光刻设备和器件制造方法

专利名称：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以及一种制造器件的方法。
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。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。本发明的一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IOnm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 浸没系统布置的一种形式。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。另一种提出的布置是液体供给系统，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 W099/49504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。另一种布置是全浸湿布置，其中浸没液体是不受限制的，正如在PCT专利申请公 开出版物WO 2005/064405中公开的。在这种系统中，浸没液体是非限制的。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。该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。在浸没式光刻设备中衬底曝光之后，衬底台移动离开其曝光位置到可以移除和更 换不同衬底的位置。这是熟知的衬底交换。在两个台的光刻设备中，台的交换可以例如在 投影系统下面发生。在浸没设备中，浸没流体由流体处理系统或设备来处理。流体处理系统可以供给 浸没流体，因而是流体供给系统。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。流体处理系统可以提供阻挡件给流体，因而是阻挡构件。这种阻挡构件可以是流 体限制结构。流体处理系统可以产生或使用流体(例如气体)流，例如以便在控制浸没流 体的流量和/或浸没流体的位置方面帮助处理液体。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。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。流体处理系统可以位于 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。

发明内容
在浸没式光刻设备中，相对于一流体精确地控制另一流体的温度是必要的。例如， 相对于用于热调节投影系统的液体的温度来控制提供到投影系统的最终元件和衬底之间 的空间的浸没流体的温度是必要的，反之亦然。由此，必须对比第一流体和第二流体的温 度。如果温度传感器用于这个用途，必须相对于彼此校准这些温度传感器，通常使其精确度 小于ImK。 期望地，例如提供一种流体温度控制单元，用以基于第二流体的温度调节第一流 体的温度，和/或提供一种温度传感器校准单元，其可以校准第一温度传感器，所述第一温 度传感器配置成相对于第二温度传感器测量在第一流体路径内的第一流体的温度。
根据本发明的一方面，提供一种流体温度控制单元，包括加热器，配置用以加热 在第一流体路径内的第一流体；第一温度传感器，配置用以测量在所述第一流体路径内的 所述第一流体的温度；第二温度传感器，配置用以测量在第二流体路径内的第二流体的温 度；和控制器，配置成基于由所述第一传感器感测的温度和由所述第二传感器感测的温度 控制所述加热器。
根据本发明的一方面，提供一种温度传感器校准单元，包括第一温度传感器，配 置用以测量在第一流体路径中的第一流体的温度；位于管道部内的第二温度传感器；阀， 配置用以选择性地切换第一流体从所述第一流体路径到所述管道部的流动或第二流体从 第二流体路径到所述管道部的流动；和计算单元，配置成当阀已经将第一流体从所述第一 流体路径切换到所述管道部时，相对于所述第二温度传感器计算所述第一温度传感器中的 校准温度误差，或反之亦然。
