DE3510522A1

DE3510522A1 - METHOD FOR EXPOSURE A SEMICONDUCTOR WAX BY MEANS OF A MERCURY VAPOR LAMP

Info

Publication number: DE3510522A1
Application number: DE19853510522
Authority: DE
Inventors: Takehiro Kobe Hyogo Kira
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1984-07-07
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1986-02-27
Also published as: FR2567279A1; NL8501932A; GB2161283B; GB8506122D0; FR2567279B1; JPS6120322A; GB2161283A

Description

Verfahren zur Belichtung einer Halbleiterwafer mittels einer Quecksilberdampflampe Process for the exposure of a semiconductor wafer by means of a mercury vapor lamp

Beschreibung 10Description 10

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Belichtung einer Halbleiterwafer mittels einer Quecksilberdampflampe .The invention relates to a method for exposing a semiconductor wafer by means of a mercury vapor lamp .

Im Stand der Technik wird zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen, wie z.B. von integrierten Schaltkreisen, integrierten Großschaltkreisen oder integrierten Übergroßschaltkreisen und ähnlichem, ein Photoherstellungsverfahren durchgeführt. Um zum Beispiel Teile einer Siliziumoxidschicht von der Oberfläche eines Trägers, der beispielsweise eine Siliziumwafer sein kann, zu entfernen, wird gemäß einem Bildmuster, wie z.B. ein Schaltkreismuster, ein photographisches Verfahren durchgeführt. Zu diesem Verfahren gehört es, daß eine Photolackschicht über die Siliziumoxidschicht auf dem Siliziumträger aufgetragen wird. Danach wird die Photolackschicht mit ultravioletten Strahlen durch eine Photomaske, die das Bildmuster trägt, hindurch belichtet.In the prior art, for the production of semiconductor devices, such as integrated circuits, large-scale integrated circuits or integrated Oversized circuits and the like, a photo-making process carried out. For example, to remove parts of a silicon oxide layer from the surface of a substrate, which may be a silicon wafer, for example, is to be removed according to an image pattern, such as a Circuit pattern, a photographic process performed. Part of this process is that a photoresist layer is applied over the silicon oxide layer on the silicon substrate. After that, the photoresist layer exposed to ultraviolet rays through a photomask bearing the image pattern.

Nach der Belichtung wird die Photolackschicht entwikkelt und die Siliziumoxidschicht einer Ätzbehandlung unterzogen. Danach werden weitere Schaltungserzeugungsbehandlungsschritte, wie Diffusion, Ionenimplantation oder ähnliche, an dem Siliziumträger durch die so ätzbehandelte Siliziumoxidschicht hindurch vorgenommen.After the exposure, the photoresist layer is developed and subjecting the silicon oxide film to an etching treatment. Thereafter, further circuit generation treatment steps are performed, such as diffusion, ion implantation or the like, on the silicon substrate by the so etched Silicon oxide layer made through.

Im allgemeinen ist eine Halbleiterwafer kreisförmig, wobei man sich ihre Oberfläche als in kleine Quadrate unterteilt vorstellen kann, die Reihen und Spalten bilden. Diese kleinen Abschnitte werden dann später zerschnitten und bilden so Halbleiterchips. Der Durchmesser einer Halbleiterwafer beträgt im allgemeinen ca. 7,6 cm, 12,7 cm oder 15,2 cm. Durch Fortschritte bei der Herstellungstechnologie nimmt die Tendenz zu größeren Halbleiterwafern zu.In general, a semiconductor wafer is circular in shape, with its surface area represented as being in small squares divided into rows and columns. These small sections will then be cut up later and thus form semiconductor chips. The diameter of a semiconductor wafer is generally approx. 7.6 cm, 12.7 cm or 15.2 cm. With advances in manufacturing technology, there is a tendency towards larger ones Semiconductor wafers too.

Eine Quecksilberdampflampe großer Ausgangsleistung ist unerläßlich, um die gesamte Oberfläche einer Halbleiterwafer gleichzeitig so zu belichten, daß all die kleinen Abschnitte, die individuell zu einzelnen Chips gemacht werden, gleichzeitig bedruckt werden können. Die Verwendung einer solchen Quecksilberdampflampe mit hoher Ausgangsleistung geht jedoch mit Problemen einher, die zu einem Belichtungssystem führen, welches insgesamt groß baut und eine komplizierte Technik erfordert, um die Gleichmäßigkeit der Belichtung auf der Oberfläche der Halbleiterwafer sicherzustellen. Die Tendenz zu größeren Halbleiterwafern praktisch durchzuführen, ist daher sehr schwierig.A high output mercury vapor lamp is indispensable to expose the entire surface of a semiconductor wafer at the same time so that all the small ones Sections that are individually made into individual chips can be printed at the same time. the Use of such a mercury vapor lamp with high Output power, however, is associated with problems that result in an exposure system that as a whole builds tall and requires a complicated technique to maintain uniformity of exposure on the surface to ensure the semiconductor wafer. The trend towards larger semiconductor wafers is practical therefore very difficult.

