JPH0317213B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、紫外線を利用して例えば半導体ウエ
ハーに対して図形パターンが描かれたフオトマス
クを介して露光を行なうための露光方法に関する
ものである。 〔従来の技術〕 集積回路、大規模集積回路、超大規模集積回路
等の半導体デバイスの製造においては、例えばシ
リコンウエハーより成る基板の表面に設けた酸化
シリコン膜の一部を、回路パターン等の図形パタ
ーンに従つて除去するために、ホトエツチングが
行なわれる。このホトエツチングにおいては、シ
リコン基板上の酸化シリコン膜上にホトレジスト
膜を形成し、これに紫外線によるパターン像を露
光する工程が通常必要とされる。そして露光後、
ホトレジスト膜の現象及び酸化シリコン膜のエツ
チング処理が行なわれ、その後、エツチングされ
た酸化シリコン膜を介して、拡散、イオン打込み
等の回路形成のための処理がシリコン基板に対し
てなされる。 半導体ウエハーは通常円形であり、その表面領
域は縦横に配列された微小区域に区画され、これ
らの微小区域が後に分割されて各々が半導体デバ
イスを構成するチツプとなる。１枚の半導体ウエ
ハーの大きさは直径で３インチ、５インチ、６イ
ンチ程度のものが一般的であるが、半導体ウエハ
ーは、その製造技術の進歩に伴い大型化する傾向
にある。 １枚の半導体ウエハーの全面を一時に露光せし
めて各々チツプとされる多数の全微小区域を一度
に焼付ける露光方法においては、大出力の水銀灯
が必要でありそのため露光装置が大型となるこ
と、しかも半導体ウエハーの露光領域における照
度を均一なものとするためには相当高度な技術を
要すること、さらには半導体ウエハーが大型にな
るに従つて半導体ウエハーが彎曲し易くなるため
投影像の焦点合わせが困難になること、などの問
題点があり、結局半導体ウエハーの大型化傾向に
適応することが困難である。 このようなことから、最近１枚の半導体ウエハ
ーにおいて、縦横に配列された微小区域の各々を
１個ずつ順次露光せしめてパターンを順次焼付け
るステツプ露光方式が提案された。このようなス
テツプ露光方式によれば、１回の露光において
は、微小区域１個分の面積を露光すればよく、こ
のため小出力の水銀灯を用いることが可能となつ
て露光装置が小型になること、しかも１回の露光
面積が小さいので半導体ウエハーの露光領域の照
度の均一化が容易であること、さらには１回の露
光面積が小さくて彎曲の影響が少ないため投影像
の焦点合せを１回の露光の度毎に容易に達成でき
ること、などの大きな利益が得られ、結局高い精
度でパターンの焼付けを行なうことができる。 そして半導体ウエハー上にフオトマスクの図形
パターンの縮小像を焼付けるためには露光用光学
系として縮小用投影レンズ系を用いるのが構成が
簡単で有利であり、この縮小用投影レンズ系は露
光用光源から半導体ウエハーに至る光路中に介挿
されて用いられる。従来用いられている縮小用投
影レンズ系は、主として436nｍの光の透過率が
高いものが一般的であり、これに対応して露光用
光源としても放射光のピーク波長が436nｍであ
る超高圧水銀灯が用いられている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかして近年半導体デバイスの集積度をさらに
高くすることが望まれ、そのためには図形パター
ンの焼付線幅をさらに細くすることが必要であつ
て露光装置の解像度をさらに一層向上せしめるこ
とが必要である。しかしながら、従来用いられて
いる超高圧水銀灯においては、従来用いられてい
る縮小用投影レンズ系の光透過率に適応するよう
放射光の最大ピークの波長が主として436nｍで
あつて、このような特性の放射光を露光に用いる
場合には解像度は1μmが限界であつて、解像度を
さらに向上せしめるためには放射光の最大ピーク
の波長がさらに短いことが必要である。 しかし最近に至るまで縮小用投影レンズ系にお
いては436nｍ以下の短波長光を効率的に透過す
るものが得られておらず、このためレンズ系を用
いずにミラーを組合わせて短波長光を効率的に反
射するよう構成した光学系を用いて半導体ウエハ
ーの露光領域の全体を一括して露光する方法が開
発された。しかしながらこのような方法では光学
系の構成が複雑となる問題点がある。 ところが極最近365nｍの短波長光を効率的に
透過するレンズが開発され、このため縮小用投影
