[发明专利]光刻机投影物镜温度控制方法

说明书

技术领域

本发明属于零部件温度控制领域，涉及一种光刻机投影物镜的温度控制方法。 

背景技术

在半导体行业中，需要对某些关键的零部件进行恒定温度控制，比如光刻机中的投影物镜。由于这些关键零件工作空间狭小，对工作环境要求很严格，温度控制精度需求也很高，因此不能直接用风扇、电热器、空调之类的普通温度控制设备来控制。 

目前行业中一般采用专用的设备来控制，这些专用温控设备通过提供温度受控的循环液与关键零件发生热交换的方式来控制关键零件温度。 

在投影物镜温度控制系统中，提供这种温度受控循环液的装置称为温度控制单元(TCU，Temperature Control Unit)，它作为执行器来使用。当接收到上位机发送过来的设定值Tset时，TCU根据一定的算法控制内部的加热器和制冷器，迅速将循环液温度控制到Tset附近。TCU提供的循环液经分流器被分成多股支流，流经投影物镜、硅片台、掩模台等零件，最终再由集流器合成一股流回TCU。 

由于物镜周围环境温度波动，其他零件负荷波动，物镜内部曝光热负荷波动及循环液流量波动等多种干扰因素的存在，物镜温度处于不断的变化中，上位机发送的Tset也必须作适当的变化才能很快将物镜温度控制到或维持在期望的温度范围，本文所涉及的方法和装置就用于采集当前相关参量信息，据此计算Tset，并发送该设定值和其他控制命令给TCU，从而控制物镜和其他零件温度恒定。 

2008年发表在《中国机械工程》杂志第10期上的论文《光刻机投影物镜的温度控制算法》中提出了一种双输入双输出非线性PI控制算法，该算法从控制系统的输出响应特性出发，将双输入双输出控制系统按控制作用划分为5个控 制模态，以具有模态选择和切换能力的智能控制算法为决策层、改进的PI算法为精确调节层，获得了多重时滞、多重扰动作用下光刻机投影物镜较快的收敛速度和±0.006℃的温度稳定度。这种控制方法没有对系统时滞提出明确的解决方案，其算法中的几个特征：模态切换、智能决策、改进的PI控制算法都无法解决系统时滞带来的问题。因此对于时滞更大的系统，此算法不会产生很好的效果。论文中的算法也没有针对大时间常数这一点提出切实有效的解决方案，模态选择可以在初始温度偏差较小时节省控稳时间，但当初始偏差较大时，系统的大惯性导致的长稳定时间的还是不能避免。论文中所说的串级控制是将执行器TCU内部控制作为副回路的串级控制，除去执行器之外的算法中并不是串级控制。它在前面的几个阶段中根据物镜温度与物镜设定温度间偏差来计算TCU设定值，根据水温来调整计算出来的TCU设定值，并在此过程中寻找一个合适的最优水温，最后阶段直接根据实际水温与最优水温之间的差别来计算TCU设定值。这种算法中最优水温的寻找过程太过漫长，增加了系统稳定时间。该文章中的提到的被控对象时间常数达几个小时，而实际光刻机中的物镜时间常数可能达到十几个小时，因此这种算法在控制时间常数更大的物镜时会有很大的稳定时间。 

发明内容

本发明提出一种光刻机投影物镜控制方法能够解决上述问题。 

为了达到上述目的，本发明提出一种光刻机投影物镜温度控制方法，通过温度控制单元TCU将物镜温度调整到物镜温度设定值，包括以下控制阶段：初始化系统参数，决定进入哪个控制阶段；预调节TCU内部水温至设定值；采用开关控制，以物镜温度为控制变量，将物镜温度控制在P2阶段的目标精度以内；采用带史密斯预估器的串级控制算法，以物镜温度为主控变量，主控回路采用增量式PID算法，以集流板处水温为副控变量，副控回路采用增量式PI算法；采用不带史密斯预估器的串级控制算法，以物镜温度为主控变量，主控回路采用增量式PI算法，以集流板处水温为副控变量，副控回路采用增量式PI算法；使用增量式PI算法，控制变量为集流板处水温。 

可选的，其中决定进入哪个控制阶段包括以下步骤： 

取得停机时间和上次停机时所处的阶段； 

若停机时间小于一个阈值，则进入上次停机时所处的阶段。 

可选的，其中决定进入哪个控制阶段还包括以下步骤： 

由日志文件和机器常数文件共同确定TCU和集流板处水温的最优设定值，由日志文件和机器常数文件取得TCU和集流板处水温的最优值，两者差异较大时，以日志文件中的为TCU和集流板处水温的最优设定值；差异较小时以机器常数文件中的为TCU和集流板处水温的最优设定值。 

可选的，其中在P1阶段中，上述设定值等于在P0阶段中确定的最优设定值，当TCU温度达到上述设定值时，进入下一阶段。