JPS6254439A - 半導体ウエハの露光方法 - 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］ この発明は、超高圧水銀灯による半導体ウニへの露光方
法に関するものである。

［従来の技術］ 一般にｒｃ、ＬＳ１．ＪｆｌＬＳ（等の半導体デバイス
の製造においては、シリコン等からなる゛ト導体ウェハ
に）オドマスクを介し・てパターンを焼付けることか必
要である。このようなパターンの焼付けは、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１通常、Ｙ：導体ウエハ−ヒに形成し
た紫外線感光性のレジスト層にフォトマスクを介して超
高圧水銀灯の光を照射して露光する方法か広く採用され
ている。

半導体ウェハは通常円形てその全面に３いて縦横に配列
された微小区、ｔ４に区画され、これらの微小区域が後
に分割されて各々か゛ｒ導体デバイスを構成するチップ
となる。１枚の半導体ウェハの大きさは直径て３インチ
、５インチ、６インチ程度のものか一般的であるが、半
導体ウェハ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露光方法におい−Ｃは、大きな面
積を一度て露光するために大出力の水銀灯か必要であり
そのため露光装置か大型となること、しがも１回の露光
面積が大きいためそれたけ゛ｒ導体ウつへの被露光部に
おける照度の均一化に相当高度な技術を要すること、等
の問題点かあり、結局゛ｒ、導体ウェハの大型化傾向に
適応することか困難である。

このようなことから、最近１枚のゝト導体ウェハにおい
て、ＩＩＬＷＩに配列された微小区域の各々を１個ず１
順次露光ゼしめてバ々−ンを順次焼付ける露光方式（以
下単に「ステップ露光方式」ともいう）か提案された。

このようなステップ露光方式によれば、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か可圭となって露光装置
か小型になること、しかも１回の露光面積が小さいのて
Ｖ。

導体ウェハの被露光部の照度の均一化が容易であること
１等の大きな利益か得られ、結局高い精度てベターンの
焼付けを行うことができる。

ところて、超高圧水銀灯は消灯吟には封入された水銀ガ
スか凝縮するため、短い周期て点滅を崩返すことがてき
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−ト・９体ウェハの露光を所定の露光？で行うた
め露光時間を制限するシャ・・ｌターか用いられ、この
シャッターが閉じている間に、超高圧水銀灯からの光が
照射される露光伎はに半導体ウェハにおける次の露光を
施すべき微小区域が位ｎされるよう半導体ウェハをステ
ップ移動させることが必要である。

し・かじながら単にこのような従来の露光方法において
は、シャッターか閉じている期間中は超高圧水銀灯の光
か露光には利用されないため電力の浪費が大きく、シか
もシャッターが高温にさらさ。

れるためにシャッターの損傷か大きくなる。

このようなことから、シャ・ツタ−が閉じられている期
間中は、超高圧水銀灯の消費電力か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
で超高圧水銀灯を点灯する方法も考えられている。

