WO2024138529A1 - 一种图案形成装置的热控方法 - Google Patents

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illumination
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赵承伟
王彦钦
任传鑫
龚天诚
张逸云
陈小安
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中国科学院光电技术研究所
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor

Definitions

  • the process further includes: repeating S2 to S3, performing the detection step and the exposure step alternately, and the pattern forming device is maintained in a thermal equilibrium temperature range during the detection step and the exposure step.
  • S2 includes: alternately turning on the third detection lighting and the first detection lighting, and the single lighting cycle and the single lighting duration of the third detection lighting match the single lighting cycle and the single lighting duration of the first detection lighting; wherein, there is interference between the third detection lighting and the first detection lighting.
  • FIG8 schematically shows a schematic diagram of a timing switching process of various lightings in the fourth solution according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG9 schematically shows a schematic diagram of a process of sequential switching of various lightings in the fifth solution according to an embodiment of the present disclosure
  • the thermal control method disclosed in the present invention can be applied to exposure equipment such as contact exposure, proximity exposure or near-field exposure.
  • the pattern forming device 1 is adsorbed and installed on the suction cup 2, and the substrate 3 is installed on the substrate stage 4.
  • the pattern forming device 1 is affected by the thermal load of the first detection lighting 5-2, the exposure lighting 5-3 and the compensation lighting 5-4.
  • the first detection lighting 5-2 is used to obtain position information
  • the exposure lighting 5-3 is used to provide the light required for exposure
  • the compensation lighting 5-4 is used to heat the pattern forming device 1 on the upper film so that it can quickly reach a thermal equilibrium state.
  • the compensation lighting 5-4 can be an additional lighting system or the existing first detection lighting 5-2.
