CN107407892B - 光刻设备及制造器件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种光刻设备包括：投影系统，配置成将所期望的图像投影到衬底上；主动模块(120)，产生随时间变化的热负荷；温度调节系统(100)，配置成将光刻设备的部件保持在预定的目标温度；和热缓冲器(110)，包括与主动模块热接触的相变材料，该相变材料具有通过所述随时间变化的热负荷使该相变材料经历相变的相变温度；其中在光刻设备的关键操作期间，该相变材料相对于投影系统是静止的。

Description

光刻设备及制造器件的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年3月24日递交的EP15160525.0的优先权，并且其通过引用全文并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种光刻设备及一种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期望的图案施加到衬底上的机器，通常施加到衬底的目标部分上。例如光刻设备可以用在集成电路(IC)的制造中。
在半导体行业中，在形成在衬底上的集成电路中增大器件(例如晶体管)的密度有很大的压力。为了获得增大的密度，必须提高光刻设备和过程的准确度和精度。除了其它事情以外，因此期望提高光刻设备或检测工具中的温度控制的准确度和稳定性。
在光刻设备中，很多模块产生热负荷，在本文中被称为主动模块。一些主动模块产生随时间非常或高度可变(例如间歇)的热负荷。在光刻设备中的温度控制系统可以使热传递流体(例如水)循环通过接近于其温度将被控制的部件或者在该部件中的导管来操作。将被控制温度的部件可以是或者可以不是主动模块中的一部分。通过温度控制装置(例如包括加热器或者冷却器)准确地控制热传递流体的温度。
如果设定了对目标温度的偏离的大小和宽度的严格规格，那么温度控制系统必须能够以大约等于主动模块的峰值热负荷的速率消除来自于主动模块附近的热量。对于给定的热传递流体，通过热传递流体的比热容来确定要求达到所期望的放热(或散热)速率的质量流率。即使使用水作为热传递流体一因为水具有高的比热容-在光刻设备中的大量的主动模块意味着要求热传递流体的总的质量流率很高。
发明内容
以高质量流率循环热传递流体的不可避免的结果是产生振动。尽管可以采取措施减弱振动和/或使光刻设备对振动不敏感，但是振动仍然可以对衬底上的所期望的图案的图像的投影和/或对衬底的属性的测量产生不利影响。例如，振动可能导致定位误差，已知为重叠。
因此，期望提供一种避免或减少振动产生的用于控制光刻设备的部件的温度的布置。
根据本发明的一个方面，提供了一种光刻设备，该光刻设备包括：投影系统，配置成将所期望的图像投影到衬底上；主动模块，该主动模块产生随时间变化的热负荷；温度调节系统，配置成将光刻设备的部件保持在预定的目标温度；和热缓冲器，该热缓冲器包括与主动模块热接触的相变材料，该相变材料具有使得通过随时间变化的热负荷使相变材料经历相变的相变温度；其中在光刻设备的关键操作期间，相变材料相对于投影系统是静止的。
附图说明
现在仅通过举例的方式，参看随附的示意图描述本发明的实施例，在示意图中，对应的附图标记表示相应的部件，且在附图中：
图1示意性地示出一种光刻设备；
图2是在一实施例的主动模块中热输出量对时间的曲线图；
图3是在实施例的另一主动模块中热输出量对时间的曲线图；
图4示意性地示出根据实施例的具有热缓冲器的温度调节系统；
图5示意性地示出根据实施例的具有热缓冲器的温度调节系统；
图6示意性地示出在实施例中可使用的热缓冲器；
图7是在根据实施例的热缓冲器中的温度对热输入的曲线图；
图8示出在实施例中的衬底台清洁模块；
图9示出由实施例的热缓冲器围绕的马达；和
图10示意性地示出在实施例中的气压计。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据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，其配置用于调节投影束B(例如，紫外(UV)辐射或任何其它合适的辐射)；支撑结构(例如掩模台)MT，构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与被配置用于根据特定参数精确地定位图案形成装置MA的第一定位装置PM相连。