NL8501932A

NL8501932A - METHOD FOR EXPOSING A SEMICONDUCTOR PLATE BY MEANS OF A MERCURY VAPOR LAMP AND APPARATUS FOR CARRYING OUT THE METHOD

Info

Publication number: NL8501932A
Application number: NL8501932A
Authority: NL
Original assignee: Ushio Electric Inc
Priority date: 1984-07-07
Filing date: 1985-07-05
Publication date: 1986-02-03
Also published as: JPS6120322A; FR2567279A1; FR2567279B1; DE3510522A1; GB2161283B; GB8506122D0; GB2161283A

Description

II. 0. 33056 2 —II. 0.3306 2 -

Werkwijze voor 'net belichten van een halfgeleiderplak door middel van een kwikdamplamp en een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze;_ 5 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het belichten van een halfgeleiderplak door middel van een kwikdamplamp.Method for just exposing a semiconductor wafer by means of a mercury vapor lamp and an apparatus for carrying out the method The invention relates to a method for exposing a semiconductor wafer by means of a mercury vapor lamp.

Bij het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting, zoals een geïntegreerde schakeling, die op grote schaal, super grote schaal is geïntegreerd, of dergelijke, wordt een foto-fabricageproces uitgevoerd.In the manufacture of a semiconductor device, such as an integrated circuit, which is integrated on a large scale, super large scale, or the like, a photo-manufacturing process is performed.

10 Om bijvoorbeeld delen van een siliciumoxidefilm te verwijderen, die op een oppervlak van een substraat, bijvoorbeeld een siliciumplak is gevormd, wordt een foto-fabricageproces volgens een patroon, zoals een schakelingspatroon toegepast. Dit foto-fabricageproces omvat de stappen, dat een fotogevoelige film over de silciurnoxidefilm op het sili-15 ciumsubstraat wordt gevormd en de fotogevoelige film daarna wordt belicht met ultraviolette stralen via een fotomasker met een beeldpa-troon. Na belichting wordt de fotogevoelige laag ontwikkeld waarna de siliciumoxidefilm wordt onderworpen aan een etsbehandeling. Daarna wordt een schakeling-vormbehandeling, zoals diffusie, ionenimplantatie 20 of dergelijke van het siliciumsubstraat door de aldus geëtste siliciumoxidefilm uitgevoerd.For example, to remove parts of a silicon oxide film formed on a surface of a substrate, for example, a silicon wafer, a photo-fabrication process according to a pattern, such as a circuit pattern, is used. This photosensitive process comprises the steps of forming a photosensitive film over the silicon oxide film on the silicon substrate and then exposing the photosensitive film to ultraviolet rays through an image patterned photomask. After exposure, the photosensitive layer is developed, after which the silicon oxide film is subjected to an etching treatment. Thereafter, a circuit molding treatment, such as diffusion, ion implantation or the like, of the silicon substrate is performed through the thus etched silicon oxide film.

Een halfgeleiderplak is in het algemeen cirkel vormig, waarbij het oppervlak daarvan is verdeeld in zeer kleine vierkante delen die in rijen en kolonmen zijn gerangschikt. Deze zeer kleine delen zullen elk 25 daarna worden gesneden om chips te vormen die de respectieve halfgelei-derinrichtingen zullen zijn. Een halfgeleiderplak heeft in het algemeen een afmeting van 7,5 cm, 12,7 cm of 15,2 cm. De afmetingen van dergelijke halfgeleiderplakken hebben de neiging groter te worden gekoppeld aan voortgangen in de fabricagetechnologie daarvan.A semiconductor wafer is generally circular in shape, its surface divided into very small square sections arranged in rows and colonies. These very small parts will then each be cut to form chips which will be the respective semiconductor devices. A semiconductor wafer generally has a size of 7.5 cm, 12.7 cm or 15.2 cm. The dimensions of such semiconductor wafers tend to be more closely linked to advances in their manufacturing technology.

30 Een kwikdamplamp met een hoog uitgangsvermogen is onvermijdelijk om het gehele oppervlak van een halfgeleiderplak gelijktijdig te belichten, zodat alle zeer kleine delen direct worden bedrukt, welke individueel worden gevormd tot chips. De toepassing van een dergelijke kwikdamplamp met een hoog uitgangsvermogen gaat echter gepaard met de 35 problemen dat het belichtingsstelsel waarin de lamp is opgenomen, groot wordt en een zeer grote mate van techniek nodig is voor de belichtings-uniformiteit op het oppervlak van de halfgeleiderplak. Daarom is het zeer moeilijk om in de praktijk tegemoet te komen aan de tendens van het vergroten van halfgeleiderplakken.A high output mercury vapor lamp is inevitable to simultaneously illuminate the entire surface of a semiconductor wafer so that all very small areas are directly printed, which are individually formed into chips. However, the use of such a high output mercury vapor lamp is associated with the problems that the illumination system in which the lamp is incorporated becomes large and a very high degree of engineering is required for the illumination uniformity on the surface of the semiconductor wafer. Therefore, it is very difficult to meet the trend of increasing semiconductor wafer in practice.

