一種氣壓控制裝置的製作方法

2023-06-23 21:34:51 1

專利名稱：一種氣壓控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體壓力控制裝置，它用於將輸入的壓縮氣 體調節並穩定在所需的壓力和流量。它用在生產中，如在集成電路制 造中對投影物鏡內部氣體壓力和流量進行調節的裝置。
背景技術：
在超大規模集成電路光學光刻中,決定微細圖形最細線寬的主要因 素是光刻設備的光刻工作分辨力,而光刻分辨力主要由投影光刻物鏡的 分辨力決定。隨著大規模集成電路器件集成度的提高，愈來愈要求高光刻工作分辨力，即要求光刻物鏡的數值孔徑NA愈來愈大(目前NA已 達到0.6 0.7)，同時工作波長也愈來愈短(波長入已短到248nm和 193nm)。由於物鏡數值孔徑N A的增大和波長A的縮短，使物鏡變得十 分複雜，對構成物鏡的透鏡光學材料、透鏡加工精度，以及間隔精度要求 大大提高，同時對環境溫度、氣壓要求變得非常嚴格，環境條件變化對成 像質量的影響已達到不能忽略的地步。物鏡內部穩定的氣體壓力對於光刻機的性能是很重要的。同時為 了避免物鏡被汙染，可以採用對物鏡提供一個穩定的氣流，並使物鏡 內部氣壓與外部環境中的大氣保持一定的過壓，防止外部環境中的大 氣進入物鏡內部，避免物鏡被汙染。在對光學系統(如物鏡)供氣過程中，溫度和壓力是非常重要的參數。為了保證光刻機光刻過程中的性能， 必須保證物鏡內部環境的溫度、氣壓的穩定性及控制精度。在光刻機 中，由一套氣壓控制系統來為物鏡提供純淨的、壓力調節過的氣體。圖1是目前在工業生產中使用的氣壓控制系統結構圖(參見中國專利ZLOl 132509.7)。所述的氣壓控制系統主要由以下部分構成控制單 元A、壓力傳感器B、氣源系統C、氣動機構D、氣壓腔體E和信號 處理電路F。壓力傳感器B將氣壓腔體E內部的氣體壓力檢測出來， 將壓力信號經過信號處理電路F的轉換，送往控制單元A。控制單元 A根據預先設定值與壓力傳感器B檢測值比較，輸出一個氣壓控制信 號至氣動機構D。氣動機構D根據控制單元A輸出的控制信號來控制 最終輸出氣體的壓力。本系統的控制精度主要取決於氣動機構D對氣 壓的調節精度和控制單元A的控制算法。 一般的，氣動機構D為一伺 服、比例閥門。在上述控制系統中，氣壓的調節是通過控制單元A根據採用的控 制算法輸出一個控制信號控制氣動機構D來完成的。如果將上述設備 用於對集成電路製造設備光刻機的物鏡供氣，上述的控制裝置有如下 的不足(1) 由於氣動機構D自身的控制精度的影響，其氣壓調節速度過快， 不能平穩的調節氣壓和氣流的變化，無法滿足光刻過程中對氣流高穩 定性、低流量的要求。(2) 控制系統過於複雜，需要專用的控制器對壓力傳感器B的信號 處理及輸出控制信號，且控制系統需要外部動力來維持系統的運行。當系統的信號採集、信號處理、信號傳輸幾個部分任何一處出現問題， 系統不能正常運行，可靠性低。實用新型內容針對上述氣壓控制裝置存在的不足，本實用新型提供一種新的低 壓高精度氣壓控制裝置。實現上述實用新型目的的解決方案是，本實用新型的氣壓控制裝 置在於具有兩個獨立的迴路供氣迴路，排氣迴路。其中，供氣迴路 由減壓閥、降壓毛細管、安全閥及連接管路構成，排氣迴路由毛細管 及連接管路構成。對於上述氣壓控制裝置各部分的作用和工作原理描述如下氣源 系統提供的壓縮氣體經初步的處理後，由本實用新型裝置氣供氣迴路 的供氣入口進入裝置內部的供氣迴路，經過減壓閥的初步降壓後，輸 出設定氣壓範圍(初始壓力)的氣體。氣源所提供的氣體壓力在供氣過程 中也會不斷變化，減壓閥內部調節系統根據氣源提供的壓縮氣體壓力 的變化來自動調節，保證輸出的氣體壓力(初始壓力)在設定範圍之內。 減壓閥輸出的氣體進入毛細管。進入毛細管內部的氣體的壓力在毛細 管內隨毛細管長度的增加線性的下降。毛細管的長度、直徑參數可以 由所需要的氣壓(最終壓力)來確定。