所述设备还包括衬底台(例如，晶片台)WT或“衬底支撑件”，所述衬底台WT或“衬底支撑件”被构造用以保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且与配置用于根据特定参数精确地定位衬底W的第二定位装置PW相连。所述设备还包括投影系统(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赋予投影束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，例如折射型部件、反射型部件、磁性型部件、电磁型部件、静电型部件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支撑所述图案形成装置MA，即承载所述图案形成装置MA的重量。支撑结构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来保持图案形成装置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W的目标部分C上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予投影束B的图案可能不与在衬底W的目标部分C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，被赋予投影束B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，所述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的其他因素所适合的。这里任何使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。
这里如图所示的，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(“双平台”)或更多个平台或台的类型。所述台中的至少一个具有能够保持衬底的衬底支撑件。所述台中的至少一个可以是没有被配置用以保持衬底的测量台。在实施例中，两个或更多个所述台每个具有衬底支撑件。所述光刻设备可具有两个或更多个图案形成装置台或或“掩模支撑件”。在这种“多平台”机器中，可以平行地使用额外的台或支撑件，或者可以在一个或多个台或支撑件上执行预备步骤的同时，而一个或多个其它的台或支撑件被用于曝光。
所述光刻设备是这种类型：其中衬底W的至少一部分可以由具有相对高的折射率的液体(例如水，诸如超纯水(UPW))覆盖，以便填充投影系统PS和衬底W之间的浸没空间。浸没液体还可以施加到光刻设备中的其他空间，例如介于图案形成装置MA和投影系统PS之间的空间。浸没技术能够用于提高投影系统的数值孔径。这里使用的术语“浸没”并不意味着必须将结构(例如衬底W)浸没到液体中，而是“浸没”仅意味着在曝光过程中液体位于投影系统PS和该衬底W之间。图案化的辐射束从投影系统PS至衬底W的路径完全通过液体。尽管浸没式光刻设备被描述为一个示例性实施例，但是本发明也适用于非浸没式光刻设备。
参照图1，所述照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。该辐射源SO和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该辐射源SO为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该辐射源SO看成形成光刻设备的一部分。在所述辐射源SO与所述光刻设备分离开的布置中，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辐射源SO传到所述照射器IL。在其它情况下，所述辐射源SO可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述辐射源SO是汞灯时)。可以将所述辐射源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一起称为辐射系统。
所述照射器IL可以包括被配置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。与源SO类似，照射器IL可以被看作或不被看作形成光刻设备的一部分。例如，照射器IL可以是光刻设备的组成部分或可以是与光刻设备分开的实体。在后一种情形中，光刻设备可以配置成允许照射器IL安装在其上。可选地，照射器IL是可拆卸的并且可以被单独地提供(例如，由光刻设备制造商或其他供应商提供)。