40 Met het oog op het voorgaande is recentelijk voorgesteld om zeer ^ J o - b; O 2 I t 2 kleine delen die in rijen en kolommen op een halfgeleiderplak zijn gerangschikt, achtereenvolgens zodanig te belichten, dat patroonbeelden achtereenvolgens worden gedrukt op de respectieve kleine delen. Bij een dergelijke belichtingswerkwijze in stappen wordt een oppervlak dat 5 equivalent is aan slechts een van de zeer kleine delen, in elke belich-tingsbewerking belicht. Hierdoor kan bij de stapsgewijze belichtingsme-thoden een kwiklamp met een laag uitgangsvermogen worden gebruikt, waardoor de wezenlijke voordelen worden bereikt, dat een belichtings-stelsel kwa afmeting zou kunnen worden verkleind en de belichting op 10 eenvoudige wijze uniform kan worden gemaakt op het oppervlak van elke halfgeleiderplak, omdat het belichtingsoppervlak klein is. Als gevolg daarvan kan een patroon met een grote mate van nauwkeurigheid worden gedrukt.40 In view of the foregoing, it has recently been proposed that very ^ J o - b; O 2 I t 2 to successively expose small parts arranged in rows and columns on a semiconductor wafer such that pattern images are successively printed on the respective small parts. In such a step-by-step exposure method, an area equivalent to only one of the very small parts is exposed in each exposure operation. This allows a low output mercury lamp to be used in the stepwise exposure methods, thereby achieving the essential advantages that an exposure system could be reduced in size and the exposure simply uniformized on the surface of the any semiconductor wafer, because the exposure area is small. As a result, a pattern can be printed with a high degree of accuracy.

Een kwikdamplamp kan echter niet herhaaldelijk in een korte cyclus 15 worden in-uitgeschakeld, omdat in de uitgeschakelde toestand van de lamp de ingesloten kwikdamp een condensatie ondergaat. Het is daarom voordelig om een kwikdamplamp herhaaldelijk te ontsteken beurtelings bij een laag niveau van vermogensverbruik en bij een hoog niveau van vermogensverbruik, terwijl de kwikdamplamp in een continue ontstoken 20 toestand wordt gehandhaafd, waarbij een zeer klein deel van een halfgeleiderplak dat een belichtingspositie heeft ingenomen, wordt belicht met licht uit de kwikdamplamp wanneer deze op het hoge niveau van ver-mogensgebruik is ingeschakeld en waarbij wanneer de kwikdamplamp op het lage niveau van vermogensverbruik is ingeschakeld, de halfgeleiderplak 25 stapsgewijze wordt verschoven, zodat een ander zeer klein deel van de halfgeleiderplak, dat aan de volgende belichting moet worden onderworpen, de belichtingspositie kan innemen, terwijl het licht uit de kwikdamplamp door middel van een sluiter wordt geblokkeerd. Op de bovengenoemde wijze kan een vereist niveau van lichthoeveelheid op het hoge 30 niveau van vermogensverbruik worden bereikt en tegelijkertijd wordt de kwikdamplamp in zijn ontstoken toestand op het lage niveau van vermogensverbruik gehouden, terwijl een verspilling van elektrisch vermogen wordt vermeden.However, a mercury vapor lamp cannot be repeatedly turned off in a short cycle, because in the turned-off state of the lamp the trapped mercury vapor undergoes condensation. It is therefore advantageous to repeatedly ignite a mercury vapor lamp alternately at a low level of power consumption and at a high level of power consumption, while the mercury vapor lamp is maintained in a continuously ignited state, with a very small portion of a semiconductor wafer occupying an exposure position , is exposed with light from the mercury vapor lamp when it is turned on at the high power consumption level and where when the mercury vapor lamp is turned on at the low power consumption level, the semiconductor wafer 25 is shifted stepwise, so that another very small part of the semiconductor wafer , which is to be subjected to the following exposure, can assume the exposure position, while the light from the mercury vapor lamp is blocked by a shutter. In the above manner, a required level of light quantity at the high level of power consumption can be achieved and at the same time, the mercury vapor lamp in its ignited state is kept at the low level of power consumption, while avoiding a waste of electric power.

Bij een dergelijke stapsgewijze belichtingswerkwijze wordt het 35 licht uit de kwikdamplamp niet gebruikt terwijl de sluiter gesloten is, hetgeen nadelen tot gevolg heeft, dat een grote hoeveelheid elektriciteit nog wordt verspild en de sluiter onderhevig is aan aanzienlijke beschadigingen als gevolg van het blootstellen daarvan aan het licht met hoge energie. De sluiter moet snel werken omdat indien het openen 40 of sluiten daarvan langzaam verloopt, een niet-uniforme belichting van Λ 4 Λ ~r Λ jf yj J - V ώ* i « 3 een halfgeleiderplak als gevolg van het langzaam openen of sluiten van de sluiter een probleem wordt. Teneinde aan deze eisen te voldoen, is het onvermijdelijk dat de sluiter een licht gewicht heeft. Echter zal een sluiter met een licht gewicht beslist resulteren in een slechte 5 warmtebestendigheid. Als gevolg daarvan heeft een sluiter met een licht gewicht de neiging te deformeren als gevolg van warmte die wordt opgewekt terwijl het licht wordt afgeschermd, waardoor een foutief functioneren ontstaat, hetgeen het vloeiend openen en sluiten nadelig beïnvloed.In such a stepwise exposure method, the light from the mercury vapor lamp is not used while the shutter is closed, which has the drawbacks that a large amount of electricity is still wasted and the shutter is subject to significant damage from exposure to it. high energy light. The shutter must operate quickly because if the opening 40 or closing is slow, a non-uniform exposure of Λ 4 Λ ~ r Λ jf yj J - V ώ * i «3 a semiconductor wafer due to the slow opening or closing of the shutter becomes a problem. In order to meet these requirements, it is inevitable that the shutter has a light weight. However, a lightweight shutter will definitely result in poor heat resistance. As a result, a light weight shutter tends to deform due to heat generated while shielding the light, causing malfunction which adversely affects smooth opening and closing.

