CN105700298A - 冷却装置、照明光学系统、曝光装置和制造物品的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及冷却装置、照明光学系统、曝光装置和制造物品的方法，并具体提供一种用于冷却光源单元的冷却装置。冷却装置包括：被设置在来自光源单元的光的路径外面的冷却单元；和被配置为连接光源单元的发热部分与冷却单元的热导管。热导管还用作光源单元的电极线。

Description

冷却装置、照明光学系统、曝光装置和制造物品的方法

技术领域

本发明涉及冷却装置、照明光学系统、曝光装置和制造物品的方法。

背景技术

曝光装置是在光刻过程中经由投影光学系统将原稿(光罩或掩模)的图案转印到感光基板(例如，在表面上形成抗蚀剂层的晶片或玻璃板)上的装置，其中该光刻过程是半导体设备、液晶显示设备等的制造过程。例如，近年来，要求将图案转印到液晶显示设备上的投影曝光装置将掩模上的更大面积图案一次曝光到基板上。为了满足这种要求，提出了能够实现高分辨力并且曝光更大画面的分步扫描型扫描投影曝光装置。扫描曝光装置通过经由投影光学系统的扫描操作将用狭缝光束照亮的图案曝光和转印到基板上。

在这种扫描曝光装置中，使用诸如放电灯的高输出光源以提高生产率。具有该光源的照明光学系统不仅包含电极线，而且还包含目标为冷却卡口帽部分(发热部分)的冷却单元。为了导电和传热，将电极线和冷却单元布置为接近光源单元，并因此在曝光上投下阴影并且不利地影响有效光源。有效光源分布是照亮掩模的照明光学系统的光瞳面上的光强度分布。由此，为了使对有效光源分布的不利影响最小化，需要使得电极线和冷却单元小。日本专利公开No.2008-262911公开了其中制冷剂流动通道被设置在放电灯的卡口帽部分(发热部分)中而由此集成冷却单元和光源单元的布置。

但是，在日本专利公开No.2008-262911的技术中，据信，用于在放电灯的电极部分中设置制冷剂流动通道的机制使得电极部分大，并因此不能简单地导致对有效光源分布的影响最小化。另外，放电灯的电极部分变得复杂，从而导致放电灯的成本高。

发明内容

例如，本发明提供有利于提高光源冷却效率和抑制对有效光源分布的不利影响的技术。

根据本发明的一个方面，提供一种用于冷却光源单元的冷却装置。该装置包括：被设置在来自光源单元的光的路径外面的冷却单元；和被配置为连接光源单元的发热部分与冷却单元的热导管，其中，热导管还用作光源单元的电极线。

根据本发明的另一方面，提供一种照明光学系统。系统包括：多个光源单元；以及分别与该多个光源单元对应的多个冷却装置。这里，该多个冷却装置中的每一个包含：被设置在来自该多个光源单元中的相应光源单元的光的路径外面的冷却单元，以及被配置为连接该相应光源单元与该冷却单元的热导管，并且热导管还用作光源单元的电极线。

根据本发明的又一方面，提供一种曝光装置。该装置包括：被配置为照亮在其上形成图案的原稿的照明光学系统，以及被配置为将在原稿上形成的图案投影到基板上的投影光学系统。照明光学系统包含：多个光源单元，以及分别与该多个光源单元对应的多个冷却装置。该多个冷却装置中的每一个包含：被设置在来自该多个光源单元中的相应光源单元的光的路径外面的冷却单元，以及被配置为连接该相应光源单元与该冷却单元的热导管。这里，热导管还用作光源单元的电极线。

根据本发明的又一方面，提供一种制造物品的方法。该方法包括：使用曝光装置曝光基板，以及显影曝光后的基板，其中曝光装置包括：被配置为照亮在其上形成图案的原稿的照明光学系统，以及被配置为将在原稿上形成的图案投影到基板上的投影光学系统，照明光学系统包含：多个光源单元；以及分别与该多个光源单元对应的多个冷却装置。该多个冷却装置中的每一个包含：被设置在来自该多个光源单元中的相应光源单元的光的路径外面的冷却单元，以及被配置为连接该相应光源单元与该冷却单元的热导管。热导管还用作光源单元的电极线。

根据示例性实施例的以下描述(参照附图)，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1是表示根据实施例的照明光学系统的布置的视图；

