CN102411264B - 光刻机投影物镜温度均衡装置及均衡方法 - Google Patents

光刻机投影物镜温度均衡装置及均衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光刻机投影物镜温度均衡装置，包括：临近于该投影物镜设置的至少一个温度传感器，用于感测该投影物镜不同区域的温度差值；位于该投影物镜下方的至少一个吸热透光层，用于吸收光刻机发出激光光束中的辐射能量并透射该激光光束；物镜温度均衡控制单元，该温度均衡控制单元根据该温度传感器感测的温差控制该吸热透光层吸收该辐射能量并透射该激光光束的程度。当投影物镜的底部温度明显低于投影物镜顶部温度时，该均衡装置可以快速地达成投影物镜整体温度的均衡；其结构简单，安装、维护方便。本发明还公开了一种均衡光刻机投影物镜温度的方法。

Description

光刻机投影物镜温度均衡装置及均衡方法
技术领域
本发明涉及一种光刻机投影物镜温度均衡装置和均衡方法。
背景技术
在使用光掩模进行硅晶片光刻的过程中，当光刻机投影物镜镜头被光刻机激光照射一定时间以后，会发生发热现象并引起物镜镜头的形变。由于投影物镜一般具有多个镜片，且顶部镜片和底部镜片吸收的热量不一致，往往存在温差，进而导致顶部和底部镜片的温度形变不一致，从而引发光刻机倍率随曝光不断恶化的问题，导致在光刻机连续工作中硅片与硅片、批次与批次之间工艺套准精度下降。随着曝光，温度是不断累积的，往往批次间和片间的差异无法避免。
公开号为101609262的中国发明专利公开了一种光刻机投影物镜温度控制装置。该光刻机投影物镜温度控制装置包括至少一水套，该光刻机的投影物镜设置于该水套内，该水套包括水套体和双螺旋缠绕在该水套体外壁的水管；临近该光刻机的投影物镜设置的至少一个温度传感器，该温度传感器用于感测该光刻机投影物镜的温度；通过分流集流管于该水套的水管连通的分流集流板，该分流集流板通过该分流集流管向该水套体的水管提供循环水并接收该水套体的水管内的回流水，该分流集流管上设置有调节阀，用于控制该水管内的循环水的流量；通过传输板与分流集流板连通的循环水控制单元该循环水控制单元控制循环水的温度，并通过该传输管向该分流集流板提供循环水；用于接收该温度传感器感测值的投影物镜温度控制单元，该投影物镜温度控制单元根据投影物镜温度值调整该循环水控制单元提供的循环水的温度和该调节阀的打开程度。
当投影物镜的底部温度明显低于投影物镜其他区域或者从投影物镜底部到顶部的温度呈现非线性增长时，由于该光刻机投影物镜温度控制装置以水为介质实现热交换的速度较慢，从而实现投影物镜整体温度均匀耗时较长。且该投影物镜温度控制装置结构复杂，安装、维护不方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可快速实现光刻机投影物镜整体温度均衡的装置；同时满足结构简单，安装、维护方便的需要。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种光刻机投影物镜温度均衡装置，包括：临近于该投影物镜设置的至少一个温度传感器，用于感测该投影物镜不同区域的温度差值；位于该投影物镜下方的至少一个吸热透光层，用于吸收光刻机发出激光光束中的辐射能量并透射该激光光束；物镜温度均衡控制单元，该温度均衡控制单元根据该温度传感器感测的温差控制该吸热透光层吸收该辐射能量并透射该激光光束的程度。
采用上述结构的光刻机投影物镜温度均衡装置，由于其物镜温度均衡控制单元可根据温度传感器感测到的温差来控制吸热透光层吸收光刻机发出激光光束中的辐射能量并透射该激光光束，当投影物镜的顶部温度明显高于投影物镜底部温度时，该吸热透光层通过直接吸收辐射能量而发热以引起投影物镜底部的升温，从而较快速地达成投影物镜整体温度的均衡。另外，由于该吸热透光层与投影物镜分离设置，采用上述结构的光刻机投影物镜温度均衡装置结构简单，安装、维护方便。
作为本发明上述光刻机投影物镜温度均衡装置的一种优选方案：该光刻机投影物镜温度均衡装置还包含至少一个平台部件，所述的吸热透光层设置于该平台部件上。进一步地，该吸热透光层通过可拆卸连接件固定在该平台部件上。这种方案便于对吸热透光层进行更换，利于维护。
