CN102681351B - 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。所述光刻设备包括：衬底台，构造成保持衬底；投影系统，配置成将图案化的辐射束投影通过开口并投影到衬底的目标部分上；和管道，具有位于开口内的出口。所述管道配置成将气体传送至所述开口。光刻设备还包括由控制系统控制的冷却设备。冷却设备配置成冷却所述气体以使得从开口行进至衬底的气体在其入射到所述衬底上时具有预定的温度。

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一种用于制造器件的方法。

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。光刻设备可用于例如集成电路(IC)制造过程中。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待形成在所述IC的单层上的电路图案。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，通过将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上而实现图案的转移。通常，单一衬底将包括相邻目标部分的网络，所述相邻目标部分被连续地图案化。

光刻术被广泛地看作制造IC和其他器件和/或结构的关键步骤之一。然而，随着通过使用光刻术制造的特征的尺寸变得越来越小，光刻术越来越成为允许制造微型IC或其他器件和/或结构的更加关键的因素。

图案印刷的极限的理论估计可以由用于分辨率的瑞利法则给出，如等式(1)所示：

$\mathrm{CD}=k_1*\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}}---\left(1\right)$

其中λ是所用辐射的波长，NA是用以印刷图案的投影系统的数值孔径，k₁是依赖于过程的调节因子，也称为瑞利常数，CD是所印刷的特征的特征尺寸(或临界尺寸)。由等式(1)可知，特征的最小可印刷尺寸的减小可以由三种途径获得：通过缩短曝光波长λ、通过增大数值孔径NA或通过减小k₁的值。

为了缩短曝光波长，并因此减小最小可印刷尺寸，已经提出使用极紫外(EUV)辐射源。EUV辐射是波长在5-20nm范围内的辐射，例如在13-14nm范围内的辐射，或例如在5-10nm范围内的辐射，例如6.7nm或6.8nm。可用的源包括例如激光产生的等离子体源、放电等离子体源或基于由电子存储环提供的同步加速器辐射的源。

可以使用等离子体产生EUV辐射。用于产生EUV辐射的辐射系统可以包括用于激发燃料以提供等离子体的激光器和用于包含等离子体的源收集器模块。例如可以通过引导激光束至诸如合适材料(例如锡)的颗粒或合适气体或蒸汽(例如氙气或锂蒸汽)的流的燃料来产生等离子体。所形成的等离子体发射输出辐射，例如EUV辐射，其通过使用辐射收集器收集。辐射收集器可以是反射镜式正入射辐射收集器，其接收辐射并将辐射聚焦成束。源收集器模块可以包括包封结构或室，所述包封结构或室布置用以提供真空环境以支持等离子体。这种辐射系统通常被称为激光产生的等离子体(LPP)源。

为了使用EUV光刻设备以所需的精确度将图案投影到衬底上，期望控制衬底的温度。这是因为衬底温度的不受控的变化可能引起衬底膨胀或收缩，以使得所投影的图案没有以所需的精确度定位在衬底上(例如，没有以所需的精确度重叠在已经存在于衬底上的图案上)。

发明内容

根据本发明一方面，提供一种光刻设备，包括：衬底台，构造成保持衬底；投影系统，配置成将图案化的辐射束投影通过开口并投影到衬底的目标部分上；和管道，所述管道具有位于开口内的出口，所述管道配置成传送气体至所述开口；其中，光刻设备还包括通过控制系统控制的冷却设备，所述冷却设备配置成冷却所述气体使得从开口行进至衬底的气体在其入射到所述衬底时具有预定的温度。

所述预定温度可以是光刻设备的参照温度。

所述预定温度可以低于光刻设备的参照温度。

所述冷却设备可以配置成将气体温度冷却至光刻设备的所述参照温度以下至少5K。

所述冷却设备可以配置成将气体温度冷却至光刻设备的所述参照温度以下至少10K。

所述开口可以通过连接至投影系统的壁的开口限定壁来限定，并且其中在开口限定壁和投影系统的壁之间设置间隙和/或隔热材料。

开口限定壁可以由陶瓷或玻璃形成。

开口限定壁和光刻设备的相邻部分之间的热导系数可以小于0.5W/K。

管道可以包括导管，并且可以在导管和投影系统的壁之间设置间隙和/或隔热材料。

光刻设备还可以包括量测设备，所述量测设备配置成测量通过光刻设备投影到衬底上的图案的重叠，其中控制系统配置成基于从量测设备的输出来确定气体的预定温度的调节。

所述出口可以是环形狭缝。环形狭缝的角部可以是被圆化的。

管道可以包括环形室，其围绕所述开口延伸，并且其中在环形室内设置折流板。

所述折流板可以连接至散热器和/或连接至主动冷却设备。

光刻设备还可以包括热导管，其在一端部连接至所述开口的壁并且在相对的端部连接至温度控制设备。

光刻设备还可以包括测量设备，所述测量设备配置成测量衬底的红外辐射反射率。

控制系统可以配置成确定预定的气体温度的调节以考虑衬底的所测量的红外反射率。

光刻设备的参照温度可以在20℃至23℃之间。

根据本发明的一方面，提供一种器件制造方法，包括步骤：将图案化辐射束通过投影系统中的开口投影到衬底上；经由在所述开口中具有出口的管道将气体传送至投影系统中的所述开口；其中所述方法还包括：使用冷却设备来冷却所述气体使得所述气体在所述气体在通过所述开口之后入射到衬底上时具有预定温度。

预定温度可以是光刻设备的参照温度。

预定温度可以低于光刻设备的参照温度。

投影系统中的所述开口可以通过连接至投影系统的壁的开口限定壁限定，并且在开口限定壁和光刻设备的其它部件之间的热导系数可以小于气体的每单位时间的热容量的一半。

根据本发明的一方面，提供一种光刻设备，包括：衬底台，构造成保持衬底；和投影系统，配置成将图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上；其中，光刻设备包括管道，所述管道配置成传送气体至投影系统中的所述开口，所述图案化的辐射束可以通过所述开口到达衬底的目标部分上并且气体可以通过所述开口行进至衬底，光刻设备还包括冷却设备，所述冷却设备通过控制系统控制以冷却所述气体使得气体在其入射到所述衬底时具有预定的温度。

根据本发明的一方面，提供一种光刻设备，包括：衬底台，构造成保持衬底；投影系统，配置成将图案化的辐射束投影通过开口并投影到衬底的目标部分上；管道，配置成传送气体通过投影系统中的所述开口并传送气体至衬底；和由控制系统控制的冷却设备，所述冷却设备配置成在所述气体入射到所述衬底上时将所述气体冷却至预定的温度。

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：将图案化的辐射束通过投影系统中的开口投影到衬底上，其中所述方法还包括经由管道将气体传送至投影系统开口，所述气体通过冷却设备冷却，使得气体在其在通过所述开口之后入射到衬底上时具有预定温度。

根据本发明的一方面，提供一种用在光刻设备中的槽道(duct)，且所述槽道布置成将冷却气体流提供至所述槽道的开口，所述开口在使用中面对光刻设备的衬底台，所述槽道通过槽道限定壁的斜坡内表面形成所述开口，并且所述槽道包括：环形狭缝和环形室，环形狭缝形成在斜坡内表面内并且在横穿所述槽道的平面内具有环形周界，环形室连接至环形狭缝并且包括构造并布置成接收用于供给气体至环形室的导管的入口，其中环形狭缝具有沿基本上垂直于横穿所述槽道的平面的方向的狭缝宽度，所述狭缝宽度沿环形狭缝的周界变化，狭缝宽度的变化布置成在所述开口内部提供基本上均匀的气流场。

