CN102096330A - 光刻设备和器件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光刻设备和器件制造方法。所述浸没光刻设备包括：流体处理系统，配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的局部空间；和气体供给装置，配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于5×10^-3mol/kg的溶解度。

Description

光刻设备和器件制造方法

技术领域

本发明涉及一种光刻设备和使用光刻设备制造器件的方法。

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，单个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。

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)意味着在扫描曝光过程中需要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。

在浸没设备中，浸没流体由流体处理系统、装置结构或设备处理。在一个实施例中，流体处理系统可以供给浸没流体并因此可以是流体供给系统。在一个实施例中，流体处理系统可以至少部分地限制浸没流体并因此是流体限制系统。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。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。

发明内容

如果浸没液体被流体处理系统限制到位于投影系统下面的表面上的局部区域，则弯液面在流体处理系统和所述表面之间延伸。如果弯液面与所述表面上的液滴碰撞，将会导致在浸没液体中夹带气泡。所述液滴可能由于多种原因存在于所述表面上，包括由于从流体处理系统泄露。浸没液体中的气泡例如由于在衬底成像期间与投影束干扰会导致成像误差。

期望地，例如提供一种光刻设备，其中气泡夹带的可能性至少被减小。

根据本发明的一方面，提供一种浸没光刻设备，包括：流体处理系统，配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的空间；和气体供给装置，配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于5×10^-3mol/kg的溶解度。

根据本发明的一方面，提供一种浸没光刻设备，包括：流体处理系统，配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的空间；和气体供给装置，配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于3×10^-5cm²s^-1的扩散系数。

根据本发明的一方面，提供一种浸没光刻设备，包括：流体处理系统，配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的空间；和气体供给装置，配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积大于空气在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积。

根据本发明的一方面，提供一种器件制造方法，包括将图案化辐射束投影通过限制到投影系统的最终元件和衬底之间的局部空间的浸没液体的步骤；和提供气体至邻近所述空间的区域的步骤，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于5×10^-3mol/kg的溶解度。

根据本发明的一方面，提供一种器件制造方法，包括下列步骤：将图案化辐射束投影通过限制到投影系统的最终元件和衬底之间的局部空间的浸没液体；和提供气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于3×10^-5cm²s^-1的扩散系数。

根据本发明的一方面，提供一种器件制造方法，包括将图案化辐射束投影通过限制到投影系统的最终元件和衬底之间的局部空间的浸没液体的步骤；和提供气体至邻近所述空间的区域的步骤，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积大于空气在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积。

根据本发明的一方面，提供一种用于浸没光刻设备的流体处理系统，所述流体处理系统配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的局部空间，并且包括气体供给装置，所述气体供给装置配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于5×10^-3mol/kg的溶解度。

根据本发明的一方面，提供一种用于浸没光刻设备的流体处理系统，所述流体处理系统配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的局部空间，并且包括气体供给装置，所述气体供给装置配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于3×10^-5cm²s^-1的扩散系数。

根据本发明的一方面，提供一种用于浸没光刻设备的流体处理系统，所述流体处理系统配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的局部空间，并且包括气体供给装置，所述气体供给装置配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积大于空气在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积。

附图说明

现在参照随附的示意性附图，仅以举例的方式，描述本发明的实施例，其中，在附图中相应的附图标记表示相应的部件，且其中：

图1示出了根据本发明一个实施例的光刻设备；

图2和3示出用于光刻投影设备中的液体供给系统；

图4示出用于光刻投影设备中的另一液体供给系统；

图5示出用于光刻投影设备中的另一液体供给系统；

图6示出用于光刻投影设备中的另一液体供给系统；

图7示出用于光刻投影设备的液体供给系统的平面图；以及

图8示出允许的气泡尺寸随扫描速度变化的曲线。

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；

-支撑台(例如用以支撑一个或更多个传感器的传感器台或衬底台)WT，其构造用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的衬底)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位例如衬底W的台的表面的第二定位装置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)或更多台，例如两个或更多个衬底台或衬底台和传感器台(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SO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。类似于源SO，照射器IL可以看成是所述光刻设备的一部分或者可以不看成是光刻设备的一部分。例如，照射器IL可以是光刻设备的组成部分或者可以是与光刻设备分立的实体。在后一种情况中，光刻设备可以配置成允许照射器IL安装在光刻设备上。可选地，照射器IL是可拆卸的，并且可以独立地提供(例如，通过光刻设备制造商或者其他供应商)。

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，所述投影系统将辐射束聚焦到所述衬底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：

1.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。

2.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)。

3.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。

虽然本发明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。

用于在投影系统PS的最终元件和衬底之间提供液体的布置可以分成至少三种一般类型。它们是浴器类型布置、所谓的局部浸没系统和全浸湿浸没系统。在浴器类型布置中，基本上整个衬底W和可选地衬底台WT的一部分浸入到液体浴器中。

局部浸没系统使用液体供给系统，以将液体仅提供到衬底的局部区域。由液体填满的空间在平面图中小于衬底的顶部表面，并且由液体充满的区域相对于投影系统PS基本上保持静止的同时，衬底W在该区域下面移动。图2-7中示出了可以用在这种系统中的不同的供给装置。设置密封特征用以将液体密封到局部区域。一种已经提出的布置这种结构的方法在PCT专利申请第WO99/49504号中公开。

