NL8501934A

NL8501934A - METHOD FOR EXPOSING A SEMICONDUCTOR PLATE BY MEANS OF A MERCURY VAPOR LAMP AND APPARATUS FOR CARRYING OUT THE METHOD

Info

Publication number: NL8501934A
Application number: NL8501934A
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: DE3510479A1; FR2567281A1; GB8506124D0; FR2567281B1; JPS6120325A; DE3510479C2; GB2161285B; GB2161285A

Description

‘4<* N.Q. 33.058 1"4 <* N.Q. 33,058 1

Werkwijze voor het belichten van een halfgeleiderplak door middel van een kwikdamplamp en een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.Method for exposing a semiconductor wafer by means of a mercury vapor lamp and an apparatus for carrying out the method.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het belichten van een halfgeleiderplak door middel van een kwikdamplamp·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, supergrote schaal is ge-5 integreerd, 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.

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 stap-10 pen, dat een fotogevoelige film over de siliciumoxidefilm op het silιοί umsubst raat 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 15 wordt een schakeling-vormbehandeling, zoals diffusie, ionenimplantatie 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 step 10, that a photosensitive film is formed over the silicon oxide film on the silica substrate and the photosensitive film is then exposed to ultraviolet rays through an image pattern 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 carried out through the thus etched silicon oxide film.

Een halfgeleiderplak is in het algemeen cirkelvormig, waarbij het oppervlak daarvan is verdeeld in zeer kleine vierkante delen die in 20 rijen en kolommen zijn gerangschikt. Deze zeer kleine delen zullen elk daarna worden gesneden om chips te vormen die de respectieve halfgelei-derinrichtingen zullen zijn. Een halfgeleiderplak heeft in het algemeen een afmeting van 7,6 cm, 12,7 cm of 15,2 cm. De afmetingen van dergelijke halfgeleiderplakken hebben de neiging groter te worden gekoppeld 25 aan voortgangen in de fabricagetechnologie daarvan.A semiconductor wafer is generally circular, the surface of which is divided into very small square parts arranged in rows and columns. These very small parts will then each be cut to form chips which will be the respective semiconductor devices. A semiconductor wafer is generally 7.6 cm, 12.7 cm or 15.2 cm in size. The dimensions of such semiconductor wafers tend to be more closely associated with advances in their manufacturing technology.

Een kwikdamplamp met een hoog uitgangsvermogen is onvermijdelijk om het gehele oppervlak van een halfgeleiderplak tegelijkertijd te belichten, zodat alle zeer kleine delen direkt worden bedrukt, welke individueel worden gevormd tot chips. De toepassing van een dergelijke 30 kwikdamplamp met een hoog uitgangsvermogen gaat echter gepaard met de 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 35 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 requires a very high degree of engineering for the illumination uniformity on the surface of the semiconductor wafer. Therefore, it is very difficult to meet the tendency of increasing semiconductor wafers in practice.

Met het oog op het voorgaande is recentelijk voorgesteld om zeer kleine delen die in rijen en kolommen op een halfgeleiderplak zijn ge- - C ^ ^ υ 4 . 2 it i * rangschikt, achtereenvolgens zodanig te belichten, dat patroonbeelden achtereenvolgens worden gedrukt op de respectieve kleine delen. Bij een dergelijke belichtingswerkwijze in stappen wordt een oppervlak dat equivalent is aan slechts een van de zeer kleine delen, in elke belich-5 tingsbewerking belicht. Hierdoor kan bij de stapsgewijze belichtingsme-thode een kwikdamp!amp rnet een laag uitgangsvermogen worden gebruikt, waardoor de wezenlijke voordelen worden bereikt, dat een belichtings-stelsel qua afmeting zou kunnen worden verkleind en de belichting op eenvoudige wijze uniform kan worden gemaakt op het oppervlak van elke 10 halfgeleiderplak, omdat het belichtingsoppervlak klein is. Als gevolg daarvan kan een patroon met een grote mate van nauwkeurigheid worden gedrukt.In view of the foregoing, it has recently been proposed to place very small parts arranged in rows and columns on a semiconductor wafer. 2 it i * arranges to be exposed successively such that pattern images are successively printed on the respective small parts. In such a stepwise exposure method, an area equivalent to only one of the very small parts is exposed in each exposure operation. This allows the use of a low output power mercury vapor in the step-by-step exposure method, which achieves the essential advantages that an exposure system could be reduced in size and the exposure simply made uniform on the surface. of every 10 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 worden in- en uitgeschakeld, omdat in de uitgeschakelde toestand van de 15 lamp de ingesloten kwikdamp een condensatie ondergaat. Het is daarom voordelig om een kwikdamplamp herhaaldelijk te ontsteken beurtelings op een laag niveau van vermogensverbruik en bij een hoog niveau van vermo-gensgebruik, terwijl de kwikdamplamp in een continue ontstoken toestand wordt gehandhaafd, waarbij een zeer klein deel van een halfgeleiderplak 20 dat een belichtingspositie heeft ingenomen, wordt belicht met licht uit de kwikdamplamp wanneer deze op het hoge niveau van vermogensverbruik is ingeschakeld en waarbij wanneer de kwikdamplamp op het lage niveau van vermogensgebruik is ingeschakeld, de halfgeleiderplak stapsgewijze wordt verschoven, zodat een ander zeer klein deel van de halfgeleider-25 plak, dat aan de volgende belichting moet worden onderworpen, de be-1ichtingspositie 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 niveau van vermogensgebruik worden bereikt en tegelijkertijd wordt de kwikdamplamp 30 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 switched on and off repeatedly in a short cycle, because in the switched-off state of the lamp the enclosed mercury vapor undergoes condensation. It is therefore advantageous to repeatedly ignite a mercury vapor lamp in turn 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 lit state, with a very small portion of a semiconductor wafer 20 having an exposure position. is exposed to 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 is shifted stepwise so that another very small portion of the semiconductor 25 slice, which is to be subjected to the following exposure, can occupy 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 power consumption level can be achieved and at the same time, the mercury vapor lamp 30 in its ignited state is kept at the low power consumption level, while avoiding a waste of electric power.