根据本发明的一方面，提供一种用在光刻设备中的槽道，所述槽道布置成将冷却气体流提供至所述槽道的开口，所述开口在使用中面对光刻设备的衬底台，所述槽道通过槽道限定壁的斜坡内表面形成所述开口，并且所述槽道包括：环形狭缝和环形室，环形狭缝形成在斜坡内表面内并且在横穿所述槽道的平面内具有环形周界，环形室连接至环形狭缝并且包括构造并布置成接收用于供给气体至环形室的导管的入口，其中流出用于供给气体的导管的气体流在沿环形狭缝的周界的方向上被引导。

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示意地示出根据本发明一个实施例的光刻设备；

图2示意地示出包括放电产生的等离子体源收集器模块的图1中的设备的更详细视图；

图3示意地示出图1中的设备的源收集器模块的替代形式的视图，该替代形式是激光产生的等离子体源收集器模块；

图4示意地示出光刻设备的衬底台和投影系统的一部分；

图5示意地示出图4中示出的投影系统的该部分的热模型；

图6是使用图5的热模型生成的图表；

图7是使用图5的热模型生成的图表；

图8示意地示出图5中示出的衬底台和投影系统的该部分，其包括入射到衬底上的辐射的表示；

图9是使用图5的热模型生成的图表；和

图10示意地示出可以形成本发明一个实施例的一部分的投影系统和相关部件的一部分。

具体实施方式

图1示意地示出了根据本发明一个实施例的光刻设备100。所述光刻设备包括：照射系统(照射器)IL，其配置成调节辐射束B(例如EUV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(例如掩模或掩模版)MA，并与配置用于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，并与配置用于精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；和投影系统(例如反射式投影系统)PS，其配置成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(例如包括一根或更多根管芯)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可以包括框架或台，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)。

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B的横截面上赋予辐射束B、以便在衬底W的目标部分C上形成图案的任何装置。被赋予辐射束的图案可以与在目标部分C上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。

图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置MA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，以便沿不同的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。

与照射系统类似，投影系统可以包括多种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型或其它类型的光学部件，或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用真空之类的其他因素所适合的。希望将真空环境用于EUV辐射，因为气体可能会吸收太多的辐射。因此借助真空壁和真空泵可以在整个束路径上提供真空环境。可以在光刻设备的一些部分内提供一些气体，例如以允许气流用于减少污染物到达光刻设备的光学部件的可能性。

如图所示，设备是反射型的(例如采用反射式掩模)。

光刻设备可以是具有两个(双台)或更多个衬底台(和/或两个或更多个掩模台)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的台用于曝光。

参照图1，所述照射器IL接收从源收集器模块SO发出的极紫外(EUV)辐射束。用以产生EUV光的方法包括但不必受限于将材料转换成具有至少一种元素(例如氙、锂或锡)的具有在EUV范围中的一个或更多个发射线的等离子体状态。在一种这样的方法(通常称为激光产生的等离子体(“LPP”))中，所期望的等离子体可以通过用激光束照射燃料(例如材料的液滴、流或团簇)产生，该材料具有所需的线发射元素。该源收集器模块SO可以是包括激光器(在图1中未示出)的EUV辐射系统的一部分，所述激光器用于提供激光束以激发该燃料。所形成的等离子体发射输出辐射，例如EUV辐射，其通过使用设置在源收集器模块内的辐射收集器收集。激光器和源收集器模块可以是分立的实体(例如当CO₂激光器被用于提供用于燃料激发的激光束时)。

在这种情况下，不会将激光器考虑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B从激光器传到源收集器模块。在其它情况下，所述源SO可以是源收集器模块的组成部分(例如当所述源SO是放电产生的等离子体EUV产生装置(通常称为DPP源)时)。

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，例如琢面场反射镜装置和光瞳反射镜装置。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。

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。已经被图案形成装置(例如，掩模)MA反射后，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PS2(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，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器PS1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(例如，掩模)MA。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置(例如，掩模)MA和衬底W。

所示出的设备可以用于下列模式中的至少一种：

1.在步进模式中，在将支撑结构(例如掩模台)MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束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，使得可以对不同的目标部分C曝光。

2.在扫描模式中，在对支撑结构(例如掩模台)MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构(例如掩模台)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。

3.在另一模式中，将用于保持可编程图案形成装置的支撑结构(例如掩模台)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，通常可以采用脉冲辐射源，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。

图2更详细地示出设备100，包括源收集器模块SO、照射系统IL以及投影系统PS。源收集器模块SO构造并布置成使得可以在源收集器模块SO的包封结构220中保持真空环境。发射EUV辐射的等离子体210可以通过放电产生的等离子体源形成。EUV辐射可以通过气体或蒸汽，例如氙气、锂蒸汽或锡蒸汽，来产生，其中产生极高温的等离子体210以发射在电磁光谱的EUV范围内的辐射。通过例如引起至少部分电离的等离子体的放电，产生所述极高温等离子体210。为了有效地产生辐射，需要例如10Pa的分压的氙、锂、锡蒸汽或任何其他合适的气体或蒸汽。在一个实施例中，提供受激发的锡(Sn)等离子体以产生EUV辐射。

由高温等离子体210发射的辐射从源室211经由定位在源室211中的开口中或后面的可选的气体阻挡件或污染物阱230(在某些情况下也称为污染物阻挡件或翼片阱)而传递到收集器室212中。污染物阱230可以包括通道结构(channel structure)。污染物阱230还可以包括气体阻挡件或气体阻挡件和通道结构的组合。这里示出的污染物阱或污染物阻挡件230还至少包括通道结构，如本领域技术人员所了解的。

收集器室212可以包括辐射收集器CO，其可以是所谓的掠入射收集器。辐射收集器CO具有上游辐射收集器侧251和下游辐射收集器侧252。通过收集器CO的辐射可以反射离开光栅光谱滤光片240，以聚焦在虚源点IF中。虚源点IF通常被称为中间焦点，并且源收集器模块布置成使得中间焦点IF位于包封结构220中的开口221处或其附近。虚源点IF是发射辐射的等离子体210的像。

随后，辐射通过照射系统IL，所述照射系统IL可以包括琢面场(facetted field)反射镜装置22和琢面光瞳(facetted pupil)反射镜装置24，布置成在图案形成装置MA处提供期望的辐射束21的角度分布，以及在图案形成装置MA处提供期望的辐射强度均匀性。辐射束21通过在被支撑结构MT保持的图案形成装置MA处的反射，形成图案化束26，并且图案化束26通过投影系统PS经由反射元件28、30成像到由晶片台或衬底台WT保持的衬底W上。

通常在照射光学单元IL和投影系统PS内可以存在比图示更多的元件。依赖于光刻设备的类型，可选地可以设置掠入射光谱滤光片240。此外，可以存在比图中示出的反射镜更多的反射镜，例如在投影系统PS内可以有除图2中示出的反射元件之外的1-6个额外的反射元件。

如图2示出收集器光学装置CO在图中示出为具有掠入射反射器253、254和255的巢状收集器，其仅作为收集器(或收集器反射镜)的例子。掠入射反射器253、254和255围绕光学轴线O轴对称地设置，并且这种类型的收集器光学装置CO优选与通常称为DPP源的放电产生的等离子体源结合使用。

替代地，源收集器模块SO可以是如图3所示的LPP辐射系统的一部分。激光器LA布置成将激光能量淀积在例如氙(Xe)、锡(Sn)或锂(Li)等燃料上，由此产生具有数十电子伏特的电子温度的高度离子化的等离子体210。在这些离子的去激发和复合期间产生的激发辐射从等离子体发射，通过附近的正入射收集器光学装置CO收集并聚焦在包封结构220中的开口221上。

