CN107907960A - 一种光学系统及其冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学系统的冷却装置，包括一端与气源连接、另一端与光学系统的内腔连通以提供工作气体的气体控制管路；气体控制管路分别设有用于对工作气体的温度进行预处理的温度预处理器、用于对工作气体的温度进行精调节的气液热交换器、用于对工作气体的供气压力进行调节的减压阀，气液热交换器连接有一端与水源连接的液体控制管路；液体控制管路分别设有液体泵、用于对工作液体的压力进行调节的调压阀、用于对工作液体进行冷却温度控制的制冷组件。应用该装置，气体通过温度预处理器进行预处理，并通过气液热交换器连接液体控制管路对工作气体的温度进行精确调节，以为光学系统内部提供稳定温度的冷却气体。本发明还公开了一种光学系统。

Description

一种光学系统及其冷却装置
技术领域
本发明涉及光学应用技术领域，更具体地说，涉及一种光学系统的冷却装置，还涉及一种光学系统。
背景技术
随着光学应用领域的不断发展，对光学系统分辨率和线宽的要求不断的提高，导致光学系统的复杂性越来越大，同时不可避免地引入的光学系统的像差，从而导致光学系统性能劣化，这就使得光学系统内补偿装置非常必要。红外加热方式对光学系统像质进行补偿的方案，可以有效解决光学系统内现有技术存在的结构复杂、补偿精度低和补偿Zernike像差成分项数有限的问题。但是，此像质补偿技术应用在复杂光学系统例如光刻投影物镜系统内时，由于红外加热装置对镜片进行加热以补偿像差，必然导致整体光学系统内部的温度升高，而温度的变化又会导致焦面位置改变和影响成像质量。
此外，超精密光学系统内部，对环境的气压、洁净度等也有苛刻的要求，因为压力的变化直接影响光学系统倍率，从而影响光学系统的成像质量；同时光学系统内部需要密封环境及高纯、洁净气体防止空气进入内部污染光学镜片。
综上所述，如何有效地解决光学系统内部需要对加热补偿装置进行冷却等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种光学系统的冷却装置，以解决光学系统内部需要对加热补偿装置进行冷却等问题。本发明的第二个目的是提供一种包括上述冷却装置的光学系统。
为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：
一种光学系统的冷却装置，包括一端与气源连接、另一端与光学系统的内腔连通以提供工作气体的气体控制管路；
所述气体控制管路分别设有用于对工作气体的温度进行预处理的温度预处理器、用于对工作气体的温度进行精调节的气液热交换器、用于对工作气体的供气压力进行调节的减压阀，所述气液热交换器连接有一端与水源连接的液体控制管路；
所述液体控制管路分别设有液体泵、用于对工作液体的压力进行调节的调压阀、用于对工作液体进行冷却温度控制的制冷组件。
优选地，所述气体控制管路还包括用于对工作气体的流量进行调节的气体流量控制装置。
优选地，所述气体控制管路还包括用于对工作气体进行颗粒度过滤控制的第一过滤装置；
所述液体控制管路还包括用于对工作液体进行过滤的第二过滤装置。
优选地，所述气体控制管路还包括用于对工作气体进行提纯的纯化器。
优选地，所述气液热交换器的进口侧和出口侧分别设有用于对工作气体进行温度测量的第一温度传感器和第二温度传感器。
优选地，所述气体控制管路还包括用于对工作气体进行过压安全保护的泄压阀。
优选地，所述减压阀的出口侧管路设有用于对工作气体的压力进行测量的第一压力传感器；
所述调压阀的出口侧管路设有用于对工作液体的压力进行测量的第二压力传感器。
优选地，所述液体控制管路还包括用于对经所述气液热交换器后的工作液体的温度进行测量的第三温度传感器。
优选地，所述温度预处理器、所述气体流量控制装置、所述第一温度传感器、所述气液热交换器、所述减压阀、第一过滤装置、所述纯化器、所述泄压阀、所述第二温度传感器和所述第一压力传感器分别在所述气体控制管路上依次顺序设置；
所述液体泵、所述调压阀、所述第三压力传感器、所述第二过滤装置分别在所述液体控制管路与所述气液热交换器间依次顺序设置，所述第三温度传感器和所述半导体制冷器在所述气液热交换器的液体出口侧依次顺序设置。
本发明提供的光学系统的冷却装置，包括一端与气源连接、另一端与光学系统的内腔连通以提供工作气体的气体控制管路；气体控制管路分别设有用于对工作气体的温度进行预处理的温度预处理器、用于对工作气体的温度进行精调节的气液热交换器、用于对工作气体的供气压力进行调节的减压阀，气液热交换器连接有一端与水源连接的液体控制管路；液体控制管路分别设有液体泵、用于对工作液体的压力进行调节的调压阀、用于对工作液体进行冷却温度控制的制冷组件。应用本发明提供的光学系统的冷却装置，气体通过温度预处理器进行预处理，并通过气液热交换器连接液体控制管路对工作气体的温度进行精确调节，以为光学系统内部提供稳定温度的冷却气体。
