CN103176369B - 用于浸没式光刻的浸液温控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，包括：用于浸液流动的浸液管路，待温控的浸液通过一管路进口进入该浸液管路，温控处理后的具有稳定温度的浸液通过该浸液管路的出口输出；用于对所述浸液进行冷却的工艺冷却液回路，工艺冷却液在该回路中循环流动；以及多个热交换器，其沿流向依次布置，所述浸液管路和工艺冷却水回路同时流经每个热交换器，并利用各热交换器分别依次完成工艺冷却液和浸液之间的热交换，从而通过多次换热获得具有稳定温度的浸液，实现对浸液的温度控制。本发明的装置系统采用内部回流结构与多级热交换器相结合，实现对浸液温度的多级控制，可以实现浸没光刻中对浸液稳定的精确稳定的控制，提供温控效率。

Description

用于浸没式光刻的浸液温控装置

技术领域

本发明属于光刻技术领域，具体涉及一种用于浸没式光刻的浸液温控系统。

背景技术

光刻机是半导体工业中非常复杂、高精的设备，其主要作用是通过光学投影的方式将芯片图形从掩模转移到涂胶硅片上。光刻工艺过程通常包括：（1）掩模放置于涂胶硅片和UV光源之间；（2）光刻胶上透过掩模图形的感光区域发生化学变化；（3）光刻胶的感光区域在显影过程中被去除（正性光刻工艺）。浸没式光刻机采用浸没控制系统，使用局部浸没技术方案，在投影物镜最后镜片的下表面和硅片上表面之间填充覆盖曝光视场的液体介质（浸液），从而增大NA（数值孔径），获得更小的分辨率，而且相比于同样大小NA的干法曝光，能够获得更大的有效焦深。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。

为此目的,美国专利US7433015B2提出一种包含有温度控制部分的液体镜系列的装置，在上述装置中，包括对将输入的浸液进行脱气，除杂，流量、压力和温度进行控制。在该装置中的温度控制部分基本原理如图1所示，采用工艺冷却液（如工艺冷却书，PCW）与浸液（例如可以是超纯水，UPW）通过热交换器进行换热，从而控制浸液的温度。

由于其温度控制部分并没有独立的成为一个单独的装置，可移植性不高。而且其作为系统一部分的温控，虽然整个系统有回流，但是具体针对温控部分并没有设置回流，使得温度控制的精度不高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，该系统采用内部回流结构与多级热交换器相结合，实现对浸液温度的多级控制，解决浸没光刻中对浸液精确并稳定的控制问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，通过其获得具有稳定温度的浸液，以用于浸没式光刻工艺中，其特征在于，该温控系统包括：

用于浸液流动的浸液管路，待温控的浸液通过一管路进口进入该浸液管路，温控处理后的具有稳定温度的浸液通过该浸液管路的出口输出；

用于对所述浸液进行冷却的工艺冷却液回路，工艺冷却液在该回路中循环流动；以及

多个热交换器，其沿流向依次布置，所述浸液管路和工艺冷却水回路同时流经每个热交换器，并利用各热交换器分别依次完成工艺冷却液和浸液之间的热交换，从而通过多次换热获得具有稳定温度的浸液，实现对浸液的温度控制，。

作为本发明的进一步优选，所述浸液管路上在至少一个热交换器后设置有分支管路作为回流点，用于将经该热交换器进行热交换处理后的浸液部分回流，以重新进入浸液管路与热交换前的浸液混合。

作为本发明的进一步优选，所述作为回流点的分支管路为一个，其设置在任一个热交换器后的浸液管路上。

作为本发明的进一步优选，所述作为回流点的分支管路为多个，其各自分别设置在多个热交换器后的浸液管路上。

作为本发明的进一步优选，所述工艺冷却水回路上设置有与所述每一个热交换器分别对应的电液伺服阀，用于控制流经各对应的所述热交换器的工艺冷却水流量，从而实现对浸液温度的精确控制。

作为本发明的进一步优选，所述浸液管路上设置有多个温度传感器，每个温度传感器与一个热交换器对应，分别用于检测经各热交换器后的浸液温度，各温度传感器均分别对应与一控制电液伺服阀的温度控制器连接，所述各温度传感器检测的温度值反馈给对应的温度控制器，以用于该温度控制器控制对应的所述电液伺服阀对工艺冷却液进行流量控制，实现精确的温度控制。

