專利名稱：一種氣壓控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣體壓力控制裝置，它用于將輸入的壓縮氣 體調(diào)節(jié)并穩(wěn)定在所需的壓力和流量。它用在生產(chǎn)中，如在集成電路制 造中對(duì)投影物鏡內(nèi)部氣體壓力和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。
背景技術(shù)：
在超大規(guī)模集成電路光學(xué)光刻中,決定微細(xì)圖形最細(xì)線寬的主要因 素是光刻設(shè)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(guī)模集成電路器件集成度的提高，愈來(lái)愈要求高光刻工作分辨力，即要求光刻物鏡的數(shù)值孔徑NA愈來(lái)愈大(目前NA已 達(dá)到0.6 0.7)，同時(shí)工作波長(zhǎng)也愈來(lái)愈短(波長(zhǎng)入已短到248nm和 193nm)。由于物鏡數(shù)值孔徑N A的增大和波長(zhǎng)A的縮短，使物鏡變得十 分復(fù)雜，對(duì)構(gòu)成物鏡的透鏡光學(xué)材料、透鏡加工精度，以及間隔精度要求 大大提高，同時(shí)對(duì)環(huán)境溫度、氣壓要求變得非常嚴(yán)格，環(huán)境條件變化對(duì)成 像質(zhì)量的影響已達(dá)到不能忽略的地步。物鏡內(nèi)部穩(wěn)定的氣體壓力對(duì)于光刻機(jī)的性能是很重要的。同時(shí)為 了避免物鏡被污染，可以采用對(duì)物鏡提供一個(gè)穩(wěn)定的氣流，并使物鏡 內(nèi)部氣壓與外部環(huán)境中的大氣保持一定的過(guò)壓，防止外部環(huán)境中的大 氣進(jìn)入物鏡內(nèi)部，避免物鏡被污染。在對(duì)光學(xué)系統(tǒng)(如物鏡)供氣過(guò)程中，溫度和壓力是非常重要的參數(shù)。為了保證光刻機(jī)光刻過(guò)程中的性能， 必須保證物鏡內(nèi)部環(huán)境的溫度、氣壓的穩(wěn)定性及控制精度。在光刻機(jī) 中，由一套氣壓控制系統(tǒng)來(lái)為物鏡提供純凈的、壓力調(diào)節(jié)過(guò)的氣體。圖1是目前在工業(yè)生產(chǎn)中使用的氣壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(參見(jiàn)中國(guó)專利ZLOl 132509.7)。所述的氣壓控制系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成控制單 元A、壓力傳感器B、氣源系統(tǒng)C、氣動(dòng)機(jī)構(gòu)D、氣壓腔體E和信號(hào) 處理電路F。壓力傳感器B將氣壓腔體E內(nèi)部的氣體壓力檢測(cè)出來(lái)， 將壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路F的轉(zhuǎn)換，送往控制單元A。控制單元 A根據(jù)預(yù)先設(shè)定值與壓力傳感器B檢測(cè)值比較，輸出一個(gè)氣壓控制信 號(hào)至氣動(dòng)機(jī)構(gòu)D。氣動(dòng)機(jī)構(gòu)D根據(jù)控制單元A輸出的控制信號(hào)來(lái)控制 最終輸出氣體的壓力。本系統(tǒng)的控制精度主要取決于氣動(dòng)機(jī)構(gòu)D對(duì)氣 壓的調(diào)節(jié)精度和控制單元A的控制算法。 一般的，氣動(dòng)機(jī)構(gòu)D為一伺 服、比例閥門(mén)。在上述控制系統(tǒng)中，氣壓的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制單元A根據(jù)采用的控 制算法輸出一個(gè)控制信號(hào)控制氣動(dòng)機(jī)構(gòu)D來(lái)完成的。如果將上述設(shè)備 用于對(duì)集成電路制造設(shè)備光刻機(jī)的物鏡供氣，上述的控制裝置有如下 的不足(1) 由于氣動(dòng)機(jī)構(gòu)D自身的控制精度的影響，其氣壓調(diào)節(jié)速度過(guò)快， 不能平穩(wěn)的調(diào)節(jié)氣壓和氣流的變化，無(wú)法滿足光刻過(guò)程中對(duì)氣流高穩(wěn) 定性、低流量的要求。