CN101819388B

CN101819388B - 光刻装置和器件制造方法

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Publication number: CN101819388B
Application number: CN2010101865049A
Authority: CN
Inventors: J·H·W·雅各布斯; N·坦卡特; M·H·A·李恩德斯; E·R·卢普斯特拉; M·C·M·弗哈根; H·布姆; F·J·J·詹森; I·P·M·鲍查姆斯; N·R·坎帕; J·J·奥坦斯; Y·科克; J·范埃斯
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-06-20
Also published as: KR20060133917A; CN1885171B; JP4417349B2; US20060285096A1; KR100797084B1; CN1885171A; JP2010010707A; EP1736831A1; TWI338198B; US9268236B2; JP2012124539A; CN101819388A; TWI420258B; JP5536818B2; US7652746B2; SG128601A1; US20100245791A1; TW200715064A; JP2007005795A; JP5033854B2

Abstract

本发明涉及用于保持基板和浸没光刻装置的热平衡的方法和装置，其通过含有与基板的位置、速度和加速度相关的信息的时间表，和对应时间表内的信息而起减少局部蒸发和/或增加局部冷凝作用的蒸发控制器或冷凝控制器来实现。基板表面的水分的蒸发使其冷却，而冷凝到基板底表面的水分将该基板局部加热。

Description

光刻装置和器件制造方法

本申请是申请号为200610107688.9、申请日为2006年6月20日、发明名称为：光刻装置和器件制造方法的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种光刻装置和一种器件制造方法。尤其是涉及一种包括液体限制系统的光刻装置，该液体限制系统用于在该光刻装置中密封投影系统和将由该投影系统图案化的基板之间的液体。

背景技术

光刻装置是将期望的图案应用于基板上，通常是应用于该基板的靶部上的装置。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件，也称作掩模或中间掩模版，可用于产生电路图案以形成在IC的一个单独层上。该图案能转印到基板的(例如硅晶片)靶部上(例如包括部分、一个或者多个管芯)。这种图案的转印典型地通过成像到基板上提供的辐射敏感材料(抗蚀剂)上。一般的，单个基板包含连续图案化的相邻靶部的整个网格。公知的光刻装置包括肺胃的晶片步进器，其通过将全部图案一次曝光在靶部上而辐射每一靶部，和所谓的扫描器，其通过在辐射束下沿给定方向(“扫描”方向)扫描图案、同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基板来辐照每一靶部。也能通过在基板上压印图案而将构图部件的图案转印至基板上。

现已提出，将光刻装置中的基板浸入具有相对高的折射率的液体如水中，以填满基板和投影系统末端元件之间的空间。这使得更小的特征能够成像，因为曝光辐射在液体中具有更短的波长。(液体的这种作用也可以认为是增大了系统的有效NA和提高了焦深)。也有人建议其它的浸液，包括其中悬浮着固体微粒(如石英)的水。

然而，将基板或者基板和基板台浸没在液体浴槽中(例如参见美国专利US4,509,852，这里全部引入作为参考)意味着在扫描曝光期间要将大量液体加速。这需要额外的或者更大功率的电动机，且液体内的紊流会导致不期望和不可预知的影响。

对液体供给系统，所提出的解决方法之一是使用液体限制系统仅在基板的局部区域以及投影系统末端元件和基板之间提供液体(基板的表面积通常比投影系统末端元件的要大)。WO99/49504中公开了一种采用这种设置的方法，这里全部引入作为参考。如图2和图3所示，液体通过至少一个入口IN提供给到基板上，优选沿着基板相对于末端元件移动的方向供给，并且在经过了投影系统下方后由至少一个出口OUT除去。即，当沿。-X方向在元件下面扫描基板时，在该元件的+X一侧供给液体并在-X一侧将其吸走。图2示意性说明了该设置，其中液体通过入口IN供给，并且由连接到低压源的出口OUT从元件另一侧吸走。图2示出了液体是沿着基板相对于末端元件的移动方向供给的，尽管不是必须要这样。可以在末端元件周围的多个方向上设置多个入口和出口，图3示出了一个例子，其中围绕末端元件以规则图案设置了四组位于任一边入口和出口。

提出的另一种解决方法是，提供带有密封元件的液体供给系统，该密封元件沿着位于投影系统末端元件和基板台之间的空间的至少部分边界延伸。这种解决方式在图4中示出。尽管密封元件相对于投影系统在2方向(光轴方向河以有一定的相对运动，但它在XY平面内基本上保持不动。密封是在密封元件和基板表面之间形成的。密封优选是诸如气封这样的非接触密封。

欧洲专利申请No.03257072.3公开了两或双工作台浸没光刻装置的构思。提供了一种具有两个支承基板的工作台装置。用一个工作台在没有浸液的第一位置进行水准测量，并用一个工作台在存在浸液的第二位置进行曝光。或者，该装置仅有一个工作台。

如上所述的在浸没系统中具有液体的问题在于存在有浸液蒸发的风险。这种浸液蒸发会导致一些后果。首先是基板的局部冷却的问题，其导致基板收缩，并由此导致了由基板和基板台之间的热膨胀系数差导致的双金属的弯曲所引起的重叠和聚焦误差。即使基板和基板台具有同样的热膨胀系数，z平面内的温度梯度也能导致弯曲，并由此产生聚焦误差。其次是在基板表面上会出现干燥的污点。第三个后果是液体限制系统的冷却，其间接冷却了投影系统内的透镜，并导致投影光束的球面象差。此外，蒸发导致的温度的变化会导致基板台或基板架的尺寸和形状发生变化。如果基片台改变了形状，则基板台上的传感器的位置稳定性以及该传感器的信号可能会产生偏差。最终，由冷却的液体限制系统造成的浸液的间接冷却会导致液体内的折射率变化，这种变化又导致投影曝光束以及图案的聚焦偏移和变形。

这种光刻装置的操作总的说来是与状态相关的，所以系统的任何部分的任何能量变化都将导致基板上的抗蚀剂层的曝光误差。仅仅是在基板、基板台、基板架和传感器上方的水膜上的相对湿度的浓度差也能导致水膜中的水蒸发，从而导致上述问题。