Bij een dergelijke stapsgewijze belichtingswerkwijze wordt het licht uit de kwikdamplamp niet gebruikt terwijl de sluiter gesloten is, 35 hetgeen nadelen tot gevolg heeft, dat een grote hoeveelheid elektriciteit nog wordt verspeeld 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 of sluiten daarvan langzaam verloopt, een niet-uniforme belichting van 40 een halfgeleiderplak als gevolg van het langzaam openen of sluiten van J5Q 1 Sc» * t ‘ 3 de sluiter een probleem wordt. Teneinde aan deze eis 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 warmte-bestendigheid. Als gevolg daarvan heeft een sluiter met een licht ge-5 wicht de neiging te deformeren als gevolg van warmte die wordt opgewekt terwijl het licht wordt afgeschermd, waardoor een foutief funktioneren ontstaat, hetgeen het vloeiend openen en sluiten nadelig beïnvloedt.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 opening or closing is slow, a non-uniform exposure of 40 semiconductor wafer due to slow opening or closing of J5Q 1 Sc »* t" 3 becomes a problem. In order to meet this requirement, it is inevitable that the shutter has a light weight. However, a shutter with a light weight 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.

In verband met het voorgaande kan gedurende elke gesloten periode van de sluiter, de kwikdamp!amp worden bedreven met een vermogensver-10 bruik 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 each closed period of the shutter, the mercury vapor amp can be operated with a power consumption less than its power consumption during the exposure time, i.e., while the shutter is held open.

Echter is gevonden dat de bovengenoemde belichtingswerkwijze een nieuw probleem met zich meebrengt. Namelijk met het oog op het verlagen van de energiekosten en het verhogen van de hoeveelheid uitgestraalde 15 licht gedurende belichting verdient het steeds meer de voorkeur het verschil tussen het vermogensverbruik van de kwikdamp!amp gedurende de belichting en gedurende de gesloten periode van de sluiter te vergroten. Anderzijds zullen er indien het genoemde verschil te groot is, andere problemen ontstaan, dat wanneer de kwikdamp!amp langer is inge-20 schakeld, de elektroden in een vroeg stadium slijtage zullen ondergaan en de door de kwikdamp!amp uitgestraalde hoeveelheid licht dus wordt verminderd, of dat wanneer de kwikdamplamp op een hoog niveau van vermogensverbruik is ingeschakeld, het vermogensverbruik te hoog is en het omhulsel van de kwikdamplamp zal worden aangetast waardoor de levens-25 duur van de kwikdamplamp wordt verkort, of dat wanneer de kwikdamplamp op het lage niveau van vermogensverbruik is ingeschakeld, de kwikdamp op het omhulsel van de kwikdamplamp zal condenseren en de lichtafgifte van de kwikdamplamp zal worden verminderd.However, it has been found that the above illumination method presents a new problem. Namely, with a view to lowering energy costs and increasing the amount of light emitted during exposure, it is increasingly preferred to increase the difference between the power consumption of the mercury vapor amp during the exposure and during the closed period of the shutter. . On the other hand, if the difference mentioned is too great, other problems will arise that when the mercury vapor amp is turned on for longer, the electrodes will wear out at an early stage and thus the amount of light emitted by the mercury vapor amp is reduced. , or that when the mercury vapor lamp is turned on at a high level of power consumption, the power consumption is too high and the envelope of the mercury vapor lamp will be affected thereby shortening the life of the mercury vapor lamp, or if the mercury vapor lamp is at the low level of power consumption is turned on, the mercury vapor on the envelope of the mercury vapor lamp will condense and the light output of the mercury vapor lamp will be reduced.

