JPS58196023A - 深紫外線フオトリトグラフイ−を達成する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフォトリトグラフィー（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏ
−ｇｒ麿ｐｈｙ）の技術分野にあり、そして深紫外線フ
ォトリトグラフィー（ｄｅｅｐ　ＵＶ　ｐｈｏｔｏｌ目
ｈｏ−ｇｒａｐｈｙ）を達成するための改善された方法
及び装置を指向する。

良く知られている通り、フォトリトグラフィーは近年ト
ランジスタ及び集積回路の如き半導体装置のよプ有効で
安価な製造を容易にした技術である。かかる半導体装置
は実質的にすべての消費者、今日コンピュータ、計算器
（ｃａｌｃｕｌａｔｏｒ）、自動装置及びテレビジョン
を含む工業的及び軍隊の電子工学的装置の構成ブロック
である。近年状々の国において寿命の量をはるかに改善
するために集約的罠なされた。　　　１・　、・ フォトリトグラフィーの実＠においては、製造されるべ
き集積回路の特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）に相轟する光学
マスクにおけるパターンは紫外線（ＵＶ）により半導体
ウェハー上に像形成される（　ｉｍａｇｅｄ）。

ウェハーはマスクにおけるパターンにより決定され九面
積にわたって紫外線に露光期間中化学的に変化する紫外
線感光性フォトレジストで被覆される。露光後、フォト
レジストは現像され、そして半導体ウェハーは像形成さ
れたパターン及び不純光 物をデポ・　ンすることによって決定された区域をエツ
チングすることにより更に処理される。プロセスは所望
のトランジスタ装置又は集積回路が加工されるまでウェ
ハーに対して繰返される。

慣用のフォトリトグラフィーのための紫外線を与えるた
めに使用される光源は典型的には、ランプ被包体（ｌａ
ｍｐ　ｅｎｖｅｌｏｐｅ）における２つの電極間で起こ
るアーク放電により放射が与えられる水銀充填を有する
電極アークランプである。慣用のフォトレジストの露光
に対して、ランプは２６０−４６０ｎｍの常用の紫外波
長での放射を与える。

集積回路の製造における最終目標はより多くの又はより
速い回路成分（ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔａ
）が所定の寸法の単一集積回路チップに内蔵され得るよ
うに１できるだけ回路特徴（ｃｉｒｃｕｉｔ　　ｆｅ−
ａｔｕｒｅｓ）の寸法を減じることである。かくして、
テーブル上に置くのに十分に小さい今日のコンピュータ
は、対応するコスト減少を伴ない、１世代前のルームサ
イズコンピュータと同じ大きい計算力（ｃｏｍｐｕｔａ
＋ｔｉｏｎｉｌ　ｐｏｗｅｒ）を有することが一般に認
識されている。微視的回路特徴（ｍｉｃｒｏ−ｓｃｏｐ
ｌｃ　ｃｌｒｃｕｉｔ　　ｆｅａｔｕｒｅｓ）のプリン
ティングを可能とした、上記したフォトリトグラフィッ
ク技術を含む集積回路技術の支配により寸法及びコスト
のこの非常な減少を大きく可能とした。

一様なよ如大きい成分密度（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｄｅｎ
ｓ目Ｉｔｓ）を有する集積回路を与えるように同じ方向
において続けることはもちろん所望される。しかしなが
ら、像形成線（Ｉｍａｇｅｄ　　１１ｎｅｓ）的儂形成
を損なうことが見出された。これは、かかる狭い線巾で
はマスクスリットそれ自体は使用される光線の波長に寸
法が近づき、これは光線がスリットを通過するにつれて
光線の挙動に影響を与えることが見認められる場合に直
観的に３！解され得る。

この問題を解決するために、慣用の紫外線より短い波長
を有する像形成媒体を使用する仁とが必要である。Ｘ線
及びｅビーム（ｅ　ｂｅａｍ）の探索技術を含む種々の
方法が提唱されたが、これらのうちの量も有望なものは
深紫外線（１９０−２６０ｎｍ）の使用である。たとえ
ばマスク及び整列（［目ｇｎｍｅｎ　ｔ　）装置を含む
深紫外線システム構造の夾質的部分は既に慣用紫外線か
ら入手可能であるので探索技術にはそれは好ましい。サ
ブマイクロメータ（ｓｕｂｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ　）巾
の高い解偉力線をプリントする丸めのその使用とは別に
、深紫外線は慣用の解偉力の線をプリントするときの偉
形成を改善するのに有利に使用することができる。

かくして、当業者に知られている如く、より短い波長の
使用はウェハーにおけるより大きい焦点深度をもたらし
そしてマスク及びウェハーが正確に位置づけられていな
いときですら鮮鋭なプリンティングの確率を最大ならし
める。

