DE2845890A1

DE2845890A1 - Quecksilber-edelgas-entladungslampe

Info

Publication number: DE2845890A1
Application number: DE19782845890
Authority: DE
Inventors: Takehiro Dipl Ing Kira
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1978-10-21
Publication date: 1979-06-28
Also published as: US4190786A; GB1603699A; DE2845890C3; DE2845890B2; JPS5486979A

Description

Quecksi1ber-Edelgas-Entladungslampe

Priorität: 23. Dezember 1977 - JAPAN - 153515/1977

Kurzfassung:

Es wird ein Typ einer Entladungslampe beschrieben, bei der Quecksilber und ein Edelgas in einem Lampenkolben eingeschlossen sind, in dem zwei Elektroden angeordnet sind, wobei sowohl das Quecksilber als auch das Edelgas zur Entladungsstrahlung beitragen. Sei X die Quecksilbermenge (mg/cm ), welches in jeweils einem Kubikcentimeter des Lampenkolbenvolumens eingeschlossen ist, und sei Y der Wert des (atmosphärischen) Druckes des Edelgases, so werden die Werte X und Y so ausgewählt, daß sie in den Bereichen 1 < X <_ 13 und 2 4 Y <. 10 liegen. Damit wird eine starke Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 2.000 Ä bis 2.500 % erzeugt. Die Entladungslampe wird als Lichtquelle für die Photolithographie bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen verwendet, um die Ausbildung eines feinen Musters in kurzer Zeit zu erreichen.

Die Erfindung betrifft Quecksilber-Edelgas-Entladungslampen, und insbesondere eine solche Quecksilber-Edelgas-Entladungslampe, die beim Drucken oder Kopieren von Mustern für integrierte Schaltkreise und Schaltkreise mit hohem oder ultrahohem Integrationsgrad verwendet werden kann.

...Il

909826/0603

Die neue Entwicklung von Schaltkreisen mit hohem Integrationsgrad erfordert Druck- oder Kopiertechniken, deren Toleranzen kleiner als 1 Mikron sind.

Druck- oder Kopiertechniken mit Toleranzen von 1 Mikron oder mehr sind bereits in die Praxis eingeführt worden, dabei werden eine Entladungslampe, welche ultraviolette Strahlen mit Wellenlängen im Bereich von 3.500 8 bis 4.500 8 emittiert, und ein Photoresist verwendet, der auf ultraviolette Strahlen dieser Wellenlängen empfindlich ist. Jedoch können diese bekannten Verfahren aufgrund der Interferenzerscheinungen nicht dazu benutzt werden, um Toleranzen von weniger als 1 Mikron zu erreichen. Daraufhin wurden Verfahren zur Elektronenstrahllithograph'ie und zur Röntgenstrahl!ithographie untersucht und schnell entwickelt, um an die Stelle der Entladungslampe zu treten. Diese Verfahren, die in Kombination mit einem Computer benutzt werden, ermöglichen eine Automatisierung und Vereinfachung des Druck- oder Kopierprozesses, jedoch haben sie den großen Nachteil, daß sie für die Belichtung eine zu lange Zeit benötigen. Aus diesem Grunde wird ihnen ein geringer praktischer Nutzwert nachgesagt.

Dies führte zu einer erneuten Untersuchung der kombinierten Benutzung einer Entladungslampe und eines Photoresistes für Ultraviolettstrahlen, um einen Photoresist zu erhalten, der für Ultraviolettstrahlen empfindlich ist, welche eine Wellenlänge von weniger als 3.000 8 haben, und um eine Entladungslampe zu entwickeln, welche derartige Ultraviolettstrahlen in großer Menge emittiert.

Glücklicherweise hat sich 1974 in Experimenten herausgestellt, daß ein Photoresist PMMA zur Verwendung mit Elektronenstrahlen durch Ultraviolettstrahlen mit Wellenlängen unter 2.000 8 sensibilisiert werden kann (Applied Physics Letter, Band 25, Seite 451), und 1975 stellte sich heraus, daß der Photoresist PMMA auch zum Kopieren mit Strahlen einer Wellenlänge zwischen 2.000 8 bis 2.600 8 benutzt werden könne (J. Vac. Sei. Technol., Band 12, Seite 1317). Damit ist noch das

909826/0603 '"^/3

Problem zu Tosen, eine Entladungslampe zu erhalten, welche dafür geeignet ist, eine hinreichende Menge von Ultraviolettstrahlen mit Wellenlängen unter 3.000 8 zu emittieren.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Quecksilber-Edelgas-Entladungslampe aufzuzeigen, welche eine starke Ultraviolettstrahlung mit Wellenlängen von 2.000 8 bis 2.500 8 emittiert.

