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TWI459439B - 熱輻射單元及曝光裝置 - Google Patents

熱輻射單元及曝光裝置 Download PDF

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TWI459439B
TWI459439B TW099105351A TW99105351A TWI459439B TW I459439 B TWI459439 B TW I459439B TW 099105351 A TW099105351 A TW 099105351A TW 99105351 A TW99105351 A TW 99105351A TW I459439 B TWI459439 B TW I459439B
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light
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heat sink
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Takaaki Terashi
Manabu Arai
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Canon Kk
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Description

熱輻射單元及曝光裝置
本發明相關於熱輻射單元及曝光裝置。
使用水銀燈成為光源的一些曝光裝置將要被用於曝光的光在冷光鏡上朝向後續的照明光學系統反射，並且容許具有其他波長的不需要的光(unnecessary light)透射通過冷光鏡。同時，已知將冷卻劑在光源單元中循環以冷卻光源(如在日本專利公開第11-329951號中)，但是對於由不需要的光所造成的熱尚未有任何有效的措施曾被提出。
因此，可設想將不需要的光接收在鋁板上，並且由於鋁板的操作而將其轉換成熱、將此熱經由熱傳導而送至散熱座、以及藉著對散熱座吹送冷卻風而輻射該熱。然而，當光源的輸出增加以增進生產率時，不需要的光的光能量增加，且使鋁板及連接於鋁板的散熱座易受熱變形或熱損害。
本發明提供一種熱輻射單元及具有此熱輻射單元的曝光裝置，其可應用於高輸出的光源且具有良好的耐用性。
根據本發明的一個方面的熱輻射單元包含散熱座，其被建構成輻射由來自光源的光所造成的熱；熱輻射板，其與散熱座相比較為靠近光源被配置且由陶瓷製成，此熱輻射板包含於被建構成接收光的光接收表面的平面內方向(in-plane direction)的多個部份；及支撐構件，其被建構成將熱輻射板支撐在散熱座上。
本發明的另外特徵從以下參考所附圖式的例示性實施例的敘述會顯明。
圖1A為熱輻射單元30A的剖面圖，且圖1B為從圖1A的底部觀看的部份透明平面圖。圖1A中的熱輻射單元30A為被建構成接收來自光源(未顯示)的光70且輻射所造成的熱的熱輻射單元。熱輻射單元30A包含空氣鼓風機31、散熱座32、支撐構件33、熱輻射板34A、及板件35。
空氣鼓風機31包含風扇或類似者，並且被建構成對散熱座32吹送風P。此風可使用大氣中的氣體或另一氣體。氣體可具有與大氣的溫度相等的溫度，或是可被冷卻。在此實施例中，風P為經冷卻的空氣。
散熱座32作用來輻射從來自光源的光70藉著熱輻射板34A而轉換成的熱。散熱座32是由具有高熔點及高熱傳導係數的材料製成，例如由鋁、金、銀、銅、或類似者製成。
散熱座32具有盤件形狀，並且具有有多個突出部32a的頂部表面32b、及成為頂部表面32b的背側的底部表面32c。
