JP3163924B2 - 照明装置及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents

照明装置及びそれを用いた投影露光装置

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  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は照明装置及びそれを用い
た投影露光装置に関し、特にIC,LSI、そして液晶
素子等の半導体デバイスの製造装置等において照明装置
に用いる光源手段が発熱し、温度上昇をしたときに生じ
る電極劣化に伴う発光効率の低下を防止し、被照射面上
の照度を良好に維持し、高精度で安定した半導体デバイ
スを製造する際に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来より半導体デバイスの製造装置には
高解像力と共に高スループット化が要望されている。
【0003】一般に照明装置からの露光光で照明したレ
チクル面上の回路パターンを投影光学系によりウエハ面
上に投影露光する際に高スループット化を図る為にウエ
ハ面上のレジストを短い露光時間で感光させパターンを
形成するには露光用の光源手段からの光量を増加させる
必要がある。これによれば露光速度を上げて高スループ
ット化が容易に図れる。
【0004】しかしながら光源手段の電力を上げて発光
光量を増加させると光源の発熱による電極劣化が促進
し、光源寿命が低下してしまう。又発熱による装置の熱
バランスも悪化してしまう。そこでこういったことを防
止する為に、例えば特開昭62−36819号公報では
温度センサーにより光源の回りの温度を検出し、その温
度センサーからの信号をコントローラにフィードバック
させ、電気ファンの回転数やノズルへの空気流量を温度
信号により可変化し、これにより光源の発熱を抑制した
構成の半導体焼付露光装置を提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一般に光源手段の発熱
による温度上昇を防止する方法として光源手段の周囲に
設けた温度センサーからの信号に基づいて圧縮空気や冷
却気体等を用いた冷却手段により光源手段を強制冷却す
る方法は高精度の温度管理ができるという特長がある。
【0006】しかしながら半導体デバイス製造用の投影
露光装置では一般に光源手段の許容幅が100℃程度と
大きい。この為、必ずしも温度センサーや制御手段を用
いて高精度に温度管理をする必要がない。温度センサー
やそれからの信号を用いて光源手段を冷却する方法は高
精度の温度管理ができるが、どうしても装置全体の構成
が複雑化してくるという問題点がある。
【0007】
【0008】本発明の目的は、光源の温度管理を行なう
構成が簡単な照明装置、投影露光装置及び半導体デバイ
ス製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の照明装
置は水銀ランプと、該水銀ランプに電力を供給して発光
させる点灯装置と、前記水銀ランプが発した光を被照明
面に入射させる照明光学系と、前記水銀ランプを冷却す
る空気を噴出するノズル装置と、前記電力を制御する制
御信号に基づいて前記ノズル装置の前記空気の流量を制
御する手段とを有し、前記ノズル装置は、前記水銀ラン
プのプラス極側の電極部分に対応させた第1ノズルと前
記水銀ランプのマイナス極側の電極部分に対応させた第
2ノズルとを有し、前記第1ノズルと前記第2ノズルは
それぞれ流量調整用絞り弁を有することを特徴としてい
る。
【0010】請求項2の発明の投影露光装置は請求項1
に記載の照明装置と、該照明装置により照明したマスク
のパターンを投影する投影光学系とを有することを特徴
としている。
【0011】請求項3の発明の半導体デバイス製造方法
は請求項2に記載の投影露光装置を用いて回路パターン
でウエハを露光する段階と、該露光したウエハを現像す
る段階とを含むことを特徴としている。
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【実施例】図1は本発明の照明装置及びそれを用いた投
影露光装置の実施例1の要部概略図である。
【0016】図中、3は楕円鏡である。2は光源手段と
しての発光管であり、水銀ランプ等から成り、紫外線及
び遠紫外線等を放射する高輝度の発光部2aを有してい
る。発光部2aは楕円鏡3の第1焦点近傍に配置してい
る。光源手段2は点灯手段51からの電力、即ち後述す
る電力制御信号に応じた値の発光量で点灯している。4
a,4b(4)は各々ノズルであり、流量制御手段52
によって制御した空気(圧縮空気や冷却空気や冷却気体
等を含む。)を光源手段2に吹き付けて該光源手段2を
強制冷却している。ノズル4と流量制御手段52は冷却
手段の一要素を構成している。5はコールドミラーであ
り、多層膜より成り、大部分の赤外光を透過すると共に
大部分の紫外光を反射させている。楕円鏡3はコールド
ミラー5を介して第2焦点3b近傍に発光部2aの発光
部像(光源像)2bを形成している。
【0017】11はレンズ系であり、コンデンサーレン
ズやズームレンズ等から成り第2焦点3b近傍に形成し
た発光部像2bをミラー6を介してオプティカルインテ
グレータ12の入射面12aに結像させている。オプテ
ィカルインテグレータ12は複数の微小レンズ(ハエの
眼レンズ)12i(i=1〜N)を2次元的に所定のピ
ッチで配列して構成しており、その射出面12b近傍に
2次光源を形成している。12cは絞りであり、オプテ
ィカルインテグレータ12の射出面12b近傍の2次光
源面に位置している。7はミラーである。13は集光レ
ンズである。
【0018】オプティカルインテグレータ12の射出面
12b近傍の2次光源から射出した複数の光束はミラ