この方法におい′Ｃは、単導体ウェハの露光処理の高速
化に伴い、超高圧水銀灯をその消費′心力か短い時間間
隔て変化するように繰返し多数回に互って連続点灯せし
めると、超高圧水銀灯の点灯時間の経過に伴ない、電極
の摩耗、電極物質の′２？壁付着による光透過率の低下
などの原因により超高圧水銀灯の放射光量か減少し、当
初の露光埴での露光を行なうことかできなくなる。しか
も露光用光源として用いる超高圧水銀灯は通常冷却する
ことが必要てあり、この冷却が不七分であれば封体管が
過熱により劣化しさらには破やという危険な事故を招く
おそれがあり、逆に冷却か過剰であれば１１体内の水銀
か凝縮することがあってこの場合には点灯不良となるこ
とから、通常は点灯峙において水銀灯の各部、例えば封
体管、口金などの湿度か常に一定の温度範囲内に維持さ
れるように、冷却用ファンを一定の回転速度で回転せし
めて一定のＭ量を超高圧水銀灯がｉｌｌみ込まれている
ランプハウス内に供給して超高圧水銀灯を冷却するよう
にしている。しかしながら、このようなｈ却ｆ段では、
消費電力か露光中と非露光中とではその大きさか変化し
、さらに露光中の光埴が一定となるように超高圧水銀灯
を点灯する場合においては、適正に冷却することか困難
である。即ち冷却風量を例えば消費電力が大きな状ｊＥ
で点灯しているときに適合する値にして冷却を行なうと
、ｎ費電力が小さな状態で点灯しているときには冷却が
過剰となって封体内の水銀が凝縮して点灯不良か生じ易
く、逆に冷却風量を消費電力が小さな状態で点灯してい
るときに適合する値にして冷却を行なうと、消費電力か
大きな状態で点灯しているときには冷却が不十分となっ
て封体管の過熱による９期劣化を招き易い。−・方これ
に対して、冷却風量を消費電力の大きな状ぶと小さな状
態のデユーティ−に応じたモ均値（一定の）に設定する
ことも考えられるか、ディーティーか使用状態に゛より
変化し適正冷却を行なうことかむずかしいので、結局消
費電力を変えて点灯することの利益が十分に得られない
。

また、このようなステップ露光方式以外の露光方式を用
いた場合においても、超高圧水銀灯の放射光量の経時的
変化等を生ずるか、これ等を補償することかできず、ま
た、たとえできたとしても、消費電力の増減に応じて冷
却を行う必要が生ずるか、上述のようなん却り段ては超
高圧水銀灯を適正に冷却することは困難である。

［発明か解決しようとする問題点］ このように、従来の半導体ウェハの露光方法においては
、超高圧水銀灯から放射される光を用いて半導体ウェハ
を露光する場合に、超高圧水銀灯の放射光量の変化を補
償するには、手動でもって放射光量を測定し、超高圧水
銀灯への入力電力を調整しなければならず、操作が面倒
であった。

また、超高圧水銀灯の消費電力が変化するに伴って、超
高圧水銀灯を適正に冷却するための適九な手段かないの
て　良好な冷却を行うことか°Ｃきない。

この発明は、こうした問題点に鑑みて、超高圧水銀灯の
放射光量の変動を自動的に補償し、かつ消費電力の増減
に応じて適正な冷却を行うことにより、長期にわたり安
定した露光を行うことかできる゛ト導体ウェハの露光方
法を提供することを目的とするものである。

［間ｍ点を解決するためのＦ段］ この［１的を達成するために、この発明では、８高圧水
銀灯の放射光量の変動に応して、この変動を補償するよ
うに超高圧水銀灯の消費電力を増減すると共に、超高圧
水銀灯の消費電力の大きさに応じた冷却ｍ賃で超高圧水
銀灯の冷却を行う。

［作用］ この発明によると、超高圧水銀灯の放ｑｔ光星の変動に
応じてａ高圧水銀灯の消費電力を変化させることにより
、放射光量が経時的に変化した場合にも、この変化を補
償するように超高圧水銀灯への入力電力を調整し、その
消費電力か調整され、一定の光峻で放射される。

また、消費電力の大きさに応した冷却風量で超高圧水銀
灯の冷却を行うことにより、消費電力の変化に応じて適
正な冷却が行われることになる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて、この発明の詳細な説明する。第
１図は、この発明による゛ト導体ウェハの露光方法の一
実施例を説明するための露光装置を示す図である。この
図において、１は超高圧水銀灯、２は半導体ウェハ、３
は光検出器、１０はランプハウス、１１はシャッター、
１２は冷却用ファ・もン、【３はファンモータである。