10 In verband met het voorgaande kan gedurende elke gesloten periode van de sluiter, de kwikdamplamp worden bedreven met een vermogensver-hruik dat kleiner is dan het vermogensverbruik daarvan gedurende de belichtingstijd, d.w.z. terwijl de sluiter open wordt gehouden.In connection with the foregoing, during any closed period of the shutter, the mercury vapor lamp can be operated with a power consumption less than its power consumption during the exposure time, i.e., while the shutter is held open.

Gevonden is echter dat een dergelijke belichtingswerkwijze een an-15 der probleem met zich meebrengt. Wanneer namelijk het vermogensverbruik van een kwikdamplamp in een kort tijdsinterval wordt gevariëerd, waarbij de kwikdamplamp continu is ingeschakeld om de belichting van halfgelefderplakken bij een hoge snelheid uit te voeren, neemt de hoeveelheid licht die door de kwikdamplamp wordt uitgestraald, met kleine 20 stappen af gedurende de ontstoken tijdsperiode van de kwikdamplamp om redenen, zoals slijtage van de elektroden daarvan en de verminderde transmitantie als gevolg van neerslag van het verstoven materiaal van de elektrode op de wand van het omhulsel. Als gevolg daarvan is het ónmogelijk om een uniforme belichting over een lange tijdsperiode te be-25 reiken en dus halfgeleiderinrichtingen met een uniforme prestatie te fabriceren.However, it has been found that such an exposure method poses another problem. Namely, when the power consumption of a mercury vapor lamp is varied in a short time interval, with the mercury vapor lamp being continuously turned on to perform the exposure of semiconductor wafers at a high speed, the amount of light emitted by the mercury vapor lamp decreases by 20 steps during the ignited time period of the mercury vapor lamp for reasons such as wear of the electrodes thereof and the reduced transmitance due to deposition of the atomized material of the electrode on the wall of the envelope. As a result, it is impossible to achieve uniform illumination over a long period of time and thus manufacture semiconductor devices of uniform performance.

Met het oog op het voorgaande heeft de uitvinding ten doel te voorzien in een werkwijze voor het belichten van een halfgeleiderplak door middel van een kwikdamplamp, die goedkoop is en waarbij de gra-30 duele afname van de hoeveelheid licht die door de kwikdamplamp wordt uitgestraald, zo klein mogelijk is en waarbij ook de belichting die herhaaldelijk in een kort tijdsinterval wordt uitgevoerd, over een lange tijdsperiode stabiel kan worden uitgevoerd.In view of the foregoing, the object of the invention is to provide a method for exposing a semiconductor wafer by means of a mercury vapor lamp, which is inexpensive and wherein the gradual decrease in the amount of light emitted by the mercury vapor lamp, is as small as possible and where the exposure that is repeatedly performed in a short time interval can be stably performed over a long period of time.

Volgens een aspect van de uitvinding is voorzien in een werkwijze 35 voor het achtereenvolgens door een patroonmasker belichten van kleine delen van een halfgeleiderplak met licht dat door een kwikdamplamp in stappen van hoog niveau wordt uitgestraald, gedurende elk waarvan het vermogensverbruik van de kwikdamplamp op een hoog niveau ligt, doordat de kwikdamplamp continu wordt ingeschakeld, waarbij herhaaldelijk elk 40 van de stappen van hoog niveau wordt afgewisseld met een stap van laag *«' w ** * * >> J Λ & \J ΑΛ t t- 4 niveau, gedurende welke het vermogensverbruik van de kwikdamp!amp op een laag niveau ligt, waarbij de stap van hoog niveau wordt herhaald terwijl het vermogensverbruik van de kwikdamplamp gradueel wordt verhoogd gedurende het verloop van de inschakel tijd van de kwikdamplamp, 5 zodat de graduele vermindering van de hoeveelheid licht die door de kwikdamplamp moet worden uitgezonden, wordt gecompenseerd.According to an aspect of the invention, there is provided a method 35 for sequentially exposing, through a cartridge mask, small portions of a semiconductor wafer with light emitted by high-level steps of a mercury vapor lamp, each of which has a high consumption power consumption of the mercury-vapor lamp. level, because the mercury vapor lamp is turned on continuously, repeatedly alternating 40 of the high-level steps with a low * «'w ** * * >> >> J Λ & \ J ΑΛ t t-4 level, repeatedly which is a low level power consumption of the mercury vapor amp, repeating the high level step while gradually increasing the power consumption of the mercury vapor lamp over the course of the turn-on time of the mercury vapor lamp, so that the gradual reduction in the amount of light to be emitted from the mercury vapor lamp is compensated.

Volgens de belichtingswerkwijze van deze uitvinding wordt de kwikdamplamp op een laag niveau van vermogensverbruik ingeschakeld, terwijl het door de kwikdamplamp uitgestraalde licht niet wordt gebruikt voor 10 belichting. Het is dus mogelijk om in belangrijke mate de verspilde elektriciteit door de kwikdamplamp te verminderen en tegelijkertijd moge! ijke beschadigingen aan de sluiter als gevolg van oververhitting te vermijden.According to the exposure method of the present invention, the mercury vapor lamp is turned on at a low level of power consumption, while the light emitted from the mercury vapor lamp is not used for illumination. It is thus possible to significantly reduce the wasted electricity by the mercury vapor lamp and at the same time! avoid serious damage to the shutter due to overheating.

