一种浸没式光刻机的温度控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种浸没式光刻机的温度控制方法及装置，包括：通过热交换器使得PCW与光刻机UPW进行换热，以及利用加热器对UPW加热，以对UPW升温，对UPW温度进行粗调节时，基于检测的三个温度值和UPW温度控制目标确定UPW温度的轨迹、PCW的流量控制模型以及加热器的功率控制模型；采用模糊规则自适应修正PCW的流量控制模型以及加热器的功率控制模型；将粗调节后的UPW经过远传管路，通入光刻机内部经过半导体制冷片调节后分为两路UPW注液，通过两个加热器分别对两路UPW注液加热；对UPW温度进行精调节时，制冷片的调节量由两路UPW注液两个加热器的功率、两路UPW注液流量以及两路UPW注液的温度设定值确定。本发明专利技术提高了光刻机的温度控制精度。度控制精度。度控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种浸没式光刻机的温度控制方法及装置


[0001]本专利技术属于浸没式光刻机的温控领域，更具体地，涉及一种浸没式光刻机的温度控制方法及装置。

技术介绍

[0002]浸没式光刻机由于在最后一片投影物镜和硅片之间浸满了浸没液。根据瑞利判据浸没液的温度变化将直接引起浸没液体的折射率和粘度的变化，从而导致曝光焦面偏移，引起数值孔径NA值的变化，进而使得光刻机分辨率降低和焦深的增大；另一方面，浸没液体温度变化将导致硅片和投影物镜温度变化，引起光学成像像差，最终将进一步降低浸没式光刻机的分辨率。因此，如何控制好浸液的温度并保持其稳定性是光刻机能正常工作的至关重要的因素。根据实际光刻机浸液流场温控需求，要求装置浸液温控精度达到+/-0.01℃。
[0003]中国专利申请201020596742.2描述了一种浸没光刻机浸液温度控制装置，利用热电制冷的机制能保证浸液流场的温度稳定性要求，并实时测量浸液温度特性。在实际光刻机中，浸没式光刻机对浸液要求极高，一般采用去离子和去气体的超纯水，采用热电制冷的机制进行浸液温度控制不利于浸没液的污染控制。中国专利申请201020596742.2通过利用热交换原理，采用PFA材质的热交换器以及流量伺服阀对浸没液进行精密温度控制，减少了对浸没液的污染；而且专利201020596742.2主要通过TCU对浸没液进行温度控制，对末端浸没液缺乏二次温控的能力，缺乏温控的灵活性。
[0004]中国专利申请201010143659.4描述了一种高精密温度控制装置及其参数自整定方法，提供的装置和方法解决了温控参数与实际工况的匹配问题。该装置的温控方法是上一代光刻机整机温控的主要温控方法之一。这种方法对温控参数的测量要求高，整定的时间过长。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种浸没式光刻机的温度控制方法及装置，旨在解决现有光刻机温度控制方法和装置对末端浸没液缺乏二次温控的能力，缺乏温控的灵活性，以及对温控参数的测量要求高，整定的时间过长的问题。
[0006]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种浸没式光刻机的温度控制方法，包括如下步骤：
[0007]通过热交换器使得厂务冷却水PCW与光刻机超纯水UPW进行换热，所述PCW的温度低于UPW的温度，以对UPW进行降温，以及利用加热器对UPW加热，以对UPW升温，对UPW温度进行粗调节，控制PCW的流量和加热器的功率以使得UPW温度快速达到UPW温度控制目标附近，并稳定保持；
[0008]对UPW温度进行粗调节时，检测PCW进行热交换前的温度、UPW进行热交换前的温度
