JPS6120326A - 水銀灯による半導体ウエハ−材料の露光方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水銀灯による半導体ウニ・・−材料の露光方法
に関するものでおる。

〔発明の背景〕

一般にＩＣ，ＬＳＩ、超Ｌｆ９Ｉなどの半導体デノイス
の製造においては、シリコンなどよりなる半導体ウェハ
ー材料にフォトマスクを介してノ９ターンを焼付けるこ
とが必要である。このような・ぞターンの焼付けは、例
えばエツチング用レジスト層の形成のために行なわれる
ものであり、この場合には、通常、半導体ウェハー上に
形成した紫外線感光性のレジスト層にフォトマスクを介
して水銀灯の光を照射して露光する方法が広く採用され
ている。

半導体ウェハーは通常円形でその全面において縦横に配
列された微小区域に区画され、これらの微小区域が後に
分割されて各々が半導体デノ々イスを構成するチップと
なる。１枚の半導体ウェハーの大きさは直径で３インチ
、５インチ、６インチ程度のものが一般的であるが、半
導体クエハーの製造技術の進歩に伴ない大型化する傾向
にある。

１枚の半導体ウェハー材料の全面を同時に露光せしめて
全微小区域を一度に焼付ける霧光方法においては、大き
な面積を一度で露光するために大出力の水銀灯が必要で
ありそのため露光装置が大型となること、しかも１回の
露光面積が大きいためそれだけ半導体ウェハー材料の被
寓光部における照度の均一化に相当高度な技術を要する
こと、などの問題点があり、結局半導体ウェハーの大型
化傾向に適応することが困難である。

〔従来技術〕

このようなことから、最近１枚の半導体ウェハー材料に
おいて、縦横に配列された微小区域の各々を１個ずつ順
次露光せしめてパターンを順次焼付ける露光方式（以下
単に「ステップ貢光方式」ともいう。）が提案された。

このようなステップ露光力式によれば、１回の露光にお
いては、微小区域１個分の面積を露光すればよく、この
ため小出力の水銀灯を用いることが可能となって露光装
置が小型になること、しかも１回の露光面積が小さいの
で半導体ウェハーの被露光部の照度の均一化が容易であ
ること、などの大きな利益が得られ、結局高い精度でパ
ターンの焼付けを行なうことができる。

而して水銀灯は、消灯時には封入された水銀ガスが凝縮
するため、短い周期で点滅を繰返すことができず、この
ため連続点灯せしめた状態で使用されるが、この場合中
導体ウェハー材料の露光を所定の露光量で行なう九１ｔ
）ｍ光時間を制限するシャッターが用いられ、このシャ
ッターが閉じている間に、水銀灯よりの光が照射される
露光位置に半導体ウェハー材料における次の露光を施す
べき微小区域が位置されるよう当該半導体ウェハー材料
をステップ的に移動（以下単に「ステップ移動」ともい
う。）せしめることが必要である。

しかしながら単にこのような従来の露光方法においては
、シャッターが閉じている期間中は水銀灯の光が露光に
は利用されない几め電力の浪費が大きく、しかもシャッ
ターが高温にさらされるため当該シャッターの損傷が大
きいという問題点がある。

このようなことから、シャッターが閉じられている期間
中は、水銀灯の消費電力がシャッターが開いている露光
期間中の消費電力よりも小さくなるような状態で水銀灯
を点灯する方法が考えられる。

しかしながら、このような露光方法において新たな問題
点を有しているＯとが判明した。即ち、水銀灯の封体内
には水銀が封入され、その封入量に対応して放射光量が
増大することから、放射光量の増大化の観点からは、水
銀の封入量が多いほど好ましいといえるが、シャッター
が閉じている非露光中においてより小さな消費電力で水
銀灯を点灯する状態においても水銀の凝縮が生じないこ
とが必要であり、このことから水銀の封入量を水銀灯が
小さな消費電力で点灯されているときの封体内の水銀蒸
気圧がそのときの水銀飽和蒸気圧に限りなく近い値とな
るように定めると、水銀灯の消費電力を大きく切換えた
ときに水銀の凝縮が生じて点灯不良が生ずることがある
問題点である。

〔発明の目的〕

本発明は以上の如き事情に基いてなされたものでらって
、その目的は、低いコストでしかも上記の如き問題点を
有さす、短い時間間隔で繰返して行なわれる露光を長期
間に亘り安定に実行することができる水銀灯による半導
体ウェハー材料の露光方法を提供することにある。