  • the lighting used to complete the function of heating the pattern forming device 1 on the upper film is called compensation lighting 5-4. Since the distance between the pattern forming device 1 and the substrate 3 is only a hundred nanometers or less, or even in contact, it is impossible to design a heat dissipation system under the pattern forming device 1.
  • the suction cup 2 selects a material with high rigidity and low thermal expansion coefficient, and the preferred materials are microcrystalline glass, silicon carbide, aluminum oxide, etc.
  • the second boundary layer 1-7 is the interface between the pattern forming device substrate 1-2 and the second air layer 1-4 when the graphic film layer 1-3 is included, and the heat absorption rate is D%, and the heat absorption rate of the second air layer 1-4 is E%.
  • the sum of A%, B%, C%, D%, and E% is 100%.
  • Step S3 includes: turning on the exposure lighting 5-3, the lighting area of the exposure lighting 5-3 is E1 ⁇ E2, the power density is P5, the single field lighting time is T3, and after the single field lighting time reaches T3, turning off the exposure lighting 5-3.
  • the temperature of the pattern forming device 1 is maintained within the thermal equilibrium temperature range.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

本公开提供了一种图案形成装置的热控方法，包括：S1，开启补偿照明，将图案形成装置加热至热平衡温度区间后，关闭补偿照明；补偿照明的照明区域面积为S C1×C2；S2，开启第一检测照明，检测步骤完成后关闭第一检测照明；第一检测照明的照明区域面积为S D1×D2；S3，开启曝光照明，曝光步骤完成后关闭曝光照明；曝光照明的照明区域面积为S E1×F2；其中，S C1×C2≥S D1×D2≥S E1×E2；S1、S2和S3在相互切换过程中，图案形成装置温度维持在热平衡温度区间；在热平衡温度区间内，补偿照明区域边缘Z向形变量ΔZ C1×C2大于等于图案形成装置中心Z向的形变量ΔZ的50％。本公开通过引入补偿照明，实现图案形成装置长时间维持热平衡，使得图案形成装置的图形能维持稳定的变形。

Description

一种图案形成装置的热控方法 技术领域
本公开涉及热控技术领域，具体涉及一种图案形成装置的热控方法。
背景技术
在光源照射条件下，部分入射光将被图案形成装置(如模板)吸收，引起模板温度升高，进而产生热变形。模板热变形包括X-Y平面变形和Z方向变形，X-Y平面变形将导致模板图形位置偏移，是套刻误差的主要来源之一；Z方向变形将影响模板面平面度，也将影响模板的焦面控制。X-Y平面变形可以通过模板四周边缘外加力的形式进行变形量的矫正，而Z方向的变形并不能通过表面施加外力的形式进行矫正。因此，对Z向上变形量的控制格外重要。
投影曝光中，主要通过系列热控手段，以控制模板的热变形，包括镜组内部设计氮气供给系统、模板台设计水冷结构等方式，提高散热能力。而传统接近接触式近场曝光，曝光分辨力低，对模板温控没有特别要求，实验室环境下工作即可。但在模板与基板间距仅为百纳米及以下，甚至是接触状态，完全没法借鉴传统的热控手段，如何控制模板的Z向上热变形成为亟待解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述问题，本公开提供了一种图案形成装置的热控方法，用于解决在图案形成装置与基板间距仅为百纳米及以下时传统方法难以对图案形成装置实现有效热控等技术问题。
(二)技术方案