作为本发明的进一步优选，所述浸液管路上在还依次设置有单向阀和增压泵，待温控的浸液经过所述单向阀并利用所述增压泵增压后再流经所述热交换器进行热交换。

作为本发明的进一步优选，所述工艺冷却液回路上设置有冷却液产生装置，用于产生所述工艺冷却液。

作为本发明的进一步优选，所述工艺冷却液为水。

作为本发明的进一步优选，所述浸液为超纯水。

本发明的浸液温控系统具有如下优势或特点：

（1）本发明采用多个热交换器结合控制器的结构，所以可以实现温度的多级精确控制效果。

（2）本发明在浸液管路的输出口之前采用了分支管路，以将热交换器处理后的浸液回流至温控前与待温控的水混合，可以改善温控前水的温度，以提高温控的效果。

附图说明

图1为现有技术中的一种温控装置结构示意图。

图2为本发明的一种实施方式的温控系统的原理示意图；

图3为本发明的另一种实施方式的温控系统的原理示意图；

图4为本发明的又一种实施方式的温控系统的原理示意图。

图5为本发明的再一种实施方式的温控系统的原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明的温控系统装置基于浸液管路（本实施例中的浸液采用超纯水，UPW）回路和工艺冷却液回路（本实施例中的冷却液采用水，PCW）利用热交换器换热原理，通过控制PCW的流量大小来调节UPW的输出温度，实现UPW浸液的温控。

图2所示为本装置的原理示意图。如图2所示，本装置包括UPW进水口1与PCW产生装置2，控制器3、4、5与6，热交换器7、8、9与10，电液伺服阀11、12、13与14，温度传感器15、16、17与18，节流阀19，增压泵20，单向阀21。

装置分两条主要回路，一条为UPW水管路（图2细实线表示），待温控的水从进水口1流入的UPW水沿管道通过热交换器与PCW水进行热交换从而实现对UPW水（浸液）的温控，最后循环回到制冷（加热）装置。整个回路没有流量损失。在实际使用过程中，经过本管道温控之后的UPW水，将直接使用于光刻机。第二条为PCW水回路（图2粗线实线表示），其是冷却水回路。温控的主要方式是通过调节PCW水回路中流量的大小来实现的。本装置在PCW水回路中有换热器7、8、9与10四个热交换器，并通过控制器3、4、5与6分别调节流量从而实现四级温度控制，并有小回路回流以改善温控前UPW水温度与流量状态。具体过程如下：

如图2所示，UPW水经进水口1进入温控系统的UPW水管路中，UPW水管路上依次设置有单向阀21、增压泵20。UPW水由增压泵20提供动力，同时也防止UPW水通过回路倒流。UPW管路中水依次流经多个换热器进行多次换热，本实施例中优选为四个换热器，即依次流经换热器7、换热器8、换热器9和换热器10进行四次换热，也可以采用其他个数的换热器。首先，经热交换器7进行第一次换热，换热后的UPW水一部分回流至增压泵20前与温控前UPW水混合，使温控前的UPW水的温度在进入热交换器控制之前就得到很大的改善，以改善整个温控的效率，这样也能增大可调节的PCW的流量。另一部分UPW水流经换热器8进行第二次换热（热交换器8与热交换器7相比可以具有更高的精度，同时调节范围更小），第二次换热后的UPW水再经过热交换器9进行第三次换热（热交换器9与热交换器7、8相比有更高的精度，同时调节范围更小），第三次换热后的UPW水再经过热交换器10进行第四次换热，（热交换器10与热交换器7、8、9相比有更高的精度，同时调节范围更小）。UPW水经过四级换热后的UPW水，其精度可以达到很高等级，以用于光刻工艺中。

PCW水回路包括PCW水产生装置2，用于产生用于冷却UPW水的冷却水（PCW水）。PCW水回路依次穿过四个换热器7,8,9和10，以在其中与穿过各换热器的UPW管路中的UPW水进行热交换，从而完成多次热交换。多次热交换后的PCW水通过回路流回PCW水产生装置2，以进行循环利用。

另外，PCW水回路上在每个热交换器前均设置有电液伺服阀，即在热交换器7前的PCW水回路上设置有电液伺服阀11，在热交换器8前的PCW水回路上设置有电液伺服阀12，在热交换器9前的PCW水回路上设置有电液伺服阀13，在热交换器10前的PCW水回路上设置有电液伺服阀14，各电液伺服阀均通过相应的控制器进行控制，用于分别控制PCW回路中进入热交换器的PCW水流量，以实现相应的温度调节。

另外，UPW水管路上在每个换热器后均设置有温度控制器，即分别在热交换器7后设置有温度传感器15，在热交换器8后设置有温度传感器16，在热交换器9后设置有温度传感器17，在热交换器10后设置有温度传感器18，各温度传感器分别用于检测对应的热交换器换热后的UPW水的温度。各温度传感器分别与对应的温度控制器连接，并将检测的温度值反馈给对应的温度控制器，从而可以根据该温度值控制对应的电液伺服阀动作，以控制PCW水回路中的流进相应热交换器的PCW水流量，实现对UPW水的精确温控。