图4示意地示出投影系统PS的下部的横截面图。投影系统PS包括由管限定壁302(下文也称为开口限定壁302)的斜坡内表面304形成的开口301。形成在斜坡内表面304内的环形狭缝306配置成将气体传送到开口301中。环形室308连接至环形狭缝306并且还连接至延伸通过投影系统的壁312的导管310。环形室308和环形狭缝306可以一起看作形成槽道。环形狭缝306在横穿槽道的平面内具有环形周界。在这种情况下，槽道包括入口，所述入口构造并布置成接收用于供给气体至环形室308的导管310。此外，导管310、环形室308以及环形狭缝306可以一起被看成形成将气体传送至开口301的管道。开口301位于与衬底台对置的位置；从开口行进至衬底的气体用来降低污染物到达投影系统的光学部件的可能性。尤其是，从开口301流出的气流防止或抑制来自衬底W的污染物进入投影系统PS。该管道可以具有任何其他合适的形式。所述管道可以例如包括彼此相邻地延伸的多个导管，使得导管310是多个导管中的一个。在本说明书中，如果没有相反的说明，所述的导管310可以看做包含多个导管。

环形狭缝是出口的一个示例。所述出口可以具有任何合适的形式。出口可以例如包括多个孔。所述多个孔可以围绕出口分布。所述孔可以具有矩形、方形、圆形或任何其他合适的形状。根据本发明的一方面，在开口内部提供一种基本上均匀的气流场以便建立对于来自衬底W的污染物的通路或投影系统PS和衬底W之间的间隙内存在的污染物的通路的在空间上基本上均匀的抑制程度。所述对于污染物的通路的在空间上基本上均匀的抑制程度是期望的，因为其还降低了对例如位于如图4示出的投影系统的壁313邻近位置的反射镜28a的热干扰和/或机械干扰的风险。在根据本发明的槽道的一个实施例中，环形狭缝306可以布置成狭缝宽度沿环形狭缝的周界变化，狭缝宽度的变化布置用以在开口301内部提供基本上均匀的气流场。此处，狭缝宽度是沿与上面提到的横穿槽道的平面垂直的z方向的尺寸。所提到的平面可以例如是平行于图4中的衬底W的平面。在一个实施例中，在壁302的包含导管310的一侧处的狭缝宽度可以小于所述壁302的与导管310相对一侧处的狭缝宽度。例如，在壁302的包含导管310的一侧处的狭缝宽度可以比所述壁302的与导管310相对一侧处的狭缝宽度小1.5至2.5倍，尤其是小大约2倍。

可以与上述实施例结合使用的槽道的一替代实施例，涉及在图4的平面中(即在包括壁302的对称轴线的平面中)的环形室308的横截面面积，该对称轴线的方向沿着上面提到的z方向。在该替代实施例中，所述横截面面积是导管310的横截面面积的至少6倍。在这种横截面面积的情况下，可以在环形狭缝306前面获得气体压强的均匀性的改善。

在槽道的另一实施例中，其可以与上述两个实施例中任一个结合使用，在紧接供给管310的下游处提供板以便将流出环形狭缝306的气流与流出供给管310的气流分离。

在槽道的又一实施例中，其可以与上述三个实施例任一个结合使用，单个气体供给导管310具有伸长的横截面区域，其中伸长的方向垂直于上面提到的z方向，即伸长的方向垂直于图4的平面。这种伸长的横截面气体供给导管310可以与室308内的导管出口前面的流阻结合，该流阻布置成在室308中的导管出口处提供的气体流速低于当使用具有非伸长的横截面的一个导管310或多个导管310时室308内的导管出口处的气体流速。

在槽道的下一实施例中，其可以与上述四个实施例中任一个结合使用，在室308内设置环形穿孔板，其将室308分成连接至导管310的环形室部分和连接至环形狭缝306的环形室部分。例如，穿孔板可以布置在环形狭缝前面的紧挨着的上游(由气流限定)处。沿着环形狭缝的周界，穿孔的尺寸或穿孔的密度或穿孔的尺寸和密度两者可以变化，所述变化布置成提高在穿孔板和环形狭缝306之间的空间内的气压分布的均匀性。

在图4中，示出一个实施例，其中流出气体供给导管310的气流通过导管310的取向方向沿垂直于环形狭缝306的周界的方向被引导。相反，在槽道的一替代实施例中，流出气体供给导管310的气流在沿环形狭缝306的周界的方向上被引导。例如，在室308内的导管出口附近，导管310的取向方向可以布置在沿环形狭缝306的紧接导管出口的下游的(由气流限定的)周界的一部分的方向上。这种布置确保离开供给导管310的气流主要不是被垂直于环形狭缝306引导，而是基本上平行于环形狭缝306的至少一部分被引导，由此导致沿环形狭缝306的周界的基本上均匀的气压。

设置冷却设备314，冷却设备314可以用于冷却导管310的一部分。冷却设备314可以与导管310的该部分热接触，并且可以例如包围导管的该部分。冷却设备314可以与所述导管热接触。在一个实施例中，冷却设备314可以在气体进入导管310之前冷却气体。

冷却设备314的温度可以通过控制系统CS控制。控制系统CS可以例如包括处理器或其他电子装置。控制系统CS可以接收一个或更多个所测量的参数(例如开口限定壁302和/或衬底台WT的温度)并且可以基于这些参数来确定对冷却设备314的温度的调节。

图4中还示出了位于投影系统的壁313邻近位置的反射镜28a。反射镜28执行与图2中示出的反射镜28相同的功能，即用于将来自掩膜MA(见图2)的辐射反射至衬底W(通常与其他反射镜一起)。虽然图4中示出的反射镜28a的位置与图2中示出的反射镜28的位置不同，但是这仅是为了图示方便，并且不会对本发明的任何方面产生实质的影响。

在使用过程中，由衬底台WT支撑的衬底W定位在投影系统PS的下面，如图所示。EUV辐射通过掩膜(图4中未示出)被图案化并且随后被通过开口301投影到衬底W上，由此将图案曝光到衬底上。EUV辐射可以被聚焦为会聚的辐射束，使得EUV辐射束的外侧部分基本上平行于开口限定壁302的斜坡内表面304。

期望减小污染物(例如来自衬底W上的抗蚀剂的气相有机化合物)从衬底W行进至投影系统PS的内部的可能性。这是因为污染物可以积聚在光学表面(诸如反射镜28a)上，并使这些光学表面的反射率减小。这又可能会减小可用于投影到衬底W上的EUV辐射的强度，并因此降低光刻设备的生产率(即，每小时通过光刻设备图案化的衬底数量)。

通过环形狭缝306流入开口301的气体降低污染物从衬底W通过开口301并进入投影系统PS的可能性。气体的流动在图4中通过箭头示意地示出。气体行进通过导管310进入到环形室308中。气体在环形室308内行进，使得至环形狭缝306的入口处的气压在环形室的圆周周围基本上是相等的。环形室308可以包括折流板(baffle)(未示出)，其用作促进气体在环形室内部传播，由此帮助使得环形室内的气压均等。气体通过环形狭缝306并进入开口301中。一部分气体向上行进至投影系统PS中。气体的其余部分向下行进，经过开口301，随后行进离开开口到投影系统PS和衬底W之间的间隙内。离开开口301的气流阻止或抑制来自于衬底W的污染物进入投影系统PS。

期望控制衬底W的温度。这是因为衬底温度不受控的改变可以引起衬底膨胀或收缩，使得所投影的图案不以期望的精确度被定位在衬底上(例如，不以期望的精确度重叠在已经存在于衬底上的图案上)。从开口301衬底W上的气流可能以不期望的方式加热衬底。期望可以阻止气流以不期望的方式加热衬底。