レンズ系を用いて解像度を向上せしめることが可
能な情況になつてきている。しかしながら露光用
光源として用いられている従来の超高圧水銀灯に
おいては、365nｍの短波長光の放射効率が低く
て効率的な露光を達成することができない。 また、仮に効率を考慮せずに、従来の放電灯と
フイルター及び縮小用投影レンズ系を利用して波
長365nｍの光によつて露光を行う場合には、当
該放電灯より放射されるがフイルターによつては
除去することのできない365nｍ前後の波長の光
の放射強度が相当に大きくて365nｍのピーク領
域の半値幅が広いため、当該レンズ系における色
収差が大きくなる。 このように、従来の放電灯による場合には、縮
小用投影レンズ系を利用して365nｍの光による
露光を行うことの利点が十分に活かされていなか
つた。 〔発明の目的〕 本発明は以上の如き事情に基づいてなされたも
のであつて、その目的は、縮小用投影レンズ系を
用いて集積度の高い図形パターンの縮小像を鮮明
にしかも効率的に半導体ウエハー上に焼付けるこ
とができるキセノン・水銀放電灯による半導体ウ
エハーの露光方法を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明キセノン・水銀放電灯による半導体ウエ
ハーの露光方法は、主発光成分として0.1〜５気
圧（室温）のキセノンと封入部の単位体積当り１
〜30mg／c.c.（室温）の水銀とを封入してなり、放
射光の最大ピークの波長が365nｍであるキセノ
ン・水銀放電灯から放射される光により、透過光
のピーク波長が365nｍであるフイルター、波長
365nｍの光の透過率が高いレンズ系及びフオト
マスクを介して紫外線感光剤の塗布された半導体
ウエハー上を露光してマスクパターンの縮小像を
当該半導体ウエハー上に焼付けることを特徴とす
る。 斯かる方法によれば、集積度の高い図形パター
ンの縮小像を鮮明にしかも効率的に半導体ウエハ
ー上に焼付けることができる。 〔実施例〕 以下図面を参照しながら本発明の実施例を詳細
に説明する。 第１図は本発明方法が適用される半導体ウエハ
ー露光装置の概略を示す。第１図において、１は
露光用光源であるキセノン・水銀放電灯である。
このキセノン・水銀放電灯１はそのアークが集光
鏡２の焦点に位置するよう取付けられている。こ
のキセノン・水銀放電灯１よりの光は集光鏡２に
よつて集光され、プロジエクシヨンレンズ３、バ
ンドフイルター４、縮小用結像コンデンサレンズ
５を介して、回路パターンが描かれたフオトマス
ク６に投射され、このフオトマスク６による光像
が、基台（図示せず）に保持された、その上面に
紫外線感光剤よりなるフオトレジスト膜が形成さ
れた半導体ウエハー７に投影され、これにより半
導体ウエハー７にフオトマスク６に対応した回路
パターンが縮小された状態で焼付けられる。 前記キセノン・水銀放電灯１は、主発光成分と
して0.1〜５気圧（室温）のキセノンと封入部の
単位体積当り１〜30mg／c.c.（室温）の水銀を封入
してなり、その放射光の最大ピークの波長は
365nｍである。そして前記プロジエクシヨンレ
ンズ３及び縮小用結像コンデンサレンズ５はいず
れも波長365nｍの光の透過率が高いガラス材料
からなり、プロジエクシヨンレンズ３及び縮小用
結像コンデンサレンズ５は波長365nｍの光に対
する透過率が高い石英ガラスを使用している。前
記バンドフイルター４は、波長365nｍの光の透
過率が高いガラス材料からなり、透過光のピーク
波長が365nｍとなるものであり、このピーク波
長を含む狭い波長領域の光を高い透過率例えば90
％以上で透過すると共に露光に不用な波長の光成
分を実質上カツトするものである。 本発明の一例においては次のようにして半導体
ウエハーの露光を行なう。例えば第１図に示した
装置において、キセノン・水銀放電灯１を消費電
力が例えば定格消費電力となるように一定の電力
で連続点灯状態とし、露光量規制シヤツター８を
開閉してキセノン・水銀放電灯１から放射される
光を、フオトマスク６を介して一定時間半導体ウ
エハー７の露光位置にある微小区域に照射して露
光を行なう。 露光量の規制においては、シヤツター８の開い
ている時間を適宜設定することによつて、半導体
ウエハー７における露光量を必要な規定値に適合
せしめることができる。例えば第２図に示すよう
に、シヤツター８によつて露光時以外はキセノ
ン・水銀放電灯１からの放射光を遮断して半導体
ウエハー７への光照射を阻止し、露光時にはシヤ