以及热交换和加热器控制后的UPW的温度，基于检测的三个温度值和所述UPW温度控制目标确定UPW粗调目标温度的轨迹、PCW的流量控制模型以及加热器的功率控制模型；以及根据检测的PCW进行热交换前的温度波动、UPW进行热交换前的温度波动，采用模糊规则自适应修正PCW的流量控制模型以及加热器的功率控制模型；
[0009]将粗调节后的UPW经过远传管路，通入光刻机内部经过半导体制冷片调节后分为两路水平UPW注液和垂直UPW注液，通过两个加热器分别对两路UPW注液加热，最终两路UPW注液交汇在光刻机的主流场区域；在光刻机内部通过半导体制冷片和两路UPW注液的加热器对UPW的温度进行精调节，补偿所述远传管路引入的环境误差和UPW流控部件带来的热干扰，使得光刻机主流场UPW的温度稳定在所述UPW温度控制目标；对UPW温度进行精调节时，半导体制冷片调节后的UPW温度的设定值由两路UPW注液两个加热器的功率、两路UPW注液流量以及两路UPW注液的温度设定值确定，两路UPW注液的温度设定值由所述UPW目标和两路UPW注液流量确定。
[0010]在一个可选的实施例中，所述UPW温度控制目标由光刻机主流场的工作需要设定。
[0011]在一个可选的实施例中，对UPW温度进行粗调节，具体包括如下步骤：
[0012]S1，避免粗调节控制过程中出现UPW温度设定值输入和UPW温度控制量输出的急剧变化，利用松弛因子α对UPW粗调目标温度的轨迹进行柔化处理：
[0013]y
r
(k+i)＝(1-α
i
)*SV+α
i
y(k)
[0014]其中，α∈(0，1)，SV为UPW温度控制目标，y
r
(k+i)为第i个采样周期时的UPW温度设定值，y(k)为当前UPW温度控制量输出；
[0015]S2，预测域P个采样周期的预测值由P个零输入响应叠加零状态响应A
j
ΔU
M，j
(k)得到：
[0016][0017][0018]其中，为预测模型得出的第k+j个输出值，为第k+j个时刻的零状态值，Δu
j
(k)为对应执行器在k时刻的控制量，A
j
为对应执行器单位阶跃响应模型，ΔU
M，j
(k)为对应执行器控制量的变化量，A为对应执行器单位阶跃响应模型，ΔU
M
(k)为所有执行器控制量的变化量；j∈1，2；
[0019]在粗调节设置热交换器以及加热器两个执行器，两个控制量共同作用于粗调模块反馈点的温度，此时j＝1，2分别代表热交换器伺服阀和加热器两个执行器A
j
矩阵是对应执行器单位阶跃响应模型；
[0020][0021]在控制域等于M的M个采样周期的控制量作用下，预测域P个采样周期的预测值为：
[0022][0023]S3，预测模型构建之后开始求解控制量，目标函数J表示为：
[0024][0025]其中，R和Q分别为考虑跟踪效果和执行器输出量的权重矩阵，W(k)为预测域P内的所有设定值y
r
(k+i)i＝1，2，
…
，P；ΔU
MT
(k)为ΔU
M
(k)的转置；
[0026]利用梯度下降法求得目标函数最小时的控制量改变量；
[0027]令可求得：
[0028][0029]u
j
(k)＝u
j
(k-1)+Δu
j
(k) j＝1，2
[0030]其中，Δu
j
(k)为对应执行器在k时刻控制量的变化量，d
j
是由已知A
j
，R和Q构成的矩阵，u
j
(k)对应执行器控制量，最终求解出每一时刻每个执行器的控制量u
j
(k)；
[0031]S4，对预测误差的连续采样矫正等效于脉冲影响的叠加；模型参数摄动来源于输入UPW和PCW的温度波动，采用模糊规则以经过滤波得到的PCW温度偏差Ep以及UPW温度偏差Eu作为模糊规则的输入确定模型参数，热交换器伺服阀流量改变对输出温度影响的传递函数简化为一阶时滞模型；
