CN101364116A - 一种恒温控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒温控制装置，对流体介质通过加热、冷却处理后的充分混合来控制流体介质温度恒定。本发明通过在装置外部设置制冷器、内部设置加热器和混合区，同时在装置外部设置隔离区等技术手段，解决了外界温度环境对装置内部流体温度的热传导所带来的干扰以及流体介质混合不均匀造成的温度波动。

Description

一种恒温控制装置

技术领域

本发明涉及光刻机技术领域，尤其涉及光刻机温度控制系统。

背景技术

如今，光学投影光刻机通过不断提高分辨率以满足集成电路芯片特征线宽逐渐缩小的需求，这也给成像质量控制带来了巨大挑战。光刻机内部以及关键部件的温度、压力和湿度等微环境参数的波动已成为影响成像质量的重要因素，尤其是投影物镜，其温度波动将直接引起焦面位置漂移和成像畸变，因此，高稳定度的恒温控制成为光刻机成像质量控制的必需，投影物镜温度一般通过媒质远传回路进行控制。光刻机媒质远传温控系统原理为：将近端由温度控制系统(Temperature control unit，TCU)进行加热、制冷控制的流体媒质，采用液压泵经远传回路输送到光刻机内部的分流板，分流到需要精确温控的光刻机各部件，通过与这些部件的热交换控制其温度，流体媒质换热后又经过集流板流回TCU，光刻机中对温度稳定性要求最高的部件为投影镜，其温度影响因素主要来自媒质的温度波动和光刻机的内部换热。

光刻机要求其温度控制系统(TCU)的温控精度达到±0.01℃，这给温度控制系统提出了苛刻要求。一般工业环境中，系统通过温度控制算法对加热量与制冷量进行适当调节，可以达到温控精度要求。然而在±0.01℃精度的系统中，微小的温度干扰都会使系统偏离精度，因此系统应该将其考虑，并减小。温度控制系统(TCU)的控制对象流体介质，最常用的就是水大部分是存在于水箱中，并且水箱与外界接触的面积最大，其最容易引入外界的热量干扰，影响到温控精度。另一方面，加热器一般位于水箱内部的某部位，局部位置的发热，会使水箱内部介质温度的分布不均匀、杂乱，使得控制对象温度不稳定，影响温控精度。因此，为了保证温控精度要求，如何设计水箱来消除这些影响就显得十分重要。

HAKKE公司生产的TCU设备，其中水箱结构是将加热执行器安装水箱出口前一段距离的位置，加热器位置与水箱出口之间有一段空间。制冷器同样安装在水箱内部，位于加热器之前。设备工作时水箱内水先经制冷器冷却，再流经加热器加热升温，然后在出口前的一段空间(混合区)内混匀。这种水箱的结构一定程度上能够将冷、热水混合，但由于混合区空间内没有引导流向的装置，水箱内容易形成死角、水流方向也没有规律，造成混合区的上部与下部、左部与右部，以及混合区角落处存在温度差异，影响混合效果、温度均匀性。另外，水箱直接暴露在机器内部，运行过程中内部温度可达30-40℃，而正常工作水温在20℃左右。内部环境的高温会给水引入干扰量，造成温度的波动、影响温控精度、增大控制难度。目前HAKKE公司生产的TCU温控精度在±0.04℃

发明内容

本发明解决的技术问题是：光刻机温度控制系统中由流体介质混合不均匀造成的温度波动，已经受外界环境温度等影响造成的热传导对流体媒介造成的热干扰。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种恒温控制装置，通过对流体介质进行冷却和加热处理，来控制流体介质温度恒定，其特征在于：该装置外部设有制冷器，内部设有加热器，装置内腔包括加热区，其中设置有加热器，用于加热流经的流体介质；还包括混合区，用于混合不同温度的流体介质。

所述的装置内腔还包括均匀区，均匀区中设置有用于定向疏导流体介质流向的导流板。所述的流体介质经过加热区中的加热器加热后流入混合区。

进一步的，所述的均匀区包括第一均匀区和第二均匀区，均匀区中均包含至少一块导流板。混合区与第一均匀区通过第一导流板分隔。第一均匀区与第二均匀区之间设置有第二导流板，流体介质经过混合区后进入第一均匀区。所述的导流板为两块相互成一定夹角的V型板。导流板两侧的板面上对称分布有通孔，所述装置内腔的流体介质沿垂直与导流板板面方向流经通孔。所述的第一导流板两侧板面在水平方向呈V型，板面形成的V型开口向左或者向右，流体介质流经第一导流板的通孔，进行左、右混合。所述的第二导流板两侧板面在垂直方向呈V型或倒V型，流体介质流经第二导流板的通孔，进行上、下混合。所述的装置内腔加热区中设有第一流入口，混合区中设有第一流出口；若装置设有均匀区，则第一流出口设置于装置内腔的均匀区中。