作为本发明上述光刻机投影物镜温度均衡装置的一种优选方案：该吸热透光层为至少一个透镜组成的镜头，该透镜上涂有可吸收辐射能量的材料。进一步地，该可吸收辐射能量的材料为有机薄膜或氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化铈、氟化镁或氟化钙中的一种或多种。这种透镜涂有可吸收辐射能量的材料，采用该透镜组成的镜头作为吸热透光层，透光率较好。
作为本发明上述光刻机投影物镜温度均衡装置的进一步改进：该吸热透光层为多个并相互间隔开设置，该多个吸热透光层具有不同的热量吸收率。当温度传感器感测到的温差发生变化时，这种改进可以根据预先设定的规则在多个具有不同的热量吸收率的吸热透光层之间实现切换，从而可以在满足投影物镜底部快速升温的同时，使吸热透光层本身及投影物镜整体温度不至于过高。
本发明还提供了一种均衡光刻机投影物镜温度的方法，包括如下步骤：步骤1：感测该投影物镜不同区域的温差；步骤2：当该不同区域的温差超出设定的阈值时，使吸热透光层根据所述温差的大小吸收光刻机发出激光光束中的辐射能量并透射该激光光束，以引起投影物镜底部的升温。
附图说明
图1为本发明的光刻机投影物镜温度均衡装置结构示意图；
图2为本发明较佳实施方式的平台部件结构示意图；
图3为没有使用本发明的光刻机投影物镜温度均衡装置时连续50枚硅片曝光过程中光刻机和掩膜板倍率误差变化曲线图；
图4为使用本发明的光刻机投影物镜温度均衡装置时连续50枚硅片曝光过程中光刻机和掩膜板倍率误差变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明公开的一种光刻机投影物镜温度均衡装置如图1所示。该均衡装置包括一个硅片工件台11、一个置于硅片工件台上的硅片12、位于该投影物镜下方的至少一个平台部件13、设置于该平台部件13上的至少一个吸热透光层14、一个光刻机投影物镜15以及物镜温度均衡控制单元16。
在投影物镜15底部和顶部各设置有一个温度传感器，用于感测投影物镜不同区域间的温差。在该温差较小的情况下，吸热透光层14偏离光刻机发出激光光束的光路，激光光束通过投影物镜15直接照射到位于硅片工件台11上的硅片12上；当该温差较大时，物镜温度均衡控制单元16控制平台部件13插入投影物镜15的下方，从而使吸热透光层14吸收激光光束的辐射能量并透射该激光光束，以引起投影物镜15底部的升温，达到均衡投影物镜15整体温度的作用；当温差逐渐减小到设定阈值以下时，物镜温度均衡控制单元16撤出平台部件13以使吸热透光层14偏离光刻机发出光束的光路。其中，吸热透光层14通过可拆卸连接件固定于平台部件13上。
吸热透光层14为至少一个透镜组成的镜头，该透镜上涂有可吸收辐射能量的材料，当透镜为多个时，可以在每个透镜的表面均涂有可吸收辐射能量的材料，也可以仅在其中一部分透镜表面涂有可吸收辐射能量的材料。采用透镜组成的镜头作为吸热透光层14，透光率较好。
根据本发明的一种实施方式，该可吸收辐射能量的材料为有机薄膜材料。其中未穿过吸热透光层14的光强I0(单位为坎德拉)、穿过吸热透光层14的光强I(单位为坎德拉)、薄膜厚度T(单位为um)、有机薄膜材料的吸收系数K(单位为1/um)之间满足如下关系：I＝I0e-KT。优选情况下，本发明采用的有机薄膜材料对光刻机发出光束的吸收系数为0-1。
根据本发明的另一种实施方式，该可吸收辐射能量的材料为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化铈、氟化镁或氟化钙中的一种或多种。
本发明中的吸热透光层14还可以是有机透光薄膜或吸热玻璃。
按照本发明的实施例，吸热透光层14为多个并相互间隔开设置，该多个吸热透光层14具有不同的热量吸收率。根据温度传感器感测到的温差，物镜温度均衡控制单元16可以按照预先设定的规则选用不同的吸热透光层14，这样可以在满足投影物镜15底部快速升温以达成温度均衡的同时，使吸热透光层14本身及投影物镜15整体温度不至于过高。
按照本发明的优选实施方式，如图2所示，平台部件13上设有4个具有不同热量吸收率的吸热透光层，该4个吸热透光层相互间隔开、均匀地布置在平台部件13上，分别为第一吸热透光层141、第二吸热透光层142、第三吸热透光层143、第四吸热透光层144，其中第一、第二、第三、第四吸热透光层141、142、143、144分别为一个透镜组成的镜头，透镜表面涂有可吸收辐射能量的有机薄膜材料，按照公式I＝I0e-KT分别计算出有机薄膜材料的厚度，使第一、第二、第三、第四吸热透光层141、142、143、144热量吸收率分别为25％、50％、75％、100％。