在全浸湿布置中，液体是非限制的。整个衬底顶部表面和衬底台的全部或一部分被浸没液体覆盖。至少覆盖衬底的液体的深度小。液体可以是位于衬底上的液体膜、例如液体薄膜。浸没液体可以供给到投影系统的区域和面对投影系统的正对表面(这种正对表面可以是衬底和/或衬底台的表面)上或内部。图2-5中的任何液体供给装置也用于这种系统中。然而，密封特征可以不存在、没有起作用、不如正常状态有效，或者以其它方式不能有效地仅将液体密封在局部区域。

如图2和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PS下面之后，通过至少一个出口去除。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示意地示出所述布置，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中，虽然液体沿着衬底W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；如图3示出一个示例，其中在最终元件的周围在每侧上以规则的方式设置了四组入口和出口。要注意的是，图2和3中的液体的流动方向由箭头表示。

在图4中示意地示出了另一个具有局部液体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，由设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，辐射束通过该孔投影。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)。要注意的是，图4中的箭头表示流体流动和衬底的方向。

已经提出其他的布置以提供具有液体限制结构的液体供给系统，所述液体限制结构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示意地示出了具有液体限制结构12的流体处理结构或者液体局部供给系统，所述液体限制结构12沿投影系统PS的最终元件和衬底台WT或衬底W之间的空间的边界的至少一部分延伸。(要说明的是，在下文中提到的衬底W的表面如果没有特别地规定，也附加地或可选地表示衬底台WT的表面。)虽然在Z方向(例如在光轴的方向上)上可以存在一定的相对移动，但是液体限制结构12相对于投影系统PS在XY平面内可以是基本上静止的。在一实施例中，密封被形成在液体限制结构12和衬底W的表面之间，并且可以是非接触密封，例如气体密封(例如在欧洲专利申请出版物第EP-A-1420298号中公开的一种具有气体密封的系统)或液体密封。

液体限制结构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之间的空间11中。到衬底W的非接触密封16可以形成在投影系统PS的像场周围，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内部。该空间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液体限制结构12形成。液体通过液体入口13被引入到投影系统PS下面和液体限制结构12内的所述空间11中。液体可以通过液体出口13被去除。所述液体限制结构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，所述液体限制结构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，内周与像场的形状大致一致，例如矩形，虽然并不是必须的。

液体通过在使用时在阻挡件12的底部和衬底W的表面之间形成的气体密封16被限制在空间11中。气体密封由气体形成。气体密封中的气体在压力下通过入口15提供到阻挡件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16。气体作用在阻挡件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16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中公开，这里通过参考并入本文。在一个实施例中，液体限制结构12不具有气体密封。

图6示出作为液体供给系统的一部分的液体限制结构12。液体限制结构12在投影系统PS的最终元件周围(例如圆周)延伸。

部分地限定空间11的表面上的多个开口20提供液体到所述空间11。液体在进入所述空间11之前穿过各个室24、26而通过分别位于侧壁28、22中的开口29、20。

在液体限制结构12的底部和正对表面(例如衬底W或衬底台WT或两者)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部件形成。在投影系统PS的光学轴线的径向外侧设置(可选地)流动控制板51，其延伸进入所述空间11。控制板51可以具有开口55以允许穿过开口流过流体；如果控制板51沿Z方向(例如平行于投影系统PS的光学轴线)放置，所述开口55可以是有利的。在面对(例如相对)正对表面(例如衬底W)的液体限制结构12的底面上流动控制板51的径向外侧，可以是开口180。开口180可以沿朝向正对表面的方向提供液体。在成像期间，这对于通过用液体充满衬底W和衬底台WT之间的间隙来防止浸没液体中形成气泡是有用的。

开口180的径向外侧可以是抽取器组件70，其用以从液体限制结构12和正对表面之间抽取液体。抽取器组件70可以作为单相或双相抽取器操作。

抽取器组件70的径向外侧可以是凹陷80。凹陷80通过入口82连接至大气。凹陷80可以通过出口84连接至低压源。凹陷80的径向外侧可以是气刀90。在美国专利申请出版物第US 2006/0158627号中详细公开一种抽取器组件、凹陷和气刀的布置，这里通过参考全文并入。

抽取器组件70包括液体去除装置、抽取器或入口，例如在美国专利申请出版物第US 2006-0038968号中公开的一个，这里通过参考全文并入。在一个实施例中，液体去除装置70包括入口，其由用于将液体与气体分开以允许单液相液体抽取的多孔材料110覆盖。室120中的低压被选择成使得形成在多孔材料110的孔中的弯液面阻止环境气体被抽取进入液体去除装置70的室120。然而，当多孔材料110的表面与液体接触，则不存在弯液面限制流动并且液体可以自由地流入到液体去除装置70的室120。

多孔材料110具有大量的小孔，每一个的尺寸(例如宽度，诸如直径)在5-50微米的范围内。多孔材料110可以保持为在将要去除液体的表面(例如正对表面，例如衬底W的表面)以上50-300微米的范围内的高度处。在一个实施例中，多孔材料110是至少轻微亲液的，即具有到浸没液体(例如水)的小于90°的，期望是小于85°或期望小于80°的动态接触角。

虽然在图6中没有具体地示出，液体供给系统具有用以处理液面变化的布置。这使得构建在投影系统PS和液体限制结构12之间的液体可以被处理并且不会逃逸。处理这种液体的一种方法是提供疏液(例如疏水)涂层。所述涂层可以在围绕所述开口的液体限制结构12的顶部周围和/或在投影系统PS的最终光学元件周围形成带。所述涂层可以在投影系统PS的光学轴线的径向外侧。疏液(例如疏水)涂层有助于将浸没液体保持在所述空间11内。

