CN105183037B - 一种激光直写式光刻机精确温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光直写式光刻机精确温度控制方法，包括如下步骤：采集曝光区域当前温度和水冷设备出水口当前温度；拟合出曝光区域温度变化曲线；计算水冷设备出水口理论目标温度；调整水冷设备出水口温度设定值；监视水冷设备出水口温度并拟合水冷设备出水口温度变化曲线；微调水冷设备出水口当前温度。本发明解决了温度控制系统中的高延时性问题，实现了激光直写式光刻机曝光区域环境温度的稳定控制和精确控制，使最终目标区域温度稳定的控制在±0.1℃。

Description

一种激光直写式光刻机精确温度控制方法

技术领域

本发明涉及激光直写式光刻机的环境控制技术领域，具体涉及一种用于激光直写式光刻机的精确温度控制方法。

背景技术

光刻技术是用于在基底表面上印刷具有特征的构图。这样的基底可包括用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器（例如液晶显示器）、电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的芯片。

在激光直写式曝光过程中，基底放置在精密运动平台的基底台上，通过处在光刻设备内的曝光装置和平台的扫描式运动以及图形发生器相应变化，实现图形曝光。为了运动平台的精密性、光路的准确性，曝光区域的温度稳定显得尤其重要。

对于上述激光直写式光刻机，精度要求一般为纳米数量级，运动平台以及基底的对准对温度敏感性非常高，温度的少许变化可能会带来非常大的误差。过去的一般的处理方法是使用一台具有恒温功能的设备控制温度，由于无法自适应控制策略，一般误差为±1℃，或者通过计算机程序来自行调整温度，但是由于该控制-反馈系统具有高延时性，导致控制效果很不稳定，以上控制方法无论是从控制效果还是节能环保的角度，都不甚理想，参照图3。所以，如何可以很稳定并精确的控制激光直写光刻机曝光区域温度的问题成了光刻机一个重要的研究方向。

发明内容

本发明提供一种激光直写式光刻机在扫描曝光时如何精确的控制曝光区域温度方法，以解决激光直写光刻机在曝光过程中因为温度不稳定所带来的误差问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种激光直写式光刻机精确温度控制方法，包括如下步骤：

1）通过温度传感器采集曝光区域当前温度和水冷设备出水口当前温度到工控机；

2）根据采集到的曝光区域一段时间内历史的温度数据拟合出曝光区域温度变化曲线，通过工控机对温度数据进行分析计算出水冷设备出水口理论目标温度；

3）对步骤2）拟合的曝光区域温度变化曲线进行判断分析调整水冷设备出水口目标设定温度；

4）监视水冷设备出水口温度并拟合水冷设备出水口温度变化曲线；

5）对步骤4）拟合的水冷设备出水口温度变化曲线进行判断分析，工控机通过调整水冷设备的设定来调整出水口温度。

进一步地，步骤2）和步骤4）中，所述曝光区域温度变化曲线和水冷设备出水口温度变化曲线判断分析的具体方法为：

a、当前温度低于目标温度并极速下降时，水冷机出水口温度应大幅度提高；

b、当前温度低于目标温度并缓慢下降时，水冷机出水口温度应正常提高；

c、当前温度低于目标温度并呈倒U型时，水冷机出水口温度应大幅度提高；

d、当前温度高于目标温度并极速上升时，水冷机出水口温度应大幅度降低；

e、当前温度高于目标温度并缓慢上升时，水冷机出水口温度应正常降低；

f、当前温度高于目标温度并呈U型时，水冷机出水口温度应大幅度降低；

g、当前温度低于目标温度并呈U型时，水冷机出水口温度应小幅度降低；

h、当前温度低于目标温度并极速上升时，水冷机出水口温度应小幅度降低；

i、当前温度低于目标温度并缓慢上升时，水冷机出水口温度应保持不变；

j、当前温度高于目标温度并呈倒U型时，水冷机出水口温度应小幅度提高；

k、当前温度高于目标温度并极速下降时，水冷机出水口温度应小幅度提高；

l、当前温度高于目标温度并缓慢下降时，水冷机出水口温度应保持不变。

优选地，步骤2）中，所述一段时间为五分钟。

由以上技术方案可知，本发明解决了温度控制系统中的高延时性问题，实现了激光直写式光刻机曝光区域环境温度的稳定控制和精确控制，使最终目标区域温度稳定的控制在±0.1℃。

附图说明

图1为采用本发明的激光直写式光刻机温度控制系统的结构示意图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为一般高延时温度控制模型中，水冷设备出水口理论目标温度、水冷设备出水口当前温度以及曝光区域当前温度三者之间的延时特性曲线。

图中：1、水冷设备，2、风机过滤机组，3、温度传感器，4、工控机，5、曝光区域。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

图1示出了采用本发明的激光直写式光刻机温度控制系统的结构示意图，所述激光直写式光刻机温度控制系统包括带有通讯端口的水冷设备1、带有冷凝器用于热交换的风机过滤机组2、带有通讯端口的高精度温度传感器3以及对于命令响应具有一定实时性的工控机4。