選用不同長度、直徑的毛細管，可 以得到不同氣壓和流量要求的氣體。由供氣迴路毛細管調節後的氣體 提供給氣壓腔體，在光刻設備中氣壓腔體為物鏡。在毛細管與氣壓腔 體之間的管路旁路有一個單向安全閥和一個精度控制閥。根據輸出氣體壓力(最終壓力)的大小，將輸出壓力分為三個區過壓保護區，精度 調節區，正常工作區。對應於不同的分區，單向安全閥和精度控制閥 處於不同的工作狀態。當氣源發生故障或其它擾動導致輸出氣體壓力 (最終壓力)在過壓保護區內，輸出氣體的壓力可能會造成氣壓腔體壓力 波動。此時單向安全閥打開，精度控制閥關閉，使輸出氣體壓力(最終 壓力)迅速的降低，保護氣壓腔體的安全；當輸出氣體壓力(最終壓力) 在精度調節區，單向安全閥關閉，精度控制閥打開，使輸出氣體壓力(最 終壓力)穩定在氣壓腔體所要求的壓力精度範圍內；當輸出氣體壓力(最 終壓力)在正常工作區，單向安全閥和精度控制閥均處於關閉狀態，保 證對氣壓腔體正常供氣。在氣壓腔體內部循環後的氣體通過排氣迴路經由毛細管、出氣口 直接排放到外部大氣中。排氣迴路毛細管對排出氣體起到阻壓、限流 作用，使氣壓腔體內部氣體與外部環境空氣保持一定的壓差。本實用新型氣壓控制裝置能夠提供氣壓控制精度高、流量穩定的 氣流，對氣壓的調節作用依靠裝置自身元件調節來實現，不需要外部 的控制單元輸出控制信號進行控制；系統結果簡單，可靠性高，不需 要外部動力就能運行，在光刻設備故障時，也能對氣壓腔體不間斷的 供氣。


圖1是已知的壓力控制系統結構圖；圖2是依據本實用新型實施例的供氣系統結構圖；圖3是本實用新型氣壓控制裝置的結構示意圖； 圖4是定直徑毛細管內部氣體壓力關於毛細管長度的變化曲線。 變化規律滿足線性關係；圖5是本實用新型所述的精度控制閥的剖面圖。具體實施例進行供氣調節的系統包括氣源、對所述的氣源輸入的壓縮氣體進 行壓力和流量調節的氣壓控制裝置、由所述氣壓控制裝置供氣的氣壓 腔體。 .氣源提供的壓縮氣體由導管輸入所述氣壓控制裝置。所述的氣壓 控制裝置對輸入的壓縮氣體進行壓力和流量的調節。經過所述氣壓控 制裝置調節後的氣體經導管輸入到所述的氣壓腔體。所述氣壓控制裝 置由供氣迴路和排氣迴路構成。其中，供氣迴路用來向所述的氣壓腔 體供氣。排氣迴路用來排除在所述氣壓腔體內部循環後的廢氣。所述 的氣壓腔體有一進氣口和一排氣口 。氣體在所述氣壓腔體內部循環後 由排氣口經導管輸入所述的氣壓控制裝置，經所述氣壓控制裝置的排 氣迴路直接排放到外部大氣中。
以下結合附圖和實用新型人給出的具體實施例，對本實用新型作 進一步的描述。實施例1圖2為依據本實用新型實施例的供氣系統結構圖。如圖2所示，氣源GS提供的壓縮氣體經導管直接輸入氣壓控制裝置GSU。壓縮氣 體的壓力在3 — 14X 105Pa範圍內。氣壓控制裝置GSU中具有能對輸入 的壓縮氣體的壓力和流量進行調節的元件。氣壓控制裝置GSU中通常 還有其它元件如顆粒過濾器。圖3為本實用新型氣壓控制裝置的結構 圖。參閱圖3，可以看到本實用新型所述氣壓控制裝置100包括兩個回 路供氣迴路，排氣迴路。供氣迴路包括氣源供氣入口 1、手動開關閥 2、壓力傳感器3、減壓閥4、顆粒過濾器5、毛細管6和作為供氣迴路 旁路的單向安全閥7、精度控制閥8、 T形接頭9以及連接這些部件的 管路，排氣迴路包括毛細管11和排氣出口 12。壓縮氣體從所述氣壓控制裝置100的供氣入口 1輸入，經過手動 開關閥2後再進入減壓閥4。壓力傳感器3檢測從供氣入口 1輸入的壓 縮氣體的壓力，並將壓力信號傳送到外部的監視器。經過減壓閥4降 壓後的氣體的成為低壓氣體，上述減壓閥4輸出氣體的壓力(初始壓力) 可以根據要求進行設定。由上述減壓閥4降壓後的氣體經顆粒過濾器5 過濾後，進入毛細管6。由上述顆粒過濾器5過濾後的氣體的壓力在毛 細管6內部沿長度方向線性下降。毛細管6內部氣體壓力在毛細管6 內沿毛細管長度方向的分布如圖4所示。經毛細管6降壓、限流後的 氣體由導管輸入給氣壓腔體10。