Aus diesen Gründen wurde jüngst auch schon vorgeschlagen, die einzelnen Abschnitte, die in Reihen und Spalten auf der Halbleiterwafer angeordnet sind, einzeln nacheinander zu belichten, so daß die Bildmuster nacheinander jeweils auf den einzelnen kleinen Abschnitten aufgedruckt werden. Ein solches schrittweises Belichtungsverfahren wird so durchgeführt, daß mit jedem Belichtungsschritt nur eine Fläche belichtet wird, die zu nur einem kleinen Abschnitt gehört.For these reasons, it has recently been suggested that the individual sections be arranged in rows and columns are arranged on the semiconductor wafer to expose individually one after the other, so that the image patterns one after the other printed on each of the small sections. Such a gradual exposure process is carried out in such a way that with each exposure step only one area is exposed which is only belonged to a small section.

Dieses schrittweise Belichtungsverfahren ermöglicht esThis step-by-step exposure process makes it possible

daher, eine Quecksilberdampflampe mit geringer Ausgangsleistung zu verwenden, was außerdem noch zu wesentlichen Vorteilen führt, weil das gesamte verwendete Belichtungssystem klein baut und weil es leicht ist, die Gleichmäßigkeit auf der jeweiligen Halbleiterwaferoberflache zu garantieren, weil die Belichtungsbereiche jeweils klein sind. Das Bildmuster kann daher mit großer Genauigkeit abgebildet werden.hence, a mercury vapor lamp with a low output power to use, which also leads to significant advantages because the entire used Exposure system builds small and because it is light, the uniformity on the respective semiconductor wafer surface to guarantee because the exposure areas are each small. The image pattern can therefore be large Accuracy can be mapped.

Eine Quecksilberdampflampe kann aber nicht in kurzen Abständen wiederholt an- und ausgeschaltet werden, weil der eingeschlossene Quecksilberdampf beim Ausschalten der Lampe kondensiert. Es ist daher von Vorteil, eine Quecksilberdampflampe wiederholt und abwechselnd mit geringer Leistung und mit hoher Leistung zu betreiben, und sie so kontinuierlich im angeschalteten Zustand zu belassen. Dabei wird der jeweilige Abschnitt auf einer Halbleiterwafer, der die Belichtungsposition eingenommen hat, dem Licht der Quecksilberdampflampe ausgesetzt, wobei die Quecksilberdampflampe mit hoher Leistung läuft. Wenn die Quecksilberdampflampe mit niederer Leistung betrieben wird, kann die Halbleiterwafer schrittweise verschoben werden, so daß andere kleine Abschnitte auf der Halbleiterwafer, die als nächstes belichtet werden sollen, dann an die Belichtungsstelle gelangen, während das Licht der Quecksilberdampflampe mit Hilfe eines Verschlusses ausgeblendet wird. Dieses erwähnte Vorgehen stellt die benötigte Lichtmenge bei hoher Leistung zur Verfügung und läßt die Quecksilberdampflampe mit niederer Leistung in Betrieb, so daß elektrische Leistungsverluste vermieden werden. However, a mercury vapor lamp cannot be switched on and off repeatedly at short intervals because the trapped mercury vapor condenses when the lamp is switched off. It is therefore advantageous to operate a mercury vapor lamp repeatedly and alternately with low power and with high power, and so leave it continuously in the switched-on state. The respective section on a semiconductor wafer that has assumed the exposure position is exposed to the light from the mercury vapor lamp, with the mercury vapor lamp running at high power. If the mercury vapor lamp is operated with low power, the semiconductor wafer can be shifted step by step so that other small sections on the semiconductor wafer that are to be exposed next then reach the exposure point, while the light from the mercury vapor lamp is blocked out with the aid of a shutter. This mentioned procedure makes the required amount of light available at high power and lets the mercury vapor lamp with low power in operation, so that electrical power losses are avoided.

Bei diesem schrittweisen Belichtungsverfahren wird das Licht der Quecksilberdampflampe nicht verwendet, solan-During this step-by-step exposure process, the light from the mercury vapor lamp is not used as long as

ge der Verschluß geschlossen ist, was Nachteile mit sich bringt,weil auch hier noch Elektrizität vergeudet wird und weil der Verschluß aufgrund der Belichtung mit der starken Lichtintensität beträchtliche Schaden erleiden kann. Der Verschluß muß schnell arbeiten, denn wenn seine öffnungs- und Verschlußbewegung zu langsam wäre, würde dies zu Problemen wegen der dadurch verursachten nicht gleichförmigen Belichtung führen. Um diesen Anforderungen zu genügen, ist es unumgänglich, daß der Verschluß leicht ist, d.h. ein geringes Gewicht hat. Ein Verschluß mit geringem Gewicht jedoch bringt unvermeidbar auch eine geringe Hitzebeständigkeit mit sich. Dies führt wiederum dazu, daß der Verschluß mit geringem Gewicht dazu neigt, sich unter der Hitze zu verformen, die sich anstaut, während das Licht ausgeblendet wird, was zu Störungen führt, die die Gleichmäßigkeit der Öffnungs- und Schließbewegung beeinträchtigt.ge the shutter is closed, which has disadvantages because electricity is wasted here too and because the shutter will suffer considerable damage due to exposure to the strong light intensity can. The shutter must work quickly because if its opening and closing movement were too slow, it would this leads to problems because of the non-uniform exposure caused thereby. To meet these requirements In order to be sufficient, it is essential that the fastener be light, i.e. light in weight. A lock however, being light in weight inevitably brings about poor heat resistance. this in turn leads to the fact that the light-weight fastener tends to deform under the heat, which backs up while the light is faded out, which leads to disturbances that affect the evenness of the Opening and closing movement impaired.