Außerdem soll mit der Erfindung eine Quecksilber-Edelgas-Entladungslampe aufgezeigt werden, welche beim Drucken oder Kopieren von Mustern für Schaltkreise mit ultrahohem Integrationsgrad besonders nützlich ist.

Die Quecksilber-Edelgas-Entladungslampe gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Quecksilbermenge und dem Druck des Edelgases in einem bestimmten Bereich liegt.

Für bestimmte industrielle Anwendungen ist die Quecksilber-Edelgas-Entladungslampe zufälligerweise bekannt, wie beispielsweise aus den folgenden Druckschriften hervorgeht:

(a) Japanische Offen!egungsschrift IO 097/58 "Dampfentladungslampe"

(b) Japanische Offenlegungsschrift 32 955/75 "Quecksilber-Impulsentladungslampe"

(c) US-Patent 2 924 733, Anspruch 4.

Jedoch emittieren diese bekannten Entladungslampen nur wenig Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von- 2.000 8 bis 2.500 8, damit können diese Lampen nicht zum Drucken oder Kopieren von Mustern für Schaltkreise mit ultrahohem Integrationsgrad verwendet werden.

909826/0603

Außerdem ist bekannt, daß Hochdruck-Quecksilberlampen, Hochdruck-Xenonentladungslampen und Schwerwassersto fflampeη ebenfalls Ultraviolettstrahlen in großen Mengen emittieren. Aber jede dieser Lampen emittiert nur eine geringe Strahlungsmenge mit Wellenlängen zwischen 2.000 8 und 2.500 8, und damit sind beim Drucken für die Belichtung mehrere Minuten erforderlich. Dies ist nicht praktikabel.

Die Erfindung beruht darauf, daß herausgefunden wurde, daß die beim Drucken oder Kopieren besonders wichtigen Wellenlängen der Ultraviolettstrahlen unter 2.500 Ä liegen, und daß ein besonderes quantitatives Verhältnis zwischen dem im Lampenkolben eingeschlossenen Quecksilber und Edelgas einen bemerkenswerten Anstieg in der Menge der Strahlung mit Wellenlängen zwischen 2.000 8 und 2.500 8 bewirkt.

Die Zeichnung zeigt eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht des Hauptteils einer erfindungsgemäßen Entladungslampe, dabei ist eine Ausführungsform dieser Erfindung dargestellt.

Die Zeichnung zeigt ein Beispiel einer Kurzbogen-Entladungslampe für Gleichstrombeleuchtung. In der Lampe sind Quecksilber und Xenon eingeschlossen. Der aus Quarz bestehende Lampenkolben 1 besitzt im wesentlichen eine Form, die einem Rugby-Ball ähnelt. Hermetisch dichte Einschmelzungen sind mit 2 und 3 bezeichnet. In diesen hermetischen Einschmelzungen 2 und 3 sind Molybdänfolien 4 und 5 eingebettet. Mit und 7 sind innere Leitungen bezeichnet, die sich von den Molybdänfolien 4 und 5 in den Quarzkolben 1 hinein erstrecken. Die innere Leitung 6 trägt an ihrer Spitze eine Anode 8. Die Spitze 9 der inneren Leitung 7 dient als Kathode. Das Bezugszeichen L bezeichnet den Abstand zwischen dem inneren Ende P, des Quarzkolbens 1 auf der Seite der Kathode und dem inneren Ende P₀ auf der Seite der Anode. P, bezeichnet das Zentrum des Quarzkolbens 1.