De uitvinding zal hierna nader worden toegeiicht aan de hand van 15 de tekeningen. In de tekeningen tonen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. In the drawings show:

Fig. 1 een vereenvoudigde schematische illustratie van een uitvoeringsvorm van een belichtingsstelsel;Fig. 1 is a simplified schematic illustration of an embodiment of an illumination system;

Fig. 2 een grafische voorstelling die een voorbeeld van de golf-vorm van het vermogensverbruik van een kwikdamplamp toont, welke golf-20 vorm varieert als gevolg de herhaling van een stap van hoog niveau en een stap van laag niveau;Fig. 2 is a graphic showing an example of the waveform of the power consumption of a mercury vapor lamp, which waveform varies due to the repetition of a high level step and a low level step;

Fig. 3 een aanzicht van een gedeelte van een halfgeleiderplak, waarbij enkele te belichten delen zijn geïllustreerd.Fig. 3 is a view of a portion of a semiconductor wafer, illustrating some parts to be exposed.

Fig. 4 een grafiek die de wijze 'toont waarop het vermogensverbruik 25 van de kwikdamplamp gradueel wordt verhoogd in de stappen van het hoog niveau van energieverbruik gedurende de inschakel tijd van de kwikdamp-1 amp;Fig. 4 is a graph showing the manner in which the power consumption of the mercury vapor lamp is gradually increased in the steps of the high level of energy consumption during the turn-on time of the mercury vapor-1 amp;

Fig. 5 een schematische illustraie van een voorbeeld van een kwikdamplamp; en 30 Fig. 6 een schematische illustratie van een gedeelte van de in fig. 5 getoonde kwikdamplamp op grote schaal.Fig. 5 is a schematic illustration of an example of a mercury vapor lamp; and FIG. 6 is a schematic illustration of a large-scale portion of the mercury vapor lamp shown in FIG.

Voor het drukken van een patroon door middel van ultraviolette stralen op de hierboven besproken wijze wordt een belichtingsstelsel toegepast met een optisch licht- focuserend en projectiestelsel dat als 35 voorbeeld in fig. 1 is getoond. In fig. 1 is met het verwijzingsnum-mer 1 een kwikdamplamp met een korte boog aangegeven, die de belich-tingslichtbron is. Deze kwikdamplamp 1 is in een zodanige positie geïnstalleerd, dat de boog daarvan zich bevindt in het brandpunt van een licht-focuserende spiegel 5. Het licht L dat door de kwikdamplamp 1 40 wordt afgegeven, wordt door de licht-focuserende spiegel 5 gefocuseerdTo print a pattern by ultraviolet rays in the manner discussed above, an illumination system with an optical light focusing and projection system shown in Fig. 1 is used. In Fig. 1, reference numeral 1 designates a short arc mercury vapor lamp which is the illumination light source. This mercury vapor lamp 1 is installed in such a position that its arc is in the focus of a light-focusing mirror 5. The light L emitted by the mercury-vapor lamp 140 is focused by the light-focusing mirror 5

: J. J i if <ü L: J. J i if <ü L

4 * 5 en daarna op een fotomasker 11 geprojecteerd, dat een schakelingspa-troon bevat, door middel van een eerste vlakke spiegel 6, een integrator 8, een tweede vlakke spiegel 7 een een condensorlens 10. Het licht dat door het fotomasker 11 wordt doorgelaten wordt via een verklei-5 ningslens 12 op een halfgeleiderplak 2 geprojecteerd, die op een (niet getoond) opneemorgaan op zijn plaats wordt ondersteund en dat is voorzien van een fotogevoelige film vervaardigd uit een hars dat gevoelig is voor ultraviolette stralen en die op het bovenvlak van de halfgeleiderplak 2 is gevormd, waardoor op de halfgeleiderplak 2 een schake-10 lingspatroon wordt gedrukt, dat overeenkomt met het fotomasker 11 maar in afmeting is verkleind met een verkleiningsfactor van 1/10-1/5. Met het verwijzingsnummer 4 is een sluiter aangegeven, terwijl het nummer 9 een filter aangeeft.4 * 5 and then projected onto a photomask 11, which contains a circuit pattern, by means of a first flat mirror 6, an integrator 8, a second flat mirror 7 and a condenser lens 10. The light transmitted through the photomask 11 is projected through a reduction lens 12 onto a semiconductor wafer 2 which is supported in place on a receptacle (not shown) and which is provided with a photosensitive film made of a resin which is sensitive to ultraviolet rays and which is on the top surface of the semiconductor wafer 2, thereby printing on the semiconductor wafer 2 a circuit pattern corresponding to the photomask 11 but reduced in size by a reduction factor of 1 / 10-1 / 5. Reference numeral 4 designates a shutter, while numeral 9 designates a filter.

Volgens de uitvinding wordt de halfgeleiderplak op de volgende 15 wijze belicht. Bij het in fig. 1 getoonde stelsel wordt continu elektrische energie toegevoerd aan een kwikdamp!amp 1 die is ingebouwd in een 1icht-focuserende spiegel 5, zodat de kwikdamp!amp 1 continu is ingeschakeld. Terwijl de ingeschakelde toestand wordt gehandhaafd wordt de elektrische energie die aan de kwikdamplamp 1 wordt toegevoerd, 20 daarna bestuurd door een besturingsschakeling 3, zodat het elektrische vermogen de basisgolfvorm aanneemt die bij wijze van voorbeeld in ffg. 2 is gefllustreerd. Het niveau van vermogensverbruik van de kwikdamplamp 1 wordt periodiek afgewisseld en herhaald tussen een hoog niveau, namelijk stap A gedurende welke het vermogensverbruik van de 25 kwikdamplamp 1 een niveau heeft dat ongeveer 1,3-2,5 maal het nominale vermogensverbruik van de kwikdamplamp 1 is en een laag niveau, namelijk de stap B gedurende welke het vermogensverbruik van de kwikdamplamp 1 een laag niveau heeft dat gelijk is aan of ligt nabij het nominale vermogensverbruik. In de stap A van het hoge niveau van vermogensverbruik 30 worden sluiter 4 geopend en daarna gesloten, teneinde met het door kwikdamplamp 1 uitgestraalde licht een klein deel van een halfgeleiderplak 2 door een fotomasker 11 heen te belichten gedurende een constante tijdsperiode, welk klein deel in een belichtingspositie is geplaatst.According to the invention, the semiconductor wafer is exposed in the following manner. In the system shown in Fig. 1, electrical energy is continuously supplied to a mercury vapor amp 1 built into a light-focusing mirror 5 so that the mercury vapor amp 1 is turned on continuously. While the switched-on state is maintained, the electrical energy supplied to the mercury vapor lamp 1 is then controlled by a control circuit 3, so that the electrical power assumes the basic waveform shown in ffg, for example. 2 is illustrated. The power consumption level of the mercury vapor lamp 1 is periodically alternated and repeated between a high level, namely step A, during which the power consumption of the mercury vapor lamp 1 has a level approximately 1.3-2.5 times the nominal power consumption of the mercury vapor lamp 1 is a low level, namely the step B during which the power consumption of the mercury vapor lamp 1 has a low level equal to or close to the nominal power consumption. In the step A of the high level of power consumption 30, shutter 4 is opened and then closed, so as to expose a small part of a semiconductor wafer 2 through a photomask 11 for a constant period of time, with the light emitted by mercury vapor lamp 1, which small part in an exposure position is placed.