另一局部区域布置是流体处理系统，其使用气体拖曳原理。所谓的气体拖曳原理例如在美国专利申请出版物US 2008-0212046、US 2009-0279060以及US 2009-0279062中已经有描述。在该系统中，抽取孔布置成期望具有角部的形状。所述角部可以与移动的优选方向对齐，例如步进或扫描方向。相对于两个出口沿与优选方向垂直的方向对齐的情形，这减小沿优选方向以给定速度行进时作用在流体处理结构的表面上的两个开口之间的弯液面上的力。然而，本发明的一个实施例可以应用于流体处理系统，其在平面上具有任何形状，或具有例如以任何形状布置的抽取开口等部件。在非限定列表中的这种形状可以包括椭圆、例如圆形，直线形状、例如矩形(例如方形)或平行四边形(例如菱形)或具有多于四个角部(例如四个)的多角形状或具有更多个尖角的星。

在本发明的实施例可能涉及的US 2008/0212046A1中的系统的变形中，对于与扫描和步进方向对齐的角部，开口以有角形状布置的几何结构允许锐角(在大约60°和90°，期望在75°和90°之间，最好在75°和85°之间)存在。这允许沿每个对齐角部的方向的速度提高。这是因为沿扫描方向由于不稳定的弯液面(例如超过临界速度)而产生的液滴减少。在角部与扫描和步进方向都对齐的情形中，在这些方向上可以获得增大的速度。期望地，沿扫描和步进方向的移动速度可以基本上相等。

图7示意地以平面示出流体处理系统或具有实施气体拖曳原理的抽取器的液体限制结构12的弯液面钉扎特征，本发明的一个实施例涉及这种系统。弯液面钉扎装置的特征被示出，其可以例如替代图5中的弯液面钉扎布置14、15、16或至少替代图6中示出的抽取器组件70。图7中的弯液面钉扎装置是抽取器的形状。弯液面钉扎装置包括多个离散的开口50。每个开口50图示为圆形，但是这并不是必须的。实际上，所述开口50的一个或多个可以是选自下面的组中的一个或多个：圆形、椭圆形、直线的(例如方形或矩形)、三角形等，并且一个或多个开口可以是细长的。每个开口在平面上具有大于或等于0.2mm的长度尺寸(即沿从一个开口到邻近的开口的方向)，期望大于或等于0.5mm或1mm，在一个实施例中为选自0.1mm到10mm的范围，在一个实施例中为选自0.25mm到2mm的范围。在一个实施例中，每个开口的宽度选自0.1mm到2mm的范围。在一个实施例中，每个开口的宽度选自0.2mm到1mm的范围。在一个实施例中，长度尺寸在0.2mm到0.5mm的范围，期望在0.2mm到0.3mm的范围。

图7中的弯液面钉扎装置的开口50的每一个可以连接至分开的低压源。替换地或附加地，每个或多个所述开口50可以连接至本身保持为低压的公共的室或歧管(可以是环形的)。在这种方式中，在每个开口或多个开口50处可以实现均匀的低压。开口50可以连接至真空源和/或流体处理系统(或限制结构)周围的环境的压力可以升高以产生想要的压力差。

在图7的实施例中，开口是流体抽取开口。每个开口是用于使气体、液体或气体和液体的两相流体通入流体处理系统的入口。每个入口可以看作所述空间11的出口。

开口50形成在流体处理结构12的表面中。在使用时所述表面面对衬底W和/或衬底台WT。在一个实施例中，开口位于流体处理结构12的平的表面上。在一个实施例中，在衬底构件的底面上可以存在脊。开口中的至少一个可以位于所述脊中。开口50可以通过针或管限定。一些针的主体，例如邻近的针，可以接合在一起。这些针可以接合在一起形成单个的主体。单个的主体可以形成有角的形状。

开口50是例如管或细长通道的末端。期望地，开口被定位成使得在使用时它们的方向为(期望地)面对例如衬底W等正对表面。开口50的边缘(即离开表面的出口)可以基本上平行于正对表面的一部分的顶面。连接至开口50的通道的细长轴线可以基本上垂直(相对于垂直方向在+/-45°，期望在35°、25°或甚至15°内)于正对表面的顶部，例如衬底W的顶部表面。

每个开口50设计成抽取液体和气体的混合物。液体从空间11中抽取，而气体从开口50的另一侧上的大气环境中抽取到液体。这形成箭头100表示的气流，并且所述气流将开口50之间的弯液面320有效地钉扎在基本上合适的位置，如图7所示。气流帮助保持通过动量阻塞、通过气流引入的压力梯度和/或通过作用在液体上的气(例如空气)流的拖曳(剪切)限定的液体。

开口50围绕流体处理结构供给液体的空间。开口50可以分布在流体处理结构的下表面上。开口50可以是围绕所述空间基本上连续地间隔(但是邻近开口50之间的间隔可以改变)。在本发明的一个实施例中，液体总是围绕有角的形状被抽取并且在液体碰撞到有角的形状的位置处基本上被抽取。这被实现，因为开口50总是形成在所述空间周围(以有角的形状)。在这种方式中，液体可以被限制在空间11内。在操作期间，弯液面可以通过开口50钉扎。

正如图7中所看到的，开口50被定位成以便在平面上形成有角的形状(即具有角部52的形状)。在图7的情形中，是具有弯曲边缘或侧边54的菱形的形状，期望地，是具有弯曲边缘或侧边54的方形。如果弯曲，边缘54具有负的半径。边缘54可以朝向有角形状的远离角部52的区域的中心弯曲。本发明的一个实施例可以应用于任何形状，在平面上，包括但不限于所示出的形状，例如直线的形状，例如菱形、方形或矩形、或圆形、三角形、星形、椭圆形等。

