JPH0559574B2

JPH0559574B2 -

Info

Publication number: JPH0559574B2
Application number: JP2086733A
Authority: JP
Inventors: Hideo Hara
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1993-08-31
Also published as: JPH03284827A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は、露光装置の露光光源として用いられ
るランプに関する。［従来の技術］この種の露光装置は半導体装置を製造する際
に、半導体ウエハー上にマスクパターンを投影
し、半導体ウエハーを露光させるのに使用されて
いる。このような露光装置は、露光光源と、この
露光光源から半導体ウエハーへ光を導く光学系と
を備えており、露光光源は光を発するランプとを
有している。ここで、製品すなわち半導体装置の寸法がこの
ランプから放射される光の波長により大きく影響
されることが知られている。具体的に言えば、半
導体装置の最小パターン寸法は、露光光源からの
光の波長に依存している。従来、このような露光光源として、高圧水銀ラ
ンプが採用されていた。高圧水銀ランプにおい
て、固体の状態で封入された水銀は、電圧の印加
により励起されると蒸気化し数10気圧の高圧に保
たれる。高圧水銀ランプは、スペクトル分布を有
する光を出射することができ、この光のスペクト
ル分布には、それぞれ波長436nmおよび365nmの
ｇ線およびｉ線と呼ばれるスペクトルが含まれ
る。ｇ線は、最小パターン寸法0.8ミクロンの４メ
ガビツトのダイナミツクランダムアクセスメモリ
（4MDRAM）の製造に適している。一方、ｉ線
は、最小パターン寸法0.5〜0.6ミクロンの16メガ
ビツトのダイナミツクランダムアクセスメモリ
（16MDRAM）の製造に用いられる。ところで、最近では、次世代の超LSIメモリと
して考えられる64メガビツトのダイナミツクラン
ダムアクセスメモリ（64MDRAM）に専ら注目
が集まつている。実際に64MDRAMを製造する
には、ラインアンドスペースサイズすなわち最小
パターン寸法が0.3ミクロン以下でなければなら
ない。このことは、露光光源が、遠紫外線波長帯
域内の250nm程度の露光波長を有する光を出射し
なければならないことを意味している。遠紫外線を出射するための露光光源として、従
来、レーザ波長248nmのフツ化クリプトン
（KrF）のエキシマレーザが知られていた。［発明が解決しようとする問題点］遠紫外線は、縮小投影型の光学レンズ系を介し
て半導体ウエハー上に投射される。このような光
学レンズ系においては、遠紫外線の吸収率が低い
レンズ素材を使用しなければならない。例えば、
レンズ素材として、蛍石（CaF₂）や石英が用い
られる。しかしながら、蛍石は精密加工が困難であり、
熱膨張係数が大きいという欠点を持つており、レ
ンズ特性が温度によつて影響を受ける。このた
め、実用的には、合成石英のみが、露光光源用の
光学レンズ系のレンズ素材として用いられる。こ
れにより、光学レンズ系の各レンズは単一の素材
すなわち石英によつてのみ構成されなければなら
ない。一般に、色消しレンズは、異なるアツベ数を有
するレンズの組合わせにより構成されるものであ
る。したがつて、上記の光学レンズ系には色消し
レンズを含むことはできず、単色光学系として構
成される。ここで注目すべきは、遠紫外線域での石英の分
散が可視域に比べて非常に大きいことである。し
たがつて、露光波長のスペクトル幅を露光光源に
おいて調節して、半値幅を0.003nm以下にしなけ
ればならないことが知られている。光線を放射する露光光源としてKrFエキシマレ
ーザを用いた場合、このエキシマレーザから放射
される光線は0.3nm程度の広いスペクトル幅を有
している。上述したように光学レンズ系を介して
半導体ウエハーに光線を出射し半導体ウエハーを
露光するためには、このような広いスペクトル幅
を何らかの方法で狭帯域化する必要がある。ま
た、光線が狭帯域を有していても、半導体ウエハ
ー上にスペツクル発生しやすく、したがつて、エ
キシマレーザを用いたのでは、0.3ミクロン程度
のラインアンドスペースを得ることは困難であ
る。さらに、エキシマレーザにおけるレーザガスと
してハロゲンガスの使用が避けられない。このた
め、ハロゲンガスの取扱やその排気のために大が
かりな付帯設備が必要となる。また、装置の製造
コストやランニングコストが高価となる。そこで本発明の目的は、大がかりな付帯設備を
要することなく超LSIメモリの製造に適した露光
光源を提供することにある。本発明の別の目的は、超LSIメモリに要求され