在一个实施例中，气体的温度被控制成使得当气体入射到衬底上时，其具有期望的温度。气体的温度可以被控制成使得衬底的温度被气体改变的程度不会造成光刻设备内出现不可接受的重叠误差。

光刻设备可以具有参照温度，其可以例如在295开尔文附近(例如可以在20至23℃的室温附近)，或可以是某些其他温度。参照温度可以是在光刻设备操作期间光刻设备的一个或更多个部件所保持的温度。光刻设备可以在参照温度条件下保持(或用于保持)衬底W、衬底台WT、投影系统壁312、313以及开口限定壁302中的一个或更多个。如果光刻设备将要在没有气流的条件下操作，则衬底W、衬底台WT、投影系统壁312、313以及开口限定壁302可以在参照温度条件下(或基本上在参照温度条件下)。这种情形的例外可以是衬底的被曝光部分；由于EUV和红外辐射入射到衬底的该部分上引起的加热，这可能会具有较高的温度。红外辐射可以例如由发射EUV的等离子体210或用于产生发射EUV的等离子体的激光器LA引起(见图3)。

当气体流过设备，其可以引起衬底W的升温，甚至最初被引入导管310的气体具有与光刻设备的其他部件相同的温度。这是因为，气体在其行进至衬底W时获得热量，最后这些热量被从气体传递至衬底。衬底的这种升温可以导致在衬底曝光期间发生不可接受的重叠误差。

气体在其行进至衬底W时气体获得热量所依据的机制是由于气体行进速度。行进通过导管310到达环形室308的气体将具有相对高的速度(例如100m/s或更大)。气体的这种相对高的速度将在气体流过导管310时引起气体温度的减小。通过考虑气体是绝热的(即在导管310和气体之间不发生温度交换)的示例可以理解这种现象。如果气体是绝热的，则气体的总能量必须保持恒定。如果当气体进入导管310时气体是静止的或缓慢地移动(例如10m/s或更小)，则气体的所有能量是热能量，并且这是气体温度的指示。然而，当气体以相对高的速度在导管310内行进时，气体由于其速度而具有相当大的动能。因为气体的总能量保持不变，所以气体的热能(和因此其温度)就减小。因此，在绝热情形中，当气体以相对高的速度流动时，气体的温度将下降。

在本发明一个实施例中的气体可以以相对高的速度流过导管310，并且由于这种相对高的速度，气体温度降低。如果气体和投影系统壁312都具有相同的初始温度(初始气体温度是气体在其流过导管310之前的温度)，则当气体流过导管310时其温度将低于投影系统壁的温度。因为气体具有比投影系统壁312温度低的温度，所以当气体流过导管310时热量将从投影系统壁流至气体。在一替代实施例中，气体可以以相对低的速度流过导管310，在这种情况下气体温度将不会降低。然而，当气体流过环形狭缝306时气体温度将下降。

气体进入开口301所流过的环形狭缝306是相对受限的。因此，气体将以相对高的速度行进通过环形狭缝306，并且这将造成气体温度降低(例如若干开尔文)。如果气体在行进通过环形狭缝306时温度低于开口限定壁302的温度，则热量将从开口限定壁传递至气体。

当进入开口301时，气体可以具有相对高的速度。然而，气体在入射到衬底W的表面上时减速，因为衬底阻止气体继续向下行进并驱使气体改变方向。这种减速的结果是，气体动能被转化为热能。因为热量已经从导管310和开口限定壁302传递至气体，所以气体温度高于气体在其进入导管之前的温度。气体温度可以例如高于光刻设备的参照温度。气体的这种较高的温度可以引起衬底W的不期望的升温。

在一个实施例中，开口限定壁302可以是隔热的以减小可以从投影系统壁312、313(或光刻设备的其他部件)流至开口限定壁的热量。这减少了气体通过环形狭缝306时可以被传递至气体的热量。隔热可以例如包括在开口限定壁302和投影系统壁312、313之间设置间隙和/或隔热材料。

在一个实施例中，开口限定壁302可以由隔热材料构成。例如，开口限定壁302可以由陶瓷构成，例如Corning Inc.of Corning，USA的玻璃陶瓷(Macor ceramic)(或某些其他合适的陶瓷)。开口限定壁302可以由玻璃形成。开口限定壁302可以由热导率比某些其它金属低的金属形成。例如，开口限定壁302可以由不锈钢形成，其可以提供结构强度并且具有显著低于铝的热导率。

在一个实施例中，导管310是隔热的以减少可以从投影系统壁312(或光刻设备的其他部件)流至导管的热量。这减少了在气体通过导管310期间被传递至气体的热量。隔热可以例如包括在导管310和投影系统壁之间设置间隙和/或隔热材料。隔热可以例如包括在导管310和开口限定壁302(在导管连接至开口限定壁的端部处)之间提供隔热材料。

在一个实施例中，导管310可以由隔热材料构成，或由导热率比其他金属低的金属(例如不锈钢)构成。

导管和/或开口限定壁的隔热可能不足以在气体行进至衬底W时阻止不期望的热量传递至气体。因而，在本发明的一个实施例中，冷却设备314可以用于冷却气体。

冷却设备314可以以一定的量冷却气体，使得气体在其入射到衬底W上时的温度为光刻设备的参照温度(或具有一些其他期望的温度，或其温度比不存在冷却设备的情况下的温度更接近期望的温度)。在一个实施例中，气体入射到衬底W上时的气体温度可以与期望的温度(例如参照温度)不同，但是这种不同可以是足够小的，使得其不引起光刻设备的重叠精度的不可接受的降低。

冷却设备314可以将气体以一定的量冷却，使得其充分补偿(或基本上补偿)由于气体通过环形狭缝306和导管310的相对高的速度通路带来的气体升温。

使用热模型可以确定通过冷却设备314造成的气体温度的降低，其是期望的以便气体以期望的温度入射到衬底W上。在热模型的下面的阐述中，气体被假定为氢气。然而，热模型可以应用于其他气体。

图5示出热模型，其表示冷却设备314、导管310和开口限定壁302。如图5中的热模型所示的是质量体320，其表示可以传递至导管310和开口限定壁302的热量所来自的光刻设备的部分(参照图4，这些部分可以例如与投影系统壁312、313对应)。为了避免使图5复杂化，图4中使用的附图标记在图5中被省略。

热模型提供在氢气行进至衬底时流入和流出氢气的热流的估计。冷却设备314的温度用T_s表示。氢气在其已经通过冷却设备314之后具有该温度。开口限定壁302的温度用T_c表示，质量体320的温度用T₀表示。T₀可以例如是光刻设备的参照温度，并且可以是投影系统的壁312、313的温度(见图4)。在该示例中，T₀可以在295K附近。

氢气在其行进通过设备时的温度T_g在模型中在三个位置处进行考虑，这三个位置在图5中表示为1、2和3。

气体在其行进通过导管310时可以收集每单位时间的热量q_t。导管310以热导系数c_t耦合至质量体320，经由热导系数c_t，每单位时间相同的热量q_t传导至导管(假定图5中示出的系统处于平衡)。类似地，所述气体在其行进通过开口限定壁302的环形狭缝时每单位时间可以拾取热量q_c。开口限定壁302以热导系数c_c耦合至质量体320，由此每单位时间相同的热q_c传导至开口限定壁(假定图5中示出的系统处于平衡)。

每单位时间的氢气热容量为c_g，其是

$c_g=\frac{7\mathrm{\Φ}}{2T_0}$

其中Φ是氢气供给流量，可以在范围5-20Pa m³/s内。因子7/2与双原子气体在恒压条件下的具体热量相关。在下面的介绍中，气体温度T_g是所谓的总温度(total temperature)，其包括气体的热能和宏观动能。总温度可能仅由于与导管310的壁和开口限定壁302的热交换而改变；在压强下降和速度改变的情况下是不变的。