２０は光学系で、２１．２２はミラー、２３はインテグ
レータ、２４はフィルター、２５はコンデンサレンズ、
２６はフォトマスク、２７は縮小レンズてあり、縮小度
は１／ｌＯ〜１１５とされる。３０は超高圧水銀灯ｌの
点灯回路部で、Ｅは商用の交流電源源３１は整流・平滑
回路、３２はスーｒツチング回路、３３は１くライブ回
路、３４はパルスＩｆＪ変調回路、３５は増幅回路、３
６ａ、３６ｂは基準電圧［，３７ａはインバータトラン
ス、３７ｂは整流・平滑回路、３７ｃはスタータ、３８
は電力演算回路、３９は超高圧水銀灯１の電圧・電流検
出回路である。４０はファンモータ駆動回ｇ８部で、４
１は電源、４２は整流・モ滑回路、４３はＩ′ＩＴ変周
波数インバータであり、電圧・電流検出回路３９の出力
信号が人力される。

この露光装置では、超高圧水銀灯１に電力を常時供給し
て連続点灯させ、第２１Ｊに一例を示すような消費電力
波形となるように、点灯回路部３０により超高圧水銀灯
ｌに供給する電力を制御する。即ち、超高圧水銀灯１の
消費′−を力か高レベル、例えば定格消費電力の約１．
３〜２．５程度度のレベルとなる第１のステップＡと　
Ｊｉ高圧水銀灯ｌの消費電力が低レベル、例えば定格消
費電力またはこれより低いレベルとなる第２のステップ
Ｂとを周期的に交互に繰返す。この第１のステップＡに
おいて超高圧水銀灯ｌから放射される光によって半導体
ウェハな露光する。

点灯回路部３０については、小型軽量化か可を侶なス・
イッチングレギ、ｔレー・夕方式をこの実施例では採用
している。この基準電圧源３６ａ、’３６ｂの電圧レベ
ルに対応する電力が超高圧水銀灯ｌに人力されるように
、スイウチング回路３２の動作かＱ帰還制御される。即
ち、第１のステップＡと第２のステップＢの謹返しは、
基？Ｆ、″ｌｆ圧源３６の電圧レベルを交互にステップ
変化させることによって行われる。もちろん、負帰還回
路も高レベル用光フィードバックと低レベル用足電力フ
ィートバッ・りとに切換わる この基準電圧１ｉｊ３６ａ、３６ｂの出力信号は増幅回
路３５を介してパルス幅変調回路３４に入力されて、パ
ルスｍ変調され、トラ（−ｊ回路３３を介して、スイッ
チング回路３２を基準電圧源３６ａ、３６ｂの出力信号
に応じたスイッチング動作を行わせる。このスイッチン
グ回路３２の出力は、インバータトランス３７ａによっ
て所定の電圧比て昇圧され、整流−平滑回路３７ｂを介
して超高圧水銀灯ｌに印加される。なお、スタータ３７
ｃは、点灯開始蒔に超高圧水銀灯１に高′重圧を印加し
・”乙放電を開始させるためのものである。

また、′重圧・電流検出回路３９と電力演算回路３日と
は、基準電圧源３６の電圧レベルに対応する電力が超高
圧水銀灯ｌに入力されるように負帰還制御するために用
いられると共に、後に説明するファンそ一夕１動回路部
４０の可変同波殻インバータ４３に入力され、超高圧水
銀灯ｌの消費電力に見合った冷却風量を得るためにも用
いられる。

超高圧水銀灯１から放射される光は光検出器３によっ°
Ｃ検出され、増幅回路３５に入力されるゆこの増幅回路
３５では、第１のステップＡにおいて、光検出器３の出
力信号と基準電圧１ｌＡ３６ｂの出力信号である高レベ
ル用基準電圧とか比較さ１　れ、超高圧水銀灯ｌからの
放射光量が−・定植に保持されるように負帰還制御され
る。

また、第２のステップＢにおいては、増幅回路３５ては
電力演算回路３８の出力と低レベル用基準電圧ＶＬとか
比較され、超高圧水銀灯ｌにおける消ｖ１電力が一定値
に保持されるように負帰還制御される。