上の理由で、ここ数年間、成功した深紫外線フォトリト
グラフィーシステムを開発せんとして多大の努力がなさ
れた。ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ’）　　と
して知られた適当な深紫外線フォトレジストが開発され
、使用されている。しかしながら、解決を回避しそして
深紫外線がより大きいバッキング密度の集積回路を与え
るその潜在力を実現するのを妨げる１つの問題は満足す
べき光源の欠如であつ九。深紫外線フォトリトグラフィ
ーの丸めの現在の光源の制限は十分に実証されている：
たとえば”０ｐｔｉｃａｌ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　
１ｎｔｈｅ　ｌｎｍ　Ｌｉｍ１ｔ”ｂｙ　Ｄｉｒｙｌ　
Ａｎｎ　Ｄｏａｎｅ。

３ｏ１１ｄ　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ａｕ
ｇｕｓｔ　１９８０゜Ｐｐ、　１０１−１１４　ａｎｄ
　＠Ａ　Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　Ｍｕｌ　ｔｉ−Ｉａｙａ
ｒ　　Ｒｅ５ｉｓｔ　　ｐｒｏｃｅｓｓ　　ｆｏｒ　　
ｌ、ａ＋ｍ　Ｌｉｎｅｓ”ｂｙ　Ｂａｔｃｈａｌｄｅｒ
　ａｔ　ａｌ、　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ工ｎｔｅ
ｒｎａｔ］ｏｎｉｌ、　Ａｐｒ目、　１９８１．　Ｐｐ
、２１４−２１８参照。

第１の問題は深紫外線フォトレジストの迅速なオン−ラ
イン露光を達成するのにスペクトルの深紫外線部の十分
な輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）を有する光源を当業者
は提供できないことであった。これは完成された半導体
装置の単位時間当り許容できない程長い処理時間及びそ
の結果としての低い収率をもたらせた。かくして、現在
、深紫外線用途に最も広く使用される光源はその人力の
２％より低いパワーをスペクトルの深紫外部にシける出
力放射に転化する。更に、この光源は約１００時間のみ
の相対的に短い操業寿命時間を有し、これはランプを取
替える目的の頻繁な非稼動時間をもたらした。更に、多
数の他のタイプの深紫外線源が年月と共に迅速に低下す
るスペクトル出力及び臨界的位置決めの必要の如き他の
問題及び欠点により妨害された。

文献は、下記光源が深紫外線フオ）ＩＪ）グラフィーに
対して使用され又は考慮されたことを開示する： １）　キセノン−水銀０（ｅ−Ｈｇ）コンパクトアーク
ランプは使用された最初の光源であり、そして高圧電極
アークランプである。それは深紫外線の方に向けてスペ
クトルを変えるために充填物へのキセノンの添加による
慣用の紫外線フォトリトグラフィーに使用される水銀コ
ンパクトアークランプに類似している。しかしながら、
かかる添加によってすら、非常に少量のランプ出力しか
所望される１ｌ９０−２６（１の範囲分に入らない。

かくして、ランプは深紫外線が可能であるところのもの
を引き出すために（ｅｘｔｒａｃｔ）非常に高い出力レ
ベルで運転されなければならず、しかしそうしたとして
も露光時間は所望されるよりも長い。

更に、ランプが操作されなければならない高出力レベル
は迅速な老化に寄与し、生じるスペクトルの低化及び余
りにも頻繁すぎる電球取替えの必要を生じる。

２）　パルス式キセノンランプは、２００ｎｍ乃至２６
０　ｎｍの連続性のものを発しそして２００ｎｍ乃至２
６０　ｎｍにその出力の約６ｓを有する短い高エネルギ
ーパルスにより駆動される低−中圧アークランプである
。相対的に不均一な光出力及びラジオ周波数干渉の発生
がこのランプの使用を制限した。

３）　重水素ランプは２００〜３１５１１１ｍの領域に
連続性を生じるが、出力レベルは実際の用途に対しては
余りにも低過ぎることが見出された。

４）　パルス式水銀ランプは短い高エネルギーパルスで
駆動される高圧アークランプである。それは２００　ｎ
ｍ乃至３００　ｎｍの連続性を与えるが再現性に欠如し
そして短い寿命という損害を受ける。

５）　ドープされたランプ：は典型的には製造期間中ラ
ンプ材料をドープすることによって生じた高められたス
ペクトル放射を有するコンバクドアである傾向があり、
そして短い寿命期間を有することが見出された。

６）　　＃紫外線におけるそれらのスペクトル出力の相
当な部分を有するけい光又は殺菌ランプの如き低出力源
が考慮された。しかしながら、出力レジスト露光に対し
て十分ではない。

上記考慮に加えて、使用された従来の光源のすべては電
極を含みそしてかかる電極間にアーク放電を発生するこ
とによって光線を放射するランプである。発生されたア
ークは典型的にはそれが広さよりも長くそして放射の不
均一な不安定なエミッタである。アークの存在によって
発生する問題はロヘリング（Ｌｏｙａｒｉｎｇ）特許出
願第３．５６９゜０８３号に記載されており、そしてた
とえば、それがウェハーに入射する前に光線を均一に再
分配する九めに光学的積算器（ｏｐｔｉｃａｌ　　ｉｎ
ｔｅｇｒａ−１ｏｒ）の使用を義務的ならしめている。

