(57)【要約】【課題】ＶＵＶランプを用いた光源装置において、ＶＵＶランプからのＶＵＶ光の減衰を防ぐパージボックスを小型化して、不活性ガスの消費を低減し、かつ、効果的なランプの冷却ができるようにした構造を提供しようとするものである。【解決手段】真空紫外光を出射するレーザ駆動ランプと、該レーザ駆動ランプに取付けられた放熱器と、内部の雰囲気が不活性ガスに置換されるパージボックスを有し、前記パージボックスには、光入射開口と光照射窓が設けられており、前記レーザ駆動ランプの光出射窓が、前記パージボックスの光入射開口に対向配置され、前記放熱器は、前記パージボックスの外部において、前記レーザ駆動ランプに取付けられていることを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空紫外光を出射するレーザ駆動ランプと、該レーザ駆動ランプに取付けられた放熱器と、内部の雰囲気が不活性ガスに置換されるパージボックスを有するレーザ駆動光源装置であって、
前記パージボックスには、光入射開口と光照射窓が設けられており、
前記レーザ駆動ランプの光出射窓が、前記パージボックスの光入射開口に対向配置され、
前記放熱器は、前記パージボックスの外部において、前記レーザ駆動ランプに取付けられていることを特徴とするレーザ駆動光源装置。
【請求項２】
前記レーザ駆動ランプは、
凹面反射面が形成された胴体部と、該胴体部の後方開口に設けられたレーザ光が入射する光入射窓と、該胴体部の前方開口に設けられた真空紫外光を出射する光出射窓とからなり、
前記胴体部、前記光入射窓および前記光出射窓により密閉空間が形成され、該密閉空間内に発光ガスが封入されてなり、
前記放熱器は、前記レーザ駆動ランプの胴体部の外周に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項３】
前記放熱器は、２分割構造であって、前記レーザ駆動ランプの胴体部を挟持するように取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項４】
前記パージボックスの光照射窓には、露光パターンが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ駆動光源装置と、前記パージボックスの前記光照射窓に対向して配置されたワークステージとを備えたことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ駆動光源装置および露光装置に関するものであり、特に、ランプ内にレーザ光を集光照射してプラズマを生成し真空紫外光を出射するレーザ駆動ランプを備えたレーザ駆動光源装置および露光装置に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体、液晶基板およびカラーフィルタ等の被処理物の製造工程においては、波長２００ｎｍ以下の真空紫外光（以下、ＶＵＶ光ともいう）が用いられるようになってきている。そのための紫外線光源としては、この波長帯の光を発光できるＬＥＤが少なくとも工業的には存在しないこともあって、放電ランプが利用されてきた。
そして、フォトレジストによるパターン形成行程を用いずにＶＵＶ光とマスクを用いて、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膜という）をパターニングする技術が開発されている。このために、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、特開２０１４−２３５９６５号公報（特許文献１）には、その一例が示されている。
【０００３】
図７にこのような真空紫外光照射装置が示されていて、フラッシュランプ６１と放物面反射ミラー６２が、ランプハウジング６３内に収容配置されている。フラッシュランプら６１から延びるリード線は、コンデンサを有する給電手段６４に接続されている。このコンデンサを充電することにより、フラッシュランプ６１の一対の電極６５、６５間に高電圧が印加される。この状態でトリガ電極６６、６６間に高電圧パルスを供給すると、フラッシュランプ６１内で閃光放電が生じ、前記コンデンサに蓄積された電荷が閃光放電となって放出される。
【０００４】
フラッシュランプ６１から放射された光を透過する光透過性窓６７は、例えば、合成石英で作られている石英窓として構成される。
光透過窓６７は、ランプハウジング６３に気密に組み立てられており、ランプハウジング６３内部はガス導入口６８から窒素（Ｎ２）ガスなどの不活性ガスを導入してパージする。これは、ランプハウジング６３内でフラッシュランプ６１からのＶＵＶ光が酸素によって吸収減衰されることを防止するためである。
そして、ランプハウジング６３内部に導入されたＮ２ガスなどの不活性ガスは、フラッシュランプ６１や反射ミラー６２を冷却した後、ランプハウジング６３に設けた排気口６９から排気される。