(2) 控制系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，需要專用的控制器對(duì)壓力傳感器B的信號(hào) 處理及輸出控制信號(hào)，且控制系統(tǒng)需要外部動(dòng)力來(lái)維持系統(tǒng)的運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)的信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)傳輸幾個(gè)部分任何一處出現(xiàn)問(wèn)題， 系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，可靠性低。實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述氣壓控制裝置存在的不足，本實(shí)用新型提供一種新的低 壓高精度氣壓控制裝置。實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的的解決方案是，本實(shí)用新型的氣壓控制裝 置在于具有兩個(gè)獨(dú)立的回路供氣回路，排氣回路。其中，供氣回路 由減壓閥、降壓毛細(xì)管、安全閥及連接管路構(gòu)成，排氣回路由毛細(xì)管 及連接管路構(gòu)成。對(duì)于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(tǒng)提供的壓縮氣體經(jīng)初步的處理后，由本實(shí)用新型裝置氣供氣回路 的供氣入口進(jìn)入裝置內(nèi)部的供氣回路，經(jīng)過(guò)減壓閥的初步降壓后，輸 出設(shè)定氣壓范圍(初始?jí)毫?的氣體。氣源所提供的氣體壓力在供氣過(guò)程 中也會(huì)不斷變化，減壓閥內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)氣源提供的壓縮氣體壓力 的變化來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證輸出的氣體壓力(初始?jí)毫?在設(shè)定范圍之內(nèi)。 減壓閥輸出的氣體進(jìn)入毛細(xì)管。進(jìn)入毛細(xì)管內(nèi)部的氣體的壓力在毛細(xì) 管內(nèi)隨毛細(xì)管長(zhǎng)度的增加線性的下降。毛細(xì)管的長(zhǎng)度、直徑參數(shù)可以 由所需要的氣壓(最終壓力)來(lái)確定。選用不同長(zhǎng)度、直徑的毛細(xì)管，可 以得到不同氣壓和流量要求的氣體。由供氣回路毛細(xì)管調(diào)節(jié)后的氣體 提供給氣壓腔體，在光刻設(shè)備中氣壓腔體為物鏡。在毛細(xì)管與氣壓腔 體之間的管路旁路有一個(gè)單向安全閥和一個(gè)精度控制閥。根據(jù)輸出氣體壓力(最終壓力)的大小，將輸出壓力分為三個(gè)區(qū)過(guò)壓保護(hù)區(qū)，精度 調(diào)節(jié)區(qū)，正常工作區(qū)。對(duì)應(yīng)于不同的分區(qū)，單向安全閥和精度控制閥 處于不同的工作狀態(tài)。當(dāng)氣源發(fā)生故障或其它擾動(dòng)導(dǎo)致輸出氣體壓力 (最終壓力)在過(guò)壓保護(hù)區(qū)內(nèi)，輸出氣體的壓力可能會(huì)造成氣壓腔體壓力 波動(dòng)。此時(shí)單向安全閥打開(kāi)，精度控制閥關(guān)閉，使輸出氣體壓力(最終 壓力)迅速的降低，保護(hù)氣壓腔體的安全；當(dāng)輸出氣體壓力(最終壓力) 在精度調(diào)節(jié)區(qū)，單向安全閥關(guān)閉，精度控制閥打開(kāi)，使輸出氣體壓力(最 終壓力)穩(wěn)定在氣壓腔體所要求的壓力精度范圍內(nèi)；當(dāng)輸出氣體壓力(最 終壓力)在正常工作區(qū)，單向安全閥和精度控制閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，保 證對(duì)氣壓腔體正常供氣。在氣壓腔體內(nèi)部循環(huán)后的氣體通過(guò)排氣回路經(jīng)由毛細(xì)管、出氣口 直接排放到外部大氣中。排氣回路毛細(xì)管對(duì)排出氣體起到阻壓、限流 作用，使氣壓腔體內(nèi)部氣體與外部環(huán)境空氣保持一定的壓差。本實(shí)用新型氣壓控制裝置能夠提供氣壓控制精度高、流量穩(wěn)定的 氣流，對(duì)氣壓的調(diào)節(jié)作用依靠裝置自身元件調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要外部 的控制單元輸出控制信號(hào)進(jìn)行控制；系統(tǒng)結(jié)果簡(jiǎn)單，可靠性高，不需 要外部動(dòng)力就能運(yùn)行，在光刻設(shè)備故障時(shí)，也能對(duì)氣壓腔體不間斷的 供氣。


