DE3621527A1

DE3621527A1 - Verfahren zum belichten von halbleiterplaettchen

Info

Publication number: DE3621527A1
Application number: DE19863621527
Authority: DE
Inventors: Tatsumi Hiramoto; Ikuo Iwai; Masachika Ohyama; Mitsuo Narita
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1987-01-08
Also published as: US4704346A; JPS622443A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Belichten eines Halbleiterplättchens, das zur Ausführung bei der Herstellung von Halbleitern geeignet ist.

Die Wellenlänge des für die Belichtung von Halbleiterplättchen verwendeten Lichts lag in den frühen Jahren der Halbleitertechnologie bis 1965 bei etwa 436 nm wie sie durch das von einer kugelförmigen Hochspannungs- Quecksilberdampflampe abgegeben wird, die auch als Kurzlichtbogenlampe bezeichnet werden kann. Gegen die Zeit um 1970 zu und danach hat die Integrierung von Halbleiterbauelementen bemerkenswerte Fortschritte gemacht. In letzter Zeit ist es erforderlich geworden, die Belichtung mit einem Auflösungsvermögen von bis zu 1 µm oder noch besser auszuführen. Im Hinblick darauf haben sich Lichtwellenlängen von 200 nm bis 250 nm als brauchbar für die Belichtung von Halbleiterplättchen erwiesen, wie im US-Patent 51 90 786 und in der JP-OS 1 08 478/1979 beschrieben ist.

Man hat jedoch gefunden, daß optische Materialien, die in einem optischen System verwendet werden, mehr und mehr Grenzen setzen, je kürzer die Wellenlänge des zur Belichtung verwendenden Lichts wird, so daß die Belichtungsgeräte entsprechend teurer werden. Wegen diesen Grenzen werden Halbleiterplättchen noch immer unter Verwendung von Licht belichtet, dessen Wellenlänge im Bereich zwischen 400 nm und 450 nm liegt, obgleich diese Wellenlängen nicht erwarten lassen, daß man eine Auflösung von bis zu 1 µm oder besser erreicht. Übliche kugelförmige Superhochspannungs-Quecksilberdampflampen weisen darüberhinaus den Nachteil auf, daß sie keine weitere Verringerung ihrer effektiven Impulsbreite beim halben Maximum in ihrem Spektrum aufweisen und daß sie auch sehr leicht ausfallen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Belichtung von Halbleiterplättchen mit Licht anzugeben, dessen Spektrum eine kleine effektive Impulsbreite beim halben Maximum aufweist, wobei die Gefahr eines Ausfalls der Lichtquelle auf ein Minimum verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst.

Da Muster, beispielsweise integrierte Schaltungsmuster auf die Oberfläche des Photoresist mit Hilfe des Lichts übertragen werden, bringt die vorliegende Erfindung den Vorteil mit sich, daß Halbleiter, beispielsweise hochintegrierte Schaltungen, reproduzierbar mit einem Auflösungsvermögen von bis zu etwa 1 µm und mit hoher Produktivität hergestellt werden können.

Die Erfindung und ihre Vorteile sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optischen Systems, das bei der Ausführung des Verfahrens nach dieser Erfindung für die Belichtung eines Halbleiterplättchens verwendbar ist;

Fig. 2 ein Diagramm der Impulsbreite beim halben Maximum des Spektrums von Licht, das eine Wellenlänge von 405 nm hat und in einem bekannten Verfahren verwendet wird;

Fig. 3 ein Diagramm der Impulsbreite beim halben Maximum des Spektrums von Licht, das eine Wellenlänge von 405 nm hat und bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 4 ein Diagramm des Zusammenhangs zwischen der von einer Kurzlichtbogen-Quecksilberdampflampe abgegebenen Lichts und dem Entladungsstrom;

Fig. 5 ein Diagramm des Zusammenhangs zwischen der Strahlungsintensität einer Kurzlichtbogen-Quecksilberdampflampe und dem Quecksilberdampfdruck während des Leuchtens der Kurzlichtbogen-Queöcksilberdampflampe und

Fig. 6 eine vereinfachte schematische Querschnittsdarstellung einer Kurzlichtbogen-Quecksilberdampflampe.

Bezugsnehmend auf die Zeichnungen wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.

Bezugnehmend zunächst auf Fig. 1 erkennt man eine Kurzlichtbogen-Quecksilberdampflampe, in der Quecksilber und ein Edelgas in solchen Mengen enthalten sind, daß der Dampfdruck des Quecksilbers und der Gasdruck des Edelgases 0,4 × 10⁵ bis 5 × 10⁵ Pa bzw. 10⁴ bis 10⁶ Pa erreichen. Der Entladungsstrom der Quecksilberdampflampe 1 wird auf 10 A oder höher mit Hilfe einer Stromversorgungseinrichtung 9 eingeregelt. Diese Entladung kann entweder mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom erfolgen. Als eine weitere Alternative kann eine sogenannte überlagerte Entladung ausgeführt werden, in der ein starker Strom wiederholt und vorübergehend einem eine gleichförmige Strahlung bewirkenden niedrigen Gleichstrom überlagert wird. Beim überlagerten Betrieb ist es notwendig, den Durchschnittsstrom pro Stunde auf eine Größe von nicht weniger als 10 A zu regeln.