Met het oog op het voorgaande heeft de uitvinding ten doel te 30 voorzien in een werkwijze voor het belichten van een halfgeleiderplak door middel van een kwikdamplamp, waarbij de belichting stabiel kan worden uitgevoerd, welke in een kort tijdsinterval wordt herhaald gedurende een lange tijdsperiode zonder dat de hierboven genoemde problemen optreden, terwijl de levensduur van de kwikdamplamp wordt verlengd.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, wherein the exposure can be stably performed, which is repeated in a short time interval over a long period of time without the above-mentioned problems occur, while extending the life of the mercury vapor lamp.

35 Volgens een aspekt van de uitvinding is daarom voorzien in een werkwijze voor het achtereenvolgens door een patroonmasker heen belichten van kleine delen van een halfgeleiderplak met licht dat door een kwikdamplamp in stappen van hoog niveau wordt uitgestraald, gedurende welke het vermogensverbruik van de kwikdamplamp op een hoog niveau 40 ligt, doordat continu de kwikdamplamp is ingeschakeld en herhaaldelijk 35 3 1934 I * 4 elke stap van hoog niveau wordt afgewisseld door een stap van laag niveau, gedurende welke het vermogensverbruik van de kwikdamp!amp op een laag niveau ligt, waarbij de inschakeling van de kwikdamplamp in elk van de stappen van hoog niveau wordt uitgevoerd, terwijl het vermogens-5 verbruik beneden 2,5 maal het vermogensverbruik in de stap van laag niveau wordt geregeld.According to an aspect of the invention, there is therefore provided a method for successively exposing small parts of a semiconductor wafer through a pattern mask with light emitted by high-level steps of a mercury vapor lamp, during which the power consumption of the mercury-vapor lamp is at a high level 40, because the mercury vapor lamp is continuously turned on and each high level step is alternated repeatedly by a low level step, during which the power consumption of the mercury vapor amp is at a low level, the Turning on the mercury vapor lamp in each of the high level steps is performed, while power consumption is controlled below 2.5 times the power consumption in the low level step.

Volgens de belichtingswerkwijze van deze uitvinding wordt de kwikdamplamp op een laag niveau van vermogensverbruik ingeschakeld, terwijl het door de kwikdamplamp uitgestraalde licht niet voor belichting wordt 10 gebruikt. Het is dus moyelijk om in aanzienlijke mate de door de kwikdamplamp verspilde energie te verminderen en tegelijkertijd mogelijke beschadigingen van 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. Thus, it is desirable to significantly reduce the energy wasted by the mercury vapor lamp and at the same time avoid potential damage to the shutter due to overheating.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van 15 de tekeningen. In de tekeningen toont: fig. 1 een vereenvoudigde schematische illustratie van een uitvoeringsvorm van een belichtingsstelsel; fig. 2 een grafische voorstelling van de golfvorm van het vermogensverbruik van een kwikdamplamp, welke golvorm varieert als gevolg 20 van de herhaling van een stap van hoog niveau en een stap van laag niveau; fig. 3 een aanzicht van een deel van een halfgeleiderplak, waarbij enige te belichten delen te zien zijn; fig. 4 een schematische illustratie van een uitvoeringsvorm van 25 een kwikdamplamp; en fig. 5 op vergrote schaal een schematische illustratie van een deel van de kwikdamplamp volgens fig. 5.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. In the drawings: Fig. 1 shows a simplified schematic illustration of an embodiment of an illumination system; FIG. 2 is a graphical representation of the power consumption waveform of a mercury vapor lamp, which waveform varies due to the repetition of a high level step and a low level step; Fig. 3 is a view of a part of a semiconductor wafer, showing some parts to be exposed; Fig. 4 is a schematic illustration of an embodiment of a mercury vapor lamp; and Fig. 5 is an enlarged schematic illustration of a part of the mercury vapor lamp of Fig. 5.