所述投影束B入射到保持在支撑结构MT(例如，掩模台)上的所述图案形成装置MA(例如，掩模)上，并且通过所述图案形成装置MA来形成图案。已由所述图案形成装置MA来形成图案的投影束B可被称为图案化的束。已经穿过图案形成装置MA之后，所述投影束B通过投影系统PS，所述投影系统PS将束聚焦到所述衬底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、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定位于所述投影束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)用于相对于所述投影束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或“衬底支撑件”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P1、P2占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间(这些公知为划线对准标记)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。
投影系统PS安装在参考框架RF(其也可以被称为量测框架)上。投影系统可以相对于参考框架RF固定在适当的位置或使用防止振动传输至投影系统的主动式底座进行安装。参考框架也可以承载测量系统-诸如干涉位置测量系统、对准传感器或(高度)水平传感器-和/或目标-诸如栅格板或反射镜-用于测量系统。
光刻设备还包括控制所描述的各种致动器和传感器的所有移动和测量的光刻设备控制单元500。光刻设备控制单元500还包括用以实施与光刻设备的操作相关的所需计算的信号处理和数据处理能力。实际上，光刻设备控制单元500将被实现为许多子单元的系统，每个子单元处置对于光刻设备内的子系统或部件的实时数据获取、处理和控制。例如，一个处理子系统可专用于第二定位装置PW的伺服控制。分离的单元可以处理不同的致动器或不同的轴。另一子单元可能专用于位置传感器IF的读出。光刻设备的总体控制可由中央处理单元进行控制。中央处理单元可与子单元通信，与操作者通信，且与光刻制造过程中所涉及的其他设备通信。
用于将液体提供到投影系统PS的最终光学元件和衬底W之间的布置可以被分成三大类型。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。本发明的实施例特别地涉及局部浸没系统。
在已针对局部浸没系统提出的布置中，液体限制结构12沿着所述投影系统PS的最终光学元件FE与所述平台或台的朝向所述投影系统PS的面向表面之间的浸没空间10的边界的至少一部分而延伸。所述台的面向表面被如此提及，因为所述台在使用期间被移动并且几乎不静止。通常，所述台的面向表面是衬底W、围绕所述衬底W的衬底台WT、或衬底W及衬底台WT二者的表面。用以将液体提供到投影系统的最终光学元件和衬底之间的布置可以用在本发明的实施例中。
已知的光刻设备包括以实现光刻设备的部件的高精度温度控制以及投影束的路径的高精度温度控制的温度调节系统。提供温度控制以：防止尺寸或形状是关键的部件的热膨胀或收缩；最小化或减小正在被曝光的衬底的温度变化；和最小化或减少被辐射束横穿的介质的折射率的变化，诸如被投影束或测量束横穿的介质。例如，在实施局部浸没系统的光刻设备中，被投影束横穿的介质包括在衬底和投影系统的最后的透镜元件之间的浸没液体。以及控制在光刻设备中的气体(例如，极其清洁的干燥空气)的温度，温度控制的已知方法是使热传递流体(例如水)循环通过光刻设备的各个部件中的导管。热传递流体的循环可以控制邻近的部件的温度，以及控制其中设置有导管的部件的温度。为了满足非常严格的温度规格，热传递流体经常以高的流率(流量)循环，其可能产生不期望的振动。
光刻设备包括许多热源，其产生各自的热负荷。一个显著的热负荷是通过衬底和/或光学部件对投影束的辐射的吸收。其它热负荷包括由主动部件(诸如致动器和电路)产生的余热。温度控制系统期望能够以与在光刻设备中产生热的速率相同的速率散热或移除热量。
