JP2018500590A - 熱調節方法 - Google Patents

Abstract

物理オブジェクトを熱的に調節する方法は、物理オブジェクト（ＰＨＯ）内に設けられた冷却ダクト（ＣＤＵ）を介して２相冷却媒体を誘導することであって、冷却ダクトは、２相冷却媒体が冷却ダクト内に入る物理オブジェクトの供給側（ＳＵＳ）から、２相冷却媒体が冷却ダクトから出る物理オブジェクトの排出側（ＤＩＳ）へと延在する、誘導すること、を含み、冷却ダクトは、予熱ダクト（ＰＤＵ）、相転移ダクト（ＴＲＡ）及び排出ダクト（ＤＤＵ）を備え、物理オブジェクト内に設けられた冷却ダクトを介して２相冷却媒体を誘導することは、液相の２相冷却媒体を、予熱ダクトを介して少なくとも部分的に物理ダクトの供給側から排出側に向けて誘導することであって、２相冷却媒体は予熱ダクト内で予熱される、誘導すること、２相冷却媒体を予熱ダクトから相移転ダクトに誘導することであって、相移転ダクトは物理オブジェクトの供給側から排出側へと延在し、２相冷却媒体は少なくとも部分的に相転移ダクト内の液相から気相に向けて転移する、誘導すること、２相冷却媒体を相転移ダクトから排出ダクトに誘導すること、及び、排出側で２相冷却媒体を排出ダクトから排出すること、を含む。【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１５年１２月２２日出願の欧州出願第１４１９９５５５．５号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、物理オブジェクトを熱的に調節する方法に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つ又は幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが付与される隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行或いは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナと、を含む。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。

物理オブジェクトを冷却する際、いわゆる２相冷却が使用される。それにより、冷却媒体が、液相などの第１相から気相などの第２相に転移する。冷却媒体は、液相から気相への転移中にエネルギーを吸収し、それによって場合によっては周囲から熱を引き出すことができるため、周囲に冷却効果を与える。一般に、２相冷却媒体の熱吸収能力は、その相に応じて異なる。液相中並びに気相中では中程度の量の熱が吸収されるが、２相状態、特に液体状態から気体状態への転移中には、より高い熱吸収が提供される可能性がある。その結果として、２相冷却システムは、一般にある気体対液体比のみを使用する。従って、２相冷却媒体は、物理オブジェクト内の冷却ダクトに入る前に沸騰状態になり、それによってある割合の液体はすでに気体に変化する。２相冷却媒体は、同じ理由で、２相冷却媒体が完全に気相に変化する前に再度排出され、完全又はほぼ完全に気相にある場合に発生することになる、関連付けられた熱吸収能力の低下が回避される。

物理オブジェクトの改良された冷却を提供することが望ましい。

本発明の実施形態に従い、物理オブジェクトを熱的に調節する方法であって、
物理オブジェクト内に提供された冷却ダクトを介して２相冷却媒体を誘導することであって、冷却ダクトは、２相冷却媒体が冷却ダクト内に入る物理オブジェクトの供給側から、２相冷却媒体が冷却ダクトから出る物理オブジェクトの排出側へと延在する、誘導すること、を含み、
冷却ダクトは、予熱ダクト、相転移ダクト及び排出ダクトを備え、物理オブジェクト内に設けられた冷却ダクトを介して２相冷却媒体を誘導することは、
液相の２相冷却媒体を、予熱ダクトを介して少なくとも部分的に物理ダクトの供給側から排出側に向けて誘導することであって、２相冷却媒体は予熱ダクト内で予熱される、誘導すること、
２相冷却媒体を予熱ダクトから相移転ダクトに誘導することであって、相移転ダクトは物理オブジェクトの供給側から排出側へと延在し、２相冷却媒体は少なくとも部分的に相転移ダクト内の液相から気相に向けて転移する、誘導すること、
２相冷却媒体を相転移ダクトから排出ダクトに誘導すること、及び、
排出側で２相冷却媒体を排出ダクトから排出すること、を含む方法が提供される。