根据预先设定的规则，分别位于投影物镜15底部和顶部的温度传感器实时感测投影物镜15底部和顶部温度。当投影物镜15顶部与底部的温差大于等于0.1摄氏度小于0.2摄氏度时，物镜温度均衡控制单元16控制平台部件13上的吸热透光层141进入光刻机发出光束的光路，使吸热透光层141吸收辐射能量而发热以引起投影物镜15底部的升温；当投影物镜15顶部与底部的温差大于等于0.2摄氏度小于0.25摄氏度时，物镜温度均衡控制单元16选用吸热透光层142，使其进入光刻机发出光束的光路而发热；当温差大于等于0.25摄氏度小于0.3摄氏度时，选用吸热透光层143进入光刻机发出光束的光路；当温差大于等于0.3摄氏度时，选用吸热透光层144进入光刻机发出光束的光路；当温差逐渐减小到小于0.1摄氏度时，物镜温度均衡控制单元16自投影物镜15下方撤出平台部件13。上述温差的阈值根据实际情况可以由物镜温度均衡控制单元16预先设定。
图3、图4示出了使用本发明的光刻机投影物镜温度均衡装置前后，在对连续50枚硅片连续进行曝光的情况下，光刻机和掩膜板倍率误差变化的情况。在增加了本发明的光刻机投影物镜温度均衡装置并采用本发明的均衡光刻机投影物镜温度的方法之后，光刻机的倍率误差能够显著被降低，由原来的12ppm减小到8ppm，提高了33％，相当于300mm硅片的边缘套准精度提高了60nm。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光刻机投影物镜温度均衡装置，包括：
临近于该投影物镜设置的至少一个温度传感器，用于感测该投影物镜不同区域的温度差值；
位于该投影物镜下方的至少一个吸热透光层，用于吸收光刻机发出激光光束中的辐射能量并透射该激光光束；
物镜温度均衡控制单元，该温度均衡控制单元根据该温度传感器感测的温差控制该吸热透光层吸收该辐射能量并透射该激光光束的程度或偏离该激光光束的光路；以及
至少一个平台部件，所述的吸热透光层设置于该平台部件上；
其中，在温差较小的情况下，该吸热透光层偏离光刻机发出激光光束的光路；当该温差较大时，该物镜温度均衡控制单元控制该平台部件插入该投影物镜的下方，从而使吸热透光层吸收激光光束的辐射能量并透射该激光光束；当温差逐渐减小到设定阈值以下时，该物镜温度均衡控制单元撤出平台部件以使吸热透光层偏离光刻机发出光束的光路。
2.如权利要求1所述的光刻机投影物镜温度均衡装置，其特征在于，所述吸热透光层通过可拆卸连接件固定在所述平台部件上。
3.如权利要求1所述的光刻机投影物镜温度均衡装置，其特征在于，所述吸热透光层为至少一个透镜组成的镜头，该透镜上涂有可吸收辐射能量的材料。
4.如权利要求3所述的光刻机投影物镜温度均衡装置，其特征在于，所述可吸收辐射能量的材料为有机薄膜材料。
5.如权利要求4所述的光刻机投影物镜温度均衡装置，其特征在于，所述有机薄膜材料对光刻机发出光束的吸收系数为0-1,单位为1/um。
6.如权利要求3所述的光刻机投影物镜温度均衡装置，其特征在于，所述可吸收辐射能量的材料为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化铈、氟化镁或氟化钙中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的光刻机投影物镜温度均衡装置，其特征在于，所述吸热透光层为多个并相互间隔开，该多个吸热透光层具有不同的热量吸收率。
8.如权利要求7所述的光刻机投影物镜温度均衡装置，其特征在于，所述吸热透光层为4个，其热量吸收率依次为25%、50%、75%、100%。
9.如权利要求1至8中任一项所述的光刻机投影物镜温度均衡装置，其特征在于，所述的温度传感器为2个，分别为第一、第二温度传感器，该第一温度传感器设置于所述投影物镜的顶部，该第二温度传感器设置于该投影物镜的底部。
10.一种利用权利要求1所述的装置均衡光刻机投影物镜温度的方法，包括如下步骤：
步骤1：感测该投影物镜不同区域的温差；
步骤2：当该不同区域的温差超出设定的阈值时，使吸热透光层根据所述温差的大小吸收光刻机发出激光光束中的辐射能量并透射该激光光束，以引起投影物镜底部的升温。
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