〔発明の構成〕

以上の目的は、水銀灯を連続点灯した状態で前記水銀灯
の消費電力が高レベルとなる第１のステップと前記水銀
灯の消費電力が低レベルとなる第２のステップとを交互
に繰返し、前記第１のステップにおいて前記水銀灯から
放射される光により半導体ウェハー材料を露光する露光
方法であって、前記水銀灯として、第２のステップで点
灯されるときの水銀灯の封体内の水銀蒸気圧がそのとき
の水銀飽和蒸気圧の９６％を越えない範囲で多量の水銀
が封入されてなるものを用いることを特徴とする水銀灯
による半導体ウェハー材料の露光方法によって達成され
る。

以下本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の一実施例においては、例えば第１図に示すよう
に、半導体ウニ・・−材料の露光装置内に組み込まれた
水銀灯ｌを、これに電力を常時供給して連続点灯状態と
したうえで、第２図に消費電力の波形の一例を示すよう
に、水銀灯１へ供給する電力を制御することにより、水
銀灯ｌの消費電力が高しシル例えば定格消費電力の約１
．３〜２．５倍程度のレベルとなる第１のステップＡと
、水銀灯１の消費電力が低レベル例えば定格消費電力ま
たはこれに近いレベルとなる第２のステップＢとを周期
的に交互に繰返し、前記第１のステップ人におい【水銀
灯１から放射される光により半導体ウェハー材料２を露
光する。第１図において、３は水銀灯１の駆動用電源回
路部、４は水銀灯ｌの光を遮断する几めのシャッター、
５，６．７は反射鏡、８はインテグレータ、９はフィル
ター、１０はコンデンサレンズ、１１はフォトマスク、
１２は縮小レンズであり、縮小度は通常ｉ−＋とされる
。

寓光量の規制においては、シャッター４の開いている時
間を適宜設定することによって、半導体ウェハー材料２
の被露光部における露光量を必要な規定値に適合させる
。即ち、消費電力が高レベルとなる第１のステップ人に
よって水銀灯１が点灯されている状態においてシャッタ
ー４を設定された時間だけ開いた状態とすることにより
露光量を規定されたものとする。そして消費電力が低レ
ベルとなる第２のステップＢによって水銀灯が点灯され
る状態に移行され、この間はずっとシャッター４が閉じ
ている。

前記第１のステップ人と第２のステップＢの繰返しは、
半導体ウェハー材料２のステップ移動の態様との関連に
おいて互に連動するよう行なう。

即ち第３図に示すように半導体ウェハー材料２の被露光
部を縦横に並ぶ多数の微小区域Ｐに区画して、これらの
微小区域Ｐの１＠１個を順次露光位置にステップ的に移
動してその位置に一旦静止せしめた状態で露光を行なう
。シャッター４が開閉することによって１回の露光が終
了し、半導体ウェハー材料の１つの微小区域Ｐに・ぐタ
ーンが焼付けられる。そしてシャッター４が閉じている
期間中に次に露光すべき微小区域Ｐを露光位置にまでス
テップ移動せしめ、そして同様にして露光を繰返す。

このようにして第１のステップ人及び第２のステップＢ
と、シャッター４の開閉動作と、半導体クエ・・−材料
２のステップ移動とを連係させて露光を行なうが、本発
明においては前記水銀灯ｌとして、第２のステップＢで
点灯されるときの水銀灯１の封体内の水銀蒸気圧Ｈ１が
そのとあの水銀飽和蒸気圧Ｈ，０９６チを越えない範囲
で多量即ち前記水銀蒸気圧Ｈ１が前記水銀飽和蒸気圧Ｈ
ｓの９６１ｉ若しくは９６−に近い値の量の水ｌａが封
入されてなるものを用いる。この水銀の封入量が上記の
範囲を越えている場合には、水銀灯の点灯状態が第２の
ステップＢから第１のステップ人に切換えられたときに
、水銀が凝縮することがあり、この場合には点灯不良が
生ずる。これは、第２のステップＢから第１のステップ
人に移行する期間においては、封体内のガスの温度が当
該移行に追随して上昇するため水銀の蒸気圧は大きくな
るのに対し、封体そのものの温度上昇は時間的に遅れる
ため、その結果水銀の蒸気圧の飽和点が下がる現象が生
じ、水銀の凝縮が起こるものと推察される４、第４図は
、水銀灯１の具体的構成の一例を示し、１０１は石英ガ
ラス製の封体、１０２Ａ１，１０２Ｂ　は口金、ＩＱ３
，１０４はそれぞれ電極棒、１０５，１０６はそれぞれ
陽極体、陰極体である。

前記陽極体１０５は、第６図に拡大して示すように、大
径円柱状の胴部５１と、この胴部５１からチー／前状に
伸びてその先端面５２が平坦面である先端部５３とによ
り構成され、一方陰極体１０６は、同じく第５図に拡大
して示すように柱状部６１とこの柱状部６１からコーン
状に形成されて伸びる先端部６２とによりｍｇされてい
る。

