极紫外光刻掩模台静电卡盘冷却器
阅读：1026发布：2020-05-15
专利汇可以提供极紫外光刻掩模台静电卡盘冷却器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 极紫外 光刻 掩模台 静电卡盘 冷却器，阵列式 热电制冷 器[4]位于静电卡盘[2]盘面底部，制冷器冷端绝缘导热板[302]与静电卡盘[2]平面盘底部 接触 ；掩模板[1]通过静电 吸附 力 ，附着在静电卡盘[2]盘面上部。阵列式热电制冷器[4]由若干 块 自其中心向外划分的同心方框形热电制冷区域构成，每一制冷区域又分为若干块热电制冷器单元[3]，每个制冷器单元[3]由m行、n列的 热电偶 对[400] 串联 构成；热电偶对[400]由一块N型 半导体 和一块P型半导体通过导电 铜 板连接而成。同一制冷器单元[3]内的热电偶对[400]串联供电， 电流 相同，冷端 温度 相同。本 发明 在 电压 、材料、 电阻 和热端温度等条件确定的前提下，只需控制输入电流，即可控制阵列式热电制冷器单元冷端的温度和制冷量。，下面是极紫外光刻掩模台静电卡盘冷却器专利的具体信息内容。
1、一种极紫外光刻掩模台静电卡盘冷却器，包括静电卡盘[2]、掩模板[1]和阵列 式结构热电制冷器[4]；阵列式结构热电制冷器[4]位于静电卡盘[2]盘面的底部，制冷 器冷端的绝缘导热板[302]与静电卡盘[2]平面盘底部相接触；掩模板[1]通过静电吸附 力，附着在静电卡盘[2]盘面上部，其特征在于，阵列式结构热电制冷器[4]由M块自阵 列式结构热电制冷器中心向外划分的同心方框形热电制冷区域构成，每一同心方框形热 电制冷区域分为k块热电制冷器单元[3]，每个热电制冷器单元[3]由m行、n列的热电 偶对[400]串联构成；热电偶对[400]由一块N型半导体和一块P型半导体通过导电铜板 连接而成，同一热电制冷器单元[3]内的热电偶对串联供电，电流相同，冷端温度相同； 同心方框形热电制冷区域的数目根据掩模板在未冷却前的温度分布来确定；同心方框形 热电制冷区域的面积由极紫外光束扫描的面积和图形区的面积来确定；阵列式结构热 电制冷器[4]的同心方框形热电制冷区域的冷端温度分布设置为中心区域温度低、边缘 区域温度高，冷端温度从中心区向边缘区递增，相邻区域冷端的温差为0.5℃；同一同 心方框形热电制冷区域内的热电制冷器单元[3]的冷端温度相同。
2、按照权利要求1所述的极紫外光刻掩模台静电卡盘冷却器，其特征在于：阵列 式结构热电制冷器[4]的每个同心方框形热电制冷区域均安放有薄膜铂电阻温度计 [402]，薄膜铂电阻温度计[402]从阵列式结构热电制冷器[4]和静电卡盘[2]处测得的温 度数值传送给A/D模数转换器[501]，将模拟信号转换成数字信号后送至微处理器[502]， 微处理器[502]经过分析运算后，将处理结果再传送给D/A数模转换器[503]，数模转换 器[503]再通过控制整流稳压装置[504]来调节阵列式结构热电制冷器[4]的工作电流， 以改变冷端的温度，达到温度调节的目的。
技术领域
本发明涉及一种极紫外光刻掩模台冷却装置，特别涉及极紫外光刻掩模台静电卡盘 的冷却器。
背景技术
投影光刻技术是IC光刻加工的一项前沿技术，它利用掩模台和工件台的同步运动， 将掩模上的图形通过微缩光学系统投影到涂有抗蚀剂的晶片上，再经过定型、显影等工 艺，最终在晶片上复制出具有缩小倍率的图形。极紫外光刻(EUVL)是最具发展潜力的 下一代光刻工艺。EUVL技术利用波长为13.4nm的极紫外光源，通过多层膜反射镜构成的 缩小投影光学系统，在真空环境中将掩模图型复制到硅片上，实现具有大扫描视场、极 高的分辨率，并且能够满足IC工业产率需要的70nm以下高分辨率光刻技术。
极紫外光刻采用了不同于传统的光刻工艺的反射式掩模板和反射式光学系统，其工 作环境为真空。掩模板通过静电吸附力固定在掩模台的静电卡盘上，将多层膜反射镜投 射的光源反射到硅片上。图1、2为掩模板的结构示意图和侧视图。掩模板由203衬底、 202Mo/Si(钼/硅)多层膜和201吸收层三部分组成，图1是掩模板结构示意图。衬底 材料为微晶玻璃(低线性膨胀系数)，与传统的硅衬底相比，它的热膨胀系数非常小， 可以有效减小热变形，衬底的结构尺寸为152mm×152mm×6.35mm。衬底上覆有41层的 Mo/Si双分子多层膜202，它的总厚度为282nm，对于波长为13.4nm的201极紫外光 202Mo/Si多层膜的反射率可以达到67％。在面积为100mm×100mm的101图形区域内， Mo/Si多层膜上沉积材料为厚度100nm的TiN吸收层201，吸收层对于极紫外光的吸收 率接近100％。若图形区域内覆满吸收层，则101图形区域的EUV光都被100％吸收， 而在103非图形区域有33％的EUV光被吸收。