可以写出下面的等式：

T_g1＝T_s，

$T_{g2}=T_0+(T_{g1}-T_0)e^{-c_t/c_g},$

$T_{g3}=(T_c+\mathrm{\Δ})+(T_{g2}-T_c-\mathrm{\Δ})e^{-c_{\mathrm{ce}}/c_g},$

q_t＝c_g(T_g2-T_g1)，

q_c＝c_g(T_g3-T_g2)，

$T_c=T_0-\frac{q_c}{c_c},$

其中，T_g1、T_g2，以及T_g3分别是气体在图5中的位置1、2以及3处的温度。这些等式具有未知的T_g1、T_g2、T_g3、T_c、q_t以及q_c。参数c_ce对开口限定壁302和氢气之间的热交换进行建模。估计值在0.1W/K至0.4W/K范围内。参数Δ是表示当气体以高速行进时气体内热传输的效应的正的温度偏移量。参数Δ是所谓的回复温度(即，当壁不与气体发生任何热交换时邻近壁的气体层的温度)和总温度之间的差值。对于气体流过平坦表面上的简单情形，可以得出，

$\mathrm{\Δ}\≈(1-\sqrt{\mathrm{Pr}})\frac{u^2}{2C_P}\≈{\left(\frac{u}{440m{s}^{-1}{K}^{-1/2}}\right)}^2$

其中，Pr＝0.7是氢的普朗特数，u是气体的自由流(freestream)速度(或，流动通道的中心速度)，以及C_p＝14.5kJ/kg K是在恒定氢气压强条件下的具体热量。在开口限定壁302的环形狭缝处，气体的流动被限制，并且因此气体以高的速度行进(例如u＝1300m/s)。结果，参数Δ可以是若干开尔文。例如，参数Δ可以在7至9K之间。在热模型的该示例中使用值7K。

使用热模型所要实现的目标可以是，在位置3处的气体温度等于参照温度T₀(例如295K)，即T_g3＝T₀。正如上面所介绍的，导管310和开口限定壁302可以是隔热的，使得质量体320和导管310之间的热导系数c_t是受限的，并且质量体和开口限定壁302之间的热导系数c_c是受限的。在光刻设备操作期间，这些热导系数可以是固定的，并且气体的流量可以是固定的。然而，冷却设备314的温度T_s和因此气体的温度T₁可以是可调节的。

如果给定模型参数，冷却设备314的期望温度可以是：

$T_s=T_1=T_0-\mathrm{\Δ}\frac{c_c(1-{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ce}})}{{\mathrm{\ϵ}}_t[c_g(1-{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ce}})+c_c{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ce}}]},$

其中

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ce}}\≡e^{-c_{\mathrm{ce}}/c_g},$ ${\mathrm{\ϵ}}_t\≡e^{-c_t/c_g}.$

图6是示出冷却设备314的温度的图表，所述冷却设备314的温度被期望使得以参照温度T₀(例如295K)提供氢气至衬底，该温度在图中作为质量体320和开口限定壁302之间的热导系数c_c的函数被示出。冷却设备314的温度相对于参照温度T₀在图中垂直轴线上示出(即，如图所示为T₁-T₀)。图6中的曲线被表示为c_ce＝0.1W/K(实心符号)和c_ce＝0.3W/K(空心符号)的开口限定壁302和氢气之间的热交换。如图6所示，曲线表示c_t＝0、c_t＝0.1以及c_t＝0.2W/K的导管310和质量体320之间的热导系数。

由这些曲线可以看到，冷却设备314的温度T_S(＝T₁)可以比光刻设备的参照温度T₀低若干开尔文。期望的温度差值的值随着质量体320和开口限定壁302之间的热导系数c_c减小而减小(即，随着开口限定壁302和光刻设备的其他部件之间的有效隔热而增大)。类似地，期望的温度差值的值随着质量体320和导管310之间的热导系数c_t减小而减小。根据实心的符号和空心的符号之间的比较，可以看到，期望的温度差值的大小随着氢气和开口限定壁302之间的热交换减少而减小。

通过假定氢气具有0.128W/K的每单位时间热容量c_g，生成如图6所示的曲线。然而，这将依赖于每单位时间传送至开口301的气体体积，其又可以依赖于光刻设备的设计。因此，考虑不同的每单位时间热容量的效应是有益的。图7是示出针对于三种不同的气体的每单位时间热容量的期望使得在参照温度T₀(例如295K)条件下在衬底处提供氢气的冷却设备314的温度的图表。这些曲线表示开口限定壁302和氢气之间的热交换的两个不同的参数c_ce的情形，仅仅线(不具有数据点的线)表示c_ce＝0.1W/K的情形，具有数据点的线表示c_ce＝0.3W/K的情形。与图6共同的是，冷却设备314的温度被示出为质量体320和开口限定壁302之间的热导系数c_c的函数。在生成图7时，使用质量体320和导管310之间无热导系数c_t的假定。

与图6共同的是，图7示出，冷却设备314的温度T_S(＝T₁)可以是光刻设备的参照温度T₀以下若干开尔文。如图7的曲线可以看到的，提高气体的每单位时间的热容量减小冷却设备314和参照温度T₀之间的期望的温度差值大小。这是因为增加气体的每单位时间的热容量导致在从开口限定壁302获取相同热量的情况下气体升高较小温度。

通常，气体的每单位时间热容量c_g越大，由冷却设备314提供的冷却越有效。

期望地，将光刻设备配置成使得气体的每单位时间的热容量是质量体320和开口限定壁302之间的热导系数c_c与质量体320和导管310之间的热导系数c_t之和的两倍以上，即(c_c+c_t)＜2c_g。

在一个实施例中，质量体320和开口限定壁302之间的热导系数c_c可以小于0.5W/K、可以小于0.2W/K以及可以小于或等于0.1W/K(其中，质量体表示光刻设备的相邻部分，例如投影系统的壁312、313)。如果质量体320和开口限定壁302之间的热导系数c_c高(例如1W/K或更高)，则冷却该气体仍然可以减少从气体传递至衬底的热量，但是在光刻设备的参照温度条件下将气体传送至衬底可能是困难的。通常，质量体320和开口限定壁之间的更高的热导系数c_c将降低通过冷却设备314进行的气体冷却的有效性，并将引起气体在非优化温度条件下被传送至衬底或将需要在冷却设备处的更大的温度差异(这可能难以实现)。

在一个实施例中，气体每单位时间的热容量可以使得2c_g＜(c_c+c_t)＜4c_g。在这种情况下，所述气体可以在高于参照温度的温度条件下被传送至衬底。然而该气体的温度可能显著地低于在冷却设备314不存在的情况下气体将具有的温度。

在一个实施例中，冷却设备314可以将气体冷却20K或更少，可以将气体冷却15K或更少，或可以将气体冷却10K或更少。

在一个实施例中，代替控制气体的温度使得开口301内的气体处于光刻设备的参照温度(例如295K)，可以将气体冷却以使得其在温度低于参照温度的情况下被传送至开口，使得气体在其通过衬底上面的时候从衬底W去除热。

图8示意地示出根据本发明一个实施例的光刻设备的下部的横截面。图8通常对应图4，但是图8示出入射到衬底W的目标部分C上的图案化的EUV辐射束28而没有示出设备内气体的流动。EUV辐射将引起衬底的目标部分C的局部升温。除了EUV辐射束28之外，红外(IR)辐射(未示出)也入射到衬底W的目标部分C上。该IR辐射也引起衬底的目标部分C的局部升温。

