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基于温度计量的半导体光刻机恒温控制系统校准技术发展与芯片制程稳定性保障应用

一、引言

在极紫外**(EUV)或深紫外**(DUV)光刻过程中,环境温度波动超过±0.1°C即可导致镜头畸变、套刻误差增大,影响7nm及以下先进制程良率。通过温度计量手段对光刻机内部多点温度场进行高精度监测与控制系统校准,是保障纳米级加工精度的核心。


二、恒温校准的基本原理

在光刻机关键部位(光学台、晶圆台、镜头舱)布设高精度铂电阻温度计**(PRTD),测量实际温度分布,验证温控系统是否实现:

空间均匀性:≤±0.05°C;

时间稳定性:≤±0.02°C/h;

响应速度:阶跃变化后快速恢复。


三、核心技术与系统组成

高稳定性PRTD传感器阵列
Tolerance ≤ ±0.01°C,长期漂移 < 0.005°C/年。

多通道温度数据采集系统
支持同步采样,分辨率0.001°C。

环境补偿与热仿真模型
结合CFD分析热源(电机、光源)影响。

温控参数优化建议系统
调整PID参数、风道设计或隔热材料布局。


四、典型应用场景

EUV光刻机光学系统热变形补偿
防止因温度梯度导致反射镜面形变化。

晶圆台运动热扰动抑制
高速扫描时电机发热影响定位精度。

洁净室环境温度联动控制验证
确保机台与环境温差最小化。

设备大修后热稳定性复测
验证更换部件是否引入新的热源。


五、挑战与未来发展趋势

挑战:

传感器布设受限于密闭空间;

微小温度变化需超高灵敏度检测;

动态工艺过程中温度场持续变化。

未来方向:

发展光纤分布式温度传感(DTS)系统;

推进AI预测热变形并实时补偿;

建立光刻机热性能计量标准与测试规范;

实现从被动控温到主动热管理的智能化升级。


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