[發明專利]光刻機投影物鏡溫度控制方法

有效

• 申請號: 200910050404.0
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101551595A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 金敏;李小平;聶宏飛;湯勇;余小虎;黃友任;于文忠;羅晉
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司;華中科技大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G05D23/19;G05B19/04
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所
• 代理人: 屈 蘅;李時云

技術領域

本發明屬于零部件溫度控制領域，涉及一種光刻機投影物鏡的溫度控制方法。?

背景技術

在半導體行業中，需要對某些關鍵的零部件進行恒定溫度控制，比如光刻機中的投影物鏡。由于這些關鍵零件工作空間狹小，對工作環境要求很嚴格，溫度控制精度需求也很高，因此不能直接用風扇、電熱器、空調之類的普通溫度控制設備來控制。?

目前行業中一般采用專用的設備來控制，這些專用溫控設備通過提供溫度受控的循環液與關鍵零件發生熱交換的方式來控制關鍵零件溫度。?

在投影物鏡溫度控制系統中，提供這種溫度受控循環液的裝置稱為溫度控制單元(TCU，Temperature?Control?Unit)，它作為執行器來使用。當接收到上位機發送過來的設定值Tset時，TCU根據一定的算法控制內部的加熱器和制冷器，迅速將循環液溫度控制到Tset附近。TCU提供的循環液經分流器被分成多股支流，流經投影物鏡、硅片臺、掩模臺等零件，最終再由集流器合成一股流回TCU。?

由于物鏡周圍環境溫度波動，其他零件負荷波動，物鏡內部曝光熱負荷波動及循環液流量波動等多種干擾因素的存在，物鏡溫度處于不斷的變化中，上位機發送的Tset也必須作適當的變化才能很快將物鏡溫度控制到或維持在期望的溫度范圍，本文所涉及的方法和裝置就用于采集當前相關參量信息，據此計算Tset，并發送該設定值和其他控制命令給TCU，從而控制物鏡和其他零件溫度恒定。?

2008年發表在《中國機械工程》雜志第10期上的論文《光刻機投影物鏡的溫度控制算法》中提出了一種雙輸入雙輸出非線性PI控制算法，該算法從控制系統的輸出響應特性出發，將雙輸入雙輸出控制系統按控制作用劃分為5個控?制模態，以具有模態選擇和切換能力的智能控制算法為決策層、改進的PI算法為精確調節層，獲得了多重時滯、多重擾動作用下光刻機投影物鏡較快的收斂速度和±0.006℃的溫度穩定度。這種控制方法沒有對系統時滯提出明確的解決方案，其算法中的幾個特征：模態切換、智能決策、改進的PI控制算法都無法解決系統時滯帶來的問題。因此對于時滯更大的系統，此算法不會產生很好的效果。論文中的算法也沒有針對大時間常數這一點提出切實有效的解決方案，模態選擇可以在初始溫度偏差較小時節省控穩時間，但當初始偏差較大時，系統的大慣性導致的長穩定時間的還是不能避免。論文中所說的串級控制是將執行器TCU內部控制作為副回路的串級控制，除去執行器之外的算法中并不是串級控制。它在前面的幾個階段中根據物鏡溫度與物鏡設定溫度間偏差來計算TCU設定值，根據水溫來調整計算出來的TCU設定值，并在此過程中尋找一個合適的最優水溫，最后階段直接根據實際水溫與最優水溫之間的差別來計算TCU設定值。這種算法中最優水溫的尋找過程太過漫長，增加了系統穩定時間。該文章中的提到的被控對象時間常數達幾個小時，而實際光刻機中的物鏡時間常數可能達到十幾個小時，因此這種算法在控制時間常數更大的物鏡時會有很大的穩定時間。?

發明內容

本發明提出一種光刻機投影物鏡控制方法能夠解決上述問題。?

為了達到上述目的，本發明提出一種光刻機投影物鏡溫度控制方法，通過溫度控制單元TCU將物鏡溫度調整到物鏡溫度設定值，包括以下控制階段：初始化系統參數，決定進入哪個控制階段；預調節TCU內部水溫至設定值；采用開關控制，以物鏡溫度為控制變量，將物鏡溫度控制在P2階段的目標精度以內；采用帶史密斯預估器的串級控制算法，以物鏡溫度為主控變量，主控回路采用增量式PID算法，以集流板處水溫為副控變量，副控回路采用增量式PI算法；采用不帶史密斯預估器的串級控制算法，以物鏡溫度為主控變量，主控回路采用增量式PI算法，以集流板處水溫為副控變量，副控回路采用增量式PI算法；使用增量式PI算法，控制變量為集流板處水溫。?

可選的，其中決定進入哪個控制階段包括以下步驟：?

取得停機時間和上次停機時所處的階段；?

若停機時間小于一個閾值，則進入上次停機時所處的階段。?

可選的，其中決定進入哪個控制階段還包括以下步驟：?

由日志文件和機器常數文件共同確定TCU和集流板處水溫的最優設定值，由日志文件和機器常數文件取得TCU和集流板處水溫的最優值，兩者差異較大時，以日志文件中的為TCU和集流板處水溫的最優設定值；差異較小時以機器常數文件中的為TCU和集流板處水溫的最優設定值。?

可選的，其中在P1階段中，上述設定值等于在P0階段中確定的最優設定值，當TCU溫度達到上述設定值時，進入下一階段。?