CN109844649A - 压力控制阀、用于光刻设备的流体处理结构和光刻设备 - Google Patents

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Abstract

一种压力控制阀，包括：通路(210)，其具有限定用于使液体和/或气体(215)流动通过的开口(220)的部分；阻塞构件(230)，其能够相对于所述开口移位，以将所述开口阻塞不同的量，由此调节通过所述开口的液体和/或气体的体积流率；压电致动器(250)；以及连杆机构(400)，其适于放大所述压电致动器的尺寸改变的量，并且使用放大后的尺寸改变量来相对于所述开口移动所述阻塞构件，其中，所述连杆机构包括框架(500)，所述框架附接到一壁并且在第一端处相对于所述通路固定，所述框架的可移动部分(508)能够在第一方向上移动，同时在与所述第一方向正交的第二方向上基本上被约束，所述压电致动器在所述壁与所述可移动部分之间延伸，使得所述压电致动器的膨胀引起所述可移动部分在所述第一方向上移动的量大于所述压电致动器的膨胀量，所述可移动部分连接到所述阻塞构件。

Description

压力控制阀、用于光刻设备的流体处理结构和光刻设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年10月20日和2017年4月24日递交的EP申请16194817.9和17167751.1的优先权。
技术领域
本发明涉及一种用于气体、液体或流体控制的压力控制阀，一种控制液体流或气体流或它们两者的流体处理结构，以及一种光刻设备。
背景技术
光刻设备是将期望的图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于制造例如集成电路(IC)。在这种情况下，图案形成装置(其可替代地被称作掩模或掩模版)可以用于产生待形成于IC的单层上的电路图案。该图案可以转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如，包括管芯的一部分、一个或多个管芯)上。通常经由成像到设置于衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行图案的转印。通常，单个衬底将包含连续图案化的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括：所谓的步进器，其中，通过将整个图案一次曝光到目标部分上来照射每一个目标部分；以及所谓的扫描仪，其中，通过辐射束在给定方向(“扫描”方向)上扫描图案，同时沿与该方向平行或反向平行地同步扫描衬底来照射每一个目标部分。还可以通过将图案压印到衬底上而将图案从图案形成装置转印到衬底上。
已经提议将光刻投影装置中的衬底浸没在具有相对高折射率的浸没液体(例如水)中，以便填充投影系统的最终元件与衬底之间的空间。在实施例中，浸没液体是超纯水，尽管可以使用其它浸没液体。将参考液体来描述本发明的实施例。然而，其它流体可能是合适的，特别是湿润流体、不可压缩流体和/或折射率高于空气的折射率(期望高于水的折射率)的流体。特别期望的是除了气体之外的流体。其目的是实现较小特征的成像，这是因为曝光辐射在液体中将具有更短的波长。(液体的作用也可以被视为增加系统的有效数值孔(NA)并且增加焦深)。已经提议其它浸没液体，包括悬浮有固体颗粒(例如石英)的水，或者具有纳米颗粒悬浮物(例如，最大尺寸高达10nm的颗粒)的液体。悬浮颗粒可以具有或者可以不具有与悬浮有所述颗粒的液体的折射率相似或相同的折射率。可能合适的其它液体包括烃，诸如芳族化合物、氟代烃和/或水溶液。
在浸没设备中，由流体处理结构来处置浸没流体。在实施例中，流体处理结构可以供应浸没流体并且可以称作流体供应系统。在实施例中，流体处理结构可以至少部分地将浸没流体限制到一区域并且可以称作流体限制系统。在实施例中，流体处理结构可以提供对浸没流体的阻挡部并且由此称作阻挡构件。在实施例中，流体处理结构产生或使用流体流(例如气流)，例如以帮助控制浸没流体的流动和/或位置。气流可以形成密封以限制浸没流体。
在流体处理结构中，可以通过控制进入和/或离开流体处理结构中的开口的液体和/或气体的流率来改善性能。期望地，流率可快速地变化。期望的是，将调节液体和/或气体的流率的压力控制阀定位为尽可能地靠近开口，以确保进入或离开开口的流率的最佳控制和反应时间。另外，因为流体处理结构中的可用空间或者靠近流体处理结构的空间是有限的，所以期望任何压力控制阀都具有小体积。期望地，可以在不将颗粒引入到系统中的情况下并且在阀具有长使用寿命和低热冲击性的情况下改变流率。
期望具有长使用寿命和低热冲击性的流动控制阀的另一种情形是在用于衬底的夹具中。WO2015/169616披露了一种夹具，其中，可以通过改变衬底下方的压力水平以改变衬底上的力并因此改变衬底的顶部表面的空间剖面来控制衬底的空间剖面。光刻设备中的其它情形也可能需要具有可控制流率的清洁的气体流，例如直接在诸如掩模版或掩模的图案形成装置处或附近的气体流。