本公开提供了一种图案形成装置的热控方法，包括：S1，开启补偿 照明，将图案形成装置加热至热平衡温度区间后，关闭补偿照明；补偿照明的照明区域面积为S C1×C2；S2，开启第一检测照明，检测步骤完成后关闭第一检测照明；第一检测照明的照明区域面积为S D1×D2；S3，开启曝光照明，曝光步骤完成后关闭曝光照明；曝光照明的照明区域面积为S E1×E2；其中，S C1×C2≥S D1×D2≥S E1×E2；S1、S2和S3在相互切换过程中，图案形成装置温度维持在热平衡温度区间；在热平衡温度区间内，补偿照明区域边缘Z向形变量ΔZ C1×C2大于等于图案形成装置中心Z向的形变量ΔZ的50％。
进一步地，S1之前还包括：S0，根据图案形成装置的形变量与温度之间的关系，确定热平衡温度区间。
进一步地，S3之后还包括：S4，在下一曝光场中，开启曝光照明，在曝光照明照明期间图案形成装置的温度保持在热平衡温度区间内；开启前、后两场曝光照明的时间间隔为T 5。
进一步地，S4之前还包括：S41，关闭所有照明，使图案形成装置冷却，冷却时长为T 4；T 4包括T 5或T 4不包括T 5。
进一步地，S3之后还包括：重复S2～S3，交替进行检测步骤和曝光步骤，图案形成装置在检测步骤和曝光步骤中维持在热平衡温度区间。
进一步地，S1还包括：在开启补偿照明的同时，开启第二检测照明，在S2～S3中，第二检测照明维持开启状态；第二检测照明的热输出功率远小于第一检测照明的热输出功率，且第二检测照明与第一检测照明之间无干涉。
进一步地，S3之后还包括：S41，关闭所有照明，使图案形成装置冷却，冷却时长为T 4；S4，在下一曝光场中，开启曝光照明，在曝光照明照明期间图案形成装置的温度保持在热平衡温度区间内；开启前、后两场曝光照明的时间间隔为T 5；其中，T 4包括T 5或T 4不包括T 5。
进一步地，S3之后还包括：重复S2～S3，交替进行检测步骤和曝光步骤，图案形成装置在检测步骤和曝光步骤中维持在热平衡温度区间。
进一步地，S2包括：交替开启第三检测照明和第一检测照明，第三检测照明的单次照明周期、单次照明时长与第一检测照明的单次照明周 期、单次照明时长相匹配；其中，第三检测照明与第一检测照明之间存在干涉。
进一步地，S3之后还包括：重复S2～S3，重复过程中S2只开启第三检测照明，第一检测照明关闭；交替进行检测步骤和曝光步骤，图案形成装置在检测步骤和曝光步骤中维持在热平衡温度区间。
(三)有益效果
本公开的图案形成装置的热控方法，在检测照明、曝光照明的基础上，引入补偿照明，在切换各照明模式时确保图案形成装置的温度位于热平衡温度区间内，产生的温度波动较小，实现图案形成装置长时间维持热平衡，使得图案形成装置在Z向上能维持均匀、稳定的变形。同时通过合理分配各照明模式的时序，配比不同照明光源的光照强度、频率以及冷却时长等，使各照明模式间实现切换，提高了曝光的效率。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开实施例中图案形成装置的热控方法的流程图；
图2示意性示出了根据本公开实施例中曝光系统的结构示意图；
图3示意性示出了根据本公开实施例中图案形成装置中能量传递过程的示意图；
图4示意性示出了根据本公开实施例第一方案中各种照明进行时序切换过程的示意图；
图5示意性示出了根据本公开实施例中图案形成装置的俯视图；
图6示意性示出了根据本公开实施例第二方案中各种照明进行时序切换过程的示意图；
图7示意性示出了根据本公开实施例第三方案中各种照明进行时序切换过程的示意图；
图8示意性示出了根据本公开实施例第四方案中各种照明进行时序切换过程的示意图；
图9示意性示出了根据本公开实施例第五方案中各种照明进行时序切换过程的示意图；
图10示意性示出了根据本公开实施例第六方案中各种照明进行时序切换过程的示意图；
图11示意性示出了根据本公开实施例第七方案中各种照明进行时序切换过程的示意图；
图12示意性示出了根据本公开实施例1中各种照明进行时序切换过程的示意图；
图13示意性示出了根据本公开实施例1中图案形成装置的俯视图；
图14示意性示出了根据本公开实施例1中图案形成装置的温度变化示意图；
图15示意性示出了根据本公开中未采用本公开的热控方法时图案形成装置的温度变化示意图；
附图标记说明：
1，图案形成装置；1-1，第一空气层；1-2，图案形成装置衬底；1-3，图形膜层；1-4，第二空气层；1-5，第一分界层；1-6，吸收层；1-7，第二分界层；2，吸盘；3，基板；4，承片台；5-1-1，第二检测照明；5-1-2，第三检测照明；5-2，第一检测照明；5-3，曝光照明；5-4，补偿照明。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
需要说明，若本公开实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等， 如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含或代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。
本公开提供了一种图案形成装置的热控方法，请参见图1，包括：S1，开启补偿照明5-4，将图案形成装置1加热至热平衡温度区间后，关闭补偿照明5-4；补偿照明5-4的照明区域面积为S C1×C2；S2，开启第一检测照明5-2，检测步骤完成后关闭第一检测照明5-2；第一检测照明5-2的照明区域面积为S D1×D2；S3，开启曝光照明5-3，曝光步骤完成后关闭曝光照明5-3；曝光照明5-3的照明区域面积为S E1×E2；其中，S C1×C2≥S D1×D2≥S E1×E2；S1、S2和S3在相互切换过程中，图案形成装置1温度维持在热平衡温度区间；在热平衡温度区间内，补偿照明区域边缘Z向形变量ΔZ C1×C2大于等于图案形成装置中心Z向的形变量ΔZ的50％。