有角形状具有主轴线111、121，其与衬底W在投影系统PS下面的行进主方向对齐。这有助于保证在临界扫描速度以下，最大扫描速度比开口50布置成圆形的情形快。这是因为作用在两个开口50之间的弯液面上的力减小一个因子cosθ。这里θ是连接两个开口50的线相对于衬底W移动方向的角度。

方形有角形状的应用允许沿步进和扫描方向的移动具有相等的最大速度。这可以通过使得所述形状的每个角部52与扫描和步进方向111、121对齐来实现。如果沿一个方向的移动(例如扫描方向)优选比步进方向上的移动更快，则可以使用菱形。在这种实施例中，菱形的主轴线可以与扫描方向对齐。对于菱形形状，虽然每个角部可以是锐角，菱形的两个邻近(例如沿步进方向)的边之间的角度可以是钝角，即大于90°(例如选自大约90°到120°的范围，在一个实施例中选自大约90°到105°的范围，在一个实施例中选自大约85°到105°的范围)。

通过将开口50的形状的主轴线与衬底行进的主方向(通常是扫描方向)对齐，并且使得第二轴线与与衬底行进的另一主方向(通常是步进方向)对齐可以优化产出。应该认识到，θ不等于90°的任何布置在至少一个移动方向上将是有利的。因此，将主轴线与行进的主方向精确对准并不是必须的。

设置具有负半径的边缘的优点在于，角部可以形成得较尖锐。从75到85°范围选择的角度或甚至更小的角度是可以实现角部52与扫描方向对齐和角部52与步进方向对齐。如果不具有这种特征而要使得与两个方向都对齐的角部52具有相同的角度，则这些角部必须具有90°。如果期望小于90°，将必须选择一个方向为小于90°的角部，结果另一角部将具有大于90°的角度。

在开口50的径向内侧位置处可以没有弯液面钉扎特征。弯液面被由进入开口50的气流诱发的拖曳力钉扎在开口50之间。大于大约15m/s、期望大于大约20m/s的气体拖曳速度是足够的。液体从衬底上蒸发的量可以减小，由此削弱液体的飞溅以及热膨胀/收缩效应。

在一个实施例中，至少36个离散的开口50，每一个直径为1mm并且间距为3.9mm，可以有效地钉扎弯液面。在一个实施例中，存在一百一十二个(112)开口50。开口50可以是方形，边的长度为0.5mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm。在这种系统中的总的气流量为100L/min量级。在一个实施例中，总的气流量选自70l/min到130l/min的范围。

流体处理结构的底部的其他几何结构或形状是可以的。例如，在2009年5月26日递交的美国专利申请出版物第US 2004-0207824号或美国申请第US 61/181,158号中公开的所有结构可以用于本发明的实施例中。

如图7看到的，相对于空间11，一个或多个狭缝61可以设置在开口50的外侧。狭缝61可以基本上平行于连接开口50的线。在一个实施例中，狭缝61可以是一系列的离散的沿所述形状的边54设置的孔。在使用时，狭缝61连接至过压并形成围绕由开口50形成的弯液面钉扎装置的气刀60。

本发明的一个实施例中的气刀60用作减小留在正对表面(例如衬底W或衬底台WT)上的任何液膜的厚度。气刀60帮助确保液膜不会破裂形成液滴，而是朝向开口50驱动液体并抽取液体。在一个实施例中，气刀60操作以阻止膜的形成。为了实现这个目标，期望气刀的中心线和弯液面钉扎开口50的中心线之间的距离在1.5mm到4mm的范围之间，期望是2mm到3mm之间。沿其布置气刀60的线大体沿着开口50的线，使得相邻的开口50和气刀60的狭缝61之间的距离在前述的范围内。期望地，沿其布置气刀60的线布置成平行于开口50的线。期望地，相邻的开口50与气刀60的狭缝61之间保持恒定的间距。在一个实施例中，期望沿气刀的每个中心线的长度。在一个实施例中，恒定的间距可以位于液体处理装置的多个角部中的一个角部的区域中。

例如上面参照图2-7所述的那些局部区域流体处理系统可能会遭受气泡包含到空间11中的麻烦。正如所看到的，弯液面320在流体处理系统12和流体处理系统12下面的表面之间延伸。这种弯液面320限定所述空间11的边缘。当弯液面320和液滴(例如从空间11逃逸的液滴)在表面上碰撞时，气体的气泡会被包含到所述空间11内。气泡进入所述空间11是有害的，因为气体的气泡会导致成像误差。在至少三种情形中的一种情形中液滴常留在表面上：(a)当液体处理装置和衬底W之间存在相对移动，液体处理装置放置在衬底W的边缘上时；(b)当液体处理装置和正对表面之间存在相对移动，液体处理装置位于面对液体限制结构的正对表面的高度改变的台阶上；和/或(c)由于液体处理装置和正对表面之间太高的相对速度，例如，当例如超过正对表面的临界扫描速度而使得弯液面变得不稳定的时候。气泡可以包含或夹杂在如图5和6所示的弯液面400处，在液体限制结构12和投影系统PS之间延伸。这里，由从位于液体处理系统12的径向向内的正对表面上的液体入口(图5中的入口13和图6中的入口20)供给的液体、从投影系统PS和液体处理装置12之间带走气体而产生气体的气泡。

