CN105467776B - 浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随装置及方法。包括主路通道、分流通道和应用通道：主路通道出口分为两路分别连接到分流通道和应用通道，应用通道中再分两路，一路与分流通道合流排液，另一路连接到浸没单元；热交换器流出的浸没液体分为两路，一路经比例控制阀后到第一单向止回阀，另一路输入到气动二位三通阀中流向切换；经二位三通阀再分两路，一路经流量计后到浸没单元，另一路与第一单向止回阀流出的合流后排液。本发明能够使温度调控功能不再因为通流流量变化而导致响应慢、调控不稳的缺陷产生，进而影响温控效果，同时实现了对注入浸没单元的浸液流量的有效调控和在停止供液状态下通过内部持续流动而避免二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及了一种流体控制装置和方法，特别是涉及了一种浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随装置及方法。
技术背景
浸没式光刻(Immersion Lithography)设备通过在最后一片投影物镜与硅片之间填充某种高折射率的液体，相对于中间介质为气体的干式光刻机，提高了投影物镜的数值孔径(NA)，从而提高了光刻设备的分辨率和焦深。在已提出的下一代光刻机中，浸没式光刻对现有设备改动最小，对现在的干式光刻机具有良好的继承性。目前常采用的方案是局部浸没法，即将液体限制在硅片上方和最后一片投影物镜的下表面之间的局部区域内，并保持稳定连续的液体流动。
一方面，已有的流量控制装置只针对浸液流量单个指标进行有效调控，其根据浸没单元不同需求而变动的流量大小将直接影响了温度调控系统的调控效果，使得温控调控不稳，响应时间过长；另一方面，缺少对浸液压力的有效限制，将导致进入浸没单元的液体因为压力过高而对浸没流场的维持起到负面影响。因此，浸没式光刻技术中要求配备兼容温度稳定调控的流量控制和压力跟随装置，保证温度调控的稳定性以及对压力的限制效果。
目前的注液系统方案中，一方面，针对注液流量的调控主要是通过流量调节单元IFC这一自反馈调节部件进行有效控制；另一方面，针对浸液温度调控主要是通过通流热交换器，通过外部冷却水流经继而对浸液进行温度调控。
上述的实现方法存在一些不足，主要有以下几点：
1)在浸没式光刻机中，浸没流场除了对供给浸液有着稳定流量的要求，也有对浸液压力的指标限制，但当前的实现方法中主要实现了流量的调控，却没有针对浸液压力的有效限制手段。
2)浸没式光刻机中的浸没流场对温度指标有着严格的要求，现有的注液系统，因为浸没单元对流量的调整可能会导致在热交换器中通流流量的变化，而热交换器对流量变动的响应时间过长，调控精度的降低将导致温度调控不稳定。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随装置及方法，具备了对浸没液体流量调控功能的同时，保证了温控功能不因通流流量变化而导致效果不稳，增加了压力跟随限制的功能。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一、一种浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随装置：
包括主路通道，主路通道包括依次连接的纯化浸没液体入口、减压阀、流量调节单元(IFC)、压力变送器和热交换器，浸没液体从纯化浸没液体入口进入装置，依次通过上述主路通道各项装置，通过减压阀和压力变送器的调控和反馈实现对浸液压力的限制效果，通过流量调节单元IFC实现流量的自反馈调节以实现主路通道流量的稳定，通过热交换器实现温度控制。
还包括主路通道之后的分流通道和应用通道，热交换器出口分为两路分别连接到分流通道和应用通道，应用通道中再分为两路，应用通道其中的一路与分流通道合流排液，应用通道中的另一路连接到浸没单元。
所述的分流通道包括比例控制阀和第一单向止回阀，浸没液体在经过热交换器之后进行分流，一路经过分流通道，依次经过比例控制阀连接到第一单向止回阀，通过比例控制阀的开度大小调节进入分流通道的浸没液体流量间接控制另一分路的实际流量；
应用通道包括气动二位三通阀和流量计，浸没液体在经过热交换器之后进行分流，另一路连接到气动二位三通阀的输入口，气动二位三通阀的第一输出口经流量计连通到最终应用装置——浸没单元，另一路即为切换分路。
