TWI588868B - 冷卻裝置、照明光學系統、曝光裝置及製造物品之方法 - Google Patents

Description

冷卻裝置、照明光學系統、曝光裝置及製造物品之方法

本發明涉及用於微影術或類似者之光源的冷卻技術。

曝光裝置是在微影過程中經由投影光學系統將原稿(光罩或遮罩)的圖案轉印到感光基板(例如，在表面上形成抗蝕劑層的晶圓或玻璃板)上的裝置，其中該微影過程是半導體裝置、液晶顯示裝置等的製造過程。例如，近年來，要求將圖案轉印到液晶顯示裝置上的投影曝光裝置將遮罩上的更大面積圖案一次曝光到基板上。為了滿足這種要求，提出了能夠實現高解析力並且曝光更大畫面的分步掃描型掃描投影曝光裝置。掃描曝光裝置通過經由投影光學系統的掃描操作將用狹縫光束照亮的圖案曝光和轉印到基板上。

在這種掃描曝光裝置中，使用諸如放電燈的高輸出光源以提高生產率。具有該光源的照明光學系統不 僅包含電極線，而且還包含目標為冷卻卡榫帽部分(發熱部分)的冷卻單元。為了導電和傳熱，將電極線和冷卻單元佈置為接近光源單元，並因此在曝光上投下陰影並且不利地影響有效光源。有效光源分佈是照亮遮罩的照明光學系統的光瞳面上的光強度分佈。由此，為了使對有效光源分佈的不利影響最小化，需要使得電極線和冷卻單元小。日本專利公開案第2008-262911號公開了其中致冷劑流動通道被設置在放電燈的卡榫帽部分(發熱部分)中而由此整合冷卻單元和光源單元的佈置。

但是，在日本專利公開案第2008-262911號的技術中，據信，用於在放電燈的電極部分中設置致冷劑流動通道的機制使得電極部分大，並因此不能簡單地導致對有效光源分佈的影響最小化。另外，放電燈的電極部分變得複雜，從而導致放電燈的成本高。

例如，本發明提供有利於提高光源冷卻效率和抑制對有效光源分佈的不利影響的技術。

根據本發明的一個方面，提供一種用於冷卻光源單元的冷卻裝置。該裝置包括：被設置在來自光源單元的光的路徑外面的冷卻單元；和被建構為連接光源單元的發熱部分與冷卻單元的熱導管，其中熱導管還用作光源單元的電極線。