Ein Beispiel einer Entladungslampe, die mit der oben dargestellten Struktur ausgebildet wurde, um Meßdaten zu erhalten, ist wie folgt:

909826/0603

Abstrahlleistung der Entladungslampe: 500 W Betriebsspannung: 24,2 V

Betriebsstrom: 20,6 A

Menge (X) des Quecksilbers, welches

pro cm des Kolbenvolumens eingeschlossen ist: 6,8 mg/cm (25 C) Gasdruck des Xenons (X): 3 atm (25⁰C)

L = 39 mm

Die folgende Tafel zeigt die Ergebnisse eines Vergleiches der obigen erfindungsgemäßen Entladungslampe mit einer Gleichstrombeleuchtungs-Kurzbogen-Quecksilberhochdrucklampe (SH) und einer handelsüblichen Xenonlampe (XL), alle Lampen haben eine Nennleistung von 500 W:

erfi ndungsgemäße XL SH Entladungslampe

Menge der Ultraviolettstrahlung mit 2.000 bis
2.500 Ä 1 0,1 10

Druckzeit 100 see Schwierig- 15 see

keiten beim Druck

Die obigen Vergleichsdaten beziehen sich auf die Menge der Strahlung mit 2.000 8 bis 2.500 8, die von der Xenonlampe XL emittiert wird.

♦· Λ

Die obigen Meßdaten zeigen an, daß die erfindungsgemäße Entladungslampe eine starke Ultraviolettstrahlung mit Wellenlängen im Bereich von 2.000 bis 2.500 8 emittiert, damit wird beim Drucken im Vergleich zu den anderen Entladungslampen, die den gleichen Leistungsbedarf wie die erfindungsgemäße Entladungslampe haben, wesentlich weniger Zeit benötigt.

Ist der Wert X kleiner als 1, so bewirkt dies einen Anstieg der Menge der Ultraviolettstrahlung mit Wellenlängen unter 2.000 8 und eine

.../6 909826/060 3

Verringerung in der Menge der Ultraviolettstrahlen mit Wellenlängen im Bereich von 2.000 8 bis 2.500 8, dieser Bereich ist besonders zum Drucken geeignet. Wenn der Wert X größer als 13 wird, so wächst die Strahlung der Ultraviolettstrahlen mit einer Wellenlänge oberhalb 3.000 8, und die Strahlung der Ultraviolettstrahlen im Wellenlängenbereich zwischen 2.000 8 bis 2.500 8 nimmt ab, dies führt zu verlängerten Druckzeiten. Ist der Wert Y kleiner als 2, so wird ebenfalls die Emission von Ultraviolettstrahlen im Wellenlängenbereich zwischen 2.000 8 und 2.500 8 unterdrückt, wenn andererseits der Wert Y größer wird als 10, so wächst die Emission der Infrarotstrahlung, dadurch wird das Druckteil aufgeheizt, so daß die Genauigkeit der Maskierung abnimmt, so daß eine verminderte Auflösung erreicht wird.

Als Ergebnis der Experimente wurde von uns herausgefunden, daß es möglich ist, eine geeignete Entladungslampe zu erhalten, die eine hinreichend große Menge von Ultraviolettstrahlen im Wellenlängenbereich zwischen 2.000 8 und 2.500 8 erzeugt und damit die Druckzeit bei der Ausbildung der Muster abkürzt und die zur Ausbildung sehr feiner Muster geeignet ist, wenn für X und Y gilt:

1 <= X ^ 13 und 2 4 Y 4 10

Wenn die oben beschriebene Entladungslampe bei der Durchführung des Druckverfahrens benutzt wird, so wird sie in eine Belichtungsvorrichtung eingebaut, wie sie beispielsweise im Japanischen Gebrauchsmuster 22 617/75 dargestellt ist. Zur Anpassung an diese Belichtungsvorrichtung sind die nachfolgenden Merkmale vorteilhaft:

(a) Die Spitze der Anode wird vom Zentrum P₃ des Quarzkolbens in Richtung auf die Kathode vorgeschoben und innerhalb eines Bereiches zwischen dem Zentrum P₃ und einem Punkt angeordnet, der vom Zentrum P₃ einen Abstand hat, dessen Länge 1/6 des oben genannten Abstandes L zwischen den inneren Enden des Quarzkolbens beträgt.

