一种用于光刻设备的温度控制装置及方法

本发明涉及光刻设备，尤其涉及一种用于光刻设备的温度控制装置及方法。

背景技术：

1、光刻设备是一种将所需图案投影到衬底上，通常是衬底的目标部分上的机器。光刻设备可用于例如集成电路(ic)制造过程中。光刻技术被广泛地看作制造ic和其他器件或结构的关键步骤之一。随着通过使用光刻技术制造的特征的尺寸变得越来越小，光刻技术正变成允许制造微型ic或其他器件或结构的更加关键的因素。光刻技术印刷的理论极限可以由瑞利法则给出，如等式(1)所示：

2、

3、其中λ是所用辐射的波长，na是用以印刷图案的投影系统的数值孔径，k1是依赖于工艺的调节因子，cd是所印刷的图案的特征尺寸。由式(1)知道，特征的最小可印刷尺寸的减小可以由三种途径实现：缩短曝光波长λ、增大数值孔径na或减小k1的值。为了减小最小可印刷尺寸，极紫外(euv)光源已经被用来作为光刻设备的光源。使用euv光源的光刻技术被称为极紫外光刻技术。极紫外光的波长在13-14nm之间，并且极易被空气吸收。因此极紫外光刻设备工作在真空环境中。同时，需要不断向腔室内注入适量的清洁气体，如氢气，以缓解光学元件受到的污染。

4、为了使掩模上的图案能够精准的投影到衬底上，希望保持衬底的温度恒定。因为衬底温度的变化会导致衬底膨胀或收缩从而发生尺寸变化。被投影的图案尺寸是纳米级的，衬底微弱的尺寸变化，都会导致投影的图案精度降低。清洁气体流向硅片表面时，如果清洁气体的温度高于硅片表面的温度则会加热硅片；同时，euv光束中掺杂的红外光也会加热硅片，这些都会导致硅片受热而产生热变形，从而降低光刻设备的光刻精度。

5、现有的温度控制装置包括加热装置和冷却装置。通过将清洁气体冷却再加热，以实现对气流的温度控制。为得到更小的特征尺寸，极紫外光刻设备的投影系统采用越来越大的na，如0.3、0.5、0.8。当na增大时，硅片台和投影系统之间的距离变窄，难以安装温度控制设备，进而无法控制硅片台的气流温度。

6、现有的温控装置都采取了电加热的方法，不可避免地会在光刻机内部引入线缆，污染光刻机内部环境。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种，用以解决的技术问题是在实现对硅片表面温度变化有效控制的前提下、避免引入线缆带来的光刻环境污染的问题。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、一种用于光刻设备的温度控制装置，包括：动态气体隔离装置、气体温度控制装置和高纯气源；

4、所述气体温度控制装置和高纯气源设置在光刻设备的光刻设备主基板的外侧；所述动态气体隔离装置设置在所述光刻设备主基板的内侧；所述动态气体隔离装置上设置清洁气体流动管道；

5、所述清洁气体流动管道一端连接气体温度控制装置，另一端连接光刻设备内部；所述气体温度控制装置与高纯气源连接，且能够对高纯气源中存储的高纯清洁气体进行温度控制。

6、进一步地，所述清洁气体流动管道内部设置气流匀化装置。

7、进一步地，所述动态气体隔离装置上还设置有锥形通道，所述锥形通道用于为投影系统发射的极紫外光束提供通过空间；待光刻的硅片设置在所述锥形通道的下方，所述极紫外光束用于对硅片进行光刻。

8、进一步地，所述锥形通道的壁面为动态气体隔离装置壁面；所述清洁气体流动管道一端连通气体温度控制装置，另一端连通至动态气体隔离装置壁面。

9、进一步地，所述气体温度控制装置包括：冷气流管、热气流管、进气管、喷嘴和涡流室；所述进气管一端连通高纯气源，另一端连通涡流室；所述进气管与涡流室连通的一端设置喷嘴，并通过所述喷嘴将高纯气源中的高纯清洁气体喷入涡流室；所述涡流室用于将高纯清洁气体进行涡流冷却，且所述涡流室一端连接冷气流管，另一端连接热气流管。

10、进一步地，所述涡流室包括：热端管、冷端管和分离孔板；所述分离孔板设置在所述热端管和冷端管之间，所述高纯清洁气体通入涡流室后，一部分流向冷端管，另一部分流向热端管；所述冷端管为阿基米德螺旋线形，能够对气体进行降温。

11、进一步地，所述冷端管与冷气流管连通，所述热端管与热气流管的一端连通。

12、进一步地，所述热气流管与热端管之间设置第一控制阀；所述热气流管另一端与高纯气源连通；所述热气流管与所述高纯气源之间设置加压冷却装置。

13、进一步地，所述热气流管另一端连接热气流储存装置；所述热气流储存装置外接热气流管道，所述热气流管道的开口朝向光刻设备主基板。

14、一种用于光刻设备的温度控制方法，采用所述的一种用于光刻设备的温度控制装置对光刻设备进行温度控制，具体包括以下步骤：

15、步骤s1：高纯气源向气体温度控制装置提供高纯清洁气体；

16、步骤s2：高纯清洁气体经过气体温度控制装置后分为两个支路：冷气流和热气流；所述冷气流通过冷气流管流向清洁气体流动管道；所述热气流通过热气流管回流至高纯气源；或者所述热气流通过热气流管流向光刻设备主基板；

