JP2022119372A - Heat releasing unit, exposure device, and manufacturing method of article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱ユニット、露光装置、及び物品の製造方法に関する。 The present invention relates to a heat dissipation unit, an exposure apparatus, and an article manufacturing method.
水銀ランプを光源として使用する露光装置には、露光に使用する波長(露光波長)の光をコールドミラーで反射し、露光に不要な波長(非露光波長)の光をコールドミラーで透過させるものがある。非露光波長の光を回収しない場合には、装置全体の温度の上昇を招き、装置を構成する部品の破損や、露光精度の低下を引き起こすおそれがある。そのため、放熱板で非露光波長の光を受光して熱に変換し、その熱をヒートシンクに伝導させて効率的に放熱させることが求められる。 Exposure equipment that uses a mercury lamp as a light source has a cold mirror that reflects the light of the wavelength used for exposure (exposure wavelength) and transmits the light of the wavelength that is unnecessary for exposure (non-exposure wavelength) through the cold mirror. be. If the light of the non-exposure wavelength is not recovered, the temperature of the entire apparatus may rise, which may lead to damage to parts constituting the apparatus and deterioration of exposure accuracy. Therefore, it is required that the radiation plate receives the light of the non-exposure wavelength, converts it into heat, conducts the heat to the heat sink, and efficiently dissipates the light.
また、露光装置では、生産性の向上のために光源の出力を増大させることが要求されるが、光源の出力の増大に伴い、放熱板やヒートシンクが溶融するという問題が発生しうる。特許文献1では、融点の高いセラミックス系の材料で放熱板を構成することで、放熱板やヒートシンクの溶融を防ぐことができる。また、特許文献1では、放熱板内部の温度差が大きくならないように放熱板を分割して配置させることで、放熱板を分割しない場合に比べて放熱板の耐久性を向上させることも開示されている。
Further, in the exposure apparatus, it is required to increase the output of the light source in order to improve productivity. In
しかしながら、セラミックス系の材料は、金属等の材料に比べて熱伝導率が低いため、熱を放熱するためのヒートシンクに、効率的に熱を伝導させることが困難である。また、放熱板を分割して配置する場合には隙間が生じるため、放熱板を分割しない場合に比べて、熱伝導性が低下してしまう。熱伝導性が低下してしまうことで、光源からの光により生じる熱を放熱する効率が低下してしまう。 However, since ceramic-based materials have lower thermal conductivity than materials such as metals, it is difficult to efficiently conduct heat to a heat sink for dissipating heat. In addition, when the heat sink is divided and arranged, a gap is generated, so the thermal conductivity is lowered as compared with the case where the heat sink is not divided. As the thermal conductivity decreases, the efficiency of dissipating heat generated by the light from the light source decreases.
そこで、本発明は、光源からの光により発生する熱の放熱効率の向上に有利な放熱ユニットを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a heat dissipation unit that is advantageous in improving the heat dissipation efficiency of heat generated by light from a light source.
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての放熱ユニットは、熱を放熱させる放熱部材と、光源からの光を吸収することによって生じる熱を前記放熱部材に伝熱させる伝熱部材と、を有し、前記伝熱部材の前記光源側の面には、前記伝熱部材の材料よりも融点が高い材料を含む膜が配置されていることを特徴とする。 To achieve the above object, a heat dissipation unit as one aspect of the present invention includes a heat dissipation member that dissipates heat, and a heat transfer member that transfers heat generated by absorbing light from a light source to the heat dissipation member. and a film containing a material having a higher melting point than the material of the heat transfer member is disposed on the light source side surface of the heat transfer member.
本発明によれば、光源からの光により発生する熱の放熱効率の向上に有利な放熱ユニットを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a heat dissipation unit that is advantageous in improving the heat dissipation efficiency of heat generated by light from a light source.
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。尚、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。 Preferred embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same reference numerals are given to the same members, and redundant explanations are omitted.