根据本发明的一方面，提供一种流体温度测量单元，包括第一温度传感器，配置 成测量在第一流体路径中的第一流体的温度；第二温度传感器，配置成测量在所述第一流 体路径的旁通回路中的所述第一流体的温度；和热交换器，位于所述第二温度传感器上游 的所述旁通回路中，用以在所述旁通回路中的第一流体和第二流体之间交换热。根据本发明的一方面，提供一种控制在第一流体路径的流体出口处的流体的温度 的方法，所述方法包括测量在所述第一流体路径中的加热器的下游的第一流体路径内的 第一流体的温度；测量在第二流体路径内的第二流体的温度；和基于所述第一流体和所述 第二流体的温度控制所述加热器，使得所述加热器加热所述第一流体以使其温度更接近所 述第二流体的温度。根据本发明的一方面，提供一种传感器校准的方法，所述方法包括使用第一温度 传感器测量在第一流体路径内的第一流体的温度；使用第二温度传感器测量在管道部内的 流体的温度；将第一流体的流动从所述第一流体路径切换到所述管道部；和基于来自所述 第一和第二温度传感器的信号，相对于所述第一温度传感器计算在所述第二温度传感器中 的校准温度误差，反之亦然。根据本发明的一方面，提供一种测量在第二流体中的温度的方法，所述方法包括 在第一流体路径的旁通回路中设置温度传感器；和在所述温度传感器的上游的所述旁通回 路中设置热交换器，用于在所述旁通回路内的第一流体和所述第二流体之间交换热。


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示意地示出根据一实施例的流体温度控制单元；图7示意地示出根据另一实施例的流体温度控制单元；图8示出图7中的流体温度控制单元的两个温度传感器的示例温度图；和图9是图8中的图的局部。
具体实施例方式图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)。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 —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ο-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 具有所需的均勻性和强度分布。所述辐射束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)
8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。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，其中将液体仅提供到衬底的局部区域。由液体 填满的空间在平面中小于衬底的顶部表面，充满液体的区域相对于投影系统PS保持静止， 同时衬底W在所述区域下面移动。图2-5中示出了可以用于这种系统中的不同类型的供给 装置。密封特征用于将液体密封到局部区域。在PCT专利申请出版物第WO 99/49504号中 公开了用于这种用途的布置。在全浸湿布置中，液体是非限制的。衬底的整个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。液体可以是膜，例如衬底上的液体膜， 例如液体薄膜。浸没液体可以被应用到投影系统和面对投影系统的面对表面(这种面对表 面可以是衬底和/或衬底台的表面)的区域或其内。图2-5中的液体供给装置的任一个可 以用于这种系统。然而，密封特征不存在、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。正如图2和3所示，液体通过至少一个入口，优选沿着衬底相对于最终元件移动的 方向，供给到衬底上。在已经通过投影系统PS下面之后液体通过至少一个出口去除。也就 是说，当衬底在元件下面沿-X方向扫描时，在元件的+X侧供给液体并且在-X侧去除液体。 图2示意地示出了这种布置，其中经由入口供给液体而在元件的另一侧通过连接到低压源 的出口去除。在图2示出的示例中，沿衬底W相对于最终元件的移动方向供给液体，但是这 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 实施例，其中在最终元件的周围在每侧上以规则的图案设置了四组入口和出口。要说明的 是，液体流动的方向在图2和3中用箭头示出。