頁には、アークは点光源として光学的に処理されるので
、アークランプは適当な儂形成のため非常に臨界的許容
度内に位置しなければならない。

本発明の目的は改良された光源、更に、特定的にはスペ
クトルの深紫外線部分における実質的出力を有して先行
技術におけるよりはるかに速い深紫外フォトレジストの
露光をもたらす輝線源（ｂｒｌｇｈｔ　　目ｇｈｔ　５
ｏｕｒｃｅ）を使用して深紫外線フォトリトグラフィー
を達成するための方法及び装置を提供することである。

かくして、本発明の使用によシ、かかる露光に必要な時
間は先行技術システムにより必要とされる時間の５分の
１乃至１０分の１にすぎないことが期待される。更に、
本発明は検討された他の光源よシ実質的に長い寿命時間
を有する光源を提供し、そしてかかる光源と関連した問
題及び他の欠点を克服する。更に特定的に、本発明の目
的は下記の通抄である：本発明の目的は、これまでに使
用された線源よ抄もスペクトルの深紫外線部分のより大
きい出力を有する光源を使用する深紫外線フォトリトグ
ラフィーを達成するための方法及び装置′を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は、これまでに可能であったよりも短
い露光時間、従ってより大きい速度で、半導体ウェハー
に対する狭い線をプリントすることができる方法及び装
置を提供することである。

本発明の他の目的は、これまでに使用された光源よりも
より効果的である光源を使用する深紫外線フォトリトグ
ラフィーを達成する方法及び装置を提供することである
。

本発明の他の目的は、使用された先行技術光源より均一
な出力を有する深紫外線源を使用する方法及び装置であ
ってかかるシステムの光学的列に典型的に使用される光
学的積算手段（ＯｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｇｒａｔＩｎｇ
　ｍｅａｎｓ）を省くことを可能とすステムよりも少な
い＃ｊ度で故障し、それによシミ球散替えのためのより
少ない停止時間を必要とする方法及び装置を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は臨界的線源位置づけを必要としない
方法及び装置を提供することである。

本発明の他の目的は年月と共に大きく低下しないスペク
トルを有する深紫外線源を使用する方法及び装置を提供
することである。

本発明に従えば、上の目的は深紫外線フォトリトグラフ
ィーを達成するための光源としてマイクロ波発生式電極
なしランプ（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｇｅｎｅ−ｒａ＋ｔ
ｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｌｅｓｓ　　ｌａｍｐ）　　
を使用する前記した電極アークランプと違って、ここに
開示された線源は電極なしである。電球被包体（ｂｕｌ
ｂ　ｅｎｖｅｌｏｐｅ）は貴ガス中の水銀の如きプラズ
マ形成性媒体（ｐｌａｓｍａ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｍｅｄ
ｌｕｍ）を充填され、そしてマイクロ波エネルギーを供
給される金属チャンバ内に配置される。このエネルギー
はチャンバ中の紫外線透過性窓を通って逃げる紫外線放
射を放出する被包体の実質的に容量全体にわたりプラズ
マを励起する。

かかる電極なしのランプによシ放出されゐ放射は従来使
用されたアークランプの場合におけるよりスペクトルの
深紫外線部分にはるかに富んでいることが見出された。

電極の不存在は深紫外線発生に好ましい過程の状況（ｒ
ｅｇｉｍｅ）　　におけるランプの動作を可能とすると
信じられている。

更にここに開示された線源は、輝度が放出表面積（ｅｍ
ｉｔｔｉｎｇ　５ｕｒｆａｃｅ　ａｒｅａ）の単位当り
の光線出力である相対的に明るい深紫外線源である。

フォトレジストは単位面積当り成る最小量の光線束で露
光されなければならないので、必要な線源は高い全体量
の深紫外線を発生しなければならないのみならず、フォ
トレジスト区域への効率の良い光学的トランスファーの
ための成る最小の輝度でそれを発生しなければならない
。

本発明は添付図面を参照してより良く理解されゐであろ
う。

第１図を参照すると、深紫外線フォトリトグラフィーを
達成するための先行技術システム例が示される。それは
Ｘｅ−Ｈｇ電極アーク源２、楕円形反射器４、第１及び
菖２二色性ミラー６及び８、光学的積算手段１０、及び
平行化レンズ１２から成る。

°アーク源２は楕円形反射器４の焦点に位置しており、
そして光線エネルギーは二色性ミラーから＠２焦点へと
反射され、そこで光学的積算器１０により個々に均一な
らしめられる。二色性ミラー８から反射され喪後、光線
は、平行な相対的に均一な光線のビームをマスク１４に
及び露光面における半導体ウェハー１６に送り渡す平行
化レンズ１２を通して供給される。二色性ミラーの機能
は、紫外線成分を反射しながら、それを透過せしめるこ
とＫよって光線の赤外成分を除去することである。