每一個突出部32a從頂部表面32b突出，以增加頂部表面32b的熱輻射面積，並且每一個突出部32a可具有各種不同的形狀，例如板形及針形。頂部表面32b為散熱座32的與光源相反的表面。為顯示及說明方便，圖1A顯示風P只對最左側的突出部32a吹送，但是風P係從頂部表面32b的頂部以均勻的風速對頂部表面32b的每一個部份吹送。或者，如果中心突出部32a有較高的溫度，則較大的流量的風P可對中心突出部32a吹送。
底部表面32c為散熱座32的在光源側的平坦表面，並且作用成為熱接收表面。底部表面32c的周邊32d為固定部份，而支撐構件33被固定在此固定部份上。
支撐構件33為具有L形截面的構件，其被固定在散熱座32的底部表面32c的周邊32d上，並且被建構成支撐板件35的端部。如稍後會敘述的，熱輻射板34A位在板件35與散熱座32之間，並且支撐構件33作用成為將熱輻射板34A支撐在散熱座32上。只要支撐構件33具有此功能，則可供支撐構件33被固定的部份就不限於散熱座32的底部表面32c的周邊32d。
支撐構件33包含直立區段33a、及從直立區段33a以直角彎折的水平區段33b。在圖1B中，虛線顯示直立區段33a與水平區段33b之間的邊界。直立區段33a的內部表面接觸熱輻射板34A的側表面及板件35的側表面，或是與熱輻射板34A的側表面及板件35的側表面以一間隙間隔開，並且被建構成限制熱輻射板34A及板件35的橫向移動。水平區段33b的內部表面支撐板件35的底部表面的周邊。支撐構件33是由具有高熔點及高熱傳導係數的材料製成。
熱輻射板34A與散熱座32相比較為靠近光源被配置，並且熱輻射單元30A所具有的熱輻射結構為使得熱輻射板34A將來自光源的光70轉換成為熱，並且散熱座32輻射來自熱輻射板34A的熱。如上所述，散熱座32可由鋁、金、銀、銅，或類似者製成，鋁具有大約660℃的熔點及大約237W/m‧K的熱傳導係數。金具有大約1064℃的熔點及大約315W/m‧K的熱傳導係數。銀具有大約962℃的熔點及大約427W/m‧K的熱傳導係數。銅具有大約1083℃的熔點及大約398W/m‧K的熱傳導係數。
鋁具有對散熱座32的良好熱傳導功能，因為鋁具有高的熱傳導係數，但是鋁的熔點低。因此，如果熱輻射板34A由鋁製成，並且當光源的輸出變得更高時，用於光70的熱輻射板34A的光接收區段的溫度可能變得比鋁的熔點高，而使熱輻射板34A可能熔化。如果熱輻射板34A熔化，則光70在沒有熱輻射板34A之下照射在散熱座32上，使得散熱座32可能會熱變形或受熱損壞。
因此，此實施例以陶瓷製成熱輻射板34A。多種不同類型的陶瓷可被使用，包括精密陶瓷(氧化鋁(alumina)陶瓷、碳化矽(silicon carbide)陶瓷、氮化矽(sialon)陶瓷、氮化鋁(aluminum nitride)陶瓷)、或氧化鋯(zirconia)陶瓷。
舉例而言，氧化鋁陶瓷具有大約2050℃的熔點及大約32W/m‧K的熱傳導係數。碳化矽陶瓷具有大約2600℃的熔點及大約60W/m‧K的熱傳導係數。氮化鋁陶瓷具有大約2200℃的熔點及大約150W/m‧K的熱傳導係數。氧化鋯陶瓷具有大約2700℃的熔點及大約3W/m‧K的熱傳導係數。因此，陶瓷具有比鋁高的熔點，但是具有比鋁低的熱傳導係數。
另一可設想的可應用於熱輻射板34A的材料為石材(stone)或矽。矽具有大約1410℃的熔點及大約168W/m‧K的熱傳導係數。這些材料的每一個均具有比鋁高的熔點，但是比鋁低的熱傳導係數。
另外，在此實施例中，熱輻射板34A具有比散熱座32高的熔點及比散熱座32低的熱傳導係數。
因為陶瓷具有高熔點，所以光接收部份不會如同在使用鋁時熔化。但是，陶瓷具有低的熱傳導係數，因而光70所照射的部份與未照射的部份之間的溫度梯度高，而使陶瓷易於由於熱衝擊而破裂。
