CN102540750B - 一种光刻设备环境控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光刻设备环境控制系统，包括被控单元，为被控对象；冷却水输送单元，提供冷却水源，并将冷却水输出；温度控制单元，将冷却水输送单元输出的冷却水源进行温度调节后，去控制被控单元的温度；空气输送单元，用于输送空气给被控单元。本发明光刻设备环境控制系统，能够通过制冷和加热方式精确控制被控单元的温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种环境控制系统，具体的讲是涉及一种光刻设备环境控制系统。
背景技术
在半导体生产领域，硅片曝光是光刻设备将掩模版上的集成电路图形印刷到硅片上的过程。曝光过程中，光刻设备运行时对其内部的温度恒定性和空气洁净度有严格的要求。如果光刻设备运行时，其内部的温度产生漂移，则使半导体芯片的套刻精度降低；而光刻设备的空气洁净度低时，直接影响半导体芯片的良品率。
为此，要采用温度控制系统对光刻设备进行恒温控制。现有技术的温度控制系统，如图1所示，该温度控制系统由热源箱210和冷源箱220组成。可对热源箱210和冷源箱220温度分别进行设定，如设定热源箱210温度为30℃，设定冷源箱220温度为18℃。冷热液体在管道226处混合，使得管道226的液体温度介于冷源箱220和热源箱210的温度之间。管道226输出两条支路，第一条支路，通过第三调节阀240流经被控对象242，从控制对象242中流出的水源回流给热源箱210，从而控制被控对象242的温度；第二条支路，通过第四调节阀246回流给冷源箱220。温度传感器228采集混合后管道226的液体温度，将温度数据传给温度控制器230，温度控制器230根据输出端负载支路的期望值，通过第二调节阀224来调节冷源箱220的液体流量，直到管道226混合后的液体温度达到负载支路的期望值。第一调节阀214可对热源箱210的液体流量进行手动调节。
该温度控制系统，通过两种不同温度的液体混合方式，使被控对象达到预期的温度值，其缺点在于：同时采用冷源箱220和热源箱210，使其系统结构复杂、体积较大；当冷源箱220和热源箱210的温度差别较大时，由于管道226混合后的水没有经过任何温度混合装置进行混合，因此，管道226输出的水的温度不均匀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种通过制冷和加热方式精确控制被控单元温度的光刻设备环境控制系统。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种光刻设备环境控制系统，包括被控单元，为被控对象；冷却水输送单元，提供冷却水源，并将冷却水输出；温度控制单元，将冷却水输送单元输出的冷却水源进行温度调节后，去控制被控单元的温度；空气输送单元，用于输送空气给被控单元。
进一步的，所述被控单元包括光刻设备，所述光刻设备包括腔体、以及安装在腔体内的物镜，所述物镜的出水口通过第八冷却水管与冷却水输送单元管路连接。
进一步的，所述腔体的进风口处设置有静压腔。
进一步的，所述冷却水输送单元包括水箱，与水箱管路连接的水泵，与水泵连通的第一冷却水管。
进一步的，所述温度控制单元包括与冷却水输送单元管路连接的制冷器、与制冷器通过第二冷却水管管路连接的第一水阀，与第一水阀通过第三冷却水管管路连接的第一加热器，所述第一加热器通过第四冷却水管连接到被控单元的物镜的进水口；所述第二冷却水管上安装有第一温度传感器；所述第一加热器通过第一PID控制器电连接有第二温度传感器，所述第二温度传感器安装在被控单元的物镜上。
进一步的，所述制冷器通过第二冷却水管还连接有第二水阀、与第二水阀通过第五冷却水管管路连接有第二加热器，所述第二加热器通过第六冷却水管管路连接有水-空气热交换器，所述水-空气热交换器通过第七冷却水管、第八冷却水管连接到冷却水输送单元的水箱上；所述第二加热器通过第二PID控制器电连接有第三温度传感器，所述第三温度传感器安装在被控单元的腔体内。
进一步的，所述空气输送单元包括与被控单元的腔体连通的通风管道，所述通风管道的进风管道内安装有风机，所述风机下端的通风管道与温度控制单元的水-空气热交换器连接。
进一步的，所述通风管道的进风口内安装有初效过滤器。
