CN101950129A - 光刻设备和测量两相流中的流量的方法 - Google Patents

光刻设备和测量两相流中的流量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光刻设备和一种测量两相流中的流量的方法。光刻设备包括管道，用于其中通过两相流。提供流分离装置以将所述两相流分离成气流和液流。流量计测量在所述气流或所述液流中的流体流量。

Description

光刻设备和测量两相流中的流量的方法
技术领域
本发明涉及一种光刻设备和一种测量两相流中的流量的方法。
背景技术
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是衬底的目标部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(ICs)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。通常，图案的转移是通过把图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常，单独的衬底将包含被连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓的步进机，在步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；和所谓的扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向同步地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印(imprinting)到衬底上的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。
在欧洲专利申请公开出版物EP1420300和美国专利申请公开出版物US2004-0136494中，公开了一种成对的或双台浸没式光刻设备的方案，这里以参考的方式全文并入本文。这种设备设置有两个台用以支撑衬底。调平(levelling)测量在没有浸没液体的工作台的第一位置处进行，曝光在存在浸没液体的工作台的第二位置处进行。可选的是，设备仅具有一个台。
在衬底在浸没式光刻设备中曝光以后，衬底台从其曝光位置移动离开至衬底可以被移除并且可以用不同的衬底替换的位置。这被熟知为衬底交换。在两个台的光刻设备中，可以在投影系统下面进行衬底台交换。
已经提出将光刻投影设备中的衬底浸入到具有相对高折射率的液体(例如水)中，以便充满投影系统的最终元件和衬底之间的空间。在一实施例中，液体是蒸馏水，但是可以使用其他液体。本发明的实施例将参考液体进行描述。然而，其它流体也可能是适合的，尤其是润湿性流体、不能压缩的流体和/或具有比空气折射率高的折射率的流体，期望是具有比水的折射率高的折射率。除气体以外的流体是尤其希望的。这样能够实现更小特征的成像，因为在液体中曝光辐射将会具有更短的波长。(液体的影响也可以被看成提高系统的有效数值孔径(NA)，并且也增加焦深)。还提出了其他浸没液体，包括其中悬浮有固体颗粒(例如石英)的水，或具有纳米悬浮颗粒(例如具有最大尺寸达10nm的颗粒)的液体。这种悬浮的颗粒可以具有或不具有与它们悬浮所在的液体相似或相同的折射率。其他可能合适的液体包括烃，例如芳香烃、氟化烃和/或水溶液。
将衬底或衬底与衬底台浸入液体浴器(参见，例如美国专利No.US4,509,852)是浸没系统布置的形式。这种布置需要在扫描曝光过程中加速很大体积的液体。这需要额外的或更大功率的电动机，而液体中的湍流可能会导致不希望的或不能预期的效果。
提出来的解决方法之一是液体供给系统，用以通过使用液体限制系统将液体仅提供到衬底的局部区域并且在投影系统的最终元件和衬底之间(通常衬底具有比投影系统的最终元件更大的表面积)。提出来的一种用于设置上述解决方案的方法在公开号为WO99/49504的PCT专利申请出版物中公开了。这种类型的布置可以称为局部浸没系统布置。
PCT专利申请公开出版物WO 2005/064405公开了另一种类型的称为全浸湿布置的浸没系统布置，其中浸没液体是不受限制的。在这种系统中，衬底的整个顶部表面覆盖在液体中。这可以是有利的，因为衬底的整个顶部表面在基本上相同的条件下进行曝光。这对于衬底的温度控制和处理是有利的。在WO 2005/064405中，液体供给系统提供液体到投影系统的最终元件和衬底之间的间隙。液体被允许泄露到衬底的其他部分。衬底台的边缘处的阻挡件防止液体溢出，使得液体可以从衬底台的顶部表面上以受控制的方式去除。虽然这样的系统改善了衬底的温度控制和处理，但仍然可能发生浸没液体的蒸发。帮助缓解这个问题的一种方法在美国专利申请公开出版物No.US 2006/0119809中有记载。设置一种构件覆盖衬底W的所有位置，并且配置成使浸没液体在所述构件和衬底和/或保持衬底的衬底台的顶部表面之间延伸。
在浸没设备中，浸没流体由流体处理系统、结构或设备来处理。在一实施例中，流体处理系统可以供给浸没流体，因而是流体供给系统。在一实施例中，流体处理系统可以至少部分地限制浸没流体，因而是流体限制系统。在一实施例中，流体处理系统可以提供阻挡件给浸没流体，因而是阻挡构件(例如流体限制结构)。在一实施例中，流体处理系统可以产生或使用气流，例如以便帮助控制浸没流体的流动和/或位置。气流可以形成密封以限制浸没流体，因而流体处理结构可以称为密封构件；这种密封构件可以是流体限制结构。在一实施例中，浸没液体被用作浸没流体。在这种情况下，流体处理系统可以是液体处理系统。流体处理系统位于投影系统和衬底台之间。参照前面提到的内容，在本段落中提到的有关流体的限定特征可以被理解成包括有关液体的限定特征。