【０００５】
ところが、このような光照射装置では、真空紫外光（ＶＵＶ光）を利用するので、前述したように、ＶＵＶ光の吸収を回避するために、ランプハウジング６３内を不活性ガスでパージする必要があるが、ランプハウジング６３がフラッシュランプ６１と反射ミラー６２の両者全体を収容することで大型化してしまうという問題があって、この大型化したランプハウジングをパージするためには大量の不活性ガスが必要となって、装置のランニングコストが増大するという不利点がある。
更には、この不活性ガスによりランプや反射ミラーを冷却する構造であるので、不活性ガスが更に一層大量に消費される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２３５９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、ＶＵＶランプを用いた光源装置において、ＶＵＶランプからのＶＵＶ光の減衰を防ぐパージボックスを小型化して、不活性ガスの消費を低減し、かつ、効果的なランプの冷却ができるようにした構造を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明に係わるレーザ駆動光源装置および露光装置は、真空紫外光を出射するレーザ駆動ランプと、該レーザ駆動ランプに取付けられた放熱器と、内部の雰囲気が不活性ガスに置換されるパージボックスを有し、前記パージボックスには、光入射開口と光照射窓が設けられており、前記レーザ駆動ランプの光出射窓が、前記パージボックスの光入射開口に対向配置され、前記放熱器は、前記パージボックスの外部において、前記レーザ駆動ランプに取付けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記レーザ駆動ランプは、凹面反射面が形成された胴体部と、該胴体部の後方開口に設けられたレーザ光が入射する光入射窓と、該胴体部の前方開口に設けられた真空紫外光を出射する光出射窓とからなり、前記胴体部、前記光入射窓および前記光出射窓により密閉空間が形成され、該密閉空間内に発光ガスが封入されてなり、前記放熱器は、前記レーザ駆動ランプの胴体部の外周に取り付けられていることを特徴とする。
また、前記放熱器は、２分割構造であって、前記レーザ駆動ランプの胴体部を挟持するように取り付けられていることを特徴とする。
また、前記パージボックスの光照射窓には、露光パターンが形成されていることを特徴とする。
また、露光装置が、前記レーザ駆動光源装置と、前記パージボックスの前記光照射窓に対向して配置されたワークステージとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、真空紫外光の光源としてレーザ駆動ランプを用い、該レーザ駆動ランプに取付けられた放熱器と、内部の雰囲気が不活性ガスに置換されるパージボックスを有し、前記パージボックスには、光入射開口と光照射窓が設けられており、前記レーザ駆動ランプの光出射窓が、前記パージボックスの光入射開口に対向配置され、前記放熱器は、前記パージボックスの外部において、前記レーザ駆動ランプに取付けられていることで、ランプや反射部の全体をパージボックス内に収容する必要がなく、該パージボックスの大型化が回避され、そのため、真空紫外光の吸収を抑制するための不活性ガスの流量も少量化することができるという効果を奏する。そして、パージボックスの外部においてランプの冷却ができるため、不活性ガスに代えて大気の利用により効果的な冷却が可能となる。
また、放熱器を２分割構造として、該放熱器によりレーザ駆動ランプの胴体部を挟持するようにして取り付けるので、その取付けが容易であり、かつ、胴体部からランプを冷却することでランプ全体の放熱が効果的に行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のレーザ駆動光源装置における放熱器の説明図。
【図２】本発明に用いられるレーザ駆動ランプの断面図。
【図３】本発明のレーザ駆動光源ランプを組み込んだ放熱器説明図。
【図４】本発明のレーザ駆動光源装置の断面図。
【図５】図４の側断面図。
【図６】本発明に用いられる光学系の一例。
【図７】従来の真空紫外光照射装置。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に本発明のレーザ駆動光源装置に用いられる放熱器（ヒートシンク）２０の概要が示されていて、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はその側断面図である。
放熱器２０は、２分割構造とされ、第１ブロック２１と第２ブロック２２とからなり、中心部には後述するレーザ駆動ランプを保持する半円筒保持部２３、２４が形成されていて、互いに組み合わされた状態で円筒形状の保持部となる。