前記した如くフォトリトグラフィーに対するより良好な
深紫外線源はこれまで知られていないことにより、第１
図に示され九先行技術システムの例は所望の性能を与え
なかった。追加の又は異なる反射器及びレンズを使用す
る他の特定の光学的列はアークランプと共に使用されて
いるが、たとえばカブラリ（Ｃａｐｒａｒｉ）の特許第
３，８６０．３３５号参照、これらは同じ困−をこうむ
る。

ｘｅＨｇアーク源に関する最も重要な問題は、加えられ
た入力の２−より少なりパワーが１９０−２６０　ｎｍ
領域におけるスペクトル出力に転化され、かくしてそれ
を深紫外線フォトリトグラフィーのための非常に効率０
悪い光源たらしめる。

これは数分程度の過度に長い露光時間を引き起こし、完
成され九半導体装置の低い相対的収率をも走らす。更に
この問題を悪化させるのは、光源が約１００時間に過ぎ
ない短い寿命時間を有し、かくしてＳｔな取替えを必要
とし、これはシステム停止をもたらし、そして更に製造
を遅らせる。

更に、先行技術光源（１）は年月と共に相対的に迅速に
低下するスペクトル出方を有し、（２）光学的積算手段
の使用を義務的ならしめ、そして（３）アークは本質的
に点源であるので、取替えランプの設備を複雑にし且つ
停止させることがある臨界的位置づけ（たとえば楕円の
焦点にアークを位置づけること）を必要とする。

これと反対に、第２図を参照すると、本発明に従う深紫
外線フォトリトグラフィーシステムの説明が示されてい
る。システムの心臓部は、ランプ被包体が物理的に配置
されているところの深紫外線透過性ランプ被包体２０及
びマイクロ波チャンＩ（２２から成る電極なし光源であ
る。電源２４、ｉイクロ波発生器２６、マイクロ波カッ
プリング手段２８及び光学的カップリング手段３０も示
される。

ランプ被包体２０はプラズマ形成性媒体、典型的には相
対的に低い圧力での貴ガス中のＨｇを充填される。マイ
クロ波エネルギーが被包体にカップルされるときそれは
紫外線を放射するプラズマ又は熱ガスをその中に発生す
る。図において、電源２４はマイクロ波発生器２０、典
型的にはマグネトロンに電力を供給し、これはマイクロ
波周波数範囲における電磁エネルギーを発生する。この
エネルギーは伝送線及びチャンバにおけるカップリング
スロット又は場合によりマイクロ波発生器の直接挿入に
よってマイクロ波チャンバにカップルされる。チャンバ
におけるマイクロ波エネルギーはランプ被包体２０にカ
ップルし、そしてプラズマを発生する。それにより放射
される紫外線は光学的カップリング手段３０によってマ
スク３２に伝送され、そしてウニ／１−上に被覆されて
いる深紫外線フォトレジストの露光を達成するために露
光面の半導体ウエノ・−３４により伝送される。

マイクロ波チャンバ２２け、典型的には伝導性金属及び
伝導性愈網部分３６から成る固体伝導性部分３３から成
る。本絹はチャンバ内のマイクロ波エネルギーの実質的
すべてを保持するに十分に精密であるように配置されて
いるが紫外線がそれから出るのを防止％　Ｔｇし〜。図
において、チャンバの竣成部分は球の部分であるが、他
のチャンバ形状たとえば円筒形及び他の幾何学的形状が
可能である。更に、ランプエンベロープは球形であるこ
とが示されているが他の形状本文それに対して可能であ
る。

光学的カップリング手段は典型的には紫外線エネルギー
をウェハー面に効率良く伝送するための多数のレンズか
ら成るが、いくらかの態様においてはそれは単に空気で
あることができる。本発明は、光学的カップリング手段
の構成に依存して接触プリンティング（ｃｏｎｔａｃｔ
　ｐｒｉｎｔｉｎｇ　）　、近接プリ７ｆ　イア１Ｐ　
（ｐｒｏｙｔｍｉｔｙ　ｐｒｉｓｔｔｎｇ　）及びグロ
ジエクションプリンティング（ｐｒｏ７ｇｅｔｉｏｓｐ
ｒｉｎｔｉｍｇ　）を含む種々のタイプのフォトリトグ
ラフィーのすべてに適用可能である。光線出方を高める
ために、マイクロ波チャンバの内側の部分は深紫外線反
射材料で被覆することができる。

第２図に示されたフォトリトグラフィーの顕著な利点は
それが公知のシステムよりも実質的に多くの深紫外線出
力を与える光源を使用することである。かくし−電極な
し光源は最も広範に使用される先行技術光源に対する約
１！チに過ぎないのとは対照的に、それに入力され良電
気的エネルギーの約７％をスペクトルの深紫外線部分に
おける出力に転化する。更に、電極なし線源は適当な深
紫外線フォトレジストＮ光に必要で轡る輝度水準におけ
る出力を送り出す。