在流体处理系统或液体限制结构中，液体被限制到空间，即浸没空间内。例如，通过结构的主体、投影系统的表面以及下面表面(例如衬底台、支撑在衬底台上的衬底、遮蔽构件和/或测量台)，液体被限制在限制结构内。在局部区域浸没系统的情形中，通过流体处理系统或液体限制结构和下面的结构之间的液体弯液面，液体也被限制在浸没空间中。在全浸湿系统的情形中，液体被允许流出浸没空间到衬底和/或衬底台的顶部表面上。
发明内容
浸没式光刻设备通常包括一个或更多个其中具有两相流的管道。例如，在气体和液体通过开口同时或一个接着另一个被去除的情况下发生两相流。一个示例是抽取装置，其用于控制弯液面的位置，例如液体限制结构和衬底之间的液体的弯液面的位置。为了正确地操作所述设备，以防止因为诊断的原因导致的设备溢流，期望能探测/测量两相流。用压力传感器探测两相流是困难的，因为所测得的压力依赖于两相流中的精确的气-液比(例如气体与液体的比和/或液体与气体的比)。使用压力传感器不能得出有关气-液比的信息。
因此，期望例如提供一种用以探测两相流的流动的系统。期望提供一种系统用以探测两相流中的气-液比。
本发明一方面提供一种光刻设备，包括：管道，用于其中通过两相流；流分离装置，配置成将所述两相流分离成气流和液流；和流量计，配置成测量在所述气流和/或所述液流中的流体流量。
本发明一方面提供一种测量两相流中的流量的方法，包括：将两相流分离成气流和液流；和使用流量计以测量在所述气流和/或所述液流中的流体流量。
附图说明
下面仅通过示例的方式，参考附图对本发明的实施例进行描述，其中示意性附图中相应的标记表示相应的部件，在附图中：
图1示出根据本发明实施例的光刻设备；
图2和3示出作为用在光刻投影设备中的液体供给系统的流体处理结构；
图4示出用在光刻投影设备中的另一液体供给系统。
图5示出流体处理结构的横截面图；
图6示出另一流体处理结构的横截面图；
图7示意地示出用以测量在两相流中的流量的系统；和
图8示出可以应用本发明的实施例的液体限制结构和衬底台的横截面图。
具体实施方式
图1示意地示出了根据本发明的一个实施例的光刻设备。所述光刻设备包括：
-照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如，紫外(UV)辐射或深紫外(DUV)辐射)；
-支撑结构(例如掩模台)MT，其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与用于根据确定的参数精确地定位图案形成装置MA的第一定位装置PM相连；
衬底台(例如晶片台)WT，其构造用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底W的第二定位装置PW相连；和
-投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，其配置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。
照射系统IL可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。
所述支撑结构MT保持图案形成装置MA。支撑结构MT以依赖于图案形成装置MA的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置MA是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置MA。所述支撑结构MT可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置MA。所述支撑结构MT可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构MT可以确保图案形成装置MA位于所需的位置上(例如相对于投影系统PS)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。
这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束、以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部分上的所需图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。
图案形成装置MA可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。
这里使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统。投影系统的类型可以包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。
如这里所示的，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。
光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的图案形成装置台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于曝光。