在浸没系统中有几个位置会发生浸液的蒸发。这些位置有：

1.液体限制系统和基板之间；

2.用液体限制系统润湿之后的基板表面上；

3.液体限制系统内的排出槽中；和

4.基板架和包括该基板架的基板台之间的槽或间隙中。

在这些位置处的蒸发导致温度降低由此导致投影透镜、浸液、液体限制系统、传感器、基板、基板架和包括基板架和基板的基板台的能量损失。基板台有时称作“反射镜块(mirrorbock)”，由于表面覆盖有用于支撑基板的突起，基板架有时也称作“突起板(pimple plate)”。基板台支撑基板架，基板架又支撑基板离开基板台的表面。

纯蒸发比纯冷凝多导致系统中的纯能量损耗，其原因有几个。第一个原因是气刀的使用，气刀用于在基板移进和移出浸没系统时，把基板上的水膜推回和拖动其向前。气刀的这些作用通过使用压缩气体喷射而实现。蒸发是水膜移动的一种可能的副作用。如果从基板表面损失的水分太多，则由气刀推动的水膜就会太大且会毁坏气刀。如果发生了这种情况，水膜就会蒸发到浸没系统外的周围环境中。

第二个原因是当不使用气刀或气刀不完全有效时，基板和基板台相对于密封元件移动，从而使得基板和基板台的一部分暴露在光刻装置周围的大气中。基板和基板台上剩余的任何液体都可能蒸发到该大气中，因此减少了系统能量。液体供给或排出系统的液体蒸发使整个液体限制系统冷却，其冷却了浸液，因而减少了系统能量并导致上述问题。

以前，为了补偿这种温度降低和能量损失，有身中可能的解决方法。

第一种解决方法是例如通过气刀习撇润的压缩清洁空气供给浸没系统，通过减少浸没系统内的大气和气刀内的空气的相对湿度差来减少浸液的附加的蒸发。根据该现有技术，与浸液和密封元件12的存在有关的重叠误差和其它问题由液体蒸发控制器解决，蒸发控制器探测并控制基板区域中的浸液的蒸发率。液体分子从周围吸收能量而蒸发，尤其是在被抽走时，能导致诸如基板W这类关键元件的温度的显著的不均匀变化。热引发的变形能导致最终写到基板上的图像的误差。例如，在密封元件12通过之后，留在基板上的浸液的蒸发能引起高达3K的局部温度下降。其结果是，典型地可能产生至少20nm的单纯机械重叠误差。

这种解决方法不是非常有效，因为在液体限制系统中用于气刀的空气所需的过压意味着100％的相对湿度，在压缩空气膨胀之后这是不能实现的。这就是为什么尽管使用了该方法蒸发仍然会发生。

第二种解决方法是使用水流对基板架或基板台进行的基板的热调节(即，将能量供给至基板台以减少纯能量损失)。其目的是要提供相对于空转系统而言具有尽可能小的温度变化的蒸发能量，并由此向浸没系统供给能量以补偿蒸发导致的能量损失，最小化热效应导致的例如热机械变形。换言之，热调节的目的是要将能量供给在蒸发过程中有损失的系统(尤其是供给基板)，由此限制浸液和/或其周围的温度下降。基板台WT可以保持在系统的基准温度。用这种方法会产生同样的问题，因为整个基板会被冷却且局部温度的波动是不可抑制的。

提供的第三种解决方法中由蒸发的浸液的冷却效应导致的误差通过提供一种基板加热器来解决，该加热器构造为根据基板台WT相对于密封元件12的位置、速度、加速度和预定路径，以及局部部基板W和/或基板台WT的温度中的至少一个因素来加热基板W的至少一部分。决定加热器特性的其它参数有抗蚀剂特性；尤其是表面的液体接触角、抗蚀剂的辐射剂量和用作抗蚀剂的物质。基板加热器可以通过多种机构加热。其包括一个或多个下面所述的机构：红外发射源、热灯丝电阻加热器和高温气体喷嘴。决定要使用哪种加热器的重要因素包括如何细致且迅速的调节加热能量，以及如何以微型形态有效地制造加热器。后者因素变得更加重要或更不重要取决于是否需要将加热器嵌入或嵌在要被调节温度的材料附近(例如嵌入在基板架或基板台WT中的热灯丝)，或取决于是否加热器在一段距离处发挥某种程度的作用(例如辐射发射源或温度受控制的气体喷嘴源)。如果是辐射发射源，该辐射的波长分布应当选择为不致于与基板W上的抗蚀剂组合物反应(考虑到这点对于大部分有用的抗蚀剂而言红外辐射应该安全的)。辐射强度的选择取决于抗蚀剂的光学特性(例如其反射性)。这些加热系统需要根据工艺处理调节或具有适合的温度传感机构。两者有优点也有缺点；调节要求不很复杂的设计，而温度传感使得可获得的系统比调谐的要庞大。

发明内容

本发明希望提供一种有效并显著地消除光刻装置的液体限制系统内的净能量减少的系统。

根据本发明的一个方面，提供一种光刻装置，其包括：构造成包含支撑基板的基板架的基板台；构造为向基板的靶部上投射图案化辐射束的投影系统；构造为用液体至少部分地填充所述投影系统的末端元件和所述基板之间的空间的液体供给系统；基本设置为容纳位于所述投影系统的末端元件和所述基板之间的所述空间内的所述液体的密封元件；基板台位移系统，设置为相对于所述密封元件沿着预定路径移动所述基板台，由此移动在所述基板的表面上的所述靶部；包括其中基板可能经历局部冷却的基板位移系统的位置和时间的时间表；以及液体蒸发控制器，设置为通过使用所述时间表的同步蒸发控制技术，控制由所述液体供给系统供给的液体的蒸发引起的能量挣损失速率。使用液体蒸发控制器，不仅意味着系统能直接抑制液体蒸发，也意味着系统能间接减少不必要的系统能量转移，例如，通过加热整个系统而不发生冷凝，或通过调节液体或液体供给系统的特性以防止液体蒸发或补偿液体的蒸发。

