JPH087835A - 半導体露光用放電ランプ - Google Patents
半導体露光用放電ランプInfo
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- JPH087835A JPH087835A JP6160791A JP16079194A JPH087835A JP H087835 A JPH087835 A JP H087835A JP 6160791 A JP6160791 A JP 6160791A JP 16079194 A JP16079194 A JP 16079194A JP H087835 A JPH087835 A JP H087835A
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- JP
- Japan
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- mercury
- discharge lamp
- radiation
- lamp
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Discharge Lamp (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 半導体露光プロセスにおける生産性を向上さ
せる為に、波長２４０〜２５４ｎｍの光に関して、高発
光率のショートアーク型放電ランプを提供する。 【構成】 半導体露光用放電ランプにおいて、水銀の封
入量は、発光管内容積１ｃｍ3 当たり１４ｍｇから４０
ｍｇとし、希ガスは、キセノン，クリプトンを用いて２
５℃基準で０．３×１０5 Ｐａから８×１０5 Ｐａの範
囲の封入量とする。
せる為に、波長２４０〜２５４ｎｍの光に関して、高発
光率のショートアーク型放電ランプを提供する。 【構成】 半導体露光用放電ランプにおいて、水銀の封
入量は、発光管内容積１ｃｍ3 当たり１４ｍｇから４０
ｍｇとし、希ガスは、キセノン，クリプトンを用いて２
５℃基準で０．３×１０5 Ｐａから８×１０5 Ｐａの範
囲の封入量とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、波長２４０〜２５４ｎ
ｍの紫外線を利用して、回路パターンの焼き付けを行う
半導体露光装置のための光源ランプに関するものであ
る。
ｍの紫外線を利用して、回路パターンの焼き付けを行う
半導体露光装置のための光源ランプに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】最近の超ＬＳＩの開発の進歩は著しく、
高集積度化にともなって高解像度が要求され、露光に必
要な短波長の光を強く放射するランプが求められるよう
になって来ている。従来の技術では、１Ｍｂｉｔｓ以下
の集積度をもつ半導体装置を露光する場合は、水銀灯の
ｇ線（中心波長４３６ｎｍ）を用い、それ以上の集積度
を有する半導体装置では、変形照明を用いる等して、ｉ
線（中心波長３６５ｎｍ）を用いて、約６４ＭＤＲＡＭ
の半導体装置の製造を可能にして来た。２５６ＭＤＲＡ
Ｍ以上の半導体装置の露光に必要な光源として、高解像
度、高ＮＡが可能なＫｒＦレーザー（２４８ｎｍ）が提
案され、実用化に向けて種々実験が行われている。しか
し、この光源はコヒーレント光なので、ウエハー上のレ
ジスト膜厚間での干渉効果により、高解像度化を困難に
して来ており、更にこの光源はパルス的に照射される為
にレンズである硝材や反射鏡へのパワーダメージが大き
く、その寿命が短い等まだまだ解決すべき問題は多く残
っている。
高集積度化にともなって高解像度が要求され、露光に必
要な短波長の光を強く放射するランプが求められるよう
になって来ている。従来の技術では、１Ｍｂｉｔｓ以下
の集積度をもつ半導体装置を露光する場合は、水銀灯の
ｇ線（中心波長４３６ｎｍ）を用い、それ以上の集積度
を有する半導体装置では、変形照明を用いる等して、ｉ
線（中心波長３６５ｎｍ）を用いて、約６４ＭＤＲＡＭ
の半導体装置の製造を可能にして来た。２５６ＭＤＲＡ
Ｍ以上の半導体装置の露光に必要な光源として、高解像
度、高ＮＡが可能なＫｒＦレーザー（２４８ｎｍ）が提
案され、実用化に向けて種々実験が行われている。しか
し、この光源はコヒーレント光なので、ウエハー上のレ
ジスト膜厚間での干渉効果により、高解像度化を困難に
して来ており、更にこの光源はパルス的に照射される為
にレンズである硝材や反射鏡へのパワーダメージが大き
く、その寿命が短い等まだまだ解決すべき問題は多く残
っている。
【０００３】他方、２５６ＭＤＲＡＭの高集積度の半導
体装置の製造の光源に、水銀ランプの波長２５０ｎｍ周
辺の発光を利用しようとする試みが続けられている。例