De mate van belichting kan op een voorgeschreven gewenst niveau op 35 het belichte oppervlak van de halfgeleiderplak 2 worden bestuurd door het op geschikte wijze instellen van de openingstijd van de sluiter 4.The degree of exposure can be controlled at a prescribed desired level on the exposed surface of the semiconductor wafer 2 by appropriately setting the opening time of the shutter 4.

Met andere woorden kan de mate van belichting worden bestuurd door het houden van de sluiter 4 in zijn geopende stand, terwijl de kwikdamplamp 1 in de stap A is ingeschakeld, waarbij het vermogensverbruik van de 40 kwikdamplamp 1 op een hoog niveau ligt. Daarna, na het sluiten van deIn other words, the degree of exposure can be controlled by keeping the shutter 4 in its open position while the mercury vapor lamp 1 is turned on in step A, the power consumption of the mercury vapor lamp 1 being at a high level. Then, after closing the

<3 S !) * Q 7 O<3 S!) * Q 7 O

» · 6 sluiter 4 is de kwikdamp!amp 1 ingeschakeld in de stap B, waarbij het vermogensverbruik op een laag niveau licht. Gedurende de stap B wordt de sluiter gesloten gehouden.6 shutter 4, the mercury vapor! Amp 1 is turned on in step B, keeping the power consumption at a low level. During the step B, the shutter is kept closed.

De herhaalde afwisseling van stap A van het hoge niveau en stap B 5 van het lage niveau wordt uitgevoerd synchroon met de wijze van de stapsgewijze verschuiving van de halfgeleiderplak 2. Zoals in fig. 3 is getoond is de halfgeleiderplak 2 verdeeld in een aantal zeer kleine delen P die in rijen en kolommen zijn gerangschikt. Deze delen P worden daarna achtereenvolgens en stapsgewijze verschoven naar de belichti 10 positie in het belichtingsstelsel, waar deze achtereenvolgens en na elkaar worden belicht terwijl deze gedurende een korte tijd worden stilgezet. Een belichtingsbewerking is uitgevoerd na het openen en sluiten van de sluiter 4 gedurende de inschakel tijd van de kwikdamp!amp 1 in de stap A, waardoor een patroon op een van de kleine delen P van de half-15 geleiderplak 2 wordt gedrukt. De plak 2 wordt stapsgewijze verschoven, terwijl de sluiter gesloten is, zodat een ander klein deel P dat vervolgens moet worden belicht, de belichtingspositie bereikt. Daarna wordt de belichting op dezelfde wijze herhaald, teneinde de belichting van alle delen P van de halfgeleiderplak te voltooien.The repeated alternation of step A of the high level and step B5 of the low level is performed in synchronism with the stepwise shifting of the semiconductor wafer 2. As shown in Fig. 3, the semiconductor wafer 2 is divided into a number of very small parts P arranged in rows and columns. These parts P are then shifted successively and stepwise to the exposure position in the illumination system, where they are sequentially and sequentially exposed while being stopped for a short time. An exposure operation is performed after opening and closing the shutter 4 during the turn-on time of the mercury vapor amp 1 in step A, whereby a pattern is pressed onto one of the small parts P of the semiconductor wafer 2. The wafer 2 is shifted stepwise while the shutter is closed so that another small portion P to be subsequently exposed reaches the exposure position. Thereafter, the exposure is repeated in the same manner to complete the exposure of all parts P of the semiconductor wafer.