Ｙ：導体ウェハ２への露光量を規制するために、ランプ
ハウス１０の下端にはシャッター１１が設けられている
。このシャッター１１が開いている時間を適宜設定する
ことによって、半導体ウニへ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Ａによってａ高圧水銀灯ｌが
点灯されている状態においてシャッター１１を設定され
た時間た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によって超高圧水銀灯１か最低限、点灯さ
れる状態に移行され、この間シャッター１１は閉じてい
る。

第１のステップ八と第２のステップＢの繰返しは、半導
体ウェハ２のステラグ移動と互に連動して行・）。即ち
、第３図に示すように、半導体ウェハ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１ｇ５１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て露光を行う。シャ
ッター１１が開閉することによって１回の露光か終了し
、゛を導体ウェハ２の１つの微小区域Ｐにパターンが焼
付けられる。そしてシャッター１１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、モし一〇同様にして露光を繰返す。

このよ・うに、第１のステップＡ及び第２のステップＢ
と、シーツター１１の開閉動作と、半導体ウェハ２のス
テップ移動とを連係させて露光を行うが、超高圧水銀灯
ｌの点灯時間の経過に伴って、その放射光量が減少する
ことに関し・ては、既に説明した如く、光検出器３の出
力信号を介して、点灯回路ＦＩｋ３０によって、放射光
暖か一定値に保持されるようにｉｌｍされる０例えば、
：ｊＳ４［Ｊに示されるように、第１のステップＡにお
ける消′Ｐｔ電力が徐々に増加するようにａ高圧水銀灯
ｌがｄ灯制御される結果、その放射光量が一定値に保持
され、放射光量の経時的減少が防止される。

次に、超高圧水銀灯ｌの冷却について説明する。超高圧
水銀灯１は、冷却用ファン１２のファンモータ１３の回
転速度を増減することにより冷却制御される。即ち、第
１のステップＡにおける冷却風騒及び第２のステップＢ
における冷却風着をそれぞれ超高圧水銀灯ｌの消費電力
に応じた大きな賃及び小さな賃とし、第１のステップＡ
及び第２のステップＢを繰返す度毎にそのときどきにお
ける消費電力に対応した適量の冷却風により超高圧水銀
灯ｌを冷却する。ファンモータ１３の回転速度は、ファ
ンモータ駆動回路部４０の可変周波数インバータ４３に
よって制御されるが、この可変周波数インバータ４３は
、整流・モ滑回路４２を介して′１１ｉ源４１によって
駆動され、電力演算回路３８の出力５号に対応した周波
数を出力する。この電力演算回路３ｈは、ａ高圧水銀灯
ｌに印加される電圧と電流を検出した信号から超高圧水
銀灯ｌの消費電力を出力するものであるので、この消費
電力の検出信号の大きさに対応して可変周波数インバー
タ４３の出力周波数が増減し、このインバータ４３より
出力される電力検出信号の大きさに対応した周波数の電
圧がファンモータ１３に印加され、そのときの周波数に
応じた回転速度でファンモータ１３が回転する。

また、第１のステップＡにおける適正な冷却風量及び第
２のステップＢにおける適正な冷却風量は、ランプハウ
ス５０の工り体的構造その他によ７て異なるので、露光
装置の各々について予め模擬的な実験を行い適ＩＥな冷
却風：直を定めるようにすればよい。

実際に露光！Ａ置を設計する場合においては、可変周波
・数インバータ４３の出力周波数が変化してからこれに
対応して超高圧水銀灯１の近傍にｉける冷却風量が変化
するまての時間と　超高圧水銀灯ｌの消費電力が変化し
て超高圧水銀灯ｌの各部の温度が変化するまての時間と
の差か実質１：零となるようにすることが好ましいが、
超高圧水銀灯ｌの各部の温度かその許容温度域内となる
ような時間差てあれば実用り問題はない。