尽管在光刻设备中的大量的热负荷包括随时间高度变化的许多热负荷，但是传统的做法是提供能够以等于在光刻设备中所有不同的热源的所有峰值热负荷的总和的速率将热量从所述设备移除的温度调节系统。(负的热负荷是可能的，例如浸没液体的蒸发可以从光刻设备中的特定位置移除热量，但是这样的负的热负荷的数量通常很少)。这是因为通常不可能精确地预测光刻设备中不同的随时间变化的热负荷将在何时以它们的峰值率产热，且因此规定温度调节系统具有能够移除在所有的随时间变化的热负荷都同时达到峰值的情况下光刻设备中产生的热量的能力。在这点上，需要注意到，由于热膨胀可能发生不可逆的形状改变，因此要求光刻设备的一些部件从不偏离目标温度超过窄的极限。光刻设备的特定部件将通常对短期的温度改变具有非常严格的规格。较长期的温度改变可以通过校准进行补偿，但是在关键操作期间在10秒至20秒量级的时间段之上的改变可能导致测量的不正确的误差。
由于温度调节系统从系统移除热量的能力由所使用的热传递流体的质量流率和比热容确定，因此确保温度调节系统可以以等于峰值负荷的总数的速率移除热量，意味着热传递流体必须以高质量流率循环。高质量流率可能导致在光刻设备内产生振动，这对于其的性能是不利的，例如通过导致定位误差。由于光刻设备中随时间变化的热负荷将几乎不同时以它们的峰值速率产生热量，因此温度调节系统大部分时间将得不到充分利用。
本发明的一个实施例是包括配置成将所期望的图像投影到衬底上的投影系统的光刻设备。光刻设备还具有：主动模块，其产生随时间变化的热负荷；和温度调节系统，配置成保持光刻系统的部分在预定的目标温度。提供了包括与主动模块热接触的相变材料的热缓冲器。相变材料具有相变温度，从而通过随时间变化的热负荷使得相变材料经历相变。相变材料在光刻设备的关键操作期间相对于投影系统是静止的。
因此，在实施例中，因为在主动模块的峰值产热期的过程中，热缓冲器通过相变吸收热且之后更加缓慢释放热，因此可以减少在光刻设备中的振动。在实施例中，相变温度充分接近于预定温度(其是例如大约22℃)以使得相变材料的温度由于随时间变化的热负荷而充分地上升以经历相变。事实上，减轻了主动模块的峰值热输出量的量级。因此可以提供具有较低的最大热移除能力的温度调节系统，且因此可以采用降低的热传递流体的质量流率。可替代地，具有高热移除能力的温度调节系统可以在其热传递流体的质量流率被减小的情况下操作。可替代地或者另外，可以省去否则要求冷却主动模块的冷却系统的分支。
同时，由于在光刻设备的关键操作期间相变材料是静止的，因此相变材料自身并不会将另外的振动引入到光刻设备中。运动中的相变材料可能由于其被搅动而在光刻设备中产生振动。由于在特定的时间点相变材料的相位比或相位可能不可预测，因此这样的振动可以尤其是不可预测的。
光刻设备的关键操作包括将期望的图案投影到衬底上以便曝光其上的辐射敏感层。这些操作可以被称为曝光。其它的关键操作可以包括测量待曝光或已经曝光的衬底的属性。这些属性可以包括在衬底上的对准标识的相互的相对位置、和/或衬底台上的基准点的相对位置。该操作可以被称为对准。可以在关键操作期间被测量的衬底的其它属性包括衬底的表面轮廓和/或在衬底表面与投影系统之间的距离，其可以被称为调平。
在实施例中，主动模块间歇地操作以执行预定操作。如图2所示，其是作为时间t(例如以秒为单位)的函数的主动模块的热输出量P(例如以瓦特为单位)的曲线图，主动模块在对应于其操作期的某一时间段以速率Pp产生热。在操作期的期间(这里是单个的操作循环)，总的热输出量HTOT由在曲线图中的线下方的区域表示。即，每一操作循环的总的热输出量HTOT是在单个操作循环期间，热输出量P随着时间的时间积分。为了简单起见，在主动模块的操作期的期间热输出量被示出为恒定，但是通常可以是变化的。例如，可以依赖于由光刻设备执行的操作，以规则的间隔或不规则地重复操作期。期望热缓冲器捕获总的热输出量HTOT的至少75％。如果热缓冲器可以捕获在主动模块的一个操作期中产生的热量的至少75％，则可以实现在主动模块附近发生的峰值温度的实际减少。热缓冲器被放置成与主动模块紧密热接触，以确保捕获由主动模块产生的热输出量。可以提供绝缘以防止热量从主动模块逸出至光刻设备的除热缓冲器以外的其它部件。
在实施例中，主动模块和热缓冲器形成实质上热隔离系统，其被构造以使得用于由主动模块产生的热量从热隔离系统逃逸或逸出的优先路径是横穿热缓冲器。热隔离结构被布置成使得自其流出的热的速率比主动模块的峰值热产生率小。期望的热流出的速率小于主动模块的峰值热产生率的20％或小于其的10％。
也期望热缓冲器包括足够的相变材料以用于通过相变转换的潜热吸收所有的捕获热量，且更加期望吸收总的热输出量HTOT至少两倍或三倍。如果热缓冲器可以吸收在主动模块的几个操作期中所捕获的热量，那么可以确保甚至在异常情况下所有的所捕获的热被吸收，诸如当主动模块正在被快速连续地多次操作时或如果从主动模块附近的热移除受阻或被削弱时。
在实施例中，温度调节系统配置将热以预定的热移除率Pr从主动模块中移除，但是随时间变化的热负荷具有比预定的热移除率大的峰值热产生率Pp，但是仅在某些时间是样的。