20 Op de bovengenoemde wijze wordt de kwikdamp!amp 1 ingeschakeld, terwijl continu en herhaaldelijk de stap A van het hoge niveau van vermogensverbruik en de stap B van het lage niveau van vermogensverbruik worden afgewisseld. Het openen en sluiten van de sluiter 4 en het stapsgewijze verschuiven van de halfgeleiderplak 2 worden in verband 25 met de stap A en de stap B bestuurd. De tijdsperiode Ta van elke stap A van het hoge niveau van vermogensverbuik kan bijvoorbeeld constant worden ingesteld in het gebied van 100 msec, tot 1000 msec., terwijl de tijdsperioden Tb van de stappen B van het lage niveau van vermogensverbruik hetzelfde of afwijkend kan zijn en bijvoorbeeld van 100 msec, tot 30 1000 msec, kan bedragen. Teneinde de graduele vermindering van de hoeveelheid licht te compenseren, die gedurende de tijdsduur van de stappen A moet worden uitgestraald, wordt de stap A herhaald terwijl het vermogensverbruik in kleine stappen gedurende de tijdsduur wordt verhoogd. De belichting van de halfgeleiderplak wordt op bovenbeschreven 35 wijze uitgevoerd.In the above manner, the mercury vapor amp 1 is turned on, while step A of the high power consumption level and step B of the low power consumption step alternate continuously. The opening and closing of the shutter 4 and the stepwise shifting of the semiconductor wafer 2 are controlled in connection with step A and step B. For example, the time period Ta of each step A of the high power consumption level can be set constantly in the range of 100 msec, up to 1000 msec, while the time periods Tb of the steps B of the low power consumption level may be the same or different and for example, from 100 msec, to 1000 msec. In order to compensate for the gradual reduction in the amount of light to be emitted over the duration of steps A, step A is repeated while increasing the power consumption in small steps over the period of time. The exposure of the semiconductor wafer is performed in the manner described above.

Opgemerkt wordt dat de wijze van graduele toename van het vermogensverbruik in de stappen A van het hoge niveau van vermogensverbuik niet noodzakelijkerwijze is begrensd tot elke bepaalde uitvoeringsvorm. Het niveau van vermogensverbruik kan variëren afhankelijk van de in-40 herente karakteristieken van elke toe te passen kwikdamplamp. In het a ? Λ * fl ? Λ vis» s*jr w i-.i 7 bijzonder gesproken wordt een vermogenscurve, die gedurende de tijdsduur toeneemt om de graduele vermindering van de hoeveelheid licht die gedurende de tijdsduur moet worden uitgestraald te compenseren, toegepast op basis van ervaringen voor de stappen A. Het is mogelijk om 5 overeenkomstig de aldus verkregen vermogenscurve middelen te gebruiken voor het besturen van het vermogensverbruik van de kwikdamplamp in de stappen A. Volgens een uitvoeringsvorm kunnen ook middelen worden toegepast voor het meten van de naar de halfgeleiderplak uitgestraalde hoeveelheid licht door middel van een fotosensor, waarbij het vermo-10 gensverbruik van de kwikdamp!amp in elke stap A door middel van een be-sturingsschakeling 3 wordt bestuurd volgens de mate van vermindering van de lichthoeveelheid ten opzichte van de aanvankelijke üchthoeveel-heid. In sommige specifieke uitvoeringsvormen van deze uitvinding kan de tijdafhankelijke variatie van het vermogensverbruik in de stappen A, 15 macroscopisch gezien, de vorm aannemen van een lineaire variatie die bijvoorbeeld in fig. 4 is getoond.It should be noted that the manner of gradual increase in power consumption in steps A of the high power consumption level is not necessarily limited to any particular embodiment. The power consumption level may vary depending on the in-40 characteristic characteristics of each mercury vapor lamp to be used. In the a? Λ * fl? Λ vis »s * yr w i-.i 7 in particular, a power curve, which increases over time to compensate for the gradual decrease in the amount of light to be emitted over time, is applied based on experiences for steps A It is possible to use means according to the thus obtained power curve means for controlling the power consumption of the mercury vapor lamp in steps A. According to one embodiment, means can also be used for measuring the amount of light emitted to the semiconductor wafer by means of a photosensor, wherein the power consumption of the mercury vapor amp in each step A is controlled by a control circuit 3 according to the degree of reduction of the light amount from the initial air amount. In some specific embodiments of this invention, the time-dependent variation of power consumption in steps A, 15 macroscopically, may take the form of a linear variation shown, for example, in Fig. 4.

Het is niet noodzakelijk om het vermogensverbruik in elk van de stappen B van het Tage niveau van vermogensverbuik te wijzigen, indien het vermogensverbuik een niveau heeft dat gelijk is aan of ligt nabij 20 het nominale vermogensverbuik van de kwikdamplamp.It is not necessary to change the power consumption in each of steps B of the Tage level of power consumption, if the power consumption has a level equal to or near the nominal power consumption of the mercury vapor lamp.

In de praktijk is het bij de werkwijze volgens deze uitvinding mogelijk om als besturfngsschakeling 3 voor het inschakelen van de kwikdamplamp 1, een schakeling toe te passen die bekend staat als middel voor het uitvoeren van een dergelijke vermogensbesturing of een ten de-25 le gewijzigde vorm daarvan.In practice, in the method according to the present invention, it is possible to use as a control circuit 3 for switching on the mercury vapor lamp 1, a circuit known as a means for carrying out such a power control or in a partly modified form thereof.