根據此實施例的對於此問題的一個解決方案為將被建構成接收光70的光接收表面(底部表面)分成如圖1B所示的多個部份34a至34p。當熱輻射板34A被分成多個部份時，每一個部份的剛性變得較高，並且每一個部份內的溫度梯度變得較小，因而降低熱輻射板34A破裂的可能性，且因此增進耐用性。
在圖1B中，部份34f、34g、34j、及34k具有有相同尺寸的正方形頂部表面，但是如果這些部份的溫度梯度特別地較高，則這些部份可被分成更小的部件。
熱輻射板34A為具有頂部表面34q1 及光接收表面(底部表面)34q2 的平坦板片構件。散熱座32與熱輻射板34A間隔開，並且0.1mm(毫米)至10mm的間隙存在於熱輻射板34A的頂部表面34q1 與散熱座32的底部表面32c之間。此間隙係意欲用來防止散熱座32由於熱膨脹而壓熱輻射板34A，或是防止熱輻射板34A由於散熱座32與熱輻射板34A的熱膨脹係數之間的差異而受損。另外，10mm的上限係意欲用來防止熱傳導效應的過度降低。
板件35作用成為固持件，其與熱輻射板34A相比較為靠近光源被配置，並且被建構成固持熱輻射板34A的光接收表面。板件35被建構成接收及透射光70。熱輻射板34A被配置在板件35與散熱座32之間。因為熱輻射板34A被分割，所以可由於板件35支撐熱輻射板34A的光接收表面(底部表面)的結果而防止熱輻射板34A的一個或多個部份的掉落。
被建構成支撐熱輻射板34A的構件並非必定要為平坦的板片構件，並且該構件可為網格狀構件。板件35或網格狀構件在此實施例中被支撐在支撐構件33的水平區段33b的內部表面上，但是其可與水平區段33b整合。
板件35在此實施例中是由具有良好的(熱)耐用性的石英製成。因為石英具有小的熱膨脹係數，所以較不易於由於熱衝擊而受損。板件35可具有經拋光的表面或漫射(diffusion)表面。
圖2為熱輻射單元30B的剖面圖，而熱輻射單元30B與熱輻射單元30A的不同在於具有熱輻射板34B。熱輻射板34B類似於熱輻射板34A被分成多個部份，但是與熱輻射板34A的不同在於此多個部份包含端部互相重疊的兩個相鄰部份。
假設在垂直於圖2所示的光接收表面34q2 的截面上有兩個相鄰的部份34s及34t。屆時，部份34s的端部34s1 與部份34t的端部34t1 重疊。根據圖1A所示的熱輻射單元30A，一或多個間隙可能會發生在分割的部份之間的邊界處，並且光70可能會通過間隙而直接照射在散熱座32上。結果，光70可能會增加散熱座32的溫度並且損壞散熱座32。另一方面，熱輻射單元30B則防止此種間隙的產生及散熱座32的受損。
圖3A為熱輻射單元30C的平面圖，其相應於圖1B。熱輻射單元30C與熱輻射單元30A的不同在於具有熱輻射板34C而非熱輻射板34A。圖3B為顯示於圖3A所示的熱輻射板34C的徑向方向從中心A至外側點B的溫度與位置之間的關係的圖。在此例子中，中心A具有最高溫度，並且溫度隨著位置的移向外側而降低。
熱輻射板34C被分成多個同心邊界線34u1 及34u2 、及多個徑向邊界線34v1 至34v4 。熱輻射板34C被同心地分割，因為當光70的主要射線垂直地照射在中心A上時，於圓周方向的溫度變成相等，除非有製造誤差。
因此，熱輻射板34C根據溫度分佈被分成多個部份34w1 至34w9 ，以減小這些部份之間的溫度分佈的差異以及增進耐用性。每一個部份的面積可藉著溫度分佈而被調整。舉例而言，在熱輻射板34C中，被建構成接收光70的部份34w1 可形成為比不接收光70的另一部份小，或是可由與另一部份的材料不同的材料製成。
圖4為包含熱輻射單元30A至30C中的一個(但是在圖4中是以參考數字30代表此一個熱輻射單元)的曝光裝置的光學路徑圖。曝光裝置包含光源、被建構成使用來自光源的光照射原版12的照明光學系統、及被建構成將原版(掩模(mask)或標線片(reticle))12的圖型的影像投影至基板(晶圓或玻璃板)15上的投影光學系統14。
