[发明专利]一种高功率汞灯灯室装置

说明书

技术领域

本发明涉及光刻曝光技术领域，尤其涉及一种光刻曝光光源用高功率汞灯灯室装置。

背景技术

在半导体制造领域中，随着曝光产率和制造效率的提高，常常需要使用达上千瓦甚至更高功率的汞灯光源。为了保证曝光光源运行稳定，需要对灯室内部环境进行冷却。目前，业内应用在光刻机等光学设备上的高功率汞灯灯室装置主要采用风冷或风冷加水冷的冷却方式。

在小功率光源灯室中主要采用风冷有效散热，如专利CN183905、US5626416和JP062156等都是利用风机产生气流，加以合理的风道设置，达到冷却目的，该方法一般只用于千瓦以下的光源。

美国专利US5626416汞灯灯室装置中的冷却系统如图1所示，其灯室装置冷却系统包括：平面反射镜11、汞灯12、上倒流罩13和下倒流罩15、汞灯固定座16、风机17、椭球反射镜18、外壳19。冷却风从灯室底部通过倒流罩对灯室及汞灯电极进行冷却。这种汞灯灯室装置仅采用风冷，冷却效果有限，而且有大量冷却风吹到汞灯灯泡表面，使汞灯运行不稳定。

更高功率的灯室会采用风冷加液冷的形式。中国专利CN100587330C的灯室结构如图2所示，其冷却系统包括：风机21和25、汞灯22、椭球反射镜23、冷却水套24。椭球反射镜与冷却水套之间留有一定的间隙，冷却风从该间隙中吹过，风冷液冷共同作用达到散热目的。其冷却水套由水管焊接到金属罩壳而成，故换热面积仅是水管掠过的狭长条，若焊接工艺把握不佳，造成虚焊，将会减小实际换热面积，且灯室内部管路接头多，漏液风险增加。同时该种方法易将冷风直接吹到灯泡表面，影响光源稳定性。

中国专利201210055989.7亦阐述了一种运用风冷加水冷冷却的灯室装置，如图3所示，31为汞灯，32为椭球反射镜，33导热胶，34为出水管接头，35为冷却水套，36为入水接头，37为汞灯夹持机构，38为冷却风扇。该灯室椭球反射镜冷却水套采用了一种中空结构的水套，冷却水充斥其间，冷却水套与椭球反射镜之间通过导热胶粘结，故换热面覆盖整个椭球反射镜。水套顶部均布数个出水口，底部均布数个进水口，冷却水自下而上流动带走热量，由于出入水口均布，故温度分布较均匀。冷却风源（亦是灯室冷却风源）置于椭球反射镜正下方，若光源采用汞灯，则对汞灯夹持机构做了挡风设计，有效地控制了吹入汞灯灯泡表面的风量，利于汞灯激发到高功率工作状态。但是该冷却水套具有内外两层水套壁，质量大占用空间大；进口处和出口处管路接头过多，造成灯室内部空间局促；同时管接头数量多，也就增大了冷却水渗漏的风险。

实践及汞灯生产厂家资料数据表明，汞灯两级需要强迫冷却到200℃以下，汞灯灯泡则必须维持在700℃以上才能将汞灯激发到高功率工作状态。椭球反射镜表面膜层工作温度必须控制在150℃以下。

随着光刻精度的不断提高，光刻机对使用环境的要求越来越苛刻，光刻机各分系统的散热量必须要严控，灯室作为光刻机发热大户，其对外散热量的控制显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提出一种大功率汞灯灯室装置，配有风冷和水冷，用于4500W及以上更高功率的汞灯，提高汞灯的安全性和可靠性。

本发明提出一种高功率汞灯灯室装置，其特征在于，包括：灯室，上冷却水套，椭球反射镜冷却水套，抽排风管，冷却水自动流量调节阀，抽排风自动流量调节阀以及智能流量控制系统；所述上冷却水套与椭球反射镜冷却水套连接，将汞灯局部封闭在其中；所述抽排风管形成特定风道；所述智能流量控制系统自动控制冷却水自动流量调节阀及抽排风自动流量调节阀。

较优地，所述智能流量控制系统还包括流量传感器和温度传感器，根据传感器传输的数据控制冷却水及抽排风流量。

较优地，所述冷却水系统各管路的接口设置在灯室外。

较优地，所述上冷却水套和椭球反射镜冷却水套分别设置冷却水进出口。

较优地，所述抽排风管在灯室内部分为三路，分别对应两路压缩空气和灯室外框与冷却水套之间空间。

较优地，所述椭球反射镜冷却水套粘接在汞灯的椭球反射镜上。

较优地，所述上冷却水套为阶梯型圆柱状整体。

较优地，所述上冷却水套为圆锥台。

较优地，所述汞灯两极分别配有干燥压缩气体，阳极冷却喷嘴固定在上冷却水套上，阴极冷却喷嘴通过支架固定在灯室底板上。

较优地，所述汞灯的阴极设计为带有散热翅片的结构。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

1．              由于具有上下两层冷却水套结构，在局部封闭空间内消耗热量，提高应对汞灯爆灯的能力；