根据本发明的另一方面，提供一种器件制造方法，包括：提供一构造为包括支撑基板的基板架的基板台；提供一构造为向基板的靶部上投射图案化辐射束的投影系统；提供一构造为用液体至少部分地填充所述投影系统的末端元件和所述基板之间的空间的液体供给系统；提供一基本设置为容纳位于所述投影系统的末端元件和所述基板之间的所述空间内的所述液体的密封元件；控制由所述液体供给系统供给的液体的蒸发率；提供一基板台位移系统，其设置为相对于所述密封元件沿着预定路径移动所述基板台，由此移动所述基板的表面上的所述靶部；根据所述基板台相对于密封元件的位置、速度、加速度和预定路径，局部基板温度和局部基板台温度中的至少一个因素加热所述基板的至少一部分；同时在加热和控制蒸发率之间进行转换。

本发明的其它方面包括作为蒸发能量补偿技术的方法的冷凝原理、吸收原理和相变材料原理。冷凝原理控制可以冷凝在表面上的蒸汽量；该量越大，转移到发生冷凝的表面上的热能越大。吸收原理发生在材料的冷却和加热期间；当材料冷却时，气体被吸收到该材料中。这种气体吸收发生在基板的卸载期间，以致于在随后的基板循环中吸收过程可以再开始。在冷却期间，材料的状态发生变化，释放能量。在基板卸载期间要求相变材料再生，从而在接下来的基板循环中该过程可以再次开始。