在图4中示出了另一个采用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，由设置在入口沿径向向外的位置上的多个离散的 出口去除。所述入口可以设置在板上，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，由位于投影系统PS的另一侧上的多个离 散的出口去除，这引起投影系统PS和衬底W之间的液体薄膜的流动。选择使用哪组入口和 出口组合可能依赖于衬底W的移动方向(另外的入口和出口组合是不被激活的)。要说明 的是，流体的流动方向和衬底W的方向在图4中用箭头示出。已经提出的另一种布置是提供液体供给系统，其具有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的液体限制结构。这种布置如图5所示。图5示意地示出具有液体限制结构12的局部液体供给系统或流体处理结构，液体 限制结构沿投影系统PS的最终元件和面对表面(例如衬底台WT或衬底W)之间的空间11 的边界的至少一部分延伸。(请注意，在下文中如果没有明确指出，提到的衬底W的表面也 附加地或替换地指的是衬底台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)，所述液体限制结构12相对于投影系统在XY平面内基本上是静止的。在一个实施例中，在液体限制结构12和衬底W的表面之间形成密封并且可以是非接触密封，例如 气体密封(这种具有气体密封的系统在美国专利申请出版物第US2004-0207824中公开) 或流体密封。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，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。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。液体通过在使用时液体限制结构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提供到液体 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16。气体 作用在液体限制结构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，其全文通过 参考并入。在另一实施例中，液体限制结构12没有气体密封。可以应用本发明实施例的液体限制结构的其他类型包括所谓的气体拖曳液体限 制结构，例如在2009年5月25日递交的美国专利申请第US61/181158号中描述的，这里通 过参考并入。美国专利申请第US2008/0212046号提供更多细节并且其内容也通过参考全 文并入。图5中的示例是所谓的局部区域布置，其中液体每一次仅被提供到衬底W的顶部 表面的局部区域。其他布置是可以的。例如，可以使用在液体限制结构12的下表面40上 采用单相抽取器的布置。包括具有多孔构件的单相抽取器的抽取器组件在美国专利申请出 版物第US2006/0038968号中公开的，这里通过参考并入。其中与凹陷和气刀结合使用这样 的抽取器组件的布置在美国专利申请出版物第US 2006/0158627号中公开，这里通过参考 并入。本发明的实施例可以应用到用于全浸湿浸没设备中的流体处理结构。在全浸湿实 施例中，例如通过允许液体泄漏出将液体限制到投影系统的最终元件和衬底之间的限制结 构，允许流体覆盖衬底的整个顶部表面和衬底台的全部或部分。用于全浸湿实施例中的流 体处理结构的一个示例可以在2008年9月2日递交的美国专利申请第US61/136380号中 找到。在上面所有的液体限制结构中，液体被提供到投影系统PS和衬底W和/或衬底台 WT之间的空间11。在图5的示例中，通过出口 13提供。浸没液体(例如超纯水)的折射率对温度高度敏感。因此，期望精确地控制提供 到空间11的流体(例如液体)的温度(这里称为第一流体)。