本公开的热控方法可应用于接触曝光、接近曝光或近场曝光等曝光设备中。举例说明，如图2所示，近场曝光系统中图案形成装置1吸附安装在吸盘2上，基板3安装在承片台4上，图案形成装置1受到第一检测照明5-2、曝光照明5-3以及补偿照明5-4的热载荷影响。其中，第一检测照明5-2用于位置信息的获取，曝光照明5-3用于提供曝光所需光线，补偿照明5-4用于加热上片的图案形成装置1，使其快速达到热平衡状态，补偿照明5-4既可以是额外增加的一路照明系统，也可以采用现有的第一检测照明5-2，为方便后续说明，用于完成加热上片的图案形成装置1的功能的照明，称之为补偿照明5-4。由于图案形成装置1与基板3间距仅为百纳米及以下，甚至是接触状态，图案形成装置1下方无法设计散热系统。为最大程度的提高图案形成装置的散热能力，吸盘2选择刚度大、热膨胀系数小的材料，首选微晶玻璃、碳化硅、氧化铝等材料。
如图3所示，在照明区域，图案形成装置1的上方为第一空气层1-1， 图案形成装置1由图案形成装置衬底1-2和图形膜层1-3组成，图案形成装置1的下方为第二空气层1-4。可将吸热区域分为第一分界层1-5、吸收层1-6和第二分界层1-7。其中第一分界层1-5为图案形成装置衬底1-2与第一空气层1-1的分界面，热吸收率为A％，热返回率为B％；吸收层1-6即为图案形成装置衬底1-2，热吸收率为C％；由于图形膜层1-3厚度仅为几十到几百纳米，因此第二分界层1-7为包含图形膜层1-3情况下，图案形成装置衬底1-2与第二空气层1-4的分界面，热吸收率为D％，第二空气层1-4的热吸收率为E％。其中，A％、B％、C％、D％、E％之和为100％。
曝光成像仿真分析可知，较大比例的热量被反射回到第一空气层1-1(即B值较大)；图案形成装置衬底1-2自身透过率较高，吸收热量很小(即C值较小)；图案形成装置1的热吸收主要集中在图形膜层1-3(即D值较大)。常温下吸收层1-6的热传导系数为1.3W/(m·℃)，而仅秒级甚至以下的曝光照明时间，热量完全无法及时传递到图案形成装置衬底1-2与第一空气层1-1的第一分界层1-5；图案形成装置1与基板3在百纳米间距下，通过与空气接触进行换热，换热系数低至5×10 -6W/(mm 2·℃)，因此，图案形成装置1下表面绝大部分的热量依然只能缓慢向上表面传递。由于热量无法及时散出，因此采用热平衡的方法进行热量的控制，热平衡的方法通过在不同时间进行不同照明的切换，维持图案形成装置1的温度在较小范围内波动，从而使图案形成装置1由于整体热变形后，其中心位置与边缘位置Z向的变形量差值较小，整体面形起伏恶化程度较小，避免Z向变形不均匀而导致的位置误差与加工出的图形发生不可预期的、过度的变形。
即该热控方法从热源出发，在第一检测照明5-2、曝光照明5-3的基础上，引入补偿照明5-4，使图案形成装置1(例如模板)的温度快速上升至热平衡温度区间，在该热平衡温度区间内图案形成装置1处于热平衡状态，此时图案形成装置1完成持续均匀、稳定的Z向变形，避免了后期检测和曝光引入照明热量时，不对图案形状装置的温度进行控制，产生的图案形成装置1变形波动大，而导致检测和曝光时图案形成装置 1的图形位置偏差过大；本公开实现了图案形成装置1长时间维持热平衡，使得图案形成装置1的图形能维持均匀、稳定的变形，提供了有效的热控手段，满足曝光所需的温度梯度差和面形影响控制要求。同时通过合理分配各照明模式的时序，配比不同照明光源的光照强度、频率以及冷却时长等，使各照明模式间实现切换，提高了曝光的效率。
在上述实施例的基础上，S1之前还包括：S0，根据图案形成装置1的形变量与温度之间的关系，确定热平衡温度区间。
首先确定图案形成装置1的热平衡温度区间W，图案形成装置1受热变形，可以实验测得或仿真获得图案形成装置1的形变量与温度之间的关系。当在某一温度区间范围内，图案形成装置1边缘Z向的形变量大于等于中心Z向形变量的50％，可取该温度区间为热平衡温度区间W。为了更有效的利用补偿照明能量，通常不对图案形成装置1的整个区域进行补偿照明，因此补偿照明区域的面积通常小于图案形成装置1的面积，此时，热平衡温度区间W为补偿照明区域边缘Z向形变量ΔZ C1×C2大于等于图案形成装置中心Z向的形变量ΔZ的50％所对应的温度区间。
以下时序切换过程的示意图中，时间的长短与功率密度的高低仅作为示意性参考，不应为实际值的限制。
确定热平衡温度区间W后，如图4所示(第一方案)，继续步骤S1，包括：开机同时开启补偿照明5-4，补偿照明5-4的照明区域为C1×C2，功率密度为P3，照明时间为T1，持续照明至图案形成装置1达到热平衡温度区间W，关闭补偿照明5-4。补偿照明5-4用于将室温下的图案形成装置1加热至热平衡温度区间W，避免后续引入第一检测照明5-2时，不对图案形成装置1的温度进行控制，而导致检测区域中心与检测区域边缘形变量差别过大。
步骤S2包括：开启第一检测照明5-2，第一检测照明5-2的照明区域为D1×D2，功率密度为P4，单次照明周期为T，单次照明时长为U2，单场检测中，检测时间为T2，单场照明时间达到T2后，完成位置信息的检测，关闭第一检测照明5-2。第一检测照明5-2在工作期间内使图案形成装置1的温度维持在热平衡温度区间。