具体地，UPW管路中水首先经热交换器7进行第一次换热，并将换热之后的温度经温度传感器15反馈至控制器3，从而控制器3可以根据该温差自动调整电液伺服阀11以调整PCW水回路中流量，从而使换热后的温度与理论值相近，实现对温度的一级控制。一部分经一级温控之后的UPW水回流至泵前与温控前UPW水混合，以改善温控前UPW水温度与流量状态。另一部分经一级温度控制之后的UPW水再经过热交换器8换热，换热之后的温度经温度传感器16反馈至控制器4，从而控制器4可以根据该温差自动调整电液伺服阀12以调整PCW水回路中流量，从而使换热后的温度与理论值相近，实现对温度第二级控制。经二级温度控制之后的UPW水再经过热交换器9换热，换热之后的温度经温度传感器17反馈至控制器5，从而控制器5可以根据该温差自动调整电液伺服阀13，从而控制PCW水回路流量，实现对温度的第三级控制。经三级温度控制之后的UPW水再经过热交换器10换热，换热之后的温度经温度传感器18反馈至控制器6，从而控制器6可以根据该温差自动调整电液伺服阀14，从而控制PCW水回路流量，实现对温度的第四级控制。经过四级控制调整之后的UPW水，其精度可以达到很高等级，例如可以达到正负0.01℃的精度范围。

本发明的另一实施方式中，温控系统装置中用于的回流至增压泵前与温控前UPW水混合的回流点设置在经过二级温控之后的热交换器8后的UPW管路上，具体过程如下：

如图3所示，UPW水经进水口1进入温控系统的UPW水管路中，UPW水管路上依次设置有单向阀21、增压泵20。UPW水由增压泵20提供动力，同时也防止UPW水通过回路倒流。UPW回路中水经热交换器7换热，并将换热之后的温度经温度传感器15反馈至控制器3，从而控制器3可以根据该温差自动调整电液伺服阀11以调整PCW水回路中流量，从而使换热后的温度与理论值相近，实现对温度的一级控制。经一级温度控制之后的UPW水再经过热交换器8换热，换热之后的温度经温度传感器16反馈至控制器4，从而控制器4可以根据该温差自动调整电液伺服阀12以调整PCW水回路中流量，从而使换热后的温度与理论值相近，实现对温度第二级控制。一部分经二级温控之后的UPW水回流至泵前与温控前UPW水混合，使温控前的UPW水的温度在进入热交换器换热之前就得到很大的改善，以改善整个温控的效率，这样也能增大可调节的PCW的流量另一部分经二级温度控制之后的UPW水再经过热交换器9换热，换热之后的温度经温度传感器17反馈至控制器5，从而控制器5可以根据该温差自动调整电液伺服阀13，从而控制PCW水回路流量，实现对温度的第三级控制。经三级温度控制之后的UPW水再经过热交换器10换热，换热之后的温度经温度传感器18反馈至控制器6，从而控制器6可以根据该温差自动调整电液伺服阀14，从而控制PCW水回路流量，实现对温度的第四级控制。经过四级控制调整之后的UPW水，其精度可以达到很高等级。

本发明的又一实施方式中，温控系统装置中用于的回流至增压泵前与温控前UPW水混合的回流点设置在经过三级温控之后的热交换器9后的UPW管路上，具体过程如下：

如图4所示，UPW水经进水口1进入温控系统的UPW水管路中，由UPW水管路上依次设置有单向阀21、增压泵20。UPW水由增压泵20提供动力，同时也防止UPW水通过回路倒流。UPW回路中水经热交换器7换热，并将换热之后的温度经温度传感器15反馈至控制器3，从而控制器3可以根据该温差自动调整电液伺服阀11以调整PCW水回路中流量，从而使换热后的温度与理论值相近，实现对温度的一级控制。经一级温度控制之后的UPW水再经过热交换器8换热，换热之后的温度经温度传感器16反馈至控制器4，从而控制器4可以根据该温差自动调整电液伺服阀12以调整PCW水回路中流量，从而使换热后的温度与理论值相近，实现对温度第二级控制。经二级温度控制之后的UPW水再经过热交换器9换热，换热之后的温度经温度传感器17反馈至控制器5，从而控制器5可以根据该温差自动调整电液伺服阀13，从而控制PCW水回路流量，实现对温度的第三级控制。一部分经三级温控之后的UPW水回流至泵前与温控前UPW水混合，使温控前的UPW水的温度在进入热交换器换热之前就得到很大的改善，以改善整个温控的效率，这样也能增大可调节的PCW的流量。另一部分经三级温度控制之后的UPW水再经过热交换器10换热，换热之后的温度经温度传感器18反馈至控制器6，从而控制器6可以根据该温差自动调整电液伺服阀14，从而控制PCW水回路流量，实现对温度的第四级控制。经过四级控制调整之后的UPW水，其精度可以达到很高等级。