在一个实施例中，第一流体的温度布置成与提供给投影系统PS的热调节液体(下 文称为第二流体)的温度基本上相同。这可以是有利的，因为在空间11内的流体和投影系 统PS之间可能没有热传递。图6和7示意地示出用以实现第一和第二流体的温度匹配的流体温度控制单元的 两个实施例。图6和7的两个实施例依赖于比较来自两个温度传感器的信号。为了系统工 作，应该将两个温度信号相对于彼此校准到小于ImK之内。于2008年8月22日递交的美 国专利申请第US61/136，273号公开了一种补偿控制单元和使用点之间的热扰动的流体的 温度的控制方法。US 61/163，273公开了一种校准放置在相同的流体路径中的两个传感器 的方法。不论在哪在最后的控制步骤和使用点之间存在大的距离都可以应用该方法。本发 明的一个实施例用于参考不同的流体对流体的温度进行最后的调节。本方法可以与在US 61/136，273中公开的方法结合使用。校准两个传感器的一种方法是从设备去除它们并且将它们放入到相同的环境中。 然而，这导致设备停工，由此损失产量，因而不是期望的。图6和7中的实施例允许在不将 温度传感器从设备中移除并因此不损失设备的正常运行时间的情况下而进行校准。在一些 环境中，甚至可以在设备的运行期间相对于彼此校准两个温度传感器。图6示意地示出根据一个实施例的流体温度控制单元。流体温度控制单元包括第 一流体路径110，其用于第一流体流过其中。第一流体路径可以从流体源111开始。第一流 体可以被提供至第一流体路径110的出口 112。从出口 112，第一流体可以被提供至浸没设 备的部件。浸没设备的部件可以是液体限制结构12。然后第一流体可以被提供到例如空间 11中。第一温度传感器120设置在第一流体路径110中，用以测量第一流体的温度。第 一温度传感器120设置在第一流体路径110邻近出口 112的下游端。设置第二温度传感器130用以测量第二流体的温度。第二流体在第二流体路径 140内流动。第二流体路径从入口 141到出口 142，并且包括单向阀145。第二温度传感器130位于第一流体路径110的第一旁通回路160。也就是说，在 第一流体路径110中的第一流体的流体流的一部分被驱使进入第一旁通回路160以旁通第 一流体路径110的一部分。限流器165设置在第一旁通回路160中，以限制流过旁通回路 160的第一流体的量。热交换器170设置在第一旁通回路160中。热交换器170在第二温 度传感器130的上游。第二流体路径140引导第二流体到热交换器170。在热交换器170中，流过其中的 第一流体和第二流体的流量的相对量使得第一流体的温度改变成第二流体的温度。为了获 得第一流体的温度到第二流体的温度的改变，第二流体的流量应该至少是第一流体流量的 三倍，期望至少是第一流体流量的六倍。因此，通过测量流出热交换器170的第一流体的温 度，第二温度传感器130有效地测量了第二流体的温度。设置控制器150以控制流体温度控制单元的阀以及控制流体温度控制单元的用 以调节第一流体的温度的部件。控制器150接收来自第一和第二温度传感器120、130的 信号，对比温度的差异并调节流体温度控制单元的参数，使得由第一温度传感器测量的第 一流体的温度基本上等于(例如在5mK、2mK或ImK或小于ImK之内)由第二温度传感器 130 (虽然是间接地)测量的第二流体的温度。
为了调节第一流体的温度，在第一流体路径110的上游端设置粗温度控制器90。 流量控制器95设置在粗温度控制器的下游。最后，加热器100设置在第一旁通回路160的 下游和第一温度传感器120的上游。在控制器150的控制下，粗温度控制器90被调节成使得第一流体的温度稍微低于 由第二温度传感器130测量的第二流体的温度。粗温度控制器90需要提供稳定的流体温 度，用于使校准有效。温度稳定性应该优选低于lmk/30s。随后，加热器100的功率输出被 调节成将第一流体加热到由第二温度传感器130测量的第二流体的温度。加热器100是基 于由第一和第二温度传感器120、130测量的温度的差进行控制的。这可以看成为前馈控 制。上述的流体温度控制方法依赖于第一和第二温度传感器120、130获得对于流体 的给定温度的基本上相同的读数或相对于彼此被校准(例如通过计算第二温度传感器相 对于第一温度传感器的校准温度误差，反之亦然)。温度传感器120、130的绝对精确度并不重要。图6中的流体温度控制单元适于允许可以是或可以不是控制器150的一部分的计 算单元150c计算第二温度传感器130相对于第一温度传感器120的校准温度误差，反之亦 然。这可以通过在校准时间在控制器150的控制下防止第二流体流过热交换器170来实 现。