るラインアンドスペースを達成できる上記の露光
光源を提供することにある。本発明のさらに別の目的は、大がかりな付帯設
備を要することなく超LSIメモリに要求される高
解像度を得ることができる露光ランプを提供する
ことにある。本発明のさらに他の目的は、比較的安価に上記
の露光ランプを提供することにある。［課題を解決するための手段］本発明に係るランプは遠紫外線の放射により基
板を照射するために用いられるものである。ラン
プには実質的に核スピン零の単一同位体からなる
金属元素を封入し、この単一同位体の蒸気化によ
り遠紫外線が放射される。［作用］蒸気化可能な特定の金属元素の単一同位体のう
ち、核スピン零の単一同位体をランプに封入し、
蒸気化すると共に励起して狭帯域幅の遠紫外線を
発生させる。核スピン零の単一同位体のみを用いるため、異
なる同位体の混在による同位体シフトから生じる
スペクトル幅の広がりを防止できると共に、核磁
気モーメントによるスペクトル線の分裂すなわち
超微細構造を回避でき、したがつて、遠紫外線の
スペクトル幅を狭帯域化することが可能となる。［実施例］以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説
明する。第１図および第２図を参照すると、本発明の第
１の実施例による露光光源１０が照明装置１１内
に設けられており、露光光源１０の背面には、反
射ミラー１３が露光光源１０との間に間隔をおい
て設けられている。反射ミラー１３は、半楕円形
状（第２図）、半球面状、半円状などの断面を有
し、第２図に示すように、露光光源１０の一部を
覆つている。いずれにせよ、反射ミラー１３は、
露光光源１０から半導体ウエハー３１上に放射さ
れる光線を集束するものである。第１図において、露光光源１０は露光ランプ１
５から構成され、露光ランプ１５はランプ管、第
１および第２のコネクタ１６および１７、第１お
よび第２の電極１８および１９とを備えている。
ランプ管は、第１および第２の開口端部と、上記
第１および第２の開口端部の間の屈曲形状即ち蛇
行した中間部とを有する。第１図に示された例で
は、ランプ管の中間部は直線部および湾曲部から
構成されている。ランプ管は石英により構成さ
れ、したがつて、石英放電管とも呼ばれる。第１
および第２のコネクタ１６および１７は、第１お
よび第２の開口端部に、密封状態すなわち気密状
態を保つように嵌合されている。第１および第２
の電極１８および１９は、それぞれ、第１および
第２のコネクタ１６および１７を介してランプ管
の内部空間に挿入される。第１図には示されてい
ないが、後述するように、蒸気化可能な金属がラ
ンプ管の内部空間に封入されている。第１および
第２の電極１８および１９間の放電により、ラン
プ管の内部空間の蒸気化可能な金属は加熱され蒸
気化される。内部空間に蒸気化可能な金属を封入するには、
まず真空ポンプ（図示せず）によりランプ管の排
気を行ない、その後、蒸気化可能な金属をアルゴ
ンガス、ネオンガスなどの不活性ガスとともにラ
ンプ管の内部空間内に導入する。ここで、蒸気化
可能な金属の量は、ランプ管の内部空間において
蒸気化したときに蒸気化可能な金属の分圧が
1Torr以下とする。すなわち、露光ランプ１５は
低圧ランプと言える。つぎに、第１および第２の
コネクタ１６および１７をランプ管の第１および
第２の開口端部に気密に嵌合する。図示された照明装置１１は、さらに、第１およ
び第２のコネクタ１６および１７と電源２３とに
接続される一対の電源端子２１および２２を備え
ている。この構造によれば、後述するように、電
源端子２１および２２が第１および第２のコネク
タ１６および１７に電気的に接続された状態で電
源端子２１および２２間に電圧を印加すれば、露
光光源１０から光線を放射することができる。ところで、各元素には、原子番号と、陽子と中
性子の数の合計に等しい質量数が与えられてい
る。ある元素が異なる質量数を有する複数個の同
位体を有する場合には、放射スペクトルの広がり
はその元素の同位体の数に依存する。これは、異
なる質量数を有する同位体の存在により同位体シ
フトが発生することによる。すなわち、このよう
な同位体シフトは、異なる質量数を有する同位体
の放射スペクトルの微小変位によつて起こり、各
放射スペクトルの帯域幅を広げることになる。さて、蒸気化可能な金属は、例えば実質的に
は、単一同位体からなる水銀である。水銀は、自
然界には、80Hg¹⁹⁶，80Hg¹⁹⁸，80Hg¹⁹⁹，
80Hg²⁰⁰，80Hg²⁰¹，80Hg²⁰²，80Hg²⁰⁴で表わさ
れる７つの安定同位体があることが知られてい
る。本実施例においては、これら７つの同位体の
うちひとつを選択してランプ管に封入する。表１
に各同位体の核スピンと存在比を示す。尚、核ス
ピンは核磁気モーメントと言い換えてもよい。