えば、J. Vac. Sei. Technol. B7(6) 1989, PP1607-161
2 に見られる様に、硝材の色収差を無くす為に反射光学
系が採用されており、露光波長帯域幅を広くとることが
でき、従って、レジスト膜厚による干渉効果を防ぐこと
ができる。更に、レーザーに比べ、光の尖頭強度は非常
に小さいので硝材に与える損傷が回避できることが知ら
れている。ところで、上記の様な半導体露光装置に使用
されている水銀ランプでは、特公昭６２−２４２８によ
れば、水銀ランプからの放射波長域２００〜２５０ｎｍ
が強くなるのは、発光管単位体積当たりの水銀封入量を
Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）、希ガス封入圧力をＰとする時１≦Ｍ
≦１３，０．１×１０5 ≦Ｐ≦１×１０6 であると規定
している。しかしながら、上記の封入量に従うと、産業
上に利用できる十分強い放射強度を得ることができず、
半導体露光プロセスにおけるスループットの低下即ち、
生産性の低下を招いていた。又、産業上利用できる強度
を得ようとすれば、ランプ入力を大幅に増大するしか他
に方法がなく、この方法によれば、装置が大型化すると
共に、ランプからの熱放射も増大し、装置への熱的損傷
を与える等解決困難な問題が新たに出てくるのが現状で
あった。
体装置の製造の光源に、水銀ランプの波長２５０ｎｍ周
辺の発光を利用しようとする試みが続けられている。例
えば、J. Vac. Sei. Technol. B7(6) 1989, PP1607-161
2 に見られる様に、硝材の色収差を無くす為に反射光学
系が採用されており、露光波長帯域幅を広くとることが
でき、従って、レジスト膜厚による干渉効果を防ぐこと
ができる。更に、レーザーに比べ、光の尖頭強度は非常
に小さいので硝材に与える損傷が回避できることが知ら
れている。ところで、上記の様な半導体露光装置に使用
されている水銀ランプでは、特公昭６２−２４２８によ
れば、水銀ランプからの放射波長域２００〜２５０ｎｍ
が強くなるのは、発光管単位体積当たりの水銀封入量を
Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）、希ガス封入圧力をＰとする時１≦Ｍ
≦１３，０．１×１０5 ≦Ｐ≦１×１０6 であると規定
している。しかしながら、上記の封入量に従うと、産業
上に利用できる十分強い放射強度を得ることができず、
半導体露光プロセスにおけるスループットの低下即ち、
生産性の低下を招いていた。又、産業上利用できる強度
を得ようとすれば、ランプ入力を大幅に増大するしか他
に方法がなく、この方法によれば、装置が大型化すると
共に、ランプからの熱放射も増大し、装置への熱的損傷
を与える等解決困難な問題が新たに出てくるのが現状で
あった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、半導
体露光プロセスにおける生産性を向上させる為に、波長
２４０〜２５４ｎｍの光に関して、高発光効率のショー
トアーク型放電ランプを提供することにある。
体露光プロセスにおける生産性を向上させる為に、波長
２４０〜２５４ｎｍの光に関して、高発光効率のショー
トアーク型放電ランプを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、半導体
露光用放電ランプにおいて、水銀の封入量は、発光管内
容積１ｃｍ3 当たり１４ｍｇから３０ｍｇとし、希ガス
は、キセノン，クリプトンを用いて２５℃基準で０．１
×１０5 Ｐａから５×１０5 Ｐａの範囲の封入量とする
ことによって解決できる。
露光用放電ランプにおいて、水銀の封入量は、発光管内
容積１ｃｍ3 当たり１４ｍｇから３０ｍｇとし、希ガス
は、キセノン，クリプトンを用いて２５℃基準で０．１
×１０5 Ｐａから５×１０5 Ｐａの範囲の封入量とする
ことによって解決できる。
【０００６】希ガスとしてアルゴンを用いた場合は、封
入ガスをキセノンの場合よりも低い範囲まで効果があ
り、２５℃基準で０．０３×１０5 Ｐａから５×１０5
Ｐａの範囲が良い。
入ガスをキセノンの場合よりも低い範囲まで効果があ
り、２５℃基準で０．０３×１０5 Ｐａから５×１０5
Ｐａの範囲が良い。
【０００７】
【作用】本発明の発明者等の鋭意研究によれば、波長２
４０ｎｍから２５４ｎｍの放射が著しく強くなる封入物
とその量に関する条件は、従来最適とされていた条件と
異なることを発見した。希ガスと水銀とを含む放電ラン
プの波長２４０ｎｍ〜２５４ｎｍにおける放射は、主
に、水銀分子や水銀分子イオンや水銀キセノンエキシマ
（ＨｇＸｅ）等の分子からの放射と、中心波長が２５４
ｎｍと１８５ｎｍの共鳴線での水銀原子の基底状態から
の吸収との平衡の上に成り立ってい５。ランプ点灯時、