<第1実施形態>
図1は、本実施形態における放熱ユニット30の断面図である。放熱ユニット30は、放熱部材31と、伝熱部材32から構成される。伝熱部材32は、放熱部材31よりも光源1側に配置されており、放熱部材31と接触して配置される。放熱部材31は、光源1からの光70により発生する熱を放熱する機能を有する。放熱部材31は、空冷式の冷却機構であってもよいし、液冷式の冷却機構であってもよい。空冷式の冷却機構は、簡易な構造で冷却可能な点で優れており、液冷式の冷却機構は、空冷式に比べ冷却効果が高い点で優れている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
伝熱部材32は、効率的に放熱部材31に熱を伝導させるために、熱伝導性が高い材質であることが望ましい。本実施形態では、熱伝導性が高い金属により伝熱部材32が構成されており、光70により発生した熱を効率良く放熱部材31に伝達することができる。伝熱部材32の厚み(伝熱部材32と放熱部材31との接触面から、伝熱部材32の光源1側の面までの長さ)は、10mm程度である。伝熱部材32に用いられる具体的な材料としては、例えば、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、白金等が挙げられる。また、伝熱部材32は、分割されていない一体構造、或いは最小限に分割された構造にすることで、部品の点数を抑えることができ、製造コストを低減することができる。
The
しかしながら、伝熱部材32が金属で構成される場合には、光70により伝熱部材32が溶融してしまうおそれがある。また、伝熱部材32が溶融すれば、放熱部材31に伝熱部材32を介さずに光70が当たって放熱部材31も熱変形及び熱損傷するおそれがある。
However, if the
また、伝熱部材32が溶融しないように伝熱部材32を金属よりも融点が高い材料(例えば、セラミックス系の材料)に変更した場合には、金属を用いた場合に比べて熱伝導性が低くなってしまう。そのため、光70が直接照射されている箇所とそれ以外の箇所の温度勾配が大きくなってしまい、温度勾配による熱衝撃で伝熱部材32が破損してしまうおそれがある。そのような破損の発生を防ぐために、伝熱部材32を分割して配置する方法も考えられるが、熱伝導性が金属に比べて低い材料を用いていることに加えて、分割した境界の隙間があることで熱伝導効率を更に低下させてしまう要因となってしまう。
Moreover, when the
そこで、本実施形態では、熱伝導性が高い金属で構成された伝熱部材32の光源側の表面に膜33を配置させることで、光源1からの光70を吸収することにより生じた熱で伝熱部材32が溶融する事を防止することができる。また、本実施形態における膜33は、膜33が溶融しないように伝熱部材32よりも高い融点を有する材料の膜であるため、膜33が溶融して金属で構成される伝熱部材32に光源1からの光が直接照射される可能性を低減することができる。膜33は、伝熱部材32の光源側の面全体に配置されていても良いし、光が直接照射される一部の領域に配置されていても良い。
Therefore, in this embodiment, the heat generated by absorbing the
本実施形態における膜33について説明する。膜33は、伝熱部材32よりも高い融点を有する材料で構成されており、例えば、セラミックス系(アルミナ、ジルコニア、チタニア、クロミア、イットリア、マグネシア、酸化クロム、前記セラミックおよび二種類以上の複合酸化物)で構成されている。また、膜33は、高融点金属材料系(タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブ、前記金属合金)、金属・耐熱合金系(アルミニウム、ステンレス系、MCrAlX合金、ニッケル、Ni基合金、高炭素鉄クロム系、コバルト合金系、銅)等でも良い。MCrAlX合金のMは、Ni、Co、NiCo等であり、Xは、Y、Hf、Si、Ta等である。膜33は、構成される材質を酸化物にすることで、伝熱部材32の表面酸化による変色、或いは劣化を防ぐこともできる。
The
膜33の融点が低いと伝熱部材32が溶融してしまうおそれがあるため、膜33の材料は、融点が1100度以上の材料であることが望ましい。ここで、セラミックス系材料が有する特性について説明する。セラミックス系材料として、例えば、アルミナは、融点が約2050度であり、熱伝導率が約32W/m・Kである。炭化ケイ素セラミックスは、融点が約2600度であり、熱伝導率が約60W/m・Kである。窒化アルミニウムセラミックスは、融点が約2200度であり、熱伝導率が約150W/m・Kである。ジルコニアは、融点約2700度であり、熱伝導率が約3W/m・Kである。上記のセラミックス系材料は、融点が1100度以上である。より高い耐熱効果を膜33に求める場合には、融点が1800度以上の材料であることが好ましい。一方、金属材料であるアルミニウムは、融点が約660度であり、熱伝導率が約237W/m・Kである。このように、セラミックス系材料は、金属材料であるアルミニウムよりも融点が高いが熱伝導率は低いという特性を有する。