由于在13.4nm波长处，大多数材料对极紫外光有很强的吸收率，因此掩模板会吸 收极紫外光而出现热变形。如文献1中介绍：《Impact of thermal and structural effects on EUV lithography performance》，Avijit K.Ray-Chaudhuri，Steven E. Gianoulakis and Paul A.Spence，et al，SPIE Emerging Lithography Technologies II，Vol.3331，pp.124-132，1999，掩模板的热变形对光刻性能会有以下的影响：影响 CD控制、引起图形偏移、引起套刻精度误差。
掩模板热变形的大小与入射光功率、衬底材料和掩模板与外界热交换等因素相关。 抗蚀剂感光性能越好，所需入射光能量越小。掩模板衬底须选取热导率较大和热膨胀系 数较小的材料。在掩模板与外界热交换传热方面，由于工作环境为真空，因此只能依靠 掩模板与静电卡盘间的导热和与外界空间的热辐射两种传热方式将掩模板中的热量导 出。若要增大掩模板与真空环境的热辐射传热，则需要增大掩模板材料的发射率，而在 传热学中，能发射的物体必然能够吸收，因此它们是矛盾的两个量，因而在这方面没有 过多的研究工作。
现有的极紫外光刻掩模板热变形控制技术主要集中在加强掩模板与静电卡盘的热 传导上，采取的主要手段有：(1)寻找热膨胀系数小、热导率大的衬底材料；(2)加 强掩模板衬底与静电卡盘间的热传递。其中文献2：《Assessment of heat deformation and throughput for selecting mask substrate material for extreme ultraviolet lithography》，Akira CHIBA，Minoru SUGAWARA and Hiromasa YAMANASHI，et al，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.41，pp.6498-6505，2002，中介绍了目前最具应用前景的材 料为微晶玻璃，它具有热膨胀系数小的特点，约为0.02ppm/K。而以前的研究中多采用 硅材料作为衬底，它的热膨胀系数是2.5ppm/K。由于微晶玻璃的热膨胀系数较硅材料小 很多，因而由热引起的结构变形就减小很多。而与外界的热交换中，对于掩模板热变形 影响最大的是掩模板与静电卡盘间的接触热传导系数，不同的接触方式接触热传导系数 不同。文献3：《Thermomechanical modeling of the pin-chucked EUV reticle during exposure》，Alexander C.Wei，Carl J.Martina，William A.Beckman，et al， Proceedings of SPIE Vol.4688(2002)：743～754，以及文献4：《Thermal management of EUV lithography masks using low expansion glass substrates》，S.E.Gianoulakis and A.K.Ray-Chaudhuri，SPIE Emerging Lithography Technologies III， Vol.3996，pp.598-605，1999，中都通过在掩模板衬底底部用微细加工技术加工出微小 突起，形成针式接触，并将氦气或氮气引入掩模板和静电卡盘间，能将接触传热系数由 4W/m2·k增大至150W/m2·k。但是对于EUVL来说，它使用的气体引入装置容易出现漏气 问题，因而不适合EUVL的真空作业环境。
US patent 2004/6806007B1公开了一种减小EUV掩模图形偏移和热变形的掩模结构， 它是在掩模衬底底部与静电卡盘相接触处加工镂空的衬垫。其特点在于减少掩模板与卡 盘接触时，由于接触处微小颗粒引起掩模板不平整而造成的图形偏移；同时通过增加单 层或多层衬垫，也能增强掩模与静电卡盘间的接触导热系数，减小掩模的热变形。但这 增大了掩模板的制作复杂性。
极紫外光刻采用了不同于传统的光刻工艺的反射式掩模板和反射式光学系统，其工 作环境为真空。掩模板通过静电吸附力固定在掩模台的静电卡盘上，将多层膜反射镜投 射的光源反射到硅片上。图1、2为掩模板的结构示意图和侧视图。掩模板由203衬底、 202Mo/Si(钼/硅)多层膜和201吸收层三部分组成，图1是掩模板结构示意图。衬底 材料为微晶玻璃(低线性膨胀系数)，与传统的硅衬底相比，它的热膨胀系数非常小， 可以有效减小热变形，衬底的结构尺寸为152mm×152mm×6.35mm。衬底上覆有41层的 Mo/Si双分子多层膜202，它的总厚度为282nm，对于波长为13.4nm的201极紫外光 202Mo/Si多层膜的反射率可以达到67％。在面积为100mm×100mm的101图形区域内， Mo/Si多层膜上沉积材料为厚度100nm的TiN吸收层201，吸收层对于极紫外光的吸收 率接近100％。若图形区域内覆满吸收层，则101图形区域的EUV光都被100％吸收， 而在103非图形区域有33％的EUV光被吸收。