根據示例性實施例的以下描述(參照附 圖)，本發明的其他特徵將變得清晰。

1A、1B、1C‧‧‧光源單元

2a、2c‧‧‧偏光鏡

3‧‧‧傅立葉變換光學系統

4‧‧‧複眼透鏡組

5‧‧‧傅立葉變換光學系統

6‧‧‧狹縫表面

7‧‧‧成像光學系統

8‧‧‧遮罩表面

9‧‧‧投影光學系統

10‧‧‧平板表面

11A、11B、11C‧‧‧傅立葉變換光學系統

50‧‧‧橢圓鏡

51‧‧‧放電燈

52A‧‧‧陰極單元

52B‧‧‧陽極單元

53A‧‧‧陰極側熱導管

53B‧‧‧陽極側熱導管

54A‧‧‧陰極側冷卻單元

54B‧‧‧陽極側冷卻單元

55A‧‧‧陰極側電源電纜

55B‧‧‧陽極側電源電纜

56‧‧‧放電燈電源

60‧‧‧平面圖區域

61‧‧‧陰影部分

70‧‧‧區域

71‧‧‧陰影部分

80‧‧‧區域

81‧‧‧陰影部分

100‧‧‧合併光的形狀

200‧‧‧熱導管連接部分

200A‧‧‧上熱導管連接部分

200B‧‧‧下熱導管連接部分

203‧‧‧裸露絞線

206‧‧‧絕緣體

207‧‧‧另一部件

210、220‧‧‧陽極卡榫帽部分

500‧‧‧有效光源測量裝置

501‧‧‧針孔

502‧‧‧光檢測感測器

圖1是表示根據實施例的照明光學系統的佈置的視圖；圖2是表示根據實施例的光源單元和冷卻裝置的佈置的視圖；圖3A和圖3B是用於解釋其中來自放電燈的光被熱導管阻擋的狀態的視圖；圖4是用於解釋來自三個光源單元的光束的合併後的形狀的視圖；圖5A和圖5B是用於解釋通過合併三個光源單元的能量分佈而獲得的能量分佈的示例的視圖；圖6是用於解釋陽極側熱導管的佈置的示例的視圖；圖7是用於解釋陽極單元與陽極側熱導管之間的連接的示例的視圖；圖8是用於解釋其中電源電纜與冷卻單元連接的示例的視圖；圖9是用於解釋其中裸露絞線纏繞在熱導管周圍的示例的視圖；圖10是用於解釋其中熱導管連接部分具有兩件式結構的示例的視圖；圖11A和圖11B是用於解釋其中熱導管連接 部分具有兩件式結構的示例的視圖；圖12是表示包含於掃描曝光裝置中的照明光學系統的佈置的另一示例的視圖。

以下參照附圖詳細描述本發明的各種示例性實施例、特徵和方面。

現在將參照附圖詳細描述本發明的實施例。應當注意，本發明不限於以下的實施例，並且，這些實施例僅是有利於實現本發明的詳細示例。另外，並非在以下的實施例中描述的特徵的所有組合都是本發明的解決手段所必需的。

<第一實施例>

圖1表示應用根據本發明的冷卻裝置的照明光學系統的佈置的示例。照明光學系統是可包含於例如諸如掃描曝光裝置的曝光裝置中並且被建構為將來自光源單元的光引導到原稿(遮罩)的裝置，其中原稿是在其上形成圖案的照射目標。

照明光學系統包括多個光源單元。例如，照明光學系統包括三個光源單元1A、1B和1C。光源單元1A、1B和1C中的每一個都包含放電燈51和橢圓鏡50。但是，本發明也適用於使用除放電燈之外的光源的佈置。放電燈51的發光點被放置在橢圓鏡50的第一焦點處。

由光源單元1A、1B和1C發出的光束聚焦於橢圓鏡的第二焦點處，然後分別穿過傅立葉變換光學系統11A、11B和11C。已經穿過傅立葉變換光學系統11A和11C的光束分別通過相互垂直的兩個偏光鏡2a和2c而被彎曲。彎曲後的光束與已經穿過傅立葉變換光學系統11B的光束合併。合併後的光束穿過傅立葉變換光學系統3並進入複眼透鏡組4。傅立葉變換光學系統3被佈置為使得被佈置於光源單元1A、1B和1C中的橢圓鏡50的第二焦點位置和複眼透鏡組4的入射表面形成傅立葉共軛面。然後，從複眼透鏡組4的出射表面出射的光束穿過傅立葉變換光學系統5並進入狹縫表面6。成像光學系統7和投影光學系統9被佈置為使得狹縫表面6、遮罩表面8和平板表面10形成光學共軛面。此時，複眼透鏡組4的出射表面(照明光學系統的光瞳面)上的光強度分佈代表投影曝光裝置(照明光學系統)的有效光源分佈。

如上所述，橢圓鏡50的第一焦點被佈置為以便匹配放電燈51的發光點。當向放電燈51施加超高電壓時，放電燈51發光。放電燈51的發光熱量使環境溫度升高。如果近鄰溫度由於放電燈51的發熱而超過例如600℃，那麼放電燈51的燈泡可能爆裂，並且因此可能失去作為光源單元的功能。