そして、これらブロック２１、２２には多数の冷却フィン２５、２６が形成されている。この第１ブロック２１と第２ブロック２２とは、ネジ３６によって一体化されて放熱器２０となる。
この放熱器２０は、熱伝導率の高い金属、例えば、アルミニウムなどが好ましい。
【００１３】
図２に本発明に用いられるレーザ駆動ランプ１が示されている。
このレーザ駆動ランプ１は、柱状の胴体部２と、その前後面に設けられた光出射窓３と、光入射窓４とからなる。この胴体部２は、多結晶アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミックス材料からなる。
そして、この胴体部２の前面側には凹面反射面５が形成されるとともに、その中心にはこれを光軸方向に貫通するレーザ光通過孔６が穿設されている。このレーザ光通過孔６は、その後端側、即ち、入射側が面取りされてテーパー部６ａが形成されている。このテーパー部６ａは、集光されたレーザ光が光入射窓４を経て導入されてレーザ光通過孔６に導かれるときに、このレーザ光通過孔６の入射側で蹴られて遮断されることを防止するものである。
前記凹面反射面５は、放物線形状や楕円形状によって構成され、この実施例では放物線形状の反射面として記載されている。この凹面反射面５は、胴体部２の凹面部にアルミニウムなどが蒸着された金属蒸着膜や、あるいは、誘電体多層膜によって形成されている。
【００１４】
前記凹面反射面５の前方に設けられる光出射窓３は紫外光透過性であり、後方の光入射窓４はレーザ光透過性であって、ともに水晶やサファイアなどの結晶材からなる。そして、それぞれの外周面は、例えば、モリブデンおよびマンガンの混合物からなる金属によって被覆されてメタライズ加工されている。
また、胴体部２の外周面の前後端部にも、前記光出射窓３や光入射窓４と同様にメタライズ加工が施されている。
そして、外周面がメタライズされた光出射窓３および光入射窓４は、それぞれ金属製の弾性的なリング部材１０、１２と銀ロウなどのロウ付けにより接合され、一方、胴体部２の外周面のメタライズされた前後端部にはそれぞれ金属製の窓取付け筒体１１、１３がロウ付けにより接合されている。そして、前記リング部材１０、１２と窓取付け筒体１１、１３とが、ＴＩＧ溶接やレーザ溶接などにより溶接接合されている。
【００１５】
このようにして組み立てられた胴体部２と、光出射窓３および光入射窓４とによってプラズマ容器が構成され、その内部には密閉空間Ｓが形成され、該密閉空間Ｓ内には発光ガスとしてキセノンガス、クリプトンガス、アルゴンガス等の希ガスや水銀ガスなどが真空紫外域の所望の発光波長に合わせて封入されている。
【００１６】
そして、光入射窓４の窓取付け筒体１３には、排気管１５がロウ付けして取り付けられていて、密閉空間Ｓと連通している。この排気管１５を介して密閉空間Ｓを真空引きした後に、前記発光ガスを封入し、その後に排気管１５の端部１５ａが圧接切断されて封止される。
【００１７】
本発明のレーザ駆動ランプ１には、図示しないレーザ源からのレーザ光Ｌが集光レンズ１４によって集光されて光入射窓４を介して導入される。このとき、レーザ光Ｌの集光点は、前記凹面反射面５の焦点位置Ｆにある。レーザ光Ｌによって焦点位置Ｆに発生するプラズマによって発光ガスが励起されて真空紫外光（励起光）ＥＬを発光し、この真空紫外光ＥＬは凹面反射面５によって反射されて、光出射窓３を介して前方に出射されるものである。
【００１８】
図３に、図１に示す放熱器２０に、図２に示すレーザ駆動ランプ１を組み込んだ状態が示されている。（Ａ）は正面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。なお、図３では、レーザ駆動ランプ１は点線で示されている。
レーザ駆動ランプ１の胴体部２の上下からこれを挟むように、放熱器２０の第１ブロック２１の半円筒保持部２３と第２ブロック２２の半円筒保持部２４をあてがい、ネジ３６によってこれら第１ブロック２１と第２ブロック２２を互いに固定する。これにより、第１ブロック２１の半円筒保持部２３と第２ブロック２２の半円筒保持部２４は、レーザ駆動ランプ１の胴体部２を挟持するように保持する。
このとき、レーザ駆動ランプ１の光入射側、即ち、光入射窓４が、第１、２ブロック２１、２２の底板２７、２８側に位置し、光出射窓３が、第１、２ブロック２１、２２の前面開放端２１ａ、２２ａ側に位置するように取り付けられる。
そして、放熱器２０の前面開放端２１ａ、２２ａには、取り付け板３０がネジ止めなどにより取り付けられている。
なお、図１（Ａ）で示されるように、第２ブロック２２の半円筒保持部２４には、開口２４ａが形成されていて、図３（Ａ）に示されるように、レーザ駆動ランプ１の排気管１５がこの開口２４ａに収まるようになされている。この開口２４ａは円形孔であっても、スリットであってもよい。
【００１９】