Voor het drukken van een patroon door middel van ultraviolette stralen op een hierboven besproken wijze wordt een belichtingsstelsel 30 gebruikt met een optisch licht-focusserend en projektiestelsel dat als voorbeeld in fig. 1 is getoond. In fig. 1 is met het verwijzingsnummer 1 een kwikdamplamp met een korte boog aangegeven, die de belichtings-lichtbron is. Deze kwikdamplamp 1 is in een zodanige positie geïnstalleerd, dat de boog daarvan zich bevindt in het brandpunt van een 35 licht-focusserende spiegel 5. Het licht L dat door de kwikdamplamp 1 wordt afgegeven, wordt door de licht-focusserende spiegel 5 gefocus-seerd en daarna op een fotomasker 11 geprojekteerd, dat een schake-lingspatroon bevat, door middel van een eerste vlakke spiegel 6, een integrator 8, een tweede vlakke spiegel 7 en een condensorlens 10. Het 40 licht dat door het fotomasker 11 wordt doorgelaten wordt via een ver- 3501934 * * 5 kleiningslens 12 op een halfgeleiderplak 2 geprojekteerd, die op een (niet getoond) opneemorgaan op zijn plaats wordt ondersteund en die is voorzien van een fotogevoelige film vervaardigd uit een hars dat gevoelig is voor ultraviolette stralen en op het bovenvlak van de halfgelei-5 derplak 2 is gevormd, waardoor op de halfgeleiderplak 2 een schake-lingspatroon wordt gedrukt, dat overeenkomt met het fotomasker 11 maar in afmeting is verkleind met een verkleiningsfaktor van 1/10 - 1/5. Met het verwijzingsnummer 4 is een sluiter aangegeven, terwijl het nummer 9 een filter aangeeft.To print a pattern by ultraviolet rays in a manner discussed above, an illumination system 30 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 1 is focused by the light-focusing mirror 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 transmitted via a 3501934 * * 5 comminution lens 12 projected 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 sensitive to ultraviolet rays and on the top surface of the semiconductor wafer 2 is formed, whereby a circuit pattern is printed on the semiconductor wafer 2, which corresponds to the photomask 11 but is reduced in size with a reduction factor of 1/10 - 1/5. Reference numeral 4 designates a shutter, while numeral 9 designates a filter.

10 Volgens de uitvinding wordt de halfgeleiderplak op de volgende wijze belicht. Bij het in fig. 1 getoonde stelsel wordt continu elektrische energie toegevoerd aan een kwikdamplamp 1 die is ingebouwd in een licht-focusserende spiegel 5, zodat de kwikdamplamp 1 continu is ingeschakeld. Terwijl de ingeschakelde toestand wordt gehandhaafd wordt 15 de elektrische energie die aan de kwikdamplamp 1 wordt toegevoerd, daarna bestuurd door een besturingsschakeling 3, zodat het elektrische vermogen de basis-golfvorm aanneemt die bij wijze van voorbeeld in fig.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 lamp 1 which is built into a light-focusing mirror 5, so that the mercury vapor lamp 1 is switched 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 by way of example in FIG.

2 is geïllustreerd. Het niveau van vermogensgebruik van de kwikdamplamp wordt periodiek afgewisseld en herhaald tussen een hoog niveau, 20 namelijk stap A gedurende welke het vermogensgebruik van de kwikdamplamp 1 een niveau heeft dat ongeveer 1,3 - 2,5 maal het nominale vermo-gensverbruik voor de kwikdamplamp 1 is en een laag niveau, namelijk de stap B gedurende welke het vermogensgebruik van de kwikdamplamp 1 een laag niveau heeft dat gelijk is aan of dicht nabij het nominale vermo-25 gensverbruik ligt. In de stap A van het hoge niveau van vermogensver-bruik wordt een sluiter 4 geopend en daarna gesloten, teneinde met het door de 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 30 geplaatst.2 is illustrated. The power consumption level of the mercury vapor lamp 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 high power consumption step A, a shutter 4 is opened and then closed, in order to expose a small portion of a semiconductor wafer 2 through a photomask 11 for a constant period of time with the light emitted by the mercury vapor lamp 1. small portion is placed in an exposure position.

De mate van belichting kan op een voorgeschreven gewenst niveau op 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 shutter opening time 4.

Met andere woorden kan de mate van belichting worden bestuurd door het 35 houden van de sluiter 4 in zijn geopende stand, terwijl de kwikdamplamp 1 in de stap A is ingeschakeld, waarbij het vermogensverbruik van de kwikdamplamp 1 op een hoog niveau ligt. Daarna, na het sluiten van de sluiter 4, is de kwikdamplamp 1 ingeschakeld in de stap B, waarbij het vermogensgebruik op een laag niveau ligt. Gedurende de stap B wordt de 40 sluiter gesloten gehouden.In 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. Thereafter, after closing the shutter 4, the mercury vapor lamp 1 is turned on in step B, the power consumption being at a low level. During step B, the 40 shutter is kept closed.