参照图1，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源SO和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源SO看成形成光刻设备的一部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其它情况下，所述源SO可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源SO是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时设置的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。
所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器IL的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器IL用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。类似源SO，照射器IL可以被看成或可不被看成形成光刻设备的一部分。例如，照射器IL可以是光刻设备的一部分或是与光刻设备分立的实体。在后一种情形中，光刻设备可以配置成允许照射器IL安装其上。可选地，照射器IL是可拆卸的并且可以单独地设置(例如，通过光刻设备制造商或其他提供者)。
所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台)MT上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述图案形成装置MA来形成图案。已经穿过图案形成装置MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS。所述投影系统PS将辐射束B聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位图案形成装置MA。通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现支撑结构MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，支撑结构MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用图案形成装置对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分C之间的空间(这些公知为划线对齐标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置MA上的情况下，所述图案形成装置对准标记可以位于所述管芯之间。
可以将所示的设备用于以下模式中的至少一种中：
在步进模式中，在将支撑结构MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束B的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。
在扫描模式中，在对支撑结构MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束B的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一动态曝光中所述目标部分C的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分C的高度(沿所述扫描方向)。
在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的支撑结构MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT进行移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束B的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。
也可以附加地或可选地采用上述使用模式的组合和/或变体或完全不同的使用模式。
一种用以提供液体到投影系统PS的最终元件和衬底之间的布置是所谓的局部浸没系统IH。在这种系统中，仅提供液体到衬底的局部区域的流体处理结构被使用。由液体填充的空间在平面上小于衬底的顶部表面并且充满液体的区域相对于投影系统PS保持基本上静止，同时衬底W在该区域下面移动。在图2-5中示出了四种不同类型的流体处理结构。
如图2和图3所示，液体优选地沿着衬底相对于最终元件移动的方向，通过至少一个入口供给到衬底上。在已经通过投影系统下面之后，液体通过至少一个出口去除。也就是说，当衬底在所述元件下沿着-X方向扫描时，液体在元件的+X一侧供给并且在-X一侧去除。图2是所述布置的示意图，其中液体通过入口供给，并在元件的另一侧通过与低压源相连的出口去除。在图2示出的情形中，虽然液体沿着衬底相对于最终元件的移动方向供给，但这并不是必须的。可以在最终元件周围设置各种方向和数目的入口和出口；图3示出了一个实例，其中在最终元件的周围在每侧上以规则的重复方式设置了四组入口和出口。液体供给和液体回收装置中的箭头表示液流的方向。
在图4中示意地示出了另一个具有液体局部供给系统的浸没光刻方案。液体由位于投影系统PS每一侧上的两个槽状入口供给，由布置在入口的径向向外的位置上的多个离散的出口去除。所述入口可以布置在板上，所述板在其中心有孔，投影束通过该孔投影。液体由位于投影系统PS的一侧上的一个槽状入口提供，而由位于投影系统PS的另一侧上的多个离散的出口去除，由此造成投影系统PS和衬底W之间的液体薄膜流。选择使用哪组入口和出口组合可以依赖于衬底W的移动方向(另外的入口和出口组合是不起作用的)。在图4的横截面图中，箭头表示液体流入入口和流出出口的方向。