处理气泡夹杂问题的方法集中于改善液体限制结构12的限制性能。例如，液体限制结构12和正对表面之间的相对速度被减小以便避免液体的溢出。

非常小的气体气泡在到达空间11的曝光区域328之前会溶解在浸没液体中(如图7所示)。本发明的一个实施例利用溶解速度依赖于被捕获的气体的类型和浸没液体性质的事实。

通常，二氧化碳(CO₂)气泡比空气气泡溶解快。CO₂气泡溶解度比氮气溶解度大五十五(55)倍，扩散系数是氮气的0.86倍，CO₂气泡溶解时间通常将比相同尺寸的氮气气泡溶解时间短三十七(37)倍。

进行一个实验，其中通过沸腾超纯水而已经对超纯水进行脱气。然后冷却水并应用-950mbar的真空。环境空气和CO₂的气泡被布置在放入水中的衬底的边缘上。气泡具有0.5到1mm之间的尺寸。30秒后，CO₂的气泡尺寸减小为0.1mm到0.3mm之间，一分钟之后CO₂气泡不大于0.1mm。在这个时间期间空气的气泡尺寸变化不大。

气泡直径随时间变化的分析公式为：

$\frac{{\mathrm{dD}}_{\mathrm{bub}}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{Sh}\·\mathrm{Diff}\·\mathrm{Sol}\·\mathrm{RT}(P_{\mathrm{hyd}}+\frac{4\mathrm{\σ}}{D_{\mathrm{bub}}})}{\frac{1}{2}{P}_{\mathrm{hyd}}{D}_{\mathrm{bub}}+\frac{4}{3}\mathrm{\σ}}$

其中：R是通用气体常数；T为温度；Diff为扩散系数；Sol为溶解度；t为时间；D_bub为气泡的直径；Sh为舍伍德数(kd/Diff，其中k为质量传递系数，d为特征尺寸)；P_hyd为水压；以及σ为表面张力。

关系式显示，直径小于1mm的CO₂气泡将在1或2分钟的时间范围内溶解。相对比，氮气气泡将在小时时间范围内溶解。这与上面提到的实验相符。

另一分析模型将溶解时间τ与气泡直径、扩散系数、溶解度、通用气体常数以及温度联系起来。

$\mathrm{\τ}=\frac{{D_{\mathrm{bub}}}^2}{6\mathrm{Sh}\·\mathrm{Diff}\·\mathrm{Sol}\·\mathrm{RT}}$

第二个关系式显示，1mm直径的CO₂气泡将在大约70秒内溶解，而通过第一分析模型预测为110秒。

因此，实验结果大致上符合上面两种分析模型。通过较高的溶解度和/或较大的质量传递系数可以实现较快的溶解。对于给定的一系列流动条件和几何结构，对于第一级近似，舍伍德数与是否是气体或液体不相关。这说明质量传递系数和扩散系数基本上是成比例的。因此，虽然在第一个关系式的线上面的扩散系数和第二关系式的线下面的扩散系数消掉，因为质量传递系数与扩散系数成比例，较高的扩散系数导致较快的溶解。因此合适的气体可以具有较高的溶解度和/或较大的扩散系数。合适的气体在浸没液体中具有比空气大的扩散系数和溶解度的积。

使用由分析模型获得的结果，可以确定期望特定气体的气泡溶解在液体中有多快。包含在弯液面320处的气泡可以相对于正对表面是静止的，并且可以被定位在衬底上。气泡可以朝向曝光区域328移动通过所述空间。为了不发生成像缺陷，期望夹带的气泡在其到达曝光区域328而被投影束B曝光之前溶解。对于给定的流体处理系统弯液面320的期望位置和曝光区域328之间的距离是已知。气泡的行进距离可以等于衬底W在投影系统PS下面从气泡被夹带到液体中的位置到气泡位于曝光区域中的位置行进的行进距离。因而对于高扫描速度，气泡将需要比慢扫描速度情形较快地溶解，因为对于较慢的扫描速度而言气泡从弯液面320到达曝光区域328的时间将会较短。图8示出具有特定几何结构的流体处理系统在不同扫速度时的计算结果，其中弯液面320的期望位置和曝光区域328之间的距离大约为30mm。二氧化碳的气泡(方块)的最大可允许尺寸(y轴线)和氮气的气泡(菱形)的最大可允许尺寸(y轴线)与扫描速度(x轴线)的关系被示出。正如所看到的，CO₂气泡的最大可允许气泡直径远大于(接近8倍)氮气气泡的最大可允许气泡直径。

如果气体气泡是在浸没液体中具有高的扩散系数、溶解度或扩散吸收和溶解度的积的气体，根据上面的两个分析模型，气体将快得多地溶解到浸没液体中。因此，使用本发明的一个实施例将减少成像缺陷的数量，由此允许较高的产出(例如较高的衬底W相对于液体处理系统12的速度)和较低的缺陷率。

因此，本发明的一个实施例提供气体供给装置，其配置成供给气体至邻近所述空间11的区域(例如朝向一体积体或朝向一个区)。具体地，提供气体使得其存在于邻近弯液面320的在正对表面和流体处理装置12之间延伸的区域，和/或邻近弯液面400在液体处理装置12和投影系统PS之间延伸的区域。

合适的气体是例如在浸没液体(例如水)中在20℃和1大气压(atm)总压力的条件下具有大于1X10^-3的溶解度(在总压力1atm(气体和浸没液体的分压力之和)的条件下每单位质量的浸没液体的气体质量)的气体。气体体积而不是气体重量是更为重要的，因为需要气体的特定体积而不是重量来填充邻近所述空间的区域。因此，溶解度更好地以每公斤液体气体摩尔来表示(即mol/kg)。在这种情况下，溶解度应该大于5×10^-3mol/kg，期望大于10×10^-3mol/kg、15×10^-3mol/kg、20×10^{- 3}mol/kg或25×10^-3mol/kg。