发明内容
期望例如提供一种适合用于光刻设备的流体处理结构中的压力控制阀。
根据本发明的一方面，提供一种压力控制阀，所述压力控制阀包括：通路，其具有限定用于使液体和/或气体流动通过的开口的部分；阻塞构件，其能够相对于所述开口移位，以将所述开口阻塞不同的量，由此调节通过所述开口的液体和/或气体的体积流率；压电致动器；以及连杆机构，其适于放大所述压电致动器的尺寸改变的量，并且使用放大后的尺寸改变来相对于所述开口移动所述阻塞构件，其中，所述连杆机构包括框架，所述框架附接到一壁并且在第一端处相对于所述通路被固定，所述框架的可移动部分能够在第一方向上移动，同时在与所述第一方向正交的第二方向上基本上被约束，所述压电致动器在所述壁与所述可移动部分之间延伸，使得所述压电致动器的膨胀引起所述可移动部分在所述第一方向上移动的量大于所述压电致动器的膨胀量，所述可移动部分连接到所述阻塞构件。
根据本发明的一方面，提供一种压力控制阀，所述压力控制阀包括：
通路，其具有限定用于使液体和/或气体流动通过的开口的部分；
阻塞构件，其能够相对于所述开口移位，以将所述开口阻塞不同的量，由此调节通过所述开口的液体和/或气体的体积流率；以及
位于所述通路中的阻塞物，所述阻塞物在所述通路的中心处并且在流动方向上是细长的，并且构造成将液体和/或气体流分开成通过所述通路的两个流。
附图说明
现在将参考随附的示意图并仅以示例的方式来描述本发明的实施例，在随附的示意图中，对应的附图标记指示对应的部分，并且其中：
图1描绘了根据本发明的实施例的光刻设备；
图2描绘了用于光刻投影设备中的流体处理结构；
图3是描绘另一种流体处理结构的仰视图；
图4是压力控制阀的侧视横截面示意图；
图5是压力控制阀的第一实施例的侧视横截面示意图；并且
图6是压力控制阀的第二实施例的侧视横截面示意图。
具体实施方式
图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的光刻设备。该设备包括：
a.照射系统(照射器)IL，其配置成调节投影束B(例如UV辐射或DUV辐射)；
b.支撑结构(例如掩模台)MT，其构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并且连接到配置成根据某些参数来准确地定位图案形成装置MA的第一定位器PM；
c.支撑台，例如，传感器台，其用于支撑一个或更多个传感器；或者支撑台WT，其构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的衬底)W、连接到配置成根据某些参数来准确地定位例如衬底W的台的表面的第二定位器PW；以及
d.投影系统(例如，折射型投影透镜系统)PS，其配置成将由图案形成装置MA赋予投影束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或更多个管芯)上。
照射系统IL可以包括多种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件，或者它们的任意组合，用于对辐射进行引导、成形或控制。
支撑结构MT保持图案形成装置MA。支撑结构MT以依赖于图案形成装置MA的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置MA是否被保持在真空环境中等其它条件的方式保持图案形成装置MA。支撑结构MT可以使用机械的、真空的、静电的、或其它夹持技术保持图案形成装置MA。支撑结构MT可以是例如框架或台，它可以根据需要而是固定的或者可移动的。支撑结构MT可以确保图案形成装置MA例如相对于投影系统PS位于期望的位置。本文中使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可以认为与更加上位的术语“图案形成装置”同义。
本文中使用的术语“图案形成装置”应该被广义地解释为可以用于将图案在辐射束的横截面中赋予辐射束以便在衬底的目标部分中产生图案的任何器件。应该注意的是，例如，如果被赋予辐射束的图案包括相移特征或者所谓的辅助特征，则该图案可能不会确切地对应于衬底的目标部分中的期望的图案。通常，被赋予辐射束的图案将对应于目标部分(例如集成电路)中形成的器件中的特定功能层。
本文中使用的术语“投影系统”应该被广义地解释为包括任意类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型以及静电型光学系统或者它们的任意组合，如对于所使用的曝光辐射或者诸如使用浸没液体或使用真空之类等其它因素所适合的。可以认为本文中使用的任何术语“投影透镜”被认为是与更加上位的术语“投影系统”同义。
如此处所描绘的，光刻设备是透射型的(例如，采用透射型掩模)。可替代地，光刻设备可以是反射型的(例如，采用如上所述的类型的可编程反射镜阵列，或者采用反射型掩模)。