作为切换分路的气动二位三通阀的第二输出口与第一单向止回阀出口一起经第二单向止回阀连接到废液回收出口排出，由此使得切换分路与分流通道合流进行排液。
气动二位三通阀实现在浸没单元停止供液状态下的流向切换，流量计实时检测流量并与分流通道的比例控制阀构成反馈控制，以达到注液流量的实际要求。
所述的流量调节单元为自反馈流量伺服阀。
所述的减压阀采用手动隔膜阀，并与压力变送器结合对压力主要起限制作用。
经过流量调节单元调控的主路流量为设计稳定值，经过流量计反馈控制比例控制阀调控分路流量。
二、一种浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随方法：
浸没液体从纯化浸没液体入口进入装置，依次通过减压阀、流量调节单元(IFC)、压力变送器后输入到热交换器，通过减压阀和压力变送器的调控和反馈对浸液压力的进行限制，通过流量调节单元IFC对流量进行反馈调节，通过热交换器进行温度控制。
热交换器流出的浸没液体分为两路，一路作为分流经比例控制阀流量开度大小调节后输入到第一单向止回阀，比例控制阀的开度大小调节间接控制另一分路的实际流量；热交换器流出的另一路输入到气动二位三通阀以实现供液状态的切换功能。气动二位三通阀后分为两路，一路经流量计实时检测流量后输入到浸没单元，流量计与比例控制阀构成反馈对分流通道的流量进行控制，使得流量计中的注液流量达到实际要求；气动二位三通阀切换后的另一路与第一单向止回阀输出的浸没液体合流后再经第二单向止回阀输入到废液回收出口进行排液。
所述的减压阀采用手动隔膜阀，并与压力变送器结合对压力主要起限制作用。
经过流量调节单元调控的主路流量为设计稳定值，经过流量计反馈控制比例控制阀调控分路流量。
本发明在原先流量调控和温度调控功能相互剥离的情况下实现了功能的结合，采用分流控制的方式既保证了温度调控的稳定性，又实现了浸液供给流量的精确控制和在特殊状态下的装置内部运行。
本发明具有的有益效果是：
1)本发明通过手动减压阀、压力变送器及其他部件的压力检测，实现了对浸没液体的压力限制，满足了浸没单元对浸没液体较小压力的需求；
2)本发明通过主路通道的流量调节单元和分路通道的流量计和比例控制阀，既实现了主路通道的流量恒定以保证温控效果，也满足了浸没单元对流量变化的实时要求；
3)本发明通过设置气动二位三通阀，实现了在浸没单元要求停止供液情况下装置内部流体的持续流动，通过切换通道维持大部分管路的流体更新以防止长时间滞留而滋生二次污染。
附图说明
图1是本发明与浸没单元和投影透镜组相装配的简化示意图。
图2是本发明装置的工艺连接和原理图。
图中：1、连续气液分离装置，2、投影物镜组，3、浸没单元，4、流量控制装置，5、硅片，6、纯化浸没液体入口，7、减压阀，8、流量调节单元IFC，9、压力变送器，10、热交换器，11、比例控制阀，12、第一单向止回阀，13、第二单向止回阀，14、废液回收出口，15、气动二位三通阀，16、流量计。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进一步的说明。
如图2所示，本发明包括主路通道、分流通道和应用通道。
主路通道包括依次连接的纯化浸没液体入口6、减压阀7、流量调节单元IFC8、压力变送器9和热交换器10。浸没液体从纯化浸没液体入口6进入装置，依次通过上述主路通道各项装置，通过减压阀7和压力变送器9的调控和反馈实现对浸液压力的限制效果，确保将浸液压力限制在一定数值范围内。；通过流量调节单元IFC8实现流量的自反馈调节以实现主路通道流量的稳定，以保证热交换器10通流流量一直保持稳定值；通过热交换器10实现温度控制。
热交换器10出口分为两路分别连接到分流通道和应用通道。应用通道中再分为两路，应用通道其中的一路与分流通道合流排液，应用通道中的另一路连接到浸没单元3。
分流通道包括比例控制阀11和第一单向止回阀12。浸没液体在经过热交换器之后进行分流，一路经过分流通道，依次经过比例控制阀11连接到第一单向止回阀12，通过比例控制阀11的开度大小调节进入分流通道的浸没液体流量间接控制另一分路的实际流量。
应用通道包括气动二位三通阀15和流量计16。浸没液体在经过热交换器之后进行分流，一路经过应用通道，连接到气动二位三通阀15的输入口，气动二位三通阀15的第一输出口经流量计16连通到最终应用装置——浸没单元3，；作为切换分路的气动二位三通阀15的第二输出口与第一单向止回阀12出口一起经第二单向止回阀13连接到废液回收出口14排出，由此使得切换分路与分流通道合流进行排液。