可以在衬底台WT内设置水冷却系统(未示出)以便去除通过EUV和IR辐射施加至衬底W的目标部分C的热量。然而，衬底台WT和衬底W之间的热导系数可以是低的，因为衬底由突节支撑，所述突节从衬底台向上延伸并且在衬底台和衬底之间提供作为衬底面积的一小部分的接触表面面积。结果，由衬底台提供的衬底W的目标部分C的冷却可能是有限的。由衬底台WT提供的衬底W的冷却可以例如能够在没有由于EUV和IR辐射造成的升温的情况下以0.1K或更好的精确度来控制衬底的温度。然而，如果通过EUV和IR辐射施加至衬底的热量太大，则衬底台WT可能不具有足够的冷却能力以将衬底W冷却至期望的温度。因此，可以期望通过使用在衬底上流过的气体提供衬底W的附加冷却。

如图8所看到的，通过EUV和IR辐射施加至衬底W的热量被施加至衬底的目标部分C。与此对比，由气体提供的冷却效应不限于衬底W的目标部分C，相反，该冷却效应由于气体在衬底表面上通过而散布在衬底的较大区域上。换句话说，由气体提供的冷却覆盖区大于由EUV和IR辐射提供的加热覆盖区。

图9是示出针对于两个不同的T₃值的在衬底上的热负载的图表，所述热负载在图中被示出为质量体320和开口限定壁302之间的热导系数c_c的函数。由气体引起的衬底热负载q_w计算为：

q_w＝fc_g(T₃-T₀)

其中，f是传送至开口301的流向衬底W(其余部分流入投影系统PS)的气体的比例分数，c_g是气体的每单位时间的热容量，T₃是开口内气体的温度，以及T₀是光刻设备的参照温度。分数f可以例如在0.15至0.3范围内，并且在计算如图9所示的曲线时被设置为0.25。如果气体在进入导管310时没有被冷却，则由气体引起的衬底热负载q_w将在约100-150mW。在一个实施例中，通过冷却设备进行的气体冷却可以将由气体产生的热负载减小为小于50mW，或小于或等于20mW。

在图9中，三条曲线表示T₁-T₀＝-30K的情形，三条曲线表示T₁-T₀＝-10K的情形。如图9所示，当质量体320和开口限定壁302之间的热导系数c_c低(例如0.01W/K)时，衬底处的热负载q_w是负的。换句话说，气体在入射到衬底上时的温度低于光刻设备的参照温度。因此气体用以冷却衬底，冷却的量由负的热负载q_w的大小确定。

当质量体320和开口限定壁302之间的热导系数c_c较高(例如0.1W/K)，在曲线中的三条(这些曲线具有最小的气体每单位时间热容量c_g和/或最小的温度差异T₁-T₀)中热负载等于零或接近零。

随着质量体320和开口限定壁302之间的热导系数c_c进一步增大，针对于小的气体每单位时间热容量c_g和/或温度差值T₁-T₀，热负载q_w变为正的，这意味着气体提供热量给衬底。然而对于高的气体每单位时间热容量c_g(c_g＝0.2W/K)，热负载q_w在整个图表上保持为负的。

正如上面进一步提到的，一旦光刻设备已经被构造，质量体320和开口限定壁302之间的热导系数c_c可以是固定的。图9示出，对于给定的质量体对开口限定壁的热导系数c_c，可以调节冷却设备314的温度和/或气体每单位时间热容量c_g以便在参照温度的条件下将气体传送至开口301，或以便提供对衬底W的期望的冷却量。

正如上面已经解释的那样，开口301内的气体温度受导管310的温度和开口限定壁302的温度的影响。因为导管310和开口限定壁302具有相当大的质量体，并且因为它们还可以具有与投影系统壁312、313的热连接，因而可能不能以稳定的方式即时地将被传送至开口301的气体温度改变至期望的不同温度。基于这个原因，在改变冷却设备314的温度之后允许流逝若干分钟(例如大约10分钟或更长)以便使导管310和开口限定壁302的温度稳定并因此使开口301内的气体温度温定。例如，在开始曝光一批次衬底(或某些其他数量的衬底)之前，可以使用冷却设备314选择气体的温度，并且可以通过在冷却设备的温度已经被调节之后将衬底曝光延迟若干分钟来允许开口301内的气体温度稳定。

在一个实施例中，对气体温度的期望的调节可以通过监测通过衬底台WT内的基于水的冷却系统的水的温度来确定。例如，流出衬底台WT的水的温度可以与进入衬底台的水的温度进行比较。这种比较结果可以用于确定对气体温度的调节是否是期望的，以便修正衬底W的温度，并且确定调节的大小。例如，这种比较可以指示衬底W的温度高于光刻设备的参照温度，由此可以期望降低冷却设备314的温度。可以以其它方式测量衬底W的温度，并且测量的结果可以用于确定冷却设备314的温度的调节。

在一个实施例中，在光刻设备的校准期间使用冷却设备314对气体应用不同的温度的效应可以事先测量，并且所获得的数据可以存储并且随后在光刻设备操作期间由控制系统CS使用，以响应于衬底W的(例如，通过监测衬底台WT的温度而测量的)测量温度来确定对冷却设备的温度的调节。

在一个实施例中，控制系统CS可以考虑热模拟的结果，例如如上所述。控制系统CS可以例如考虑至导管的热导系数c_t和至开口限定壁的热导系数c_c。控制系统CS可以例如考虑气体的流量和气体每单位时间的热容量。

在一个实施例中，冷却设备314将气体冷却至的温度可以用以(至少部分地)调节由光刻设备实现的重叠。重叠可以被看作光刻设备将图案投影到已经存在于衬底上的图案上面的精确度的测量。光刻设备所实现的重叠可以在衬底曝光之后通过使用量测设备(其可以形成光刻设备的一部分)测量所投影的图案相对于先前存在于衬底上的图案的位置来进行测量。如果发现不理想的重叠，其指示衬底具有太高的温度，那么由冷却设备314提供的冷却可以增大。相反，如果发现重叠不理想，则指示衬底温度太低，那么可以减小由冷却设备314提供的冷却。由冷却设备314提供的冷却可以被周期性地调节，以便保持期望的重叠精确度。

衬底对EUV辐射的吸收可以相对恒定且是可预测的。然而，衬底对IR辐射的吸收可以依赖于衬底表面形式而非常显著地变化。例如，如果结构先前已经被曝光并且在衬底上被处理，则衬底对IR辐射的吸收将依赖于该结构的形式。如果该结构由金属形成，则IR辐射的吸收将小于该结构由半导体形成的情况下的吸收。从冷却设备314传送的气体温度的调节可考虑通过光刻设备曝光(或将要被曝光)的衬底对红外辐射的反射率。在一个实施例中，可以在由光刻设备曝光衬底(或多个衬底)之前在测量设备中执行衬底(可以表示多个衬底)对红外辐射的反射。测量设备可以形成光刻设备的一部分。例如，设备可以将红外辐射束引导到衬底并检测从衬底反射的辐射，由此允许确定衬底对红外辐射的反射率。红外辐射可以例如为10.6nm，并且可以例如由激光器提供。所述设备可以例如是用于执行对衬底其他性质的测量的设备(这种设备可以称为量测设备)。控制系统CS可以调节冷却设备314的温度以考虑将要通过光刻设备曝光(或正在被曝光)的衬底的IR反射率(例如，在气体正用于提供用于至少部分地补偿由IR辐射引起的衬底加热的冷却的情况下)。所测量的IR反射率还可以允许计算可以被光刻设备使用的EUV辐射(和相关的IR辐射)的最大强度，同时保持期望的重叠精确度。