Fig. 1 zeigt auch einen Lichtfokussierspiegel 2, einen ersten Planspiegel 3, einen Verschluß 4, eine Integratorlinse 5, einen zweiten Planspiegel 6 und eine Kondensorlinse 7. An einer geeigneten Stelle im optischen Weg, der sich vom Fokussierspiegel 2 zur Kondensorlinse 7 erstreckt, kann nötigenfalls ein Bandpaßfilter, das einem Interferenzfilter besteht, eingesetzt sein. Mit 8 ist eine Vorlage bezeichnet, die beispielsweise eine sogenannte Photomaske ist und Schaltungsmuster trägt. Die Muster der Photomaske 8 werden durch eine Verkleinerungslinse 12 verkleinert und auf eine Photoresistschicht 10 auf einem Halbleiterplättchen 11 projiziert. Mit anderen Worten, das von der Quecksilberdampflampe 1 abgegebene Licht wird durch die Maske 8 hindurch auf die Photoresistschicht 10 geleitet. Jedes geeignete übliche Photoresistmaterial kann hier verwendet werden.

Bezugnehmend nun auf Fig. 6 erkennt man einen Kolben 20 mit Dichtungsabschnitten 21, einer Kathode 22, einer Anode 23 und einem Hohlraum 24, der in dem Kolben 20 ausgebildet ist. Mit d ist der Abstand zwischen der Kathode 22 und der Anode 23 bezeichnet.

Die Wellenlängen der Strahlung, die von Quecksilber unter gewissen typischen Bedingungen abgegeben wird, ist im allgmeinen bislang bekannt gewesen. Licht mit der Wellenlänge 405 nm oder der Wellenlänge 436 nm oder beider vorgenannter Wellenlängen, das von einer üblichen Kurzbogen-Quecksilberdampflampe abgegeben wird, hat ein Spektrum, das eine breite Impulsbreite beim halben Maximum zeigt. Dieses Spektrum wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, in der die Wellenlängen in nm auf der Abszisse aufgetragen sind. während die zugehörigen Lichtintensitäten längs der Ordinate aufgetragen sind. Nimmt man die Wellenlänge 405 nm als Beispiel, dann gibt die Kurve a ein Wellenlängenspektrum an, das durch ein Bandpaßfilter übertragen wird, während die Kurve b ein Wellenlängenspektrum zeigt, das von einer üblichen Kurzbogen-Quecksilberdampflampe abgestrahlt wird. Ein Wellenlängenbereich x ₁ unter dem Anstiegspunkt P 1 der Spitze der Wellenlänge 405 nm und ein weiterer Wellenlängenbereich x ₂ oberhalb des Abfallpunktes P 2 der Spitze der Wellenlänge 405 nm überlappen den Wellenlängenbereich x ₃, der der effektiven Impulsbreite beim halben Maximum entspricht. Als einer der Gründe für diese Überlappung wird erwähnt, daß die effektive Impulsbreite beim halben Maximum relativ breit ist, beispielsweise eine Breite von 3 nm hat. Wenn eine Kurzbogen-Quecksilberdampflampe mit Quecksilber und einem Edelgas als Inhalt in derartigen Mengen, daß der Dampfdruck des Quecksilbers und der Gasdruck des Edelgases 4 × 10⁵ Pa bzw. 10⁴ bis 10⁶ Pa erreichen, bei der Entladung mit einem Entladungsstrom von 28 A Gleichstrom und einer Spannung von 38 V betrieben wird, ohne die Strahlungsintensität bemerkenswert im Vergleich zur Intensität gewöhnlicher Strahlung zu vermindern, dann wird die Lichtintensität zwischen den Bereichen x ₁ und x ₂ kleiner in Bezug auf den zugehörigen Spitzenwert, wie in Fig. 3 gezeigt, und, verbunden mit der verringerten Breite des Spektrums selbst bei 405 nm, kann die effektive Impulsbreite x ₃ beim halben Maximum auf 1,5 nm verringert werden. Dementsprechend kann die Gestaltung der Linsen eines optischen Systems vereinfacht werden und gleichzeitig kann die Gefahr eines Lampenbruchs wegen des verringerten Dampfdrucks ebenfalls vermindert werden.