由于在13.4nm波长处，大多数材料对极紫外光有很强的吸收率，因此掩模板会吸 收极紫外光而出现热变形。如文献1中介绍：《Impact of thermal and structural effects on EUV lithography performance》，Avijit K.Ray-Chaudhuri，Steven E. Gianoulakis and Paul A.Spence，et al，SPIE Emerging Lithography Technologies II，Vol.3331，pp.124-132，1999，掩模板的热变形对光刻性能会有以下的影响：影响 CD控制、引起图形偏移、引起套刻精度误差。
掩模板热变形的大小与入射光功率、衬底材料和掩模板与外界热交换等因素相关。 抗蚀剂感光性能越好，所需入射光能量越小。掩模板衬底须选取热导率较大和热膨胀系 数较小的材料。在掩模板与外界热交换传热方面，由于工作环境为真空，因此只能依靠 掩模板与静电卡盘间的导热和与外界空间的热辐射两种传热方式将掩模板中的热量导 出。若要增大掩模板与真空环境的热辐射传热，则需要增大掩模板材料的发射率，而在 传热学中，能发射的物体必然能够吸收，因此它们是矛盾的两个量，因而在这方面没有 过多的研究工作。
现有的极紫外光刻掩模板热变形控制技术主要集中在加强掩模板与静电卡盘的热 传导上，采取的主要手段有：(1)寻找热膨胀系数小、热导率大的衬底材料；(2)加 强掩模板衬底与静电卡盘间的热传递。其中文献2：《Assessment of heat deformation and throughput for selecting mask substrate material for extreme ultraviolet lithography》，Akira CHIBA，Minoru SUGAWARA and Hiromasa YAMANASHI，et al，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.41，pp.6498-6505，2002，中介绍了目前最具应用前景的材 料为微晶玻璃，它具有热膨胀系数小的特点，约为0.02ppm/K。而以前的研究中多采用 硅材料作为衬底，它的热膨胀系数是2.5ppm/K。由于微晶玻璃的热膨胀系数较硅材料小 很多，因而由热引起的结构变形就减小很多。而与外界的热交换中，对于掩模板热变形 影响最大的是掩模板与静电卡盘间的接触热传导系数，不同的接触方式接触热传导系数 不同。文献3：《Thermomechanical modeling of the pin-chucked EUV reticle during exposure》，Alexander C.Wei，Carl J.Martina，William A.Beckman，et al， Proceedings of SPIE Vol.4688(2002)：743～754，以及文献4：《Thermal management of EUV lithography masks using low expansion glass substrates》，S.E.Gianoulakis and A.K.Ray-Chaudhuri，SPIE Emerging Lithography Technologies III， Vol.3996，pp.598-605，1999，中都通过在掩模板衬底底部用微细加工技术加工出微小 突起，形成针式接触，并将氦气或氮气引入掩模板和静电卡盘间，能将接触传热系数由 4W/m2·k增大至150W/m2·k。但是对于EUVL来说，它使用的气体引入装置容易出现漏气 问题，因而不适合EUVL的真空作业环境。
US patent 2004/6806007B1公开了一种减小EUV掩模图形偏移和热变形的掩模结构， 它是在掩模衬底底部与静电卡盘相接触处加工镂空的衬垫。其特点在于减少掩模板与卡 盘接触时，由于接触处微小颗粒引起掩模板不平整而造成的图形偏移；同时通过增加单 层或多层衬垫，也能增强掩模与静电卡盘间的接触导热系数，减小掩模的热变形。但这 增大了掩模板的制作复杂性。
发明内容
针对现有极紫外光刻中存在的掩模板热畸变的缺陷，本发明所要解决的技术问题是 提供一种适用于极紫外光刻真空环境作业的掩模台静电卡盘冷却器。本发明能减小掩模 板由于EUV反射光照射而引起的热变形，提高光刻性能。