这可以通过在第二流体路径140中设置旁通热交换器170和单向阀145(在热交换器 170的下游或上游)的第二旁通回路190来实现。阀180可以切换来自入口 141的第二流体流动通过热交换器170或通过第二旁通 回路190。单相阀145防止第二流体从第二旁通回路190的末端流到热交换器170。因此， 第二流体从第二旁通回路190流向出口 142。第二旁通回路190设置有限流器195。限流器195设计成使得第二旁通回路190 的流阻基本上等于通过热交换器170和单向阀145的路径的流阻。在这种方式中，阀180 是引导流动通过热交换器170还通过第二旁通回路190将对第二流体温度或其压降影响不 大，使得投影系统冷却系统的操作不受影响。当控制器150已经阻止第二流体流过热交换器170，校准时间可以开始。在一定量 的时间(例如基于实验确定的预定时间量)之后，流出热交换器170的第一流体的温度将 基本上等于进入热交换器的第一流体的温度。因此，第一流体在第二温度传感器130处的 温度将基本上等于第一流体通过第一流体路径110与第一旁通回路160接合点处的温度。 如果加热器100关闭，在第一温度传感器120处的第一流体的温度将基本上等于在第二温 度传感器130处的第一流体的温度。因此，校准单元150c可以对比来自第一温度传感器和 第二温度传感器120、130的信号，并设定它们测量温度基本上相同的流体。基于这两个信 号以及信号之间的差异，可以计算校准温度误差。在正常运行过程中，控制器150可以使用由计算单元150c计算的校准温度误差。 这有助于确保兼顾考虑由第一和第二温度传感器120、130测量的温度之间的任何偏移。以 这种方式，无论第一和第二温度传感器120、130之间的任何漂移，离开出口 112的第一流体 的实际温度基本上等于第二流体的温度。在一实施例中，期望地，温度传感器是负温度系数(NTC)传感器。期望地，这种传 感器具有至少+/-ImK的精确度。更期望地，传感器具有至少+/-0. ImK的精确度。
期望地，在粗温度控制器90的出口侧处第一流体的温度在加热器100的工作范围 内，例如低于第二流体的温度10mK。这是因为加热器100的功率消耗期望地尽可能小，使得 单元的热稳定性不被干扰。为了使得校准尽可能精确，第一和第二温度传感器120、130之间的距离期望是尽 可能小。而且，期望使第一流体路径110和第一旁通回路160的管道热绝缘。此外，环境的 温度(例如矩形198包围的环境)应该保持尽可能稳定。其原因在于，流过第一旁通回路 160和第一流体路径110的第一流体所遵循的路径是不同的，因此它们从环境中拾取不同 的热量。这会转化成在校准之后的额外的偏移。例如，有必要将从与第一旁通回路160的 接合点的下游的第一流体路径到第一温度传感器120和第一旁通回路160的所有的生热电 部件(例如液体流量控制器95、加热器100以及甚至阀180)热绝缘。所述系统的优点在于，不再需要将传感器从设备物理地移除并排出人为误差。此 外，不需要用于校准的停机时间。避免了浸没液体供给系统的污染风险，因为不需要打开供 给系统以便实施校准。此外，如果一个温度传感器需要更换，仅该温度传感器需要更换并实 施校准工艺。从成本考虑以及停工时间考虑，这是有利的。在校准过程中，第一液体的压力不会改变。因此，在校准过程中不需要浪费液体。 实际上，依赖于用于冷却投影系统的第二流体流动的稳定性，可以在曝光期间实施这个过 程。通过将第一流体或第二流体引导到排液装置，它们都不会浪费。图7示出另一实施例。图7中的另一实施例与图6中的实施例相同，除了下面所 述的。在图7的实施例中，操作的原理是采用加热器100、第一传感器120以及第二传感 器130 (其直接地测量第二流体的温度)调节第一流体的温度，使得第一流体的温度被调节 成与第二流体的温度基本上相等。可以提供粗温度控制器90和液体流量控制器95，如图6中的实施例那样。在加热器100和第一传感器120的下游，支线220分流第一流动路径110。支线 220通至具有用于控制流过第一子支线240的流量的阀227的第一子支线240。第一子支 线240包括用以限制流量的限流器225。在正常运行期间，第一流体流被引导通过第一流动 路径110和第一子支线240。第二子支线250经由阀230从支线220导向其中设置第二温 度传感器130的管道部260。