另一种已经提出的布置是提供具有液体限制构件的液体供给系统，其沿投影系统的最终元件和衬底台之间的空间的边界的至少一部分延伸。这种布置在图5中示出。
图5示意地示出了具有流体处理结构12的液体局部供给系统。所述流体处理结构12沿投影系统PS的最终元件和期望为基本上平的表面(例如衬底台WT或衬底W)的正对表面之间的空间11的边界的至少一部分延伸。(要注意的是，在没有明确地说明的情况下，下文中衬底W的表面也附加地或可选地表示衬底台WT的表面)。尽管在Z方向上可能存在一些相对移动(在光轴的方向上)，所述流体处理结构12相对于投影系统PS在XY平面内是基本上静止的。在一实施例中，密封被形成在流体处理结构12和衬底W的表面之间，并且可以是非接触密封，例如流体密封，期望为气体密封。这种系统在美国专利申请出版物第US2004-0207824号中公开，这里通过参考全文并入。
流体处理结构12至少部分地将液体限制在投影系统PS的最终元件和衬底W之间的浸没空间11内。到衬底W的非接触密封，例如气体密封16，可以形成在投影系统PS的像场周围的流体处理结构12的下表面内40，使得液体被限制在衬底W表面和投影系统PS的最终元件之间的空间11内。期望地，下表面40基本上平行于正对表面。浸没空间11至少部分地由位于投影系统PS的最终元件的下面和周围的流体处理结构12形成。液体通过液体入口13被引入到投影系统PS下面和流体处理结构12内的所述空间11中。液体可以通过液体出口13被去除。所述流体处理结构12在投影系统PS的最终元件上面一点延伸。液面高于最终元件，使得能提供液体的缓冲器。在一个实施例中，所述流体处理结构12的内周的上端处的形状与投影系统PS的形状或投影系统的最终元件的形状一致，例如可以是圆形。在底部，由下表面40的边缘20限定的内周与像场的形状大致一致，例如矩形，虽然并不是必须的。下表面40具有外边缘45或外缘。
气体密封16由气体形成，例如空气或合成空气，但是在一个实施例中为氮气N2或其他惰性气体。该气体密封16中的气体在压力下通过入口15提供到流体限制结构12和衬底W之间的间隙。该气体通过出口14抽取。气体入口15处的过压、出口14处的真空水平和间隙的几何形状布置成使得形成向内的限制液体的高速气流。气体作用在流体处理结构12和衬底W之间的液体上的力将液体限制在空间11内。入口/出口可以是围绕空间11的环形槽。环形槽可以是连续的或非连续的。气流有效地将液体限制在空间11中。这种系统在美国专利申请出版物第US2004-0207824号中公开。
图6示出作为液体供给系统的一部分的液体限制结构12的一个实施例。液体限制结构12围绕投影系统PS的最终元件的外周(例如圆周)延伸。
位于限定空间11的表面内的多个开口20提供液体给空间11。液体在进入空间11之前通过分别位于侧壁28、22中的开口29、20。
在液体限制结构12的底部和衬底W之间提供密封。在图6中，密封装置配置成提供非接触密封并且由几个密封部件形成。在投影系统PS的光轴的径向外侧，提供一种可选的流动控制板50，其延伸进入空间11。开口180可以位于液体限制结构12的面对衬底W或衬底台WT的底部表面上的流动控制板50的径向外侧处。开口180可以沿朝向衬底W的方向提供液体。在成像过程中，这可以用于通过用液体填充衬底W和衬底台WT之间的间隙来防止在浸没液体内的气泡的形成。
开口180的径向外侧可以是用以从液体限制结构12和衬底W和/或衬底台WT之间抽取液体的抽取装置组件70。抽取装置组件70可以作为单相或作为两相抽取装置来操作。
抽取装置组件70的径向外侧可以是凹陷80。凹陷80通过入口82连接到大气。凹陷80通过出口84连接到负压源。凹陷80的径向外侧可以是气刀90。美国专利申请出版物US 2006/0158627中公开了抽取装置组件、凹陷以及气刀的布置，这里通过参考全文并入。
抽取装置组件70包括液体去除装置或抽取装置或入口，例如在美国专利申请出版物US 2006-0038968中公开的一种装置，这里通过参考全文并入。在一实施例中，液体去除装置70包括入口，其被多孔材料110覆盖，多孔材料用于将液体和气体分离以实现单液相的液体抽取。室120内的负压被选定成使得形成在多孔材料110的孔中的弯液面阻止周围的气体被抽入液体去除装置70的室120内。然而，当多孔材料110的表面与液体接触时，不存在弯液面限制流动并且液体可以自由地流入液体去除装置70的室120。
多孔材料110具有大量的小孔，每一个小孔的尺寸，例如宽度(诸如直径)d孔在5到50mm的范围内。多孔材料110可以被保持在将要被去除液体的表面(例如衬底W的表面)上方50到300mm范围的高度处。在一个实施例中，多孔材料110是至少轻微亲液的，即具有与例如水等浸没液体之间小于90°的动态接触角，期望地小于85°，或期望地小于80°的动态接触角。
虽然在图6中没有具体示出，液体供给系统具有用以处理液面变化的布置。这使得建立在投影系统PS和液体限制结构12之间的液体可以被处理并且不会溢出。处理这种液体的一种方式是提供疏液(例如疏水的)的涂层。涂层可以在围绕开口和/或围绕投影系统PS的最后一个光学元件的液体限制结构12的顶部周围形成带。涂层可以位于投影系统PS的光轴的径向外侧处。疏液(例如，疏水)的涂层有助于将浸没液体保持在空间11内。
图5和6的示例是所谓的局部区域布置，其中在任何时刻液体仅被提供到衬底W的顶部表面的局部区域。其他布置是可以的，包括流体处理系统，其使用气体拖曳原理。在例如2008年5月8日递交的美国专利申请出版物US 2008-0212046和美国专利申请US 61/071,621中已经介绍了所谓的气体拖曳原理。在那种系统中，抽取孔以期望地具有角部的形状布置。角部可以与步进和扫描方向对齐。与两个出口垂直于扫描方向对齐的情形相比，这减小了作用在沿步进或扫描方向具有给定速度的流体处理结构表面上的两个开口之间的弯液面上的力。本发明的一个实施例可以应用于用在全浸湿浸没设备中的流体处理结构。在全浸湿的实施方式中，例如通过允许液体泄露出将液体限制在投影系统的最终元件和衬底之间的限制结构，流体被允许覆盖衬底台的整个顶部表面。在2008年9月2日递交的美国专利申请US 61/136,380中可以找到对应全浸湿实施例的流体处理结构的示例。