通过气动二位三通阀15实现对浸液流向的切换，以满足浸没单元3停止供液的状态要求，流量计16作为应用通道和进入浸没单元3之前的最后部件，对浸液的流量和压力进行实时检测，并与分流通道的比例控制阀11构成反馈控制，以实现对两条通道的直接和间接的流量控制。
上述流量调节单元8为自反馈调节流量伺服阀，能够反馈入口压力和通流流量并能通过反馈功能实现设定流量；本发明减压阀7为手动隔膜阀，与通流式的压力变送器9结合应用，实现对压力的限制和检测作用。
上述经过流量调节单元8调控的主路流量为恒定设定值，以维持温控功能的效果稳定；分流流量控制的目的是实现对应用通道流量的调控，流量计16设定在应用通道以对实际流量和出口压力的检测，比例控制阀11设定在分流通道作为执行器，间接调控应用实际流量。
如图1所示，本发明装置的纯化浸没液体入口6与前端浸液纯化系统相连接，而经过装置在温度、流量和压力等特性调控后的浸没液体将进入后端装置投影物镜组2和硅片5之间的浸没单元3中进行光刻工作，然后流出到连续气液分离装置1。
本发明的工作原理如下：
如图1所示，给出了流量控制装置4在光刻系统中的位置，曝光过程中，光线通过掩模板、投影物镜组2和浸没单元3，照射在硅片5的光刻胶上，对硅片5进行曝光，将掩模版上的图形准确的转移到硅片5的光刻胶上。流量调节装置4不断的往浸没单元3注入液体，气液分离负压回收装置1不断的从浸没单元3中抽出气液混合物。图2中纯化浸没液体入口6从前端浸液纯化系统的出口引出。
压力跟随限制功能：减压阀7为主要执行部件，并由流量调节单元IFC8检测入口压力，压力变送器9检测主通道流量调节后的压力值，流量计16检测出口压力，构成对浸液压力的完整功能，作为跟随功能在以流量调节为主的基础上只需限制在一定范围内。
流量调节功能：流量调节单元IFC8作为自反馈调节的流量伺服阀，在作为执行器调控主路通道流量的同时实时检测流量；流量计16设定在应用通道以对实际流量的检测，比例控制阀11设定在分流通道作为执行器，间接调控应用实际流量。
状态切换功能：设置气动二位三通阀15以增加浸液流向切换功能，当浸没单元3要求停止供液时，为了保证装置中不会因为浸液长时间停滞而导致二次污染的滋生，需要气动二位三通阀15切换到回水通道，并有第二单向止回阀13进行回水保护。
本发明的实施例和具体工作过程如下：：
浸没液体从纯化浸没液体入口6进入本发明装置，则要求在入口处的流量和压力有一定的要求，即流量能够提供4.0L/min以上，压力能够维持在1.1Bar～2Bar的范围内。
具体实施中流量调节单元8可采用Entegris的流量调节单元，其选用型号为6500-T5-F04-B12-K-P1-U1，将对主路流量的调控起到核心作用。其具体参数如下：
1)流量范围：0～2.5L/min；
2)流量精度：
满量程20％～100％间，精度±1.0％；
满量程10％～20％间，精度±2.5％；
满量程0％～10％间，处于不可控状态。
3)重复性：
满量程20％～100％间，重复度±0.5％；
满量程10％～20％间，重复度±1.0％。
主路通道依次通过减压阀7、流量调节单元IFC8、压力变送器9后输入到热交换器10，通过减压阀7和压力变送器9的调控和反馈对浸液压力的进行限制，以促使压力维持在0.4～0.5Bar的压力范围内；通过流量调节单元IFC8对流量进行反馈调节，以达到设定恒定值2.0L/min；通过热交换器10进行温度控制，以达到22℃的设定标准值。
由于考虑到在应用通道中无法设置发热器件以对温控造成破坏，热交换器10流出的浸没液体分为两路，一路作为分流经比例控制阀11后输入到第一单向止回阀12，比例控制阀11的开度大小调节间接控制另一分路的实际流量；其开度大小将根据应用通道的流量计16的反馈信息进行反馈控制。
热交换器10流出的另一路输入到气动二位三通阀15以实现供液状态的切换功能。气动二位三通阀15后分为两路，一路经流量计16实时检测流量后输入到浸没单元3，流量计16与比例控制阀11构成反馈对分流通道的流量进行控制，使得流量计16中的注液流量达到实际要求；气动二位三通阀15切换后的另一路与第一单向止回阀12输出的浸没液体合流后再经第二单向止回阀13输入到废液回收出口14进行排液。
