CN103176370B - 一种用于浸没式光刻的浸液温控系统 - 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，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，待温控的浸液通过管路进口进入该浸液管路，温控后的浸液通过该浸液管路出口输出；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；以及热交换器（6），所述浸液管路和工艺冷却液回路同时流经该热交换器（6），利用该热交换器（6）完成工艺冷却液和浸液的热交换，获得具有稳定温度的浸液，实现对浸液的温度控制。本发明的装置采用内部回流结构与热交换器相结合实现对浸液温度的控制，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

一种用于浸没式光刻的浸液温控系统

技术领域

本发明属于浸没式光刻技术领域，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热交换器相结合实现对浸液温度的控制，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，待温控的浸液通过管路进口进入该浸液管路，温控后的浸液通过该浸液管路出口输出；

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

热交换器，所述浸液管路和工艺冷却液回路同时流经该热交换器，利用该热交换器完成工艺冷却液和浸液的热交换，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，所述浸液管路出口前设置有分支管路，经温度控制的浸液一部分通过该出口输出用于浸没式光刻工艺中，另一部分通过该分支管路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，所述工艺冷却液回路上在所述热交换器前设置有电液伺服阀，用于控制流经该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。

作为本发明的进一步优选，所述浸液管路上设置有温度传感器，用于检测经热交换后的浸液温度，其与一控制所述电液伺服阀的温度控制器连接，所述温度传感器检测的温度值反馈给温度控制器，以用于该温度控制器控制所述电液伺服阀对工艺冷却水进行流量，实现精确的温度控制。

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，所述热交换器可以为多个，各热交换器依次设置，所述浸液管路和工艺冷却液回路同时依次流经各个热交换器，进行多次换热。

作为本发明的进一步优选，所述热交换器为两个或三个。

作为本发明的进一步优选，所述电液伺服阀和温度传感器均为与热交换器对应的多个，各电液伺服阀分别设置在与之对应的热交换器前的工艺冷却液回路上，各温度传感器分别设置在与之对应的热交换器后的浸液管路上，且每个电液伺服阀和温度传感器均通过一个对应的温度控制器进行控制，实现各温度控制器控制对应的电液伺服阀对工艺冷却液流量进行多级控制，实现多级温度控制。

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）本发明利用热交换器进行温度控制，控制效率可以达到很高。

（2）本发明可以采用多个热交换器，实现多级温度控制，所以控制精度和所需成本可以很好的协调。

（3）本发明在浸液管路的输出口之前采用了分支管路，从而可以将部分经温控的浸液回流至温控前，因此可以大大降低温控的难度，提供温控效率。

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所示为本发明的一种实施例的温控系统装置的原理示意图。如图2所示，本实施例的装置包括UPW进水口1、PCW产生装置2，控制器3，热交换器6，电液伺服阀9，温度传感器12，单向阀7，节流阀8、9和10，以及增压泵16。

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水的温控，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粗实线表示），其为冷却水回路。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水回路中由热交换器6进行换热，并通过控制器3调节流量从而实现温度控制。具体过程如下：

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17、增压泵16。UPW水由增压泵16提供动力，同时也防止UPW水通过倒流。UPW管路中的UPW水经热交换器6换热，换热后的UPW水经过UPW管路输出，作为浸液即可用于光刻机中。换热器后的UPW管路中还设置有温度传感器12，其与一控制器3连接，其用于检测换热后的UPW水的温度。

PCW水回路包括沿管路依次设置的PCW产生装置2和电液伺服阀9，其中电液伺服阀9与所述控制器3连接，PCW产生装置2产生的PCW水（工艺冷却水）经管路流过电液伺服阀9后进入热交换器6，在该热交换器6中与流经该热交换器6的UPW水进行热交换，降低UPW水的温度，使其温度在一定范围内。经热交换后的PCW水由PCW水回路流回PCW产生装置2，以循环利用。

UPW水的温度经温度传感器12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9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，达到对温度控制的效果。

本装置可适用于小流量温度调节。在图2所示原理图中，当输入为小流量不利于PCW流量调节的UPW水时，UPW管路中水同样可经热交换器6换热，并将换热之后的温度经温度传感器12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9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，达到对温度控制的效果。为了增大可控的流量，还可将部分经经温控之后的UPW水通过旁路回路回流至温控前的UPW水中，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，从而改善整个温度控制的效率，这样也能增大可调节的PCW的流量，同时更利于达到通过调节PCW流量来控制UPW温度的目的。

本发明另一实施方式中的温控装置中的热交换器为两个，从而可用作二级温度控制。即采用二个热交换器与二个控制器实现分别实现一级、二级温度控制。具体地，在系统中的第一个换热器6后再设置另一个换热器7，使分别流经第一个换热器6后的UPW水管路和PCW水回路再同时流经该第二个换热器7，以在换热器7中进行第二次换热，换热后的UPW水经过UPW管路输出，作为浸液即可用于光刻机中，换热后的PCW水由PCW水回路流回PCW产生装置2，以循环利用。