次に、対応する参照記号が対応する部分を示す添付の概略図を参照しながら、本発明の実施形態を単なる例として説明する。

本発明の実施形態が提供可能な反射リソグラフィ装置を示す概略図である。 本発明の実施形態が提供可能な透過リソグラフィ装置を示す概略図である。 本発明の実施形態に従った冷却を示す概略図である。 本発明の実施形態に従った冷却ダクトを示す概略図である。 本発明の実施形態に従った冷却ダクトを示す概略図である。 本発明の実施形態に従った冷却ダクトを示す概略図である。 本発明の実施形態に従った冷却ダクトを示す概略図である。 熱吸収能力に対する気体対液体比を示すグラフ図である。

本明細書は、本発明の特徴を組み込んだ１つ以上の実施形態を開示する。開示される１つ又は複数の実施形態は本発明を例示するにすぎない。本発明の範囲は開示される１つ又は複数の実施形態に限定されない。本発明は、本明細書に添付される特許請求の範囲によって定義される。

記載された１つ以上の実施形態、及び本明細書で「一実施形態」、「ある実施形態」、「例示的実施形態」などに言及した場合、それは記載された１つ以上の実施形態が特定の特徴、構造、又は特性を含むことができるが、それぞれの実施形態が必ずしも特定の特徴、構造、又は特性を含まないことがあることを示す。更に、このようなフレーズは、必ずしも同じ実施形態に言及するものではない。更に、ある実施形態に関連して特定の特徴、構造、又は特性について記載している場合、明示的に記載されているか、記載されていないかにかかわらず、このような特徴、構造、又は特性を他の実施形態との関連で実行することが当業者の知識の範囲内にあることが理解される。

このような実施形態を詳述する前に、本発明の実施形態を実施することができる例示の環境を提示することが有用であろう。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、本発明の実施形態が実装可能なリソグラフィ装置１００及びリソグラフィ装置１００’の概略図である。リソグラフィ装置１００及びリソグラフィ装置１００’は、各々、放射ビームＢ（例えば、ＤＵＶ又はＥＵＶ放射）を調節するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えば、マスク、レチクル又は動的パターニングデバイス）ＭＡを支持するように構成され、パターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに接続された、支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、基板Ｗを正確に位置決めするように構成された第２のポジショナＰＷに接続された、基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、を含む。リソグラフィ装置１００及び１００’は、放射ビームＢに付与されたパターンをパターニングデバイスＭＡによって基板Ｗのターゲット部分（例えば、１つ以上のダイを備える）Ｃ上に投影するように構成された、投影システムＰＳも有する。リソグラフィ装置１００において、パターニングデバイスＭＡ及び投影システムＰＳは反射性である。リソグラフィ装置１００’において、パターニングデバイスＭＡ及び投影システムＰＳは透過性である。

照明システムＩＬは、放射Ｂを誘導し、整形し又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型又はその他のタイプの光学コンポーネント、或いは、それらの任意の組み合わせなどの様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。

支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの配向、リソグラフィ装置１００及び１００’の設計、及び、例えばパターニングデバイスＭＡが真空環境で保持されているか否か等の条件に応じた方法でパターニングデバイスＭＡを保持する。支持構造ＭＴは、機械式、真空式、静電式又はその他のクランプ技術を用いて、パターニングデバイスＭＡを保持することができる。支持構造ＭＴは、例えば、必要に応じて固定又は可動式にできるフレーム又はテーブルであってもよい。支持構造ＭＴは、パターニングデバイスが例えば投影システムＰＳに対して確実に所望の位置に来るようにしてもよい。

本明細書において使用する「パターニングデバイス」ＭＡという用語は、基板Ｗのターゲット部分Ｃにパターンを生成するように、放射ビームＢの断面にパターンを付与するために使用できるあらゆるデバイスを指すものとして広く解釈されるべきである。放射ビームＢに付与されたパターンは、集積回路などのターゲット部分Ｃに形成されるデバイス内の特定の機能層に対応していてもよい。

