JPS61214522A - フラツシユ光源 - 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】 〔技術分野〕 本発明は投影露光装置に用いて好適な光源に関　　。

し、特に水銀を利用してフラッシュ発光させるよ−うに
した光源に関するものである。

〔背景技術〕

半導体装置の製造工程の一つであるフォトリソグラフィ
工程に使用される投影露光装置は、近年の半導体素子の
微細化、高集積化に伴って益々高解像化、低歪化が要求
されてきており、これに使用するレンズの設計にも極め
て厳しい条件が加えられている。このため、レンズに色
収差補正を施すような余裕はなくなり、使用する光の種
類を限定することによって色収差に対処する方策が取ら
れている。たとえば、波長が４３６±４ｎｍと狭いバン
ド幅の光を露光用として使用し、略単色光に近いその光
特性により色収差やこれに基づ（歪の防止を図っている
。

このようなことから、これまでの水銀ランプを光源とし
ている露光装置では、光源の前にバンドパスフィルタを
設置して前記した単色光に近い波長光を得る構成を採用
しているが、このフィルタを透過させる分だけ透過光量
が５０〜６０％低減され、ウェハ等の露光体に対する照
度が低下して露光に要する時間が長くなり、スループッ
トの低下を生ずることになる。

この不具合に対処するためには、水銀ランプを高出力化
してその光度を増大すればよいが、現状の水銀ランプは
高出力化によってランプの温度が著しく上昇し、レチク
ルを始めとして露光装置に悪影響を及ぼす恐れがある。

また、消費電力も著しく増大し、ランニングコストの増
加を招くことにもなる。

一方、他の対策として光源にフラッシュランプ（閃光ラ
ンプ）を用いることが考えられるが、現状のフラッシュ
ランプは常温で気体のＸｓ（キセノン）ガスを使用して
いるものであるため、この光源では前述したような露光
に好ましい波長に強いスペクトル光が存在せず、半導体
装置製造用の露光装置の光源としては好ましくない。

なお、光露光システム技術を詳しく述べである例として
は、工業調査会発行電子材料１９８２年１１月号別冊、
昭和５７年１１月１５日発行、Ｐ。

１１７〜Ｐ、１２４がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は所定の波長光を強いエネルギの閃光とし
て得ることができ、これにより露光装置に適用した場合
にも光源ないし露光装置の温度上昇を抑えて高信顛性を
確保でき、かつこれと共にエネルギ消費の低減を図るこ
とのできるフラッシュ光源を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、内部に水銀を封入し、かつ高電圧が印加され
る一対の電極を有する光源管と、この光源管を加熱して
前記封入された水銀を気化した状態に保ち得る加熱手段
とで光源を構成することにより、電極への電圧印加を瞬
時に行なっても水銀による発光を得ることができ、これ
により光源の高温度化を防止すると共に、消費エネルギ
の低減化を達成することができる。

また、光源管の温度を温度センサと、温度制御部とでフ
ィードバック制御して一定に保持し得るように構成する
ことにより、安定した発光を行なうことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明を縮小型投影露光装置に適用した実施例
を示しており、この露光装置１は、光源２を含む照明系
３と、この照明系３によって照明されたレチクル５のパ
ターンをウェハ６に投影露光する結像系４を備えている
。

前記光源２は詳細を後述するように水銀フラッシュラン
プとして構成している。また、照明系３は、光源２の光
を横方向に反射する反射鏡７、光源２の光を所要の関数
分布に調整するフライアイ８．４３６±４ｎｍの波長光
を透過させるパンドパスフフィルタ９、反射鏡１０およ
びコンデンサレンズ１１を備えている。更に、結像系４
は高縮小倍率のレンズ１２を有し、レチクル５のパター
ンをウェハ６の表面上に縮小して結像する。

前記光源２は、第２図に拡大図示するように、円筒状の
ガラスチューブ２１内に適宜量の水銀（Ｈｇ）を入れ、
その両端に一対の電極２２゜２２を配設した上で内部を
真空ないしこれに近い状態に封止して光源管２０を構成
している。これら電極２２．２２はスイッチ２４を介し
て電源２３に接続し、スイッチ２４の閉成によって電極
２２゜２２間に高電位を印加し得るようにしている。更
に、前記ガラスチューブ２１の周囲にはヒータ２５を配
設し、かつその外周を断熱材２６で囲っている。そして
、このヒータ２５および断熱材２６の略中夫の一部を切
欠き、ここに前記ガラスチューブ２１を露呈させて光束
の射出窓２７を構成している。

一方、前記ガラスチューブ２１の中央よりの一部には温
度センサ２８を配設し、これに接続したセンサ回路２９
とでガラスチューブ２１の温度を検出可能としている。

そして、このセンサ回路２９は更に温度制御回路３０に
接続し、温度検出信号をこの温度制御回路３０に出力す
る。この温度制御回路３０は前記ヒータ２５のヒータ電
源３１を制御し、これによりヒータ２５への通電量をコ
ントロールする。