こうして放熱器２０が組み込まれたレーザ駆動ランプ１は、図４、５に示すように、パージボックス４０に取付けられる。パージボックス４０には、上部に光入射開口４１と、これに対向する下部には光照射窓４２が設けられており、更には不活性ガスの吸気口４３と排気口４４が設けられていて、パージボックス４０内を不活性ガスでパージしている。
レーザ駆動ランプ１の取り付けは、放熱器２０に取り付けた取り付け板３０をパージボックス４０にネジ止め等によって固着することで取り付けられる。このとき、レーザ駆動ランプ１の光出射窓３が、パージボックス４０の光入射開口４１と対向するように配置される。
このような配置により、レーザ駆動ランプ１は、光出射窓３がパージボックス４０の光入射開口４１に対向配置され、その胴体部２およびこれに取付けられた放熱器２０はパージボックス４０の外部に位置することになる。
【００２０】
そして、パージボックス４０内には、レーザ駆動ランプ１からの励起光（真空紫外光）を平行化するための光学系４５が収容されており、この光学系は、例えば、図６で示されるように、複数枚のレンズ４５ａ、４５ｂ、４５ｃとロッドインテグレータ４５ｄとからなる。
また、このパージボックス４０の光照射窓４２の下方にはこれと対向してワークステージ４７が配置されるとともに、光照射窓４２とワークステージ４７との間には、露光パターンが形成されたマスク４８が配置されている。
【００２１】
なお、このマスク４８は光出射窓３と近接配置される形態であってもよいし、あるいは、光出射窓３に直接露光パターンが形成されていてもよく、図４にはマスク４８が近接配置された例が示され、図５には、光出射窓３に露光パターン（マスク）４８が形成された例が示されている。
マスク４８が光出射窓３と別体である場合（図４）には、マスク４８を交換することで様々な用途に適用でき、また、光出射窓３に露光パターンを形成する場合（図５）には、部品点数の低減に寄与するものである。
【００２２】
図４、５において、レーザ源５０からのレーザ光Ｌは、反射ミラー５１によって反射されて光路を変更し、集光レンズ５２によって集光されつつ、レーザ駆動ランプ１の光入射窓４から入射する。このレーザ駆動ランプ１内で発生した励起光である真空紫外光ＥＬは光出射窓３から出射されて、パージボックス４０の光入射開口４１から入射し、不活性ガスでパージされたパージボックス４０内を進行する。
そして、この真空紫外光ＥＬは光学系４５により平行化されて、下方の光照射窓４２を経て外部に出射され、マスク４８を経て下方のワークステージ４７上のワークＷに照射される。
【００２３】
図５に示されるように、パージボックス４０の外部にある放熱器２０には、冷却フィン２４、２５に沿って冷却風Ａが流されていて、この冷却フィン２４、２５から放熱し、レーザ駆動ランプ１が冷却されるものである。
【００２４】
以上説明したように、本発明においては、真空紫外光を出射するレーザ駆動ランプをパージボックスに対して、その光出射窓が、パージボックスの光入射開口に対向配置するように取り付け、放熱器が前記パージボックスの外部において、前記レーザ駆動ランプに取付けられていることにより、パージボックス内にランプ全体を収容することがなく、パージボックスの大型化を抑制し、パージガスとしての不活性ガスの流量を少量化することができる。
そして、レーザ駆動ランプの本体部がパージボックスの外部にあり、放熱器を外部で取り付けられるので、不活性ガス以外の大気での冷却が可能となり、前記不活性ガスの必要量を更に少なくできるとともに、効果的な冷却が可能となる。
【符号の説明】
【００２５】
１      レーザ駆動光源ランプ
２      胴体部
３      光出射窓
４      光入射窓
５      凹面反射面
６      レーザ光通過孔
１０    （光出射窓用の）リング部材
１１    （光出射窓用の）窓取付け筒体
１２    （光入射窓用の）リング部材
１３    （光入射窓用の）窓取付け筒体
１５    排気管
Ｓ      密閉空間
Ｆ      （凹面反射面の）焦点
Ｌ      レーザ光
ＥＬ    励起光（真空紫外光）
２０    放熱器（ヒートシンク）
２１    第１ブロック
２２    第２ブロック
２３    （第１ブロックの）半円筒保持部
２４    （第２ブロックの）半円筒保持部
２４ａ  開口
２５    （第１ブロックの）冷却フィン
２６    （第２ブロックの）冷却フィン
２７    （第１ブロックの）底板
２８    （第２ブロックの）底板
３０    取り付け板
３６    ネジ
４０    パージボックス
４１    光入射開口
４２    光照射窓
４５    光学系
４７    ワークステージ
４８    マスク
５０    レーザ源
５１    反射ミラー
５２    集光レンズ
Ｗ      ワーク
Ａ      冷却風
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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