进一步的，所述的装置内腔外围设置有外腔隔离区，外腔隔离区为非封闭式管道结构。装置外腔隔离区将内部包围在其内部，外腔隔离区设有第二流入口和第二流出口，流体介质经过外腔隔离区流入制冷器冷却后再流回，所述的装置内腔。

本发明的有益效果在于：在所述的恒温控制装置设置外腔隔离区，减少流体介质与外界热量传导，有效隔离外界环境温度对其的干扰。同时，在装置内腔设置了四个区域和两块导流板，将流体介质进行上、下、左、右多方位的混合，更好的均匀流体介质温度，降低了内部产生的温度波动，为光刻机温度控制系统(TCU)的达到±0.01℃的温控精度提供有力保证。

附图说明

图1本发明的装置平面区域示意图；

图2本发明中第一导流板示意图；

图3本发明中第二导流板示意图；

图4本发明装置的外部管路连接图；

图5现有技术中的温度控制系统的温度控制曲线；

图6采用本发明的装置后温度控制系统的温度控制曲线。

具体实施方式

光刻机的温度控制系统中，最常用的流体介质为水，以下结合附图和以水为具体实施例对本发明作详细说明。

如图1所示，本发明恒温控制装置内部不包含制冷器15，制冷器15设置在装置外部，水经装置外部的制冷器15冷却后，进入装置内腔的加热区11加热，冷、热掺杂的水在混合区2混合后，得到温度分布比较均匀的水。本发明的装置除混合区2外，还具有均匀区区域。它由两个小区域组成，其中通过设置第一导流板3可以对混合区2出来的水进行上下、左右的混合，得到温度分布更为均匀的水。另外，本装置外部四周设置有外腔隔离区4.外腔隔离区4内流经的水为控制对象本身，是从光刻机内部回到温度控制系统(TCU)的水，然后经过外腔隔离区4后进入制冷器15制冷。外腔隔离区4将装置内腔包围在其内部，可以隔离外界对装置内水温的干扰。

光刻机处在待机工作或工作阶段时，其内部产生的热量波动不大，因此温度控制系统(TCU)送入的水，即从装置第一流出口9出来之后的水，需要冷却的热量也不大，加上温度控制系统(TCU)是持续、大流量给光刻机内部送入水，致使进入光刻机与从光刻机内部回来的水温相差不大，也就是装置内腔的水与外腔隔离区4内的水的温度相近。根据这一特点，本发明将光刻机回流的水引入到外腔隔离区4，可以有效防止水箱内部水温受到外界干扰。并且这两者水温相近，之间产生的热量交换也很少。

图1为本发明的恒温控制装置平面区域示意图，装置由五个区域组成，分别是加热区11、混合区2、第一均匀区5、第二均匀区8、外腔隔离区4。外腔隔离区4的内部就是装置的内腔，装置内腔有两个接口，分别是第一流入口1与第一流出口9。外腔隔离区为装置的外腔体，它有两个接口，分别是第二流入口6与第二流出口10。TCU的水从第一流入口1进入加热区11，加热器20安装在加热区11内对水进行加热。混合区2是一个比较大的腔体，能够容纳大量的水，经过制冷、加热后形成的温度不均匀的水在这里混合。

混合区2与第一均匀区5接口为第一导流板3，如图2所示第一导流板3为一块经折弯后的水平方向呈V型的板，V型板两侧的面板上从上至下左右对称的分布有很多通孔12，通孔12会对水流形成一定的压阻，水流经通孔12沿垂直与导流板板面方向流动。如图1所示，经混合区2流过来的水经第一导流板3后，流动方向都指向中间，这样从混合区2流过来的水就在第一均匀区5内进行左、右混合。

第一均匀区5与第二均匀区8之间设有上下V型的第二导流板7，如图3所示，第二导流板7为一块经折弯后的V型板，V型板两侧面板对称分布有通孔12，通孔12会对水流形成一定的压阻，水穿过通孔12后将沿垂直与导流板板面的方向流动。同时，如图1所示，经第一均匀区5流过来的水经第二导流板7后，上下侧水流方向都指向中间，这样第一均匀区5过来的水就在第二均匀区8内进行上、下混合。