17、步骤s3：所述冷气流通过清洁气体流动管道进入光刻设备内部，并对硅片进行降温。

18、本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：

19、(1)本发明通过清洁气体流动管道向光刻设备内部通入冷却后的高纯清洁气体，防止光刻过程中由于极紫外光束照射导致的硅片温度升高的问题，保证了硅片表面的温度稳定性。

20、(2)本发明通过将气体温度控制装置分流出的热气流通向光刻设备主基板对其加热，热气流能够中和冷气流对动态气体隔离装置的冷却现象，减少了动态气体隔离装置的温度变化。且循环利用了制冷时气体温度控制装置产生的高温气体和热量。

21、(3)本发明通过通入低温的高纯清洁气体，能够防止光刻产生的污染物上浮，同时清洁硅片表面，解决了硅片表面空间不足的问题。且高纯气源和气体温度控制装置均设置在光刻设备外侧，避免了电加热导致的光刻机内部引入线缆污染的问题。

22、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种用于光刻设备的温度控制装置，其特征在于，包括：动态气体隔离装置(3)、气体温度控制装置(4)和高纯气源(5)；

2.根据权利要求1所述的用于光刻设备的温度控制装置，其特征在于，所述清洁气体流动管道(301)内部设置气流匀化装置(303)。

3.根据权利要求1或2所述的用于光刻设备的温度控制装置，其特征在于，所述动态气体隔离装置(3)上还设置有锥形通道，所述锥形通道用于为投影系统(6)发射的极紫外光束(2)提供通过空间；待光刻的硅片(1)设置在所述锥形通道的下方，所述极紫外光束(2)用于对硅片(1)进行光刻。

4.根据权利要求3所述的用于光刻设备的温度控制装置，其特征在于，所述锥形通道的壁面为动态气体隔离装置壁面(302)；所述清洁气体流动管道(301)一端连通气体温度控制装置(4)，另一端连通至动态气体隔离装置壁面(302)。

5.根据权利要求4所述的用于光刻设备的温度控制装置，其特征在于，所述气体温度控制装置(4)包括：冷气流管(401)、热气流管(402)、进气管(403)、喷嘴(404)和涡流室(405)；所述进气管(403)一端连通高纯气源(5)，另一端连通涡流室(405)；所述进气管(403)与涡流室(405)连通的一端设置喷嘴(404)，并通过所述喷嘴(404)将高纯气源(5)中的高纯清洁气体(304)喷入涡流室(405)；所述涡流室(405)用于将高纯清洁气体(304)进行涡流冷却，且所述涡流室(405)一端连接冷气流管(401)，另一端连接热气流管(402)。

6.根据权利要求5所述的用于光刻设备的温度控制装置，其特征在于，所述涡流室(405)包括：热端管(4051)、冷端管(4052)和分离孔板(4053)；所述分离孔板(4053)设置在所述热端管(4051)和冷端管(4052)之间，所述高纯清洁气体(304)通入涡流室(405)后，一部分流向冷端管(4052)，另一部分流向热端管(4051)；所述冷端管(4052)为阿基米德螺旋线形，能够对气体进行降温。

7.根据权利要求6所述的用于光刻设备的温度控制装置，其特征在于，所述冷端管(4052)与冷气流管(401)连通，所述热端管(4051)与热气流管(402)的一端连通。

8.根据权利要求7所述的用于光刻设备的温度控制装置，其特征在于，所述热气流管(402)与热端管(4051)之间设置第一控制阀(406)；所述热气流管(402)另一端与高纯气源(5)连通；所述热气流管(402)与所述高纯气源(5)之间设置加压冷却装置(4021)。

9.根据权利要求8所述的用于光刻设备的温度控制装置，其特征在于，所述热气流管(402)另一端连接热气流储存装置(4022)；所述热气流储存装置(4022)外接热气流管道(4024)，所述热气流管道(4024)的开口朝向光刻设备主基板(7)。

10.一种用于光刻设备的温度控制方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的一种用于光刻设备的温度控制装置对光刻设备进行温度控制，具体包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种用于光刻设备的温度控制装置及方法，属于光刻设备技术领域，解决的技术问题是在实现对硅片表面温度变化有效控制的前提下、避免引入线缆带来的环境污染问题。本发明包括：动态气体隔离装置、气体温度控制装置和高纯气源；所述气体温度控制装置和高纯气源设置在光刻设备的光刻设备主基板的外侧；所述动态气体隔离装置上设置清洁气体流动管道；所述清洁气体流动管道一端连接气体温度控制装置，另一端连接光刻设备内部；所述气体温度控制装置与高纯气源连接，且能够对高纯气源中存储的高纯清洁气体进行温度控制，本发明通过低温的高纯清洁气体对硅片进行温度控制，同时减少了污染。

技术研发人员：王魁波,孙家政,吴晓斌,丁金滨,罗艳,谢婉露,沙鹏飞,韩晓泉,马赫,谭芳蕊
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15