合适的气体是例如具有在20℃和1atm总压力的情况下扩散系数大于3×10^-5cm²s^-1的气体。相比地，空气的扩散系数为2.3×10^-5cm²s^-1。期望地，扩散系数大于8×10^-5cm²s^-1、1×10^-4cm²s^-1、或5×10^-4cm²s^-1。大多数气体具有在1-2×10^-5cm²s^-1之间的扩散系数。氧气和氮气都具有扩散系数2.3×10^-5cm²s^-1，而二氧化碳为1.6×10^-5cm²s^-1。氦气具有3.8×10^-5cm²s^-1的扩散系数(和1.6×10^-6kg/kg或4×10^-4mol/kg的溶解度)。氢气具有5.8×10^-5cm²s^-1的扩散系数(和溶解度为1.6×10^-6kg/kg或8×10^-4mol/kg)。

尤其期望的是，气体具有在20℃和1atm总压力的情况下大于1×10^-3kg/kg或3×10^-3mol/kg的溶解度，和/或在20℃和1atm总压力的情况下具有在浸没液体中大于3×10^-5cm²s^-1的扩散系数。在一个实施例中，气体是扩散系数和溶解度乘积大于空气的气体。例如，扩散系数和溶解度的乘积应该大于1×10^-9cm²s^-1(使用溶解度的质量比)或2×10^-8molcm²s^-1kg^-1(使用溶解度的mol/kg)。期望地，溶解度和扩散系数的乘积应该大于5×10^-9cm²s^-1，1×10^-8cm²s^-1or 3×8^-8cm²s^-1(使用溶解度的质量比)or 4×10^-8，10×10^-8，20×10^-8，40×10^-8or 50×10^-8cm²s^-1mol kg^-1(使用溶解度的mol/kg)。示例的气体为二氧化碳。

在一个实施例中，使用具有溶解度和扩散系数的乘积(在20℃和1atm总压力的情况下)大于空气的气体。溶解度可以以kg/kg或mol/kg进行测量。具有这些性质的气体将比空气更快地溶解在浸没液体中，从而允许使用较高的扫描速度，而避免在曝光时间在曝光区域内仍然存在在弯液面320、400处夹带气泡的风险。

期望的气体的示例为二氧化碳，因为二氧化碳易于使用并且可以用于浸没系统以备其他的用途。二氧化碳在20℃和1atm总压力的情况下在水中具有1.69×10^-3kg/kg或37×10^-3mol/kg的溶解度。其他合适的气体可以是氯气(7.0×10^-3kg/kg或98×10^-3mol/kg)、硫化氢(3.85×10^-3kg/kg或113×10^-3mol/kg)、氯化氢(0.721kg/kg或19753×10^-3mol/kg)、氨气(0.531kg/kg或31235×10^-3mol/kg)或二氧化硫(0.113kg/kg或1765×10^-3mol/kg)。这些气体的一部分具有一个或多个缺点。例如，这些气体的一部分可以与浸没光刻设备的部件发生反应和/或可能是有毒的，并因此难以处理，不如二氧化碳合适。易溶解于浸没液体的任何非反应性气体都是合适的。

用于本发明的一个实施例中的这些气体分别与在20℃和1atm总压力的情况下在水中具有4.34×10^-5kg/kg或1.36×10^-3mol/kg和1.90×10^-5kg/kg或0.68×10^-3mol/kg的溶解度的氧气和氮气对比。因此，氧气或氮气或这两种气体形成主要部分的空气在到达所述空间11的曝光区域325之前不容易溶解。

气体供给装置供给在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于1×10^-3kg/kg或5×10^-3mol/kg的溶解度的气体以便排斥其他气体。因此存在于气体供给装置的任何气体可以具有大于1×10^-3kg/kg或5×10^-3mol/kg的溶解度。因而这种气体供给装置与供给空气(其中包含二氧化碳)的气体供给装置不同，因为空气包含溶解度小于1×10^-3kg/kg或5×10^-3mol/kg的氧气和氮气。

这里描述的本发明的一个实施例可以在浸没液体的弯液面320、400周围形成CO₂气氛环境，使得将气体包含到浸没液体中而形成溶解于浸没液体的气体夹带。在将浸没液体供给至所述空间之前在浸没液体中溶解CO₂(例如以便改变浸没液体的电阻)提供CO₂作为溶质而不是气体。提供CO₂溶质将与本发明的一个实施例以不同的方式工作，因为CO₂被供给至浸没液体内。在浸没液体内提供CO₂作为溶质而不是在弯液面的区域中提供气体环境的情形中，CO₂已经溶解在所述空间内的液体中。CO₂不存在于包含在气泡中的气体中，因而CO₂存在于浸没液体中将不利于减小所包含的气泡的尺寸。这种布置可以被看成为与本发明的一个实施例工作方式不同。