為了防止這一點，在本實施例中，設置分別與光源單元1A、1B和1C對應的多個冷卻裝置。圖2表示光源單元和冷卻裝置的佈置。光源單元的陰極單元52A 經由陰極側熱導管53A而與陰極側冷卻單元54A連接，並且光源單元的陽極單元52B經由陽極側熱導管53B而與陽極側冷卻單元54B連接。如上所述，在本實施例中，使用多組的光源單元、冷卻單元和熱導管。陰極側冷卻單元54A和陽極側冷卻單元54B被佈置於來自放電燈51的光的路徑外面。注意，作為熱導管，例如可以使用由具有相對較高的導熱效率的銅或鋁等製成並且包含密封於內部的工作流體的導熱導管。另外，作為冷卻單元，例如可以使用具有由銅或鋁等製成的輻射葉片的散熱器。由此，熱導管用作將熱從光源單元的發熱部分向冷卻單元移動的傳熱元件。由放電燈51產生的熱從陰極單元52A依次移動到陰極側熱導管53A和陰極側冷卻單元54A，並且以氣體或液體方式冷卻陰極側冷卻單元54A。熱由此從光源單元被排出到外面。類似地，由放電燈51產生的熱從陽極單元52B依次移動到陽極側熱導管53B和陽極側冷卻單元54B，並且以氣體或液體方式冷卻陽極側冷卻單元54B。熱也由此從光源單元被排出到外面。這可使放電燈51保持在希望的溫度。

要接通放電燈51，用於供給電力的路徑是必需的。為了確保該路徑，在本實施例中，陰極側熱導管53A和陽極側熱導管53B還用作電極線。陰極側熱導管53A和陽極側熱導管53B中的每一個一般由銅部件形成，並可因此作為電極線供給電力。由此，放電燈電源56和陰極側熱導管53A經由陰極側電源電纜55A被連接，並 且放電燈電源56和陽極側熱導管53B經由陽極側電源電纜55B被連接。這使得能夠經由熱導管而從放電燈電源56向放電燈51供給電力。

圖3A是沿圖2中的線A-A截取的視圖。由放電燈51發出的光束經過橢圓鏡50，然後移動至傅立葉變換光學系統11A、11B和11C。一些光分量在中途被陽極側熱導管53B阻擋。即，陽極側熱導管53B可被視為有效光源分佈上的陰影。圖3B是示意性地表示這種狀態的視圖。如上所述，在本實施例中，由於陰極側熱導管53A和陽極側熱導管53B還用作電極線，因此，不需要單獨地佈置電極線。因此，能夠減少單獨佈置的電極線對有效光源分佈的不利影響。

接下來將描述通過合併三個光源單元而獲得的有效光源分佈。為了便於描述，假定橢圓鏡50的平面圖區域60的能量為100%，且陽極側熱導管53B的陰影部分61的能量為0%。由於根據本實施例的照明光學系統包括三個光源單元，因此，陽極側熱導管53B的陰影被投影在每一個光源單元中。例如，如圖4所示，考慮其中在狹縫表面6上觀察到光源單元1A、1B和1C的陰影的有效光源分佈。當考慮由從光源單元1A、1B和1C到狹縫表面6的透鏡和鏡子進行的反轉和旋轉時，來自三個光源單元的光束的合併光具有由附圖標記100代表的形狀。

圖5A表示通過合併已經參照圖3A和圖3B描述的三個光源單元的能量分佈而獲得的能量分佈的示 例。參照圖5A，區域70的能量為300%，並且陰影部分71的能量為0%。由此，在有效光源分佈中出現強度不均勻性，並且不能獲得令人滿意的成像性能。

當透過合併多個光源單元來形成有效光源分佈時，在狹縫表面上熱導管的陰影優選均勻分佈於該有效光源分佈中。由此，當陰影如圖5B所示的那樣被均勻佈置時，區域80的能量為300%，並且陰影部分81的能量為200%。由此，不均勻性減小。例如，為了獲得圖5B中所示的有效光源分佈，考慮由從光源單元1A、1B和1C到狹縫表面6的光學系統進行的反轉，如圖6所示，以幾乎均勻的角度佈置光源單元1A、1B和1C的陽極側熱導管53B。