If the melting point of the
本実施形態において、膜33の厚さは、1mm以下の薄い層であることが望ましい。膜33の厚みを薄くすることで、伝熱部材32への光70の吸収を過度に制限することなく、伝熱部材32から放熱部材31への熱伝導を効率的に行うことができるためである。一方で、膜33の厚さが薄すぎると、伝熱部材32が溶融してしまうおそれがあるため、膜33の厚さは、0.01mm以上であることが好ましい。より高い耐久性を膜33に求める場合には、0.1mm以上の厚さであることが好ましい。また、本実施形態における膜33は、伝熱部材32の光70が入射する表面に伝熱部材32よりも高い融点を有する材料を溶射することで形成されうる。溶射による表面処理は、溶射される全範囲にわたり均一に膜を形成することが難しいことから、膜33にムラが生じてしまうおそれがある。そのため、膜33が最も薄くなる箇所において伝熱部材32が溶融しない程度の膜33の厚さを有することが求められる。膜33に用いられる材料によって適切な膜の厚さは異なるが、例えば、セラミックス系の膜が溶射による表面処理により形成される場合には、0.1mm~0.3mm程度の厚さが一般的である。
In this embodiment, the thickness of the
また、伝熱部材32と膜33の線膨張係数の差があることによって、膜33が伝熱部材32の表面から剥がれてしまうことが想定される。それを防止するために、伝熱部材32と膜33との間に、不図示の中間層(下地)を配置しても良い。中間層として用いられる材料は、例えば、Ni、Ni-Cr、Ni-Al、MCrAlY(MはNi、Co、NiCo等が挙げられる。
Moreover, it is assumed that the
以上より、本実施形態では、伝熱部材32の光源1側の表面に伝熱部材32よりも高い融点を有する材料で構成されている膜33を配置させることで、光源1からの光70を吸収することにより生じる熱で伝熱部材32が溶融する事を防止することができる。これにより、光源からの光により発生する熱の放熱効率を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the
<第2実施形態>
本実施形態の放熱ユニット30について説明する。本実施形態で言及しない事項については、第1実施形態に従う。図2は、本実施形態における放熱ユニット30の断面図である。本実施形態における放熱ユニット30は、第1実施形態で説明した放熱ユニットに対して、中間部材34を有する点で異なる。
<Second embodiment>
The
第1実施形態における放熱ユニットは、放熱部材31と伝熱部材32とが接触している形態として説明したが、放熱部材31と伝熱部材32との接触面にある微小な凹凸、反り、うねり等により、隙間が生じてしまうおそれがある。
Although the heat dissipation unit in the first embodiment has been described as a form in which the
そこで本実施形態における放熱ユニット30は、放熱部材31と伝熱部材32との間の隙間を、中間部材34で埋めることで、放熱部材31と伝熱部材32とを密着させることができる。図2は、放熱部材31と伝熱部材32との間に中間部材34を配置した放熱ユニット30の断面図である。図2に示す放熱ユニットの構成により、膜33が光70を受光することにより生じる熱を、伝熱部材32を介して放熱部材31に伝熱する効率が向上し、放熱ユニット30の放熱効率を向上させることができる。
Therefore, in the
中間部材34の材質は、熱伝導率が高く、柔らかく密着性が高いものが望ましい。伝熱部材36の材質として、例えば、黒鉛シート、シリコングリス、金属粉末入りペースト等が挙げられる。
The material of the
以上より、本実施形態では、中間部材34を放熱部材31と伝熱部材32と間の隙間に配置することにより、光源からの光により発生する熱の放熱効率を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, by arranging the
<第3実施形態>
本実施形態の放熱ユニット30について説明する。本実施形態で言及しない事項については、第1実施形態に従う。図3は、本実施形態における放熱ユニット30の断面図である。本実施形態における放熱ユニット30では、第1実施形態で説明した放熱部材として、空冷式の冷却機構のヒートシンク35を適用する。
<Third Embodiment>
The
図3は、放熱部材としてヒートシンク35を採用した放熱ユニット30の断面図である。ヒートシンク35は、熱伝導率が高い材料、例えば、アルミニウム、金、銀、銅などから構成される。アルミニウムの融点は約660度、熱伝導率は約237W/m・Kである。金の融点は約1064度、熱伝導率は約315W/m・Kである。銀の融点は約962度、熱伝導率は約427W/m・Kである。銅の融点は約1083度、熱伝導率は約398W/m・Kである。ヒートシンク35に熱伝導率が高い材料を用いることで、光70により発生する熱の冷却効率が向上する。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a