水銀の圧力が増加すると、上記分子からの放射が強くな
る。しかし、水銀の圧力が増加すると、水銀原子の基底
状態の数密度が増加し、共鳴線の吸収幅が拡がり、吸収
量も増加してくる。それ故に、水銀の圧力の増加と共
に、ランプからの放射は強くなるが、その圧力が高くな
り過ぎると、吸収が勝り、放射は減少してくる。キセノ
ンガスの圧力が増加すると、ＨｇＸｅがより多く生成さ
れ、より強い放射が得られる。しかし、キセノンガスの
圧力が高くなり過ぎると、Van der Waars 幅を有する吸
収が増大し、その結果、ランプからの放射が減少する。
従って、請求項１に記載の構成によれば、水銀分子等の
発光と共鳴線での吸収の均衡の上ランプからの放射を最
大にすることができる。
４０ｎｍから２５４ｎｍの放射が著しく強くなる封入物
とその量に関する条件は、従来最適とされていた条件と
異なることを発見した。希ガスと水銀とを含む放電ラン
プの波長２４０ｎｍ〜２５４ｎｍにおける放射は、主
に、水銀分子や水銀分子イオンや水銀キセノンエキシマ
（ＨｇＸｅ）等の分子からの放射と、中心波長が２５４
ｎｍと１８５ｎｍの共鳴線での水銀原子の基底状態から
の吸収との平衡の上に成り立ってい５。ランプ点灯時、
水銀の圧力が増加すると、上記分子からの放射が強くな
る。しかし、水銀の圧力が増加すると、水銀原子の基底
状態の数密度が増加し、共鳴線の吸収幅が拡がり、吸収
量も増加してくる。それ故に、水銀の圧力の増加と共
に、ランプからの放射は強くなるが、その圧力が高くな
り過ぎると、吸収が勝り、放射は減少してくる。キセノ
ンガスの圧力が増加すると、ＨｇＸｅがより多く生成さ
れ、より強い放射が得られる。しかし、キセノンガスの
圧力が高くなり過ぎると、Van der Waars 幅を有する吸
収が増大し、その結果、ランプからの放射が減少する。
従って、請求項１に記載の構成によれば、水銀分子等の
発光と共鳴線での吸収の均衡の上ランプからの放射を最
大にすることができる。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明の半導体露光用放電ランプの
実施例の説明図である。図において、１は石英ガラス製
の発光管であって、球形、紡錘形、ラグビーボール形等
をしていて、内部に陽極２、陰極３を近づけて配置して
いる。Ｌは両電極間の距離である。実験に供するランプ
においてはＬ＝３ｍｍとした。発光管１の両側には、気
密封止部４，５が連なり、モリブデン金属箔６，７が埋
設されている。８と９は、箔６，７に接続された外部リ
ード部材、１０と１１は、箔６，７に接続された内部リ
ード部材である。この実施例では、陰極３は、内部リー
ド部材１１の先端を所定の形状に加工し、先端からやや
後方の位置にタングステンワイヤ１２を巻き付けて構成
している。つまり、直流電源で点灯されるショートアー
ク型の放電ランプである。１３は、ランプ製作時に使用
した排気管の残部、いわゆるチップであって、その外面
には保温膜１４を有する。１５は、電極の後方を囲う発
光管の低温部に設けた保温膜である。
実施例の説明図である。図において、１は石英ガラス製
の発光管であって、球形、紡錘形、ラグビーボール形等
をしていて、内部に陽極２、陰極３を近づけて配置して
いる。Ｌは両電極間の距離である。実験に供するランプ
においてはＬ＝３ｍｍとした。発光管１の両側には、気
密封止部４，５が連なり、モリブデン金属箔６，７が埋
設されている。８と９は、箔６，７に接続された外部リ
ード部材、１０と１１は、箔６，７に接続された内部リ
ード部材である。この実施例では、陰極３は、内部リー
ド部材１１の先端を所定の形状に加工し、先端からやや
後方の位置にタングステンワイヤ１２を巻き付けて構成
している。つまり、直流電源で点灯されるショートアー
ク型の放電ランプである。１３は、ランプ製作時に使用
した排気管の残部、いわゆるチップであって、その外面
には保温膜１４を有する。１５は、電極の後方を囲う発
光管の低温部に設けた保温膜である。
【０００９】上記構造の放電ランプに、種々の量の水銀
とキセノンとを封入してランプを完成し、波長２４８ｎ
ｍをピークとする波長２４０ｎｍから２５４ｎｍの範囲
の光出力特性を調べた。各ランプからの放射エネルギー
は、ハロゲン電球と重水素ランプによって較正された分
光器を用いて測定される。分光器からの出力は光電子増
倍管を通して電圧出力に変換される。その各波長λにお
ける電圧信号Ｐ（λ）を、相対分光放射照度と定義す
る。したがって、波長２４０ｎｍから２５４ｎｍの範囲
の相対放射照度Ｑは、Ｐ（λ）ｄλを波長について、波
長２４０ｎｍから２５４ｎｍまでの積分値によって表さ
れる。また、各ランプからの発光特性の良否を表す指標
として相対発光効率ηを導入し、η＝Ｑ／Ｗによって定
義する。ここでＷは、各ランプへの入力エネルギーであ