なお、この温度制御回路３０は少なくとも水銀が気化す
る温度（３５７℃）以上、好ましくは７００〜１０００
℃の温度となるようにコントロールしている。

以上の構成によれば、温度制御回路３０は温度センサ２
８およびセンサ回路２９の信号に基づいてヒータ電源３
１をフィードバック的に制御し、ヒータ２５への通電量
をコントロールしてガラスチューブ２１内を７００−１
０００℃に加熱する。

これにより、ガラスチューブ２１内の水銀は気化され、
ガラスチューブ２１内で気体となって充満される。した
がって、この状態でスイッチ２４を閉じて電極２２．２
２間に電源２３の直流高電位を印加すると、両電極２２
．２２間に水銀ガスによる放電が生じ、瞬間的な発光、
即ちフラッシュ光（閃光）が発生される。このフラッシ
ュ光は、これまでの水銀ランプの光と同じスペクトルの
光テアリ、ｇ、ｈ、ｉ線に強いスペクトルを有し、投影
露光装置として十分に利用できる。発生された光は反射
鏡７により反射された後、フライアイ８で所定の関数分
布とされ、バンドパスフィルタ９で例えば４３Ｇ±４ｎ
ｍの狭いスペクトル幅のみ透過され、反射鏡１０によっ
て反射されかつコンデンサレンズ１１を通った後レチク
ル５を照明する。この照明により、レチクル５のパター
ンは結像系４によってウェハ６上に結像され、投影露光
が行なわれる。

前記フラッシュ光の強度を上げるには、電源２３の電圧
や電流を大きくすればよいが、このように電圧、電流を
大きくしても光源２はスイッチ２４を閉成したときにの
み発光するため、消費するエネルギの増加を抑制できる
。一方、ガラスチューブ２１はヒータ２５で常時加熱さ
れているが、ガラスチューブ２１は断熱材２６で覆われ
ているので、この熱が投影露光装置に影響することは少
なく、投影露光装置の信鎖性が損なわれることはない。

更に、ガラスチューブ２１内はヒータ２５、温度センサ
２８、センサ回路２９、温度制御回路３０および電源３
１からなるフィードバッグ回路４によって７００〜１０
００℃の温度に安定に保たれるので、ガラスチューブ２
１内の水銀蒸気圧を一定の圧力に保持することができ、
安定したスペクトル特性でかつ一定強度の発光を得るこ
とができる。

〔効果〕 （１）内部に水銀を封入し、一対の電極を有するチュー
ブと、この水銀が気化する温度にまで加熱する加熱手段
とを設け、水銀が気化された状態の下で電極間に高電位
を印加し得るように構成しているので、高電位を印加し
た時にのみ発光する水銀フラッシュ光源を得ることがで
きる。

（２）水銀を用いたフラッシュ光源であるので、所要の
スペクトル特性の発光を得ることができ、現用の投影露
光装置に好適に用いることができる。

（３）バンドパスフィルタによる光量低下に対処するた
めに光源の発光強度を大きくしても、瞬間の発光である
ために、消費エネルギを極めて少なくできる。

（４）発光光量を大きくすべく高電位を印加しても、チ
ューブは加熱手段の制御温度以上に上がることはなく、
しかも断熱材によって覆われているので投影露光装置に
悪影響を与えることはない。

（５）発光光量を容易に大きくできるので、投影露光装
置における、処理のスループットを向上できる。

（６）チューブの温度をフィードバック回路によりコン
トロールしているので、水銀の加熱条件を安定に保ち、
安定したスペクトル特性でかつ発光強度の発光を得るこ
とができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではな（、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、ガラスチュ
ーブの形状、構造および電極の配置、更に加熱手段の構
成等は種々に変更することができる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である縮小型投影露光装置
に適用した場合について説明したが、それに限定される
ものではなく、等倍の投影露光装置はもとより、フラッ
シュ光源を利用可能な光学装置であれば露光装置に限る
ことなく同様に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成図、第２図は光源
の拡大図である。 １・・・投影露光装置、２・・・光源、３・・・照明系
、４・・・結像系、５・・・レチクル、６・・・ウェハ
、８・・・フライアイ、９・・・バンドパスフィルタ、
２０・・・光源管、２１・・・ガラスチューブ、２２・
・・電極、　２３・・・電源、２４・・・スイッチ、２
５・・・ヒータ、２６・・・断熱材、２７・・・射出窓
、２８・・・温度センサ、２９・・・センサ回路、３０
・・・温度制御回路、３１・・・ヒータ電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部に水銀を封入し、かつ高電圧が印加される一対
   の電極を有する光源管と、この光源管を加熱して前記封
   入された水銀を気化した状態に保ち得る加熱手段とを備
   えることを特徴とするフラッシュ光源。 ２、加熱手段はヒータと、前記光源管およびこのヒータ
   を覆う断熱材とを有してなる特許請求の範囲第１項記載
   のフラッシュ光源。 ３、加熱手段には光源管の温度を検出する温度センサと
   、この温度センサの検出値に基づいて前記ヒータへの通
   電量を制御する温度制御手段とを有するフィードバック
   回路を付設し、少なくとも前記光源管を一定温度に保ち
   得るように構成してなる特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載のフラッシュ光源。