Aus diesen Gründen hat man erwogen, die Quecksilberdampflampe während der Schließperiode des Verschlusses mit einer Leistung zu betreiben, die geringer als die Leistung während der Belichtung, d.h. während der Verschluß offengehalten ist, zu betreiben.For these reasons, consideration has been given to using the mercury vapor lamp during the closing period of the shutter to operate at a power less than the power during exposure, i.e. during shutter is kept open to operate.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein derartiges Belichtungsverfahren ein weiteres Problem mit sich bringt. Wenn nämlich die Quecksilberdampflampe innerhalb kurzen Zeitabständen mit unterschiedlichen Leistungsaufnahmen betrieben wird, während sie kontinuierlich angeschaltet bleibt, um mit hoher Geschwindigkeit Belichtungen von Halbleiterwafern durchführen zu können, nimmt die von der Quecksilberdampflampe abgegebene Lichtmenge während der Betriebszeit der Quecksilberdampflampe Stück für Stück allmählich ab, was am Ver-However, it has been found that such an exposure process poses a further problem brings. If namely the mercury vapor lamp with different power consumption within short time intervals operated while it is continuously turned on to at high speed Being able to carry out exposures of semiconductor wafers takes away the emitted by the mercury vapor lamp The amount of light gradually decreases bit by bit during the operating time of the mercury vapor lamp, which is

schleiß der Elektroden liegt und auch an der Verringerung der Lichtdurchlässigkeit der Röhrenwände aufgrund von Ablagerungen von zerstäubtem Elektrodenmaterial.wear of the electrodes and also the reduction in the light permeability of the tube walls of deposits of atomized electrode material.

Das Ergebnis davon ist, daß es nicht möglich ist, über längere Zeiträume hinweg eine gleichmäßige Belichtung sicherzustellen und daher ist es auch nicht möglich, Halbleiter mit immer gleichbleibenden Ausgestaltungen herzustellen.The result of this is that it is not possible to obtain uniform exposure for long periods of time ensure and therefore it is also not possible to use semiconductors with constant configurations to manufacture.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Belichtungsverfahren für eine Halbleiterwafer mittels einer Quecksilberdampflampe anzugeben, bei dem mit geringen Kosten die allmähliche Abnahme der Lichtausbeute des von der Quecksilberdampflampe abgegebenen Lichtes so gering wie möglich ist und eine Belichtung zu schaffen, die in kurzen Zeitabständen wiederholt werden kann und die über lange Zeiträume hinweg konstant bzw. stabil ist.The invention is therefore based on the object of an exposure method Specify for a semiconductor wafer by means of a mercury vapor lamp, in the case of which with low Cost the gradual decrease in the luminous efficiency of the light emitted by the mercury vapor lamp is as low as possible and to create an exposure that can be repeated at short intervals and that is about is constant or stable over long periods of time.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem nacheinander kleine Abschnitte einer Halbleiterwafer mit durch ein Maskenmuster hindurchtretendes Licht, welches von der Quecksilberdampflampe in Stufen hohen Niveaus abgegeben wird, belichtet wird, wobei während diesen Stufen die Leistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe auf einem hohen Niveau liegt, bei dem die Quecksilberdampflampe kontinuierlich angeschaltet bleibt und wiederholt abwechselnd zwischen den Stufen hohen Niveaus und einer Stufe niederen Niveaus, während welcher die Leistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe auf einem niederen Niveau liegt, hin- und hergeschaltet wird, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stufe hohen Niveaus wiederholt durchgeführt wird, während die Leistungsaufnähme der Quecksilberdampflampe über ihre BetriebszeitAccording to the invention, a method is used to achieve this object proposed with the successively small sections of a semiconductor wafer with through a mask pattern light passing through which is emitted in high-level steps by the mercury vapor lamp, is exposed, the power consumption of the mercury vapor lamp at a high level during these stages Level at which the mercury vapor lamp is continuous remains on and repeats alternately between the high level levels and one level lower levels, during which the power consumption of the mercury vapor lamp is at a lower level is switched back and forth, which method is characterized in that the high level is performed repeatedly while the power consumption the mercury vapor lamp over its operating time

hinweg allmählich gesteigert wird, um die allmähliche Schwächung der Lichtausbeute des von der Quecksilberdampflampe abgegebenen Lichtes auszugleichen. 5is gradually increased away to the gradual weakening of the luminous efficacy of the mercury vapor lamp to compensate for emitted light. 5

Bei diesem erfindungsgemäßen Belichtungsverfahren wird die Quecksilberdampflampe auf einem geringen Leistungsaufnahmeniveau betrieben, solange das von ihr abgegebene Licht nicht zur Belichtung verwendet wird. Auf diese Art und Weise ist es möglich, den Elektrizitätsverbrauch der Quecksilberdampflampe bedeutend zu reduzieren und außerdem sicherzustellen, daß am Verschluß keine Schäden aufgrund von überhitzung auftreten.In this exposure method according to the invention, the mercury vapor lamp is at a low power consumption level operated as long as the light emitted by it is not used for exposure. To this In this way it is possible to significantly reduce the electricity consumption of the mercury vapor lamp and also ensure that there is no damage to the shutter due to overheating.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert und beschrieben.The invention is explained further below with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing and described.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Belichtungssystems in einer vereinfachten schemati-Fig. 1 shows an embodiment of an exposure system in a simplified schematic

schen Darstellung;cal representation;