本发明的再一实施方式中，温控系统装置中用于的回流至增压泵前与温控前UPW水混合的回流点设置在经过四级温控之后的热交换器10后的UPW管路上，具体过程如下：

如图5所示，UPW水经进水口1进入温控系统的UPW水管路中UPW水管路上依次设置有单向阀21、增压泵20。UPW水由增压泵20提供动力，同时也防止UPW水通过回路倒流。UPW回路中水经热交换器7换热，并将换热之后的温度经温度传感器15反馈至控制器3，从而控制器3可以根据该温差自动调整电液伺服阀11以调整PCW水回路中流量，从而使换热后的温度与理论值相近，实现对温度的一级控制。经一级温度控制之后的UPW水再经过热交换器8换热，换热之后的温度经温度传感器16反馈至控制器4，从而控制器4可以根据该温差自动调整电液伺服阀12以调整PCW水回路中流量，从而使换热后的温度与理论值相近，实现对温度第二级控制。经二级温度控制之后的UPW水再经过热交换器9换热，换热之后的温度经温度传感器17反馈至控制器5，从而控制器5可以根据该温差自动调整电液伺服阀13，从而控制PCW水回路流量，实现对温度的第三级控制。经三级温度控制之后的UPW水再经过热交换器10换热，换热之后的温度经温度传感器18反馈至控制器6，从而控制器6可以根据该温差自动调整电液伺服阀14，从而控制PCW水回路流量，实现对温度的第四级控制。经四级温控之后的UPW水一部分回流至泵前与温控前UPW水混合，使温控前的UPW水的温度在进入热交换器换热之前就得到很大的改善，以改善整个温控的效率，这样也能增大可调节的PCW的流量。经过四级控制调整之后的UPW水，其精度可以达到很高等级。

另外，还可以在几个热交换器后的UPW管路上同时设置两个、三个或更多个的回流点，如同时在热交换器7和8后、或者同时在热交换器7和9后、或者同时在热交换器7或10后，也可以同时在多个换热器后设置所述的回流点。

实际上，本发明的温控系统中热交换器和对应的控制器的数量可以根据实际需要进行具体选择，如还可以为两个、三个、五个或更多个，并设置相应的回流点，进行多级的温度控制，实现对UPW水的更精确的温度控制，以用于浸没式光刻机的浸液温控。

本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (8)

1.一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，通过其获得具有稳定温度的浸液，以用于浸没式光刻工艺中，其特征在于，该温控系统包括：

用于浸液流动的浸液管路，待温控的浸液通过一管路进口进入该浸液管路，温控处理后的具有稳定温度的浸液通过该浸液管路的出口输出；

用于对所述浸液进行冷却的工艺冷却液回路，工艺冷却液在该回路中循环流动；以及

多个热交换器(7，8，9，10)，其沿流向依次布置，所述浸液管路和工艺冷却液回路同时流经每个热交换器，并利用各热交换器(7，8，9，10)分别依次完成工艺冷却液和浸液之间的热交换，从而通过多次换热获得具有稳定温度的浸液，实现对浸液温度的多级控制；

其中，所述浸液管路上在至少一个热交换器后设置有分支管路作为回流点，用于将经该热交换器进行热交换处理后的浸液部分回流，以重新进入浸液管路与热交换前的浸液混合；

所述浸液管路上设置有多个温度传感器(15，16，17，18)，每个温度传感器与一个热交换器对应，分别用于检测经各热交换器(7，8，9，10)后的浸液温度，各温度传感器(15，16，17，18)均分别对应与一控制电液伺服阀(11，12，13，14)的温度控制器(3，4，5，6)连接，所述各温度传感器(15，16，17，18)检测的温度值反馈给对应的温度控制器(3，4，5，6)，以用于各温度控制器控制对应的所述电液伺服阀对工艺冷却液进行流量控制，实现精确的温度控制。

2.根据权利要求1所述的一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，其特征在于，所述作为回流点的分支管路为一个，其设置在任一个热交换器(7，8，9，10)后的浸液管路上。

3.根据权利要求1所述的一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，其特征在于，所述作为回流点的分支管路为多个，其各自分别设置在不同的热交换器后的浸液管路上。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，其特征在于，所述工艺冷却液回路上设置有与所述每一个热交换器(7，8，9，10)分别对应的电液伺服阀(11，12，13，14)，用于控制流经各对应的所述热交换器的工艺冷却液流量，从而实现对浸液温度的精确控制。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，其特征在于，所述浸液管路上在还依次设置有单向阀(21)和增压泵(20)，待温控的浸液经过所述单向阀(21)并利用所述增压泵(20)增压后再流经所述各热交换器(7，8，9，10)进行热交换。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，其特征在于，所述工艺冷却液回路上设置有冷却液产生装置，用于产生所述工艺冷却液。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，其特征在于，所述工艺冷却液为水。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，其特征在于，所述浸液为超纯水。