浸没光刻机浸液流场密封气体温控技术研究

摘要

浸没式光刻机是迄今为止在45nm以下集成电路生产线上唯一得到广泛使用的半导体制造设备，浸没流场非接触式密封是浸没式光刻的核心技术之一。气体作为流场密封的主要介质，其温度的精度和稳定性将直接影响整个浸没系统和光刻环境。本文围绕密封浸没流场的气体的温度控制开展研究，完成了以下的研究工作：
　　依据浸没流场的气密封原理，对气体进入浸没单元后温度变化进行了流体仿真分析，确定了气体温控系统的需求指标。综合分析了密封气体温度、湿度、洁净度和压力流量等指标的关系，设计了供气系统的供气回路，确定了供气系统方案的温度控制方案。
　　提出了基于载热体回流的气液换热的气体温控方案。比较了直接温控（加热制冷）和间接温控（热交换）各自的特点，并根据气体温控系统小流量、高精度等特点，选择气液换热的控温方式。分析了换热器的静态特性，选择了通过改变载热体温度来控制换热量的温控方式。同时针对载热体温控，提出了基于循环回路的控温方式，并深入分析了其特性，有效地提高了温控系统的惯性，改善了系统的控制特性。
　　完成了气体温控算法的设计，针对气体温度控制系统多干扰的特点，采用了串级控制结构，将干扰集中在内环。为了提高气体温控系统的鲁棒性，引入了基于内模控制原理和最大灵敏度的串级PID控制器参数整定的方法，主、副控制器分别根据系统的鲁棒性和抗干扰性要求，选择了不同的灵敏度。
　　完成了气体温控装置的详细设计，包括电控方案设计、电气原理图设计、机械框架设计、液路布局设计和电气结构设计。仿真结果证明，该气体温度控制系统具有良好干扰抑制能力和较强的鲁棒性，将应用于浸没光刻机的浸没流场密封气体温度控制。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 浸没式光刻技术及其研究现状

1.3 高精度气体温度控制技术概述

1.4 本文的主要研究内容

2 需求分析及总体方案设计

2.1 气体温控需求分析

2.2 总体方案设计

2.3 本章小结

3 气体温控详细技术方案设计与分析

3.1 初步技术路线选择

3.2 详细技术方案设计

3.3 循环回路系统分析

3.4 技术方案优化设计

3.5 关键元器件参数计算及选型

3.6 本章小结

4 气体温控装置的详细设计

4.1 电气控制系统设计

4.2 机械结构设计

4.3 本章小结

5 温控算法设计及仿真验证

5.1 物理对象参数化建模

5.2 气体温度控制结构建立

5.3 气体温度控制算法设计

5.4 算法仿真测试

5.5 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献