正如认识到的，上面所述的任何特征可以与任何其他特征一起使用，而且不仅仅是明确描述的特征的组合被本申请覆盖。
在浸没设备中可以存在一个或更多个其中具有两相流的管道。下面参照图8给出几个示例。期望地，测量在这种管道内的流动。例如，测量这种流动可以确认引起管道内的流体流动的泵是起作用的。期望地，测量两相流中的气-液比。例如，依赖于气-液比，发生不同流态，每一种流态具有不同的发生扰动的频率范围。(例如，缓流(slug flow)具有与雾状流(mistflow)不同的扰动范围)。而且，不同的气-液比会导致不同的热负载施加给组件。因此，期望能够测量在两相流中的气-液比。
有关两相流的信息可以用于优化或改进设备的性能。例如，有必要改变流出或流入出口的流量以便获得想要的结果。作为示例，期望对于两相流实现流入管道的气体流量等于从邻近管道流出的气体流量。在一个实施例中，期望可以在两相流中获得特定的气-液比。
本发明的实施例旨在解决上面的问题、或这里未提到的问题中的一个或更多个。图7中示意地示出本发明的一个实施例。其中存在两相流的管道100可以是衬底台WT或液体限制结构12的一部分，正如参照图6和8所述的。通过流分离装置将管道100内的液体和气体的流分离成气流和液流。如图7所示，在一个实施方式中流分离装置可以包括分离室111。当两相流从管道100流入到分离室111，液体121下降到分离室111的底部而气体130位于分离室111的顶部。气体管道140位于分离室111的顶部。由此，在气体管道140内基本上仅存在气流。液体管道150连接到分离室111的底部，并且由此基本上仅有液体流入其中。
气体管道140和液体管道150都连接到再结合室160并且通过出口管道170两相流从再结合室被抽取出去。出口管道170提供两相流给排出装置181，在排出装置处根据需要液体可以重新循环或被除去。
泵190可以设置在再结合室160的下游。泵190配置成抽取流体或推动流体通过管道和室。进入分离室111的气体流量将等于离开再结合室160的气体流量。进入分离室111的液体流量将等于离开再结合室160的液体流量。因此，气体管道140内的气体流量将等于管道100内两相流中的气体流量。因此，通过在气体管道140内定位第一流量计260以测量气体的流量，第一流量计260的读数将等于管道100内气体的流量。类似地，可以提供第二流量计262以测量液体管道150内的液体流量。第二流量计262的读数将等于在管道100内的液体的流量。
虽然在图7中显示泵190位于再结合室160的下游，但是替换地或附加地，泵可以设置在虚线所示的分离室111的上游并用附图标记190′表示。附加地，当出口管道170的端部相对于管道100保持在负压时，代替泵190、190′，附图标记190、190′可以是流量或压力调节装置(例如调节阀)。
图7中示出的系统可以在不在再结合室160内再结合两相流的情况下使用，尤其如果使用泵190′并且分离室111总是容纳一些液体。相反，气体管道140和液体管道150可以直接导向一个或更多个排出装置。
可以设置控制器300。第一和第二流量计260、262可以提供指示测量的流量的信号给控制器300。基于这些信号的一个或两个，控制器300可用于改变设备的至少一个参数。
例如，控制器300可以通过设备的至少一个泵改变流量的参数。如图7所示，这可以是在出口管道170处的泵190和/或管道100中的泵190′的流量。在一个实施例中，控制器300可以通过流量或压力调节装置(例如(调节)阀)或另一泵320改变流量。流量或压力调节装置或另一泵320可以是配置用以抽取气体或液体或两者的抽取系统的一部分、或可以是配置用以提供液体或气体或两者的提供系统的一部分。
在一个实施例中，控制器300可以控制衬底台WT和/或液体限制结构12的参数。例如，控制器300可以改变衬底台WT和液体限制结构12的相对位置，由此用以改变两个部件之间的距离。
控制器300可以根据由第一流量计260或第二流量计262或两者测量的流体流量的大小来调整参数。替换地或附加地，控制器300可以根据由第一流量计260测量的在气流中的流体流量与通过第二流量计262测量的液流中的流体流量的大小的比值和/或根据通过第二流量计262测量的在液流中的流体流量与通过第一流量计260测量的气流中的流体流量的大小的比值调整参数。在一个实施例中，可以以将气体流量的大小或液体流量的大小或两者或气-液比的大小保持在特定的想要的(例如，预定的)水平为目标来调整参数。
控制器300可以基于气体流量随时间的改变、或液体流量随时间的改变、或气体和液体两者的流量随时间的改变或气-液比随时间的改变来确定参数的变化。例如，控制器可以改变至少一个参数，以便将这些条件保持为随时间基本上恒定(例如在预定的水平)。
图7中的系统或系统的一部分的使用将在几个示例中进行描述。在这些示例中，附图标记320、321、322、323、324、325以及410表示泵。然而，这些附图标记可以替换地表示流量或压力调节装置(例如调节阀)。例如，它们可以改变流过它们到负压源的流动(例如321、322、323、324、325)或来自高压源的流动(例如410)。
在一个实施例中，图7中的系统或系统的一部分可以用于减少或消除在泵失效时发生液体溢出的风险。例如，在图6中的室120中产生负压的泵或连接到所谓的气体拖曳原理布置中的抽取装置的开口的泵的失效会导致浸没液体溢出到衬底台WT上。因此，期望快速探测这种失效以防止设备停机维修。如果探测到这种失效，可以调节例如提供液体到所述空间11的泵和/或提供液体到液体限制结构12和衬底W之间的间隙的泵的流量等参数(例如减小到零)。