在管道部260之后，第二子支线250引导流体流到排液装置 248。设置阀227、230、233，并通过控制器150进行控制，以切换第一流体流流过第一子 支线240 (在正常运行期间)或流过第二子支线250 (在校准时间期间)。限流器225将流 过第一子支线240的流量限制成等于在第二子支线250中的流量限制的流量大小。因此， 当切换到校准模式时，在第一流动路径110中的压力没有改变。附加地，存在连续流流过支 线220，由此减小细菌在支线220、240、250中滋生并进入到第一流动路径110中的风险。因 此，第一流体可以流过管道部260并使得在校准时间期间其通过第二温度传感器130感测 其温度。以这种方式，如图6中的实施例那样，如果加热器100是不起作用的，由第一和第 二温度传感器120、130测量的第一流体的温度是基本上相同的。因此，校准单元150c可以 相对于彼此校准两个传感器，如图6中的实施例一样。在图7的实施例中，在正常运行期间，第二流体路径140中的在控制器150的控制下的阀270、272被设定用于第二流体到管道部260的流动。在校准时间期间，在控制器150 的控制下的阀270、272被关闭，使得第二流体没有流入管道部260。在校准时间期间，第二 流体将连续地在第二流体路径140内流动，通过包括限流器290的部分280。在正常运行期 间，流体流也将流过部分280。图8和9示出图7中的实施例的随时间变化的由第一传感器120测量的温度示例 (由线340表示)和由第二传感器130测量的温度示例(由线330表示)。从时间0到大 约2. 25，为正常运行。与第二传感器130对比，将60mK的温度校准偏移应用到第一传感器 120的测量值，因为这是前面测量的偏移。因而，第一和第二液体的温度基本上相等。在大约时间2. 25，位置300处，阀被调节为使得第一流体被引导流过第二温度传 感器130。正如看到的，由第二温度传感器130测量的温度花费一定时间达到平衡。这可能 是例如因为液体已经位于第一流动路径110和第二温度传感器130之间的管道内并且已经 升温。因此，不实施校准一定时间。在图8示出的实施例中，特定时间是2. 3分钟，并且正 如图9中看到的，在这个时间之后第二温度传感器130的温度读数，如线330所示，基本上 达到稳定状态。此时(位置310)，可以计算新的温度校准偏移误差。这是旧的温度校准偏 移(60mK)加上第一温度传感器120测量的如线340所示的温度和第二温度传感器130测 量的如线330所示的第一流体的温度之间的温度差。在图8的示例中，这是大约30mK。因 此，计算出新的校准温度误差90mK。在阀转到其正常使用位置之后并且第二流体而不是第一流体流过第二温度传感 器130(在点320)，新的校准温度偏移被应用到第一温度传感器120。可以看到，第一流体 的温度可以与第二流体的温度一致，因为知道在第一和第二温度传感器120、130的读数之 间有90mK的偏移。正如图9中时间310处看到的，在已经应用校准温度误差之后和将阀切换回正常 模式之前，由第一温度传感器120测量的温度与由第二温度传感器130测量的相同的第一 流体的温度差异仅为0. 5mK。这说明采用本发明的实施例可以获得0. 5mK的精确度。正如认识到的，上述特征中的任一项可以与任何其他特征一起使用，并且不只是 这些明确地描述的组合覆盖在本申请的范围内。一方面，提供一种流体温度控制单元，包括加热器，配置成加热在第一流体路径 内的第一流体；第一温度传感器，配置成测量在所述第一流体路径内的第一流体的温度； 第二温度传感器，配置成测量在第二流体路径内的第二流体的温度；和控制器，配置成基于 由第一传感器感测的温度和由第二传感器感测的温度控制加热器。期望地，控制器配置成 基于由第一传感器感测的温度和由第二传感器感测的温度之间的差异控制所述加热器。期 望地，第一温度传感器在加热器的下游。期望地，第二温度传感器在第一流体路径的第一旁 通回路中。期望地，热交换器设置在第一旁通回路中的第二温度传感器的上游，其中热交换 器配置成在第二流体路径内的第二流体和第一旁通回路内的第一流体之间交换热，使得第 一旁通回路内的第一流体达到第二流体路径内的第二流体的温度，使得通过测量热交换器 下游的第一流体的温度，第二温度传感器测量在第二流体路径中的第二流体的温度。期望 地，限流器设置在第一旁通回路中以限制在第一旁通回路中的流量。