反射面)にはアルミニウムが蒸着され、アルミニウム反射膜が構成されている。アルミニウムはVUVを効率よく反射する特性を有するためミラーの材質として好適である。
ワークWを処理する処理チャンバ5内部は、マスク6によって、石英窓部4とマスク6との間の空間であるマスク上部空間Aと、マスク6下面のワークWが設置されるワーク処理空間Bとに気密に分割されている。よって、上記通過孔3cは、ランプハウジング3内部と上記マスク上部空間Aとを空間的に連結するが、マスク上部空間Aとワーク処理空間Bとは連通していない。マスク上部空間Aは、第2の排気口5aが設けられる。
この場合、ワーク処理空間Bには、第2のガス導入口5bより酸素を含有するガスが導入され、当該ガスによりワーク処理空間Bがパージされ、第3のガス排気口5cより排気される。図1では、空間的に連結されているランプハウジング3内およびマスク上部空間AがN2ガス等の不活性ガスでパージされ、ワーク処理空間Bは、窒素と酸素からなる混合ガスによりパージされる例が示されている。
フラッシュランプ(VUV−SFL)1から放出される光に含まれるVUV光は、波長が短い分エネルギーが大きく、真空紫外光照射処理装置内の不所望な部分にVUV光が照射されると、被照射部分の劣化が発生する可能性がある。
例えば、上記したランプハウジング3内部と処理チャンバ5(マスク上部空間A)とを空間的に連結する通過孔3cを通過するVUV光の一部は、回折等の影響によりマスク6外側やマスク6を介してワークWの外側などの不所望な場所に照射され、マスク6を保持する部分やワークWが載置されるワークステージ7などの劣化が発生する可能性がある。
このような構造とすることにより、図1において通過孔3cを通過するVUV光は遮光されるが、通過孔3cを通過するN2ガス等の不活性ガスの流れは確保される。
なお、遮光板3dは、VUV光に対して耐久性の高い材質から構成することが望ましく、例えば、表面に黒色めっき処理(例えば、黒色アルマイト処理、黒色クロム処理)を施した、アルミニウムからなる。アルミニウム表面に黒色めっき処理を施すのは、遮光板3d表面においてVUV光が散乱されるのを抑制するためである。
図5に本発明の真空紫外光照射処理装置の第3の実施の形態を示す。
図1、図4に示す第1、第2の実施の形態においては、ランプハウジング3内は、給電手段11(電源部13、トリガ回路部12)、放物面ミラー2、フラッシュランプ(VUV−SFL)1と内包する構成要素が多く、比較的大型化する。
このような構成において、第1のガス導入口3aからN2ガス等の不活性ガスを導入して、ランプハウジング3内、ならびにランプハウジング3内部と通過孔3cを介して空間的に接続される処理チャンバ5(マスク上部空間A)内から酸素をパージするのは時間がかかる。すなわち、ワークWに対するパターニング処理等の真空紫外光照射処理を行うまでの準備時間が長くかかってしまう。
また、パージボックス3e内に供給されたN2ガス等の不活性ガスからなる風は、上記通過孔3cを介して処理チャンバ5のマスク上部空間Aから大気をパージして第2の排気口5aより排気されるような流れとなる。
また、ランプハウジング3の外に排気されるパージガス中にオゾンは含まれないので、別途、オゾンフィルタを設ける必要もない。
1a 電極
1b 石英ガラス管
1c 外部リード
1d 封止部
2 放物面ミラー
2a 連通孔
3 ランプハウジング
3a 第1のガス導入口
3b 第1の排気口
3c 通過孔
3d 遮光板
3e パージボックス
3f 供給管
4 石英窓部
5 処理チャンバ
5a 第2の排気口
5b 第2のガス導入口
5c 第3の排気口
6 マスク
7 ワークステージ
11 給電手段
12 トリガ回路部
13 電源部
A マスク上部空間
B ワーク処理空間
W ワーク
Claims (4)