パターニングデバイスＭＡは（図１Ｂのリソグラフィ装置１００’のように）透過性であってもよく（図１Ａのリソグラフィ装置１００のように）反射性であってもよい。パターニングデバイスＭＡの例は、レチクル、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルを含む。マスクはリソグラフィ分野では周知であり、これには、バイナリマスク、レベンソン型（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）位相シフトマスク、ハーフトーン型（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）位相シフトマスクのようなマスクタイプ、更には様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小型ミラーのマトリクス配列を使用し、各小型ミラーを個別に傾斜させて入射する放射ビームを様々な方向に反射させることができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射される放射ビームにパターンを付与する。

本明細書において使用する「投影システム」ＰＳという用語は、用いられる露光放射線に、又は、液浸液の使用若しくは真空の使用などの他の要素に適切な屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はそれらのあらゆる組み合わせを含むあらゆるタイプの投影システムを含んでいてもよい。その他のガスは放射線又は電子を吸収し過ぎる可能性があるため、ＥＵＶ又は電子ビーム放射線には真空環境を使用することがある。従って、真空環境は、真空壁及び真空ポンプを用いてビーム経路全体に提供してもよい。

リソグラフィ装置１００及び／又はリソグラフィ装置１００’は、２つ（デュアルステージ）又はそれ以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスクテーブル）ＷＴを有するタイプでよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加の基板テーブルＷＴを並行して使用するか、１つ以上の他の基板テーブルＷＴを露光に使用している間に１つ以上のテーブルで予備工程を実行することができる。

リソグラフィ装置（特に図１Ｂを参照して説明したような透過型）は、投影システムと基板との間の空間を充填するように、基板の少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆うことができるタイプでもよい。液浸液は、例えばマスクと投影システムの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるために当技術分野で周知である。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板などの構造を液体に沈めなければならないという意味ではなく、露光中に投影システムと基板の間に液体が存在するというほどの意味である。

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源ＳＯとリソグラフィ装置１００、１００’とは、例えば放射源ＳＯがエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源ＳＯはリソグラフィ装置１００、１００’の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤ（図１Ｂ）の助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源ＳＯが水銀ランプの場合は、放射源ＳＯがリソグラフィ装置１００、１００’の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。

イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤ（図１Ｂ）を備えていてもよい。一般に、イルミネータの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒ及びσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネント（図１Ｂ）を備えていてもよい。イルミネータＩＬを用いて放射ビームＢを調節し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。

図１Ａを参照すると、放射ビームＢは、支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴ上に保持されたパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に入射し、パターニングデバイスＭＡによりパターンを与えられる。リソグラフィ装置１００において、放射ビームＢは、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡから反射される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射された後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームを合焦させる。第２のポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ２（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを（例えば様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように）正確に移動することができる。同様に、第１のポジショナＰＭ及び別の位置センサＩＦ１を使用して、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めすることができる。パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。

図１Ｂを参照すると、放射ビームＢは、支持構造（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターニングデバイス（例えば、マスクＭＡ）上に入射し、パターニングデバイスによりパターンを与えられる。マスクＭＡを横切ると、放射ビームＢは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームを合焦させる投影システムＰＳを通過する。投影システムは照明システム瞳ＩＰＵ及び共役な瞳ＰＰＵを有する。放射の一部は、照明システム瞳ＩＰＵで強度分布から発散し、マスクパターンでの回析による影響を受けずにマスクパターンを横切り、照明システム瞳ＩＰＵで強度分布の像を作成する。

第２のポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを（例えば様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように）正確に移動することができる。同様に、第１のポジショナＰＭ及び別の位置センサ（図１Ｂには図示せず）を使用して、マスクＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めすることができる（例えば、マスクライブラリから機械的に取り出した後、スキャン）。

一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１のポジショナＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）の助けにより実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２のポジショナＰＷの部分を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを用いて実現できる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか又は固定してもよい。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。（図示のような）基板アライメントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分の間の空間に位置してもよい（スクライブレーンアライメントマークとして周知である）。同様に、マスクＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。

マスクテーブルＭＴ及びパターニングデバイスＭＡは、真空チャンバ内にあり得、ここで真空内ロボットＩＶＲを使用してマスクなどのパターニングデバイスを真空チャンバの内外に移動させることができる。代替として、マスクテーブルＭＴ及びパターニングデバイスＭＡが真空チャンバの外側にある場合、真空内ロボットＩＶＲと同様に、真空外ロボットを様々な移送動作に使用可能である。固定運動量の伝達ステーションへの任意のペイロード（例えば、マスク）の平滑な伝達のために、真空内ロボット及び真空外ロボットの両方を較正する必要はない。