同时、本装置的导流板设置不仅限于以上实施例中方案，本发明也包括在第一均匀区5中放置垂直方向V型板，在第二均匀区8中放置水平方向V型板，先对流体介质进行上下混合，再进行左右混合的实施方案。

如图1所示，所述的恒温控制装置30内腔四周是外腔隔离区4，外腔隔离区4是一个管道腔体，水从第二流入口6流经水箱外腔后从第二流出口10流出，用来防止水箱内腔的水受到外界的干扰。

图4为温度控制系统(TCU)工作时，所述恒温控制装置30的工作过程。制冷器15在水箱的外面，水冷却光刻机内部发热元件后，经过温度控制系统(TCU)的总进水口16进入温度控制系统(TCU)内部，分成两路一路直接进入制冷器15内进行冷却，另一路流入图1所述的外部隔离区腔体内的第二流入口6，由于进入光刻机与从光刻机内部回来的水温相差不大，也就是水箱内部水与回水的温度相近，从而防止内腔受到外界环境温度的干扰。水经过第二流出口10出来通过集流口22与上面一路汇合，一同进入制冷器15冷却。加热器20安装在水箱内部，冷却后的水通过第一流入口1进入水箱内部加热、混合、均匀，并由第一流出口9进入光刻机温度控制系统(TCU)中的水泵，通过水泵最终送入光刻机的内部。至此构成一个循环系统。

图5与图6是增加导流板、外腔隔离区域前后，温度控制系统(TCU)的控制曲线图。可见在采用本发明的恒温控制装置后，温度控制系统中的流体介质温度的波动性明显减小，温控精度控制在0.01以内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种恒温控制装置，通过对流体介质进行冷却和加热处理，来控制流体介质温度恒定，其特征在于：该装置外部设有制冷器，内部设有加热器，装置内腔包括加热区，其中设置有加热器，用于加热流经的流体介质；还包括混合区，用于混合不同温度的流体介质。

2、如权利要求1所述的恒温控制装置，其特征在于：所述的装置内腔还包括均匀区，均匀区中设置有用于定向疏导流体介质流向的导流板。

3、如权利要求1所述的恒温控制装置，其特征在于：所述的流体介质经过加热区中的加热器加热后流入混合区。

4、如权利要求2所述的恒温控制装置，其特征在于：所述的均匀区包括第一均匀区和第二均匀区，均匀区中均包含至少一块导流板。

5、如权利要求2所述的恒温控制装置，其特征在于：所述的装置内腔的混合区与第一均匀区通过第一导流板分隔。

6、如权利要求4所述的恒温控制装置，其特征在于：第一均匀区与第二均匀区之间设置有第二导流板，流体介质经过混合区后进入第一均匀区。

7、如权利要求4所述的恒温控制装置，其特征在于：所述的导流板为两块相互成一定夹角的V型板。

8、如权利要求7所述的恒温控制装置，其特征在于：所述的导流板两侧的板面上对称分布有通孔，所述装置内腔的流体介质沿垂直与导流板板面方向流经通孔。

9、如权利要求2、4或5所述的恒温控制装置，其特征在于：所述的第一导流板两侧板面在水平方向呈V型，板面形成的V型开口向左或者向右，流体介质流经第一导流板的通孔，进行左、右混合。

10、如权利要求2、4或6所述的恒温控制装置，其特征在于：所述的第二导流板两侧板面在垂直方向呈V型或倒V型，流体介质流经第二导流板的通孔，进行上、下混合。

11、如权利要求1所述的恒温控制装置，其特征在于：所述的装置内腔加热区中设有第一流入口，混合区中设有第一流出口。

12、如权利要求2所述的恒温控制装置，其特征在于：所述的装置内腔的均匀区中设有第一流出口。

13、如权利要求1所述的恒温控制装置，其特征在于：所述的装置内腔外围设置有外腔隔离区，外腔隔离区为非封闭式管道结构。

14、如权利要求13所述的恒温控制装置，其特征在于：所述的装置外腔隔离区将内部包围在其内部，外腔隔离区设有第二流入口和第二流出口，流体介质经过外腔隔离区流入制冷器冷却后再流回，所述的装置内腔。

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