- 少なくとも真空紫外光を含む光を放出するショートアークフラッシュランプと、上記ショートフラッシュランプから放出される光を一方向に平行光として出射させる放物面ミラーとが内部に配置され、内部に不活性ガスが供給されるガス導入口を備えるランプハウジングと、
ランプハウジングに備え付けられた、上記放物面ミラーから出射した平行光を透過する光透過性窓部と、
上記光透過性窓部を通過した平行光が照射されるマスクと、マスクを介して上記平行光が照射されるワークと、上記ワークを保持するワークステージとが内部に配置された処理チャンバとからなる真空紫外光照射処理装置であって、
処理チャンバの内部がマスクによって、マスクの上面と上記光透過性窓部の光出射面とを含む面により包囲されるマスク上部空間と、マスクの下面側であってワークおよびワークステージが配置されるワーク処理空間とに気密に分割されていて、ワーク処理空間はワーク処理用ガスが供給される真空紫外光照射処理装置において、
ランプハウジング内部とマスク上部空間とを空間的に接続する通過孔が1つ以上設けられ、
上記マスク上部空間には、ランプハウジング内に供給される不活性ガスが上記通過孔を通過したあと外部に排気されるガス排気口が設けられている
ことを特徴とする真空紫外光照射処理装置。 - 真空紫外光を含む光を放出するショートアークフラッシュランプと、上記ショートフラッシュランプから放出される光を一方向に平行光として出射させる放物面ミラーと、上記ショートフラッシュランプに始動用のトリガパルスおよび電力を供給する給電装置とが内部に配置されるランプハウジングと、
ランプハウジングに備え付けられた、上記放物面ミラーから出射した平行光を透過する光透過性窓部と、
上記光透過性窓部を通過した平行光が照射されるマスクと、マスクを介して上記平行光が照射されるワークと、上記ワークを保持するワークステージとが内部に配置された処理チャンバとからなる真空紫外光照射処理装置であって、
処理チャンバの内部がマスクによって、マスクの上面と上記光透過性窓部の光出射面とを含む面により包囲されるマスク上部空間と、マスクの下面側であってワークおよびワークステージが配置されるワーク処理空間とに気密に分割されていて、ワーク処理空間はワーク処理用ガスが供給される真空紫外光照射処理装置において、
上記ランプハウジング内部とマスク上部空間とを空間的に接続する通過孔が1つ以上設けられ、
上記ランプハウジング内に、上記放物面ミラーの少なくとも一部、上記ショートアークフラッシュランプの発光部、上記通過孔の開口部、石英窓部を内包し、上記ランプハウジングとの間に連通孔を有するパージボックスが設けられ、
上記パージボックスは、ランプハウジングを貫通して挿入された内部に不活性ガスが供給されるガス導入口を有し、このガス導入口より上記パージボックス内に不活性ガスが供給され、
上記ガス導入口によりパージボックス内に供給される不活性ガスは、上記連通孔を介してランプハウジング内であって上記パージボックス外の空間に供給されるとともに、上記通過孔を介してマスク上部空間に供給され、
上記マスク上部空間には、ランプハウジング内に供給される不活性ガスが上記通過孔を通過したあと外部に排気されるガス排気口が設けられている
ことを特徴とする真空紫外光照射処理装置。 - 上記放物面ミラーの頂部には孔部が形成されていて、
上記パージボックスに設けられた上記連通孔は、上記放物面ミラーの頂部に形成された上記孔部である
ことを特徴とする請求項2に記載の真空紫外光照射処理装置。 - 上記ショートフラッシュランプから放出される光を遮光する遮光板が、上記通過孔を上記光が通過するのを遮るように上記通過孔の上部に通過孔の開口面と間隙を介して配置される
ことを特徴とする請求項1、2または請求項3記載の真空紫外光照射処理装置。
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