リソグラフィ装置１００及び１００’は、以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。
１．ステップモードでは、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームＢに与えたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一静的露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光することができるように、基板テーブルＷＴがＸ方向及び／又はＹ方向に移動させられる。
２．スキャンモードでは、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームＢに付与されるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。
３．別のモードでは、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴは、プログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴを移動又はスキャンさせながら、放射ビームＢに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス状放射源ＳＯを使用して、基板テーブルＷＴを移動させるごとに、又はスキャン中に連続する放射パルス間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用できる。

上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、若しくは、全く異なる使用モードも利用できる。

本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが、当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジーツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板処理ツールに適用することができる。更に基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、従って本明細書で使用する基板という用語は、すでに複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。

さらなる実施形態において、リソグラフィ装置１００は、ＥＵＶリソグラフィ用のＥＵＶ放射ビームを生成するように構成された極端紫外（ＥＵＶ）源を含む。一般に、ＥＵＶ源は放射システム（下記を参照）内に構成され、対応する照明システムは、ＥＵＶ源のＥＵＶ放射ビームを調節するように構成される。

本明細書に記載の実施形態では、用語「レンズ」及び「レンズ要素」は、屈折率、反射性、磁気、電磁気及び静電光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか１つ又は組み合わせを指すことができる。

更に、本明細書で使用される「放射」及び「ビーム」という用語は、可視放射（例えば、４００から７８０ｎｍの範囲内の波長λを有する）、紫外（ＵＶ）放射（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長λを有する）、極端紫外（ＥＵＶ又は軟Ｘ線）放射（例えば、５〜２０ｎｍの範囲内、例えば１３．５ｎｍなどの、波長を有する）、又は、５ｎｍ未満で働く硬Ｘ線、並びにイオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームを含む、すべてのタイプの電磁放射を包含する。一般に、約７８０〜３０００ｎｍ（又はそれ以上）の間の波長を有する放射は、ＩＲ放射と見なされる。ＵＶは、およそ１００〜４００ｎｍの波長を備える放射を言い表す。リソグラフィ内では、「ＵＶ」という用語は、水銀放電ランプによって生成可能な波長、Ｇライン４３６ｎｍ、Ｈライン４０５ｎｍ、及び／又はＩライン３６５ｎｍにも適用される。真空ＵＶ、又はＶＵＶ（すなわち、空気によって吸収されるＵＶ）は、およそ１００〜２００ｎｍの波長を有する放射を言い表す。深ＵＶ（ＤＵＶ）は一般に、１２６ｎｍから４２８ｎｍの範囲の波長を有する放射を言い表し、ある実施形態では、エキシマレーザはリソグラフィ装置内で使用されるＤＵＶ放射を生成することができる。例えば５〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する放射は、少なくとも一部が５〜２０ｎｍの範囲内にある、ある波長帯を伴う放射に関することを理解されたい。

上記で説明するように、従来の２相冷却システムにおいて、熱吸収が高く、一般に気体対液体比０．２から気体対液体比０．６までである、転移の一部から利益を得るように、液相から気相への２相冷却媒体の転移の一部のみが使用される。０．２よりも低い比の場合、２相冷却媒体は主に液相にあり、沸騰及び相転移の効果はそれほど重要な役割を果たさないため、熱吸収は大幅に低いように思われる。他方で、０．６よりも高い比の場合、２相冷却媒体は主に気相にある。加えて、冷却ダクトの壁を濡らすために利用される液体の量は、気体対液体比が増加するにつれて減少し、結果としていわゆる乾燥が生じる可能性がある。熱は液体から気体への転移よりも気体温度の上昇によって大幅に吸収されるため、結果として熱吸収は低下する。気体対液体比の関数としての熱吸収のこうした挙動の例は、図７に示されている。気体対液体比が低い場合、熱吸収はＨＡ１の値を表し、２相冷却媒体は主に液相にある。次いで、気相への転移時に、熱吸収はＨＡ２の値に向かって増加する。気体対液体比が気相に向かって更に増加する場合、熱吸収は値ＨＡ３に向かって再度減少する。