Fig. 5 illustreert schematisch een uitvoeringsvorm van een kwikdamplamp 1 met een korte boog die als een belichtingslichtbron kan worden opgenomen in een belichtingsstelsel dat als uitvoeringsvorm van deze uitvinding bruikbaar is. In fig. 5 is met het verwijzingsnummer 101 30 een omhulsel uit siliciumdioxideglas aangegeven, dat aan beide einddelen is voorzien van bases 102A resp. 102B. Met de verwijzingsnummers 103 en 104 zijn respectievelijk een anode-ondersteuningsstaaf en een kathode-ondersteuningsstaaf aangegeven. Een annode 105 is op de punt van de annode-opndersteunngsstaaf 103 gemonteerd, terwijl een kathode 35 106 vast is bevestigd op de punt van de kathode-ondersteuningsstaaf 104. Deze annode 105 en kathode 106 zijn tegenover elkaar en in het midden van de inwendige ruimte van het omhulsel 101 aangebracht. Zoals op vergrote schaal in fig. 6 is geïllustreerd is de annode 105 gevormd uit een basisdeel 51 dat kolomvormig is met een grote diameter en 40 een afgeknot-kegelvormig puntgedeelte 53 dat zich naar voren en zich in 85 0 1 3 c 2 * 8 binnenwaartse richting van het basisdeel 51 af uitstrekt en dat eidigt in een vlak topoppervlak 52. De kathode 106 is gevormd uit een basisdeel 61 en een conusvormig puntdeel 62.Fig. 5 schematically illustrates an embodiment of a short arc mercury vapor lamp 1 which may be included as an illumination light source in an illumination system useful as an embodiment of this invention. In Fig. 5, reference numeral 101 30 denotes a silica glass envelope which is provided with bases 102A and 2A at both end portions, respectively. 102B. Reference numerals 103 and 104 denote an anode support rod and a cathode support rod, respectively. An anode 105 is mounted on the tip of the annode support rod 103, while a cathode 35 106 is fixedly mounted on the tip of the cathode support rod 104. This anode 105 and cathode 106 are opposite each other and in the center of the interior space of the casing 101. As illustrated on an enlarged scale in Fig. 6, the annode 105 is formed of a base portion 51 which is columnar with a large diameter and 40 has a frusto-conical tip portion 53 which extends inwardly and extends inwardly. direction from the base portion 51 and this results in a flat top surface 52. The cathode 106 is formed from a base portion 61 and a conical tip portion 62.

Een illustratieve specificatie van een dergelijke kwikdamplamp 1 5 met een korte boog is als volgt:An illustrative specification of such a short arc mercury vapor lamp 15 is as follows:

Nominaal vermogensverbruik 500 watt (50 volt, 10 ampere)Nominal power consumption 500 watts (50 volts, 10 amps)

Anode 105: buitendiameter Dj van het basisdeel 51 4,0 mm 10 diameter D2 van het topoppervlak 52 2,0 mm openingshoek van het puntdeel 53 90°Anode 105: outer diameter Dj of the base part 51 4.0 mm 10 diameter D2 of the top surface 52 2.0 mm opening angle of the tip part 53 90 °

Kathode 106: buitendiameter D3 van het basisdeel 61 2,0 mm 15 interelektrodeafstand 3,0 mm druk in het omhulsel terwijl de lamp is ingeschakeld ongeveer 13 atmosfeer.Cathode 106: outer diameter D3 of the base part 61 2.0 mm 15 inter-electrode distance 3.0 mm pressure in the envelope while the lamp is turned on about 13 atmospheres.

Onder toepassing van een belichtingsstelsel voor een halfgeleider-20 plak, dat is uitgerust met een kwikdamplamp van de bovengenoemde constructie die als belichtingslichtbron is ingebouwd, werd een belichting op een silicium-halfgeleiderplak uitgevoerd volgens de stapsgewijze belicht! ngswerkwijze, waarbij het inschakelen van de kwikdamplamp werd bestuurd onder de volgende voorwaarden.Using a semiconductor-20 wafer illumination system equipped with a mercury vapor lamp of the above construction which is incorporated as an illumination light source, an illumination on a silicon semiconductor wafer was performed according to the stepwise illumination! method, wherein the switching on of the mercury vapor lamp was controlled under the following conditions.

2525

Stap AStep A

Tijdinterval Ta : 400 msec.Time interval Ta: 400 msec.

Vermogensverbruik: Stijgend volgens een in hoofdzaak lineair patroon, beginnende bij 750 watt en na een tijds-30 verloop van 600 uren eindigend bij 1 kilowatt.Power consumption: Rising in a substantially linear pattern, starting at 750 watts and after 600 hours ending at 1 kilowatt.

Stap BStep B

Tijdsinterval Tb : 400 msec.Time interval Tb: 400 msec.

Vermogensverbruik: constant gehouden op 500 watt.Power consumption: kept constant at 500 watts.

3535

Onder de bovengenoemde voorwaarden was het mogelijk om dezelfde belichtingsresultaten als de beginbelichtingsresultaten te bereiken zelfs na een tijdsverloop van 600 uren.Under the above conditions, it was possible to achieve the same exposure results as the initial exposure results even after a time lapse of 600 hours.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft de volgende voordelige 40 effecten: 33 ϋ i J3 t 9 (1) De kwikdamplamp wordt ingeschakeld bij een laag niveau van vermogensverbruik, terwijl het door de kwikdamplamp uitgestraalde licht niet voor belichting wordt gebruikt. Het is dus mogelijk om in aanzienlijke mate de door de kwikdamplamp verspilde elektriciteit te verminde- 5 ren en tegelijkertijd mogelijke schade aan de sluiter als gevolg van oververhitting daarvan te vermijden. Bij een bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm kan de kwikdamplamp op het nominale niveau van vermo-gensverbruik worden ingeschakeld in de stappen van het lage niveau van vermogensverbruik en vermogensverbruik daarvan wordt vergroot in de 10 stappen van het hoge niveau van vermogensverbruik. Aldus kan de mate van belichting naar behoefte of wens worden ingesteld. Daarom kan de belichting van halfgeleiderplakken op geschikte wijze worden uitgevoerd door middel van een kleine kwikdamplamp. Als gevolg daarvan vereist het belichtingsstelsel niet te veel ruimte voor de installatie daarvan, 15 waardoor het mogelijk wordt om de kosten te verlagen, die nodig zijn voor het handhaven van een zuivere kamer of dergelijke waarin het be-1ichtingsstelsel is geïnstalleerd en daarom de fabricagekosten van de halfgeleiderinrichtingen aanzienlijk te verlagen.The method according to the invention has the following advantageous effects: 33 ϋ i J3 t 9 (1) The mercury vapor lamp is switched on at a low level of power consumption, while the light emitted by the mercury vapor lamp is not used for illumination. Thus, it is possible to significantly reduce the electricity wasted by the mercury vapor lamp and at the same time avoid potential damage to the shutter due to its overheating. In a preferred embodiment, the mercury vapor lamp can be turned on at the nominal level of power consumption in the steps of the low level of power consumption and power consumption thereof is increased in the steps of the high level of power consumption. Thus, the degree of exposure can be adjusted as required or desired. Therefore, the exposure of semiconductor wafers can be conveniently performed by means of a small mercury vapor lamp. As a result, the illumination system does not require too much space for its installation, making it possible to reduce the costs required to maintain a clean room or the like in which the illumination system is installed and therefore the manufacturing costs of significantly lower the semiconductor devices.