如果随时间变化的热负荷Pp是以规则的预定周期或不规则地循环的，则适用类似的考虑，在规则的预定周期中其具有峰值热产生率，或在规则的情况下峰值热产生率以不规则的间隔发生。当主动模块在以比预定热移除率Pr大的速率产生热时，该周期被称为过量热产生周期。这在图3中示出，其是以时间t为函数的主动模块的热输出量P的曲线图。过量热He是在过量热产生周期期间主动模块以超过热移除率Pr的速率产生的总热量。期望地，热缓冲器捕获预期的最大过量热的至少75％。期望地，热缓冲器包括足够的相变材料以通过相转换吸收预期的最大过量热的至少两倍至三倍。
在实施例中，主动模块包括致动器，例如旋转式电动马达或线性马达。致动器在其操作中可以产生大量的废热。在本发明的实施例中，主动模块包括电力电子器件，例如功率放大器或功率晶体管。电力电子器件在其操作中可以产生大量的废热。
在实施例中，热缓冲器包含与主动模块和相变材料热接触的热传递构件。热传递构件提供用于由主动模块产生的热量的朝向相变材料的优先路径，以便防止由主动模块产生的热量散发到其周围环境中。期望地，热传递构件具有与相变材料接触的多个翅片，以便最大化与相变材料接触的区域。翅片的设置改善至相变材料的热传递，即使当相变材料具有低的热导率时。
本发明的实施例是一种光刻设备，该光刻设备包括：参考框架；投影系统，安装在参考框架上且配置成将所期望的图像投影到衬底上；主动模块，该主动模块产生随时间变化的热负荷；温度调节系统，配置成将参考框架保持在预定的目标温度；和热缓冲器，该热缓冲器包括与主动模块和参考框架热接触的相变材料，该相变材料具有相变温度，从而通过随时间变化的热负荷使得相变材料经历相变；其中由主动模块产生的热负荷的至少75％流至热缓冲器且之后流至参考框架。
通常认为将随时间变化的热负荷引导至光刻设备的参考框架是不被期望的，该参考框架必须保持热稳定以为包含在光刻设备中的测量系统提供高度稳定的参考或基准。然而，通过将由主动模块产生的热负荷引导通过包括相变材料的热缓冲器，可以将最大温度变化(偏移)和温度变化率(漂移)控制在可接受的极限内，例如使另一热调节系统控制参考框架的温度。之后，参考框架接收较低量级的更稳定的热负荷，可以将热负荷的效应通过另一热调节系统更加有效地处理或校准消除掉。
在实施例中，热缓冲器可以被布置成延迟热向周围环境(例如向参考框架)的流动，使得在主动模块的一次操作循环期间由热缓冲器捕获的热在为主动模块的操作周期的至少五倍的周期，期望为十倍的周期的期间流出热缓冲器。例如，主动模块可以操作例如每小时10秒的周期，热缓冲器在超过一分钟或更多时间的过程的周期期间释放所捕获的热。
在图4中示意性地示出具体的实施例。控制光刻设备的主动模块120以通过控制系统500可变地或间歇地操作。由于其可变的或间歇的操作，因此产生了可变的热负荷Pv。可变的热负荷Pv变化达到本文中所称的峰值热产生率Pp的最大速率。由主动模块120产生的热量通过经历相变的相变材料(例如，从固体至液体)在热缓冲器110内被吸收。
选择或修改相变材料，使得相变温度Tpc接近但大于期望的目标温度Tt，光刻设备或待热调节的相关部件将被维持在该目标温度。相变温度Tpc是使得由主动模块产生的热量充分导致相变材料达到相变温度Tpc，且使得相变材料中的至少一些经历相变。在实施例中，相变温度Tpc比所期望的目标温度Tt大不到5K，更加期望大不到3K，更加期望大不到2K。在实施例中，所期望的目标温度Tt是大约295K。合适的相变材料包括石蜡、脂肪酸和聚乙二醇。这些材料可以具有在从大约290K至大约310K的范围内的熔点。可以通过对材料的精确配方的控制将相变温度确定为所期望的值。这些材料可以具有在从大约100至300kJ/kg的范围内的潜热。当允许更多的热量由给定的数量的相变材料吸收时，较高的潜热是期望的。
在图7中示出热缓冲器的作用，其示出了相变材料的温度“T”对到热缓冲器的热输入“H”的关系。最初，随着输入热量上升，同样相变材料的温度也在上升，温度的上升斜率由相变材料和缓冲器的其它部件的比热容确定。然而，当达到相变温度Tpc时，至热缓冲器的进一步的热量输入使相变材料逐渐地发生相变，但是温度没有任何另外的增加，直到所有的相变材料已经经历相变为止。因此，热缓冲器的温度保持实质上是恒定的。可以将热缓冲器看做成温度限制器，至少直到所有的相变材料已经经历相变为止。
返回至图4的图示，温度调节系统100被提供以将热量以热移除率Pr从热缓冲器110中移除。热移除率Pr小于可变热负荷Pv的峰值热产生率Pp但大于或等于可变热负荷Pv的长期平均值。温度调节系统100包括热传导构件102，该热传导构件设置有热传递流体104循环穿过的导管103。冷却器105将热传递流体104保持在所期望的目标温度Tt。在实施例中，热传导构件102是光刻设备的另一部件(例如参考框架)的一部分，且可以具有显著大的热容。