光刻设备可以是具有两个或更多个台(或平台，或支撑件)的类型，例如，两个或更多个支撑台，或者一个或更多个支撑台与一个或更多个清洁台、传感器台或测量台的组合。例如，在实施例中，光刻设备是多平台设备，其包括位于投影系统的曝光侧的两个或更多个台，每一个台包括和/或保持一个或更多个物体。在实施例中，这些台中的一个或更多个台可以保持辐射敏感衬底。在实施例中，这些台中的一个或更多个台可以保持传感器，以测量来自投影系统的辐射。在实施例中，多平台设备包括：第一台，其配置成保持辐射敏感衬底(即，支撑台)；以及第二台，其不配置成保持辐射敏感衬底(在下文中统称但不限于称作测量、传感器和/或清洁台)。第二台可以包括和/或可以保持除了辐射敏感衬底以外的一个或更多个物体。这种一个或更多个物体可以包括从下述部件中选择的一个或更多个部件：测量来自投影系统的辐射的传感器、一个或更多个对准标记、和/或清洁部件(用于清洁例如液体限制结构)。
在这些“多平台”机器中，可以并列地使用多个台，或者可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，一个或更多个其它台正被用于曝光。光刻设备可以具有两个或更多个图案形成装置台(或平台，或支撑件)，这些图案形成装置台可以以类似于衬底台、清洁台、传感器台和/或测量台的方式被并列地使用。
参考图1，照射系统IL接收来自源SO或辐射的辐射束。源SO和光刻设备可以是分立的实体，例如当源SO是准分子激光时。在这种情况下，不将源SO视为形成光刻设备的一部分，并且借助于包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD来将辐射束从源SO传到照射系统IL。在其它情况下，源SO可以是光刻设备的组成部分，例如当源SO是汞灯时。可以将源SO和照射系统IL以及必要时设置的束传递系统BD一起称作辐射系统。
照射系统IL可以包括用于调整辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对照射系统IL的光瞳平面中的强度分布的至少外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，照射系统IL可以包括各种其它部件，例如整合器IN和聚光器CO。可以将照射系统IL用于调节辐射束，以便在其横截面中具有期望的均匀性和强度分布。与源SO类似，照射系统IL可以被视为或者不被视为形成光刻设备的一部分。例如，照射系统IL可以是光刻设备的组成部分或者可以是与光刻设备分开的实体。在后一种情况下，光刻设备可以配置成允许将照射系统IL安装于其上。可选地，照射系统IL是可拆卸的，并且可以被单独地提供(例如由光刻设备制造商或其它供应商提供)。
辐射束入射到保持在支撑结构MT上的图案形成装置MA上，并且通过图案形成装置MA来形成图案。在穿过图案形成装置MA之后，辐射束通过投影系统PS，该投影系统将辐射束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉仪装置、线性编码器或电容传感器)，可以精确地移动支撑台WT，例如以便将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后或者在扫描期间，可以将第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确地描绘)用于相对于辐射束的路径精确地定位图案形成装置MA。通常，可以借助于形成第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现支撑结构MT的移动。类似地，可以使用形成第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现支撑台WT的移动。在步进器(与扫描器相对)的情况下，支撑结构MT可以仅与短行程致动器相连，或者可以是固定的。可以使用图案形成装置对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管图中所示的衬底对准标记M1、M2占据了专用目标部分，但它们可以位于目标部分C之间的空间(这些是公知的划线对齐标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置MA上的情况下，图案形成装置对准标记可以位于管芯之间。
虽然本文具体地参考了光刻设备在制造IC中的应用，但是应该理解的是，本文中描述的光刻设备可以在制造具有微尺度或甚至纳米尺度特征的部件时具有其它应用，例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。
用于在投影系统PS的最终元件和衬底之间提供浸没液体的布置可以分为三大类。这些类型是：浴器型布置、所谓的局部浸没系统和全湿浸没系统。在浴器型布置中，衬底W的基本上全部以及可选地支撑台WT的一部分浸没于浸没液体浴中。在全湿浸没系统中，衬底的整个顶部表面被覆盖在浸没液体中。