3501934 . V 9 63501934. V 9 6

De herhaalde afwisseling van stap A van het hoge niveau en stap B 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 de-5 len P die in rijen en kolommen zijn gerangschikt. Deze delen P worden daarna achtereenvolgens en stapsgewijze verschoven naar de belichtings-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 10 van de sluiter 4 gedurende de inschakeltijd van de kwikdamplamp 1 in de stap A, waardoor een patroon op een van de kleine delen P van de halfgeleiderplak 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 beiichtingspositie bereikt. Daarna 15 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 B of the low level is performed in synchronism with the step shifting mode of the semiconductor wafer 2. As shown in Fig. 3, the semiconductor wafer 2 is divided into a number of very small ones. -5 len 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 lamp 1 in step A, whereby a pattern is printed on 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.

Op de bovengenoemde wijze wordt de kwikdamplamp 1 ingeschakeld, terwijl continu en herhaaldelijk de stap A van het hoge niveau van ver-mogensverbruik en de stap B van het lage niveau van vermogensgebruik 20 worden afgewisseld. Het openen en sluiten van de sluiter 4 en het stapsgewijze verschuiven van de halfgeleiderplak 2 worden in verband met de stap A en de stap B bestuurd. De tijdsperiode Ta van elke stap A van het hoge niveau van vermogensverbruik kan bijvoorbeeld constant worden ingesteld in het gebied van 100 msec, tot 1000 msec., terwijl de 25 tijdsperioden Tb van de stappen B van het lage niveau van vermogensverbruik hetzelfde of afwijkend kan zijn en bijvoorbeeld van 100 msec, tot 1000 msec, kan bedragen. De belichting van een halfgeleiderplak wordt uitgevoerd, terwijl de grootte van het vermogensverbruik in de stap A van het hoge. niveau van vermogensverbruik wordt geregeld in het gebied 30 van 1,3 tot 2,5 maal de grootte van het vermogensverbruik in stap B van het lage niveau van vermogensgebruik. Hierbij kan het vermogensgebruik in de stap B van het lage niveau van vermogensgebruik op geschikte wijze worden bepaald volgens het type van elke toe te passen kwikdamplamp. Gewoonlijk kan deze worden ingesteld op een niveau dat gelijk is aan 35 het nominale vermogensverbruik van elke te gebruiken kwikdamplamp, of binnen +10% van het nominale vermogensverbruik. Indien een kwikdamplamp onder zodanige voorwaarden zou worden ingeschakeld dat de grootte van het hoge niveau van vermogensverbruik 2,5 maal de grootte van het lage niveau van vermogensverbruik overschrijdt, zullen de elektroden daarvan 40 in een vroeg stadium een slijtage ondergaan, terwijl de hoeveelheid van 5K « Λ Λ $ >s -» ? i i O £& V y !» ·* Sf a 7In the above manner, the mercury vapor lamp 1 is turned on, continuously and repeatedly alternating the step A of the high power consumption level and the step B of the low power consumption level 20. 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 may be from 100 msec, to 1000 msec, for example. The exposure of a semiconductor wafer is performed, while the magnitude of the power consumption in step A is high. power consumption level is controlled in the range from 1.3 to 2.5 times the power consumption magnitude in step B of the low power consumption level. Here, the power consumption in the step B of the low power consumption level can be suitably determined according to the type of each mercury vapor lamp to be used. Usually it can be set to a level equal to the rated power consumption of each mercury vapor lamp to be used, or within + 10% of the rated power consumption. If a mercury vapor lamp were to be turned on under such conditions that the magnitude of the high level of power consumption exceeds 2.5 times the magnitude of the low level of power consumption, its electrodes 40 will wear out at an early stage, while the amount of 5K «Λ Λ $> s -»? i i O £ & V y! » * Sf a 7

. A. a

V » het uit te stralen licht zal worden verminderd of instabiel zal worden.The light to be emitted will be reduced or become unstable.

Het zal dus onmogelijk zijn om de belichting in dezelfde toestand te handhaven als aan het begin. Het omhulsel van de kwikdamp!amp kan ook worden aangetast als gevolg van de oververhitting daarvan, waardoor het 5 mogelijk is dat een gevaarlijk ongeval als explosie kan optreden. Wanneer de lamp in de stap van het lage niveau van vermogensverbruik is ingeschakeld, kan de kwikdamp op het omhulsel condenseren, waardoor problemen kunnen ontstaan bij de lichtafgifte van de kwikdamplamp.Thus, it will be impossible to maintain the exposure in the same state as at the beginning. The casing of the mercury vapor amp can also be affected due to its overheating, allowing a dangerous accident to occur as an explosion. When the lamp is turned on in the low power consumption step, the mercury vapor can condense on the envelope, which may cause problems with the light emission of the mercury vapor lamp.

Indien het vermogensverbruik in de stap van het hoge niveau van 10 energieverbruik lager is dan 1,3 maal het vermogensverbruik in de stap van het lage niveau van vermogensverbruik, heeft het geen zin om elektriciteit te besparen door het schakelen van de kwikdamplamp op de bovengenoemde wijze.If the power consumption in the high level of power consumption step is less than 1.3 times the power consumption in the low level power consumption step, there is no point in saving electricity by switching the mercury vapor lamp in the above manner .