.../7 909826/0603

2645890

(b) Ein Reflexionsfilm 10 wird auf dem Kolbenteil ausgebildet, der die Kathodenseite umgibt. Dies erleichtert die Verdampfung des Quecksilbers und vermindert die Lichtstreuung. Vorzugsweise bedeckt der Reflexionsfilm den gesamten Kolbenbereich vom inneren Ende P₁ der Kathodenseite bis zu dem Punkt, der von P, einen Abstand L/6 besitzt.

In der Zeichnung erstreckt sich der Reflexionsfilm 10 teilweise bis zur hermetischen Einschmelzung 3, dies dient dazu, Streulicht noch weiter zu unterdrücken.

Die oben beschriebene erfindungsgemäße Entladungslampe emittiert eine starke Ultraviolettstrahlung mit Wellenlängen im Bereich von 2.000 bis 2.500 8 und ermöglicht es sicher, beim Drucken oder Kopieren von Mustern für integrierte Schaltungen und Schaltungen mit hohem bzw. ultrahohem Integrationsgrad Toleranzen zu erreichen, die kleiner als 1 Mikron sind, außerdem wird für den Druck- oder Kopiervorgang eine sehr kurze Zeit benötigt. Dementsprechend ist die erfindungsgemäße Entladungslampe außerordentlich nützlich.

Eine Kurzbogen-Entladungslampe entsprechend der obigen Ausführungsform für Gleichstrombeleuchtung hat außerdem Eigenschaften, die zwischen einer Hochdruck-Gasentladungslampe und einer Hochdruck-Quecksilberlampe liegen, dies erfordert beispielsweise einige Abänderungen in der Ausbildung der Anode. In verschiedenen Experimenten wurde herausgefunden, daß im Falle der Kurzbogen-Entladungslampe für Gleichstrombeleuchtung

_3 das Volumen der Anode 8 vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 χ 10 cm /W bis 1,5 χ 10 cm /W liegt, abhängig von der Leistungsabstrahlung der Entladungslampe.

Außerdem kann das Xenongas durch einige andere Edelgase ersetzt werden, auch wenn diese bezüglich des Strahlungswirkungsgrades etwas schlechter sind. Auch im Falle einer Langbogen-Entladungslampe für Wechselstrombeleuchtung ist es möglich, eine Quecksilber-Edelgas-Entladungslampe zu erhalten, welche ultraviolette Strahlen im Wellenlängenbereich zwischen 2.000 8 und 2.500 8 in großen,,Mutigen emittiert.

ÖB/Ö§

, -40 -Leerseite

Claims

REINLÄNDER & BERNHARDT

PATENTANWÄLTE

2345890

Orthstraße 12 D-8000 München 60

USHIO DENKI KABUSHIKIKAISHA

No. 6-1 Ote-machi 2-chome, Chiyoda-ku,

Tokyo, Japan

Asahi-Tokai Building 19-Floor

Patentansprüche

[1. Quecksilber-Edelgas- Entladungslampe mit einem Lampenkolben, der zwei Elektroden, Quecksilber und ein Edelgas einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß gilt

1 4 X 4 13, und

2 = Y = 10,

wobei X die Quecksilbermenge (mg/cm) pro cm des Lampenkolbens ist und wobei Y der Wert des (atmosphärischen) Druckes des Edelgases ist.
2. Quecksilber-Edelgas-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelgas Xenon oder eine Mischung aus Xenon und anderen Edelgasen ist.
3. Quecksi1ber-Edelgas-Entladungslampe

mit Kurzbogen für eine Beleuchtung mit Gleichstrom mit einem Lampenkolben, welcher eine Kathode, eine Anode, Quecksilber und Xenongas oder eine Gasmischung aus Xenon und anderen Edelgasen einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß gilt

.../A2 909826/0603

-Z-

1 <^ X <_ 13, und

2 4 Y <__ 10,

wobei X die Quecksilbermenge (mg/cm) pro cm des Lampenkolbenvolumens ist und wobei Y der Wert des (atmosphärischen) Druckes des Xenongases oder der Gasmischung aus Xenon und anderen Edelgasen ist.
4. Quecksilber-Edelgas-Entladungslampe mit Kurzbogen

nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Je im Bereich von 0,5 χ 10"³ cm³/W bis 1,5 χ ΙΟ"³ liegt, abhängig von der Solleistungsabstrahlung der Entladungslampe.

909826/0603