下記で、図２を参照しながら本発明の原理を説明する。

図２は、本発明の実施形態に従った冷却システムの更に概略的な図を示す。冷却システムは、物理オブジェクトを介して延在する冷却ダクトＣＤＵを備える。２相冷却媒体ＴＰＭは、物理オブジェクトの供給側ＳＵＳで冷却ダクトに入り、冷却ダクトを介して流れ、物理オブジェクトの排出側ＤＩＳで排出する。２相冷却媒体は、供給側で、液体の形で冷却ダクトに入る。入口での２相冷却媒体の温度は、２相冷却媒体が冷却ダクトに入る圧力で、沸騰温度よりも低い可能性がある。冷却ダクトの第１の部分、すなわち予熱ダクトＰＤＵにおいて、２相冷却媒体は熱を吸収し、それによってその沸騰温度に向かって加熱され、沸騰プロセスの開始に起因して気体／液体比が変化し始める。例として、ＣＯ_２を２相冷却媒体として使用する場合、気体対液体比は０から０．２周辺まで増加することになる。説明するように、液体から気体への転移に起因して、冷却媒体の熱吸収が増加することになる。ＣＯ_２の例では、気体対液体比が０．２周辺の時点で、液体から気体への転移によって増加した熱吸収の効果が大きな役割を果たし始め、結果として熱吸収能力が向上する。好ましくは、熱吸収が増加傾向にある気体対液体比（すなわち、ＣＯ_２の場合は０．２周辺）で、又はその周辺で、冷却媒体は冷却ダクトの第２の部分、すなわち、転移ダクトＴＲＡ内に誘導される。冷却ダクトの第２の部分では、２相冷却媒体は大部分が液相から気相に転移し、それによって比較的大量の熱を吸収する。気体対液体比が増加する場合、或る比の時点で、液体から気体への転移の効果が失われ始める。これは、蒸発に利用可能な液体の量が減少し始めるためである。例えば、冷却ダクトの壁上の蒸発に利用可能な液体の量が減少し始める。初期には液体冷却媒体によって濡れている可能性がある冷却ダクトの壁は、乾燥し始める可能性がある。その後、液体は、転移ダクトから冷却ダクトの排出ダクトＤＤＵ内に排出される。図２に示されたような概略図では、予熱ダクト、転移ダクト、及び排出ダクト間の接続は、概略的に矢印で示されている。様々な可能な実施形態について、以下で説明する。

図２に戻ると、転移ダクトは、物理オブジェクトの供給側ＳＵＳから排出側ＤＩＳへと延在する。結果として、高熱吸収能力の効果は供給側から排出側へと発生し、物理オブジェクト全体にわたってこの熱吸収の分散を発生させる。予熱ダクトは、物理オブジェクトの供給側から排出側に向かう方向に延在する。好ましくは、予熱ダクトは、物理オブジェクト全体にわたって相対的に均一な熱吸収を提供するように、物理オブジェクトの供給側から排出側へと延在し、それによって、供給側から排出側へ見た場合、予熱ダクト内の低い熱吸収及び転移ダクト内の高い熱吸収の両方が物理オブジェクト全体の熱吸収に寄与している。

物理オブジェクトの例は、リソグラフィ装置内の基板テーブルとすることができる。従って、前述のようなセットアップを使用して、リソグラフィ装置の基板テーブルの温度を調節することができる。２相冷却媒体は、例えば加圧二酸化炭素（ＣＯ_２）とすることができる。こうした状況において、基板テーブルの冷却は、以下の利点のうちの１つ以上を提供することができる。
２相冷却媒体、例えばＣＯ_２の流れが減少し得、結果として位置決めアクチュエータに作用する妨害力を誘発させる流れを小さくすることができる。加えて、ＣＯ_２の流れが低下することで、より小さいＣＯ_２パイプを使用することが可能であり、これによって基板テーブルにかかる力を削減することができる。
２相冷却媒体の予熱を省略することが可能であり、結果として関連付けられた予熱及び予熱制御が省略できるため、信頼性が高くなる。
同様の冷却能力を達成するために必要な冷却ダクトを減らすことが可能であり、潜在的に結果として保守を減らすことができる。