圖1是已知的壓力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是依據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的供氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型氣壓控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是定直徑毛細(xì)管內(nèi)部氣體壓力關(guān)于毛細(xì)管長(zhǎng)度的變化曲線。 變化規(guī)律滿足線性關(guān)系；圖5是本實(shí)用新型所述的精度控制閥的剖面圖。具體實(shí)施例進(jìn)行供氣調(diào)節(jié)的系統(tǒng)包括氣源、對(duì)所述的氣源輸入的壓縮氣體進(jìn) 行壓力和流量調(diào)節(jié)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(dǎo)管輸入所述氣壓控制裝置。所述的氣壓 控制裝置對(duì)輸入的壓縮氣體進(jìn)行壓力和流量的調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)所述氣壓控 制裝置調(diào)節(jié)后的氣體經(jīng)導(dǎo)管輸入到所述的氣壓腔體。所述氣壓控制裝 置由供氣回路和排氣回路構(gòu)成。其中，供氣回路用來(lái)向所述的氣壓腔 體供氣。排氣回路用來(lái)排除在所述氣壓腔體內(nèi)部循環(huán)后的廢氣。所述 的氣壓腔體有一進(jìn)氣口和一排氣口 。氣體在所述氣壓腔體內(nèi)部循環(huán)后 由排氣口經(jīng)導(dǎo)管輸入所述的氣壓控制裝置，經(jīng)所述氣壓控制裝置的排 氣回路直接排放到外部大氣中。
以下結(jié)合附圖和實(shí)用新型人給出的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作 進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1圖2為依據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的供氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，氣源GS提供的壓縮氣體經(jīng)導(dǎo)管直接輸入氣壓控制裝置GSU。壓縮氣 體的壓力在3 — 14X 105Pa范圍內(nèi)。氣壓控制裝置GSU中具有能對(duì)輸入 的壓縮氣體的壓力和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的元件。氣壓控制裝置GSU中通常 還有其它元件如顆粒過(guò)濾器。圖3為本實(shí)用新型氣壓控制裝置的結(jié)構(gòu) 圖。參閱圖3，可以看到本實(shí)用新型所述氣壓控制裝置100包括兩個(gè)回 路供氣回路，排氣回路。供氣回路包括氣源供氣入口 1、手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥 2、壓力傳感器3、減壓閥4、顆粒過(guò)濾器5、毛細(xì)管6和作為供氣回路 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，排氣回路包括毛細(xì)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(jīng)過(guò)手動(dòng) 開(kāi)關(guān)閥2后再進(jìn)入減壓閥4。壓力傳感器3檢測(cè)從供氣入口 1輸入的壓 縮氣體的壓力，并將壓力信號(hào)傳送到外部的監(jiān)視器。經(jīng)過(guò)減壓閥4降 壓后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?jí)毫? 可以根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)定。由上述減壓閥4降壓后的氣體經(jīng)顆粒過(guò)濾器5 過(guò)濾后，進(jìn)入毛細(xì)管6。由上述顆粒過(guò)濾器5過(guò)濾后的氣體的壓力在毛 細(xì)管6內(nèi)部沿長(zhǎng)度方向線性下降。毛細(xì)管6內(nèi)部氣體壓力在毛細(xì)管6 內(nèi)沿毛細(xì)管長(zhǎng)度方向的分布如圖4所示。經(jīng)毛細(xì)管6降壓、限流后的 氣體由導(dǎo)管輸入給氣壓腔體10。在毛細(xì)管6與氣壓腔體10之間有一個(gè) 單向安全閥7、 一個(gè)精度控制閥8和一個(gè)T形接頭9，精度控制閥8與 T形接頭通過(guò)螺紋配合連接。