图2是表示根据实施例的光源单元和冷却装置的布置的视图；

图3A和图3B是用于解释其中来自放电灯的光被热导管阻挡的状态的视图；

图4是用于解释来自三个光源单元的光束的合并后的形状的视图；

图5A和图5B是用于解释通过合并三个光源单元的能量分布而获得的能量分布的示例的视图；

图6是用于解释阳极侧热导管的布置的示例的视图；

图7是用于解释阳极单元与阳极侧热导管之间的连接的示例的视图；

图8是用于解释其中电源电缆与冷却单元连接的示例的视图；

图9是用于解释其中裸露绞线缠绕在热导管周围的示例的视图；

图10是用于解释其中热导管连接部分具有两件式(two-piece)结构的示例的视图；

图11A和图11B是用于解释其中热导管连接部分具有两件式结构的示例的视图；

图12是表示包含于扫描曝光装置中的照明光学系统的布置的另一示例的视图。

具体实施方式

以下参照附图详细描述本发明的各种示例性实施例、特征和方面。

现在将参照附图详细描述本发明的实施例。应当注意，本发明不限于以下的实施例，并且，这些实施例仅是有利于实现本发明的详细示例。另外，并非在以下的实施例中描述的特征的所有组合都是本发明的解决手段所必需的。

(第一实施例)

图1表示应用根据本发明的冷却装置的照明光学系统的布置的示例。照明光学系统是可包含于例如诸如扫描曝光装置的曝光装置中并且被配置为将来自光源单元的光引导到原稿(掩模)的设备，其中原稿是在其上形成图案的照射目标。

照明光学系统包括多个光源单元。例如，照明光学系统包括三个光源单元1A、1B和1C。光源单元1A、1B和1C中的每一个都包含放电灯51和椭圆镜50。但是，本发明也适用于使用除放电灯之外的光源的布置。放电灯51的发光点被放置在椭圆镜50的第一焦点处。

由光源单元1A、1B和1C发出的光束聚焦于椭圆镜的第二焦点处，并然后分别穿过傅立叶变换光学系统11A、11B和11C。已经穿过傅立叶变换光学系统11A和11C的光束分别通过相互垂直的两个偏光镜2a和2c而被弯曲。弯曲后的光束与已经穿过傅立叶变换光学系统11B的光束合并。合并后的光束穿过傅立叶变换光学系统3并进入蝇眼透镜组4。傅立叶变换光学系统3被布置为使得被布置于光源单元1A、1B和1C中的椭圆镜50的第二焦点位置和蝇眼透镜组4的入射表面形成傅立叶共轭面。然后，从蝇眼透镜组4的出射表面出射的光束穿过傅立叶变换光学系统5并进入狭缝表面6。成像光学系统7和投影光学系统9被布置为使得狭缝表面6、掩模表面8和平板表面10形成光学共轭面。此时，蝇眼透镜组4的出射表面(照明光学系统的光瞳面)上的光强度分布代表投影曝光装置(照明光学系统)的有效光源分布。

如上所述，椭圆镜50的第一焦点被布置为以便匹配放电灯51的发光点。当向放电灯51施加超高电压时，放电灯51发光。放电灯51的发光热量使环境温度升高。如果近邻温度由于放电灯51的发热而超过例如600℃，那么放电灯51的灯泡会爆裂，并且因此可能失去作为光源单元的功能。

为了防止这一点，在本实施例中，设置分别与光源单元1A、1B和1C对应的多个冷却装置。图2表示光源单元和冷却装置的布置。光源单元的阴极单元52A经由阴极侧热导管53A而与阴极侧冷却单元54A连接，并且光源单元的阳极单元52B经由阳极侧热导管53B而与阳极侧冷却单元54B连接。如上所述，在本实施例中，使用多组的光源单元、冷却单元和热导管。阴极侧冷却单元54A和阳极侧冷却单元54B被布置于来自放电灯51的光的路径外面。注意，作为热导管，例如可以使用由具有相对较高的导热效率的铜或铝等制成并且包含密封于内部的工作流体的导热导管。另外，作为冷却单元，例如可以使用具有由铜或铝等制成的辐射叶片的散热器。由此，热导管用作将热从光源单元的发热部分向冷却单元移动的传热元件。由放电灯51产生的热从阴极单元52A依次移动到阴极侧热导管53A和阴极侧冷却单元54A，并且以气体或液体方式冷却阴极侧冷却单元54A。热由此从光源单元被排出到外面。类似地，由放电灯51产生的热从阳极单元52B依次移动到阳极侧热导管53B和阳极侧冷却单元54B，并且以气体或液体方式冷却阳极侧冷却单元54B。热也由此从光源单元被排出到外面。这可使放电灯51保持在希望的温度。

要接通放电灯51，用于供给电力的路径是必需的。为了确保该路径，在本实施例中，阴极侧热导管53A和阳极侧热导管53B还用作电极线。阴极侧热导管53A和阳极侧热导管53B中的每一个一般由铜部件形成，并可因此作为电极线供给电力。由此，放电灯电源56和阴极侧热导管53A经由阴极侧电源电缆55A被连接，并且放电灯电源56和阳极侧热导管53B经由阳极侧电源电缆55B被连接。这使得能够经由热导管从放电灯电源56向放电灯51供给电力。