第５図は、超高圧水銀灯ｌの具体的構成の一例を示し、
１０１は石英ガラス製の封体、１０２Ａ、１０２Ｂは［
！金、１０３，１０４はそれぞれ電極棒、１０５，１０
６は（−ｎぞｔＬ陽極体、　Ｄａｉ体である。封体ｌｏ
ｔの内部には水銀が封入されており、その封入賃は、第
２のステップＢにおいて超高圧水銀灯ｌが点灯されてい
るときに水銀が凝縮しない程度の是である。

陽極体１０５は、第６図に拡大１７て冶すように、大径
円柱状の胴部５１ど、この胴部５１からテーバ状に伸び
てその先端面５２がｆ坦面である先端８１５３とにより
構成され、一方陰極体１０６は、同じく第６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・瑞部６２とにより構成されてい
る。

このような超高圧水銀灯ｌの具体的設計の−・例を下記
に示す。

（定格消費電力’）　　　　　　　５００Ｗ　　（５０
Ｖ　、ｌ０Ａ）（陽極体形状） 胴部５１の外径Ｄ　＋　　　　　　　　　　４．０ｍｍ
先端先端面の直径り、　　　　　　　　　２．０ｍｍ先
端部５３の開き角０　　　　　　　９０度＜Ｐ３極体形
状） 柱状部６１の外径Ｄ−＋　　　　　　　　　２．０ｍｍ
（電極間距り　　　　　　　　　　　　　　３．０ａｍ
（定格消費電力て点灯しているときの 封体内圧力）　　　　　　　　　　　　　１３気圧この
ような構成の、ｉｆｌ、＜６圧木銀灯を用いて」二足の
如き方法に基いて、ｒ・導体ウェハの露光を下記の条件
で実際に行ったところ、約４００時間の長期間にわたっ
て所期の露光賃か安定して肖られ、半導体ウェハの良好
な露光処理を行うことができた。

（第１のステップＡの時間間隔）　　約４０ｔｊｉ＋５
ｅｃ（第２のステップＢの時間間隔）　　約４００ｍ５
ｅｃ（第１のステップＡにおける消費電力）初期は７０
０１で４００時間経過したときにＩＫＷとなるようにほ
ぼ直線的に増加した。

（第２のステップＢにおける消費電力）初期から４００
時間経過するまて５００Ｗに一定に維持した。

（第１のステップＡにおける冷却Ｉ■ファン１２の回転
速度） 初　　　　　　　期　　　　　　　　　　　約　２１１
０（ｌｒｐａ＋４００時間経過後　　　　　　　　約３
０００ｒｐ■（第２のステップＢにおける冷却用ファン
１２の回転速度） 初期から４００詩間経過するまて約１５０＋１ｒｐｓ以
上のχ施例によれば、次のような作用効果が奏される。

（１）超高圧水銀灯の放射光か露光に利用されない期間
においては、超高圧水銀灯の消費電力が低レベルとなる
第２のステップにより超高圧水銀灯ｌを点灯するため、
超高圧水銀灯による電力の浪費を大幅に小ざくすること
ができ、シャッターの過熱損傷を防１ｈすることがてき
る。しかも超高圧水銀灯は第１のステップにおける高レ
ベルの消費電力と第２のステップにおける低レベルの消
費電力の平均値に応じて設計される大きさのものを用い
ることかでき、第１のステ・二りブでは超高圧水銀灯の
消費電力が高レベルとなるため、このとき必要な露光用
を得ることができる。従って゛を導体ウェハの露光をよ
り小型な超高圧水銀灯で行うことかてき、この結果露光
装置の占有容積が小さくなりクリーンフレームなとのメ
二ｌテナンスに必要なコス１〜か小さく、結局半導体デ
バイスの製造コストを大幅に減小することが０■能とな
る。