光源包含水銀燈1、被建構成聚集及反射來自水銀燈1的光的聚光鏡2、及冷光鏡3。冷光鏡3被建構成將用於曝光的光(曝光光)60反射至照明光學系統之側、將不被用於曝光的不需要的光70透射、及吸收具有其他波長的一些光。當然，光源可使用雷射而非水銀燈1，但是水銀燈1產生較多的不需要的光70。光源可被建構成反射不需要的光以及透射曝光光。
光70進入熱輻射單元30，並且藉著熱輻射板34A、34B、或34C而被轉換成為熱且由散熱座32輻射。因為熱輻射單元30具有被分成多個部份的熱輻射板34A、34B、或34C，所以熱輻射板34A、34B、或34C及散熱座32不易於受損，且因而耐用性增進，即使是光源係使用高輸出的水銀燈1。熱輻射單元30可被設置在曝光裝置的內部或外部。在後一種情況中，光70經由窗口(未顯示)而被引至曝光裝置的外部。
光60進入照明光學系統。光60藉著聚光透鏡5而被聚集、藉著光學積分器(optical integrator)6而成為均勻狀、且藉著光闌(stop)7而使光源形狀被調整。然後，光60經由聚光透鏡8、偏向鏡(deflection mirror)9、遮蔽片(masking blade)10、及成像透鏡(imaging lens)11而照射在原版12上。投影光學系統14將原版12及基板15保持於共軛(conjugate)關係。原版12是由原版台13驅動，並且基板15是由基板台16驅動。
裝置製造方法包含使用上述的曝光裝置將施加有光抗蝕劑的基板曝光的步驟、將基板顯影的步驟、及其他已知的步驟。裝置可涵蓋半導體積體電路裝置、液晶顯示裝置等。
雖然已參考例示性實施例敘述本發明，但是應瞭解本發明不限於所揭示的例示性實施例。附隨的申請專利範圍的請求項範圍應與最寬廣的解讀一致，以涵蓋所有的修正及等效結構及功能。
熱輻射單元可應用於輻射曝光裝置中不被用於曝光的不需要的光的應用。曝光裝置可應用於裝置製造的應用。
1．．．水銀燈
2．．．聚光鏡
3．．．冷光鏡
5．．．聚光透鏡
6．．．光學積分器
7．．．光闌
8．．．聚光透鏡
9．．．偏向鏡
10．．．遮蔽片
11．．．成像透鏡
12．．．原版
13．．．原版台
14．．．投影光學系統
15．．．基板
16．．．基板台
30．．．熱輻射單元
30A．．．熱輻射單元
30B．．．熱輻射單元
30C．．．熱輻射單元
31．．．空氣鼓風機
32．．．散熱座
32a．．．突出部
32b．．．頂部表面
32c．．．底部表面
32d．．．周邊
33．．．支撐構件
33a．．．直立區段
33b．．．水平區段
34A．．．熱輻射板
34B．．．熱輻射板
34C．．．熱輻射板
34a．．．熱輻射板的部份
34b．．．熱輻射板的部份
34c．．．熱輻射板的部份
34d．．．熱輻射板的部份
34e．．．熱輻射板的部份
34f．．．熱輻射板的部份
34g．．．熱輻射板的部份
34h．．．熱輻射板的部份
34i．．．熱輻射板的部份
34j．．．熱輻射板的部份
34k．．．熱輻射板的部份
34l．．．熱輻射板的部份
34m．．．熱輻射板的部份
34n．．．熱輻射板的部份
34o．．．熱輻射板的部份
34p．．．熱輻射板的部份
34q1 ．．．頂部表面
34q2 ．．．光接收表面(底部表面)
34s．．．熱輻射板的部份
34s1 ．．．端部
34t．．．熱輻射板的部份
34t1 ．．．端部
34u1 ．．．同心邊界線
34u2 ．．．同心邊界線
34v1 ．．．徑向邊界線
34v2 ．．．徑向邊界線
34v3 ．．．徑向邊界線
34v4 ．．．徑向邊界線
34w1 ．．．熱輻射板的部份
34w2 ．．．熱輻射板的部份
34w3 ．．．熱輻射板的部份
34w4 ．．．熱輻射板的部份
34w5 ．．．熱輻射板的部份
34w6 ．．．熱輻射板的部份
34w7 ．．．熱輻射板的部份
34w8 ．．．熱輻射板的部份
34w9 ．．．熱輻射板的部份
35．．．板件
60．．．用於曝光的光(曝光光)
70．．．光，不需要的光
A．．．中心
B．．．外側點