本发明还提供一种光刻装置，构造为将图案化的辐射束投射到支撑在基板架上的基板的靶部，该基板架位于基板台上的一凹槽内，其包括：

液体供给系统，构造为用液体至少部分地填充投影系统的末端元件和所述的基板之间的空间；

密封元件，定位于所述投影系统的末端元件之下并且围绕所述末端元件，并且基本设置为在所述空间内容纳所述液体；

基板台位移系统，设置为相对于所述密封元件沿着预定路径移动所述基板台，由此移动所述基板表面上的所述靶部；以及

液体蒸发和冷凝控制器，设置为通过同步蒸发或冷凝控制技术，来控制由所述液体供给系统提供的液体的蒸发或冷凝的净能量损失速率。

其中所述蒸发控制器包括用水流对基板架进行的基板热调节。

其中所述蒸发控制器包括用水流对基板台进行的基板热调节。

其中所述蒸发控制器包括通过在离含有液体的空间最远的基板表面引入流体的基板台热调节，该流体在光刻装置的正常的操作温度下冷凝。

其中该流体为所处压力低于液体供给系统内液体的水，优选处于大约2300Pa。

其中该流体为包括酮、醚和醇中的至少一种的气体。

其中该流体通过基板台内的管道被抽吸至基板表面或从中抽出。

其中该流体以二相混合物的形式被抽送。

其中所述蒸发控制器包括通过在基板架内结合包括液体和蒸汽的容器来控制基板台的温度。

其中该容器为一管道。

其中液体为水且蒸汽为水蒸汽。

其中液体为含有制冷剂的烃，蒸汽为烃蒸汽。

其中液体为R134a，1，1，1，2-四氟乙烷。

其中液体为含有制冷剂的烃类的混合物，蒸汽为烃类蒸汽的混合物。

其中该液体为R401a。

其中该液体为氨水，蒸汽为氨蒸汽。

包括用于加热液体的加热器。

其中该加热器位于液体内。

其中该加热器位于基板台下面。

还包括用于为加热器提供输入参数的温度和/或压力传感器。

其中该容器没有空气和不可冷凝的流体，且与大气封闭。

其中该容器包括多条尽可能接近于基板架朝向基板的表面的管道。

包括在基板架朝向基板的表面内的中空的凹座。

其中该中空的凹座包括容器和基板之间的通道，以允许蒸汽从容器通至基板的底表面。

还在基板台内包括海绵样的材料。

还包括所述基板架和所述基板之间的真空室，其中液体蒸发技术包括将水饱和的空气供给至所述真空室。

还包括用于从基板台释放出在接触液体供给系统期间被吸收的气体的释放装置。

还包括用于将基板台的任何在接触液体供给系统期间改变了相的部分恢复至初始相的再生装置。

液体供给系统，构造为用液体至少部分地填充投影系统和所述的基板之间的空间；

密封元件，基本设置为在所述空间内容纳所述液体；

热管，所述热管被供给调节温度的流体且被构造为热调节位于可能发生局部冷却的位置处的所述基板和/或基板台。

其中所述热管包括多条尽可能接近于基板架朝向基板的表面的管道。

进一步包括在基板架朝向基板的表面内的中空的凹座。

其中，所述中空的凹座包括在所述热管和所述基板之间的通道，以使得它们允许蒸汽或气体从热管通至基板的底表面。

其中所述流体是包括液体和蒸汽的两相混合物。

所述液体是水，和所述蒸汽是水蒸汽。

其中所述流体是包括酮、醚和醇中的至少一种的气体。

还包括用于加热液体或流体的加热器。

其中所述加热器被定位在所述液体或流体中或被定位在基板台的下面。

还包括为所述加热器提供输入参数的温度和/或压力传感器。

所述热管没有空气和不可冷凝的流体，且与大气封闭。

还包括气刀，在投影系统的多次投影之间将压缩的加湿的或加热的空气流通过气刀供给基板表面。

还包括从基板表面移除空气流的气刀抽取系统和悬在基板上方的用于将基板表面的液体与空气分离而除去的微筛。

还包括基板台位移系统，设置为相对于所述密封元件沿着预定路径移动所述基板台，由此移动所述基板表面上的所述靶部。

附图说明

本发明的实施方案将通过参照示意性附图的实施例进行描述，所述附图中相应的附图标记表示对应的部件，其中：

图1描绘了根据本发明的一实施方案的光刻装置；

图2和3描绘了用于一现有技术的光刻投影装置中的液体供给系统；

图4描绘了根据另一现有技术的光刻装置的液体供给系统；

图5描绘了根据本发明的一实施方案的液体限制系统；

图6描绘了根据本发明的第一实施方案的液体蒸发控制系统；

图7描绘了根据本发明的第二实施方案的液体蒸发控制系统；

图8描绘了根据本发明的第三实施方案的能量调节系统；

图9a和9b描绘了根据本发明的第四实施方案的液体蒸发控制系统；

图10描绘了根据本发明的第五实施方案的能量调节系统；

图11描绘了根据本发明的第六实施方案的能量调节系统；

图12描绘了根据本发明的第七实施方案的温度传感器；以及

图13描绘了用于根据本发明的另一实施方案的温度传感器的可选位置。

具体实施方式

图1示意性描绘了根据本发明的一个实施方案的的光刻装置。该装置包括：

照射系统(照射器)IL，构造为调节辐射束B(例如UV辐射或DUV辐射)；

支承结构(例如掩模台)MT，构造为支撑构图部件(例如掩模)MA，并与第一定位装置PM连接，该第一定位装置PM构造为根据特定参数精确定位该构图部件；

基板台(例如晶片台)WT，构造为支撑基板(例如涂敷抗蚀剂的晶片)W，并与第二定位装置PW连接，该第二定位装置PW构造为根据特定参数精确定位该基板；和

投影系统(例如折射投影透镜)PS，构造为将辐射束B投射在基板W的靶部C(例如包括一个或多个芯片)上，构图部件MA赋予该辐射束B图案。

为了引导、成形或控制辐射，照射系统可以包括各种类型的光学元件，例如折射、反射、磁性、电磁、静电或其它类型的光学元件，或它们的任何组合。

支承结构支承构图部件，即承受该构图部件的重量。其支撑构图部件的方式取决于构图部件的定位、光刻装置的设计和例如是否在真空环境中支撑构图部件等其它条件。支承结构能用机械，真空，静电或其它夹紧技术来支撑构图部件。支承结构可以是能根据需要固定或移动的框架或工作台。支撑结构可以保证构图部件处于期望的位置，例如相对投影系统处于期望的位置。这里使用的术语“中间掩模版”或者“掩模”可以认为与更通用的术语“构图部件”同义。

这里使用的术语“构图部件”应广义地理解为能用于给辐射束的截面赋予图案从而在基板的靶部形成图案的任何部件。应注意的是，赋予辐射束的图案可以不和期望的基板靶部的图案完全一致，例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征。一般，赋予辐射束的图案与在靶部中形成的器件例如集成电路的特殊功能层相对应。

构图部件可以是透射型或者反射型的。构图部件的例子包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻领域是公知的，掩模类型包括如二元型、交替相移型和衰减相移型，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个例子是采用小型反射镜的矩阵设置，每个反射镜能单猢顷斜从而沿不同方向反射入射的辐射束。这种倾斜的反射镜将图案赋予由反射镜矩阵所反射的辐射束。

这里使用的术语“投影系统”应广义地理解为包括任何类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性、电磁性和静电光学系统，或其任何组合，只要适合于所用的曝光辐射，或适合于诸如浸液的使用或者真空的使用这类其它因素。这里使用的术语“投影透镜”应理解为与更普通的术语“投影系统”同义。

如文中所述，该装置是透射型的(例如采用透射掩模)。或者，该装置也可以是反射型的(例如采用如上所述的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。

光刻装置可以为具有两个(双工作台)或者多个基板台(和/或两个或者多个掩模台)的类型。在这种“多工作台式”机构中，可以并行使用辅助台，或者可以在一个或者多个台上进行曝光的同时，用一个或者多个其它台进行准备步骤。

参照图1，照射器IL接受来自辐射源SO的辐射束。例如当光源为受激准分子激光器时，该光源与光刻装置可以是分离的部件。在这种情况下，不认为光源构成了光刻装置的一部分，且借助光束传送系统BD，辐射束从光源SO传递到达照射器IL，该光束传送系统BD包括例如适合的定向镜和/或光束扩展器。在其它情况下，该光源可以是光刻装置整体的一部分，例如当光源为汞灯时。光源SO和照射器IL，如果需要还加上光束传送系统BD，称作辐射系统。

照射器IL可以包括用于调整辐射束角强度分布的调整装置AD。通常，能够调整照射器的光瞳平面内的强度分布的至少外径和/或内径向范围(通常分别称为σ-外和σ-内)。此外，照射器IL可以包括各种其它的元件，例如积分器IN和聚光器CO。这种照射器用于调节辐射束，使之在其横截面上具有期望的均匀性和强度分布。

辐射束B入射到由支承结构(例如掩模台MT)支撑的构图部件(例如掩模MA)上，并由构图部件图案化。穿过掩模MA后，辐射束B再经过投影系统，由期各该光束聚焦于基板W的靶部C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉仪装置、线性编码器或电容传感器)，能够很精确地移动基板台WT，例如在辐射束B的路径中定位不同的靶部C。类似地，例如在从掩模库中机械取出掩模后或在扫描期间，能使用第一定位装置PM和其它位置传感器(图1中未明确示出)将掩模MA相对于辐射束B的光路进行精确定位。通常，借助于构成第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现掩模台MT的移动。类似地，使用构成第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块，也可以实现基板台WT的移动。在使用晶片步进器时(与扫描器相对)，掩模台MT只能与短行程致动装置连接或者固定。使用掩模对准标记M1、M2和基板对惟标记P1、P2，以对准掩模MA和基板W。尽管所示的基板对准标记占用了专用的靶部，但是它们也可以定位在靶部的间隔中(通称为划道对准标记)。类似地，在掩模MA上有一个以上芯片的情况下，掩模对准标记可以位于这些芯片之间。

所述的装置可以按以下的至少一种模式来使用；

在步进模式中，在将被赋予给辐射束的整个图案一次性投影到靶部C上(即单一静态曝光)的同时，掩模台MT和基板台WI′基本保持不动。然后将基板台WT沿X和/或Y方向移动，以使不同的革巴部C曝光。在步进模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单一静态曝光中成像的靶部C的尺寸。