进一步的，所述被控单元的腔体的静压腔内安装有高效过滤器。
进一步的，所述通风管道的进风管道上还安装有加湿器，所述加湿器通过第三PID控制器与湿度传感器电连接，所述湿度传感器安装在被控单元的腔体内。
进一步的，所述通风管道的进风管道上还安装有第三加热器，所述第三加热器通过第四PID控制器与第四温度传感器电连接，所述第四温度传感器安装在被控单元的腔体内。
本发明的有益效果是：水泵将水从水箱中抽出，通过第一冷却水管输送给制冷器，给制冷器设定一个温度值，制冷器开始制冷，第一温度传感器用于采集制冷器输出的冷却水温度。调节第一水阀，改变第三冷却水管的水流量，使冷却水流过第一加热器，经过第一加热器后的冷却水通过第四冷却水管输送到物镜的进水口，物镜被冷却水冷却。使用过的冷却水经第八冷却水管输送给冷却水输送单元的水箱。第二温度传感器设置在物镜上，第二温度传感器采集物镜的温度传送给第一PID控制器，当第二温度传感器采集的温度值低于物镜的期望值时，第一PID控制器调节其占空比来控制第一加热器的加热时间，从而使经过第一加热器的冷却水温度达到物镜的期望温度值。当第二温度传感器采集的温度高于物镜的温度期望值时，第一PID控制器控制第一加热器不工作，此时，调低制冷器的设定值，使制冷器输出的冷却水温度降低，然后经由第一加热器加热后输送给物镜。
由此可知，以上光刻设备环境控制系统是通过制冷和加热的方式实现温度控制的，冷却水在加热器之后的管道中进行充分混合，不会出现温度不均匀的问题。光刻设备环境控制系统仅采用一个水箱，系统结构简单、体积较小。
本发明光刻设备环境控制系统，设置有空气输送单元，新空气从进风口进入空气输送单元的通风管道与出风管道的回风空气混合，风机通过通风管道将混合后的空气送入水-空气热交换器进行热交换，出来的空气被送入被控单元的腔体内，腔体内的温度得到控制。由于空气中存在颗粒，因此，在通风管道的进风口内设置有初效过滤器，用于过滤空气中的颗粒。为了进一步净化空气，在腔体的静压腔内设置有高效过滤器。即空气输送单元经过两次过滤得到洁净的空气。在腔体内设置有静压腔，静压腔用于稳定出口空气的压力。
本发明光刻设备环境控制系统，由于在通风管道上设置有加湿器，因此，还可以控制通风管道内的空气湿度，从而控制被控单元的空气湿度。
综上所述，本发明光刻设备环境控制系统具有温度控制、空气洁净度和空气湿度控制的功能。
附图说明
图1是现有技术控制系统的控制原理图；
图2是光刻设备环境控制系统实施例1的控制原理图；
图3是光刻设备环境控制系统实施例2的控制原理图；
图4是光刻设备环境控制系统实施例3的控制原理图；
图5是一段时间内腔体和物镜的温度变化图。
现有技术图示：210、热源箱，214、第一调节阀，220、冷源箱，224、第二调节阀，226、管道，228、温度传感器，230、温度控制器，240、第三调节阀，242、被控对象，246、第四调节阀。
本发明图示：1、制冷器，3、第一水阀，4、第二水阀，5、水泵，6、水箱，7、第二加热器，8、第一加热器，9、风机，10、通风管道，11、水-空气交换器，12、静压腔，13、第一温度传感器，14、第三温度传感器，15、第二温度传感器，16、第二PID控制器，17、第一PID控制器，18、物镜，19、腔体，20、初效过滤器，21、高效过滤器，22、加湿器，23、第三加热器，24、第三PID控制器，25、湿度传感器，26、第四PID控制器，27、第四温度传感器，28、进风口，29、进风管道，30、出风管道，101、第一冷却水管、102、第二冷却水管，103、第三冷却水管，104、第四冷却水管，105、第五冷却水管，106、第六冷却水管，107、第七冷却水管，108、第八冷却水管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
实施例1：
如图2所示，本发明光刻设备环境控制系统，包括被控单元，为被控对象；冷却水输送单元，提供冷却水源，并将冷却水输出；温度控制单元，将冷却水输送单元输出的冷却水源进行温度调节后，去控制被控单元的温度；空气输送单元，用于输送空气给被控单元。
所述被控单元包括光刻设备，所述光刻设备包括腔体19、以及安装在腔体19内的物镜18，所述物镜18的出水口通过第八冷却水管108与冷却水输送单元管路连接。
所述腔体19的进风口处设置有静压腔12。