在管道100内使用压力传感器测量这种失效是不可靠的，因为单独基于压力是难以在泵不起作用或泵仅泵吸气体之间进行区分。也就是说，压力传感器对精确的泵吸的气-液比敏感。类似地，用于探测管道100内的两相流的流量计(例如脉冲流量计和/或基于热损失的流量计)难以使用，因为气体和液体的特性存在巨大的差异。
图7中系统的使用允许测量气体流量和/或液体流量，由此允许探测泵190或190′是否正确地运行或运行不正确。如果探测到故障，控制器300可以采取补救措施。例如，控制器300可以控制泵190或190’以增大抽取。替换地或附加地，控制器300可以控制通过开口180提供液体到空间11或液体限制结构12和衬底之间的泵320，使其关闭。这可以减小在泵失效的情况下液体泄漏的风险。
与应用于连接到图6中的室120和气体拖曳原理液体限制结构的开口的泵的原理相同的原理还可以应用到其他领域。在图8中示出了另一些示例，图8中示出了投影系统PS、气体拖曳原理液体限制结构12以及衬底台WT。该示例包括管道311和泵321，用于从液体限制结构12的顶部表面抽取液体。这种管道311和泵321被设置用以去除可能会溢流到液体限制结构12上的多余的液体。另一示例是位于衬底台WT中的抽取装置，其包括设置在衬底W的边缘下面的管道312和用以抽取泄露到衬底W的边缘和衬底台WT中放置衬底W的凹陷的边缘之间的间隙305内的液体的泵322。另一示例是抽取装置，其包括衬底台WT边缘处的管道313和泵323。这可以被定位成捕获逃逸到衬底台WT的边缘和第二衬底台WT的边缘之间的液体、或逃逸到衬底台WT的边缘与第一衬底台WT和第二衬底台WT之间的桥333之间的液体。2008年8月7日递交的美国专利申请US 61/136,030详细公开了这种用于逃逸到两个衬底台之间的间隙和/或衬底台和到另一衬底台的桥333之间的间隙的浸没液体的抽取装置。上面参照图7所述的原理可以应用到这种抽取装置的泵323。相同的原理可以应用于用于从投影系统的最终元件和衬底W之间的空间11抽取浸没液体的抽取装置。这种抽取装置的泵可以以与上面所述的其他类型的抽取装置相同的方式进行监测。图8中示出的可以从失效探测受益的另一抽取装置是开口335，其与所谓的气体拖曳原理抽取装置的管道315和泵325相关。
上面提到的抽取装置中的一个或更多个可以是不被控制的并且仅以最大速度运行。这会引起麻烦，因为抽取装置抽取的气体的比例会随着时间变化。这会导致由两相流体的流动沿所相关的管道施加不同的热负载。本发明的一个实施例可以用于根据例如已知的两相流的大小或已知的单相流动的大小和泵的体积流量来测量气-液流量比。随后控制器300可以控制相关的泵以改变通过该泵的两相流体的流量，并由此改变两相流中的气-液比。例如，如果气体流量与液体流量的比太高(即太多气体)，相关泵的流量可以减小，因为对于抽取装置的正确运行的重要点在于被抽取的液体的量，而不是气体的量。高的比表示：与去除到达抽取装置的开口处的液体量所需的工作强度相比，泵更大强度地在运行。通过减小泵的流量，可以保持液体的流量(即，所有到达抽取装置的液体都可以被去除)而减小气体流量，由此导致减小气体与液体在两相流中的比(即增大液体的比例)。
关于此的具体的示例是抽取泵325，其配置成从液体限制结构12和衬底W之间的间隙抽取液体。如果例如气体与液体的比太高，可以降低泵频率，由此降低由泵抽取的总的体积以及延长泵的寿命。然后气体与液体的比将减小。由此减小由流到液体限制结构12的流的蒸发施加的冷却负载。
通过控制器300将气-液比的测量值或仅由抽取泵325抽取的液体的量或仅由抽取泵325抽取的气体的量用于改变至少一个参数。所述参数可以选自：抽取泵325的抽取速率、通过出口400提供的气体的流量、通过出口180提供的液体的流量和/或液体限制结构12和衬底W的顶部表面之间的距离。通过泵325抽取的气体与液体的比对液体限制结构12和衬底台WT之间的力产生影响。控制器300可以用于将所述比保持基本上恒定。这并不必需意味着恒定的力，除非流量值保持相同。如果气体与液体的比太低(太多液体)，流出开口400的气体流量(即气刀)会增大，使得更多的气体由抽取泵325抽取。附加地或替换地，通过开口335的流量需要增大。附加地或替换地，流出开口180的液体流量可以减小，由此减小由抽取泵325抽取的液体的量。附加地或替换地，液体限制结构12和衬底台WT之间的距离可以改变以具有相同或类似的效果。
在2009年5月25日递交的美国专利申请US 61/181,158中，提出平衡流出出口400的气体流量与流入连接到流动抽取泵325的开口335的气体流量的方案。在这种系统中，通过液体限制结构12通过连接到抽取泵325的开口335抽取基本上所有的从出口400排出液体限制结构12的气体。使用图7中的系统，流出出口400的气体的流量和/或流入连接到抽取泵325的开口335的气体流量可以改变。也就是说，泵325、410任一个或两者可以通过控制器300进行控制以获得所需的平衡。在该实施例中，泵410可以期望地是上面所述的流量或压力调节装置。
在一个实施例中，通过将泵410保持在恒定的体积流量而将流出出口400的气体流量保持恒定(恒定质量流)。随后控制器300可以改变泵325，以实现流入开口335的气体流量等于流出开口400的气体流量。替换地，泵325的流量可以保持恒定，并且可以改变泵410(可选地，一个或更多个泵，例如连接到开口180的泵)以平衡流出开口400和流入开口335的流量。在一个实施例中，(在泵325的体积流量不必固定的情况下)可以测量流入开口335的气体流量，并且可以通过改变泵410的频率来控制通过开口400的气体流量。