（２）冷却風１式の調整を冷却用ファンの回転速度を変
化さＶることにより行うため、冷却風！徒の：Ａ整可ｆ
Ｆ、幅か大きく、従って水銀灯の消費電力の大きな変化
に対しても冷却風８１」を容易に適応せしめることかて
き、しかもタンバーなどの開閉操作によって冷却風９の
調整を行う場合に生ｒる機械的な振動が発生しにくい。

従って半導体の露光に、・コ影響を７．えずに冷却ＨＬ
量の３Ｊ８！を行うことができる。

（３）冷却用ファンの回転速度は実質的に冷却用ファン
と組合せて用いられるファンモータの回転速度を制御す
ればよいので、簡単なファンモータｗＪＡ動回路を用い
ることにより冷却用ファンの回転速度を第１のステップ
と第２のステップの各々に対して高い精度で容易に追破
せしめることがてきる。

以上第１図に示した構成例に基いてこの発明による半導
体ウェハの露光方法について説明したが、この方法にお
いては、この実施例に限定されず、超高圧水銀灯ｌを点
灯するための点灯回路部３０の構成、露光用光学系２０
の構成、ファンモータ１３を駆動するためのファンモー
タ駆動回路部４０の構成については種々変更がｔｉｆ能
である。例えば、 （イ）冷却用ファン１２の回転速度の制御方式は、用い
るファンモータ１３の特性に応して適宜選択すればよく
、周波数による制御方式の他に例えばトライア・ツクや
トランス或いはｎ（変抵抗などによって電圧を変化させ
て回転速度を制御するようにしてもよい。

（ロ）ファンモータ駆動回路部４０の構成要素と点灯回
路部３０の構成要素とが一部共用されていてもよい。

また、この半導体つ℃ハの露光方法はステ・ｉ・プ露光
方式以外の露光方式を採用する場合にも適用することか
てきる。　′ ［発明の効果コ 以りの説明から明らかなように、この発明によれば、超
高圧水銀灯の放射光量の変動に応じて超高圧水銀灯の消
費電力を変化させると共に、消費電力の大きさに応した
冷却８Ｌ晴で超高圧水銀灯の冷却を行うことにより、Ｉ
ｔｆｌ高圧水銀灯の放射光量の変化を１１ｆｈ的に補正
することができ、消費電力の変化に応じて適正な冷却を
行うことが可能となるので、超高圧水銀灯の冷却不良を
防とでき、良好な露光を長時間にわたって行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による′ｒ−導体ウエつの露光方法
の一実施例を説明するための露光装置を示す図、第２図
は超高圧水銀灯の消費電力波形の一例を示す図、：ｊＳ
３図は姓導体つェへの被露光部の一部を示す説明図、第
４１−Ｗは高レベル時における超高圧水銀灯の消費電力
が経時的に徐々に増加する状５Ｓを示す図、第５図は超
高圧水銀灯の−・例を示す図、第６図はその要部を拡大
して丞す図である。 図中。 １：Ｍｉ高圧水銀灯　　２ニド導体ウェハ３：光検出器
　　　　１０：ランプハウス２０、光学系　　　　　３
０：点灯回路部４Ｄ：ファンモータ駆動回路部 代理人　弁理士　１）北　嵩　晴 第　２　図 第　３　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超高圧水銀灯を連続点灯した状態で超高圧水銀灯
   から放射される光により半導体ウェハを露光する方法で
   あって、超高圧水銀灯の放射光量の変動に応じて、この
   変動を補償するように超高圧水銀灯の消費電力を増減す
   ると共に、超高圧水銀灯の消費電力の大きさに応じた冷
   却風量で超高圧水銀灯の冷却を行うことを特徴とする半
   導体ウェハの露光方法。
2. （２）超高圧水銀灯の放射光量の変動を光検出器により
   検出し、この検出結果に応じて超高圧水銀灯の消費電力
   を増減することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の半導体ウェハの露光方法。