Wie in Fig. 4 dargestellt, ändert sich die Intensität der Strahlung der Wellenlänge 405 nm, wenn der Entladungsstrom geändert wird. Die Entladungsstromstärken (Einheit A) sind auf der Abszisse aufgetragen, während die Intensitäten (Einheit mW/A) der Wellenlänge 405 nm pro Einheitsstrom auf der Ordinate aufgetragen sind. Man erkennt aus diesem Diagramm, daß eine Intensität, die für die Belichtung von Halbleiterplättchen brauchbar ist, erhalten werden kann, wenn man bewirkt, daß die Entladung mit einem Entladungsstrom von 10 A oder mehr stattfindet. Die Intensitäten, die auf den Ordinaten aufgetragen sind, wurden jeweils bei Betrieb der obenbeschriebenen Kurzbogen-Quecksilberdampflampe in ihrer aufrechten Stellung bestimmt und es wurde die Enegie pro cm² an einem Punkt gemessen, der in horizontaler Richtung 1 m von der Quecksilberdampflampe entfernt lag. In Fig. 5 sind die Strahlungsintensitäten einer Kurzbogen-Quecksilberdampflampe als Funktion des Quecksilberdampfdrucks bei der Entladung aufgetragen. Die Quecksilberdampfdrücke während des Leuchtens der Lampe sind auf der Abszisse aufgetragen, während die Relativwerte der Strahlungsintensitäten von Licht der Wellenlänge 405 nm auf der Ordinate aufgetragen sind. Wie man aus Fig. 5 erkennt, hat die Kurve ein Maximum der Strahlungsintensität bei etwa 1,3 × 10⁵ Pa. Die Strahlungsintensitäten sind als Relativwerte dargestellt, wobei vorausgesetzt ist, daß die Strahlungsintensität, die dem Spitzenwert entspricht, gleich 1 ist.

Im allgemeinen variieren der Wellenlängenbereich und die Spitzenintensität des Spektrums einer Kurzbogen- Quecksilberdampflampe in Abhängigkeit vom Quecksilberdampfdruck. Sie ändern sich jedoch nicht wesentlich und stellen eine ausreichende Brauchbarkeit sicher, solange der Quecksilberdampfdruck während des Brennens der Lampe, entsprechend der einen Hälfte des Spitzenwertes im Diagramm, in den Bereich zwischen 0,4 × 10⁵ und 5 × 10⁵ k Pa fällt. Dies gilt ebenso für Licht mit einer Wellenlänge von 436 nm. Kurven, die jenen nach den Fig. 4 und 5 gleichen, erhält man auf diese Weise. Ein Vergleich zeigt jedoch, daß bezüglich der Strahlungsintensität relativ zum Quecksilberdampfdruck die Lichtintensität mit der Wellenlänge 436 nm etwa das 1,5-fache von der des Lichts mit der Wellenlänge 405 nm im Druckbereich zwischen 0,4 × 10⁵ und 5 × 10⁵ Pa beträgt.

Bei einer für die Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendbaren Kurzbogen-Quecksilberdampflampe kann der Druck eines in der Lampe enthaltenen Edelgases, wie beispielsweise Argon oder Xenon, im Bereich zwischen 10³ und 10⁶ Pa liegen. Es ist vorteilhaft, einen niedrigeren Druck als Druck solcher Edelgase zu verwenden, weil die Breite des Spektrums vergrößert wird und die Verwendung hoher Drücke Ursache für einen Bruch der Quecksilberdampflampe werden kann, wenn der Druck zu hoch ist. In diesem Sinne sollte der Druck des eingeschlossenen Edelgases vorzugsweise 10⁶ Pa oder niedriger während des Brennens der Lampe sein. Die Verwendung eines solchen Druckbereiches ist auch günstig, da die Gestalt der in Fig. 5 dargestellten Kurve durch die Art und den Druck eines jeden Edelgases im Druckbereich bis zu 10⁶ Pa nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Weiterhin sollte der Abstand zwischen den Elektroden vorzugsweise bei 15 mm oder weniger liegen, um die Eigenschaften einer punktförmigen Lichtquelle aufrechtzuerhalten.

Wenn die Belichtung eines Halbleiterplättchens durch eine in obenbeschriebener Weise geregelte Entladung ausgeführt wird, dann kann bei der Belichtung ein Auflösungsvermögen von bis zu 1 µm erzielt werden, wenn die numerische Öffnung einer Verkleinerungslinse auf 0,40 eingestellt und Licht mit einer Wellenlänge von 405 nm verwendet wird. Die Belichtungszeit kann auf eine Periode von bis zu 0,2 sec herabgesetzt werden. Das Verfahren nach dieser Erfindung stellt daher eine ausreichende und praktische Produktivität sicher.

Claims

Verfahren zum Belichten eines Halbleiterplättchens, gekennzeichnet durch:
a) Anordnen einer Kombination von Elektroden einander gegenüberstehend und mit einem gegenseitigen Abstand von nicht mehr als 15 mm in einem abgeschlossenen Entladungshohlraum;
b) Einschließen von Quecksilber als lichtemittierende Entladungskomponente in dem Hohlraum in einer derartigen Menge, daß der Dampfdruck des Quecksilbers während des Entladungsbrennens der Lampe 0,4 × 10⁵ bis 5 × 10⁵ erreicht;
c) Ausbilden einer Entladung zwischen der Elektrodenkombination unter Regelung des Entladungsstroms auf nicht weniger als 10 A;
und
Leiten des als Folge der Entladung entstehenden Lichts, daß wenigstens eine der Lichtkomponenten der Wellenlängen 405 nm bzw. 436 nm aufweist, auf die Oberfläche eines Photoresist, das auf dem Halbleiterplättchen augebracht ist, durch eine Photomaske oder ein Fadenkreuz und eine Linse hindurch, die den Durchlaß von Licht der Wellenlänge 405 nm oder 436 nm ermöglicht.