Fig. 4 is een schematische illustratie van een voorbeeld van een 15 kwikdamplamp 1 met een korte boog, die als belichtingslichtbron in een belichtingsstelsel volgens de uitvinding kan worden toegepast. In fig.Fig. 4 is a schematic illustration of an example of a short arc mercury vapor lamp 1 which can be used as an illumination light source in an illumination system according to the invention. In fig.

4 geeft het verwijzingsnummer 101 een omhulsel uit siliciumdioxideglas aan, dat aan beide einddelen is voorzien van bases 102A respectievelijk 102B. Met de verwijzingsnunmers 103 en 104 zijn respectievelijk een 20 anode-ondersteuningsstang respectievelijk kathode-ondersteuningsstang aangegeven. Een anode 105 is op de punt van de anode-ondersteuningsstang 103 gemonteerd, terwijl een kathode 106 vast is bevestigd aan de punt van de kathode-ondersteuningsstang 104. Deze anode 105 en kathode 106 zijn tegenover elkaar en in het midden van de inwendige ruimte van 25 het omhulsel 101 geplaatst. Zoals op vergrote schaal in fig. 5 is geïllustreerd wordt de anode 105 gevormd door een basisdeel 51 dat een grote diameter en een kol omvorm heeft en een afgeknot-kegelvormig punt-deel 53 dat zich in voorwaartse en binnenwaartse richting vanaf het basisdeel 51 uitstrekt en eindigt in een vlak topoppervlak 52. De kathode 30 106 is gevormd uit een basisdeel 61 en een conusvormig puntdeel 62.4, reference numeral 101 designates a silica glass envelope having bases 102A and 102B, respectively, at both end portions. Reference numerals 103 and 104 designate an anode support rod and cathode support rod, respectively. An anode 105 is mounted on the tip of the anode support rod 103, while a cathode 106 is fixedly attached to 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 is placed. As illustrated on an enlarged scale in Fig. 5, the anode 105 is formed by a base portion 51 which has a large diameter and a col shape and a frusto-conical tip portion 53 extending in forward and inward direction from the base portion 51 and terminates in a flat top surface 52. The cathode 30 106 is formed from a base portion 61 and a conical tip portion 62.

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

nominaal vermogensverbruik 500 Wrated power consumption 500 W.

(50V, 10A) 35 anode 105: buitendiameter ϋχ van het basisdeel 51 4,0 mm diameter D2 van het topoppervlak 52 2,0 mm openingshoek α van het puntdeel 53 90 graden kathode 106: 40 buitendiameter D3 van het basisdeel 61 2,0 mm ^ ni A ** «7 * rïfl È U Λ Λ hV * V V * 8 interelektrode-afstand 3,0 mm druk in het omhulsel terwijl de lamp is ingeschakeld ongeveer 13 atmosfeer.(50V, 10A) 35 anode 105: outer diameter ϋχ of the base part 51 4.0 mm diameter D2 of the top surface 52 2.0 mm opening angle α of the tip part 53 90 degree cathode 106: 40 outer diameter D3 of the base part 61 2.0 mm ^ ni A ** «7 * rïfl È U Λ Λ hV * VV * 8 inter-electrode distance 3.0 mm pressure in the envelope while the lamp is switched on about 13 atmospheres.

Onder toepassing van een stelsel voor het belichten van een half-5 geleiderplak, dat is uitgevoerd met een kwikdamplamp van de bovengenoemde constructie, die als belichtingslichtbron is ingebouwd, werd een patroonheiichting op een siliciumhalfgeleiderplak uitgevoerd volgens de stapsgewijze belichtingswerkwijze, terwijl het inschakelen van de kwik-damplamp onder de volgende voorwaarden werd bestuurd.Using a semiconductor wafer illumination system equipped with a mercury vapor lamp of the above construction, which is incorporated as an illumination light source, a pattern semiconductor wafer lamination was performed according to the step-wise illumination method while turning on the mercury vapor lamp was controlled under the following conditions.

10 Stap A.10 Step A.

Tijdsinterval Ta: 400 msec.Time interval Ta: 400 msec.

Vermogensverbruik: dit werd op 750 W constant gehouden.Power consumption: this was kept constant at 750 W.

Stap B.Step B.

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

15 Vermogensverbruik: dit werd op de nominale waarde van 500 W con stant gehouden.15 Power consumption: this was kept constant at the nominal value of 500 W.