在扫描模式中，同步扫描掩模台MT和基板台WT，在将被赋予给辐射束的图案投影到靶部C上(即单一动态曝光)的同时，同步扫描掩模台MT和基板台WT。基板台WT相对于掩模台MT的速度和方向由投影系统PS的放大(缩小)特性和图像反转特性所决定。在扫描模式中，曝光区域的最大尺寸限制了单一动态曝光中的靶部的宽度(在非扫描方向上)，而扫描动作的长度决定了靶部的高团在扫描方向上)。

在其他模式中，在将被赋予给辐射束的图案投影到靶部C上的同时，保持支撑可编程构图部件的掩模台MT基本不动，而移动或者扫描基板台WT。在这种模式下，通常采用脉冲辐射源，并且在每次将基板台WT移动之后或者在扫描期间相继的辐射脉冲之间，按要求更新可编程构图部件。这种操作模式能容易地应用于利用可编程构图部件的无掩模光刻中，例如上面所述的可编程反射镜阵列。

也可以将上述模式组合和/或变化使用，或者使用完全不同的模式。

图5显示了液体限制系统包括用于容纳浸没系统的浸液的储存器。

储存器10在投影系统的成像区域周围形成对于基板的非接触式密封，从而限制液体以填充到基板表面和投影系统的末端元件之间的空间中。储存器由位于投影系统PL的末端元件下方和周围的的密封元件12形成。液体被引入投影系统下方和密封元件12内的空间内。密封元件12略微扩展到投影系统的末端元件上方，且液体的水平面高于该末端元件，以提供液体缓冲。密封元件12具有内周边，优选其最上端与投影系统或其末端元件的形状接近一致，例如可以为圆形。在底部，该内部边缘与成像区域的形状接近一致，例如为矩形，尽管不必须为这种情况。

液体通过密封元件12的底部和基板W表面之间的气封16而密封在储存器中。气封由气体形成，例如空气或合成空气，优选N₂或其它惰性气体，其受压力作用通过入口15提供给密封元件12和基板之间的间隙并通过出口14被抽出。设置气体入口15上的过压，第一出口14上的真空级以及间隙的几何形状，以具有限伟腋体的向内高速气流。

在基板W的下面，基板W的底表面和基板架(也称作树节板(burlplate)或突起板)顶表面之间也存在间隙，基板架容纳在基板台WT的凹槽内。该间隙也可以包括各种气封，以保持基板W底表面干燥且避免上述能量损失问题。

当浸液11的蒸发多于冷凝时会产生净能量损失(例如，当蒸发的液体在其能量能通过冷凝而返回给系统之前就从系统中除去)。局部能量的波动导致基板或基板上的抗蚀剂层变形。本发明寻求通过减少蒸发率或增加冷凝率来防止局部能量波动的方法。

第一实施方案

如上所述，液体蒸发超过冷凝的原因在于例如基板W或基板台WT的顶表面暴露于大气环境中。图6显示了相对于密封元件12的基板台WT，箭头32表示基板台WT的行进方向；即，相对于密封构件12横向行进。为了了解局部蒸发最可能发生在何处，要建立时间表34，其包括时间与基板台WT相对于密封元件12的位置、速度、加速度和预定路径，局部基板温度，局部基板台温度和曝光布图中的至少一个因素之间的关系。液体蒸发控制器30可以与时间表34结合使用。液体蒸发控制器30可以采用几种形式，只要能控制由于蒸发导致净能量排出即可(而不是蒸发本身被控制)。换言之，液体蒸发控制器的目的在于防止通过含有热能的的液体蒸发导致的系统热能的损失。例如，液体蒸发控制器30可以将由入口15供给而由出口14除去的空气16加热，以致于即使当基板从密封元件下方移出时，系统的热平衡仍保持不变。或者，蒸发控制器30可以通过入口15和出口14供给加湿的压缩空气16。“空气”可指代任何适当的气体，例如氮气。当液体用于不合曝露于空气的浸没系统中时其尤其正确。这减少了从基板W的顶表面的蒸发，因此平衡了蒸发和冷凝并由此在浸没系统中建立了能量平衡。用加湿的空气抑制了蒸发，而不是从基板到空气(或其它用于密封的气体)的热能的转移。

第二实施方案

一种可替代的蒸发控制器如图7所示。在这种情况下，加湿或加热的空气16仍然可以通过密封元件12引入。此外，温度调节过的液体和/或液体蒸汽流被供给基板架。其控制着基板台WT内的基板W下面的温度，由此增加了在基板W的底表面上的冷点处的冷凝率，因为当冷却时蒸汽冷凝为液体。然后，来自蒸汽的能量被转移给液体冷凝至其上的基板(和其它表面)。这种基板底部上的冷凝的增加和基板顶部上的蒸发的减少可以精确地平衡，以便于即使当其移出密封元件12的保护范围时，也能保证基板保持其热平衡。

通过在基板W下面的基板架WH中引入热管48，能够容易地获得稳定的基准温度。流经热管48的水(或任何其他的适合的液体)可以使用温度和/或压力传感器以及加热器来调节，以保持管道中的恒定温度。由热管48内的水所形成的水蒸汽将仅冷凝在基板台内的冷点处，从而将蒸汽的潜热转移至冷点。因此需要不复杂的控制机构，而且不可能有温度的过调节。压力传感器确保例如水蒸汽的压力不太高。对于20mK的冷凝温度稳定性，需要将水蒸汽的压力控制到好于4Pa的容差。

为了最优化从水和水蒸汽转移给基板架内的冷点的热量，热管48内的任何空气，或除工作流体之外的其它流体，必须在系统关闭之前被抽出。加热水的加热器能直接设置在水中或设置在基板台下面，由此保持基板台底部被加热到稳定的温度，其又能保持被封闭的水处于稳定温度。

此外，热管48能由几个管道构成，这些管道能设置为尽可能接近于基板架WH的表面，从而使得管道中的水温尽可能直接影响基板W的温度。在基板架WH内、基板下面可以有中空的突起或凹座，这些突起或凹座育抱括通道，其允许水蒸汽通过到达基板下侧，并直接冷凝在基板的冷点上而不是仅冷凝在基板架的冷点处。因此，热转移能更加直接，而减少转移热量所需时间，从而减少了温度波动的机会。