图3A是沿图2中的线A-A截取的视图。由放电灯51发出的光束经过椭圆镜50，并然后移动至傅立叶变换光学系统11A、11B和11C。一些光分量在中途被阳极侧热导管53B阻挡。即，阳极侧热导管53B可被视为有效光源分布上的阴影。图3B是示意性地表示这种状态的视图。如上所述，在本实施例中，由于阴极侧热导管53A和阳极侧热导管53B还用作电极线，因此，不需要单独地布置电极线。因此，能够减少单独布置的电极线对有效光源分布的不利影响。

接下来将描述通过合并三个光源单元而获得的有效光源分布。为了便于描述，假定椭圆镜50的平面视区域60的能量为100％，且阳极侧热导管53B的阴影部分61的能量为0％。由于根据本实施例的照明光学系统包括三个光源单元，因此，阳极侧热导管53B的阴影被投影在每一个光源单元中。例如，如图4所示，考虑其中在狭缝表面6上观察到光源单元1A、1B和1C的阴影的有效光源分布。当考虑由从光源单元1A、1B和1C到狭缝表面6的透镜和镜子进行的反转和旋转时，来自三个光源单元的光束的合并光具有由附图标记100代表的形状。

图5A表示通过合并已经参照图3A和图3B描述的三个光源单元的能量分布而获得的能量分布的示例。参照图5A，区域70的能量为300％，并且阴影部分71的能量为0％。由此，在有效光源分布中出现强度不均匀性，并且不能获得令人满意的成像性能。

当通过合并多个光源单元来形成有效光源分布时，在狭缝表面上热导管的阴影优选均匀分布于该有效光源分布中。由此，当阴影如图5B所示的那样被均匀布置时，区域80的能量为300％，并且阴影部分81的能量为200％。由此，不均匀性减小。例如，为了获得图5B中所示的有效光源分布，考虑由从光源单元1A、1B和1C到狭缝表面6的光学系统进行的反转，如图6所示，以几乎均匀的角度布置光源单元1A、1B和1C的阳极侧热导管53B。

在本实施例中，如图7所示，阳极单元52B经由例如热导管连接部分200而与阳极侧热导管53B的一端连接。阳极侧冷却单元54B与阳极侧热导管53B的另一端连接。阳极侧热导管53B和热导管连接部分200是支撑放电灯51的自由端侧并且相互紧密接触以实现有效的热传导的结构。阳极侧热导管53B和热导管连接部分200被连接，以确保电传导性并获得希望的或更小的电阻。由放电灯51产生的热从阳极单元52B依次移动至热导管连接部分200、阳极侧热导管53B和阳极侧冷却单元54B，并且以气体或液体方式冷却阳极侧冷却单元54B。热由此从光源单元排出到外面。这可使放电灯51保持在希望的温度。

在图2的示例中，电源电缆在放电灯电源56与冷却单元之间与热导管连接。但是，电源电缆可在冷却单元中与热导管连接。例如，如图8所示，阳极侧电源电缆55B在阳极侧冷却单元54B内与阳极侧热导管53B连接。另外，绝缘体206与阳极侧冷却单元54B耦合。由于阳极侧冷却单元54B和阳极侧热导管53B与另一部件207相比具有高的电势，因此，绝缘体206(作为绝缘部件)防止短路。

放电灯供给几十安培的电流。由此，当电流流向阳极侧热导管53B时，电阻高，从而导致电源故障或者发热。作为其解决措施，如图9所示，可以使用其中将没有覆盖层的电线(即裸露绞线203)缠绕在阳极侧热导管53B周围的结构，由此减小阳极侧热导管53B的电阻。

考虑其中选择性地使用诸如标准放电灯和具有更大发热量的高强度放电灯的多种类型的放电灯的情况，热导管连接部分200可分成多个部分。例如，如图10所示，热导管连接部分200形成为包含上热导管连接部分200A和下热导管连接部分200B的两件式结构。如图11A所示，高强度放电灯的阳极卡口帽部分220与上热导管连接部分200A和下热导管连接部分200B二者均紧密接触。另一方面，如图11B所示，标准放电灯的阳极卡口帽部分210具有台阶形状，使得它仅与上热导管连接部分200A紧密接触，而不与下热导管连接部分200B紧密接触。这可实现根据放电灯的卡口帽部分的形状改变卡口帽部分和热导管连接部分之间的接触面积的结构。当卡口帽部分与热导管连接部分之间的接触面积变小时，导热效率相应地下降。通过在高强度放电灯与标准放电灯之间切换导热效率，能够冷却到希望的温度。