って、ランプ電圧とランプ電流の積である。
とキセノンとを封入してランプを完成し、波長２４８ｎ
ｍをピークとする波長２４０ｎｍから２５４ｎｍの範囲
の光出力特性を調べた。各ランプからの放射エネルギー
は、ハロゲン電球と重水素ランプによって較正された分
光器を用いて測定される。分光器からの出力は光電子増
倍管を通して電圧出力に変換される。その各波長λにお
ける電圧信号Ｐ（λ）を、相対分光放射照度と定義す
る。したがって、波長２４０ｎｍから２５４ｎｍの範囲
の相対放射照度Ｑは、Ｐ（λ）ｄλを波長について、波
長２４０ｎｍから２５４ｎｍまでの積分値によって表さ
れる。また、各ランプからの発光特性の良否を表す指標
として相対発光効率ηを導入し、η＝Ｑ／Ｗによって定
義する。ここでＷは、各ランプへの入力エネルギーであ
って、ランプ電圧とランプ電流の積である。
【００１０】各ランプへの電気入力は、１５００Ｗから
２５００Ｗの間で使用できる定電力入力電源を用い、各
ランプを点灯してその放射照度を測定した結果のデータ
を図２に示す。このデータにおいて、ηが４５以上とな
る領域を合格とした。その結果、水銀量Ｍ（ｍｇ／ｃｍ
3 ）が１４から３０、キセノンは０．１×１０5 Ｐａか
ら５×１０5 Ｐａの範囲が良いことが分かる。尚、量
は、いずれも２５℃基準である。このデータに示された
傾向は、クリプトンについては同様な結果を得たが、ア
ルゴンについては、０．０３×１０5 Ｐａから５×１０
5 Ｐａが良いことが確かめられた。
２５００Ｗの間で使用できる定電力入力電源を用い、各
ランプを点灯してその放射照度を測定した結果のデータ
を図２に示す。このデータにおいて、ηが４５以上とな
る領域を合格とした。その結果、水銀量Ｍ（ｍｇ／ｃｍ
3 ）が１４から３０、キセノンは０．１×１０5 Ｐａか
ら５×１０5 Ｐａの範囲が良いことが分かる。尚、量
は、いずれも２５℃基準である。このデータに示された
傾向は、クリプトンについては同様な結果を得たが、ア
ルゴンについては、０．０３×１０5 Ｐａから５×１０
5 Ｐａが良いことが確かめられた。
【００１１】上記のデータより、半導体装置の高集積化
が進み、露光プロセスで求められる露光波長が短くなっ
て来た場合、水銀分子から放射される波長２４８ｎｍを
含む波長２４０ｎｍから２５４ｎｍの波長域で露光する
場合、水銀と希ガスとを封入した半導体露光用放電ラン
プとしては、水銀は１４ｍｇ／ｃｍ3 から３０ｍｇ／ｃ
ｍ3 、希ガスがキセノンもしくはクリプトンの場合、
０．１×１０5 Ｐａから５×１０5 Ｐａ、希ガスがアル
ゴンの場合は０．０３×１０5 Ｐａから５×１０5 Ｐａ
が良い。
が進み、露光プロセスで求められる露光波長が短くなっ
て来た場合、水銀分子から放射される波長２４８ｎｍを
含む波長２４０ｎｍから２５４ｎｍの波長域で露光する
場合、水銀と希ガスとを封入した半導体露光用放電ラン
プとしては、水銀は１４ｍｇ／ｃｍ3 から３０ｍｇ／ｃ
ｍ3 、希ガスがキセノンもしくはクリプトンの場合、
０．１×１０5 Ｐａから５×１０5 Ｐａ、希ガスがアル
ゴンの場合は０．０３×１０5 Ｐａから５×１０5 Ｐａ
が良い。
【００１２】上記の本発明の放電ランプを使用寿命テス
トを行ったところ、定格定常点灯使用で少なくとも４０
０時間の使用に耐える。４００時間点灯しても、波長２
４０ｎｍから２５４ｎｍの範囲の光の強度は、点灯初期
値を１００とした場合８０を維持していた。
トを行ったところ、定格定常点灯使用で少なくとも４０
０時間の使用に耐える。４００時間点灯しても、波長２
４０ｎｍから２５４ｎｍの範囲の光の強度は、点灯初期
値を１００とした場合８０を維持していた。
【００１３】
【発明の効果】上述の発明の説明および実施例の説明か
らも理解されるように、本発明によれば、水銀分子から
の放射が効率よく利用できるので、半導体露光用の放電
ランプとしてすぐれたものが提供できる。
らも理解されるように、本発明によれば、水銀分子から
の放射が効率よく利用できるので、半導体露光用の放電
ランプとしてすぐれたものが提供できる。
【図１】本発明の半導体露光用放電ランプの実施例の説
明図である。
明図である。
【図２】データの説明図である。
１ 発光管 ２ 陽極 ３ 陰極 ４，５ 封止部 ６，７ モリブデン金属箔 ８，９ 外部リード部材 １０，１１ 内部リード部材 １２ タングステンワイヤ １３ チップ １４，１５ 保温膜
Claims (2)
- 【請求項１】 石英ガラス製の発光管内に、近接して一
対の電極を配置し、封入物として、水銀と希ガスとを封
入した半導体露光用放電ランプにおいて、 前記水銀の封入量は、発光管内容積１ｃｍ3 当たり１４
ｍｇから３０ｍｇとし、希ガスは、キセノンもしくはク
リプトンを用いて２５℃基準で０．１×１０5Ｐａから
５×１０5 Ｐａの範囲の封入量であることを特徴とする