许多基板台都由诸如“Zerodur微晶玻璃”或堇青石这类具有低传导性和低膨胀系数的材料制成。这使得制造出能陕速响应温度波动的热平衡系统变得困难。此外，基板表面和冷却介质(例如水)之间的热阻太大以致于在基板内产生温度下降，其导致如上所述的基板变形。不单是这样，而且液体供给系统内的经过基板的液体的流量也非常大并能在液体中引入扰动。在该第二实施方案中所述的系统具有不受这些问题限制的优点。通过使流体例如在22℃时冷凝在基板的下表面上，使得具有非常有效的热传递系数以及随后的基板热调节。流体可以足处于诸如2300Pa(或23mbar)低压的水，或丙酮，醚或醇，或某些类似物。通过调节流体的压力，流体的冷凝温度能变成用于具体的系统和基板的正确值。

流体的供给和温度控制能在光刻装置的固定的部件中进行，但是其自身的冷凝过程仅在热量从系统中被排出的地方发生。为了防止冷凝发生在流体供给线内，气体和液体的二相混合物能通过基板台内的通道泵送，以保持流体处于最佳温度。如下面的第四实施方案中所述的微筛可以被引入基板台，以分离气体和液体的二相混合物。

第三实施方案

引入至基板的顶表面的加湿过的空气在气刀经过该基板之后易于膨胀。这导致了小于100％的相对湿度。在气刀和气刀抽吸管道之间的区域内，加湿过的空气冷却，且由于较冷的气体具有比热空气低的湿度容量而使其湿度增加。热的加湿过的空气由此可以在气刀之后被供给。对于气刀经过期间的下降的0.4bar，可以使用在大约28℃的水饱和空气，从而使后面的气刀在22℃处具有100％的相对湿度。热空气内蒸发掉的水分在膨胀之后再冷凝，结果在基板上留下零能量。

图8显示了可以用于补偿基板W顶部的蒸发的替代的实施方案。因为基板W按箭头的方向向右移动，与浸液11接触的基板W的上表面由气刀40干燥。气刀将气楔提供至基板表面，从而将移除密封元件12之后最后残留在基板上的浸液11薄膜除去。同时基板将冷却并因此损失能量。这种典型的由气刀导致的亲水表面上的局部冷却能量的损失为20瓦数量级(例如在60°接触角处)。

有两种方法补偿这种使用气刀导致的蒸发能量的损失。首先是通过气刀供给高压的加湿过的空气。或者例如使用诸如LED或具有调节管的微波腔这类的辐射源38，来加热气刀内的空气。

图8所示的实施方案具有温度传感器22，其将信息与时间表信息34一起输入控制器(例如CPU)36。当基板W最可育脆过气刀40导致的蒸发而损失能量时，CPU36控制辐射源38以增加基板W在可能损失能量的点的局部表面温度，由此重建热平衡。

必须选择辐射源的波长范围以不会曝光基板表面上的抗蚀剂，且使得光被所有处理层吸收同样的量。可以在气刀的周边设置多个辐射源，从而使基板上留有“蒸发痕迹”的部分可以被有效补偿。此外，输入时间表(其也可以是公知的快进表(fast forward table))的其他信息可以是作业设计数据，扫描速度和抗蚀剂特性。控制器供给给辐射源的信息也可以操纵辐射源发送其辐射的方向，从而更加精确地控制基板表面的温度。

第四实施方案

图9a和9b显示了替代的液体蒸发控制器的实施方案。如在第三实施方案中一样，有气刀AK将空气供给给基板表面，以从基板的表面清洁可以蒸发的液体并减少系统的热能或留下影响基板使用的干燥标记。两种实施方案也具有用于除去由气刀AK引入的空气的气刀抽吸(未示出)。该第四实施方案也包括目的在于抽出水分11而不抽出空气52的微筛MS。保持气体52和水分11分离意味着不产生混合物，水分11能再生而空气52能再生或作废。防止空气和水的混合物也确保了空气能完美地干燥基板表面。

当气刀AK将空气吹到覆盖在液体11(例如水)中的基板W的表面上时，如图9b所示在空气52和水11之间形成了弯液面。在微筛MS的两边有水11的地方，气刀抽吸导致水11通过洞56穿过微筛MS。然而，在微筛MS的一边有空气而另一边有水的地方，水11的表面张力54保持空气52在微筛MS的一边。因此，仅有水会通过位于微筛MS一边上的抽吸系统被抽出。该微筛MS可以为Stork Veco微筛。

微筛MS和基板W之间的间隙越小越好，因为空气和水之间的弯液面也就越强，而使得水和空气在气刀AK越过基板W的扫描速度更快的情况下分离。微筛MS和基板AK之间的距离的最低限度由间隙变小而增大的碰撞危险性所决定。

微筛和气刀必须设置在特定的最佳相对位置。气刀必须是相对低的以在基板W表面上提供足够的压力。图9a显示了锥形50，其为具有最高速率的空气由气刀AK吹入的形状。边界50为因混合了周围的空气而空气速率开始下降的地方。理想地，最高空气速率的锥形必须与基板接触，更加理想地，该锥形的尖端接触基板。然而，气刀不能太接近基板，否则实际上通入基板表面上的空气会具有过高的速率，而基板表面上的液体有蒸发的危险而不是以推出的方式进入抽吸器。

微筛可以有约3mm的跨度。对于在微筛MS上面的水11和与基板W邻接的水11之间的给定的压力差(其由弯液面外的微筛洞内的表面张力的强度所限制)而言，水11的流率能通过将弯液面定位成使微筛两边具有的水为适当比例而调节。

分别设置微筛MS和气刀AK以使得它们能定位在相对于基板的不同的高度处。它们通常固定至液体供给系统的壁上以致于其能同时扫描基板表面。

该实施方案的优点在于，最大的热能损失通常发生在基板上的气刀和气刀抽吸系统之间，而该实施方案处理该特定区域。基板上气刀和抽吸器之间的水11的量取决于基板上方微筛的高度。留在气刀和抽吸器之间的水越多，可能被气刀留在基板表面上的水越多。因此，优选具有尽可能低的微筛。另一方面，已经发现气刀的高度是非常重要的。高度从100μm增加到125μm减小了晶片20％的热损失。已经示出气刀在达到200μm高度处工作最好。因此建议气刀的最低点为比微筛的最低点高50-100μm。如上所述，热损失的减少降低了基板上的重叠误差的危险性。