本发明主要包括静电卡盘，掩模板和采用阵列式结构的热电制冷器。阵列式热电制 冷器位于静电卡盘盘面的底部，掩模板通过静电吸附力附着在静电卡盘盘面上部。
阵列式热电制冷器是由M(M＝I，II，III……M)块自热电制冷器中心向外划分的 同心方框形热电制冷区域构成，每一方框形热电制冷区域又分为k(k＝1，2，3……k) 块热电制冷器单元，每个制冷器单元又由m行、n列的热电偶对串联构成(m＝1，2，3……m， n＝1，2，3……n)。同心方框形热电制冷区域的数目根据掩模板在未冷却前的温度分 布来确定，即在掩模板间温差在0.5℃～1℃位置处设置同心方框形热电制冷区域；同心 方框形热电制冷区域的面积由极紫外光束扫描的面积和图形区的面积来确定。可根据掩 模板反射光光照区域面积、热电偶对的结构尺寸和热电偶对的热力学特性，合理选择m、 n的数目，一般选择在40mm×40mm的面积内有127对热电偶，单元制冷器的厚度约在 4mm左右。
热电偶对由一块N型半导体和一块P型半导体通过导电铜板连接而成。当有电流通 过热电偶对时，就会发生能量转移，在铜板连接处就会吸热产生降温的效果。同一制冷 器单元的热电偶对串联供电，电流相同，冷端温度相同。同一同心方框形热电制冷区域 内的热电制冷器单元的冷端温度相同。
若紧贴在静电卡盘中心位置处的同心方框形热电制冷区域冷端温度为TI，卡盘边缘 位置处的同心方框形热电制冷区域冷端温度为TM，则阵列式热电制冷器中的同心方框形 热电制冷区域冷端温度分布的计算公式为：TM＝TI+(M-1)ΔT(M＝I，II，III……M)， 其中ΔT是两区相邻同心方框形热电制冷区域冷端温度的差值。为达到中心区与边缘区温 度均匀化的要求，同心方框形热电制冷区域的冷端温度从中心区向边缘区递增，相邻区 温差为0.5℃，以此来补偿掩模板温度分布的不均匀，可以达到掩模板空间温度分布均 匀的目的。
本发明通过在每个区内安放的薄膜铂电阻温度计监测温度与电流控制，构成闭环的 调控系统，按照温度控制的要求进行调控。
本发明的阵列式热电制冷器位于静电卡盘的底部，制冷器冷端的绝缘导热板与静电 卡盘紧贴传热，将冷端温度通过热传导方式传递给静电卡盘，因此静电卡盘的盘面也能 获得与阵列式制冷器一致的温度分布。掩模板通过静电吸附力，附着在静电卡盘上部， 静电卡盘将从阵列式热电制冷器处吸收的冷量传递给掩模板。由于掩模板在图形区域会 100％的吸收EUV光，而在非图形区域会吸收33％的EUV光，因此未被冷却的掩模板的 温度分布应为中心区域温度高、边缘区域温度低。而同心方框形热电制冷区域的冷端温 度分布为中心区域温度低、边缘区域温度高，这样通过温度补偿就能实现掩模板良好的 空间温度分布均匀性，从而减小掩模板的热变形。
由于热电制冷器的制冷量和制冷温度与通入电流大小和材料性质相关，因此本发明 通过控制输入电流的大小来改变同心方框形热电制冷区域供给静电卡盘的制冷温度和 制冷量。
热电制冷是利用物理现象中的帕而帖效应原理：当两种不同的半导体相连接并与一 个直流电源连成回路时，在半导体两端会出现温度差，即靠电子(空穴)在运动中直接传 递热量来实现的。根据以下热电制冷器单元制冷量、冷端温度理论计算公式：
制冷量计算公式：
热电制冷器冷、热端温差计算公式：
上式中Qe是制冷量；S是热电偶对的赛贝克系数；ρ是电阻率；K为热导率；Te是 冷端温度；I是电流强度；R是材料电阻；TM是热端温度；表征材料热电性质的优值系 数为
从式(1)～(2)中可以看出，在热电制冷器材料已确定的前提下，热电制冷器热 端暴露在空气中或通过风扇散热，保持热端温度的稳定性，则制冷器的冷端温度和制冷 量只是与通入电流的大小相关。
本发明的有益效果是：
1、热电制冷方式不使用制冷剂，无泄漏、污染问题；无机械传动部分，故无噪声， 寿命长，可微型化；
2、热电制冷温度控制精度高，能实现精密控温；
3、本发明在其他设备没有工作的情况下，可以提前工作，对设备进行预冷，待温 度达到一定数值后，可在一定的温度下稳定运作。
4、本发明的结构适合于真空作业环境，可用于EUVL掩模板、工件台等的热控制作 业。也可用于纳米加工、检测等其他精密控温、制冷操作。
5、本发明操作灵活简便，在电压、材料、电阻和热端温度等条件确定的前提下， 只需控制输入电流，即可控制冷端的温度和制冷量。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图1为极紫外光刻掩模板俯视图，图中：1为掩模板，101为EUV光束扫描图形区， 102为EUV光束，103为掩模板非图形区。
图2为极紫外光刻掩模板侧视图和传热示意图，图中：1为掩模板，102为EUV光 束，201为吸收层，202为Mo/Si多层膜，203为衬底层，204为与静电卡盘的接触传热 的衬底底部，205为与周围环境的辐射传热的吸收层表面。