斯かる水銀灯１の具体的設計の一例を下記に示す。

定格消費電力　　　　　５００Ｗ　　（５０Ｖ、ｌ０Ａ
）陽極体形状 胴部５１の外径Ｄ１４．０瓢 先端面５２の直径Ｄ２２．０藺 先端部５８の開き角α　　　　　　　　９θ度陰惚体形
状 定格消費電力で点灯しているときにおける水銀蒸気圧の
、そのときの水銀飽和蒸気圧に対する割合　　　　　　
　　　　　　　　　９５％斯かる構成の水銀灯を用いて
上記の如き方法に基いて、＃導体ウェハー材料の露光を
下記の条件で実際汚行なったところ、約６００時間の長
期間に亘るまで初期の露光量が安定して得られ、半導体
ウェハー材料の露光を長期間に亘り良好（行なうことが
できた。

第１のステップ人の時間間隔　　　４００　　ｍ５ｅｃ
第２のステップＢの時間間８　　４００　　ｍ５ｅｃ第
１のステップ人における消費電カ フ５０Ｗに一定に維持した。

第２のステップＢにおける消費電力 ５００Ｗに一定に維持した。

また水銀灯の對体内に封入する水銀の量を下記第１表に
示すように種々の値に変えた他は上記と同様にして露光
実験を行なったところ、水銀の調光を行なうことができ
なかった。

第　　１　　表 〔発明の作用効果〕 以上ｌＦＰ＃ｌｆｌに説明したように１本発明方法によ
れは１次のような作用効果が奏される。

（１）水銀灯の放射光が無光に利用もれない期間におい
℃は、水鯖灯の消費電力が低レベルとなる第２のステッ
プにより当該水銀灯を点灯するため。

水−灯による電力の渾費を大幅に小さくすることができ
るうえシャッターの過熱損傷を防止することができ、し
かも水銀灯は第２のステップにおける低レベルの消費電
力に応じて設計される大きさのものを用いることがで漬
るうえ第１のステップでは水銀灯の消費電力が高レベル
となるためこのとき必要な露光量を得ることができ従っ
て半導体ウェハー材料の露光をよシ小型な水銀灯で行な
うことができ、この結果露光装置の占有容積が小さくな
り、クリーンルームなどのメンテナンスに必要なコスト
が小さく、結局中導体デバイスの製造コストを大幅に低
減化することが可能となる。

ｆ２）そして水銀灯として、第２のステップで点灯され
るときの水銀灯９封体内の水銀蒸気圧がそのときの水銀
飽和蒸気圧の９６チを越えない範囲で多量の水銀が封入
されてなるものを用いるため。

放射光量を十分に大きなものとしながらしかも水銀の縦
締による点灯不良の発生を防止することができ、このた
め第１のステップにおける水銀灯の放射光量を初期と同
様に維持することができ、この結果第１のステップと第
２のステップとを短い時間間隔で繰返しながら、長期間
に亘り安定した放射光量で半導体ウェハー材料の露光を
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は露光装置の一例の概略を模式的に示す説明図、
第２図は第１のステップと第２のステップの繰返しによ
って変化する水銀灯の消費電力の波形の一例を示す説明
図、第Ｂ＠Ｕ半導体ウェハー材料の被露光部の一部を示
す説明図、第４図は水銀灯の一例を示す説明図、第５図
は第４図に示した水銀灯の要部を拡大して示す説明図で
ある。 １・・・水銀灯　　　　　２・・・半導体ウェハー材料
８・・・駆動用電源回路部４・・・シャッター５．６．
７・・・反射鏡　　８・・・インテグレータ９・・・フ
ィルター　　　　１０・・・コンデンサレンズ１１・・
・フォトマスク　１ｚ・・・縁小レンズ１０１　　・・
・封体　　　　１０２人、１０２Ｂ・・・口金１０８．
１０４・・・電極棒　１０５　　・・・陽極体５１・・
・胴部　　　　　５ｚ・・・先端面５８・・・先端部　
　　　１０６　　・・・陰極体６１・・・柱状部　　　
　６ｚ・・・先端部代理人　弁理士　大　井　正　彦 第１図 第２囮 午３図 第４図 学５図 し

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）水銀灯を連続点灯した状態で前記水銀灯の消費電力
   が高レベルとなる第１のステップと前記水銀灯の消費電
   力が低レベルとなる第２のステップとを交互に繰返し、
   前記第１のステップにおいて前記水銀灯から放射される
   光により半導体ウェハー材料を露光する露光方法であつ
   て、 前記水銀灯として、第２のステップで点灯されるときの
   水銀灯の封体内の水銀蒸気圧がそのときの水銀飽和蒸気
   圧の９６％を越えない範囲で多量の水銀が封入されてな
   るものを用いることを特徴とする水銀灯による半導体ウ
   ェハー材料の露光方法。