在一个实施例中，第一和第二流量计260、262测量通过管道100(抽取管道)的流体(即气体、液体或两者)的流量。抽取管道100可以具有控制器300，用以控制从形成在液体限制结构12的表面中的一个或更多个抽取开口(例如335)通过抽取管道100的流体(即气体、液体或两者)的流量。
在一实施例中，液体限制结构12包括气刀，其具有位于两相流体抽取开口335附近的开口400。使用气体流量传感器可以感测通过气刀的气体流量。通过气刀开口400的流量可以通过控制器300进行控制。控制器300可以控制气刀流量和/或抽取流量，以便平衡通过气刀和抽取管道100的流量，或至少使得流量位于特定的流量差值内。流量差值可以小于任一个流量的百分之20、10或5。
如果差值超过特定流量差值，则存在流量失配。在流量失配的流态情形中，流动控制性能和液体限制结构12的性能可能恶化到特定性能标准以下。对于探测到流量失配，控制器300产生信号。该信号可以是针对用户的，例如作为警告信号。该信号可以发送到流量控制器300，控制器300响应于该信号将流量差值减小到特定的流量差值以下。在一个实施例中，流量控制器300操作以调整流量的同时，液体限制结构12仍然在运行。因此系统性能被恢复。
在上述实施例的任一个中，泵可以是体积流量泵。
在上述实施例的任一个中，控制器300可以允许用户控制。例如，控制器300可以指示诸如气体流量、液体流量以及气-液比等参数，并且允许用户手动地改变操作参数。
在一个方面中，提供一种光刻设备，包括：管道，用于两相流流过其中；流分离装置，用于将所述两相流分离成气流和液流；和第一流量计，用于测量在气流或液流中的流体的流量。期望地，所述设备还包括第二流量计，用于测量在气流和液流中的另一者中的流体流量。期望地，所述设备还包括：控制器，用于根据由第一流量计和/或第二流量计测量的流体流量来控制所述设备的至少一个参数。期望地，控制器适于根据由第一流量计、或第二流量计、或两者测量的流体流量的大小调节参数。期望地，控制器配置成根据气流中流体流量与液流中流体的流量的大小的比、或在液流中流体流量与气流中流体流量的大小的比来调整参数。期望地，基于随时间测量的所测流量的大小控制所述设备的至少一个参数，期望地，所述至少一个参数包括通过至少一个流量或压力调节装置或流体泵的流量。期望地，所述至少一个流量或压力调节装置或流体泵包括用于改变通过管道的流体流量的流量或压力调节装置或流体泵。期望地，所述至少一个流量或压力调节装置或流体泵包括用于改变流入液体限制结构和衬底之间的间隙的流体流量的流量或压力调节装置或流体泵。期望地，所述用于改变流入间隙的流体流量的流量或压力调节装置或流体泵是用于改变进入所述间隙的气流的流量或压力调节装置或流体泵。期望地，所述用于改变进入所述间隙的流体流量的流量或压力调节装置或流体泵是用于改变进入所述间隙的液体流量的流量或压力调节装置或流体泵。期望地，所述控制器配置成使得所述至少一个参数被控制成使得通过所述至少一个流量或压力调节装置或流体泵的流量与由第一流量计测得的流量基本上相同。期望地，所述控制器配置成使得所述至少一个参数被控制成使得由第一流量计测得的流量基本上等于预定流量。期望地，所述设备还包括另一管道，另一流量或压力调节装置或流体泵，并且控制器控制所述另一流量或压力调节装置或流体泵，使得通过所述另一管道的流体流量基本上为恒定的预定速率。期望地，所述至少一个参数包括衬底和用于将液体限制到投影系统和衬底之间的空间的液体限制结构之间的距离，期望地，所述至少一个参数包括被调节用以在用于通过管道抽取两相流的部件失效的情况下消除液体溢出的参数。期望地，流分离装置包括分离室，期望地，提供再结合室，在再结合室内被分离的气流和液流重新结合。期望地，管道在液体限制结构中在开口处开始。期望地，开口位于限定空间的表面内，液体被液体限制结构限制在所述空间中，其中所述空间在投影系统和衬底之间。期望地，所述开口在液体限制结构的下表面中，所述下表面在使用时面对衬底。期望地，在使用时，通过开口从液体限制结构和衬底之间抽取液体和气体。期望地，用多孔构件覆盖所述开口。期望地，所述开口形成在所述液体限制结构的上表面内。期望地，所述管道从用于支撑衬底的衬底台的表面内的开口开始。期望地，所述开口是用于通过开口抽取通过衬底的边缘和支撑衬底的衬底台之间的间隙的液体。期望地，所述开口是用于通过开口抽取通过衬底台的边缘和第二衬底台的边缘之间、或衬底台的边缘和定位在第一衬底台和第二衬底台之间的桥之间的间隙的液体。
在一个方面中，提供一种测量两相流中的流量的方法，包括：将两相流分离成气流和液流；和使用第一流量计以测量在气流或液流中的流体流量。期望地，所述方法还包括：使用第二流量计以测量在所述气流和液流中的另一者中的流体流量。期望地，所述方法还包括：改变设备的至少一个参数，其中两相流根据由第一流量计和/或第二流量计测量的流体流量流动。期望地，改变的参数包括通过至少一个流量或压力调节装置或流体泵的流量。期望地，所述至少一个流量或压力调节装置或流体泵被用于改变通过流过两相流的管道的流体流量。期望地，所述至少一个改变的参数包括进入液体限制结构和衬底之间间隙的流体流量。期望地，所述至少一个改变的参数包括进入液体限制结构和衬底之间间隙的气体流量。
虽然本说明书详述了光刻设备在制造ICs中的应用，应该理解到，这里描述的光刻设备可以有制造具有微米尺度、甚至纳米尺度的特征的部件的其他应用，例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCDs)、薄膜磁头等。本领域技术人员应该看到，在这种替代应用的情况中，可以将其中使用的任意术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、测量工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将这里公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外辐射(UV)(例如具有或约为365、248、193、157或126nm的波长)。