從圖5中可以看到精度控制閥8進(jìn)氣口 70，釋放口71、 72，由下 閥座711、止回球712、過(guò)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(guò)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(guò)螺栓配合連接。系統(tǒng)正常工作時(shí)，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(nèi)部氣體與外界氣體隔絕。止回球712用來(lái)消除系統(tǒng)瞬間供氣流 量突變產(chǎn)生的氣體膨脹沖擊，止回球722在系統(tǒng)輸出壓力(最終壓力) 超出氣壓腔體10要求范圍時(shí)打開(kāi)，保證提供給氣壓腔體10的壓力保 持在精度范圍內(nèi)。單向安全閥7和精度控制閥8相配合來(lái)保證氣壓腔體10的安全和 氣壓控制精度。根據(jù)本實(shí)用新型裝置輸出壓力(最終壓力)大小，將輸出 壓力分為三個(gè)區(qū)過(guò)壓保護(hù)區(qū)，精度調(diào)節(jié)區(qū)，正常工作區(qū)。對(duì)應(yīng)于不 同的分區(qū)，單向安全閥7和精度控制閥8處于不同的工作狀態(tài)。當(dāng)氣 源故障或其它擾動(dòng)導(dǎo)致輸出氣體壓力(最終壓力)在過(guò)壓保護(hù)區(qū)內(nèi)，輸出 氣體的壓力可能會(huì)造成氣壓腔體內(nèi)部壓力波動(dòng)。此時(shí)精度控制閥8關(guān) 閉，單向安全閥7打開(kāi)，使輸出氣體壓力(最終壓力)迅速的降低，保護(hù) 氣壓腔體10的安全；當(dāng)輸出氣體壓力(最終壓力)在精度調(diào)節(jié)區(qū)，單向 安全閥7關(guān)閉，精度控制閥8打開(kāi)，使輸出氣體壓力(最終壓力)穩(wěn)定在 氣壓腔體IO所要求的壓力精度范圍內(nèi)；當(dāng)輸出氣體壓力(最終壓力)在 正常工作區(qū)，單向安全閥7和精度控制閥8均處于關(guān)閉狀態(tài)，保證對(duì) 氣壓腔體10正常供氣。在氣壓腔體10內(nèi)部循環(huán)后的氣體由導(dǎo)管經(jīng)過(guò)本實(shí)用新型裝置的排氣回路排放至外部的大氣中。本實(shí)用新型的排氣回路由毛細(xì)管11、排氣出口 12及連接管路構(gòu)成。所述的毛細(xì)管11具有阻壓、限流作用， 將氣壓腔體10內(nèi)部氣體和外部環(huán)境大氣隔開(kāi)，使氣壓腔體10內(nèi)部和 外部能保持一個(gè)穩(wěn)定壓力差。
權(quán)利要求1、一種氣壓控制裝置，它包括供氣回路和排氣回路，其特征在于供氣回路具有減壓閥(4)、毛細(xì)管(6)和作為供氣回路旁路的單向安全閥(7)和精度控制閥(8)，排氣回路具有毛細(xì)管(11)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓控制裝置，其特征在于供氣回路毛細(xì)管(6)和排氣回路毛細(xì)管(11)具有不同的直徑、長(zhǎng)度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣壓控制裝置，其特征在于所述精度控制閥(8)包括由閥蓋(73)、閥體(74)、閥座(75)組成 的精度控制閥外殼，進(jìn)氣口(70)，釋放口(71)、(72)，由下閥座(711)、 止回球(712)、過(guò)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(guò) 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(shí)用新型涉及一種氣體壓力控制裝置，它用于將輸入的壓縮氣體調(diào)節(jié)并穩(wěn)定在所需的壓力和流量。它包括供氣回路和排氣回路，供氣回路具有減壓閥、毛細(xì)管和作為供氣回路旁路的單向安全閥和精度控制閥，排氣回路具有毛細(xì)管。藉由上述裝置能夠提供氣壓控制精度高、流量穩(wěn)定的氣流，對(duì)氣壓的調(diào)節(jié)作用依靠裝置自身元件調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要外部的控制單元輸出控制信號(hào)進(jìn)行控制；系統(tǒng)結(jié)果簡(jiǎn)單，可靠性高，不需要外部動(dòng)力就能運(yùn)行，在光刻設(shè)備故障時(shí)，也能對(duì)氣壓腔體不間斷的供氣。
文檔編號(hào)G05D16/00GK201097222SQ20072007682
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者李小平, 束劍平, 楊園園, 衛(wèi) 王 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司