所述冷却水输送单元包括水箱6，与水箱6管路连接的水泵5，与水泵5连通的第一冷却水管101。
所述温度控制单元包括与冷却水输送单元的第一冷却水管101管路连接的制冷器1、与制冷器1通过第二冷却水管102管路连接的第一水阀3，与第一水阀3通过第三冷却水管103管路连接的第一加热器8，所述第一加热器8通过第四冷却水管104连接到被控单元的物镜18的进水口；所述第二冷却水管102上安装有第一温度传感器13，用于采集制冷器1的制冷温度；所述第一加热器8通过第一PID控制器17电连接有第二温度传感器15，所述第二温度传感器15安装在被控单元的物镜18上，用于采集被控单元的物镜18的温度。所述制冷器1通过第二冷却水管102还连接有第二水阀4、与第二水阀4通过第五冷却水管105管路连接有第二加热器7，所述第二加热器7通过第六冷却水管106管路连接有水-空气热交换器11，所述水-空气热交换器11通过第七冷却水管107、第八冷却水管108连接到冷却水输送单元的水箱6上；所述第二加热器7通过第二PID控制器16电连接有第三温度传感器14，所述第三温度传感器14安装在被控单元的腔体19内，用于采集被控单元的腔体19的温度。
所述空气输送单元包括与被控单元的腔体19连通的通风管道10，所述通风管道10的进风管道29内安装有风机9，所述风机9下端的通风管道10与温度控制单元的水-空气热交换器11连接。
所述通风管道10包括进风口28，与进风口28连通的进风管道29和出风管道30。
实施例2：
如图3所示，本实施例是在实施例1的基础上改进而成，其区别是：在通风管道10的进风口28内安装有初效过滤器20。在被控单元的静压腔12内安装有高效过滤器21。
实施例3：
如图4所示，本实施例是在实施例2的基础上改进而成，其区别是：所述空气输送单元的通风管道10的进风管道29上还安装有加湿器22，所述加湿器22通过第三PID控制器24与湿度传感器25电连接，所述湿度传感器25安装在被控单元的腔体19内。在空气输送单元的通风管道10的进风管道29上安装有第三加热器23，第三加热器23通过第四PID控制器26与第四温度传感器27电连接，第四温度传感器27安装在被控单元的腔体19内。
本发明的工作原理如下：水泵5将水从水箱6中抽出，通过第一冷却水管101输送给制冷器1，给制冷器1设定一个温度值，制冷器1开始制冷，第一温度传感器13用于采集制冷器1输出的冷却水温度。调节第一水阀3，改变第三冷却水管103的水流量，使冷却水流过第一加热器8，经过第一加热器8后的冷却水通过第四冷却水管104输送到物镜18的进水口，物镜18被冷却水冷却。使用过的冷却水经第八冷却水管108输送给冷却水输送单元的水箱6。第二温度传感器15设置在物镜18上，第二温度传感器15采集物镜18的温度传送给第一PID控制器17，当第二温度传感器15采集的温度值低于物镜18的期望值时，第一PID控制器17调节其占空比来控制第一加热器8的加热时间，从而使经过第一加热器8的冷却水温度达到物镜18的期望温度值。当第二温度传感器15采集的温度高于物镜18的温度期望值时，第一PID控制器17控制第一加热器8不工作，此时，调低制冷器1的设定值，使制冷器1输出的冷却水温度降低，然后经由第一加热器8加热后输送给物镜18。
由此可知，以上光刻设备环境控制系统是通过制冷和加热的方式实现温度控制的，冷却水在加热器之后的管道中进行充分混合，不会出现温度不均匀的问题。光刻设备环境控制系统仅采用一个水箱6，使其系统结构简单、体积较小。
本发明光刻设备环境控制系统，设置有空气输送单元，新空气从进风口28进入空气输送单元的通风管道10与出风管道30的回风空气混合，风机9通过通风管道10将混合后的空气送入水-空气热交换器11进行热交换，出来的空气被送入被控单元的腔体19内，腔体19内的温度得到控制。由于空气中存在颗粒，因此，在通风管道10的进风口28内设置有初效过滤器20，用于过滤空气中的颗粒。为了进一步净化空气，在腔体19的静压腔12内设置有高效过滤器21。即空气输送单元经过两次过滤得到洁净的空气。在腔体19内设置有静压腔12，静压腔12用于稳定出口空气的压力。
本发明光刻设备环境控制系统，由于在通风管道10上设置有加湿器22，因此，还可以控制通风管道10内的空气湿度，从而控制被控单元的空气湿度。