本実施形態におけるヒートシンク35は、空冷式の冷却機構を有している。ヒートシンク35は、空気との接触面積を増やすために、空気との接触面(光源1とは反対側の面)が凹凸の形状となっている。ヒートシンク35を効率的に冷却するために、気体を放出するファン36が設けられており、ファン36は、ヒートシンク35に気体を吹き付ける。ファン36が吹き付ける気体は、雰囲気内の気体であっても良いし、雰囲気内の気体とは別の気体であっても良い。気体の温度は、雰囲気内の温度と同じであっても良いし、冷却されていても良い。
The
ヒートシンク35は、ファン36から放出された気体が、ヒートシンク35の全体を冷却できるように、凹凸形状が形成されていることが望ましい。具体的には、ファン36から放出された気体が流れる方向に沿ってヒートシンク35の凹部(或いは、凸部)が形成されていると良い。また、ヒートシンク35の温度が高くなりやすい領域(例えば、中央部)に多く気体が吹き付けられるようにファン35を配置しても良い。ファン35は、複数設けられていても良い。
It is desirable that the
尚、本実施形態では、ヒートシンク35を空冷式の冷却機構として説明したが、液冷式の冷却機構であっても良い。液冷式の冷却機構を採用する場合、ヒートシンク35の内部、或いはヒートシンク35に接触させる構成で冷却用の冷媒を流入させることで、空冷式よりも高い冷却効率でヒートシンク35を冷却することができる。
In this embodiment, the
以上より、本実施形態では、放熱部材として、空冷式の冷却機構のヒートシンク35を用いることにより冷却効率を向上させ、光源からの光により発生する熱の放熱効率を向上させることができる。
As described above, in this embodiment, by using the
<露光装置の実施形態>
本実施形態では、第1~第3実施形態で説明した放熱ユニット30を露光装置に適用する例について説明する。図4は、放熱ユニット30を有する露光装置100の概略図である。露光装置100は、光源1(例えば、水銀ランプやレーザー)と、光源1からの光で原版12(例えば、マスクやレチクル)を照明する照明光学系、原版12のパターンを基板15(例えば、ウエハやガラスプレート)に投影する投影光学系14を有する。
<Embodiment of exposure apparatus>
In this embodiment, an example in which the
光源1から出射された光は、集光ミラー2で集光され、コールドミラー3(光学素子)へと入射される。コールドミラー3は、露光に使用されない非露光波長の光70(一方の光)を透過させ、露光に使用される露光波長の光60(他方の光)を反射させる。尚、コールドミラー3は、露光波長の光60と非露光波長の光70とを分離させることができる機能さえ備えられていれば良いため、露光波長の光60を透過させて、非露光波長の光を反射させる構成であっても良い。非露光波長の光70とは、例えば、水銀ランプのg線の波長である436nm以上の波長の光であり、露光波長の光60とは、例えば、436nmより短い波長の光である。
Light emitted from a
非露光波長の光70は、放熱ユニット30に入射され、熱に変換される。ここで生じた熱は、放熱部材31によって放熱される。放熱ユニット30の受光面には、高い融点の材料である膜33が配置されているため、光源1が高出力の水銀ランプである場合でも放熱ユニット30は溶融しない。尚、放熱ユニット30は、露光装置100内に設けられても良いし、露光装置100の外部に設けられても良い。後者の場合には、光70は、不図示の窓を介して露光装置100の外部に導光される。
The
コールドミラー3で反射された露光波長の光60は、コンデンサレンズ5によって集光され、オプティカルインテグレータ6によって均一化され、絞り7で原版を照明する光の形状を調節する。その後、露光波長の光60は、コンデンサレンズ8、折り曲げミラー9、マスキングブレード10、結像レンズ11を経て原版12に照射される。投影光学系14によって原版12と基板15との光学的な位置関係が共役に維持される。原版12は原版ステージ13によって駆動され、基板15は基板ステージ16によって駆動される。
The exposure wavelength light 60 reflected by the cold mirror 3 is condensed by the condenser lens 5, homogenized by the optical integrator 6, and the aperture 7 adjusts the shape of the light that illuminates the original. After that, the exposure wavelength light 60 passes through the condenser lens 8 , the folding mirror 9 , the