期望地，热缓冲器110与主动模块120紧密热接触，且通过确保紧密的实体接触和/或通过使用导热油脂来增强热接触。另外，可以提供绝缘材料121以围绕主动模块120和热缓冲器110，使得主动模块120和热缓冲器110形成热隔离系统。例如，绝缘材料121可以由聚甲醛(POM)制成。
图5示意性地描述了另一实施例。图5的实施例除下文所述的以外实质上与图4的实施例相同，为了简洁起见，相同部分的描述不再重复。
在图5的实施例中，不设置温度调节系统100，而是热缓冲器110放置成与具有大热质量的光刻设备的部件热接触，例如参考框架RF。布置在热缓冲器110和参考框架RF(或者光刻设备的其它部件)之间的接触使得将热以小于峰值热产生率但大于或等于可变热负荷Pv的长期平均值的热传导率Pc传导到热缓冲器110以外。参考框架RF(或光刻设备的其它部件)具有足够大的热容，使得其温度不以大于可接受的速率的速率改变，即限制了温度漂移。期望地，温度并不因为自热缓冲器110所接收的热量而偏离超过可接受的量。
图6示意性地示出了可用于实施例的热缓冲器110。热缓冲器110包括由具有高热传导性的材料(诸如铝或铜)制成的热传递构件111。热传递构件111被放置成与主动模块120接触，以便将热量传导离开主动模块。热缓冲器110还包括与热传递构件111热接触且延伸远离热传递构件111的多个翅片112。在翅片112之间的是相变材料113。相变材料113由侧壁114、热传递构件111和盖板115界限。在实施例中，侧壁114是热绝缘的，例如由POM制成。在实施例中，盖板115由热传导材料制成，诸如铝或铜，使得热可以被传导而远离相变材料，例如传导至温度调节系统100或参考框架RF(或者光刻设备的其它部件)。可将盖板115制成是部分绝缘的和部分传导的，以便控制远离热缓冲器100的热传递的速率。翅片112用于更快地将热量传导至相变材料的所有部分，即使相变材料自身具有相对低的热传导率。
在实施例中，温度传感器116和117被提供以分别监控输入侧和输出侧的温度。温度传感器116可以贴附到热传递构件111。温度传感器117可以被贴附到盖板115上。例如，温度传感器116和117可以是热电偶。温度传感器116和117提供足够的信息以监控热缓冲器110的功能，例如验证热缓冲器110包含足够的相变材料且所吸收的热量足以将温度上升到相变温度Tpc以上。
相变材料113可以在相变期间经历膨胀，例如从固体至液体，或反之亦然。可以使热缓冲器的部分(例如侧壁114)是柔性的，以便适应具有预测量的这样的膨胀。可替换地或另外地，可以在真空的条件下不填满热缓冲器110，使得在热缓冲器110内具有足够的空间以允许相变材料113膨胀。
图8是在一个实施例中的主动模块的更详细的示意图。在图8的情况下，主动模块120A是衬底保持器清洁模块。衬底保持器清洁模块120A包括支撑可伸展的臂(boom)1202的基本单元1201。通常，缩回可伸展的臂使得它不阻挡衬底台的移动。可以在双台光刻设备的测量台处(例如在衬底装载或卸载站处)设置衬底台清洁装置。在可伸展的臂1202的末端是经由传动链1204连接至清洁轮1205的马达单元1203。周期性地，衬底保持器清洁模块120A被用于清洁设置在衬底保持器WH上的一个或多个突节50。当伸展可伸展的臂和驱动清洁轮时，衬底保持器被移动，使得将被清洁的突节被定位在清洁轮的下方。在突节清洁操作期间，可预测量的废热由马达1203产生。热缓冲器110被设置成与马达1203紧密热接触，以便吸收在突节清洁操作期间产生的废热。
在实施例中，在第一模式下操作衬底保持器清洁模块，在该第一模式中每次清洁操作清洁小数量的突节，例如从一至五突节，且花费短的时间段，例如从20到100秒。可以执行预定次数的清洁操作，例如从每天5次到40次。在实施例中，可以在第二模式下操作衬底保持器清洁模块120A，在该第二模式中清洁整个衬底保持器。第二模式清洁操作可能花费的时间在5到10分钟之间，且可以相对不频繁地执行，例如以从大约每周一次到大约每天三次的频率。
在实施例中，设置在衬底保持器清洁模块120A中的热缓冲器110具有足以吸收在由衬底保持器清洁模块120A执行的最长的操作期间产生的所有废热HTOT的吸热能力。在实施例中，这是可以导致在大约200与大约300J之间的总散热的第二模式清洁操作。要求吸收该量的热量的相变材料的量依赖于相变材料的潜热。对合适的材料，诸如水合盐、石蜡或聚乙烯，所要求的体积可以少于大约5cm3，甚至允许实质大的误差限度。包括热缓冲器的其它部件，热缓冲器的总体积可以高达15cm3。尽管如此，该体积是足够小的，使得其能够容易地容纳在允许有衬底保持器清洁模块的空间中。