在一个实施例中，浸没液体在被供给至所述空间11之前进行脱气。在一个实施例中，在脱气后和在被供给至所述空间11之前浸没液体内溶解最少的气体，期望没有溶解气体。具体地，在浸没液体脱气和供给到所述空间11之间在浸没液体内没有成分特意地存在以溶解气体。之前已经建议在将二氧化碳提供至所述空间11之前将二氧化碳溶解到浸没液体中，以便改变浸没液体的酸性或电导率，例如帮助抑制与浸没液体接触的一个或更多个部件的腐蚀。然而，二氧化碳的添加量仅加到足以防止腐蚀，在本发明的一个实施例对夹带的气泡的影响不明显的二氧化碳浓度以下。在本发明的一个实施例中，溶解在浸没液体中的二氧化碳的高的浓度是不期望的，因为刻意将气体溶解到浸没液体中超过特定浓度以上将减小该气体在浸没液体中的溶解度。由此溶液中气体的存在(至少高于特定阈值)可以足以减小包含在气泡中的气体迅速地溶解的可能性、以帮助减小(如果不能避免的话)成像缺陷的机会。

在一个实施例中，在液体弯液面320、400处形成气体周围环境。这包括用气体包围浸没光刻设备的曝光区域。曝光区域是围绕投影系统PS的终端的整个区域。在一个实施例中，设备的整个内部具有供给到设备的气体。在一个实施例中，提供到弯液面320、400的局部气体供给。例如，在阻挡件12中设置分开的开口200、201以提供气体至弯液面320、400。在一个实施例中，可以通过气刀提供气体，如上面所述。在一个实施例中，气体可以被供给至阻挡件的区域，例如作为净化气体。

通常，气体供给装置包括气源和经由管道连接至气源的开口。在一个实施例中，气体被提供至流体处理系统，诸如图7所示的没有气刀的流体处理系统，使得在整个液体处理装置12的周围具有高溶解度的气体周围环境600。液体限制结构12位于在流体处理系统的区域内供给的例如作为净化气体的气体周围环境600中，例如遮蔽在气体云中。可以通过与液体限制结构12分开(例如邻近)的气体开口500提供气体。开口500可以位于在气体开口500和气源520之间延伸的管道510的端部或末端处。气体开口500可以是围绕液体限制结构12的外周围的一个或更多个开口。开口可以围绕液体限制结构12。在其他实施例中可以使用相同的或类似的系统，尤其是图2到4中的系统。

在一个实施例中，用于高溶解度气体的开口可以形成在流体处理系统12中。气体开口200、201可以连接至气源520。例如，气体开口可以是形成在液体限制结构12的表面中的整体开口200，如图6所示。相对于投影系统PS的光学轴线，整体开口200在弯液面的径向外侧，并且可以在抽取器70的径向外侧。因此，具有在离开整体开口(或出口)200的浸没液体内具有高溶解度的气体可以邻近弯液面320。离开整体开口200的气体可以通过液体液滴与弯液面320的碰撞而被包含到所述空间11内的浸没液体中的气泡内。因为气体容易被浸没液体吸收，期望地，在到达所述空间11内的光学路径之前气体被吸收到浸没液体中。整体开口200(例如图6中示出的)可以是任何类型的流体处理系统12的形式，其例如位于邻近抽取器的位置。在图6中，还提供另一开口201，在液体限制结构12和投影系统PS之间延伸的弯液面400附近提供气体。另一开口201在弯液面400的期望的位置的径向外侧处。

如图5、6和7所示的例如气刀等预存在的气体供给特征可以用在气体供给装置中，以供给具有在浸没液体中的高溶解度的气体(如这里所述)。从图5中的开口15供给出来的气体可以包含具有在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中大于1×10^-3kg/kg或5×10^-3mol/kg的溶解度的气体。用于图6所示气刀90中的气体和图7所示气刀60中的气体可以包含在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中大于1×10^-3kg/kg或5×10^-3mol/kg的溶解度的气体。在每一个情形中，开口15、90、60都可以连接至气源520。因此，可以使用已有的流体处理系统12的设计。在使用已有的流体处理系统12的设计时，如果没有被最小化的话，至少可以保持系统12的尺寸。

气体以这种方式供给，使得环境气体(例如空气)被极大地排斥离开液体/气体分离线路的环境(例如在弯液面320、400处)。气体可以被供给在弯液面320、400处或其径向外侧处。在一个实施例中，供给气体作为净化气体以将弯液面与周围环境气体隔离分开。在一个实施例中，供给气体以将液体限制在贮液器或浸没空间。可以将气体供给至液体处理系统和正对表面(例如衬底台和/或衬底)之间以在其之间形成密封。供给的气体可以在浸没液体的弯液面和周围的空气气氛之间形成阻挡件。

弯液面320、400暴露在其中的气氛主要是供给的气体。因此，在没有气泡形成的情况下，在弯液面320、400处气体溶解到浸没液体中。在一段时间后，供给的气体的浓度增大。在弯液面处的液体因而主要受供给的气体的影响。供给的气体的增大的浓度会影响浸没液体的光学性质，例如浸没液体的折射率。然而，在弯液面处从所述空间11连续地抽取液体可以帮助防止弯液面的径向外侧处的液体基本不受增大的气体浓度的影响。

然而，在弯液面处形成的任何气泡，例如与液滴碰撞，容易包含至少大部分是供给气体的气体气泡。因为包含供给的气体，在经过例如出口14、开口50或抽取器70的抽取区域之外，气泡容易溶解到浸没液体中。因为期望气泡在其到达曝光区域325，即穿过所述空间11的投影束的路径之前溶解，气泡的大部分气体在其到达曝光区域325之前溶解在浸没液体内。因为气泡路径中的液体的大部分在弯液面附近被抽取，因此很可能供给的气体溶解所在的液体在其显著地影响所述空间内的浸没液体的光学性质之前被抽取。