これは従来可能であったよりも実質的により速い露光時
間をもたらす。たとえば、本発明の方法及び装置がグロ
フィルされた表面にわたってサブマイクロメータライン
をプリントするのに使用される持ち運び可能な、適合性
マスク（ｃｏｎｆｏデ割−ｂｌａ　ｍａｓｋ　）として
知られた多層技術においてフォトレゾストを露光するの
に使用されるとき、先行技術システムが必要とする分と
対照的に約３０秒の露光時間が期待される。

更に、有効なラング操作寿命は、スペクトル出力が電球
鍔命時間にわたってより安定でありながら、アークラン
プに対して約１００時間にすぎないのとは反対に少なく
とも５００時間であることが期待される。

更に、ロバリングの特許第３５６　＆０８３号に示され
た如く、光学的積算器手段は、アークの不均一光線出力
に、それがウェハー上に入射する前に均一に再分配する
ために先行技術システムにおいて必要である。この積算
手段は典型的には多重令グメントを有するフライズアイ
レンズ（／ｊｙ’５ｅｙｅ　１ａｎｅｓ　）である。し
かしながら、更に下記する如く、電極なしのランプは容
積源（νｏ　Ｌ　ｓｍａａＯＳデａＶ）であるので、そ
れはすべての方向に相対的に均一に放射を放出し、かく
して本発明の装置において、光学的積層手段を省くこと
ができると考えられる。

本発明の他の利点は、電極なしのランプが容積工ｌツタ
（ｖｏＬｘｔｎｅｔ　ｅｔｎｉｔｔｍｒ　）であるので
、それは典型的には、光学的カップリング手段に関して
きわど（（ｅｒｔｔｉｃａｌｌｙ　）位置づけられる必
要はないということである。これはアークが実質的に点
光源であるアークランプとは区別され、かくして、たと
えば、第１図のシステムにおける楕円形反射器の焦点に
きわどく位置づけられなければならない。

電極なしのランプの使用から得られる上記利益は、それ
ぞれコンパクトアーク及び電極なしランプの構造を対比
する第３図及び第４図を参照することによってより一層
理解され得る。

第３図を参照すると、アークランプは、ガス又はガスの
混合物、たとえばＨＱ及びＸ＃が相対的に高圧で存在し
そして電極５１及び５２が配置されている被包体５０か
ら成る。電位差が電極を横切って印加されるとき、それ
らの間のガスはイオン化され、そして相対的にコン／Ｊ
？クトなアーク放電５３が起こる。

放電及びランプ壁間の領域５４は冷却器、相当な厚さの
ニュートラルの境界層である。このニュートラル境界層
はフィルタとして作用しそしてアークにより放射される
深紫外線放射のいくらかを吸収する。更に、深紫外線発
生は、低圧での操作により優位にあるけれども、アーク
ランプは電極が存在する故にかかる状況において操作す
ることはできない。低圧での操作は電極をスフ４ツタリ
ングせしめそしてスノンツタリングされた物質はラング
被包体上に付着され、更に光線出力及び電球寿命時間を
減じる。

第４図は本発明に使用される如き電極なしラング電球の
説明である。この電球はＨＱの如きプラズマ形成性媒体
を充填されそしてマイクロ波チャンバ中に被包体を取付
けるための取付は具５７に取付けられている機械的支持
体５６をそれに取付けられている、典型的には高品質石
英の被包体５５から成る。マイクロ波エネルギーがチャ
ンバへ供給されるとき、被包体内のプラズマ形成性媒体
は被包体の実質的に容積全体にわたって励起され、そし
て被包体形状に合致する輪郭を有する紫外線放射を放出
する。

電極なしランプは、プラズマが実質的に被包体を充填す
る容積源であるので、被包体壁からの放電を分離するた
めに非常に薄いニュートラル境界ｒ−５８のみが存在す
る。薄い境界層は深紫外線をコンノ々クトアーク源にお
けるより厚い層より実質的に少ない程度に減衰せしめる
。被包体は電極を持たないので、深紫外線優勢低圧状況
及び高いノタワー密度での操作が可能であり、その結果
間るい深紫外線出力をもたらす。かくして１−５気圧の
１１ｇ圧及び２５０−１０００ワット／Ｃ，Ｃ，のノ臂
ワー密度での操作が可能である。低圧及び２．４５ＧＡ
ｇのマイクロ波周波数での操作は表皮深さく　５ｋｉｎ
　ｄｅｐｔｈ　）　（Ｅ　）を相対的に薄くせしめ（α
７５インチ直径の電球の半径より小さい）、その結果チ
ャンバにおける被包体にカップリングされる１イクロ波
工′啄ルギーは内壁に近接した被包体容積の外側半径の
ところで吸収される。これは深紫外線発生を優位にする
。何故ならば、更に被包体の内側に放出きれる放射は、
それが被包体壁に達するために横切らなければならない
プラズマによって相画に吸収されるであろうからである
。