P．．．風
圖1A為熱輻射單元的剖面圖，且圖1B為從圖1A的底部觀看的部份透明平面圖。
圖2為與圖1A所示者不同的熱輻射單元的剖面圖。
圖3A為與圖1B所示者不同的熱輻射單元的平面圖，且圖3B為顯示於圖3A的徑向方向從中心「A」至外側點「B」的溫度與位置之間的關係的圖。
圖4為可應用實施例的熱輻射單元的曝光裝置的光學路徑圖。
30A．．．熱輻射單元
31．．．空氣鼓風機
32．．．散熱座
32a．．．突出部
32b．．．頂部表面
32c．．．底部表面
32d．．．周邊
33．．．支撐構件
33a．．．直立區段
33b．．．水平區段
34A．．．熱輻射板
34a．．．熱輻射板的部份
34b．．．熱輻射板的部份
34c．．．熱輻射板的部份
34d．．．熱輻射板的部份
34e．．．熱輻射板的部份
34f．．．熱輻射板的部份
34g．．．熱輻射板的部份
34h．．．熱輻射板的部份
34i．．．熱輻射板的部份
34j．．．熱輻射板的部份
34k．．．熱輻射板的部份
34l．．．熱輻射板的部份
34m．．．熱輻射板的部份
34n．．．熱輻射板的部份
34o．．．熱輻射板的部份
34p．．．熱輻射板的部份
34q1 ．．．頂部表面
34q2 ．．．光接收表面(底部表面)
35．．．板件
70．．．光，不需要的光
P．．．風

Claims (9)

  1. 一種熱輻射單元，包含：散熱座，其被建構成輻射由來自光源的光所造成的熱；熱輻射板，其與該散熱座相比較為靠近該光源被配置且由陶瓷製成，該熱輻射板包含於被建構成接收該光的光接收表面的平面內方向(in-plane direction)的多個部份；及支撐構件，其被建構成將該熱輻射板支撐在該散熱座上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的熱輻射單元，另外包含板件，該板件與該熱輻射板相比較為靠近該光源被配置，並且被建構成支撐該熱輻射板的該光接收表面以及接收及透射該光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的熱輻射單元，其中該散熱座被配置成與該熱輻射板間隔開。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的熱輻射單元，其中該多個部份包含具有互相重疊的端部的兩個相鄰部份。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的熱輻射單元，其中該多個部份是由多個同心邊界線及多個徑向邊界線分割而成。
  6. 一種熱輻射單元，包含：散熱座，其被建構成輻射由來自光源的光所造成的熱；熱輻射板，其與該散熱座相比較為靠近該光源被配置，且由具有比鋁的熔點高的熔點及比鋁的熱傳導係數低的熱傳導係數的材料製成，該熱輻射板包含於被建構成接收該光的光接收表面的平面內方向(in-plane direction)的多個部份；及支撐構件，其被建構成將該熱輻射板支撐在該散熱座上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的熱輻射單元，其中該熱輻射板是由石材或矽製成。
  8. 一種曝光裝置，包含如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的熱輻射單元。
  9. 一種裝置製造方法，包含以下步驟：使用包含如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的熱輻射單元的曝光裝置將基板曝光；及將已被曝光的基板顯影。
TW099105351A 2009-03-02 2010-02-24 熱輻射單元及曝光裝置 TWI459439B (zh)

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