【表】一般に、同位体は、存在比が大きいものほど簡
単に入手できる。このことを考慮して、水銀の単
一同位体として、80Hg²⁰⁰と80Hg²⁰²のいずれか
を選択して使用する。即ち、核スピン零の単一同
位体を選択する。第１および第２のコネクタ１６および１７間に
電源２５からたとえば10キロボルトの交流電圧を
印加することにより、水銀の同位体は励起されラ
ンプ管内で金属蒸気となる。ここで、80Hg²⁰⁰と80Hg²⁰²のいずれかを単一
同位体として用いる場合について述べる。表１に
示したように、80Hg²⁰⁰や80Hg²⁰²の同位体は核
スピンが零である。80Hg²⁰⁰と80Hg²⁰²のいずれ
かをランプ管に封入した場合には、上述したよう
に核スピンが零でない単一同位体の場合にあらわ
れる超微細構造の発生を防止することができる。
尚、実用的には、存在比を考慮して80Hg²⁰²を単
一同位体として用い、ランプ管に封入するのが好
ましい。ランプ管の長さが１メートルの場合には
例えば数10ミリグラムの80Hg²⁰²をランプ管に封
入すれば、この同位体80Hg²⁰²が蒸気化し励起さ
れて光線の放射が可能となる。放射される光線
は、波長253.7nm、スペクトル幅0.002nm以下の
単一放射スペクトルを有している。このことは、
光線が遠紫外線域の波長を有し、スペクトル幅が
非常に狭く、同位体シフトによるスペクトルの広
がりも超微細構造も起こらないことを示してい
る。このような80Hg²⁰²などの同位体は、日本酸
素株式会社などにより販売されており、容易に入
手できる。第３図を参照すると、露光装置は、第１図およ
び第２図に示した照明装置１１を備え、この照明
装置１１は反射鏡１３と露光光源１０とで単純化
して表わされている。第１図を参照して説明した
ように、照明装置１１は露光光源１０から狭帯域
スペクトル幅を有する遠紫外線を放射する。この
遠紫外線はミラー２５により反射された後、反射
遠紫外線として光学インテグレータ２６を経てミ
ラー２７に送出される。反射遠紫外線はコンデン
サレンズ２８を介して、拡大された回路パターン
が描かれたフオトマスク２９上に投影される。拡
大された回路パターンの像は縮小投影レンズ３０
を介して縮小パターンとして半導体ウエハー３１
に投影される。半導体ウエハー３１はシリコン、
GaAsなどのウエハーである。このようにして、
フオトマスク２９上の拡大回路パターンは縮小回
路パターンとなつて半導体ウエハー３１上に転写
される。光学インテグレータ２６、コンデンサレ
ンズ２８、縮小投影レンズ３０は石英を用いて構
成することができる。このように、水銀の単一同位体のみが露光ラン
プ１５内に封入される。これにより、同位体シフ
トの発生を防止することができ、スペクトル幅の
狭帯域化が達成される。さらに、核スピン零の同
位体をランプ管に封入した場合には、超微細構造
の発生をも避けることができる。このことによ
り、スペクトル幅をますます狭くすることが可能
となる。したがつて、このような露光光源を半導
体装置を製造するための露光装置に採用すると、
エキシマレーザからなる従来の露光装置とは異な
り、特別な付帯設備を用いることなく
64MDRAMなどの超LSIメモリの製造が可能と
なる。すなわち、本発明による露光光源によれ
ば、64MDRAMに要求されるラインアンドスペ
ースを達成でき、しかも、従来の露光装置にくら
べて安価となる。以上の実施例においては、蒸気化可能な金属と
して、水銀のみを使用した。しかし、このような
蒸気化可能な金属は水銀のみに限定されることな
く、たとえば、鉛、カドミウム、亜鉛などでもよ
い。鉛、カドミウム、亜鉛などの元素は、水銀と
同様に遠紫外線の放射が可能である。これらの元
素を使用する場合には、露光ランプ１５は、第１
図における第１および第２の電極１８および１９
のかわりに陰極と陽極を有する中空陰極ランプに
より構成される。この場合、陰極は蒸気化可能な
金属として用いる金属と同じ金属により構成す
る。表２〜４には、鉛（Pb）、亜鉛（Zn）、カド
ミウム（Cd）のそれぞれについて、同位体、核
スピン、及び存在比を示した。公知のとおり、鉛
（Pb）、亜鉛（Zn）、カドミウム（Cd）は表２〜
４に示すとおり、それぞれ４個、５個、８個の同
位体を持つている。