第５図は深紫外線フォトリトグラフィーを達成するため
の本発明の好ましい態様の説明である。

図を参照すると、電極なしランプ６０が示されており、
そしてマイクロ波チャンバ６２及びその中に配置されて
いるランデ被包体６４から成ることがわかる。マイクロ
波チャン／譬は円形開口６５及び開口６５上の球形部分
に取付けられている平面状綿部分６６を有する球形部分
から成る。球形部分及び線部分の両方とも鋼又はアルミ
ニウムの如き伝導性材料からつくられる。更に、チャン
バの内側の部分は深紫外線反射材料で被覆することがで
きる。

チャンノ々の球形部分は、マイクロ波エネルギーをカッ
プリングするための示された位置における長方形スロッ
ト６８を有する。ランプ被包体６４は球形であり、そし
て球形チャンバの中心に位置している。それは、深紫外
線透過性材料である高品質石英からつくられている。被
包体はチャンバ内に被包体を取付けるためのそれに取付
けられた石英心細フＯを有する。操作期間中ランプ被包
体の冷却を達成するために、それは圧縮空気のいくつか
の流れをそれに向けながら回転せしめられ、そして冷却
システムは第６図に詳細に示されている。

第５図を参照すると、電動機７２がランデ被包体を回転
させるために設けられている。電動機取付はフランジ７
４がチャンバに取付けられており、モータ７２は７ラン
ジに取付けられている。モータのシャフト７６はフェル
ール７８の左手部分に挿入されそして、九とえば一組の
ねじによってそれに取付けられている。石英心細７０は
たとえば七メンテインダによって７エルール７８の右手
部分に取付けられる。かくして６軸７ｏは実質的には電
動機シャフト７６の嬌長部であり、そして電動機７２は
ランプ被包体を回転するのに有効である。

マイクロ波エネ次ギーは電源８２により付勢される！タ
ネトロン８０により発生される。発生したエネルギーは
、カップリングを最適化するため（Ｄ同ｔ１４スＩ　ｆ
　（ｔｓｎｔｍｇ　ｓｔｍｂ　）　８　ｇを含む長方形
導波管区域８４によシチャンｄ６２に供給される。

球形ランプ被包体６４は実質的には、第ルンズの方向に
おける放射の均一なエミッタであり、そして、それは図
に示された光学的列の関数であり、できるだけ有効に桿
６６からウェハー８８へと出ていく紫外線放射をカッブ
リ・グする。〜隻（愼α＃ｋｌ）９Ｇはウェハー８８と
接触して又はウェハー８８に近接して配置され、示され
たシステムを接触又は近接システムたらしめる。しかし
本発明は前記した如くプロジェクションタイプを含めて
他のタイプのシステムに適用可能である。

示された光学列は、レンズ９２．９４及び９６を含むコ
ンデンサ区域、レンズ９８及び１００から成る　　　　
　　　　穐電区域（ｉｎｔａｇｒαｔ　ｔｎｇａａｅｔ
ｔｏ％）及びレンズ１０２から成る平行化区域から成る
。二色性建う−１０４及び１０６が放射の赤外線及び長
い紫外線及び可視成分を、紫外を反射しながらかかる成
分を透過させることによって除去するために設けられて
いる。

示された特定の光学的システムは本発明の部分を形成す
るものではないが、それは完全に詳細に説明されるであ
ろう。

第５図゛を参照すると、仙球面状表間を有するレンズ要
素９２は光学的軸線のまわりの回転放物面であり、そし
て組立体における寸法及び収差を最小とする作用をする
。第二レンズ”要素は番号９４により示され、そして第
３レンズ要素９６は光線を平行化せしめるが光源と第ル
ンズ要素間の大きいフレアランスを有する負のレンズで
ある。氷≠≠プ穐箪覗レンズ組立体はフライズアイレン
ズ９８及び１００から成り、その各々は７要素を有する
セグメント化されたレンズである。各要素は前記列が７
つの他の要素により取囲まれる中心要素を有するように
六角形形状を有する。レンズ９８は視野レンズと呼ばれ
、そしてウェハー表面の不均一性を制御するのにその形
状は重要である。

レンズｉｏｏ＃ｉ本が≠プ穐脩簸の対物レンズであり、
そして公称視野レンズと同じ指定（ｐｒｇａｃ−デ１ｐ
ｔｉｏｎ　）であるが異なって方位されている。組立体
においてはレンズの平坦表面は相互に面しており、そし
て屯しそれがウエノ・−表面のフォーマットの寸法を変
えることが必要であるカらげ、フォーマツ）ＩＩ径はこ
れらの２つの要素間の間隙を僅かに変えることによって
調節することができる。

かくして、間隙をより小さくするととは直径をほぼ分離
の変化だけ増加せしめる。

最後に、平行化レンズ１０２はウエノ・−表面に積算器
視野レンズセグメントの儂を形成する。：Ｌリメータは
先の光学機器からのテレセントリックライトコ−ｙ　（
ａＬａｅｇ＊ｔｒｔｅ　Ｈｇｈｔ　ｃａｎｅｓ　）でウ
ェハー表面の必要な直径をみたすのに十分に大きい。平
行化レンズ１０２により移送される光線はシャッタ１０
５を通してマスク９０及びフォトレゾスト被覆半導体ウ
ェハー８８に供給される。