图3为阵列式热电制冷器中热电制冷器单元原理图，图中：3为热电制冷器单元， 301为给热电制冷器单元供电的直流电源，302为冷端绝缘导热板，303为导电金属，304 为N型半导体，305为P型半导体，306为热沉。
图4为本发明阵列式热电制冷器的具体实施方式示意图，图4a为阵列式热电制冷 器4安装位置及其侧视示意图，图4b为阵列式热电制冷器4平面俯视图，图中：1为掩 模板，2为静电卡盘，4为阵列式热电制冷器，302为冷端绝缘导热板，306为热沉。 401为热电偶对，402为测温用薄膜铂电阻温度计，403为同心方框形热电制冷区域第 I区，404为同心方框形热电制冷区域第II区，405为同心方框形热电制冷区域第III 区，406为测温用薄膜铂电阻温度计的数据传输线。
图5为热电制冷器温度控制流程图，图中：501为模数转换器，502为微处理器， 503为数模转换器，504为整流稳压装置。
图6为对掩模板1热变形矫正前吸收层表面温度分布图。
图7为对掩模板1热变形矫正前后的掩模板1吸收层温度分布图。
图8为对掩模板1热变形矫正前后的掩模板1吸收层xy面内热变形。
图9为对掩模板1热变形矫正前后的掩模板1吸收层z方向热变形。
图10为掩模板1材料热物性参数。
本发明主要包括静电卡盘，掩模板和采用阵列式结构的热电制冷器。阵列式热电制 冷器位于静电卡盘盘面的底部，掩模板通过静电吸附力附着在静电卡盘盘面上部。
阵列式热电制冷器是由M(M＝I，II，III……M)块自热电制冷器中心向外划分的 同心方框形热电制冷区域构成，每一方框形热电制冷区域又分为k(k＝1，2，3……k) 块热电制冷器单元，每个制冷器单元又由m行、n列的热电偶对串联构成(m＝1，2，3……m， n＝1，2，3……n)。同心方框形热电制冷区域的数目根据掩模板在未冷却前的温度分 布来确定，即在掩模板间温差在0.5℃～1℃位置处设置同心方框形热电制冷区域；同心 方框形热电制冷区域的面积由极紫外光束扫描的面积和图形区的面积来确定。可根据掩 模板反射光光照区域面积、热电偶对的结构尺寸和热电偶对的热力学特性，合理选择m、 n的数目，一般选择在40mm×40mm的面积内有127对热电偶，单元制冷器的厚度约在 4mm左右。
热电偶对由一块N型半导体和一块P型半导体通过导电铜板连接而成。当有电流通 过热电偶对时，就会发生能量转移，在铜板连接处就会吸热产生降温的效果。同一制冷 器单元的热电偶对串联供电，电流相同，冷端温度相同。同一同心方框形热电制冷区域 内的热电制冷器单元的冷端温度相同。
若紧贴在静电卡盘中心位置处的同心方框形热电制冷区域冷端温度为TI，卡盘边缘 位置处的同心方框形热电制冷区域冷端温度为TM，则阵列式热电制冷器中的同心方框形 热电制冷区域冷端温度分布的计算公式为：TM＝TI+(M-1)ΔT(M＝I，II，III……M)， 其中ΔT是两区相邻同心方框形热电制冷区域冷端温度的差值。为达到中心区与边缘区温 度均匀化的要求，同心方框形热电制冷区域的冷端温度从中心区向边缘区递增，相邻区 温差为0.5℃，以此来补偿掩模板温度分布的不均匀，可以达到掩模板空间温度分布均 匀的目的。
本发明通过在每个区内安放的薄膜铂电阻温度计监测温度与电流控制，构成闭环的 调控系统，按照温度控制的要求进行调控。
本发明的阵列式热电制冷器位于静电卡盘的底部，制冷器冷端的绝缘导热板与静电 卡盘紧贴传热，将冷端温度通过热传导方式传递给静电卡盘，因此静电卡盘的盘面也能 获得与阵列式制冷器一致的温度分布。掩模板通过静电吸附力，附着在静电卡盘上部， 静电卡盘将从阵列式热电制冷器处吸收的冷量传递给掩模板。由于掩模板在图形区域会 100％的吸收EUV光，而在非图形区域会吸收33％的EUV光，因此未被冷却的掩模板的 温度分布应为中心区域温度高、边缘区域温度低。而同心方框形热电制冷区域的冷端温 度分布为中心区域温度低、边缘区域温度高，这样通过温度补偿就能实现掩模板良好的 空间温度分布均匀性，从而减小掩模板的热变形。
由于热电制冷器的制冷量和制冷温度与通入电流大小和材料性质相关，因此本发明 通过控制输入电流的大小来改变同心方框形热电制冷区域供给静电卡盘的制冷温度和 制冷量。
热电制冷是利用物理现象中的帕而帖效应原理：当两种不同的半导体相连接并与一 个直流电源连成回路时，在半导体两端会出现温度差，即靠电子(空穴)在运动中直接传 递热量来实现的。根据以下热电制冷器单元制冷量、冷端温度理论计算公式：
制冷量计算公式：
热电制冷器冷、热端温差计算公式：
上式中Qe是制冷量；S是热电偶对的赛贝克系数；ρ是电阻率；K为热导率；Te是 冷端温度；I是电流强度；R是材料电阻；TM是热端温度；表征材料热电性质的优值系 数为
从式(1)～(2)中可以看出，在热电制冷器材料已确定的前提下，热电制冷器热 端暴露在空气中或通过风扇散热，保持热端温度的稳定性，则制冷器的冷端温度和制冷 量只是与通入电流的大小相关。
本发明的有益效果是：