[0032]对采样的PCW和UPW进行滑动滤波，滤波采用近本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浸没式光刻机的温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：通过热交换器使得厂务冷却水PCW与光刻机超纯水UPW进行换热，所述PCW的温度低于UPW的温度，以对UPW进行降温，以及利用加热器对UPW加热，以对UPW升温，对UPW温度进行粗调节，控制PCW的流量和加热器的功率以使得UPW温度快速达到UPW温度控制目标附近，并稳定保持；对UPW温度进行粗调节时，检测PCW进行热交换前的温度、UPW进行热交换前的温度以及热交换和加热器控制后的UPW的温度，基于检测的三个温度值和所述UPW温度控制目标确定UPW粗调目标温度的轨迹、PCW的流量控制模型以及加热器的功率控制模型；以及根据检测的PCW进行热交换前的温度波动、UPW进行热交换前的温度波动，采用模糊规则自适应修正PCW的流量控制模型以及加热器的功率控制模型；将粗调节后的UPW经过远传管路，通入光刻机内部经过半导体制冷片调节后分为两路水平UPW注液和垂直UPW注液，通过两个加热器分别对两路UPW注液加热，最终两路UPW注液交汇在光刻机的主流场区域；在光刻机内部通过半导体制冷片和两路UPW注液的加热器对UPW的温度进行精调节，补偿所述远传管路引入的环境误差和UPW流控部件带来的热干扰，使得光刻机主流场UPW的温度稳定在所述UPW温度控制目标；对UPW温度进行精调节时，半导体制冷片调节后的UPW温度的设定值由两路UPW注液两个加热器的功率、两路UPW注液流量以及两路UPW注液的温度设定值确定，两路UPW注液的温度设定值由所述UPW目标和两路UPW注液流量确定。2.根据权利要求1所述的浸没式光刻机的温度控制方法，其特征在于，所述UPW温度控制目标由光刻机主流场的工作需要设定。3.根据权利要求1所述的浸没式光刻机的温度控制方法，其特征在于，对UPW温度进行粗调节，具体包括如下步骤：S1，避免粗调节控制过程中出现UPW温度设定值输入和UPW温度控制量输出的急剧变化，利用松弛因子α对UPW粗调目标温度的轨迹进行柔化处理：y
r
(k+i)＝(1-α
i
)*SV+α
i
y(k)其中，α∈(0，1)，SV为UPW温度控制目标，y
r
(k+i)为第i个采样周期时的UPW温度设定值，y(k)为当前UPW温度控制量输出；S2，预测域P个采样周期的预测值由P个零输入响应叠加零状态响应A
j
ΔU
M，j
(k)得到：(k)得到：其中，为预测模型得出的第k+j个输出值，为第k+j个时刻的零状态值，Δu
j
(k)为对应执行器在k时刻的控制量，A
j
为对应执行器单位阶跃响应模型，ΔU
M，j
(k)为对应执行器控制量的变化量，A为对应执行器单位阶跃响应模型，ΔU
M
(k)为所有执行器控制量的变化量；j∈1，2；
在粗调节设置热交换器以及加热器两个执行器，两个控制量共同作用于粗调模块反馈点的温度，此时j＝1，2分别代表热交换器伺服阀和加热器两个执行器A
j
矩阵是对应执行器单位阶跃响应模型；在控制域等于M的M个采样周期的控制量作用下，预测域P个采样周期的预测值为：S3，预测模型构建之后开始求解控制量，目标函数J表示为：其中，R和Q分别为考虑跟踪效果和执行器输出量的权重矩阵，W(k)为预测域P内的所有设定值y
r
(k+i)i＝1，2，
…
，P；ΔU
MT
(k)为ΔU
M
(k)的转置；利用梯度下降法求得目标函数最小时的控制量改变量；令可求得：u
j
(k)＝u
j
(k-1)+Δu
j