ツター８の開いている時間Tsが例えば100〜400
ｍsecの範囲内で一定値となるようにシヤツター
８の開閉動作を制御する。 半導体ウエハー７においては、縦横に並ぶ多数
の微小区域Ｐに区画して、これらの微小区域Ｐの
１個１個をｘ方向及びこれと直角なｙ方向の移動
を組合わせて順次露光位置にステツプ的に移動し
て当該露光位置に一旦静止せしめた状態で露光を
行なう。シヤツター８が開閉することによつて１
回の露光が終了し、半導体ウエハー７の１つの微
小区域Ｐにパターンが焼付けられる。そしてシヤ
ツター８が閉じている期間中に次に露光すべき微
小区域Ｐが露光位置に到達するように半導体ウエ
ハー７をステツプ移動せしめ、そして同様にして
露光を繰返す。 第３図は、キセノン・水銀放電灯１の具体的構
成の一例を示し、１０１は石英ガラス製の封体、
１０２Ａ，１０２Ｂは口金、１０３，１０４はそ
れぞれ電極棒、１０５，１０６はそれぞれ陽極
体、陰極体である。封体１０１の内部には、主発
光成分として0.1〜５気圧（室温）のキセノンと
封入部の単位体積当り１〜30mg／c.c.（室温）の水
銀が封入されている。 前記陽極体１０５は、第４図に拡大して示すよ
うに、大径円柱状の胴部５１と、この胴部５１か
らテーパ状に伸びてその先端面５２が平坦面であ
る先端部５３とにより構成され、一方陰極体１０
６は、同じく第４図に拡大して示すように柱状部
６１とこの柱状部６１からコーン状に形成されて
伸びる先端部６２とにより構成されている。 斯かるキセノン・水銀放電灯１の具体的設計の
一例を下記に示す。 定格消費電力；500W（25V、20A） 陽極体形状 胴部５１の外径D₁；６mm 先端面５２の直径D₂；２mm 先端部５３の開き角α；90度 陰極体形状 柱状部６１の外径D₃；2.5mm 電極間距離Ｌ；3.0mm 主発光成分 キセノン；３気圧 水銀；封入部の単位体積当り７mg／c.c.（室温） 既述の如き特定圧力のキセノンと特定割合の水
銀とを主発光成分とするキセノン・水銀放電灯１
においては、365nｍの放射強度が大きくて焼付
線幅の小さい焼付が可能であると共に露光時間の
短縮を図ることができ、しかも365nｍの前後の
波長の光の放射強度が急激に低下して365nｍの
ピーク領域の半値幅が狭く、このためレンズ系に
おける色収差が少なくて焦点深度が大きくなつて
焦点合わせが容易となる。一方、従来の超高圧水
銀灯においては、436nｍの放射強度に比して
365nｍの放射強度が低いため集積度の高い焼付
を行なう場合には光の利用効率が低くて効率的な
露光を行なうことができない。実際、従来の超高
圧水銀灯において、水銀の封入量を種々変えて放
射特性を調べる実験を行なつたところ、水銀の封
入量を少なくして点灯時の水銀圧力を小さくする
と全体的に放射強度が小さくなり、逆に水銀の封
入量を多くして点灯時の水銀圧力を大きくすると
封体が破裂しない範囲内では365nｍの放射強度
は依然として低く、結局超高圧水銀灯では365n
ｍの放射強度を高くすることが困難であつた。し
かも、当該365nｍの波長の光の放射強度が相当
に大きくて365nｍのピーク領域の半値幅が広い。
従つて、このような放電灯を使用しても、縮小用
投影レンズ系における色収差が大きくなり、良好
な露光を達成することができないことは既述のと
おりである。 これに対して主発光成分となる封入ガスの種類
及び量を種々変えて放射特性を調べる実験を行な
つたところ、室温下における封入圧力が0.1〜５
気圧となるキセノンと、室温下における封入量が
封入部の単位体積当り１〜30mg／c.c.となる水銀と
を封入してなるキセノン・水銀放電灯が365nｍ
の放射強度が高く、しかも急峻なピークを有して
いることが見出された。 第５図、第６図および第７図はそれぞれ本発明
に用いるキセノン・水銀放電灯における放射特性
を示す分光特性図であつて、第５図はキセノンの
封入圧力3.0気圧、水銀の封入量7.7mg／c.c.、定格
消費電力200Wのキセノン・水銀放電灯、第６図
はキセノンの封入圧力3.0気圧、水銀の封入量6.6
mg／c.c.、定格消費電力500Wのキセノン・水銀放
電灯、第７図はキセノンの封入圧力3.0気圧、水
銀の封入量7.3mg／c.c.、定格消費電力750Wのキセ
ノン・水銀放電灯に係る分光特性図である。ま
た、第８図、第９図および第１０図はそれぞれ従
来の超高圧水銀灯における放射特性を示す分光特
性図であつて、第８図はアルゴンの封入圧力0.3