Fig. 2 zeigt in einem Beispiel den Verlauf der Leistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe, wobei sich aufgrund der wiederholten UmschalFig. 2 shows an example of the course of the power consumption of the mercury vapor lamp, being due to the repeated Umschal

tung zwischen der Stufe hohen Niveaus und der Stufe niederen Niveaus eine Wellenform ergibt;between the high level and low level results in a waveform;

Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht einen Ausschnitt einer Halbleiterwafer mit einigen zu belichFig. 3 shows a plan view of a section of a semiconductor wafer with some to be exposed

tenden Abschnitten;trending sections;

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm, wie die Leistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe allmählich in den Stufen hoher Leistungsaufnahme mit derFig. 4 shows in a diagram how the power consumption of the mercury vapor lamp gradually in the levels of high power consumption with the

Betriebszeit der Quecksilberdampflampe gesteigert wird;The operating time of the mercury vapor lamp is increased;

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Quecksilberdampflampe in einer schematischen Darstellung ; undFig. 5 shows an embodiment of a mercury vapor lamp in a schematic representation; and

Fig. 6 zeigt die in Fig. 5 dargestellte Quecksilberdampflampe in einer vergrößerten schematischen Ausschnittsdarstellung.FIG. 6 shows the mercury vapor lamp shown in FIG. 5 in an enlarged schematic Detail display.

Zur Erzeugung von Mustern mittels ultravioletten Strahlen in der Art und Weise, wie das oben beschrieben worden ist, wird ein Belichtungssystem mit einem optischen lichtfokussierenden System und einem Abbildungssystem verwendet, wie das beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Kurzbogenquecksilberdampf lampe, die als Belichtungslichtquelle verwendet wird. Die Kurzbogenquecksilberdampflampe 1 ist so angeordnet, daß ihr Bogen im Fokus eines lichtfokussierenden Spiegels 5 liegt. Das von der Kurzbogenquecksilberdampflampe 1 ausgestrahlte Licht L wird mit Hilfe des lichtfokussierenden Spiegels 5 fokussiert und dann über einen ersten ebenen Spiegel 6, einen Integrator 8, einen zweiten ebenen Spiegel 7 und eine Sammellinse. 10 auf eine Photomaske 11 gerichtet, die ein Schaltkreismuster trägt. Das durch die Photomaske 11 hindurchtretende Licht gelangt über die reduzierende Linse 12 auf eine Halbleiterwafer 2, die auf einem nicht dargestellten Träger gehalten ist und auf ihrer Oberfläche eine Photolackschicht aus für ultraviolette Strahlung empfindlichem Harz trägt. Dadurch wird auf der Halbleiterwafer 2 ein Schaltkreismuster entsprechend der Photomaske 11 erzeugt, welches allerdings um einen Faktor 1/10 bis 1/5 verkleinert ist. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Verschluß und das Bezugszeichen 9 einen Filter.To create patterns using ultraviolet rays in the manner as described above is an exposure system having a light focusing optical system and an imaging system is used, as shown for example in FIG. In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a short arc mercury vapor lamp used as an exposure light source. The short arc mercury vapor lamp 1 is arranged so that its arc is in the focus of a light-focusing mirror 5. The one from the short-arc mercury vapor lamp 1 emitted light L is focused with the aid of the light-focusing mirror 5 and then through a first plane mirror 6, an integrator 8, a second plane mirror 7 and a converging lens. 10 is directed to a photomask 11 bearing a circuit pattern. That through the photo mask 11 Light passing through reaches a semiconductor wafer 2 via the reducing lens 12, which is not on a shown carrier is held and on its surface a photoresist layer for ultraviolet radiation sensitive resin. This creates a circuit pattern on the semiconductor wafer 2 in accordance with FIG Photomask 11 generated, which, however, is reduced by a factor of 1/10 to 1/5. The reference number 4 denotes a shutter and numeral 9 denotes a Filter.