２相冷却媒体は、およそ圧力６０バールの室温で液化する二酸化炭素ＣＯ_２などの、任意の２相冷却媒体とすることができる。以下の流体などのＣＯ_２以外の媒体を相変化冷却のために使用することが可能であり、各々に摂氏２２度の飽和温度に必要な圧力が与えられている：アンモニア−９バール、Ｈ２Ｓ−１９バール、Ｒ３２−１５バール、プロパン−９バール、Ｒ２２−９．６バール、２ブテン−２．１バール、Ｒ４１−３５バール、Ｎ_２Ｏ−５３バール、エタン−３９バール、プロピレン−１１バール、ＤＭＥ−５．４バール、Ｒ１３４ａ−６バール。ＣＯ_２及び前述の流体の利点は、圧力が比較的高いことであり、結果として、圧力の低い流体に比べて冷却システム内での圧力降下が比較的低くなる。冷却システム内での比較的低い圧力降下と、圧力降下に対するより低い温度感受性との組み合わせの効果は、結果として冷却システム内部の流体の温度変動を低減させる。その点から見て、ＣＯ_２の使用は最高圧力を必要とするため、有利である。ＣＯ_２の追加の利点は、ＣＯ_２の熱伝導率が熱流速に対して線形に評価されることであり、これは、温度が安定状態を保ち、熱負荷とは無関係であることを意味する。いくつかの関連情報については、参照により本明細書に組み込まれたＵＳ２０１２／０２６７５５０号を参照されたい。供給側及び排出側は、物理オブジェクトの反対側に提供することができる。例えば、物理オブジェクトが基板テーブルである場合、供給側及び排出側は基板テーブルの反対側にあるものとすることができる。他の例も提供可能である。例えば、矩形又は四角形のフットプリントを有する物理オブジェクトのケースでは、供給側及び排出側は隣接する側に、すなわち、互いに９０度の角度で下側に存在し得る。

例では単一の予熱ダクト、転移ダクト及び排出ダクトを説明及び示しているが、本発明に従った冷却システムは、こうした予熱ダクト、転移ダクト、及び排出ダクトの複数のアセンブリを並列に備えることもできることに留意されたい。

冷却ダクトの実施形態が図３に示されている。この実施形態において、予熱ダクトＰＤＵ、転移ダクトＴＲＡ及び排出ダクトＤＤＵは蛇行を形成する。予熱ダクトは、物理オブジェクトの供給側から排出側へと延在する。排出側の曲部が予熱ダクトを転移ダクトに接続する。従って、予熱ダクトは、物理オブジェクトＰＨＯの排出側ＳＵＳで転移ダクト内に排出する。転移ダクトは、物理オブジェクトの排出側から物理オブジェクトの供給側へと延在する。供給側の曲部が転移ダクトを排出ダクトに接続する。従って転移ダクトは、物理オブジェクトの供給側で排出ダクト内に排出する。予熱ダクト、転移ダクト、及び排出ダクトが物理オブジェクトの供給側から排出側へと延在するため、物理オブジェクトの異なる部分が、予熱ダクト、転移ダクト及び排出ダクトの各々によって冷却されることになる。従って、予熱ダクト、転移ダクト及び排出ダクトの冷却効果は互いに異なり得るという事実にも関わらず、相対的に均一な冷却が達成可能である。均一な冷却効果は、予熱ダクト及び転移ダクト内の２相冷却媒体が逆流であること、並びに、転移ダクト及び排出ダクト内の２相冷却媒体が逆流であることによっても、強化することができる。物理オブジェクトの様々な位置で同様のジオメトリを達成するために、予熱ダクト、転移ダクト及び排出ダクトは互いに平行に延在することができる。