半導体露光用放電ランプ。 - 【請求項２】 石英ガラス製の発光管内に、近接して一
対の電極を配置し、封入物として、水銀と希ガスとを封
入した半導体露光用放電ランプにおいて、 前記水銀の封入量は、発光管内容積１ｃｍ3 当たり１４
ｍｇから３０ｍｇとし、希ガスはアルゴンを用いて２５
℃基準で０．０３×１０5 Ｐａから５×１０5Ｐａの範
囲の封入量であることを特徴とする半導体露光用放電ラ
ンプ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6160791A JPH087835A (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 半導体露光用放電ランプ |
| KR1019950016285A KR100349800B1 (ko) | 1994-06-21 | 1995-06-19 | 방전램프 |
| US08/492,948 US5670844A (en) | 1994-06-21 | 1995-06-21 | Discharge lamp |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6160791A JPH087835A (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 半導体露光用放電ランプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH087835A true JPH087835A (ja) | 1996-01-12 |
Family
ID=15722537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6160791A Pending JPH087835A (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 半導体露光用放電ランプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH087835A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR960030304A (ko) * | 1995-01-20 | 1996-08-17 | 다나카 아키히로 | 쇼트아크형 카드뮴 방전램프 |
| EP0833373A2 (en) * | 1996-09-27 | 1998-04-01 | Ushiodenki Kabushiki Kaisha | Emission device comprising a mercury lamp of the short ARC type |
| JP2013214404A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Yumex Inc | 超高圧水銀ランプおよびこれを備えた紫外線照射装置 |
-
1994
- 1994-06-21 JP JP6160791A patent/JPH087835A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR960030304A (ko) * | 1995-01-20 | 1996-08-17 | 다나카 아키히로 | 쇼트아크형 카드뮴 방전램프 |
| EP0833373A2 (en) * | 1996-09-27 | 1998-04-01 | Ushiodenki Kabushiki Kaisha | Emission device comprising a mercury lamp of the short ARC type |
| EP0833373A3 (en) * | 1996-09-27 | 1998-06-10 | Ushiodenki Kabushiki Kaisha | Emission device comprising a mercury lamp of the short ARC type |
| JP2013214404A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Yumex Inc | 超高圧水銀ランプおよびこれを備えた紫外線照射装置 |
| CN103367096A (zh) * | 2012-04-02 | 2013-10-23 | 株式会社优美科思 | 超高压汞灯及具有其的紫外线照射装置 |
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| JP2002279932A (ja) | 放電ランプ |
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