Erfindungsgemäß wird die Halbleiterwafer wie folgt belichtet. In dem in Fig. 1 dargestellten System wird die Quecksilberdampflampe 1, die in einem lichtfokussierenden Spiegel 5 angeordnet ist, kontinuierlich elektrisch gespeist, so daß sie dauernd in Betrieb ist. Während dieser angeschaltete Zustand aufrechterhalten bleibt, wird die Speiseleistung für die Quecksilberdampflampe 1 mittels eines Betriebssteuerschaltkreises 3 so gesteuert, daß die elektrische Leistung die Grundwellenform annimmt, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Danach wird also die Leistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe 1 periodisch und wiederholt zwischen einer Stufe A hohen Niveaus und einer Stufe B niederen Niveaus hin- und hergeschaltet. Während der Stufe A beträgt die Leistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe 1 ca. das 1,3- bis 2,5-fache der Nennleistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe 1. In der Stufe B liegt die Leistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe auf einem niederen Niveau und entspricht etwa oder genau der Nennleistungsaufnahme. In der Stufe A hoher Leistungsaufnahme wird ein Verschluß 4 geöffnet und dann wieder verschlossen, was dazu führt, daß das von der Quecksilberdampflampe T ausgehenden Licht einen an der Belichtungsstelle angeordneten kleinen Abschnitt der Halbleiterwafer 2 durch die Photomaske 11 hindurch für eine bestimmte Zeit belichtet. According to the invention, the semiconductor wafer is exposed as follows. In the system shown in Fig. 1, the mercury vapor lamp 1, which is in a light-focusing Mirror 5 is arranged, continuously fed electrically so that it is continuously in operation. While this switched-on state is maintained, the feed power for the mercury vapor lamp 1 is controlled by an operation control circuit 3 so that the electric power has the basic waveform assumes, as shown for example in FIG. After that, the power consumption of the mercury vapor lamp will be 1 periodically and repeatedly between a level A high level and a level B low level Levels switched back and forth. During stage A, the power consumption of the mercury vapor lamp is 1 approx. 1.3 to 2.5 times the nominal power consumption of the mercury vapor lamp 1. The level B is The power consumption of the mercury vapor lamp is at a lower level and corresponds approximately or exactly to the nominal power consumption. In stage A, high power consumption, a shutter 4 is opened and then closed again, which leads to the fact that the light emanating from the mercury vapor lamp T is arranged at the exposure point exposed small portion of the semiconductor wafer 2 through the photo mask 11 for a certain time.

Der Belichtungsgrad der belichteten Oberfläche der HaIbleiterwafer 2 kann durch Wahl der Öffnungszeit des Verschlusses 4 geeignet auf ein vorgeschriebenes oder gewünschtes Maß geregelt werden. Mit anderen Worten kann der Beiichtungsgrad durch Offenhalten des Verschlusses 4 gesteuert werden, solange die Quecksilberdampflampe in der Stufe A, in welcher die Leistungsaufnahme derThe degree of exposure of the exposed surface of the semiconductor wafer 2 can be set appropriately to a prescribed or desired one by selecting the opening time of the shutter 4 Measure to be regulated. In other words, the degree of coverage can be adjusted by keeping the shutter open 4 can be controlled as long as the mercury vapor lamp is in stage A, in which the power consumption of the

Quecksilberdampflampe 1 auf einem hohen Niveau liegt, betrieben wird. Nach dem Verschließen des Verschlusses 4 wird die Quecksilberdampflampe 1 in der Stufe B, in welcher die Leistungsaufnahme auf einem niederen Niveau liegt, betrieben. Während der Stufe B wird der Verschluß geschlossen gehalten.Mercury vapor lamp 1 is at a high level, is operated. After the closure has been closed 4, the mercury vapor lamp 1 is in stage B, in which the power consumption is at a low level is operated. During stage B the shutter is kept closed.

Das wiederholte Umschalten zwischen der Stufe A hohen Niveaus und der Stufe B niederen Niveaus wird in Abstimmung mit der schrittweisen Verschiebung der Halbleiterwafer 2 durchgeführt. Man kann sich die Halbleiterwafer 2, wie das in Fig. 3 dargestellt ist, in eine Anzahl von kleinen Abschnitten P unterteilt vorstellen, die Zeilen und Spalten formen. Diese kleinen Abschnitte P werden schrittweise nacheinander an die Belichtungsstelle des Belichtungssystems verschoben, wo sie dann kurz angehalten werden und so nacheinander belichtet werden. Wenn eine Belichtung nach dem Öffnen und Schließen des Verschlusses 4 durchgeführt ist, solange die Quecksilberdampflampe in der Stufe A betrieben wird, wird ein Muster auf jeweils einem der kleinen Abschnitte P der Halbleiterwafer 2 aufgebracht. Die Wafer 2 wird dann schrittweise verschoben, während der Verschluß geschlossen ist, so daß ein anderer kleiner Abschnitt P, der als nächstes belichtet werden soll, die Belichtungsstelle erreicht. Die Belichtung wird dann in derselben Art und Weise wiederholt, so daß allmählich alle kleinen Abschnitte P der Halbleiterwafer 2 belichtet werden.The repeated switching between the A high level and the B low level is agreed performed with the gradual displacement of the semiconductor wafer 2. One can look at the semiconductor wafer Imagine 2, as shown in Fig. 3, divided into a number of small sections P, shape the rows and columns. These small sections P are gradually shifted one after the other to the exposure point of the exposure system, where they are then stopped briefly and thus exposed one after the other. When an exposure after opening and closing of the closure 4 is carried out as long as the mercury vapor lamp is operated in level A, a pattern is applied to one of the small sections P of the semiconductor wafers 2 in each case. The wafer 2 will then gradually shifted while the shutter is closed so that another small section P, which is to be exposed next reaches the exposure point. The exposure is then in the same Repeatedly manner so that gradually all small portions P of the semiconductor wafers 2 are exposed.