在本實施例中，如圖7所示，陽極單元52B經由例如熱導管連接部分200而與陽極側熱導管53B的一端連接。陽極側冷卻單元54B與陽極側熱導管53B的另一端連接。陽極側熱導管53B和熱導管連接部分200是支撐放電燈51的自由端側並且相互緊密接觸以實現有效的熱傳導的結構。陽極側熱導管53B和熱導管連接部分200被連接，以確保電傳導性並獲得希望的或更小的電阻。由放電燈51產生的熱從陽極單元52B依次移動至熱導管連接部分200、陽極側熱導管53B和陽極側冷卻單元54B，並且以氣體或液體方式冷卻陽極側冷卻單元54B。熱由此從光源單元排出到外面。這可使放電燈51保持在希望的溫度。

在圖2的示例中，電源電纜連接到在放電燈電源56與冷卻單元之間的熱導管。但是，電源電纜可在冷卻單元中與熱導管連接。例如，如圖8所示，陽極側電源電纜55B在陽極側冷卻單元54B內與陽極側熱導管53B連接。另外，絕緣體206與陽極側冷卻單元54B耦合。由於陽極側冷卻單元54B和陽極側熱導管53B相較於另一部件207具有高的電位，因此，絕緣體206(作為絕緣部件)防止短路。

放電燈供給幾十安培的電流。由此，當電流流向陽極側熱導管53B時，電阻高，從而導致電源故障或者發熱。作為其解決措施，如圖9所示，可以使用其中將沒有覆蓋層的電線(即裸露絞線203)纏繞在陽極側熱導管53B周圍的結構，由此減小陽極側熱導管53B的電阻。

考慮其中選擇性地使用諸如標準放電燈和具有更大發熱量的高強度放電燈的多種類型的放電燈的情況，熱導管連接部分200可分成多個部分。例如，如圖10所示，熱導管連接部分200形成為包含上熱導管連接部分200A和下熱導管連接部分200B的兩件式結構。如圖11A所示，高強度放電燈的陽極卡榫帽部分220與上熱導管連接部分200A和下熱導管連接部分200B二者均緊密接觸。另一方面，如圖11B所示，標準放電燈的陽極卡榫帽部分210具有臺階形狀，使得它僅與上熱導管連接部分200A緊密接觸，而不與下熱導管連接部分200B緊密 接觸。這可實現根據放電燈的卡榫帽部分的形狀而改變卡榫帽部分和熱導管連接部分之間的接觸面積的結構。當卡榫帽部分與熱導管連接部分之間的接觸面積變小時，導熱效率相應地下降。透過在高強度放電燈與標準放電燈之間切換導熱效率，能夠冷卻到希望的溫度。

如上所述，根據本發明的照明光學系統可實現為包含於例如掃描曝光裝置中並且被建構為將來自光源單元的光引導到原稿(遮罩)的裝置，該原稿是在其上形成圖案的照射目標。圖12表示包含於掃描曝光裝置中的照明光學系統的佈置的另一示例。與圖1相同的附圖標記表示相同的構成元件，並將省略其描述。

參照圖12，被建構為測量由照明光學系統形成的有效光源分佈的有效光源測量裝置500被設置在狹縫表面6附近。有效光源測量裝置500包括針孔501和光檢測感測器502。有效光源測量裝置500被建構為例如測量狹縫表面6附近的光的入射角度特性，並且可具有另一佈置。有效光源測量裝置500優選在狹縫表面6附近可驅動。在本實施例中，有效光源測量裝置500被設置在狹縫表面6附近。作為另一示例，有效光源測量裝置500可被設置在與狹縫表面6光學共軛的地方(例如，遮罩表面8或平板表面10)。

通過從有效光源測量裝置500獲得的測量結果獲得有效光源形狀。控制單元C基於測量結果而整體調整各光源單元的位置和角度中的至少一個，使得由光源單 元產生的陰影的位置均勻分佈。此時，不是光源單元整體而是各光源單元中的熱導管的位置和角度中的至少一個可被調整。

<製造物品的方法的實施例>

根據本發明的實施例的製造物品的方法適於製造例如諸如半導體裝置的微裝置或具有微結構的元件的物品。根據本實施例的物品製造方法包括：使用上述曝光裝置在施加於基板上的光阻上形成潛像圖案的步驟；和顯影具有在該步驟中形成的潛像圖案的基板的步驟。製造方法還包括其他已知的步驟(氧化、沉積、氣相沉積、摻雜、平坦化、蝕刻、抗蝕劑去除、切割、接合和封裝)。根據本實施例的物品製造方法在物品的性能、品質、生產率和製造成本中的至少一個上優於常規的方法。