图9更加详细地示出了其中将热缓冲器110设置成紧密围绕马达1203的圆柱形护套形式的布置。在这样的布置中，热缓冲器110可以有具有相变材料113夹在热传递层111和外部绝缘盖层114之间的3层结构。端盖115提供用于由热调节系统和/或由光刻设备的另一部件的传导而从热缓冲器110提取热量的路线。通过将热缓冲器110形成为紧密围绕马达1203的护套，易于确保实质上在马达1203中产生的所有废热被引导至相变材料。该护套产生包含热缓冲器和马达的热隔离系统。护套的形状可以被修改成紧密地配合除图9中所示的简单圆柱体的其它形状的主动装置，且用于容纳电连接、传动轴输出和安装布置等。
图10示意性地示出成气压计形式的另一主动模块120B。气压计120B被设置在双台光刻设备的测量站处且用于校准光学水平传感器LS。光学水平传感器LS用于产生衬底的上表面的形貌图。气压计120B安装在被固定至参考框架RF(在图10中未示出)的隔室1211中。气压计120B包括通过致动器1214(例如以线性马达的形式)朝向衬底延伸的伸缩式圆筒或汽缸1213。将压力传感器1212用于对在伸缩式圆筒1213的末端与面向表面(例如衬底W或衬底台WT的上表面)之间的距离进行高准确的测量。
当致动器1214操作以伸展或缩回伸缩管1213时，产生小量的废热。在实施例中，所产生的废热的总量HTOT在从大约10J至大约50J的范围内。尽管这似乎是非常小量的能量，但是由于气压计120B和水平传感器LS进行的测量极其精确，因此不期望将这个量的废热释放至气压计120B和水平传感器LS的环境中。在围绕气压计120B的环境中气体的温度的甚至微小的变化就可以影响由此进行的气压测量。相似地，由是水平传感器LS的测量所克服的小的气体温度变化，可以导致影响水平传感器LS的测量的不期望的折射率变化。其它测量系统(诸如对准传器和测量另一传感器的位置的参考传感器)可以被设置在气压计附近，且可能被来自于致动器1214的热量释放干扰。
因此，本发明的实施例提供与致动器1214紧密热接触的热缓冲器110。鉴于由致动器1214所产生热量的量很小，设置在热缓冲器110中的相变材料的总量可以小于1cm3。
虽然在本文中对光刻设备在IC制造中的应用做出了具体参考，但是应当理解，这里所述的光刻设备可以具有其它应用，诸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。本领域技术人员将会认识到，在这样可替换的应用上下文中，此处任何使用的术语“晶片”或“管芯”可以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施加到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检查工具中。在可应用的情况下，可以将此处的公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以被处理一次以上，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。
此处所用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有等于或约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的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性式的、电磁式的和静电式的光学部件。
虽然上文已描述具体的实施例，但应当认识到，可以用与所描述的方式不同的其他方式来实施本发明的实施例。以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员将明白，在不背离下文所阐述的权利要求的范围的情况下，可以对所描述的本发明进行修改。

Claims (27)

1.一种光刻设备，包括：
投影系统，配置成将所期望的图像投影到衬底上；
主动模块，所述主动模块产生随时间变化的热负荷；
温度调节系统，配置成将所述光刻设备的部件保持在预定的目标温度；和
热缓冲器，所述热缓冲器包括与所述主动模块热接触的相变材料，所述相变材料具有使得通过所述随时间变化的热负荷使所述相变材料经历相变的相变温度；和