通过使用气态的CO₂，可以减少(如果不能避免)与弯液面320和液体的液滴相碰撞有关的问题。通常300微米的液滴将产生直径为30微米的气泡(即尺寸的十分之一)。这种二氧化碳的气泡通常在到达曝光区域之前将溶解在浸没液体中。(要注意的是，这种尺寸的液滴可以引起一个或多个其他问题)。因此，由液滴引起的问题将较不明显。浸没系统将具有更大的容许与从所述空间逃逸出的浸没液体相互作用的能力。

再循环装置650可以用于收集来自气体供给装置的任何未溶解的气体，并且将未溶解的气体送回气体供给装置的气源520再使用。应该注意的是，参照图7描述的应用气体拖曳原理的流体处理系统与参照图6描述的使用单相抽取器的液体供给装置相比，很可能使用大量来自气体供给装置的气体。因此再循环装置650与应用气体拖曳原理的流体处理系统一起使用可能尤其有利。

将会认识到，上面的任何特征可以与其他特征一起使用，并且本申请覆盖的不仅是这里描述的组合。例如本申请的一个实施例可以应用于图2到4的实施例中。

虽然本申请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构件中的任何一种或其组合，包括折射式的和反射式的光学构件。

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，本发明的实施例可以采用包含用于描述一种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。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/或数据存储媒介中。

当一个或更多个计算机程序由位于光刻设备的至少一个部件内的一个或更多个计算机处理器读取时这里所述的任何控制器可以每一个或以组合的形式运行。控制器可以每一个或以组合的形式具有任何合适的用于接收、处理以及发送信号的结构。一个或更多个处理器配置成与至少一个控制器通信。例如，每个控制器可以包括一个或更多个用于执行计算机程序的处理器，计算机程序包括用于上述的方法的机器可读指令。控制器可以包括用于存储这种计算机程序的数据存储介质，和/或用以接收这种介质的硬件。因而，控制器可以根据一个或更多个计算机程序的机器可读指令运行。

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。

这里所述的液体供给系统应该广义地解释。在特定的实施例中，其可以是将液体供给至投影系统和衬底和/或衬底台之间的空间的机构或结构的组合。其可以包括一个或更多个结构的组合、一个或更多个包括一个或更多个液体开口的流体开口、一个或更多个气体开口或一个或更多个用于两相流动的开口。开口可以每一个是进入浸没空间的入口(或流体处理结构的出口)或浸没空间的出口(或进入流体处理结构的入口)。在一个实施例中，所述空间的表面是衬底和/或衬底台的一部分，或者所述空间的表面完全覆盖衬底和/或衬底台的表面，或者所述空间包围衬底和/或衬底台。液体供给系统可以任意地进一步包括一个或更多个元件用以控制液体的位置、数量、质量、形状、流量或其他任何特征。

上面描述的内容是例证性的，而不是限定的。因而，应该认识到，本领域的技术人员在不脱离以下所述权利要求的范围的情况下，可以对上述本发明进行更改。

Claims (15)

1.一种浸没式光刻设备，包括：

流体处理系统，配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的局部空间；和

气体供给装置，配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于5×10^-3mol/kg的溶解度。

2.如权利要求1所述的浸没式光刻设备，其中所述气体供给装置包括气源，其在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于5×10^-3mol/kg的溶解度。

3.一种浸没式光刻设备，包括：

流体处理系统，配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的局部空间；和

气体供给装置，配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于3×10^-5cm²s^-1的扩散系数。

4.如权利要求3所述的浸没式光刻设备，其中所述气体供给装置包括气源，其在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于8×10^-5cm²s^-1的扩散系数。

5.一种浸没式光刻设备，包括：

流体处理系统，配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的局部空间；和

气体供给装置，配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积大于空气在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积。

6.如权利要求5所述的浸没式光刻设备，其中所述气体供给装置包括气源，其在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积大于2×10^-8cm²s^-1mol kg^-1。

7.如权利要求1-6中任一项所述的浸没式光刻设备，其中所述气源是二氧化碳的源。

8.如权利要求1-7中任一项所述的浸没式光刻设备，其中所述气体供给装置配置成供给气体以用气体填充浸没式光刻设备的曝光区域。

9.如权利要求8所述的浸没光刻设备，其中所述流体处理系统包括液体限制结构。

10.一种器件制造方法，包括下列步骤：

将图案化辐射束投影通过限制到投影系统的最终元件和衬底之间的局部空间的浸没液体；和

提供气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于5×10^-3mol/kg的溶解度。

11.一种器件制造方法，包括下列步骤：

将图案化辐射束投影通过限制到投影系统的最终元件和衬底之间的局部空间的浸没液体；和

提供气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于3×10^-5cm²s^-1的扩散系数。

12.一种器件制造方法，包括下列步骤：

将图案化辐射束投影通过限制到投影系统的最终元件和衬底之间的局部空间的浸没液体；和

提供气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积大于空气在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积。

13.一种用于浸没式光刻设备的流体处理系统，所述流体处理系统配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的局部空间，并且包括气体供给装置，所述气体供给装置配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于5×10^-3mol/kg的溶解度。

14.一种用于浸没式光刻设备的流体处理系统，所述流体处理系统配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的局部空间，并且包括气体供给装置，所述气体供给装置配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中具有大于3×10^-5cm²s^-1的扩散系数。

15.一种用于浸没式光刻设备的流体处理系统，所述流体处理系统配置成将浸没液体限制到投影系统的最终元件和衬底和/或台之间的局部空间，并且包括气体供给装置，所述气体供给装置配置成供给气体至邻近所述空间的区域，所述气体在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积大于空气在20℃和1atm总压力的情况下在浸没液体中的扩散系数和溶解度的乘积。

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