(k)j＝1，2其中，Δu
j
(k)为对应执行器在k时刻控制量的变化量，d
j
是由已知A
j
，R和Q构成的矩阵，u
j
(k)对应执行器控制量，最终求解出每一时刻每个执行器的控制量u
j
(k)；S4，对预测误差的连续采样矫正等效于脉冲影响的叠加；模型参数摄动来源于输入UPW和PCW的温度波动，采用模糊规则以经过滤波得到的PCW温度偏差Ep以及UPW温度偏差Eu作为模糊规则的输入确定模型参数，热交换器伺服阀流量改变对输出温度影响的传递函数简化为一阶时滞模型；对采样的PCW和UPW进行滑动滤波，滤波采用近十次采样值的平均；判断当前采样时刻经滤波之后的Ep、Eu与上一次触发模型参数调节时的PCW温差Ep0、UPW温差Eu0求偏差，判断是否超出了限定偏差Em；如果超出Em则按照模糊规则更新模型参数，并记录该次Ep、Eu的值将其赋值于Ep0、Eu0，否则不进行模糊规则调节，初始化Ep0和Eu0为0。4.根据权利要求1所述的浸没式光刻机的温度控制方法，其特征在于，当经粗调节后的UPW温度与设定值的差小于预设值Ec时，开始对UPW精调节；环境温度对所述远传管路温度影响，半导体制冷片对环境温度升高或降低带来的UPW温度波动进行控制，其设定值由末端两路UPW注液的设定值和加热器功率以及调节流量的
伺服阀发热功率来确定；两路UPW注液流量分别为Q1、Q2；由先验实验确定伺服阀发热带来的温升和流量的关系为f(Q)，已知加热器额定功率对应温升和流量的关系为H(Q)，ε是确保系统冗余度的安全系数；精调节半导体制冷片调节后的UPW温度设定值r
y
区间的上限r
ymax
为：r
ymax
＝min(r
z1-εf(Q1)，r
z2-εf(Q2))；下限r
ymin
要保证在加热器额定功率下输出的温度要不小于两路UPW注液温度的设定值r
z1
，r
z2
；r
ymin
＝max(r
z1-εH(Q1)，r
z2-εH(Q2))r
y
∈[r
ymin
，r
ymax
]；兼顾伺服阀的热干扰和加热器功率范围，取可调区间的均值作为半导体制冷片调节后的UPW温度的设定值；两路UPW注液温度设定值需结合实际的注液流量Q1、Q2和UPW温度控制目标SV分解得到：r
z1
＝T1(SV，Q1)r
z2
＝T2(SV，Q2)其中，r
z1
＝T1(SV，Q1)、r
z2
＝T2(SV，Q2)分别为通过先验知识得到的两路UPW注液温度的设定值r
z1
、r
z2
与SV和各路流量Q1、Q2之间的关系式；UPW精调节的控制器皆采用PID控制器完成对设定值的跟踪调节。5.根据权利要求3所述的浸没式光刻机的温度控制方法，其特征在于，所述伺服阀流量改变对输出温度影响的传递函数简化的一阶时滞模型为：改变对输出温度影响的传递函数简化的一阶时滞模型为：其中，K为初始化状态的增益，δ为初始增益随扰动变化的倍数，T为惯性时长，τ为纯延时，s为拉普拉斯算子，G(s)为伺服阀流量改变对输出温度影响的传递函数模型，为修正后的伺服阀控制阶跃响应矩阵，A1为初始化的伺服阀控制的阶跃响应矩阵。6.一种浸没式光刻机的温度控制装置，其特征在于，包括：粗调节模块和精调节模块；所述粗调节模块置于光刻机外部厂务中，包含四个流体接口，分别为：厂务冷却水PCW循环回路中PCW输入接口、PCW循环回路中PCW输出接口、超纯水UPW循环回路中UPW输入接口以及UPW远传保温管路的接口；所述光刻机外部厂务包括：PCW循...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小平，曹迪，
申请(专利权)人：武汉智能装备工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：