以下では、露光装置100に適用される好適な放熱ユニット30の具体的な構成について説明する。尚、光源1として出力が12kWの水銀ランプを使用するものとし、436nm以上の波長の光を非露光波長とする。
A specific configuration of the preferred
放熱ユニットのそれぞれの部材に用いられる公好適な材料について説明する。伝熱部材32には、無酸素銅(C1020)の一体物であることが好ましい。無酸素銅の熱伝導率は391[W/(m・k)]であり、熱伝導性と加工性に優れた材質であるためである。伝熱部材32に対して、MCrAlY(MはNi、Co、NiCo)で50~100μmの中間層(ボンディングコート)を形成させた後に、ジルコニアを200~300μmの厚さで溶射することで、膜33を形成することが好ましい。
Preferred materials used for each member of the heat dissipation unit will be described. It is preferable that the
伝熱部材32と放熱部材31との間には、中間部材34として、密着性に富み、高温に耐える黒鉛シートを配置することが好ましい。使用する黒鉛シートは、例えば、密度1[g/cm3]程度、厚さ方向の熱伝導率5[W/(m・K)]以上、厚さ方向の線膨張率0.0002[/K]程度のものを使用すると良い。
It is preferable to arrange a graphite sheet as an
放熱部材31には、空冷式のヒートシンクを使用し、熱伝導性が高いアルミニウムを用いることが好ましい。ヒートシンクの凸部と平行に空気が流れるように、ファン36により排気風量4[m3/min]で熱排気を行うことが好ましい。
An air-cooled heat sink is preferably used for the
<物品の製造方法の実施形態>
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、フラットパネルディスプレイ(FPD)を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板上に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程(基板を露光する工程)と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
<Embodiment of method for manufacturing article>
A method for manufacturing an article according to an embodiment of the present invention is suitable for manufacturing a flat panel display (FPD), for example. The method for manufacturing an article according to the present embodiment comprises a step of forming a latent image pattern on a photosensitive agent coated on a substrate using the above exposure apparatus (a step of exposing the substrate), and forming a latent image pattern in this step. and developing the coated substrate. In addition, such manufacturing methods include other well-known steps (oxidation, deposition, deposition, doping, planarization, etching, resist stripping, dicing, bonding, packaging, etc.). The article manufacturing method of the present embodiment is advantageous in at least one of article performance, quality, productivity, and production cost compared to conventional methods.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, it goes without saying that the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist.