シャッタは電気的に操作され、そして半導体ウェハーへ
の放射の所望の線量を与えるように制御される。

好ましい態様においては示された金属チャンノ々６！は
綿６６により被覆されゐ２号インチ円形開口を有する４
インチ直径球である。網６６は線中心間にａ０３３イン
チの間隙を有するα００１フインチ直径の線の格子であ
る。球形ラング被包体６４は内径α７ｓインチであり、
そしてＨｇ、貴ガスたとえばアルゴン及びＨＱＣＩで充
填されている。アルシン充填は相対的に低圧であり、そ
して動作期間中Ｈ（１は約１−５気圧であり、一方アル
ｆンは約１００−２００）ルである。ｉｉｇｃｔの目的
はプラズマをランプ被包体曖から離れさせるために均一
な境界層をつくり出すことである。Ｈ（１の適当な操作
圧力を得るために、液体水錯約２×１０−＠−の容積が
製造期間中電球に挿入される。

マグネトロン８０は２４５０Ｍｈｇの周波数で約１５０
０ワツトのマイクロ波パワーを与える。

このパワーの実質的にすべての又は大部分はマイクロ波
チャンバにカップルされて、好ましい態様においては約
５００ワツト／Ｃ９Ｃ０の・々ワー密度を生じる。生じ
る光線源はスペクトルの深紫外線部分において約７チの
転化効率を有し、そして約１９０ワツ）　／　Ｃ，Ｃ，
で放射する輝光源である。

上記した如く、電極なしランプは相対的に均一な放射を
放出する。かくして第５図における積算レンズを省くこ
とが可能であり、そして残りのシステムのいくらかの修
正によって、かかる積算要素なしですらウェハー面にお
ける光線の均一なビームを与えることが可能である。

第６図は操作期間中ランプ被包体６４を冷却するのに使
用されるシステムの説明である。被包体におけるパワー
密度は非常に高いので、それは操作期間中非常に高温に
なり、更に冷却ニュートラル境界層は電極なしのランプ
においては薄く、そして大きい冷却効果を与えない。圧
縮空気の１つ又はそれより多くの流れが被包体に向けら
れる慣用の冷却技術は電球を十分に冷却するのには不十
分である。

結果としてラングを回転すると共に圧縮空気の１つ又は
それより多くの流れをそれに向けるようＫした第５図及
び第６図に示された冷却システムが設計される。

第６図に示された冷却システムの好ましい態様を参照す
ると、ランプは第５図における心細７゜と一致する軸線
１１０のまわりに回転され、そして圧縮９気ジエツトは
球を部分する平面に位置している導管１１２，１１４，
１１６及び１１８によってそれに向けられ、そして空気
供給源１２０によシ供給される。熱スポットの発生及び
その結果としての電球の爆発は、電球を１つ又はそれよ
シ多くのジ壬ットで冷却しなから＊４＊を回転する手段
によってのみ回避される。

かくしてこれまでに詳細に説明し九利点を有する深紫外
線フォトリトグラフィーを達成する丸めの方法及び装置
が開示された。更にここに開示された技術及びランプは
、支持体、たとえば光化学的薄いフィルムチ４ジヨンの
深紫外線照射を必要とするフォトリトグラフィー以外の
方法に用途が見出される。特定の好ましい態様を例示し
、説明してきたが、本発明の範曲内に入る多くの変更が
当業者にとって表され得ることは理解されよう。