如图6、7和9看到的，为了在处于光刻设备的参照温度的衬底W处提供气体，冷却设备314可以需要具有比参照温度低10K或更多的温度。例如，冷却设备的温度可以在275至285K之间。可以使用基于水的冷却系统来冷却冷却设备314，其中冷水通入到冷却设备中，冷水吸收来自冷却设备的热量，随后流出冷却设备。在一替代实施例中，冷却设备314可以使用帕耳帖冷却器(Peltier cooler)进行冷却。

在另一替代实施例中，通过气体流过提高气体流量的收缩部(constriction)来冷却冷却设备314，并由此降低其温度。在一个实施例中，气体以295K的温度在气体入口进入气体管。气体管具有相对宽的直径，使得气体流速低。在更远的下游，管直径减小，形成与第一热交换器热接触的收缩部。在该收缩部内，气体速度高且气体温度明显低于在气体入口处的温度(例如275K)。因为收缩部内部的低温，所述气体吸收来自温度为285K的第一热交换器的热量。在收缩部之后，管直径再次增大，由此导致较低的气体速度和基本上高于初始温度的温度，例如305K。随后温暖的气体流过通过处于光刻设备的参照温度(例如295K)的冷却水冷却的第二热交换器，因此将气体温度例如从305K降低至295K。随后，气体在第二时间内通过第一热交换器，其将气体从295K冷却至285K。因此气体被冷却至低于光刻设备的参照温度并且低于水的温度的温度。热交换器可以包括冷却设备314，并且可以用于提供被冷却的气体至导管310(见图4和5)。

收缩部的直径可以进行调整以提供高的流速。当速度为音速时可以实现约9K的温度下降。在100mbar l/s的氢气流量的条件下(其可以例如是被传送至光刻设备的开口的氢气流量)，长度10cm、横截面5×0.5mm以及180mbr上游压强和20mbr下游的压强的平管将在最后一厘米内实现大约1000m/s的气体速度，在开始的9厘米内实现大约300m/s的气体速度。

在一替代方法中，代替使用具有收缩部的热交换器直接冷却被传送至开口301的气体，可以使用具有收缩部的热交换器间接地冷却被传送至开口的气体。例如，热交换器可以与具有收缩部的导管热接触并且可以与用于传输用于输送至开口的气体的独立的导管热接触。这种方法的潜在的优点在于，其提供将不同的气体通过收缩部的自由度。当气体速度为音速时，大约9K的温度下降可以是可实现的。不同的气体可以例如是氮气或某些在给定流速下提供比氢气更大的温度降低的其它气体。使用氮气带来的潜在的优点在于，使用氮气比使用氢气更安全，因为其不是可燃的。氮气的不可燃属性可以允许其与氢气相比能够在更高的压强条件下使用。其它的气体也可以使用。

如果气体冷却设备用于冷却冷却设备314，则可以通过调节通过气体冷却设备的气体流量来调节冷却设备的冷却程度。附加地或替代地，该冷却程度可以通过控制收缩部的大小来调节。

在一个实施例中，气体从具有小的横截面面积的位置行进至具有大的横截面面积的位置所在的一个或更多个位置可以设置有被圆化的角部而不是方形角部。例如，参照图4，可以在环形狭缝306汇入开口301的位置处设置被圆化的角部。在另一示例中，可以在导管310连接至环形室308的位置处设置被圆化的角部。所述被圆化的角部可以比方形角部提供横截面面积的更加渐进的过渡，由此减小在这些角部处可以由于迅速的压降带来的不期望的热效应(被圆化的角部可以使得压降更渐进)。这可以减少对气体的热传递。被圆化的角部可以仅是方形角部的被圆化的斜角，或可以是渐进的曲面。渐进的曲面可以是延展的，例如使得导管310的直径逐渐地增大至与环形室308的直径一致(或相似)的直径。

在一个实施例中，可以在环形室308内设置折流板(未示出)，所述折流板用作促进环形室内的气体循环，并由此平衡环形室内的压强。热量可以从气体流至折流板。折流板可以被主动地冷却，例如使用基于水的冷却系统来实现。替代地，折流板可以被被动地冷却，例如通过建立折流板和散热器之间的热接触来实现。折流板因此可以冷却气体，由此减少可能由气体引起的衬底加热的量(或减少在冷却设备314处所需的温度差异以在开口301处实现所需的气体温度)。

本发明所描述的实施例已经提到在光刻设备的参照温度条件下将气体传送至开口301。热建模已经发现，在这样做的情形中可以通过气体带来程度小的衬底W净升温。基于这个原因，气体可以在低于光刻设备的参照温度的温度条件下(例如低于参照温度0.5K，或低于参照温度0.25K)被传送至开口301。

在一个实施例中，可以在光刻设备操作期间监测开口限定壁302的温度。

在一个实施例中，通过使用热控制器可以调节开口限定壁302的温度。可以用于调节开口限定壁302的温度的热控制器的一个示例在图10中示意地示出。热控制器包括热导管400，所述热导管400在一个端部与开口限定壁302热接触，并且在相对的另一端部连接至温度控制设备402。温度控制设备402可以例如是冷却设备。为了简明起见，图10中没有示出在其他附图中示出的光刻设备的某些部件。

热导管400可以例如围绕开口限定壁302的外部缠绕多圈(如图10示意地表示)。可以通过将热导管粘结至开口限定壁以将热导管400固定至开口限定壁302。通过设置凸缘或从开口限定壁突出的、限定可以压入热导管的凹陷的其他结构，可以将热导管400固定至开口限定壁302。导管可以通过在开口限定壁中设置可以压入热导管400的凹陷而被固定至开口限定壁302。虽然图中示出热导管围绕开口限定壁320的外部缠绕多圈，但是这并不是必须的。热导管可以以任何合适的方式连接至开口限定壁302。

热导管400可以是单个实体或可以包括多个热导管件，它们通过使用一个或更多个连接件连接在一起以形成热导管。例如，在图10中热导管由两个热导管件400a、400b形成，它们通过连接件406连接。将热导管设置成可以连接在一起的多个件可以有利于更容易将热导管安装在光刻设备中。

温度控制设备402可以例如是帕耳帖冷却器、热交换器或任何其他合适的加热或冷却设备。温度控制设备402可以通过控制系统CS控制。控制系统CS可以是与用于控制被传送至开口301(见图4)的气体温度的控制系统相同的控制系统。

温度控制设备402可以位于光刻设备的真空包壳的外部。这在图10中通过示出在真空系统壁404的与开口限定壁400相对的一侧上的温度控制设备402来示意性地示出。将温度控制设备402设置在真空包壳的外部可以带来多个优点。这些包括更大的可用空间、更容易检修以及不需要使用真空兼容部件。真空馈通单元可以用于便于使热导管400通过真空系统壁404。合适的真空馈通单元在现有技术中被公开。

术语“热导管”可以解释为意味着使用热传导和相变来传递热量的热传递装置。热导管400可以例如包括中空的金属导管，在所述中空的金属导管中提供传输介质。热导管可以包括腔，气体可以在所述腔中流动并且可以可选地包括灯芯结构，液体可以沿着所述灯芯结构流动。中空的金属导管可以例如由铝形成。在热导管400内使用的传输介质可以例如是氨水(NH₃)，其适合于在大约-40℃至大约50℃的操作温度范围上在热导管内使用。在热导管400内可以使用任何其他合适的传输介质。热导管400可以具有非常大的热传输容量(例如，与实心的金属部件的热传输容量相比)。非常大的热传输容量允许温度控制设备402被放置在离开口限定壁302一定距离的位置处。

在一替代实施例中，温度控制设备402可以放置在光刻设备的真空包壳内。

从光刻设备的真空包壳内的热导管400暴露表面的热损失可以是低的。如果需要，可以通过设置热导管的合适的遮蔽来减小热损失。所述遮蔽可以例如包括辐射遮蔽和/或分子传导遮蔽设备。