如上所述，根据本发明的照明光学系统可实现为包含于例如扫描曝光装置中并且被配置为将来自光源单元的光引导到原稿(掩模)的设备，该原稿是在其上形成图案的照射目标。图12表示包含于扫描曝光装置中的照明光学系统的布置的另一示例。与图1相同的附图标记表示相同的构成元素，并将省略其描述。

参照图12，被配置为测量由照明光学系统形成的有效光源分布的有效光源测量设备500被设置在狭缝表面6附近。有效光源测量设备500包括针孔501和光电检测传感器502。有效光源测量设备500被配置为例如测量狭缝表面6附近的光的入射角度特性，并且可具有另一布置。有效光源测量设备500优选在狭缝表面6附近可驱动。在本实施例中，有效光源测量设备500被设置在狭缝表面6附近。作为另一示例，有效光源测量设备500可被设置在与狭缝表面6光学共轭的地方(例如，掩模表面8或平板表面10)。

通过从有效光源测量设备500获得的测量结果获得有效光源形状。控制单元C基于测量结果整体调整各光源单元的位置和角度中的至少一个，使得由光源单元产生的阴影的位置均匀分布。此时，不是光源单元整体而是各光源单元中的热导管的位置和角度中的至少一个可被调整。

<制造物品的方法的实施例>

根据本发明的实施例的制造物品的方法适于制造例如诸如半导体设备的微设备或具有微结构的元件的物品。根据本实施例的物品制造方法包括使用上述曝光装置在施加于基板上的光致抗蚀剂上形成潜像图案的步骤和显影具有在该步骤中形成的潜像图案的基板的步骤。制造方法还包括其它已知的步骤(氧化、沉积、气相沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂去除、切割、接合和封装)。根据本实施例的物品制造方法在物品的性能、质量、生产率和制造成本中的至少一个上优于常规的方法。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的修改和等同的结构和功能。

Claims (9)

1.一种用于冷却光源单元的冷却装置，其特征在于，包括：

冷却单元，其被设置在来自所述光源单元的光的路径外面；以及

热导管，其被配置为连接所述光源单元的发热部分与所述冷却单元，

其中，所述热导管还用作光源单元的电极线。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热导管具有通过缠绕裸露绞线来减小电阻的结构。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源单元包含放电灯，

所述装置还包括被配置为连接所述放电灯的卡口帽部分与所述热导管的连接部分，并且，

所述连接部分具有根据所述放电灯的卡口帽部分的形状改变所述卡口帽部分与所述连接部分之间的接触面积的结构。

4.一种照明光学系统，其特征在于，包括：

多个光源单元；以及

分别与所述多个光源单元对应的多个冷却装置，

其中，所述多个冷却装置中的每一个包含：

被设置在来自所述多个光源单元中的相应光源单元的光的路径外面的冷却单元；以及

被配置为连接所述相应光源单元与所述冷却单元的热导管，并且，

所述热导管还用作光源单元的电极线。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述多个冷却装置的热导管被布置为使得热导管的阴影均匀分布于由所述照明光学系统形成的有效光源分布上。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：

被配置为测量所述有效光源分布的测量设备；以及

被配置为基于所述测量设备的测量结果整体调整光源单元的位置、角度或位置和角度的控制单元。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：

被配置为测量所述有效光源分布的测量设备；以及

被配置为基于所述测量设备的测量结果调整光源单元中的热导管的位置、角度或位置和角度的控制单元。

8.一种曝光装置，其特征在于，包括：

照明光学系统，其被配置为照亮在其上形成图案的原稿；以及

投影光学系统，其被配置为将在所述原稿上形成的图案投影到基板上，

其中，所述照明光学系统包含：

多个光源单元；以及

分别与所述多个光源单元对应的多个冷却装置，

所述多个冷却装置中的每一个包含：

被设置在来自所述多个光源单元中的相应光源单元的光的路径外面的冷却单元；以及

被配置为连接所述相应光源单元与所述冷却单元的热导管，并且，

所述热导管还用作光源单元的电极线。

9.一种制造物品的方法，其特征在于，包括：

使用曝光装置曝光基板；以及

显影曝光后的所述基板，

其中，所述曝光装置包括：

照明光学系统，其被配置为照亮在其上形成图案的原稿；以及

投影光学系统，其被配置为将在所述原稿上形成的图案投影到基板上，

所述照明光学系统包含：

多个光源单元；以及

分别与所述多个光源单元对应的多个冷却装置，

所述多个冷却装置中的每一个包含：

被设置在来自所述多个光源单元中的相应光源单元的光的路径外面的冷却单元；以及

被配置为连接所述相应光源单元与所述冷却单元的热导管，并且，

所述热导管还用作光源单元的电极线。