同时，在经换热器7后的UPW管路中还设置有第二个温度传感器13，其与第二个控制器4连接，其用于检测第二次换热后的UPW水的温度。

本实施方式的具体过程如下：如图3所示，UPW水通过UPW进口进水口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17、增压泵16。UPW水由增压泵16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6换热之后的温度经温度传感器12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9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，达到对温度粗调的效果。经粗调之后的UPW水再经过热交换器7换热（热交换器7与热交换器6相比有更高的精度，同时调节范围较小），换热之后的温度经温度传感器13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10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，达到对温度微调的效果。经过两级温度控制调整之后的UPW水，其精度已经达到要求，可直接用于光刻机浸液。

本发明又一实施方式中的温控系统中的热交换器为三个，从而可用作三级温度控制。即采用三个热交换器与三个控制器实现分别实现一级、二级、三级温度控制。具体地，在系统中的第一个热交换器6和第二个热交换器7后再设置第三个热交换器8，使流经第一个热交换器6和第二个热交换器7后的UPW水管路和PCW水回路再同时流经该第三个热交换器8，以在换热器8中进行第三次换热，换热后的UPW水经过UPW管路输出，作为浸液即可用于光刻机中，换热后的PCW水由PCW水回路流回PCW产生装置2，以循环利用。

本实施方式的具体过程如下：如图4所示，UPW水通过UPW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17、增压泵16。UPW水由增压泵16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6换热，并将换热之后的温度经温度传感器12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9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7换热（热交换器7与热交换器6相比有更高的精度，同时调节范围较小），换热之后的温度经温度传感器13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10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8换热（热交换器8与热交换器6、7相比有更高的精度，同时调节范围更小），换热之后的温度经温度传感器14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，实现对温度第三级控制。经过三级温度控制调整之后的UPW水，其精度可以达到很高等级。

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，如还可以为四个、五个或更多个，从而可以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，通过采用上述装置，可以使UPW水控制到指定温度，并可以维持±0.05℃/长期，±0.01℃/5min的温度稳定性。另外，通过温度传感器将控制后的温度信息反馈回控制器,控制器根据反馈信息自动调节电液伺服阀控制PCW流量，构成一个闭环自动控温。而且，该装置采用一内部大循环旁路回路结构使经温控之后的UPW水部分回流与温控前UPW水混合，改善温控前UPW水温度与流量状态。这减少了这部分水再经污染、流量控制的时间，从而提高了温度控制的效率。

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 (9)

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，待温控的浸液通过管路进口进入该浸液管路，温控后的浸液通过该浸液管路出口输出；

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

热交换器(6)，所述浸液管路和工艺冷却液回路同时流经该热交换器(6)，利用该热交换器(6)完成工艺冷却液和浸液的热交换，获得具有稳定温度的浸液，实现对浸液的温度控制；

其中，所述浸液管路出口前设置有分支管路，经温度控制的浸液一部分通过该出口输出用于浸没式光刻工艺中，另一部分通过该分支管路重新进入浸液管路与热交换前的浸液混合。

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，所述工艺冷却液回路上在所述热交换器(6)前设置有电液伺服阀(9)，用于控制流经该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。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，其特征在于，所述浸液管路上设置有温度传感器(12)，用于检测经热交换后的浸液温度，其与一控制所述电液伺服阀(9)的温度控制器(3)连接，所述温度传感器(12)检测的温度值反馈给温度控制器(3)，以作为反馈值用于该温度控制器(3)控制所述电液伺服阀(9)对工艺冷却水进行流量，实现精确的温度控制。

4.根据权利要求1或2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(2)，用于产生所述工艺冷却液。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，其特征在于，所述热交换器可以为多个，各热交换器(6,7,8)依次设置，所述浸液管路和工艺冷却液回路同时依次流经各个热交换器(6,7,8)，进行多次换热。

6.根据权利要求5所述的一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，其特征在于，所述热交换器为两个或三个。

7.根据权利要求5所述的一种用于浸没式光刻的浸液温控系统，其特征在于，所述电液伺服阀和温度传感器均为与热交换器对应的多个，各电液伺服阀(9、10、11)分别设置在与之对应的热交换器(6、7、8)前的工艺冷却液回路上，各温度传感器(12、13、14)分别设置在与之对应的热交换器(6、7、8)后的浸液管路上，且每个电液伺服阀(9、10、11)和温度传感器(12、13、14)均通过一个对应的温度控制器(3、4、5)进行控制，实现各温度控制器(3、4、5)控制对应的电液伺服阀(9、10、11)对工艺冷却液流量进行多级控制，实现多级温度控制。

8.根据权利要求1或2或6或7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。

9.根据权利要求1或2或6或7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。