気圧、水銀の封入量70mg／c.c.、定格消費電力
200Wの超高圧水銀灯、第９図はアルゴンの封入
圧力0.3気圧、水銀の封入量50mg／c.c.、定格消費
電力500Wの超高圧水銀灯、第１０図はアルゴン
の封入圧力0.3気圧、水銀の封入量40mg／c.c.、定
格消費電力750Wの超高圧水銀灯に係る分光特性
図である。これら第５図〜第１０図の曲線は、ラ
ンプから１ｍ離間した位置における放射強度を測
定することによつて得られたものである。これら
を比較してみると、下記第１表にも示すように、
本発明に用いるキセノン・水銀放電灯は、従来の
超高圧水銀灯に比して、365nｍの放射強度が約
17〜2.3倍と大きく、また365nｍのピーク領域の
半値幅も約0.7〜0.8と小さくて急峻なピークを有
し、そしてピーク領域以外のすそ領域の放射強度
が約１／２と小さく、結局上記の如きキセノン・
水銀放電灯を露光用光源として用い、波長365n
ｍの光の透過率が高いレンズ系によりマスクパタ
ーンの縮小像を半導体ウエハー７に投影して露光
することにより、解像度を0.8μｍにまで向上せし
めることができて集積度の高いパターンの焼付を
実行することができ、しかも焼付に要する時間も
従来の0.5〜0.6倍程度に短縮することが可能とな
り効率的な露光を行なうことができる。

〔発明の効果〕

本発明は、主発光成分として0.1〜５気圧（室
温）のキセノンと封入部の単位体積当り１〜30
mg／c.c.（室温）と水銀とを封入してなり、放射光
の最大ピークの波長が365nｍであるキセノン・
水銀放電灯から放射される光により、透過光のピ
ーク波長が365nｍであるフイルター、波長365nm
の光の透過率が高いレンズ系及びフオトマスクを
介して紫外線感光剤の塗布された半導体ウエハー
上を露光してマスクパターンの縮小像を当該半導
体ウエハー上に焼付けることを特徴とするキセノ
ン・水銀放電灯による半導体ウエハーの露光方法
であるから、キセノン・水銀放電灯においては、
365nｍの放射強度が大きいため、短い露光時間
で焼付線幅が小さくて集積度の高いパターンを効
率的に焼付けることができる。しかも、当該放電
灯より放射される365nｍ前後の波長の光の放射
強度が非常に小さくて365nｍのピーク領域の半
値幅が狭いため、縮小用投影レンズ系における色
収差が少なくなり、結局、フイルター及び縮小用
投影レンズ系によつて良好な露光を容易に達成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体ウエハー露光装置の一例の概略
を模式的に示す説明図、第２図は一実施例におけ
る、消費電力の波形とシヤツターの開閉動作との
関係を示す説明図、第３図はキセノン・水銀放電
灯の一例を示す説明図、第４図は第３図に示した
キセノン・水銀放電灯の要部を拡大して示す説明
図、第５図、第６図、第７図はそれぞれ定格消費
電力が200W、500W、750Wである本発明に用い
るキセノン・水銀放電灯における放射特性を示す
分光特性図、第８図、第９図、第１０図はそれぞ
れ定格消費電力が200W、500W、750Wである従
来用いられている超高圧水銀灯における放射特性
を示す分光特性図、第１１図イ，ロはそれぞれ他
の実施例における消費電力の波形を示す説明図及
びシヤツターの開閉動作を示す説明図である。 １……キセノン・水銀放電灯、２……集光鏡、
３……プロジエクシヨンレンズ、４……バンドフ
イルター、５……縮小用結像コンデンサレンズ、
６……フオトマスク、７……半導体ウエハー、８
……シヤツター、９……点灯用電源装置、Ｐ……
微小区域、１０１……封体、１０５……陽極体、
１０６……陰極体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主発光成分として0.1〜５気圧（室温）のキ
   セノンと封入部の単位体積当り１〜30mg／c.c.（室
   温）の水銀とを封入してなり、放射光の最大ピー
   クの波長が365nｍであるキセノン・水銀放電灯
   から放射される光により、透過光のピーク波長が
   365nｍであるフイルター、波長365nｍの光の透
   過率が高いレンズ系及びフオトマスクを介して紫
   外線感光剤の塗布された半導体ウエハー上を露光
   してマスクパターンの縮小像を当該半導体ウエハ
   ー上に焼付けることを特徴とするキセノン・水銀
   放電灯による半導体ウエハーの露光方法。