ー7を介して集光レンズ13で集光され、一部がハーフ
ミラー面となっているミラー8で反射して、面57を均
一照明している。14はシャッターであり、面57近傍
に設けている。15はスリットであり、面57に集光し
た光束の一部を通過させている。9、10は各々凹面ミ
ラー等から成る集光系であり、集光手段9、10を介し
スリット15の開口を通過した光束で被照射面とし
てのレチクル(フォトマスク7)16を均一照明して
いる。1は照度センサーであり、ハーフミラー8を通過
した光束を検出して面57、即ち被照射面16上の照度
を測定している。53は投影光学系(投影レンズ)であ
り、レチクル16面上の回路パターンをウエハチャック
に載置したウエハ(基板)54面上に縮小投影してい
る。53aは投影光学系53の瞳面である。
【0019】本実施例においては発光部2aと第2焦点
3bとオプティカルインテグレータ12の入射面12a
が略共役関係となっている。又絞り12cと投影光学系
53の瞳面53aとが略共役関係となっている。
【0020】本実施例では以上のような構成によりレチ
クル16面上のパターンをウエハ54面上に縮小投影露
光している。そして所定の現像処理過程を経て半導体素
子を製造している。
【0021】56は差動増幅器であり、照度センサー1
からの信号と被照射面上の照度を予め設定する信号を出
す照度指令部55からの指令信号との差分から作られる
信号を増幅して、電力制御信号として出力している。
【0022】本実施例では差動増幅器56からの電力制
御信号を点灯装置51で電力に変換し、該電力の大きさ
に基づいて光源手段2の点灯(発光量)の強弱を制御し
ている。
【0023】一方、差動増幅器56からの電力制御信号
は流量制御装置52に入力している。流量制御装置5
2は電力制御信号の大きさに基づいてノズル4から流出
する空気を制御して光源手段2を強制冷却して温度上昇
を防止している。
【0024】このように本実施例では光源手段2の点灯
の強弱を制御する電力制御信号を用いて光源手段を強制
冷却し、これにより光源手段の温度を検出する為の温度
センサーを用いずに光源手段の温度を効率的に制御して
いる。
【0025】図2は図1の光源手段2近傍の拡大説明図
である。ノズル4a,4bの噴出口は水銀ランプ2の電
極部分である口金19a,19b部分を冷却するように
設定している。ノズル4a,4bには水銀ランプ2のプ
ラス極とマイナス極の劣化状況が異なることから任意の
流量が調整できるように絞り弁21a,21bを設けて
いる。流量制御装置52は絞り弁21a,21bに圧縮
空気を流入させている。このとき流量制御装置52は差
動増幅器56からの電力制御信号をサーボ弁駆動用の電
流信号に変換し、該電流信号に比例して図3に示すよう
に絞り弁21への圧縮空気の流量を調整している。
【0026】図4は本発明の照明装置の実施例2の一部
分の拡大説明図である。
【0027】本実施例では流量制御装置として第1流量
制御ユニット30、第2流量制御ユニット31、そして
第3流量制御ユニット32の3つを用いている。そして
第1流量制御ユニット30は圧力センサ28aで圧力の
管理をし、絞り弁27aによりその流量を調節してい
る。又、逆止弁26aにより逆流防止をしている。第1
流量制御ユニット30は水銀ランプ2の点灯又は消灯に
かかわらず、ある一定量の流量で冷却をしている。第2
流量制御ユニット31と第3流量制御ユニット32は第
1流量制御ユニット30に方向切換弁29(29b,2
9c)が付加されたものであり、これを制御することで
冷却を可変化している。
【0028】具体的には電力制御信号と予め設定してお
いた参照信号とを比較し、その出力信号で方向切換弁2
9b,29cを制御している。冷却方法はある電力値で
第2流量制御ユニット31の方向切換弁29bがON
し、第1流量制御ユニット30と第2流量制御ユニット
31の和の流量で水銀ランプ2を冷却している。更に電
力値が上がるとある電力値で第3流量制御ユニット32
の方向切換弁29cがONし、前の2つのユニット3
0,31に更にたし合わされた流量で水銀ランプ2を冷
却する。
【0029】図5はこのときの電力と空気流量との関係
を示す説明図である。
【0030】図6は本発明の照明装置の実施例3の一部
分の拡大説明図である。
【0031】本実施例は図4の実施例2に比べて第1流
量制御ユニット30に方向切換弁29aを追加した点が
大きく異なっている。
【0032】本実施例ではある電力値で第1流量制御ユ
ニット30の方向切換弁29aがONし、水銀ランプ2
を冷却している。更に電力値が上がり、ある電力値にな
ると第1流量制御ユニット30の方向切換弁29aがO
FFし、第2流量制御ユニット31の方向切換弁29b
がONする。更に電力値が上がると第2流量制御ユニッ
ト31の方向切換弁29bがOFFし、第3流量制御ユ
ニット32の方向切換弁39cがONする。それぞれの
ユニットにある絞り弁27a,27b,27cを調節
し、水銀ランプ2の特性を電力より計算される流量に設
定して、これにより図7に示すような可変冷却を可能と
している。
【0033】図5に対し、図7では冷却空気流量を0と
することができ、更に流量制御ユニットをパラレル動作
できるので図5に対し流量調整が容易になるという長所
がある。
【0034】次に図1で説明した露光装置を利用したデ
バイスの製造方法の実施例を説明する。
【0035】図8は半導体デバイス(ICやLSI等の
半導体チップ、或は液晶パネルやCCD等)の製造のフ
ローを示す。
【0036】ステップ1(回路設計)では半導体デバイ
スの回路設計を行う。ステップ2(マスク製作)では設
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一
方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を
用いてウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセ
ス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを
用いてリソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路
を形成する。
【0037】次のステップ5(組立)は後工程と呼ば
れ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシ
ング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封
入)等の工程を含む。ステップ6(検査)ではステップ
5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久
性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体
デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
【0038】図9は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。
【0039】ステップ11(酸化)ではウエハの表面を
酸化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエ
ハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イ
オン打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ
15(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。
ステップ16(露光)では上記説明した露光装置によっ
てマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【0040】ステップ17(現像)では露光したウエハ
を現像する。ステップ18(エッチング)では現像した
レジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19(レジ
スト剥離)ではエッチングがすんで不要となったレジス
トを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうこと
によってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【0041】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造するこ
とができる。
【0042】
【発明の効果】以上、本発明によれば、光源の温度管理
を行なう構成が簡単な照明装置、投影露光装置及び半導
体デバイス製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の照明装置及びそれを用いた投影露光装
置の実施例1の要部概略図
【図2】図1の一部分の拡大説明図
【図3】図1の光源手段における電力と空気流量との関
係を示す説明図
【図4】本発明の照明装置及びそれを用いた投影露光装
置の実施例2の一部分の拡大説明図
【図5】図4の光源手段における電力と空気流量との関
係を示す説明図
【図6】本発明の照明装置及びそれを用いた投影露光装
置の実施例3の一部分の拡大説明図
【図7】図6の光源手段における電力と空気流量との関
係を示す説明図
【図8】本発明の半導体デバイスの製造方法のフローチ
ャート
【図9】本発明の半導体デバイスの製造方法のフローチ
ャート
【符号の説明】
1 照度センサー 2 光源手段 3 楕円鏡 4(4a,4b) ノズル 5,6,7,8 ミラー 11 レンズ系 12 オプティカルインテグレータ 13 集光レンズ 16 第1物体面(レチクル) 51 点灯手段 52 流量制御手段 53 投影光学系 54 第2物体面(ウエハ) 55 照度指令部 56 差動増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/30 516D F21M 7/00 L (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水銀ランプと、該水銀ランプに電力を供給
    して発光させる点灯装置と、前記水銀ランプが発した光
    を被照明面に入射させる照明光学系と、前記水銀ランプ
    を冷却する空気を噴出するノズル装置と、前記電力を制
    御する制御信号に基づいて前記ノズル装置の前記空気の
    流量を制御する手段とを有し、前記ノズル装置は、前記
    水銀ランプのプラス極側の電極部分に対応させた第1ノ
    ズルと前記水銀ランプのマイナス極側の電極部分に対応
    させた第2ノズルとを有し、前記第1ノズルと前記第2
    ノズルはそれぞれ流量調整用絞り弁を有することを特徴
    とする照明装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の照明装置と、該照明装置
    により照明したマスクのパターンを投影する投影光学系
    とを有することを特徴とする投影露光装置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の投影露光装置を用いて回
    路パターンでウエハを露光する段階と、該露光したウエ
    ハを現像する段階とを含むことを特徴とする半導体デバ
    イス製造方法。
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