Bei diesem Verfahren wird die Quecksilberdampflampe 1 kontinuierlich in Betrieb belassen und wiederholt abwechselnd zwischen der Stufe A hoher Leistungsaufnahme und der Stufe B niederer Leistungsaufnahme hin- und hergeschaltet. Die öffnungs- und Schließzyklen des Ver-With this procedure, the mercury vapor lamp is 1 leave continuously in operation and repeatedly alternate between level A high power consumption and the level B of low power consumption switched back and forth. The opening and closing cycles of the

Schlusses 4 und die schrittweise Verschiebung der Halbleiterwafer 2 werden in Übereinstimmung mit den Stufen A und B durchgeführt. Die Zeitdauer Ta einer jeden Stufe A hoher Leistungsaufnahme kann konstant gewählt werden und zum Beispiel in einem Bereich zwischen 100 ms und 1000 ms liegen. Die Zeitdauer Tb der Stufe B niederer Leistungsaufnahme kann gleich oder auch unterschiedlich sein und ebenfalls beispielsweise im Bereich zwischen 100 ms und 1000 ms liegen.Final 4 and the gradual shift of the semiconductor wafer 2 are made in accordance with the stages A and B carried out. The duration Ta of each stage A of high power consumption can be chosen to be constant and lie, for example, in a range between 100 ms and 1000 ms. The time Tb of the level B is lower Power consumption can be the same or different and also, for example, in the range between 100 ms and 1000 ms lie.

Um die allmähliche Schwächung der abgegebenen Lichtmenge im Laufe der Betriebszeit in der Stufe A auszugleichen, findet die Wiederholung der Stufe A statt, in dem die Leistungsaufnahme um kleine Stücke über die Betriebsdauer erhöht wird. Die Belichtung der Halbleiterwafer wird in der oben angegebenen Art und Weise durchgeführt.To compensate for the gradual weakening of the amount of light emitted in the course of the operating time in level A, the repetition of stage A takes place, in which the power consumption by small pieces over the operating time is increased. The semiconductor wafers are exposed in the manner indicated above.

Es sollte hier angemerkt werden, daß die allmähliche Steigerung der Leistungsaufnahme in den Stufen A hoher Leistungsaufnahme nicht auf irgendein spezielles Ausführungsbeispiel notwendigerweise beschränkt ist. Die Leistungsaufnahme kann entsprechend den einer jeden verwendeten Quecksilberdampflampe innewohnenden Eigenarten variieren. Genauer gesagt kann eine Leistungskurve auf experimenteller Basis für die Stufen A gefunden werden, die über die Betriebsdauer anwächst, um die allmähliche Schwächung der abgegebenen Lichtmenge auszugleichen. Mit der so gefundenen Leistungskurve ist es möglich, eine Regel- oder Steuereinrichtung für die Leistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe in den Stufen A vorzusehen. Es ist alternativ dazu auch möglich, mittels eines Photosensors die an die Halbleiterwafer abgegebene Lichtmenge zu messen und dann die Leistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe in jeder Stufe A mit Hilfe einesIt should be noted here that the gradual increase in power consumption in the A stages is higher Power consumption is not necessarily limited to any particular embodiment. the Power consumption can vary according to the inherent characteristics of each mercury vapor lamp used vary. More specifically, a performance curve can be found on an experimental basis for levels A, which grows over the operating time in order to compensate for the gradual weakening of the amount of light emitted. With the power curve found in this way, it is possible to provide a regulating or control device for the power consumption of the mercury vapor lamp in stage A. As an alternative to this, it is also possible, by means of a photosensor, to use a photosensor to transmit the data transmitted to the semiconductor wafers Measure the amount of light and then the power consumption of the mercury vapor lamp in each level A with the help of a

Betriebssteuerschaltkreises 1 entsprechend dem festgestellten Maß der Lichtmengenschwächung bezüglich der anfänglichen Lichtmenge zu steuern. Bei speziellen Ausführungsbeispielen dieser Erfindung kann die zeitabhängige Variation der Leistungsaufnahme in den Stufen A grob gesehen die in dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel gezeigte lineare Abweichung zeigen.Operation control circuit 1 according to the established degree of light quantity attenuation with respect to the control initial amount of light. In particular embodiments of this invention, the time-dependent Variation of the power consumption in stages A roughly seen in the example shown in FIG. 4 show the shown linear deviation.

In den Stufen B geringer Energieaufnahme ist es nicht nötig, die Leistungsaufnahme zu variieren, wenn das Leistungsaufnahmeniveau gleich oder in der Nähe der Nenn leistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe liegt.In the B stage with low energy consumption, it is not necessary to vary the power consumption, if that Power consumption level is equal to or close to the rated power consumption of the mercury vapor lamp.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich als Betriebssteuerschaltkreis 3 für den Betrieb der Quecksilberdampflampe 1 einen Schaltkreis zu verwenden, wie er herkömmlich als Einrichtung zur Erzeugung einer solchen Leistungssteuerung bekannt ist oder aber auch einen Schaltkreis, der eine teilweise abgeänderte Ausgestaltung hat.To carry out the method according to the invention it is possible to use a circuit as operating control circuit 3 for operating the mercury vapor lamp 1, as is conventionally known as a means for producing such power control or but also a circuit that has a partially modified design.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kurzbogenguecksüberdampflampe in einer schematischen Darstellung, wie sie bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als Lichtquelle für die Belichtung bei einem erfindungsgemäßen Belichtungssystem verwendet werden kann. Das Bezugszeichen 101 bezeichnet in Fig. 5 eine Quarzglasröhre, die an beiden Enden mit einem Sockel 102A und 102B versehen ist. Die Bezugszeichen 103 und 104 bezeichnen den Anoden- bzw. Kathodenröhrenfuß. Die Anode 105 ist an der Spitze des Anodenröhrenfußes 103 angeordnet, während die Kathode 106 fest mit der Spitze des Kathodenröhrenfußes 104 verbunden ist. Die Anode 105 und die Kathode 106 sind innen in der Röhre 101 inFig. 5 shows an embodiment of a short arc super-vapor lamp in a schematic representation as in an embodiment of the invention can be used as a light source for the exposure in an exposure system according to the invention. Reference numeral 101 in FIG. 5 denotes a quartz glass tube which is provided with a base 102A at both ends and 102B is provided. The reference numerals 103 and 104 denote the anode or cathode tube foot. The anode 105 is at the tip of the anode tube foot 103 arranged, while the cathode 106 is fixedly connected to the tip of the cathode tube foot 104. The anode 105 and cathode 106 are inside tube 101 in FIG