故に、本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等物に
よってのみ規定されることは理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電極を有するアーク線源を使用する先行技術
に従う深紫外線フォトリトグラフィーを達成するための
システムの説明である。 第２図は電極なし光源を使用する本発明に従う深紫外線
フォトリトグラフィーを達成するためのシステムの図で
ある。 第３図は先行技術システムに使用される如き電極アーク
ランプの略図であり、一方第４図は電極なしラング被包
体及び関連した取付は手段の略図である。 第５図は本発明に従う深紫外線フォトリトグラフィーを
達成するためのシステムの好ましい態様の説明である。 第６図は第５図の装置に使用するための冷却システムの
好噛しい態様の説明である。 図において、２・・・ＸｍＨｇ電極アーク源、４・・・
楕円形反射器、６．８・・・第１及び第２二色性ξラー
、１０・・・光学的積算手段、１２・−−平行化レンズ
、１４・・・マスク、１６・・・半導体ウェハー、２０
・・・深紫外線透過性ランデ被包体、２２・・・マイク
ロ波チャンバ、２４・・・電源、２６・・・マイクロ波
発生器、・・光学的カップリング手段、３２・・・マス
ク、５１．５２・・・電極、５５・・・被包体、６０・
・・電極なしランプ、６２・・・マイクロ波チャンバ、
６４・・・ランプ破包体、６６・・・鴇・、８８・・ψ
ウェハー、９２，９４．９６・・・レンズ、・８，１０
０・・・レンズ、１０２・・・レンズ、１０４，１０６
・・・二色性ｉラーである。 ！ｆｆｆｆ出入１人フュージョン・システムズ・コーー
レーション 図面の浄書（内゛両部１史Ａ１） ＩＧ３ 第１頁の続き ０発　明　者　マーシャル・グリーンブラットアメリカ
合衆国メリーランド州 ２０９０３シルバースプリング・ブ ロックドライブ１０１２５ 手続補正書（Ｅ８１拍） 昭和５８年　５月２７日 特許庁擾ぎ　　苔　杉　和　犬　　殿 １、事件の表示 爵禎）召５８−５１７６９号 ２、発明の名称 除紫外組フォトリトグラフィーを １或する万去伎・′メ１這Ｉ ３、補正をする渚 名称　　　フュージョン・／ステムズ・コーポレーショ
ン（氏　名） ４、代　理　人〒１０７ 手続補正書（自発） 昭和５８年　６月１６日 特許庁長官　若杉　和　夫　　殿 １、事件の表示 特願昭５８−５１７６９号 ２、発明の名称 深紫外線フォトリトグラフィーを達成する方法及び装置 ３補正をする渚 事件との関係　　特許出願人 ４、代　理　人〒１０７ 住　　所　　　東京都港区赤坂１丁目９番１５号１、％
許請求の範囲を下記の通り訂正する。 ｒｌ、　　フォトレゾストで被覆される半導体支持体が
露光されるべき露光面で光源からの紫外線により傷形成
される深紫外線フォトリトグラフィーを達成する丸めの
装置において、該光源は深紫外線放射を放出する丸めの
マイクロ波発生式電極なし光源を具備して成ることを特
徴とする装置。 ２　該マイクロ波発生式電極なし光源がプラズマ形成性
媒体を含有する紫外線透過性材料のパルプと、 該プラズマを発生しそして該光源をして該放射を放出せ
しめるための該パルプにマイクロ波周波数範囲のパワー
をカップリングするための手段と、を具備して成る特許
請求の範囲第１項記載の装置。 λ　腋プラズマ形成性媒体が該パルプにおいて相対的に
低い圧力である特許請求の範囲第２項記載の装置。 也　該パルプ及び該パルプの内容物にカップルされた該
マイクロ波ノクワーが該パルプにおける請求の範囲第３
項記載Ｏ装置。 ５、マイクロ波パワーをカップリングするための該手段
が該・９ルプが配置されているマイクロ波チャンバを含
む特許請求の範囲第２項記載の装置。 ａ　該マイクロ波チャンバは連続的部分及び網部分から
成り、そして該連続的部分に配置されたカップリングス
ロットを有する特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７、該連続的部分の形状は球形である特許請求の範囲第
６項記載の装置。」 ２　明細書の第１５頁５行、１６頁３行、２４頁ｌＯ行
、第２７貞４行、同７行、第２８頁１３行、第３５貞１
３行、第３７頁１行、同１４行、同１５行に「電球」と
あるを、「パルプ」と訂正する。 １　明細書の第１Ｏ頁１１行、同１３行に「出力」とあ
るを、「・クワ−」と訂正する。 表　明細書の第１２頁６行に「低出力源」とあるを、「
低パワー源１と訂正する。 ＆　明細書の第１２頁１〜２行に「一定である」とある
を、「変わ抄やすいｊと訂正する。 ａ　明細書の第２４頁１５行−第２５頁１行に「光学的
積算器手段は、・・・・・・・・・・・・にあ・いて必
要である。」とあるを、ｒアークの不均一光線出力を、
それがウェハー上に入射する前に均一に再分配するため
に先行技術システムにおいては光学的積算器手段が必要
である。」と訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　フォトレジストで被覆される半導体支持体が露光
   されるべき露光面で光源からの紫外線によシ儂形成され
   る深紫外線フォトリトグラフィーを達成する丸めの装置
   において、該光源は深紫外線放射を放出するためのマイ
   クロ波発生式電極なし光源を具備して成ることを特徴と
   する装置。 ２　該マイクロ波発生式電極なし光源がプラズマ形成性
   媒体を含有する紫外線透過性材料の電球と、 核プラズマを発生しそして該光源をして該放射を放出せ
   しめるための該電球にマイクロ波周波数範囲のパワーを
   カップリングするための手段と、を具備して成る特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ＆　該プラズマ形成性媒体が該電球゛において相対的に
   低い圧力である特許請求の範囲第２項記載の装置。 表　該電球及び皺電球の内容物にカップルされた該マイ
   クロ波パワーが該電球におけるパワーの範囲第３項記載
   の装置。 Ｎ　　マイクロ波パワーをカップリングするための該手
   段が該電球が配置されているマイクロ波チャンバを含む
   特許請求の範囲第２項記載の装置。 ６、該マイクロ波チャンバは邊煉約９参滲＾部分及び傘
   Ｕ＆部ダから成り、そして該庫暁釣泣凛窒亀部分に配置
   されたカップリングスロットを有する特許請求の範囲第
   ５項記載の装置。 ７、該ｉ！続約参番Ｑ夫部分の形状は球形である特許請
   求の範囲第６項記載の装置。