所述温度传感器3安装在激光直写式光刻机的曝光区域5上，所述风机过滤机组2安装于机台顶部用于空气循环，风机过滤机组连接水冷设备出水口，并通过热交换将机台内曝光区域温度控制在目标温度。所述温度传感器3以及水冷设备1连接到工控机4，通过工控机程序实现目标区域温度的精确控制。

所述工控机4通过串行通讯与水冷设备以及温度传感器进行数据与命令交互，工控机程序需要稳定的运行在Windwos平台并可以免登陆启动，最好的方式是使用Windows服务，并且需要满足一定的实时性。

所述风机过滤机组2通过流经冷凝器的水流经过热交换将激光直写式光刻机内部热量交换到水冷设备所提供的水流中，水冷设备将流回进水口的水流进行降温或升温处理并从其出水口流出。

所述水冷设备1带有导流管，可以通过调节设置使出水口温度保持在理论目标温度±0.1℃范围内，但是由于客观的热交换原因，水冷设备对于所接受的出水口目标温度命令不能实时响应，具有一定的延时型，本发明的高精度温度传感器可以实时返回曝光区域当前温度，并且数据精度为0.01℃，水冷设备带有一个通讯端口，工控机可以通过该通讯端口对水冷设备发送温度调节命令。

在上述的控制模型中，工控机程序通过对历史温度数据进行分析，拟合出温度变化曲线，根据当前温度的变化趋势预测未来的温度变化来控制水冷机出水口一个合适的温度从而对此控制模型中的高延时性进行补偿。

结合附图2所示，激光直写式光刻机曝光区域温度的精确温度控制方法，包括如下步骤：

1）通过温度传感器采集曝光区域当前温度和水冷设备出水口当前温度到工控机；

2）根据采集到的曝光区域一段时间内历史的温度数据拟合出曝光区域温度变化曲线，通过工控机对温度数据进行分析计算出水冷设备出水口理论目标温度；

3）对步骤2）拟合的曝光区域温度变化曲线进行判断分析调整水冷设备出水口目标设定温度；

4）监视水冷设备出水口温度并拟合水冷设备出水口温度变化曲线；

5）对步骤4）拟合的水冷设备出水口温度变化曲线进行判断分析，工控机通过调整水冷设备的设定来调整出水口温度。

水冷设备出水口的水流流经风机过滤机组的冷凝器，通过热交换将机台内的热量交换到流水中并返回水冷设备入水口，温度传感器实时反馈曝光区域当前温度，并根据温度变化曲线得出水冷设备出水口理论目标温度。重复上述步骤，实现曝光区域的温度变化控制在±0.1℃。

同微调水冷设备出水口目标设定温度一样，水冷机接受工控机指令-水冷机出水口温度也拥有一个比较大的延时，故调整水冷机出水口当前温度也会使用温度变化曲线的分析方式，水冷机控制是一个独立的线程，即水冷机出水口温度控制与水冷机出水口温度计算为并行进行，不存在先后顺序以及阻塞的情况。

步骤2）和步骤4）中，所述曝光区域温度变化曲线和水冷设备出水口温度变化曲线判断分析的具体方法为：

a、当前温度低于目标温度并极速下降时，水冷机出水口温度应大幅度提高；

b、当前温度低于目标温度并缓慢下降时，水冷机出水口温度应正常提高；

c、当前温度低于目标温度并呈倒U型时，水冷机出水口温度应大幅度提高；

d、当前温度高于目标温度并极速上升时，水冷机出水口温度应大幅度降低；

e、当前温度高于目标温度并缓慢上升时，水冷机出水口温度应正常降低；

f、当前温度高于目标温度并呈U型时，水冷机出水口温度应大幅度降低；

g、当前温度低于目标温度并呈U型时，水冷机出水口温度应小幅度降低；

h、当前温度低于目标温度并极速上升时，水冷机出水口温度应小幅度降低；

i、当前温度低于目标温度并缓慢上升时，水冷机出水口温度应保持不变；

j、当前温度高于目标温度并呈倒U型时，水冷机出水口温度应小幅度提高；

k、当前温度高于目标温度并极速下降时，水冷机出水口温度应小幅度提高；

l、当前温度高于目标温度并缓慢下降时，水冷机出水口温度应保持不变。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种激光直写式光刻机温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）通过温度传感器采集曝光区域当前温度和水冷设备出水口当前温度到工控机；

2）根据采集到的曝光区域一段时间内历史的温度数据拟合出曝光区域温度变化曲线，通过工控机对温度数据进行分析计算出水冷设备出水口理论目标温度；

3）对步骤2）拟合的曝光区域温度变化曲线进行判断分析调整水冷设备出水口目标设定温度为水冷设备出水口理论目标温度；

4）监视水冷设备出水口温度并拟合水冷设备出水口温度变化曲线；

5）对步骤4）拟合的水冷设备出水口温度变化曲线进行判断分析，工控机通过调整水冷设备的设定来调整出水口温度。

2.根据权利要求1所述的激光直写式光刻机温度控制方法，其特征在于，步骤2）中，所述一段时间为五分钟。