der Mitte gegenüberliegend angeordnet. Wie das in der vergrößerten Darstellung in Fig. 6 zu erkennen ist, besitzt die Anode 105 einen Sockelabschnitt 51, der die Form eines Zylinders größeren Durchmessers hat und am vorderen Ende einen kegelstumpfartigen Abschnitt hat, der sich von dem Sockelabschnitt 51 nach vorne und einwärts erstreckt und mit einer ebenen Vorderfläche endet. Die Kathode 106 besitzt einen Sockelabschnitt und eine Kegelspitze 62.arranged opposite the center. As can be seen in the enlarged illustration in FIG the anode 105 has a base portion 51 which has the shape of a cylinder of larger diameter and on front end a frustoconical section extending forward and inward from the base portion 51 and having a flat front surface ends. The cathode 106 has a base section and a cone tip 62.

Eine solche Kurzbogenguecksilberdampflampe kann die folgenden Kenndaten haben:Such a mercury short arc lamp may include the following Have characteristics:

Nennleistungsaufnahme: 500 ViNominal power consumption: 500 Vi

(50V, 10A)(50V, 10A)

Anode 105:Anode 105:

Äußerer Durchmesser D.
des Sockelteils 51 4,0 mmOutside diameter D.
of the base part 51 4.0 mm

Durchmesser D- derDiameter D- the

Vorderfläche 52 2,0 mmFront face 52 2.0 mm

öffnungswinkel oL desopening angle oL des

vorderen Teils 53 90°front part 53 90 °

Kathode 106:Cathode 106:

Äußerer Durchmesser D-.
des Sockelteils 61 2,0 mmOutside diameter D-.
of the base part 61 2.0 mm

Abstand zwischen den Elektroden 3,0 mmDistance between electrodes 3.0 mm

Druck in der Röhre bei
angeschalteter Lampe ca. 13 Atmos.Pressure in the tube
switched on lamp approx. 13 atmospheres.

Bei Verwendung einer derartigen Quecksilberdampflampe als Belichtungsquelle in einem Belichtungssystem für eine Halbleiterwafer wurde die Belichtung einer Silikonhalbleiterwafer gemäß dem schrittweisen Belichtungsverfahren durchgeführt, während der Betrieb der Quecksilberdampflampe unter folgenden Bedingungen stattfand:When using such a mercury vapor lamp The exposure of a silicon semiconductor wafer has been used as an exposure source in an exposure system for a semiconductor wafer performed according to the step-by-step exposure procedure while the mercury vapor lamp is operating took place under the following conditions:

Stufe A
10 Level a
10

Zeitintervall Ta: 400 msec.Time interval Ta: 400 msec.

Leistungsaufnahme: allmähliche lineare Steigerung beginnend mit 750 W über eine Betriebszeit von 600Power consumption: gradual linear increase starting at 750 W over an operating time of 600

Stunden und endend mit 1 KWHours and ending with 1 KW

Stufe B
Zeitintervall Tb: 400 msec. Level B.
Time interval Tb: 400 msec.

Leistungsaufnahme: konstant auf 500 W gehalten.Power consumption: kept constant at 500 W.

Unter diesen Bedingungen war es möglich, nach 600 Stunden dieselben Belichtungsergebnisse zu erzielen wie zu Beginn.Under these conditions it was possible after 600 hours to achieve the same exposure results as at the beginning.

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt die folgenden Vorteile mit sich.The method of the present invention has the following advantages with himself.

(1) Solange das von der Quecksilberdampflampe ausgestrahlte Licht nicht zur Belichtung verwendet wird, wird die Quecksilberdampflampe auf einem Niveau niederer Leistungsaufnahme betrieben. Auf diese Art und Weise kann der Elektrizitätsverbrauch der Quecksilberdampflampe be-(1) As long as that emitted by the mercury vapor lamp If light is not used for exposure, the mercury vapor lamp is at a low power consumption level operated. In this way, the electricity consumption of the mercury vapor lamp can be reduced.