1 光源
30 放熱ユニット
31 放熱部材
32 伝熱部材
33 膜
70 光
Claims (17)
光源からの光を吸収することによって生じる熱を前記放熱部材に伝熱させる伝熱部材と、を有し、
前記伝熱部材の前記光源側の面には、前記伝熱部材の材料よりも融点が高い材料を含む膜が配置されていることを特徴とする放熱ユニット。 a heat dissipation member that dissipates heat;
a heat transfer member that transfers heat generated by absorbing light from a light source to the heat dissipation member;
A heat dissipation unit, wherein a film containing a material having a higher melting point than a material of the heat transfer member is arranged on a surface of the heat transfer member facing the light source.
前記中間部材は、黒鉛シート、シリコングリス、金属粉末入りペーストのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の放熱ユニット。 further comprising an intermediate member that fills a gap between the heat radiating member and the heat transfer member;
12. The heat dissipation unit according to any one of claims 1 to 11, wherein the intermediate member is any one of a graphite sheet, silicon grease, and paste containing metal powder.
前記中間層の材料は、Ni、Ni-Cr、Ni-Al、MCrAlYのうち、少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の放熱ユニット。 further comprising an intermediate layer between the heat transfer member and the film for preventing the film from peeling off from the surface of the heat transfer member;
The heat dissipation unit according to any one of claims 1 to 12, wherein the material of the intermediate layer includes at least one of Ni, Ni--Cr, Ni--Al and MCrAlY.
光源と、
前記光源から出射される光を分離する光学素子と、を有し、
前記放熱ユニットは、前記光学素子によって分離された一方の光を吸収することによって生じる熱を放熱させ、
前記光学素子によって分離された他方の光で照明することを特徴とする照明光学系。 A heat dissipation unit according to any one of claims 1 to 13;
a light source;
and an optical element that separates light emitted from the light source,
The heat dissipation unit dissipates heat generated by absorbing one of the lights separated by the optical element,
An illumination optical system characterized by illuminating with the other light separated by the optical element.
原版のパターンを基板に露光する投影光学系と、を有し、
前記光学素子は、前記光源から出射される光を、露光波長の光と非露光波長の光とに分離し、
前記放熱ユニットは、前記非露光波長の光を吸収することによって生じる熱を放熱させ、
前記照明光学系は、前記露光波長の光で前記原版を照明することを特徴とする露光装置。 an illumination optical system according to claim 14;
a projection optical system for exposing the pattern of the original onto the substrate,
The optical element separates the light emitted from the light source into light with an exposure wavelength and light with a non-exposure wavelength,
The heat dissipation unit dissipates heat generated by absorbing the light of the non-exposure wavelength,
An exposure apparatus, wherein the illumination optical system illuminates the original with light of the exposure wavelength.
前記非露光波長の光は、436nm以上の波長の光であることを特徴とする請求項15に記載の露光装置。 The light of the exposure wavelength is light of a wavelength shorter than 436 nm,
16. An exposure apparatus according to claim 15, wherein said non-exposure wavelength light is light with a wavelength of 436 nm or more.
前記露光工程で露光された基板を現像する現像工程と、
前記現像工程で現像された基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。 an exposure step of exposing a substrate using the exposure apparatus according to claim 15 or 16;
a developing step of developing the substrate exposed in the exposing step;
A method for producing an article, comprising producing an article from the substrate developed in the developing step.
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