在热导管400在光刻设备的真空包壳外部延伸的情形中，从热导管400的暴露表面的热损失可以更高。可以使用隔热来减少从热导管400的暴露表面的热损失。

由于热导管400的长度，在一个实施例中，可以使用泵(未示出)帮助流体流过热导管。在一个实施例中，热导管可以是斜面的以便可以使用重力促进液体沿热导管流动。

直接地调节开口限定壁302的温度可以允许调节被传送至开口301的气体的温度。实施这种调节可以代替通过冷却设备314对气体的冷却或除通过冷却设备314对气体的冷却之外附加地实施这种调节。

虽然开口限定壁302在图4中被表示为单个实体，但是在一个实施例中，开口限定壁可以设置为两个独立的实体。这些可以包括上开口限定壁和下开口限定壁，上开口限定壁向下延伸至环形狭缝306的顶部，下开口限定壁向上延伸至环形狭缝的底部。在提供上、下开口限定壁的情形中，开口限定壁可以彼此热隔离(或基本上彼此热隔离)。上、下开口限定壁可以例如分别固定在支撑开口限定壁的板的上方和下方。所述板可以设置有开口，其尺寸与开口301的尺寸相当。所述板可以由铝或某些其他金属形成。在一个实施例中，可以在所述板的开口内设置陶瓷环，并且上、下开口限定壁可以连接至陶瓷环以使得它们不直接接触所述板。

在一个实施例中，在光刻设备操作期间，下开口限定壁的温度可以与上开口限定壁的温度不同，这些温度可以又与导管310的壁的温度或环形室308内的温度不同。例如在下开口限定壁和导管310的壁的一部分之间可以设置热分流器(thermal shunt)或热导管，所述热分流器或热导管用以冷却下开口限定壁，并由此减少可以由下开口限定壁引起的气体升温。所述热分流器或热导管可以设置在设备的其它部件之间。热分流器可以例如包括铝束，例如横截面与长度比大约为3m(例如，1.2cm²横截面和5cm长)。

控制系统CS可以考虑上面提到的参数中的任一个，例如包括冷却设备314的温度、开口限定壁302的温度、衬底台WT的温度、衬底W的温度、气体流量、气体热容量以及气体向下行进并流出开口301的气体的比例分数。

虽然开口限定壁302和投影系统壁312、313之间的连接在图中是竖直的，但是该连接可以是任何形状。开口限定壁302的外部可以例如具有任何形状。

本发明所示出的实施例包括开口限定壁302，其具有斜坡内表面304，所述斜坡内表面304基本上与EUV辐射束28(见图8)的形状相配合。该形状可以是有利地，其在不阻挡EUV辐射束的情况下提供良好的污染物抑制。然而，本发明的实施例包括斜坡壁并不是必要的，并且本发明的实施例可以具有一些其他形状的壁。

虽然本说明书详述了光刻设备在制造IC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(LCD)、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)、量测工具和/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。

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、反射式的、磁性的、电磁的以及静电光学构件。

术语“EUV辐射”可以看作包含具有在5-20nm范围内波长的电磁辐射，例如在13-14nm范围内，或例如在5-10nm范围内，例如6.7nm或6.8nm。

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。

以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员应当理解，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对本发明进行修改。

Claims (17)

1.一种光刻设备，包括：

衬底台，构造成保持衬底；

投影系统，配置成将图案化的辐射束投影通过开口并投影到衬底的目标部分上；

管道，具有位于开口内的出口，所述管道配置成将气体传送至所述开口；和

由控制系统控制的冷却设备，所述冷却设备配置成冷却所述气体以使得从开口行进至衬底的气体在其入射到所述衬底上时具有预定的温度，

其中所述出口是环形狭缝，并且其中管道包括环形室，所述环形室围绕所述开口延伸并与所述环形狭缝连通。

2.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述预定温度是光刻设备的参照温度。

3.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述预定温度低于光刻设备的参照温度。

4.如权利要求2或3所述的光刻设备，其中冷却设备配置成将气体温度冷却至比光刻设备的所述参照温度低至少5K的温度。

5.如权利要求1-3中任一项所述的光刻设备，其中所述开口由连接至投影系统的壁的开口限定壁所限定，其中在开口限定壁和投影系统的壁之间设置间隙和/或隔热材料。

6.如权利要求1-3中任一项所述的光刻设备，其中管道包括导管，并且在导管和投影系统的壁之间设置间隙和/或隔热材料。

7.如权利要求1-3中任一项所述的光刻设备，还包括量测设备，所述量测设备配置成测量通过光刻设备投影到衬底上的图案的重叠，其中控制系统配置成基于从量测设备的输出来确定气体的预定温度的调节。

8.如权利要求1-3中任一项所述的光刻设备，，其中环形狭缝的角部是被圆化的。

9.如权利要求1-3中任一项所述的光刻设备，其中在环形室内设置折流板，所述折流板连接至散热器和/或连接至主动冷却设备。

10.如权利要求1-3中任一项所述的光刻设备，其中所述设备还包括热导管，所述热导管在一端部连接至所述开口的壁并且在相对的另一端部连接至温度控制设备。

11.如权利要求1-3中任一项所述的光刻设备，其中光刻设备还包括测量设备，所述测量设备配置成测量衬底的红外辐射反射率，并且其中所述控制系统配置成通过考虑所测量的衬底的红外辐射反射率来确定预定的气体温度的调节。

12.一种器件制造方法，包括下列步骤：

将图案化的辐射束通过投影系统中的开口投影到衬底上；

经由在所述开口中具有出口的管道将气体传送至投影系统中的所述开口；和

使用冷却设备来冷却所述气体以使得所述气体在所述气体通过所述开口之后入射到衬底上时具有预定温度，

其中所述出口是环形狭缝，并且其中管道包括环形室，所述环形室围绕所述开口延伸并与所述环形狭缝连通。

13.如权利要求12所述的器件制造方法，其中预定温度是光刻设备的参照温度。

14.如权利要求12所述的器件制造方法，其中预定温度低于光刻设备的参照温度。

15.如权利要求12-14中任一项所述的器件制造方法，其中投影系统中的所述开口通过被连接至投影系统的壁的开口限定壁所限定，并且开口限定壁和光刻设备的其它部件之间的热导系数小于气体的每单位时间热容量的一半。

16.一种用在光刻设备中的槽道，所述槽道布置成提供冷却气体流至所述槽道的开口，所述开口在使用中面对光刻设备的衬底台，所述槽道通过槽道限定壁的斜坡内表面形成所述开口，并且所述槽道包括：

环形狭缝，形成在斜坡内表面内并且在横穿所述槽道的平面内具有环形周界，和

环形室，连接至环形狭缝并且包括构造并布置成接收用于将气体供给至环形室的导管的入口，

其中环形狭缝具有沿基本上垂直于横穿所述槽道的平面的方向上的狭缝宽度，所述狭缝宽度沿环形狭缝的周界变化，狭缝宽度的变化布置成在所述开口内部提供基本上均匀的气流场。

17.一种用在光刻设备中的槽道，所述槽道布置成将冷却气体流提供至所述槽道的开口，所述开口在使用中面对光刻设备的衬底台，所述槽道通过槽道限定壁的斜坡内表面形成所述开口，并且所述槽道包括：

环形狭缝，形成在斜坡内表面内并且在横穿所述槽道的平面内具有环形周界，和

环形室，连接至环形狭缝并且包括构造并布置成接收用于将气体供给至环形室的导管的入口，

其中流出用于供给气体的导管的气体流在沿环形狭缝的周界的方向上被引导。