期望地，控制器配置成 在校准时间期间，阻止第二流体流到热交换器。期望地，设置计算单元，所述计算单元配置 成在校准时间期间相对于第一温度传感器计算在第二温度传感器中的校准温度误差，反之亦然。期望地，设置阀用以选择性地切换到热交换器的流动或到旁通热交换器的第二流体 路径的第二旁通回路的流动。期望地，阀是低速阀。期望地，第二旁通回路包括限流器，所 述限流器配置成将流量限制成与通过热交换器的路径的流量基本上相等。期望地，第一旁 通回路在加热器的上游。期望地，设置从第一温度传感器上游的第一流体路径分支的支路。 期望地，支路包括用以在第一子支路和第二子支路之间切换的阀，期望地，其中所述第一子 支路和第二子支路具有基本上相等的流量限制。期望地，第二子支路包括管道部，所述管道 部包括第二温度传感器。期望地，在第二流体路径中的阀是可切换的，使得第二流体在管道 部内流动。期望地，控制器配置成控制流体温度控制单元的阀，使得在正常使用期间仅第二 流体在管道部流动，并且在校准时间期间仅第一流体在管道部内流动。期望地，提供计算单 元，其配置成相对于第一温度传感器计算在第二温度传感器中的校准温度误差，反之亦然。在还一方面中，提供一种浸没式光刻设备，包括投影系统和如上述方面的流体温 度控制单元。期望地，第一流体路径是用于将浸没液体提供到投影系统和衬底之间的空间 的流体路径。期望地，第二流体路径是用于用以热调节投影系统的液体的流体路径。在本发明的还一方面中，提供一种温度传感器校准单元，包括第一温度传感器， 配置用以测量在第一流体路径中的第一流体的温度；位于管道部内的第二温度传感器； 阀，配置用以选择性地切换第一流体从所述第一流体路径到所述管道部的流动或第二流体 从第二流体路径到所述管道部的流动；和计算单元，配置成当阀已经将第一流体从所述第 一流体路径切换到所述管道部时，相对于所述第一温度传感器计算所述第二温度传感器中 的校准温度误差，或反之亦然。期望地，提供控制器，其配置用以控制所述阀，以在校准时间 将第一流体的流动从所述第一流体路径切换到所述管道部。在本发明的又一方面中，提供一种流体温度测量单元，包括第一温度传感器，配 置成测量在第一流体路径中的第一流体的温度；第二温度传感器，配置成测量在所述第一 流体路径的旁通回路中的所述第一流体的温度；和热交换器，位于所述第二温度传感器的 上游在所述旁通回路中，用以在所述旁通回路中的第一流体和第二流体之间交换热。期望 地，提供控制器，其配置用以在校准时间阻止第二流体流到所述热交换器中和/或用以控 制流体流，使得在工作时间期间将所述第一流体的温度控制到所述第二流体的温度。期望 地，提供计算单元，其配置在校准时间期间，相对于所述第一温度传感器计算所述第二温度 传感器中的校准温度误差，或反之亦然。期望地，提供加热器，其配置成加热第一流体路径 中第一温度传感器上游的第一流体。期望地，所述控制器或控制器配置成基于由所述第一 和第二温度传感器测量的温度控制所述加热器，使得在所述加热器的下游所述第一流体的 温度基本上等于所述第二流体的温度。在本发明的再一方面中，提供一种控制在第一流体路径的流体出口处的流体的温 度的方法，所述方法包括测量在所述第一流体路径中的加热器的下游的第一流体路径内 的第一流体的温度；测量在第二流体路径内的第二流体的温度；基于所述第一流体和所述 第二流体的温度控制所述加热器，使得所述加热器加热所述第一流体以使其温度更接近所 述第二流体的温度。在本发明的再一方面中，提供一种传感器校准的方法，所述方法包括使用第一温 度传感器测量在第一流体路径内的第一流体的温度；使用第二温度传感器测量在管道部内 的流体的温度；将第一流体的流动从所述第一流体路径切换到所述管道部；以及基于来自所述第一和第二温度传感器的信号，相对于所述第一温度传感器计算在所述第二温度传感 器中的校准温度误差，反之亦然。在本发明的还一方面中，提供一种测量第二流体的温度的方法，所述方法包括在 第一流体路径的旁通回路中设置温度传感器；和在所述旁通回路中所述温度传感器的上游 设置热交换器，用于在所述旁通回路内的第一流体和所述第二流体之间交换热。在本发明的再一方面中，提供一种器件制造方法，包括将图案化辐射束通过液体 投影到衬底上，并且还包括根据上述方面中任一个所述的方法，其中所述液体是第一流体。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。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，其可以是提供液