由于结合了流量计16和比例控制阀11的反馈调节机制，通过调节比例控制阀11的开度大小在0～1.4L/min的流量范围内调节分流流量，间接实现应用通道流量在0.6～2.0L/min的范围内的有效调控：当检测值偏低时，控制比例控制阀11开度减小；当检测值偏高时，控制比例控制阀11开度增大，使得检测值不断趋近设定值并完成要求。
本发明通过装置的搭建以及方法的应用，将原先分离的流量调控和温度调控功能进行有效的结合。在稳定稳控效果的基础上，用分流控制的方式保证了流量的精确可调，满足浸没单元对流量0.6～2.0L/min范围内精确控制的要求。在反馈控制环节，采用了结合模糊控制的PID控制方式，以对装置的控制效果提供保障，可见其技术效果显著突出。
Claims (7)
1.一种浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随装置，包括主路通道，主路通道包括依次连接的纯化浸没液体入口(6)、减压阀(7)、流量调节单元(IFC)(8)、压力变送器(9)和热交换器(10)，其特征在于：
还包括主路通道之后的分流通道和应用通道，热交换器(10)出口分为两路分别连接到分流通道和应用通道，应用通道中再分为两路，应用通道中的一路与分流通道合流排液，应用通道中的另一路连接到浸没单元(3)。
2.根据权利要求1所述的一种浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随装置，其特征在于：
所述的分流通道包括比例控制阀(11)和第一单向止回阀(12)，浸没液体在经过热交换器(10)之后进行分流，一路经过分流通道，依次经过比例控制阀(11)连接到第一单向止回阀(12)，通过比例控制阀(11)的开度大小调节进入分流通道的浸没液体流量间接控制另一分路的实际流量；
应用通道包括气动二位三通阀(15)和流量计(16)，浸没液体在经过热交换器(10)之后进行分流的另一路连接到气动二位三通阀(15)的输入口，气动二位三通阀(15)的第一输出口经流量计(16)连通到浸没单元(3)；
作为切换分路的气动二位三通阀(15)的第二输出口与第一单向止回阀(12)出口一起经第二单向止回阀(13)连接到废液回收出口(14)排出，由此使得切换分路与分流通道合流进行排液。
3.根据权利要求1所述的一种浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随装置，其特征在于：所述的流量调节单元IFC(8)为自反馈流量伺服阀。
4.根据权利要求1所述的一种浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随装置，其特征在于：经过流量调节单元(8)调控的主路流量为设计稳定值，经过应用通道流量计(16)反馈控制分流通道比例控制阀(11)调控分路流量。
5.应用于权利要求1～4任一所述装置的一种浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随方法，浸没液体从纯化浸没液体入口(6)进入装置，依次通过减压阀(7)、流量调节单元(IFC)(8)、压力变送器(9)后输入到热交换器(10)，其特征在于：
热交换器(10)流出的浸没液体分为两路，一路作为分流经比例控制阀(11)流量开度大小调节后输入到第一单向止回阀(12)，比例控制阀(11)的开度大小调节间接控制另一分路的实际流量；
热交换器(10)流出的另一路输入到气动二位三通阀(15)进行供液状态的切换，气动二位三通阀(15)切换后分为两路，一路经流量计(16)实时检测流量后输入到浸没单元(3)，流量计(16)与比例控制阀(11)构成反馈对分流通道的流量进行控制，间接使得流量计(16)中的注液流量达到实际要求；
气动二位三通阀(15)切换后的另一路与第一单向止回阀(12)输出的浸没液体合流后再经第二单向止回阀(13)输入到废液回收出口(14)进行排液。
6.根据权利要求5所述的一种浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随方法，其特征在于：所述的减压阀(7)采用手动隔膜阀，并与压力变送器(9)结合对压力主要起限制作用。
7.根据权利要求5所述的一种浸没式光刻兼容温控的分流控制和压力跟随方法，其特征在于：经过流量调节单元(8)调控的主路流量为设计稳定值，经过流量计(16)反馈控制比例控制阀(11)调控分路流量。
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