第五实施方案

图10显示了用于增加基板底部的冷凝的另一个可替代的实施方案，由此用不同于加热顶部的方式柬恢复热平衡。当然，这两种实施方案可以组合使用以增强热平衡的精确度。

在基板W和基板架WH之间的真空室42内供给的水饱和气体44(例如在大约24毫巴或60毫巴饱和的乙醇)会导致水在基板W的冷点处的冷凝。由冷凝所损失的能量会加热基板的空气温度。只要饱和气体44被供给，基板W下面的冷凝的水就不会蒸发。为了补偿在基板W顶部的平均能量损失，仅需要几微米厚度的水膜冷凝在基板W的底表面上。

在基板的最后曝光之后，基板被卸载之前，基板W的下表面上的水由供给的干燥空气除去。在压力作用下水分的蒸发非常快。该能量调节的方法的优点在于在发生能量损失的基板W的精确位置能无需任何主动控制就供给能量。这是因为水会冷凝在基板W的最冷的部分。另外的优点在于不可能有温度过调节。这是因为仅有基板W的热容量参与了水的瞬时行为，因此能量调节是在尽可能短的时间内进行的。换言之，因为基板通过其顶表面上的能量损失而冷却，水冷凝在其底表面上，所以一旦水离开就迅速将能量转移回去。

第六实施方案

图11显示了当交换基板时提供密封元件12的底表面的封闭板46。封闭板的位置、速度、加速度和时间的也可以添加到时间表34的信息中。调节封闭板以允许浸液更容易保持在相同温度/能量。

不仅是封闭板可以进行热调节，光刻装置的任何部件甚至是间接与基板接触的部件，例如任何与液体供给系统的液体接触的部件，也可以被调节以使得其温度保持稳定。投影系统的末端元件和液体供给系统都与液体接触，且都包括液体蒸发表面，尤其是在基板交换期间封闭板处于或进入位置时。输送具有温度仔细控制的液体的流道可以被引入液体供给系统内或液体供给系统外部的周边。其胜过加热器的优点在于不需要额外的加热器和控制器。如果使用同样的浸液通过基板和投影系统之间的空间内的流道，液体供给系统的热梯度可以比使用加热器或热灯丝或类似物时更加均匀。

或者，电加热器可以提供到液体供给系统中。这些加热器可以由连接着诸如下述第七实施方案中所述的那些温度传感器的反馈控制器所控制。本实施方案，尽管具有额外的元件，但是具有能克服大的温度波动的优点，尤其是例如在移除封闭板期间。

第七实施方案

在本发明的替代实施方案中，蒸发控制的方法被积极地应用在检测到基板的温度降低时。可以用如图12所示的检坝11器22检测浸液内的温度的改变；或者，温度传感器可以处于诸如图13所示的基板W周围的不同的位置。温度传感器22a悬浮在基板W的上方，且图13显示了将该温度传感器连接至诸如图8中所示(CPU36)的CPU的导线24。温度传感器22b在基板W内部且传感器22c位于基板W和基板架WH之间的真空室42内。真空室42相对于基板W和基板架WH的比例为了说明性目的而放大了。传感器也可以位于液体供给系统内。温度传感器可以设置在一个或多个这样的位置上，以感应不同位置上的基板温度，取决于在该位置导致能量损失可能性。还设置一传感器位于基板台自身中，但使其处于诸如图13所示的并标志为22c的位置会是灵敏的，以使其尽可能接近于基板台表面和/或基板W表面，因为当基板的热平衡发生损失时，受损失的是基板。

可以在使用加湿过的压缩的清洁空气的同时开关加热元件，例如，如图6所示。因此，随着时间的过去蒸发过程通过加热器的能量耗散来补偿，而不需要温度控制系统。当液体限制系统移动时会发生基板上的水膜的蒸发(例如相较于基板保持静止时的5W能量损失，基板移动时有25W能量损失)。移动的速率影响能量损失的速率。气刀后面而不是前面的水膜留在了基板上，所以移动图案上的信息和基板相对于浸没系统的速度被用于转换补偿的能量和密封系统内的基板相对于液体限制系统的位置。抗蚀剂参数(例如浸液可湿性)和气刀的气体参数(例如Marangoni效应)确定了所需的加热能量。

当使用被动系统时，如图10所示没有温度传感器X的情况，没有控制回路，所以几乎不需要电子设备。因此如果需要的话容易改装现有的机构，尽管毫无疑问也可以建立具有完整的温度补偿系统的新的机构。

尽管在本文中以IC制造中的光刻装置的使用为具体示示例，但是应该理解这里描述的光刻装置可以具有其它应用，例如集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器，液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的制造。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，这里的使用术语“晶片”或者“芯片”应认为分别与更普通的术语“基底”或“靶部”同义。这里所述的基底可以在曝光之前或之后进行处理，用例如涂布显影装置(一种典型地将抗蚀剂层应用于基底上并显影曝光后的抗蚀剂的工具)、计量工具和/或检验工具。在各用途中，这里所公开的内容可以适用于这样或其它的适合的基底处理工具。此外，基底可以处理不止一次，例如为了形成多层IC，以致于这里所用的术语基底也涉及已经含有多个处理层的基底。

这里使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)。

本文中允许的术语“透镜”，可以涉及各种类型的光学元件的任意一种或其组合，包括折射和反射光学元件。

尽管本发明的具体实施方案已经如上所述，但是应当理解本发明可以用除上述方式之外的方式实现。例如，本发明可以采取计算机程序的形式，包括一个或多个描述上面所公开方法的机器可读指令序列的，或采取数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式，其中存储有这类计算机程序。