16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，或者所述空间可以包围衬底和/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。
权利要求
一种流体温度控制单元，包括加热器，配置用以加热在第一流体路径内的第一流体；第一温度传感器，配置用以测量在所述第一流体路径内的所述第一流体的温度；第二温度传感器，配置用以测量在第二流体路径内的第二流体的温度；和控制器，配置成基于由所述第一传感器感测的温度和由所述第二传感器感测的温度控制所述加热器。
2.根据权利要求1所述的流体温度控制单元，其中所述控制器配置成基于由所述第一 传感器感测的温度和由所述第二传感器感测的温度之间的差控制所述加热器。
3.根据权利要求1所述的流体温度控制单元，还包括在所述第一旁通回路中第二温度 传感器上游的热交换器，其中所述热交换器配置成在第二流体路径中的第二流体和所述第 一旁通回路中的第一流体之间交换热，使得在第一旁通回路中的第一流体达到与在第二流 体路径中的第二流体的温度基本上相等的温度，使得通过测量所述热交换器下游的第一流 体的温度，所述第二温度传感器测量在第二流体路径中的第二流体的温度。
4.一种浸没式光刻设备，包括投影系统和根据权利要求1-3中任一项所述的流体温度 控制单元。
5.一种温度传感器校准单元，包括第一温度传感器，配置用以测量在第一流体路径中的第一流体的温度； 位于管道部内的第二温度传感器；阀，配置用以选择性地切换第一流体从所述第一流体路径到所述管道部的流动或第二 流体从第二流体路径到所述管道部的流动；和计算单元，配置成当阀已经将第一流体从所述第一流体路径切换到所述管道部时，相 对于所述第一温度传感器计算所述第二温度传感器中的校准温度误差，或反之亦然。
6.一种流体温度测量单元，包括第一温度传感器，配置成测量在第一流体路径中的第一流体的温度； 第二温度传感器，配置成测量在所述第一流体路径的旁通回路中的所述第一流体的温 度；和热交换器，位于第二温度传感器上游所述旁通回路中，用以在所述旁通回路中的第一 流体和第二流体之间交换热。
7.—种控制在第一流体路径的流体出口处的流体的温度的方法，所述方法包括步骤 测量在所述第一流体路径中的加热器下游的第一流体路径内的第一流体的温度； 测量在第二流体路径内的第二流体的温度；和基于所述第一流体和所述第二流体的温度控制所述加热器，使得所述加热器加热所述 第一流体以使其温度更接近所述第二流体的温度。
8.—种传感器校准的方法，所述方法包括步骤使用第一温度传感器测量在第一流体路径内的第一流体的温度； 使用第二温度传感器测量在管道部内的流体的温度； 将第一流体的流动从所述第一流体路径切换到所述管道部；和 基于来自所述第一和第二温度传感器的信号，相对于所述第一温度传感器计算在所述 第二温度传感器中的校准温度误差，反之亦然。
9.一种测量在第二流体中的温度的方法，所述方法包括步骤 在第一流体路径的旁通回路中设置温度传感器；和在温度传感器的上游所述旁通回路中设置热交换器，用于在所述旁通回路内的第一流 体和所述第二流体之间交换热。
10.一种器件制造方法，包括将图案化辐射束通过液体投影到衬底上，并且还包括根据 权利要求7-9中任一项所述的方法，其中所述液体是第一流体。
全文摘要
本发明公开了一种光刻设备和一种器件制造方法。并且，公开了一种流体温度控制和传感器校准。在一实施例中，流体温度控制单元包括加热器，所述加热器配置用以加热在第一流体路径内的第一流体；第一温度传感器，配置用以测量在所述第一流体路径内的所述第一流体的温度；第二温度传感器，配置用以测量在第二流体路径内的第二流体的温度；和控制器，配置成基于由所述第一传感器感测的温度和由所述第二传感器感测的温度控制所述加热器。
文档编号G03F7/20GK101968608SQ201010239620
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月27日 优先权日2009年7月27日
发明者A·H·J·A·马登斯, P·J·克拉莫尔 申请人:Asml荷兰有限公司