【表】

【表】水銀について述べたと同様に、実用的には、
Pb，Zn，Cdの上述の同位体の中から、同位体の
存在比を考慮した上で、使用する金属を選択す
る。本実施例において、露光装置は、半導体ウエハ
ー上に回路パターンを転写するために用いられて
いるが、半導体ウエハーに代えて、ガラス基板に
クロムなどの遮光膜を被覆したフオトマスクブラ
ンクや、ガラス基板にインデイウム−テイン−オ
キサイドなどの透明膜を被覆した発光パネルを用
いてもよい。以上本発明について実施例を用いて説明した
が、当業者であれば、本発明をさまざまに変形し
て実施することが可能であることは言うまでもな
い。たとえば、露光ランプの形状は、第１図に示
したような屈曲形状に限らず、さまざまな形状に
できることはもちろんである。さらに、露光ラン
プはマイクロ波励起ランプでもよい。また、種々
の同位体を遠紫外線の放射に使用できる。［発明の効果］本発明によれば、特定の金属元素の単一同位体
をランプ管に封入し、金属蒸気化して遠紫外線を
放射させる。このように、単一同位体を封入する
ことにより、同位体シフトを除き、スペクトル幅
を狭くすることができる。このようなスペクトル
幅の狭帯域化は、4MDRAM、16MDRAMなど
の超LSIメモリの製造に有用である。但し、使用
する同位体の核スピンによつては、スペクトルに
超微細構造があらわれることがある。さらに、核スピン零の同位体を使用した場合に
は、同位体シフトばかりでなく超微細構造をも除
去することができる。したがつて、このような同
位体を用いれば、効果的にスペクトル幅を狭帯域
化できる。この事実から、単に、露光ランプに封入すべき
同位体を適当に選択することにより、超LSIメモ
リに要求される所望のラインアンドスペースが達
成できることが容易に理解されよう。したがつ
て、特別な付帯設備が不要となり安価に露光装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による露光光源を含
む照明装置を示す図、第２図は第１図の露光光源
の断面図、第３図は第１図および第２図に示した
露光光源を含む露光装置を示す図である。１０……露光光源、１１……照明装置、１３…
…反射ミラー、１５……露光ランプ、１６，１７
……第１および第２のコネクタ、１８，１９……
第１および第２の電極、２１，２２……電源端
子、２３……電源、２５，２７……ミラー、２６
……光学インテグレータ、２８……コンデンサレ
ンズ、２９……フオトマスク、３０……縮小投影
レンズ、３１……半導体ウエハー。

Claims

【特許請求の範囲】１遠紫外線の放射により基板を照射するランプ
において、実質的に核スピン零の単一同位体から
なる金属元素を上記ランプに封入し、上記単一同
位体の蒸気化により上記遠紫外線を放射するよう
にしたことを特徴とするランプ。２上記金属元素は、水銀（Hg）、カドミウム
（Cd）、亜鉛（Zn）、および鉛（Pb）のうちのひ
とつであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載のランプ。３半導体装置を製造するために基板を露光する
露光装置において、上記露光装置は上記基板上に
遠紫外線を放射する露光光源を備え、上記露光光
源は、実質的に核スピン零の単一同位体からなる
金属元素を封入し上記単一同位体の蒸気化により
上記遠紫外線を放射するようにしたランプから構
成されることを特徴とする露光装置。４上記金属元素は、水銀（Hg）、カドミウム
（Cd）、亜鉛（Zn）、および鉛（Pb）のうちのひ
とつであることを特徴とする特許請求の範囲第３
項に記載の露光装置。