显而易见，该装置通过对气源提供的工作气体进行处理，可为光学系统内部提供温度稳定、压力可调的冷却气体，能够有效对光学系统内部的加热补偿装置进行冷却，保证光学系统内部的热量平衡，其结构简单，易操作且便于维护。
为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种光学系统，该光学系统包括光刻投影物镜、光学元器件和补偿器，还包括上述任一种冷却装置，由于上述的冷却装置具有上述技术效果，具有该冷却装置的光学系统也应具有相应的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种光学系统的冷却装置的结构示意图。
附图中标记如下：
光学系统1、气体开关阀2、温度预处理器3、气体流量控制装置4、第一温度传感器5、气液热交换器6、减压阀7、第一过滤装置8、纯化器9、泄压阀10、第二温度传感器11、第二压力传感器12、液体开关阀13、液体泵14、调压阀15、第三压力传感器16、第二过滤装置17、第三温度传感器18、半导体制冷器19。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种光学系统的冷却装置，以解决光学系统内部需要对加热补偿装置进行冷却等问题。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种光学系统的冷却装置的结构示意图。
在一种具体的实施方式中，本发明提供的光学系统，包括一端与气源连接、另一端与光学系统1的内腔连通以提供工作气体的气体控制管路；
气体控制管路分别设有用于对工作气体的温度进行预处理的温度预处理器3、用于对工作气体的温度进行精调节的气液热交换器6、用于对工作气体的供气压力进行调节的减压阀7，气液热交换器6连接有一端与水源连接的液体控制管路；
液体控制管路分别设有液体泵14、用于对工作液体的压力进行调节的调压阀15、用于对工作液体进行冷却温度控制的制冷组件。
其中，可以理解的是，气体控制管路和液体控制管路与气源和水源连接的一端分别设置有气体开关阀2和液体开关阀13，开关阀可具体为电磁阀或者机械阀，对其具体形式不作限定，液体控制管路的进液口和出液口分别与水源连接，可具体为冷水机，当然，可自行选择合适的水源。气体控制管路通过温度预处理器3对工作气体的温度进行预处理，并与气液热交换器6连接，气液热交换器6的一端与液体控制管路连接，对工作气体进行冷却调温，以达到合适的工作温度，气液热交换器6为一种现有设备，其结构及连接关系可参考现有技术，在此不再赘述。液体控制管路通过液体泵14为工作液体提供压力，通过制冷组件对工作液体进行处理，具体的，制冷组件可具体为半导体制冷器19，当然，在其他实施例中，也可以自行选择合适的制冷组件，均在本发明的保护范围内。
应用本发明提供的光学系统，气体通过温度预处理器3进行预处理，并通过气液热交换器6连接液体控制管路对工作气体的温度进行精确调节，以为光学系统1内部提供稳定温度的冷却气体。
显而易见，该装置通过对气源提供的工作气体进行处理，可为光学系统1内部提供温度稳定、压力可调的冷却气体，能够有效对光学系统1内部的加热补偿装置进行冷却，保证光学系统1内部的热量平衡，其结构简单，易操作且便于维护。
具体的，气体控制管路还包括用于对工作气体的流量进行调节的气体流量控制装置4。由此设置，以对光学系统1提供大流量的工作气体，可通过设置流量计以实现对工作气体的流量的监测，均在本发明的保护范围内。
进一步地，气体控制管路还包括用于对工作气体进行颗粒度过滤控制的第一过滤装置8；一般的，第一过滤装置8可设置在气液热交换器6的出口一侧，以对调温后的工作气体进行过滤，为光学系统1提供净化气体，同样的，可在液体控制管路设置用于对工作液体进行过滤的第二过滤装置17，其可设置在气液热交换器6的进口侧以在热交换前对液体进行过滤。
更进一步地，气体控制管路还包括用于对工作气体进行提纯的纯化器9。纯化器9可设置在第一过滤装置8的出口侧，以对过滤后的工作气体进行提纯，保证工作气体的气体纯度，防止杂质进入光学系统1污染光学镜片。其中，第一过滤装置8和纯化器9的个数可根据管路的长度或者工作气体的纯度需要自行设置个数及安装位置，均在本发明的保护范围内。
在一种实施例中，气液热交换器6的进口侧和出口侧分别设有用于对工作气体进行温度测量的第一温度传感器5和第二温度传感器11。由此设置，以及时了解工作气体的温度变化，其中，第二温度传感器11可靠近光学系统1的进口端设置，以实时监控进入系统内气体的实时温度，以便及时进行调节；气液热交换器6可根据第一温度传感器5的检测温度对进入的工作气体进行精确调节。温度传感器可具体为热电阻、热电偶或热敏电阻等，对其具体形式不作限定。