deutend reduziert werden und gleichzeitig werden mögliche Beschädigungen des Verschlusses aufgrund von überhitzung vermieden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Quecksilberdampflampe in den Stufen niederer Leistungsaufnahme mit der Nennleistung betrieben und die Leistungsaufnahme wird für die Schritte höherer Leistungsaufnahme gesteigert. Auf diese Art und Weise können die Belichtungswerte wie benötigt oder gewünscht eingestellt werden. Die Belichtung läßt sich außerdem in geeigneter Weise mit einer kleinen Quecksilberdampflampe durchführen, so daß insgesamt das Belichtungssystem nicht viel Platz beansprucht, was wiederum für den Betrieb des Sauberkeitsraumes, oder ähnlichem, in dem das Belichtungssystem untergebracht ist, billiger macht und so insgesamt zu geringeren Herstellungskosten für die Halbleiter führt.can be significantly reduced and at the same time possible damage to the closure due to overheating avoided. In a preferred embodiment, the mercury vapor lamp is in stages lower power consumption is operated with the rated power and the power consumption is used for the steps higher power consumption increased. In this way the exposure values can be adjusted as needed or desired can be set. The exposure can also be conveniently carried out with a small mercury vapor lamp perform so that overall the exposure system does not take up much space, which in turn for the operation of the clean room, or similar, in which the lighting system is housed, makes cheaper and thus leads to lower production costs for the semiconductors overall.

(2) Die Stufen hoher Leistungsaufnahme werden wiederholt und es wird dabei die Leistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe Stück für Stück über die Betriebszeit gesteigert. Die Belichtung der Halbleiterwafer wird während diesen Stufen hoher Leistungsaufnahme durchgeführt. Auch wenn die Lichtdurchlässigkeit der Quecksilberdampflampenröhre aufgrund von Elektrodenverschleiß und Ablagerungen des Elektrodenmaterials auf der Röhrenwand geschwächt wird, kann diese verringerte Menge abgestrahlten Lichts durch Steigern der Leistungsaufnahme ausgeglichen werden. Es ist so möglich, die von der Quecksilberlampe abgegebene Lichtmenge auch in späteren Stadien der Stufen hoher Leistungsaufnahme noch auf demselben Niveau wie zu Beginn zu halten. Als Ergebnis da von können Halbleiterwafer mit einer über lange Zeiträume konstanten Lichtmenge belichtet werden.(2) The high power consumption steps are repeated and the power consumption of the mercury vapor lamp becomes the same Increased bit by bit over the operating time. The exposure of the semiconductor wafer is performed during these high power consumption levels. Even if the light transmission of the mercury vapor lamp tube due to electrode wear and deposits of the electrode material on the tube wall is weakened, this reduced amount of emitted light can be increased by increasing the power consumption be balanced. It is thus possible to use the amount of light emitted by the mercury lamp in later To keep the stages of the high power consumption levels at the same level as at the beginning. As a result, there Semiconductor wafers can be exposed to a constant amount of light over long periods of time.

.vs..vs.

(3) Die Steuerung der Belichtungswerte wird mit Hilfe des Verschlusses durchgeführt. Da die zeitbedingte Schwächung der Lichtmenge, die von der Quecksilberdampflampe abgegeben wird, wie oben erwähnt ausgeglichen wird, in dem die Leistungsaufnahme der Quecksilberdampflampe über die Betriebsdauer in den Stufen A hoher Leistungsaufnahme gesteigert wird, können die Öffnungs- und Schließzyklen des Verschlusses immer gleich bleiben. Es ist daher nicht notwendig, die schwierige Regelung der Öffnungs- und Verschlußzeiten des Verschlusses innerhalb sehr kurzer Zeiträume entsprechend vorzunehmen. Daher · kann die Belichtung mit großer Geschwindigkeit und auch stabil und gleichmäßig durchgeführt werden.(3) The control of the exposure values is carried out by means of the shutter. Since the time-related Attenuation of the amount of light emitted by the mercury vapor lamp, as mentioned above, is compensated for, in which the power consumption of the mercury vapor lamp is increased over the operating time in the stages A high power consumption, the opening and Closing cycles of the lock always remain the same. It is therefore not necessary to deal with the difficult regulation of the To make opening and closing times of the shutter within very short periods of time accordingly. Therefore · the exposure can be carried out at high speed and also stably and uniformly.

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Claims

Method for exposing a semiconductor wafer by means of a mercury vapor lamp

1. Method for the successive exposure of a Semiconductor wafer through a mask pattern with light emitted from a mercury vapor lamp in Levels of high level is emitted, during which the power consumption of the mercury vapor lamp is at a high level at which the mercury vapor lamp is continuously on and repeated .between the high level and a lower level during which the performance

stungsaufnahme the mercury vapor lamp at a low level is located, is toggled, characterized in that the stage high level while the power consumption of the mercury vapor lamp is gradually increased over the operating time of the mercury vapor lamp is repeated to the gradual decrease of the output from the mercury arc lamp light quantity balance.

2. The method according to claim 1,

characterized in that the shutter is only activated once during each high level stage is opened and closed to the corresponding, located at the exposure point small Exposure section of semiconductor wafer.

3. The method according to claim 2,

characterized in that the opening time of the shutter in each stage is constant at high levels.

4. The method according to claim 3,

characterized in that the opening duration of the shutter is within a range from 100 ms to 1000 ms.

5. The method according to at least one of the preceding claims,

characterized in that the semiconductor wafers are closed during the shutter is shifted step-by-step in order to bring the subsequent small section to the exposure point bring.

— 3 —- 3 -

6. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the closing time of the shutter is in a range of 100 ms to 1000 ms.

7. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the power consumption in the lower levels in the essentially corresponds to the rated power consumption of the mercury vapor lamp and that in the stages high Levels the power consumption in a range of 1/3 to 2.5 times the rated power consumption of the Mercury vapor lamp.