步骤S3包括：开启曝光照明5-3，曝光照明5-3的照明区域为E1×E2，功率密度为P5，单场照明时间为T3，单场照明时间达到T3后，完成曝光，关闭曝光照明5-3。在第一检测照明5-2与曝光照明5-3切换过程中，及S3步骤中图案形成装置1的温度维持在热平衡温度区间内。
其中，图案形成装置1的俯视图如图5所示，C1×C2为图案形成装置1的补偿照明区域，D1×D2的区域内加工有测试用的标记，E1×E2的为图案形成装置1的图形面区域。S C1×C2≥S D1×D2≥S E1×E2(S C1×C2表示的是C1×C2区域的面积，S D1×D2表示的是D1×D2区域的面积，S E1×E2表示的是E1×E2区域的面积)。补偿照明5-4的照明区域面积最大(当采用第一检测照明5-2作为补偿照明时，补偿照明5-4的照明区域面积等于第一检测照明5-2的照明区域面积)，因此，补偿照明能均匀的加热图案形成装置1，使补偿照明区域内温度更均匀，均为热平衡温度区间W。
在上述实施例的基础上，S3之后还包括：S4，使基板3移动至下一曝光场后，开启曝光照明5-3，在曝光照明5-3照明期间图案形成装置1的温度保持在热平衡温度区间内；两场曝光照明间的时间间隔为T 5。
承片台4带动基板3移动至下一曝光场，继续下一场曝光，开启下一场的曝光照明；以此类推，后续切换曝光照明，保证在新的曝光照明单位时间内输出至图案形成装置1的能量与前述一致即可。开启上、下两场曝光照明5-3的时间间隔为T 5，即为场间切换时间，由于图案形成装置1与空气接触换热的效果差，因此，在场间切换时间T 5内，温度变化不大。若重新更换图案形成装置1则需回到步骤S1，由于新更换的图案形成装置温度为室温，因此，需要重新使用补偿照明5-4将图案形成装置1加热至热平衡温度区间。
在上述实施例的基础上，S4之前还包括：S41，关闭所有照明，使图案形成装置1冷却，冷却时长为T 4；T 4包括T 5或T 4不包括T 5。
理想情况下，切换第一检测照明5-2与曝光照明5-3的过程中，温度不会发生跳变，即温度保持在热平衡温度区间W。但由于为了保证曝光后图形显影的效果，曝光照明时间T3较长，导致曝光照明5-3输出至 图案形成装置1的能量较多，此时图案形成装置1温度会上升至热平衡温度区间的上限附近。因此，为了避免在下一场曝光过程中，温度超过热平衡温度区间的上限，在曝光步骤后，可以增加一个冷却过程，来使温度降低而偏离热平衡温度区间的上限，该冷却过程中，关闭所有的照明。具体是在步骤S3后增加一个冷却步骤S41，可以在执行完该冷却步骤之后再执行步骤S4，也可以在冷却过程中进行步骤S4，即冷却和移动至下一曝光场同时进行。时序切换过程如图6所示(第二方案)，关闭所有照明，冷却时间为T4。
在上述实施例的基础上，S3之后还包括：重复S2～S3，交替进行检测步骤和曝光步骤，图案形成装置1在检测步骤和曝光步骤中维持在热平衡温度区间。
在上述实施例中，单块图案形成装置1仅进行一次位置检测后，就可进行后续多场次的曝光，若单场曝光结束后，下一场还需要进行检测的话，需在步骤S3(存在步骤S41时，则为步骤S41)后回到步骤S2，时序切换过程如图7所示(第三方案)。
在上述实施例的基础上，S1还包括：在开启补偿照明5-4的同时，开启第二检测照明5-1-1，在S2～S3中，第二检测照明5-1-1维持开启状态；第二检测照明5-1-1的热输出功率远小于第一检测照明5-2的热输出功率，即第二检测照明5-1-1输入到图案形状装置1的热量对其面形基本无影响，且第二检测照明5-1-1与第一检测照明5-2之间无干涉，即第二检测照明5-1-1开启与否并不影响第一检测照明5-2的检测效果。
在第一方案的基础上，为了拓展上述热控方法的适用场景，根据检测输入热量的不同，将不同检测功能的检测照明分为热输出功率大的第一检测照明5-2和热输出功率小的第二检测照明5-1-1，由于热输出功率小的第二检测照明5-1-1对图案形成装置1受热形变的影响很小，因此，可以一直开启该照明，称之为连续检测照明。参见图8，完整流程如下：
步骤S1包括：开机同时开启第二检测照明5-1-1和补偿照明5-4，第二检测照明5-1-1输出到图案形成装置1的热量小，其照明区域可根据实际需要进行确定；补偿照明5-4照明区域为C1×C2，功率密度为 P3，照明时间为T1，持续照明至图案形成装置1达到热平衡温度区间W，关闭补偿照明5-4。
步骤S2包括：开启第一检测照明5-2，第一检测照明5-2的照明区域为D1×D2，功率密度为P4，单次照明周期为T，单次照明时长为U2，单场检测中，检测时间为T2，单场照明时间达到T2后，关闭第一检测照明5-2。第一检测照明5-2在工作期间内使图案形成装置1的温度维持在热平衡温度区间。
步骤S3包括：开启曝光照明5-3，曝光照明5-3的照明区域为E1×E2，功率密度为P5，单场照明时间为T3，单场照明时间达到T3后，关闭曝光照明5-3。在第一检测照明5-2与曝光照明5-3切换过程中，及S3步骤中图案形成装置1的温度维持在热平衡温度区间内。
在上述实施例的基础上，S3之后还包括：S4，使基板3移动至下一曝光场后，开启曝光照明5-3，在曝光照明5-3照明期间输出至图案形成装置1的能量与上一曝光场输出至图案形成装置1的能量相同；两场曝光照明间的时间间隔为T 5，即为场间切换时间。