其中，第一水阀3、第二水阀4的作用相同，都是调节水的流量；第一加热器8、第二加热器7、第三加热器23的工作原理相同，控制方式相同，分别采用第一PID控制器17、第二PID控制器16、第四PID控制器26输出占空比信号，从而控制其加热时间；加湿器22通过第三PID控制器24输出占空比信号，从而控制加湿器22的加热时间，使其输出不同湿度的空气。湿度传感器25用于采集被控单元的腔体19内的湿度，传给第三PID控制器24。
图5是本发明光刻设备环境控制系统一段时间内腔体19和物镜18的温度变化图，其中纵轴代表温度值，横轴代表时间值。图5中上面的曲线为腔体19一段时间内的温度变化值；下面的曲线为物镜18一段时间的温度变化值。从图5中可以看出，在一段时间内腔体19和物镜18的温度变化值很小，因此，采用本发明光刻设备环境控制系统能精确控制被控单元的温度。
综上所述，本发明光刻设备环境控制系统具有温度控制、空气洁净度和空气湿度控制的功能。
Claims (10)
1.一种光刻设备环境控制系统，其特征在于：包括被控单元，为被控对象；冷却水输送单元，提供冷却水源，并将冷却水输出；温度控制单元，将冷却水输送单元输出的冷却水源进行温度调节后，去控制被控单元的温度；空气输送单元，用于输送空气给被控单元；所述温度控制单元包括与冷却水输送单元管路连接的制冷器(1)、与制冷器(1)通过第二冷却水管(102)管路连接的第一水阀(3)，与第一水阀(3)通过第三冷却水管(103)管路连接的第一加热器(8)，所述第一加热器(8)通过第四冷却水管(104)连接到被控单元的物镜(18)的进水口；所述第二冷却水管(102)上安装有第一温度传感器(13)；所述第一加热器(8)通过第一PID控制器(17)电连接有第二温度传感器(15)，所述第二温度传感器(15)安装在被控单元的物镜(18)上。
2.根据权利要求1所述的光刻设备环境控制系统，其特征在于：所述被控单元包括光刻设备，所述光刻设备包括腔体(19)、以及安装在腔体(19)内的物镜(18)，所述物镜(18)的出水口通过第八冷却水管(108)与冷却水输送单元管路连接。
3.根据权利要求2所述的光刻设备环境控制系统，其特征在于：所述腔体(19)的进风口处设置有静压腔(12)。
4.根据权利要求1所述的光刻设备环境控制系统，其特征在于：所述冷却水输送单元包括水箱(6)，与水箱(6)管路连接的水泵(5)，与水泵(5)连通的第一冷却水管(101)。
5.根据权利要求1所述的光刻设备环境控制系统，其特征在于：所述制冷器(1)通过第二冷却水管(102)还连接有第二水阀(4)、与第二水阀(4)通过第五冷却水管(105)管路连接有第二加热器(7)，所述第二加热器(7)通过第六冷却水管(106)管路连接有水－空气热交换器(11)，所述水－空气热交换器(11)通过第七冷却水管(107)、第八冷却水管(108)连接到冷却水输送单元的水箱(6)上；所述第二加热器(7)通过第二PID控制器(16)电连接有第三温度传感器(14)，所述第三温度传感器(14)安装在被控单元的腔体(19)内。
6.根据权利要求1所述的光刻设备环境控制系统，其特征在于：所述空气输送单元包括与被控单元的腔体(19)连通的通风管道(10)，所述通风管道(10)的进风管道(29)内安装有风机(9)，所述风机(9)下端的通风管道(10)与温度控制单元的水－空气热交换器(11)连接。
7.根据权利要求6所述的光刻设备环境控制系统，其特征在于：所述通风管道(10)的进风口(28)内安装有初效过滤器(20)。
8.根据权利要求6所述的光刻设备环境控制系统，其特征在于：所述被控单元腔体(19)的静压腔(12)内安装有高效过滤器(21)。
9.根据权利要求6或7所述的光刻设备环境控制系统，其特征在于：所述通风管道(10)的进风管道(29)上还安装有加湿器(22)，所述加湿器(22)通过第三PID控制器(24)与湿度传感器(25)电连接，所述湿度传感器(25)安装在被控单元的腔体(19)内。
10.根据权利要求6或7所述的光刻设备环境控制系统，其特征在于：所述通风管道(10)的进风管道(29)上还安装有第三加热器(23)，所述第三加热器(23)通过第四PID控制器(26)与第四温度传感器(27)电连接，所述第四温度传感器(27)安装在被控单元的腔体(19)内。
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