1、热电制冷方式不使用制冷剂，无泄漏、污染问题；无机械传动部分，故无噪声， 寿命长，可微型化；
2、热电制冷温度控制精度高，能实现精密控温；
3、本发明在其他设备没有工作的情况下，可以提前工作，对设备进行预冷，待温 度达到一定数值后，可在一定的温度下稳定运作。
4、本发明的结构适合于真空作业环境，可用于EUVL掩模板、工件台等的热控制作 业。也可用于纳米加工、检测等其他精密控温、制冷操作。
5、本发明操作灵活简便，在电压、材料、电阻和热端温度等条件确定的前提下， 只需控制输入电流，即可控制冷端的温度和制冷量。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图1为极紫外光刻掩模板俯视图，图中：1为掩模板，101为EUV光束扫描图形区， 102为EUV光束，103为掩模板非图形区。
图2为极紫外光刻掩模板侧视图和传热示意图，图中：1为掩模板，102为EUV光 束，201为吸收层，202为Mo/Si多层膜，203为衬底层，204为与静电卡盘的接触传热 的衬底底部，205为与周围环境的辐射传热的吸收层表面。
图3为阵列式热电制冷器中热电制冷器单元原理图，图中：3为热电制冷器单元， 301为给热电制冷器单元供电的直流电源，302为冷端绝缘导热板，303为导电金属，304 为N型半导体，305为P型半导体，306为热沉。
图4为本发明阵列式热电制冷器的具体实施方式示意图，图4a为阵列式热电制冷 器4安装位置及其侧视示意图，图4b为阵列式热电制冷器4平面俯视图，图中：1为掩 模板，2为静电卡盘，4为阵列式热电制冷器，302为冷端绝缘导热板，306为热沉。 401为热电偶对，402为测温用薄膜铂电阻温度计，403为同心方框形热电制冷区域第 I区，404为同心方框形热电制冷区域第II区，405为同心方框形热电制冷区域第III 区，406为测温用薄膜铂电阻温度计的数据传输线。
图5为热电制冷器温度控制流程图，图中：501为模数转换器，502为微处理器， 503为数模转换器，504为整流稳压装置。
图6为对掩模板1热变形矫正前吸收层表面温度分布图。
图7为对掩模板1热变形矫正前后的掩模板1吸收层温度分布图。
图8为对掩模板1热变形矫正前后的掩模板1吸收层xy面内热变形。
图9为对掩模板1热变形矫正前后的掩模板1吸收层z方向热变形。
图10为掩模板1材料热物性参数。
具体实施方式
图3为阵列式热电制冷器中热电制冷器单元3原理图，图3所示为热电偶对为m× n＝1×4的制冷器单元。
如图3所示，热电偶对401通过导电金属303将N型半导体304和P型半导体305 连接起来构成热电制冷器单元3，当电流流过N型半导体304、P型半导体305和导电金 属303时，冷端绝缘导热板302会吸收热量产生制冷效果，而热沉306则放出热量，从 而在两端产生温差。在热电制冷器材料和热端温度固定的情况下，冷端温度只与通入电 流的大小和材料的性质相关，因此可以通过改变通入电流的大小来改变冷端的制冷温 度。
图4是本发明阵列式热电制冷器具体实施方式示意图。阵列式热电制冷器4位于静 电卡盘2盘面的底部，在其与静电卡盘2的底部接触处，设有冷端绝缘导热板302。冷 端绝缘导热板302与静电卡盘2的平面盘底部相接触。掩模板1通过静电吸附力，附着 在静电卡盘2盘面上部，静电卡盘2的平面盘顶部与掩模板底部的衬底203通过静电吸 附力相接触。本发明具体实施方式中冷端绝缘导热板302采用导热性能好的氧化铝 (Al2O3)陶瓷，也可采用绝缘导热性良好的其他材料。本发明热电制冷器4的材料选用 锑铋(Bi-Sb-Te-Se)体系固溶体，其机械加工性能良好，在小制冷量、15℃～30℃制 冷温度范围内是性能最佳的热电材料，亦可用其他具有热电效应的材料替代。静电卡盘 2的盘面材料是AlN，它具有很好的导热性，热导率是110W/m·K，因而能很快地将阵列 式热电制冷器4冷端送出的冷量的吸收，获得与冷端绝缘导热板302一样的温度分布。 由于静电卡盘2与掩模板1间有温度差，因此卡盘2会和掩模板1发生热传递，卡盘2 将从热电制冷器4吸收的冷量传递给掩模板1。
本发明阵列式热电制冷器4根据掩模板1未被冷却时的温度场来确定同心方框形热 电制冷区域的数量M、每区热电制冷器单元3的数量K和冷端绝缘导热板302的面积及 每个制冷器单元3中热电偶对400的数量m×n。由于图形区100％吸收EUV光，因此选 择第I区绝缘导热板的面积为图形区面积的95～98％；而第II区的面积为图形区面积 的5～2％和非图形区面积的40～50％，第III区的面积将布满剩余的非图形区。为了 进一步缩小不同制冷器单元的冷端温差，也可将第II、III区继续细分。