理想情况下，切换第一检测照明5-2与曝光照明5-3的过程中，温度不会发生跳变，即温度保持在热平衡温度区间W。但为了保证曝光后图形显影的效果，曝光照明时间T3较长，导致曝光照明5-3输出至图案形成装置1的能量较多，此时图案形成装置1温度会上升至热平衡温度区间的上限附近。因此，为了避免在下一场曝光过程中，温度超过热平衡温度区间的上限，在曝光步骤后，可以增加一个冷却过程，来使温度降低而偏离热平衡温度区间的上限，该冷却过程中，关闭所有的照明。具体是在步骤S3后增加一个冷却步骤S41，可以在执行完该冷却步骤之后再执行步骤S4，也可以在冷却过程中进行步骤S4，即冷却和移动至下一曝光场同时进行。不包含冷却步骤的时序切换过程如图8所示(第四方案)，包含冷却步骤的时序切换过程如图9所示(第五方案)，然后关闭具有较大热输出功率的第一检测照明5-2、曝光照明5-3和补偿照明5-4，使图案形成装置1的温度降低而离开热平衡温度区间的上限附近，冷却时间为T4。当然，该步骤中也可以关闭第二检测照明5-1-1，但由 于光源关闭再启动时，输出功率具有一定波动，因此，优选地可以不关闭第二检测照明5-1-1。
在上述实施例的基础上，S3之后还包括：重复S2～S3，交替进行检测步骤和曝光步骤，图案形成装置1在检测步骤和曝光步骤中维持在热平衡温度区间。
在上述实施例中，单块图案形成装置1仅进行一次位置检测后，就可进行后续多场次的曝光，若单场曝光结束后，下一场还需要进行检测的话，需在步骤S3(存在步骤S41时，则为步骤S41)后回到步骤S2，时序切换过程如图10所示(第六方案)。
在上述实施例的基础上，S2包括：交替开启第三检测照明5-1-2和第一检测照明5-2，第三检测照明5-1-2的单次照明周期、单次照明时长与第一检测照明5-2的单次照明周期、单次照明时长相匹配；其中，第三检测照明5-1-2与第一检测照明5-2之间存在干涉，即第三检测照明5-1-2和第一检测照明5-2均开启时，相互之间会影响检测结果。
在第一方案的基础上，若多个检测照明相互之间会影响检测结果，也就是说，某个时刻，仅允许其中一个检测照明存在，其时序控制过程如下，其中第三检测照明5-1-2为相干检测照明。完整流程如下：
步骤S1包括：开机开启补偿照明5-4，补偿照明5-4的照明区域为C1×C2，功率密度为P3，照明时间为T1，持续照明至图案形成装置1达到热平衡温度区间W，关闭补偿照明5-4。
步骤S2包括：进入检测照明开启时间区间，该区间内存在多个相互之间会产生影响的检测照明，本方案中提供2个相干检测照明，分别为第三检测照明5-1-2和第一检测照明5-2。在本检测照明开启时间区间内，第一检测照明5-2的照明区域为D1×D2，功率密度为P4，单次照明周期为T，单次照明时长为U2，单场照明时间为T2，单场照明时间达到T2后，关闭第一检测照明5-2。第三检测照明5-1-2的照明区域为N×N个B1×B2的区域，功率密度为P2，单次照明周期为T，单次照明时长为U1，单场照明时间达到T2后，关闭第三检测照明5-1-2。第一检测照明5-2在单次照明周期T内的单次照明时长U2应与第三检测 照明5-1-2的单次照明时长U1匹配设计，确保第一检测照明5-2和第三检测照明5-1-2在任何时间仅开启其中一项照明，以避免照明相互影响。在第一检测照明5-2和第三检测照明5-1-2单场照明时间内图案形成装置1的温度维持在热平衡温度区间内。
步骤S3包括：开启曝光照明5-3，曝光照明5-3的照明区域为E1×E2，功率密度为P5，单场照明时间为T3，单场照明时间达到T3后，关闭曝光照明5-3。检测照明与曝光照明5-3切换过程中，及S3步骤中图案形成装置1的温度维持在热平衡温度区间内。
在上述实施例的基础上，S3之后还包括：重复S2～S3，重复过程中S2只开启第三检测照明5-1-2，第一检测照明5-2关闭；交替进行检测步骤和曝光步骤，图案形成装置1在检测步骤和曝光步骤中维持在热平衡温度区间。
承片台4带动基板3移动至下一曝光场，继续下一场曝光前，采用第三检测照明5-1-2进行了相关参数的检测，第三检测照明5-1-2照明区域为N×N个B1×B2的区域，功率密度为P2，单次照明周期为T，单次照明时长为U1，单场照明时间达到T2后，关闭第三检测照明5-1-2；回到步骤S3。若重新更换图案形成装置1则需回到步骤S1，时序切换过程如图11所示(第七方案)。
本公开引入补偿照明，实现图案形成装置长时间的热平衡；热平衡在协调各照明模式的同时确保了切换光场时产生的温度波动较小，从而控制图案形成装置热变形的变化范围，使工作过程中，图案形成装置的图形能维持均匀、稳定的变形。同时通过合理分配时序，设计照明开启点位和时长、单次照明周期和单次照明时长，即避免多个检测光间的相互影响，又能使曝光的工作流程所需照明对接，提高了曝光的效率，进而提高了产率。
下面通过具体实施方式对本公开作进一步说明。在以下实施例中对上述图案形成装置的热控方法进行具体说明。但是，下述实施例仅用于对本公开进行例示，本公开的范围不限于此。
如图2所示，近场曝光系统中，图案形成装置1吸附安装在吸盘2 上，基板3安装在承片台4上，图案形成装置1受到第一检测照明5-2、第二检测照明5-1-1、第三检测照明5-1-2、曝光照明5-3以及补偿照明5-4的热载荷影响。
本实施例采用复杂的三路检测照明，其中一路第二检测照明5-1-1的热输出功率小，另外两路第三检测照明5-1-2和第一检测照明5-2的热输出功率大，且相互之间会产生影响，其时序过程为：