具体的，气体控制管路还包括用于对工作气体进行过压安全保护的泄压阀10。泄压阀10优选设置在靠近光学系统1的一侧设置，以保证进入系统的工作气体的压力，泄压阀10可设置在减压阀7的出口侧。
进一步地，减压阀7的出口侧管路设有用于对工作气体的压力进行测量的第一压力传感器；调压阀15的出口侧管路设有用于对工作液体的压力进行测量的第二压力传感器12。其中，第一压力传感器设置在纯化器9出口侧的管路上，对经减压阀7调节后的工作气体的压力值进行测量，第二压力传感器12对进入至气液热交换器6的工作液体的压力进行测量。
进一步地，液体控制管路还包括用于对经气液热交换器6后的工作液体的温度进行测量的第三温度传感器18。由此设置，以对交换后的工作液体的温度进行测量，以便于对其进行冷却调温，保证温度可控。
在一种实施例中，温度预处理器3、气体流量控制装置4、第一温度传感器5、气液热交换器6、减压阀7、第一过滤装置8、纯化器9、泄压阀10、第二温度传感器11和第一压力传感器分别在气体控制管路上依次顺序设置；
液体泵14、调压阀15、第三压力传感器16、第二过滤装置17分别在液体控制管路与气液热交换器6间依次顺序设置，第三温度传感器18和半导体制冷器19在气液热交换器6的液体出口侧依次顺序设置。上述仅为一种较为优选的实施方式中，在其他实施例中，可自行调整各器件的相应位置及个数，只要能够达到相同的技术效果即可，对具体的实现方式不作限定。
该装置可对外部气源的供给气体进行处理，为光学系统1内部提供稳定的温度、低压力、大流量、高洁净度的净化气体，并对光学系统1内部加热补偿装置进行冷却，保持光学系统1内部热量平衡。其结构简单、易操作且便于维护，有效地保障了光学系统1及其内部加热补偿装置的热平衡和环境参数稳定，且避免外部环境的污染物进入物镜本体内部以对光学系统1造成污染。
基于上述实施例中提供的冷却装置，本发明还提供了一种光学系统1，包括光刻投影物镜、光学元器件和补偿器，该光学系统1包括上述实施例中任意一项冷却装置，由于该光学系统1采用了上述实施例中的冷却装置，所述该光学系统1的有益效果请参考上述实施例。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光学系统的冷却装置，其特征在于，包括一端与气源连接、另一端与光学系统的内腔连通以提供工作气体的气体控制管路；
所述气体控制管路分别设有用于对工作气体的温度进行预处理的温度预处理器、用于对工作气体的温度进行精调节的气液热交换器、用于对工作气体的供气压力进行调节的减压阀，所述气液热交换器连接有一端与水源连接的液体控制管路；
所述液体控制管路分别设有液体泵、用于对工作液体的压力进行调节的调压阀、用于对工作液体进行冷却温度控制的制冷组件。
2.根据权利要求1所述的光学系统的冷却装置，其特征在于，所述气体控制管路还包括用于对工作气体的流量进行调节的气体流量控制装置。
3.根据权利要求2所述的光学系统的冷却装置，其特征在于，所述气体控制管路还包括用于对工作气体进行颗粒度过滤控制的第一过滤装置；
所述液体控制管路还包括用于对工作液体进行过滤的第二过滤装置。
4.根据权利要求3所述的光学系统的冷却装置，其特征在于，所述气体控制管路还包括用于对工作气体进行提纯的纯化器。
5.根据权利要求4所述的光学系统的冷却装置，其特征在于，所述气液热交换器的进口侧和出口侧分别设有用于对工作气体进行温度测量的第一温度传感器和第二温度传感器。
6.根据权利要求5所述的光学系统的冷却装置，其特征在于，所述气体控制管路还包括用于对工作气体进行过压安全保护的泄压阀。
7.根据权利要求6所述的光学系统的冷却装置，其特征在于，所述减压阀的出口侧管路设有用于对工作气体的压力进行测量的第一压力传感器；
所述调压阀的出口侧管路设有用于对工作液体的压力进行测量的第二压力传感器。
8.根据权利要求7所述的光学系统的冷却装置，其特征在于，所述液体控制管路还包括用于对经所述气液热交换器后的工作液体的温度进行测量的第三温度传感器。
9.根据权利要求8所述的光学系统的冷却装置，其特征在于，所述温度预处理器、所述气体流量控制装置、所述第一温度传感器、所述气液热交换器、所述减压阀、第一过滤装置、所述纯化器、所述泄压阀、所述第二温度传感器和所述第一压力传感器分别在所述气体控制管路上依次顺序设置；
所述液体泵、所述调压阀、所述第三压力传感器、所述第二过滤装置分别在所述液体控制管路与所述气液热交换器间依次顺序设置，所述第三温度传感器和所述半导体制冷器在所述气液热交换器的液体出口侧依次顺序设置。
10.一种光学系统，包括光刻投影物镜、光学元器件和补偿器，其特征在于，还包括如权利要求1-9任一项所述的光学系统的冷却装置。
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