Onder de bovengenoemde voorwaarden was het mogelijk om belich-tingsresultaten te bereiken die overeenkwamen met de belichtingsresul-taten aan het begin, zelfs na een tijdsduur van 600 uren.Under the above conditions, it was possible to achieve exposure results corresponding to the initial exposure results, even after 600 hours.

20 Voorts werden belichtingsonderzoeken ook uitgevoerd onder dezelfde voorwaarden als bij het bovengenoemde onderzoek, behalve dat de kwikdamp! ampen van verschillend nominaal vermogensverbruik werden toegepast en het vermogensverbruik in stap A van het hoge niveau van vermogensverbruik en het vermogensverbruik in stap B van het lage niveau van 25 vermogensverbruik werden veranderd in de diverse waarden die in tabel A zijn opgenomen. Wanneer de verhouding van het vermogensverbruik in stap A van het hoge niveau van vermogensverbruik tot dat in stap B van het lage niveau van vermogensverbruik 2,5 overschreed, werd de praktisch toepasbare levensduur van de kwikdamplampen aanzienlijk korter.Furthermore, exposure studies were also conducted under the same conditions as in the above study, except that the mercury vapor! amps of different nominal power consumption were applied and the power consumption in step A of the high level of power consumption and the power consumption in step B of the low level of power consumption were changed to the various values listed in Table A. When the ratio of the power consumption in step A of the high level of power consumption to that in step B of the low level of power consumption exceeded 2.5, the practical useful life of the mercury vapor lamps became considerably shorter.

Λ -a /* 4 Λ “7 ?_ £ ,,j J V “ï < 9 CL != cu <5 s- -σ as ss <-co 3 co c -K ^ o ra ooooggogog 4-> > oooLnogoggg O S-*-* .3 3 ΙΟ 3 3 CO Ό 3 •r- CO --Λ -a / * 4 Λ “7? _ £ ,, j JV“ ï <9 CL! = Cu <5 s- -σ as ss <-co 3 co c -K ^ o ra oogogogog 4->> oooLnogoggg O S - * - * .3 3 ΙΟ 3 3 CO Ό 3 • r- CO -

4- > 3 j^oi α ia > S4-> 3 j ^ oi α ia> S

O O COO O CO

Ο.Γ-Γ- cn c -rt UO r—< qΟ.Γ-Γ- cn c -rt UO r— <q

JZ. CM CM CM N N N N Ν N WJZ. CM CM CM N N N N Ν N W

i~i ~

CUCU

> 3> 3

(O(O

CUCU

> *pm c < o» r— co oooooogggg cu co oooococgcoggg m r— en ld cn en r-c r-c i—i o o o> * pm c <o »r— co oooooogggg cu co oooococgcoggg m r— and ld cn and r-c r-c i — i o o o

CO i-I r-l r-CCO i-I r-1 r-C

I— sz 3 co -— >I-sz 3 co->

CLCL

•i- CO• i- CO

3 4->3 4->

5- CO jQ5- CO jQ

ί ο > co 3 3 CU coί ο> co 3 3 CU co

o> Oo> O

0 > 1 l O OOOOOOOOOO co 0 ocoocncncor^ooo <— jz ownnctcfiiuiais en0> 1 l O OOOOOOOOOO co 0 ocoocncncor ^ ooo <- jz ownnctcfiiuiais and

ï—I i—I i—I c—I N N Mï — I i — I i — I c — I N N M

1 i1 i

S IS I

co *gco * g

SISI

tztz

OO

_ 4-> .3 O—·_ 4-> .3 O— ·

£ S£ S

cu ·Ρ” S_ OOOOOOOOOO 3 o oooooooggg ocu · Ρ ”S_ OOOOOOOOOO 3 o oooooooggg o

coo LDcncncncNicMCMOOO +Jcoo LDcncncncNicMCMOOO + J

co o ^ ^ ^ co = 5 | = er 20 O CU * 3 0 * yj · ώ* O 4 10co o ^ ^ ^ co = 5 | = there 20 O CU * 3 0 * yj · ώ * O 4 10