步骤S1：开机同时开启第二检测照明5-1-1和补偿照明5-4，第二检测照明5-1-1输出至图案形成装置1的热量小，其照明区域可根据实际需要进行确定，在机器运行过程中可一直保持开启；补偿照明5-4的照明区域为C1×C2，功率密度为P3，照明时间为T1，持续照明至图案形成装置1达到热平衡温度区间W，关闭补偿照明5-4。
步骤S2：进入检测照明开启时间区间，该区间内存在多个相互之间会产生影响的检测照明，本实施例中提供2个相干检测照明，分别为第三检测照明5-1-2和第一检测照明5-2。在本检测照明开启时间区间内，第一检测照明5-2的照明区域为D1×D2，功率密度为P4，单次照明周期为T，单次照明时长为U2，单场照明时间为T2，单场照明时间达到T2后，完成检测，关闭第一检测照明5-2。第三检测照明5-1-2的照明区域为N×N个B1×B2的区域，功率密度为P2，单次照明周期为T，单次照明时长为U1，单场照明时间达到T2后，关闭第三检测照明5-1-1。第一检测照明5-2的单次照明周期T内单次照明时长U2应与第三检测照明5-1-2的单次照明时长U1匹配设计，确保第一检测照明5-2和第三检测照明5-1-2在任何时间仅开启其中一项照明，以避免照明相互影响。在第一检测照明5-2和第三检测照明5-1-2单场照明时间内图案形成装置1的温度维持在热平衡温度区间内。
步骤S3：开启曝光照明5-3，曝光照明5-3的照明区域为E1×E2，功率密度为P5，单场照明时间为T3，单场照明时间达到T3后，关闭曝光照明5-3。检测照明与曝光照明5-3切换过程中，及S3步骤中图案形成装置1的温度维持在热平衡温度区间内。如图12所示，第一检测照明5-2关闭，开启曝光照明5-3后，图案形成装置1温度升高接近热平 衡温度区间的上限，需加入一个冷却过程。
步骤S4：承片台4带动基板3移动至下一曝光场，继续下一场曝光前，采用了第三检测照明5-1-2进行了相关参数的检测，第三检测照明5-1-2的照明区域为N×N个B1×B2的区域，功率密度为P2，单次照明周期为T，单次照明时长为U1，单场照明时间达到T2后，关闭第三检测照明5-1-2；回到步骤S3。时序切换过程如图12所示。若重新更换图案形成装置1则需回到步骤S1。
如图13所示，本实施例中图案形成装置1上方受到的某典型照明工况如下，以下实施例中的图案形成装置1的材质为熔石英，照明区域尺寸为某工况下实际检测、曝光所需的尺寸，而各照明输出的功率密度的大小是在确定好热平衡温度区间后，通过实验获取，本实施例的热平衡温度区间为30.05～30.2℃，此时图案形成装置1中心的Z向形变量为40.9nm，补偿区域边缘Z向形变量为21.1nm，此时图案形成装置补偿照明区域内面形PV为19.8nm：
(1)第二检测照明5-1-1的照明区域为分布于中心25mm×30mm的外四顶点处(图13中的四点A1×A2区域)，单点照明区域为0.5mm×0.5mm，单点照明功率密度为11000mW/cm 2。
(2)第三检测照明5-1-2的照明区域为N×N个B1×B2区域，分布于中心20mm×20mm的区域内，为20×20个点阵列，单点照明区域为0.1mm×0.1mm，单点照明功率密度为1000mW/cm 2，单次照明周期为0.25s，单次照明时长为0.06s。
(3)补偿照明5-4的照明区域分布于中心40mm×40mm的区域内，照明功率密度为50mW/cm 2，照明时长T1为1000s，此时补偿照明5-4直接采用的是第一检测照明5-2的照明组件，在发挥补偿照明功能时，将其称为补偿照明。
(4)第一检测照明5-2的照明区域为D1×D2，分布于中心40mm×40mm的区域内，照明功率密度为50mW/cm 2，单次照明周期为0.25s，单次照明时长为0.03s，单场检测时间为25s，即单场检测时间内共使用100次第一检测照明5-2。单场检测结束后关闭第一检测照明5-2；
(5)曝光照明5-3的照明区域为E1×E2，分布于中心25mm×30mm的区域内，照明功率密度为60mW/cm 2，单场照明时长为5s。如图14所示，第一检测照明5-2关闭，开启曝光照明5-3后，温度接近热平衡温度区间的上限30.2℃，需加入一个冷却过程。冷却时长为25s，冷却后温度回到热平衡温度区间内的30.08℃附近。
采用本公开的热控方案，如图14中左部分所示，工况实验结果显示，环境初始温度为22℃，曝光过程中，开机1200秒后，完成了步骤S1的补偿照明和步骤S2的第一检测照明，此时图案形成装置1已达到热平衡状态，整体温度为30.05℃；如图14右部分所示，切换到步骤S3的曝光照明5-3后，温度开始升高，上升到热平衡温度区间的上限30.2附近，此时温度波动梯度为0.15℃，图案形成装置1的中心处Z向的变形量为40.9nm，补偿照明区域边缘Z向的变形量为21.1nm，即图案形成装置面形PV为19.8nm@25mm×30mm。
在不采用本公开的热控方案情况下，即对检测照明与曝光照明开启的时间不做控制，如图15所示，图案形成装置1的温度先持续上升，温度大于40℃仍未达到热平衡状态，且曝光过程温度持续大幅波动，单场检测和曝光时温度梯度差大于9℃，图案形成装置1的面形PV大于36.4nm@25mm×30mm。
本实施例还提供了一种获取时序控制的方法：