雖然已參照示例性實施例描述了本發明，但應理解，本發明不限於所公開的示例性實施例。以下的申請專利範圍應被賦予最寬的解釋以包含所有這樣的修改和等同的結構和功能。

1A、1B、1C‧‧‧光源單元

50‧‧‧橢圓鏡

51‧‧‧放電燈

52A‧‧‧陰極單元

52B‧‧‧陽極單元

53A‧‧‧陰極側熱導管

53B‧‧‧陽極側熱導管

54A‧‧‧陰極側冷卻單元

54B‧‧‧陽極側冷卻單元

55A‧‧‧陰極側電源電纜

55B‧‧‧陽極側電源電纜

56‧‧‧放電燈電源

Claims (9)

1. 一種用於冷卻光源單元的冷卻裝置，其包括：冷卻單元，其被設置在來自所述光源單元的光的路徑外面；以及熱導管，其被建構為連接所述光源單元的發熱部分與所述冷卻單元，其中所述熱導管還用作所述光源單元的電極線。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述熱導管具有透過纏繞裸露絞線來減小電阻的結構。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述光源單元包含放電燈，所述裝置還包括被建構為連接所述放電燈的卡榫帽部分與所述熱導管的連接部分，並且，所述連接部分具有根據所述放電燈的卡榫帽部分的形狀而改變所述卡榫帽部分與所述連接部分之間的接觸面積的結構。
4. 一種照明光學系統，其包括：多個光源單元；以及分別與所述多個光源單元對應的多個冷卻裝置，其中所述多個冷卻裝置中的每一個包含：被設置在來自所述多個光源單元中的相應光源單元的光的路徑外面的冷卻單元；以及被建構為連接所述相應光源單元與所述冷卻單元的熱導管，並且， 所述熱導管還用作所述光源單元的電極線。
5. 根據申請專利範圍第4項所述的系統，其中所述多個冷卻裝置的熱導管被佈置為使得所述熱導管的陰影均勻分佈於由所述照明光學系統形成的有效光源分佈上。
6. 根據申請專利範圍第5項所述的系統，其還包括：被建構為測量所述有效光源分佈的測量裝置；以及被建構為基於所述測量裝置的測量結果而整體調整所述光源單元的位置、角度或位置和角度的控制單元。
7. 根據申請專利範圍第5項所述的系統，其還包括：被建構為測量所述有效光源分佈的測量裝置；以及被建構為基於所述測量裝置的測量結果而調整所述光源單元中的所述熱導管的位置、角度或位置和角度的控制單元。
8. 一種曝光裝置，其包括：照明光學系統，其被建構為照亮在其上形成圖案的原稿；以及投影光學系統，其被建構為將所述原稿上形成的所述圖案投影到基板上，其中所述照明光學系統包含：多個光源單元；以及分別與所述多個光源單元對應的多個冷卻裝置，所述多個冷卻裝置中的每一個包含： 被設置在來自所述多個光源單元中的相應光源單元的光的路徑外面的冷卻單元；以及被建構為連接所述相應光源單元與所述冷卻單元的熱導管，並且，所述熱導管還用作所述光源單元的電極線。
9. 一種製造物品的方法，其包括：使用曝光裝置曝光基板；以及顯影曝光後的所述基板，其中所述曝光裝置包括：照明光學系統，其被建構為照亮在其上形成圖案的原稿；以及投影光學系統，其被建構為將所述原稿上形成的所述圖案投影到所述基板上，所述照明光學系統包含：多個光源單元；以及分別與所述多個光源單元對應的多個冷卻裝置，所述多個冷卻裝置中的每一個包含：被設置在來自所述多個光源單元中的相應光源單元的光的路徑外面的冷卻單元；以及被建構為連接所述相應光源單元與所述冷卻單元的熱導管，並且，所述熱導管還用作所述光源單元的電極線。