De werkwijze volgens de uitvinding brengt de volgende voordelige effekten met zich mee: (1) De kwikdamplamp wordt ingeschakeld bij een laag niveau van vermogensverbruik, terwijl het door de kwikdamplamp uitgestraalde licht 5 niet voor belichting wordt gebruikt. Het is dan mogelijk om in aanzienlijke mate de door de kwikdamplamp verspilde energie te verminderen en tegelijkertijd mogelijke beschadigingen van de sluiter als gevolg van oververhitting te vermijden. Bij een bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm kan de kwikdamplamp op het nominale niveau van vermogensver-10 bruik worden ingeschakeld in de stappen van het lage niveau van vermogensverbruik waarbij het vermogensverbruik wordt vergroot in de stappen van het hoge niveau van vermogensgebruik. De mate van belichting kan dus naar behoefte of wens worden ingesteld. Daarom kan de belichting van halfgeleiderplakken op geschikte wijze worden uitgevoerd met een 15 kleine kwikdamplamp. Als gevolg daarvan vereist het belichtingsstelsel niet een te grote ruimte voor de installatie daarvan, waardoor het mogelijk is om de kosten te verlagen, die nodig zijn voor het onderhoud van een schone ruimte of dergelijke, waarin het belichtingsstelsel is geïnstalleerd en daardoor de fabricagekosten van halfgeleiderinrich-20 tingen aanzienlijk te verlagen.The method according to the invention has the following advantageous effects: (1) The mercury vapor lamp is switched on at a low level of power consumption, while the light 5 emitted by the mercury vapor lamp is not used for illumination. It is then possible to significantly reduce the energy wasted by the mercury vapor lamp while avoiding possible damage to the shutter due to overheating. In a preferred embodiment, the mercury vapor lamp at the nominal power consumption level can be turned on in the low power consumption steps, the power consumption being increased in the high power consumption steps. The degree of exposure can thus be adjusted as required or desired. Therefore, the exposure of semiconductor wafers can be conveniently performed with a small mercury vapor lamp. As a result, the illumination system does not require too large a space for its installation, making it possible to reduce the costs required for the maintenance of a clean room or the like, in which the illumination system is installed and thereby the manufacturing costs of semiconductor devices Significantly reduce -20 things.

(2) Aangezien het inschakelen van de kwikdamplamp in de stap van het hoge niveau van vermogensverbruik wordt uitgevoerd door het regelen van het vermogensverbruik van de kwikdamplamp beneden 2,5 maal het vermogensverbruik in de stap van het lage niveau van vermogensverbruik, is 25 het mogelijk om de slijtage van de elektroden van de kwikdamplamp te vermijden of te verminderen en tegelijkertijd de beschadiging van het omhulsel daarvan als gevolg van overhitting te verhinderen. Bovendien is de kwikdamplamp vrij van problemen van lichtafgifte, die anders zouden optreden als gevolg van de condensatie van kwikdamp op het omhul-30 sel. Daarom kan de hoeveelheid licht die door de kwikdamplamp in de stappen van het hoge niveau van vermogensverbruik wordt uitgezonden, op hetzelfde niveau als de lichthoeveelheid aan het begin worden gehandhaafd. Als gevolg daarvan is het mogelijk om de belichting van halfgeleiderplakken uit te voeren met een stabiele hoeveelheid licht geduren-35 de een lange tijdsperiode, waarbij herhaaldelijk de stap van het hoge niveau van vermogensverbruik wordt afgewisseld door de stap van het lage niveau van vermogensgebruik in een kort tijdsinterval.(2) Since turning on the mercury vapor lamp in the high level power consumption step is performed by controlling the power consumption of the mercury vapor lamp below 2.5 times the power consumption in the low level power consumption step, it is possible to avoid or reduce the wear of the electrodes of the mercury vapor lamp and at the same time prevent damage to its envelope due to overheating. In addition, the mercury vapor lamp is free from light emission problems which would otherwise arise from the condensation of mercury vapor on the envelope. Therefore, the amount of light emitted by the mercury vapor lamp in the high power consumption steps can be maintained at the same level as the light amount at the beginning. As a result, it is possible to perform the exposure of semiconductor wafers with a stable amount of light for a long period of time, alternating the step of the high level of power consumption alternating with the step of the low level of power consumption in a short time interval.

Het is duidelijk dat binnen het kader van de uitvinding diverse varianten mogelijk zijn.It is clear that various variants are possible within the scope of the invention.

§0 & & 9 O§0 & & 9 O

Claims

1. A method for successively exposing small portions of a semiconductor wafer through a patterned mask with light emitted by high-level steps of a mercury vapor lamp during which the power consumption of the mercury-vapor lamp is at a high level, the mercury vapor lamp is continuously on and each high level step is alternated by a low level step, during which the power consumption of the mercury vapor lamp is at a low level, characterized in that the 10 mercury vapor lamp is turned on in each high level step while power consumption is controlled below 2.5 times the power consumption in the low level step.

Method according to claim 1, characterized in that a shutter is opened and closed only once during the period of each high-level step, one of the respective small parts of the semiconductor wafer exposed in an exposure position and in the closed state of the shutter the semiconductor wafer is shifted stepwise to place the next small portion in an exposure position.

Method according to claim 1, characterized in that the power consumption in the low level step is within + 10% of the nominal power consumption of the mercury vapor lamp.

Method according to claim 1, characterized in that the power consumption in the high level step is at least 1.3 times the power consumption in the low level step.

Device for carrying out the method according to one of the preceding claims. ******** 3501934