将主要热量输入照明分为第一检测照明5-2、曝光照明5-3和补偿照明5-4，补偿照明5-4用于将室温下的图案形成装置1加热至热平衡温度区间W，使图案形成装置1的温度更加均匀。避免不对图案形成装置1的温度进行控制，导致检测区域中心与检测区域边缘形变量差别过大。曝光照明5-3用于图形曝光的过程。
(1)先确定图案形成装置1的热平衡温度区间W，图案形成装置1受热变形，可以实验测得或仿真获得图案形成装置1的Z向形变量与温度之间的关系。当在某一温度下，图案形成装置1的补偿照明区域边缘Z向形变量ΔZ C1×C2大于等于图案形成装置中心Z向的形变量ΔZ的50％，可取该温度为热平衡温度区间W。
(2)在根据实际选定好第一检测照明5-2、曝光照明5-3和补偿照明5-4的照明区域D1×D2、E1×E2、C1×C2后，根据仿真模型或实验，在使图案形成装置1的温度维持在热平衡温度区间W内，计算第一检测照明5-2、曝光照明5-3和补偿照明5-4输入的功率密度和照明时长。
本公开采用能量相互补偿实现热平衡的核心思想，解决了图案形成装置在短时间内无法实现高能量传递的问题，为图案形成装置提供了有效的热控手段，使其在工作过程中，图案形成装置的图形能维持稳定的变形，避免了热量不均导致的曝光图形的变形。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 一种图案形成装置的热控方法，其特征在于，包括：
    S1，开启补偿照明(5-4)，将图案形成装置(1)加热至热平衡温度区间后，关闭所述补偿照明(5-4)；所述补偿照明(5-4)的照明区域面积为S C1×C2；
    S2，开启第一检测照明(5-2)，检测步骤完成后关闭所述第一检测照明(5-2)；所述第一检测照明(5-2)的照明区域面积为S D1×D2；
    S3，开启曝光照明(5-3)，曝光步骤完成后关闭所述曝光照明(5-3)；所述曝光照明(5-3)的照明区域面积为S E1×E2；
    其中，S C1×C2≥S D1×D2≥S E1×E2；所述S1、所述S2和所述S3在相互切换过程中，所述图案形成装置(1)温度维持在所述热平衡温度区间；在所述热平衡温度区间内，补偿照明区域边缘Z向形变量ΔZ C1×C2大于等于图案形成装置中心Z向的形变量ΔZ的50％。
  2. 根据权利要求1所述的图案形成装置的热控方法，其特征在于，所述S1之前还包括：
    S0，根据所述图案形成装置(1)的形变量与温度之间的关系，确定所述热平衡温度区间。
  3. 根据权利要求1所述的图案形成装置的热控方法，其特征在于，所述S3之后还包括：
    S4，在下一曝光场中，开启曝光照明(5-3)，在所述曝光照明(5-3)照明期间所述图案形成装置(1)的温度保持在所述热平衡温度区间内；
    所述开启前、后两场曝光照明(5-3)的时间间隔为T 5。
  4. 根据权利要求3所述的图案形成装置的热控方法，其特征在于，所述S4之前还包括：
    S41，关闭所有照明，使所述图案形成装置(1)冷却，所述冷却时长为T 4；所述T 4包括所述T 5或所述T 4不包括所述T 5。
  5. 根据权利要求1所述的图案形成装置的热控方法，其特征在于，所述S3之后还包括：
    重复所述S2～S3，交替进行检测步骤和曝光步骤，所述图案形成装 置(1)在所述检测步骤和所述曝光步骤中维持在所述热平衡温度区间。
  6. 根据权利要求1所述的图案形成装置的热控方法，其特征在于，所述S1还包括：
    在开启所述补偿照明(5-4)的同时，开启第二检测照明(5-1-1)，在所述S2～S3中，所述第二检测照明(5-1-1)维持开启状态；
    所述第二检测照明(5-1-1)的热输出功率远小于所述第一检测照明(5-2)的热输出功率，且所述第二检测照明(5-1-1)与所述第一检测照明(5-2)之间无干涉。
  7. 根据权利要求6所述的图案形成装置的热控方法，其特征在于，所述S3之后还包括：
    S41，关闭所有照明，使所述图案形成装置(1)冷却，所述冷却时长为T 4；
    S4，在下一曝光场中，开启曝光照明(5-3)，在所述曝光照明(5-3)照明期间所述图案形成装置(1)的温度保持在所述热平衡温度区间内；所述开启前、后两场曝光照明(5-3)的时间间隔为T 5；
    其中，所述T 4包括所述T 5或所述T 4不包括所述T 5。
  8. 根据权利要求6所述的图案形成装置的热控方法，其特征在于，所述S3之后还包括：
    重复所述S2～S3，交替进行检测步骤和曝光步骤，所述图案形成装置(1)在所述检测步骤和所述曝光步骤中维持在所述热平衡温度区间。
  9. 根据权利要求1所述的图案形成装置的热控方法，其特征在于，所述S2包括：
    交替开启第三检测照明(5-1-2)和所述第一检测照明(5-2)，所述第三检测照明(5-1-2)的单次照明周期、单次照明时长与所述第一检测照明(5-2)的单次照明周期、单次照明时长相匹配；
    其中，所述第三检测照明(5-1-2)与所述第一检测照明(5-2)之间存在干涉。
  10. 根据权利要求9所述的图案形成装置的热控方法，其特征在于，所述S3之后还包括：
    重复所述S2～S3，所述重复过程中所述S2只开启所述第三检测照明(5-1-2)，所述第一检测照明(5-2)关闭；交替进行检测步骤和曝光步骤，所述图案形成装置(1)在所述检测步骤和所述曝光步骤中维持在所述热平衡温度区间。
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