(2) De stappen van het hoge niveau van vermogensverbruik worden 20 herhaald, terwijl het vermogensverbruik van de kwikdamplamp in kleine stappen wordt verhoogd gedurende de inschakel tijd van de kwikdamplamp. De belichting van de halfgeleiderplak wordt uitgevoerd in de stappen van een hoog niveau van vermogensverbruik. Zelfs wanneer de lichttrans-mittantie van het omhulsel van de kwikdamplamp wordt verminderd als ge-25 volg van slijtage van de elektroden daarvan en neerslag van het elek-trodemateriaal op het omhulsel, kan de verminderde hoeveelheid uitgestraalde licht worden gecompenseerd door de verhoging van het vermogensverbruik. Het is daarom mogelijk om de hoeveelheid van het door de kwikdamplamp uitgestraalde licht zelfs in latere stadia van de stappen 30 van het hoge niveau van vermogensverbruik nog op hetzelfde niveau als het beginniveau van de lichthoeveelheid te houden. Als gevolg daarvan kunnen halfgeleiderplakken worden belicht met een stabiele hoogte van het niveau van het uitgestraalde licht gedurende een lange tijdsperiode.(2) The steps of the high level of power consumption are repeated, while the power consumption of the mercury vapor lamp is increased in small steps during the turn-on time of the mercury lamp. The exposure of the semiconductor wafer is performed in the steps of a high level of power consumption. Even if the light transmittance of the mercury vapor lamp envelope is reduced due to wear of the electrodes thereof and deposition of the electrode material on the envelope, the reduced amount of emitted light can be compensated by the increase in power consumption . It is therefore possible to keep the amount of light emitted by the mercury vapor lamp at the same level as the initial level of the light amount even at later stages of the high power consumption steps. As a result, semiconductor wafers can be exposed with a stable height of the level of the emitted light for a long period of time.

35 (3) De besturing van de mate van belichting wordt uitgevoerd door middel van een sluiter. Aangezien de tijdafhankelijke vermindering van de hoeveelheid licht dat door de kwikdamplamp moet worden uitgestraald, op bovenbeschreven wijze wordt gecompenseerd door het verhogen van het vermogensverbruik van de kwikdamplamp gedurende de inschakel tijd in de 40 stappen A van het hoge niveau van vermogensverbruik, kan de besturing : j o £ 10 van het openen en sluiten van de sluiter, constant worden gehouden. Daarom is het niet nodig om een ingewikkelde besturing toe te passen, zoals het wijzigen van de openingstijd van de sluiter in een zeer korte tijdsperiode. De belichting kan dus met een hoge snelheid en ook sta-5 biel worden herhaald.35 (3) The exposure degree control is performed by a shutter. Since the time-dependent reduction in the amount of light to be emitted by the mercury vapor lamp is compensated in the manner described above by increasing the power consumption of the mercury vapor lamp during the turn-on time in the 40 steps A of the high level of power consumption, the control can: jo £ 10 of the opening and closing of the shutter are kept constant. Therefore, it is not necessary to apply complicated controls such as changing the shutter opening time in a very short period of time. Thus, the exposure can be repeated at a high speed and also stable.

Het is duidelijk dat binnen het kader van de uitvinding diverse varianten mogelijk zijn· f.;* ΰ Λ .It is clear that within the scope of the invention various variants are possible · f.; * Ϋ́ Λ.

'*!· ^ v - -U ^ _'*! · ^ V - -U ^ _

Claims

1. A method for successively exposing small portions of a semiconductor wafer through a pattern mask with light emitted by high-level steps of a mercury vapor amp, each of which has a high level of power consumption of the mercury vapor amp in that the mercury vapor lamp is continuously turned on and each of the high-level steps is alternated alternately with a low-level step, during which the power consumption of the mercury-vapor lamp is at a low level, characterized in that the high-level step is repeated while the power consumption of the mercury vapor lamp is gradually increased during the turn-on time of the mercury vapor lamp, so that the gradual reduction of the amount of light emitted by the mercury vapor lamp is compensated for.

A method according to claim 1, characterized in that a shutter is opened and closed only once during the period of each high-level step, so that the respective small portion of the semiconductor wafer is exposed in an exposure position.

Method according to claim 2, characterized in that the open shutter time period is constant in each high-level step.

Method according to claim 3, characterized in that the open shutter time period is within the range of 100 msec, to 1000 msec.

Method according to claim 2, characterized in that the semiconductor wafer is shifted stepwise to place the next small part in the exposure position, while the shutter is closed.

A method according to claim 5, characterized in that the shutter is closed for a period of time in the range from 100 msec, to 1000 msec.

A method according to claim 1, characterized in that the power consumption level in each of the low level steps is substantially equal to the rated power consumption of the mercury vapor lamp and the power consumption level in each high level step within the range of 1.3 to 2.5 times the rated power consumption of the mercury vapor lamp.

8. Device for carrying out the method according to one of the preceding claims. ++++++++++ ^ Π 1 Q 1 O