別の実施形態が図４に示されている。この実施形態において、予熱ダクトＰＤＵは供給側ＳＵＳから排出側ＤＩＳへと延在する。予熱ダクトには、その長さに沿って、転移ダクトＴＲＡ内に排出する開口が提供される。転移ダクトは、同様に、物理オブジェクトの供給側から排出側へと延在する。実施形態において、転移ダクトは予熱ダクトの周囲に同軸上に形成される。別の実施形態において、転移ダクトは、予熱ダクトと物理オブジェクトの冷却される表面との間に配置される。物理オブジェクトの冷却される表面の例は、基板テーブルの表面とすることができ、物理オブジェクトのケースでは、リソグラフィ装置基板テーブルである。予熱ダクト内の開口は、転移ダクトの外側壁に対して流れる、液体の形で２相冷却媒体の流れを提供するように構成可能である。液体の２相冷却媒体は、例えば、開口を介して予熱ダクトから転移ダクト内へと注入可能であり、それによって転移ダクトの外側壁上に噴霧される。転移ダクトの外側壁では、液体の形の２相冷却媒体が沸騰及び蒸発し始め、それによって大量の熱を吸収する。予熱ダクト内の開口は転移ダクトの長さに沿って提供されるため、転移ダクトの外側壁上への２相冷却媒体のほぼ液体の形での供給が提供され得、従って、転移ダクトの長さに沿った２相冷却媒体の蒸発（及び結果として生じる熱吸収）を可能にする。

図４に示されるような実施形態において、排出ダクトＤＤＵは、物理オブジェクトの排出側に向き合う転移ダクトの端部に提供される。代替として、排出ダクトを物理オブジェクトの供給側の転移ダクトに接続することが可能であり、これによって排出ダクトは、例えば、物理オブジェクトの排出側で物理オブジェクトから２相冷却媒体を排出するために、転移ダクトに平行に延在する。結果として、排出ダクトを介して物理オブジェクトの供給側から排出側へと流れるときに、２相冷却媒体が何らかの熱を更に吸収できるという点で、いくつかの追加の冷却効果を提供することができる。

図５は、予熱ダクトＰＤＵが供給側ＳＵＳから排出側ＤＩＳへと延在する実施形態を示す。予熱ダクトには、その長さに沿って、転移ダクトＴＲＡ内に排出する開口が提供される。転移ダクトは同様に、物理オブジェクトの供給側から排出側へと延在する。実施形態において、転移ダクトは、予熱ダクトと物理オブジェクトの冷却される表面との間に配置される。物理オブジェクトの冷却される表面の例は、物理オブジェクトのケースではリソグラフィ装置の基板テーブルである、基板テーブルの表面とすることが可能である。予熱ダクト内の開口は、転移ダクトの外側壁に対して流れる、液体の形の２相冷却媒体の流れを提供するように構成可能である。液体の２相冷却媒体は、例えば、開口を介して予熱ダクトから転移ダクト内へと注入可能であり、それによって、転移ダクトの外側壁上に噴霧される。転移ダクトの外側壁では、液体の形の２相冷却媒体が沸騰及び蒸発し始め、それによって大量の熱を吸収する。予熱ダクト内の開口は転移ダクトの長さに沿って提供されるため、転移ダクトの外側壁上への２相冷却媒体のほぼ液体の形での供給が提供され得、従って、転移ダクトの長さに沿った２相冷却媒体の蒸発（及び結果として生じる熱吸収）を可能にする。排出ダクトは同様に、物理オブジェクトの供給側から物理オブジェクトの排出側へと延在する。複数の開口が転移ダクト内に提供可能であり、開口は転移ダクトの長さに沿って延在し、排出ダクト内に排出する。結果として、かなりの量の２相冷却媒体が転移ダクト内で蒸発すると、冷却媒体の高スループットに従って排出ダクト内に即時に排出されるため、高い冷却力が生じる。図に示された実施形態において、排出ダクト内に排出する開口は、吸入ダクトから転移ダクトへの開口間に配置される。示された実施形態において、排出ダクトは予熱ダクトと転移ダクトとの間に配置される。冷却ダクトの第２の部分では、２相冷却媒体は大部分が液相から気相へと転移し、それによって比較的大量の熱を吸収する。