本发明具体实施例中心区向外划分为以中心对称的M个同心方框形热电制冷区域的 数量M＝3。第I区403面积约为98mm×98mm，它由K＝1块热电制冷器单元构成，热电 偶对的数量为m×n＝24×24；第II区404面积为120mm×120mm(除去403覆盖的区域)， 它由K＝4块热电制冷器单元构成，热电偶对的数量分别为两块m×n＝5×34和m×n＝25 ×5；第III区是405面积为160mm×160mm(除去403、404覆盖的区域)，它也是由 K＝4块热电制冷器单元构成，热电偶对的数量分别为两块m×n＝10×50和m×n＝30×8。
同一热电制冷器单元3的热电偶对400串联供电，电流相同，冷端温度相同。每个 区均安放有薄膜铂电阻温度计402，以监控该区的温度，并通过薄膜铂电阻温度计调控 该区热电偶对400的温度。
为达到中心区与边缘区温度均匀化的要求，同心方框形热电制冷区域的冷端温度从 中心区向边缘区递增，相邻区温差为0.5℃，通过薄膜铂电阻温度计监测温度与电流控 制，构成闭环的调控系统，按照温度控制的要求进行调控。
图5是阵列式热电制冷器温度控制流程图。将薄膜铂电阻温度计402与外界控制电 路连接，薄膜铂电阻温度计402从热电制冷器4和静电卡盘2处测得的温度数值经数据 传输线406传送给A/D(模数)转换器501，A/D(模数)转换器501将模拟信号转换成 数字信号后送至微处理器502，微处理器502经过分析运算后，将处理结果再传送给D/A (数模)转换器503，D/A(数模)转换器503再通过控制整流稳压装置504来调节热电 制冷器4的工作电流，从而改变冷端的温度，达到温度调节的目的。
本发明的边界条件和物性参数：
视阵列式热电制冷器与静电卡盘间的热传递已达稳态，静电卡盘与热电制冷器冷端 温度都已达到热平衡。使用有限元分析软件ANSYS建立模型，假设掩模板的初始温度为 20℃，衬底下表面静电卡盘2接触均匀，接触热传导系数150W/m2·K，将已冷却的静电 卡盘2表面不均匀的温度场施加到掩模板1衬底下表面；由于掩模板1表面存在热辐射， 假定环境为黑体，温度保持在20℃，通过将热辐射公式线性化，使得热辐射转化为热对 流条件，对流传热系数为1.08W/m2·K；在图形区域，施加EUV入射光，对于7mJ/cm2 的抗蚀剂感光度，其入射光功率为9.24W。
在变形分析时，由于掩模板1与静电卡盘2之间使用静电力固定，因此假设掩模板 1底面与卡盘2上表面完全接触，即没有z方向的位移，由于卡盘表面光滑故而在xy平 面内则忽略摩擦力的影响，可以自由移动。另外假设掩模板1中心点处xy平面位移为 零，这样其它各个位置的位移反映其相对于中心点的位移。
本发明的实验结果如图6～9所示
实验1，未使用本发明阵列式热电制冷器4冷却静电卡盘2时，掩模板1吸收层温 度达到稳态后的分布图，从图6中可以看出，中心温度升高较大，升高了2.022℃，在 图形区域边缘处温度梯度比较明显。
实验2，使用本发明阵列式热电制冷器4来冷却静电卡盘2后，掩模板1吸收层温 度分布、xy面形变和z方向形变都有变化。实验中，将第一区热电制冷器4的冷端温度 设定在19℃，而第二区的冷端温度设定在19.5℃，第三区制冷器4的冷端温度为20℃。 掩模板1热畸变经过矫正后，板内的温度梯度和xy面、z轴方向的形变都有减小。图7、 8、9分别是掩模板1温度梯度和xy面、z轴方向的形变在板内不同位置处的数值。由 于掩模板1模型和边界条件设置都是对称的，因此坐标是由中心点位置向边缘取值。从 图7～9可以看出，在0～55mm处(EUV光照区域)温度梯度很小，在19.4～19.6℃范 围内；xy面内的热变形能控制在0.8nm以内；z方向上的热变形能控制在0.02nm以内。 从上面的分析结果可以看出，本发明通过对静电卡盘2进行冷却，很好的控制了掩模板 1的热变形。
如图3所示，热电偶对401通过导电金属303将N型半导体304和P型半导体305 连接起来构成热电制冷器单元3，当电流流过N型半导体304、P型半导体305和导电金 属303时，冷端绝缘导热板302会吸收热量产生制冷效果，而热沉306则放出热量，从 而在两端产生温差。在热电制冷器材料和热端温度固定的情况下，冷端温度只与通入电 流的大小和材料的性质相关，因此可以通过改变通入电流的大小来改变冷端的制冷温 度。
图4是本发明阵列式热电制冷器具体实施方式示意图。阵列式热电制冷器4位于静 电卡盘2盘面的底部，在其与静电卡盘2的底部接触处，设有冷端绝缘导热板302。冷 端绝缘导热板302与静电卡盘2的平面盘底部相接触。掩模板1通过静电吸附力，附着 在静电卡盘2盘面上部，静电卡盘2的平面盘顶部与掩模板底部的衬底203通过静电吸 附力相接触。本发明具体实施方式中冷端绝缘导热板302采用导热性能好的氧化铝 (Al2O3)陶瓷，也可采用绝缘导热性良好的其他材料。本发明热电制冷器4的材料选用 锑铋(Bi-Sb-Te-Se)体系固溶体，其机械加工性能良好，在小制冷量、15℃～30℃制 冷温度范围内是性能最佳的热电材料，亦可用其他具有热电效应的材料替代。静电卡盘 2的盘面材料是AlN，它具有很好的导热性，热导率是110W/m·K，因而能很快地将阵列 式热电制冷器4冷端送出的冷量的吸收，获得与冷端绝缘导热板302一样的温度分布。 由于静电卡盘2与掩模板1间有温度差，因此卡盘2会和掩模板1发生热传递，卡盘2 将从热电制冷器4吸收的冷量传递给掩模板1。