其中，在所述光刻设备的关键操作期间，所述相变材料相对于所述投影系统是静止的，且所述温度调节系统能够以低于所述主动模块的峰值热产生率的速率移除所述热缓冲器的热量。
2.根据权利要求1所述的光刻设备，其中，所述关键操作包括将所述所期望的图案投影到所述衬底上和测量所述衬底的属性。
3.根据权利要求2所述的光刻设备，其中，所述属性包括在所述衬底上的对准标记彼此间的相对位置、在衬底台上的基准点、所述衬底的表面轮廓和/或在所述衬底的表面与所述投影系统之间的距离。
4.根据权利要求1所述的光刻设备，其中，所述主动模块配置成执行预定操作；并且所述热缓冲器布置成在所述预定操作的期间通过所述主动模块捕获总的热输出量的至少75％。
5.根据权利要求4所述的光刻设备，其中，所述热缓冲器包括足够的相变材料以通过相变的潜热吸收在所述预定操作的期间所述主动模块捕获的总的热输出量的至少两倍。
6.根据权利要求1所述的光刻设备，其中：
所述温度调节系统能够以预定的热移除率将热量从所述主动模块移除；
所述随时间变化的热负荷包括过量热产生周期，在所述过量热产生周期中，热量以大于所述预定的热移除率的速率产生；并且
所述热缓冲器布置成在所述过量热产生周期的期间，捕获通过所述主动模块以超过所述预定的热移除率的速率产生的热量的至少75％。
7.根据权利要求6所述的光刻设备，其中，所述热缓冲器包括足够的相变材料以在过量热产生周期的期间通过相变的潜热吸收以超过所述预定的热移除率的速率通过所述主动模块产生的热量的至少两倍。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的光刻设备，其中，所述热缓冲器与所述主动模块紧密热接触使得增强它们之间的热接触。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的光刻设备，其中，所述主动模块包括致动器、电力电子器件、衬底台清洁器或气压计。
10.根据权利要求9所述的光刻设备，其中，所述热缓冲器设置成紧密地围绕所述致动器的圆柱形护套的形式。
11.根据权利要求9所述的光刻设备，其中，所述热缓冲器包括具有夹在热传递层与外部绝缘盖层之间的相变材料的3层结构。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的光刻设备，其中，所述主动模块和所述热缓冲器位于热隔离系统中，使得从所述热隔离系统的热流出率低于所述随时间变化的热负荷的峰值。
13.根据权利要求12所述的光刻设备，其中，所述热隔离系统被构造成使得由所述主动模块产生的热量从所述热隔离系统逃逸的优先路径横穿所述热缓冲器。
14.根据权利要求12所述的光刻设备，其中，所述热流出率小于所述主动模块的所述峰值热产生率的20％。
15.根据权利要求1-7中任一项所述的光刻设备，其中，所述相变是从固体至液体的转变。
16.根据权利要求15所述的光刻设备，其中，所述相变材料包括石蜡、脂肪酸或聚乙二醇。
17.根据权利要求1-7中任一项所述的光刻设备，其中，所述热缓冲器还包括与所述主动模块和所述相变材料热接触的热传递构件。
18.根据权利要求17所述的光刻设备，其中，所述热传递构件配置成提供由所述主动模块产生的热量的朝向所述相变材料的优先路径，以便防止由所述主动模块产生的热量散发到所述主动模块所在的环境中。
19.根据权利要求17所述的光刻设备，其中，所述热传递构件由具有高导热率的材料制成。
20.根据权利要求17所述的光刻设备，其中，所述热传递构件具有与所述相变材料接触的多个翅片。
21.根据权利要求20所述的光刻设备，其中，所述相变材料在所述翅片之间。
22.根据权利要求1-7中任一项所述的光刻设备，其中，所述主动模块安装在所述光刻设备的所述部件上。
23.根据权利要求22所述的光刻设备，其中，所述光刻设备的所述部件是所述光刻设备的框架。
24.根据权利要求21所述的光刻设备，还包括热绝缘体。
25.根据权利要求24所述的光刻设备，其中所述热绝缘体围绕所述主动模块和所述热缓冲器。
26.根据权利要求24所述的光刻设备，其中，所述热绝缘体包括聚甲醛(POM)。
27.一种使用具有投影系统和主动模块的光刻设备的器件制造方法，所述方法包括：
操作所述主动模块使得产生随时间变化的热负荷；
通过经历相变的相变材料吸收包括相变材料的热缓冲器中的随时间变化的热负荷；
以低于所述主动模块的峰值热产生率的速率移除热缓冲器的热量；和
使用所述投影系统将所期望的图像投影到衬底上；
其中，在投影期间所述相变材料相对于所述投影系统是静止的。
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