在允许的情况下，术语“透镜”可以表示不同类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的和反射式的光学部件。
尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，但应该认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实现。例如，本发明可以采用包含用于描述如上面公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序的形式，或具有存储其中的所述计算机程序的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。此外，机器可读的指令可以嵌入到两个或更多个计算机程序中。所述两个或更多个计算机程序可以存储在至少一个不同的存储器和/或数据存储介质中。上面所述的控制器可以具有任何合适的结构用于接收、处理和发送信号。例如，每个控制器可以包括一个或更多个处理器，用于执行包括用于上述方法的机器可读指令的计算机程序。所述控制器可以包括数据存储介质，用于存储这种计算机程序和/或硬件以容纳这种介质。
本发明的一个或更多个实施例可以应用于任何浸没式光刻设备，具体地但不排他地，应用于上述的那些类型、浸没液体是否以浴器的形式提供的类型、仅衬底的局部表面区域上提供浸没液体的类型或浸没液体是非限制的类型。在非限制布置中，浸没液体可以流过衬底和/或衬底台的表面，使得基本上衬底和/或衬底台的整个未覆盖表面被浸湿。在这种非限制的浸没系统中，液体供给系统可以不限制浸没流体或其可以提供一定比例的浸没液体限制，但是基本上不是完全的浸没液体限制。
这里所指的液体供给系统应该具有广义的解释。在特定的实施例中，液体供给系统可以是提供液体到投影系统和衬底和/或衬底台之间的空间的机构或结构的组合。液体供给系统可以包括一个或更多个结构、一个或更多个液体入口、一个或更多个气体入口、一个或更多个气体出口和/或提供液体到所述空间的一个或更多个液体出口的组合。在一实施例中，所述空间的表面可以是衬底和/或衬底台的一部分，或者所述空间的表面可以完全被衬底和/或衬底台的表面覆盖，或者所述空间可以包围所述衬底和/或衬底台。液体供给系统可以可选地还包括一个或更多个元件以控制液体的位置、质量、品质、形状、流量或任何其他特征。
此外，尽管公开了本发明的特定实施方式和示例情形，本领域技术人员应该理解本发明延伸到所公开的特定实施方式以外的其他替换的或可选的实施方式和/或本发明的应用和明显的修改和等价物。此外，虽然已经示出并详细描述了本发明多个变形形式，但是基于这些公开，本发明范围内的其他修改对本领域技术人员是显而易见的。例如，可以预见到这些实施例的具体特征和方面的不同组合或子集组合仍然落入本发明的范围内。因此，应该理解，所公开的实施例的不同特征和方面可以与其他特征和方面结合或替换以便形成所公开的发明的不同模式。因此，这里所公开的本发明范围不应该限于上面所述的特定的公开实施例，而是应该由随后的权利要求来确定。
上面的说明书是示例性的，而非限定性的。因此，在不脱离权利要求所要求的范围的情况下对本发明进行修改对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (10)

1.一种光刻设备，包括：
管道，用于其中通过两相流；
流分离装置，配置成将所述两相流分离成气流和液流；和
第一流量计，配置成测量在所述气流或所述液流中的流体流量。
2.根据权利要求1所述的光刻设备，还包括第二流量计，所述第二流量计配置成测量所述气流和液流中另一者中的流体流量。
3.根据权利要求1或2所述的光刻设备，还包括控制器，配置成根据由所述第一流量计和/或所述第二流量计测量的所述流体流量控制所述设备的至少一个参数。
4.根据权利要求3所述的光刻设备，其中，所述控制器配置成根据由所述第一流量计测得的、或由所述第二流量计测得的、或由所述第一流量计和所述第二流量计两者测得的流体流量的大小来调节所述至少一个参数。
5.根据权利要求3或4所述的光刻设备，其中，所述至少一个参数包括通过至少一个流量或压力调节装置或者流体泵的流量。
6.根据权利要求5所述的光刻设备，其中，所述控制器配置成控制所述至少一个参数，使得通过所述至少一个流量或压力调节装置或者流体泵的所述流量基本上等于由所述第一流量计测得的所述流量。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的光刻设备，其中，所述至少一个参数包括衬底和配置用以将液体限制到投影系统和所述衬底之间的空间的液体限制结构之间的距离。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的光刻设备，还包括再结合室，在所述再结合室内，被分离的气流和液流重新结合。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的光刻设备，其中，所述管道始于在液体限制结构中的开口处。
10.一种测量两相流中的流量的方法，包括步骤：
将两相流分离成气流和液流；和
使用第一流量计来测量在所述气流或所述液流中的流体流量。
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