在毛細管6與氣壓腔體10之間有一個 單向安全閥7、 一個精度控制閥8和一個T形接頭9，精度控制閥8與 T形接頭通過螺紋配合連接。從圖5中可以看到精度控制閥8進氣口 70，釋放口71、 72，由下 閥座711、止回球712、過濾片713、擋圈714、定心套715、密封圈716組成的下部模塊和由上閥座721、、止回球722、過濾片723、擋圈 724、定心套725、密封圈726組成的上部模塊，以及由閥蓋73、閥體 74、閥座75組成的精度控制閥8外殼。閥蓋73與閥體74、閥體74 與閥座75之間通過螺栓配合連接。系統正常工作時，下閥座711與止 回球712之間、上閥座721與止回球722之間均氣密接觸，壓力控制 裝置內部氣體與外界氣體隔絕。止回球712用來消除系統瞬間供氣流 量突變產生的氣體膨脹衝擊，止回球722在系統輸出壓力(最終壓力) 超出氣壓腔體10要求範圍時打開，保證提供給氣壓腔體10的壓力保 持在精度範圍內。單向安全閥7和精度控制閥8相配合來保證氣壓腔體10的安全和 氣壓控制精度。根據本實用新型裝置輸出壓力(最終壓力)大小，將輸出 壓力分為三個區過壓保護區，精度調節區，正常工作區。對應於不 同的分區，單向安全閥7和精度控制閥8處於不同的工作狀態。當氣 源故障或其它擾動導致輸出氣體壓力(最終壓力)在過壓保護區內，輸出 氣體的壓力可能會造成氣壓腔體內部壓力波動。此時精度控制閥8關 閉，單向安全閥7打開，使輸出氣體壓力(最終壓力)迅速的降低，保護 氣壓腔體10的安全；當輸出氣體壓力(最終壓力)在精度調節區，單向 安全閥7關閉，精度控制閥8打開，使輸出氣體壓力(最終壓力)穩定在 氣壓腔體IO所要求的壓力精度範圍內；當輸出氣體壓力(最終壓力)在 正常工作區，單向安全閥7和精度控制閥8均處於關閉狀態，保證對 氣壓腔體10正常供氣。在氣壓腔體10內部循環後的氣體由導管經過本實用新型裝置的排氣迴路排放至外部的大氣中。本實用新型的排氣迴路由毛細管11、排氣出口 12及連接管路構成。所述的毛細管11具有阻壓、限流作用， 將氣壓腔體10內部氣體和外部環境大氣隔開，使氣壓腔體10內部和 外部能保持一個穩定壓力差。
權利要求1、一種氣壓控制裝置，它包括供氣迴路和排氣迴路，其特徵在於供氣迴路具有減壓閥(4)、毛細管(6)和作為供氣迴路旁路的單向安全閥(7)和精度控制閥(8)，排氣迴路具有毛細管(11)。
2、 根據權利要求1所述的氣壓控制裝置，其特徵在於供氣迴路毛細管(6)和排氣迴路毛細管(11)具有不同的直徑、長度。
3、 根據權利要求1或2所述的氣壓控制裝置，其特徵在於所述精度控制閥(8)包括由閥蓋(73)、閥體(74)、閥座(75)組成 的精度控制閥外殼，進氣口(70)，釋放口(71)、(72)，由下閥座(711)、 止回球(712)、過濾片(713)、擋圈(714)、定心套(715)、密封圈 (716)組成的下部模塊，以及由上閥座(721)、止回球(722)、過 濾片(723)、擋圈(724)、定心套(725)、密封圈(726)組成的上 部模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種氣體壓力控制裝置，它用於將輸入的壓縮氣體調節並穩定在所需的壓力和流量。它包括供氣迴路和排氣迴路，供氣迴路具有減壓閥、毛細管和作為供氣迴路旁路的單向安全閥和精度控制閥，排氣迴路具有毛細管。藉由上述裝置能夠提供氣壓控制精度高、流量穩定的氣流，對氣壓的調節作用依靠裝置自身元件調節來實現，不需要外部的控制單元輸出控制信號進行控制；系統結果簡單，可靠性高，不需要外部動力就能運行，在光刻設備故障時，也能對氣壓腔體不間斷的供氣。
文檔編號G05D16/00GK201097222SQ20072007682
公開日2008年8月6日 申請日期2007年10月31日 優先權日2007年10月31日
發明者李小平, 束劍平, 楊園園, 衛 王 申請人:上海微電子裝備有限公司