本发明能应用于任何浸没光刻装置，尤其是但不限于上述那些类型。

上面的描述是为了解释而不是限制本发明。因此，不背离下述权利要求的范畴对本发明做出的改进，对本领域技术人员是显然的。

Claims

1.一种光刻装置，构造为将图案化的辐射束投射到支撑在基板架上的基板的靶部，该基板架位于基板台上的一凹槽内，其包括：

液体供给系统，构造为用液体至少部分地填充投影系统的末端元件和所述的基板和/或基板台之间的空间；

液体蒸发和冷凝控制器，设置为通过同步蒸发或冷凝控制技术，来控制由所述液体供给系统提供的液体的蒸发或冷凝的净能量损失速率；

其中，所述液体覆盖所述基板的局部区域，以及所述液体供给系统为液体限制系统的一部分。

2.根据权利要求1所述的光刻装置，其中所述液体蒸发和冷凝控制器包括用水流对基板架进行的基板热调节。

3.根据权利要求1所述的光刻装置，其中所述液体蒸发和冷凝控制器包括用水流对基板台进行的基板热调节。

4.根据权利要求1、2或3任一项所述的光刻装置，其中所述液体蒸发和冷凝控制器包括通过在基本下面的基板架中引入流体的基板台热调节，该流体在光刻装置的正常的操作温度下冷凝。

5.根据权利要求4所述的光刻装置，其中该流体为所处压力低于液体供给系统内液体的水。

6.根据权利要求4所述的光刻装置，其中该流体为包括酮、醚和醇中的至少一种的气体。

7.根据权利要求4所述的光刻装置，其中该流体通过基板台内的管道被抽吸至基板表面或从中抽出。

8.根据权利要求7所述的光刻装置，其中该流体以二相混合物的形式被抽送。

9.根据权利要求1、2或3任一项所述的光刻装置，其中所述液体蒸发和冷凝控制器包括通过在基板架内结合包括液体和蒸汽的容器来控制基板台的温度。

10.根据权利要求9所述的光刻装置，其中该容器为一管道。

11.根据权利要求9所述的光刻装置，其中液体为水且蒸汽为水蒸汽。

12.根据权利要求9所述的光刻装置，其中液体为含有制冷剂的烃，蒸汽为烃蒸汽。

13.根据权利要求14所述的光刻装置，其中液体为R134a，1，1，1，2-四氟乙烷。

14.根据权利要求9所述的光刻装置，其中液体为含有制冷剂的烃类的混合物，蒸汽为烃类蒸汽的混合物。

15.根据权利要求14所述的光刻装置，其中该液体为R401a。

16.根据权利要求9所述的光刻装置，其中该液体为氨水，蒸汽为氨蒸汽。

17.根据权利要求9所述的光刻装置，包括用于加热液体的加热器。

18.根据权利要求17所述的光刻装置，其中该加热器位于液体内。

19.根据权利要求17所述的光刻装置，其中该加热器位于基板台下面。

20.根据权利要求17所述的光刻装置，还包括用于为加热器提供输入参数的温度和/或压力传感器。

21.根据权利要求9所述的光刻装置，其中该容器没有空气和不可冷凝的流体，且与大气封闭。

22.根据权利要求9所述的光刻装置，其中该容器包括多条尽可能接近于基板架朝向基板的表面的管道。

23.根据权利要求9所述的光刻装置，包括在基板架朝向基板的表面内的中空的凹座。

24.根据权利要求23所述的光刻装置，其中该中空的凹座包括容器和基板之间的通道，以允许蒸汽从容器通至基板的底表面。

25.根据权利要求9所述的光刻装置，还在基板台内包括海绵样的材料。

26.根据权利要求1、2或3任一项所述的光刻装置，还包括所述基板架和所述基板之间的真空室，其中液体蒸发技术包括将水饱和的空气供给至所述真空室。

27.根据权利要求1、2或3任一项所述的光刻装置，还包括用于从基板台释放出在接触液体供给系统期间被吸收的气体的释放装置。

28.根据权利要求1、2或3任一项所述的光刻装置，还包括用于将基板台的任何在接触液体供给系统期间改变了相的部分恢复至初始相的再生装置。

29.一种光刻装置，构造为将图案化的辐射束投射到支撑在基板架上的基板的靶部，该基板架位于基板台上的一凹槽内，其包括：

密封元件，基本设置为在所述空间内容纳所述液体；

30.根据权利要求29所述的光刻装置，其中所述热管包括多条尽可能接近于基板架朝向基板的表面的管道。

31.根据权利要求29所述的光刻装置，进一步包括在基板架朝向基板的表面内的中空的凹座。

32.根据权利要求31所述的光刻装置，其中，所述中空的凹座包括在所述热管和所述基板之间的通道，以使得它们允许蒸汽或气体从热管通至基板的底表面。

33.根据权利要求29至32中的任一项所述的光刻装置，其中所述流体是包括液体和蒸汽的两相混合物。

34.根据权利要求33所述的光刻装置，所述液体是水，和所述蒸汽是水蒸汽。

35.根据权利要求29-32的任一项所述的光刻装置，其中所述流体是包括酮、醚和醇中的至少一种的气体。

36.根据权利要求33所述的光刻装置，还包括用于加热液体或流体的加热器。

37.根据权利要求36所述的光刻装置，其中所述加热器被定位在所述液体或流体中或被定位在基板台的下面。

38.根据权利要求36所述的光刻装置，还包括为所述加热器提供输入参数的温度和/或压力传感器。

39.根据权利要求29-32中任一项所述的光刻装置，所述热管没有空气和不可冷凝的流体，且与大气封闭。

40.根据权利要求29-32中任一项所述的光刻装置，还包括气刀，在投影系统的多次投影之间将压缩的加湿的或加热的空气流通过气刀供给基板表面。

41.根据权利要求40所述的光刻装置，还包括从基板表面移除空气流的气刀抽取系统和悬在基板上方的用于将基板表面的液体与空气分离而除去的微筛。

42.根据权利要求29-32中任一项所述的光刻装置，还包括基板台位移系统，设置为相对于所述密封元件沿着预定路径移动所述基板台，由此移动所述基板表面上的所述靶部。