本发明阵列式热电制冷器4根据掩模板1未被冷却时的温度场来确定同心方框形热 电制冷区域的数量M、每区热电制冷器单元3的数量K和冷端绝缘导热板302的面积及 每个制冷器单元3中热电偶对400的数量m×n。由于图形区100％吸收EUV光，因此选 择第I区绝缘导热板的面积为图形区面积的95～98％；而第II区的面积为图形区面积 的5～2％和非图形区面积的40～50％，第III区的面积将布满剩余的非图形区。为了 进一步缩小不同制冷器单元的冷端温差，也可将第II、III区继续细分。
本发明具体实施例中心区向外划分为以中心对称的M个同心方框形热电制冷区域的 数量M＝3。第I区403面积约为98mm×98mm，它由K＝1块热电制冷器单元构成，热电 偶对的数量为m×n＝24×24；第II区404面积为120mm×120mm(除去403覆盖的区域)， 它由K＝4块热电制冷器单元构成，热电偶对的数量分别为两块m×n＝5×34和m×n＝25 ×5；第III区是405面积为160mm×160mm(除去403、404覆盖的区域)，它也是由 K＝4块热电制冷器单元构成，热电偶对的数量分别为两块m×n＝10×50和m×n＝30×8。
同一热电制冷器单元3的热电偶对400串联供电，电流相同，冷端温度相同。每个 区均安放有薄膜铂电阻温度计402，以监控该区的温度，并通过薄膜铂电阻温度计调控 该区热电偶对400的温度。
为达到中心区与边缘区温度均匀化的要求，同心方框形热电制冷区域的冷端温度从 中心区向边缘区递增，相邻区温差为0.5℃，通过薄膜铂电阻温度计监测温度与电流控 制，构成闭环的调控系统，按照温度控制的要求进行调控。
图5是阵列式热电制冷器温度控制流程图。将薄膜铂电阻温度计402与外界控制电 路连接，薄膜铂电阻温度计402从热电制冷器4和静电卡盘2处测得的温度数值经数据 传输线406传送给A/D(模数)转换器501，A/D(模数)转换器501将模拟信号转换成 数字信号后送至微处理器502，微处理器502经过分析运算后，将处理结果再传送给D/A (数模)转换器503，D/A(数模)转换器503再通过控制整流稳压装置504来调节热电 制冷器4的工作电流，从而改变冷端的温度，达到温度调节的目的。
本发明的边界条件和物性参数：
视阵列式热电制冷器与静电卡盘间的热传递已达稳态，静电卡盘与热电制冷器冷端 温度都已达到热平衡。使用有限元分析软件ANSYS建立模型，假设掩模板的初始温度为 20℃，衬底下表面静电卡盘2接触均匀，接触热传导系数150W/m2·K，将已冷却的静电 卡盘2表面不均匀的温度场施加到掩模板1衬底下表面；由于掩模板1表面存在热辐射， 假定环境为黑体，温度保持在20℃，通过将热辐射公式线性化，使得热辐射转化为热对 流条件，对流传热系数为1.08W/m2·K；在图形区域，施加EUV入射光，对于7mJ/cm2 的抗蚀剂感光度，其入射光功率为9.24W。
在变形分析时，由于掩模板1与静电卡盘2之间使用静电力固定，因此假设掩模板 1底面与卡盘2上表面完全接触，即没有z方向的位移，由于卡盘表面光滑故而在xy平 面内则忽略摩擦力的影响，可以自由移动。另外假设掩模板1中心点处xy平面位移为 零，这样其它各个位置的位移反映其相对于中心点的位移。
本发明的实验结果如图6～9所示
实验1，未使用本发明阵列式热电制冷器4冷却静电卡盘2时，掩模板1吸收层温 度达到稳态后的分布图，从图6中可以看出，中心温度升高较大，升高了2.022℃，在 图形区域边缘处温度梯度比较明显。
实验2，使用本发明阵列式热电制冷器4来冷却静电卡盘2后，掩模板1吸收层温 度分布、xy面形变和z方向形变都有变化。实验中，将第一区热电制冷器4的冷端温度 设定在19℃，而第二区的冷端温度设定在19.5℃，第三区制冷器4的冷端温度为20℃。 掩模板1热畸变经过矫正后，板内的温度梯度和xy面、z轴方向的形变都有减小。图7、 8、9分别是掩模板1温度梯度和xy面、z轴方向的形变在板内不同位置处的数值。由 于掩模板1模型和边界条件设置都是对称的，因此坐标是由中心点位置向边缘取值。从 图7～9可以看出，在0～55mm处(EUV光照区域)温度梯度很小，在19.4～19.6℃范 围内；xy面内的热变形能控制在0.8nm以内；z方向上的热变形能控制在0.02nm以内。 从上面的分析结果可以看出，本发明通过对静电卡盘2进行冷却，很好的控制了掩模板 1的热变形。
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