図６は、予熱ダクトと転移ダクトとの間に制限ＲＥＳが提供された実施形態を示す。制限は直径の狭窄を提供し、結果として、制限の上流の２相冷却媒体の圧力に比べて制限の下流に２相冷却媒体の圧力降下を生じさせる。圧力降下の結果として、２相冷却媒体は液体状態から蒸発が始まる状態へと（同じ温度で）転移することになる。それによって制限は、蒸発の開始位置の画定及び関連付けられた熱吸収を正確に実行することができる。

Claims (11)

1. 物理オブジェクトを熱的に調節する方法であって、
   前記物理オブジェクト内に設けられた冷却ダクトを介して２相冷却媒体を誘導することであって、前記冷却ダクトは、前記２相冷却媒体が前記冷却ダクト内に入る前記物理オブジェクトの供給側から、前記２相冷却媒体が前記冷却ダクトから出る前記物理オブジェクトの排出側へと延在する、誘導することを含み、
   前記冷却ダクトは、予熱ダクト、相転移ダクト及び排出ダクトを備え、
   前記物理オブジェクト内に設けられた前記冷却ダクトを介して前記２相冷却媒体を誘導することは、
   液相の前記２相冷却媒体を、前記予熱ダクトを介して前記物理オブジェクトの前記供給側から少なくとも部分的に前記排出側に向けて誘導することであって、前記２相冷却媒体は前記予熱ダクト内で予熱される、誘導すること、
   前記２相冷却媒体を前記予熱ダクトから前記相移転ダクトに誘導することであって、前記相移転ダクトは前記物理オブジェクトの前記供給側から前記排出側へと延在し、前記２相冷却媒体は少なくとも部分的に前記相転移ダクト内の前記液相から気相に向けて転移する、誘導すること、
   前記２相冷却媒体を前記相転移ダクトから前記排出ダクトに誘導すること、及び、
   前記排出側で前記２相冷却媒体を前記排出ダクトから排出すること、を含む方法。
2. 前記２相冷却媒体は、ほぼ液相からほぼ気相への転移中に気体対液体比の転移範囲内で熱吸収の増加を示し、前記熱吸収の増加は、それぞれ液相及び気相での前記２相冷却媒体の前記熱吸収に関するものであり、前記予熱ダクト内の前記２相冷却媒体の気体対液体比は前記転移範囲よりも下であり、前記転移ダクト内の前記２相冷却媒体の前記気体対液体比は前記転移範囲内であり、前記排出ダクト内の前記２相冷却媒体の前記気体対液体比は前記転移範囲よりも上である、請求項１に記載の方法。
3. 前記予熱ダクト内の前記２相冷却媒体の前記気体対液体比は０〜０．２の範囲内であり、前記相転移ダクト内の前記２相冷却媒体の前記気体対液体比は０．２〜０．６の範囲内であり、前記排出ダクト内の前記２相冷却媒体の前記気体対液体比は０．６〜１の範囲内である、請求項２に記載の方法。
4. 前記転移ダクトが前記物理オブジェクトの材料を介して前記予熱ダクトと熱的に作用すること、前記排出ダクトが前記物理オブジェクトの前記材料を介して前記転移ダクトと熱的に作用することを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記転移ダクト内の前記２相冷却媒体は前記予熱ダクトに関して逆流で流れる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記予熱ダクト、転移ダクト及び排出ダクトは曲部を形成し、前記転移ダクトは、前記予熱ダクトと平行に反対の流れ方向に延在し、前記排出ダクトは、前記転移ダクトと平行に反対の流れ方向に延在する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記予熱ダクトにはその長さに沿って開口が提供され、前記開口は前記相転移ダクト内に排出する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記排出ダクトは、前記相転移ダクトの端部に、前記物理オブジェクトの前記排出側に向き合って提供される、請求項７に記載の方法。
9. 前記排出ダクトは、吸入ダクトから相転移ダクトへの前記開口間の排出ガイドとして形成される、請求項７に記載の方法。
10. 前記排出ダクトは、前記予熱ダクトと前記相転移ダクトとの間に配置される、請求項９に記載の方法。
11. 前記予熱ダクトと前記相転移ダクトとの間に制限が提供され、前記制限は前記２相冷却媒体の圧力降下を提供する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。

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