局部浸没系统使用液体供应系统，其中，浸没液体仅设置到衬底的局部区域。由浸没液体填充的区域在平面上小于衬底的顶部表面，并且填充有浸没液体的区域相对于投影系统PS保持基本上静止，而衬底W在所述区域下方移动。图2和图3示出了可以在这种系统中使用的不同流体处理结构。密封特征存在于底部表面20中，以将浸没液体密封在局部区域。在PCT专利申请公开No.WO99/49504中披露了一种被提议为此进行布置的方式。
所提议的布置是提供具有沿着投影系统PS的最终元件与支撑台WT之间的空间的边界的至少一部分延伸的结构的流体处理结构。在图2中示出了这种布置。
图2示意性地描绘了局部流体处理结构12。流体处理结构12沿着投影系统PS的最终元件与支撑台WT或衬底W之间的空间11的边界的至少一部分延伸。(请注意，除非另外明确地说明，否则在下文中对衬底W的表面的参考另外或者在替代例中也指支撑台WT或支撑台WT上的诸如传感器的物体的表面。)流体处理结构12虽然在XY平面中相对于投影系统PS基本上静止，但是在Z方向上(在光轴的方向上)可能存在某种相对移动。在实施例中，密封部形成于流体处理结构12与衬底W的表面之间，并且可以是无接触密封部，诸如气体密封部(欧洲专利申请公开No.EP1,420,298A中披露了具有气体密封部的这种系统)或液体密封部。
流体处理结构12至少部分地将浸没液体限制在投影系统PS的最终元件与衬底W之间的空间11中。衬底W的无接触密封部可以围绕投影系统PS的图像场形成，使得浸没液体被约束在衬底W表面与投影系统PS的最终元件之间的空间11内，并且更通常被约束到包括在流体处理结构12与邻近空间11的衬底W之间的区域。空间11是通过定位于投影系统PS的最终元件下方并且围绕投影系统PS的最终元件的流体处理结构12而至少部分地形成的。浸没液体是通过液体开口3中的一者而被带入到在投影系统PS下方并且在流体处理结构12内的空间11中。浸没液体可以由液体开口3中的另一者移除。浸没液体可以经由至少两个液体开口3而被带入到空间11中。使用液体开口3中的哪一个来供应浸没液体并且可选地使用哪一个来移除浸没液体可以依赖于支撑台WT的运动方向。流体处理结构12可以延伸至到略高于投影系统PS的最终元件。液体液位上升至高于最终元件，从而提供浸没液体缓冲。在实施例中，流体处理结构12具有在上部端处紧密符合投影系统PS或其最终元件的形状以及可以例如呈圆形的内周边。在底部处，内周边紧密地符合图像场的形状，例如矩形，但不必须是这种情况。
浸没液体可以被气体密封部16限制在空间11中，该气体密封部在使用期间形成于流体处理结构12的底部表面20与衬底W的表面之间。表面20面对衬底W，并且密封部形成于彼表面20与衬底W之间。孔15形成于流体处理结构12中，以便投影束经由空间11中的浸没液体通过该孔。气体密封部16是由气体形成的。气体密封部16中的气体是在压力下经由入口25提供到流体处理结构12与衬底W之间的间隙。经由出口14来提取气体。气体入口25上的过压、出口14上的真空程度和间隙的几何构造配置成使得在内部存在限制浸没液体的高速气流。流体处理结构12与衬底W之间的浸没液体上的气体的力将浸没液体限制在空间11中。入口/出口可以是围绕空间11的环形凹槽。环形凹槽可以是连续的或者不连续的。气流能够有效地将浸没液体限制在空间11中。美国专利申请公开No.US2004-0207824中披露了这种该系统，该美国专利申请以引用的方式并入本文中。在实施例中，流体处理结构12不具有气体密封部16。
图3示意性地示出了形成于可替代的流体处理结构12的表面20中的特征。表面20包括适于表面20以便从该区域提取浸没液体的特征。图3示意性地示出了流体处理结构12的弯液面控制特征的平面图，该流体处理结构12可以具有使用气体拖曳原理的出口，并且本发明的实施例与流体处理结构12有关。图中示出了弯液面控制特征的特征，该特征可以例如替换图2中的出口25和入口14提供的气体密封部16所描绘的弯液面控制特征。图3的弯液面控制特征呈提取器的形式，例如双相提取器。弯液面控制特征包括在流体处理结构12的表面20中的多个离散开口50。因此，表面20适于从该区域提取浸没流体。虽然每一个离散开口50都被示出为圆形，但不一定如此。实际上，形状并不是至关重要的，并且离散开口50中的一个或更多个可以是选自以下形状中的一种或更多种形状：圆形、椭圆形、直线性(例如正方形或矩形)、三角形等，并且一个或更多个开口可以是狭长的。
在离散开口50的径向内侧且在流体处理结构12的表面20中的是多个出口开口13。浸没液体经由出口开口13被提供到浸没液体所提供到的区域。出口开口13围绕空间11，该空间11是由形成于流体处理结构12中的孔15限定的。
在开口50的径向内侧可能没有弯液面控制特征。弯液面320通过流入离散开口50中的气流诱发的拖曳力而被钉扎在离散开口50之间。大于约15m/s，期望约20m/s的气体拖曳速度是足够的。可以减少从衬底W喷溅或泄漏的流体的量，由此减少流体的蒸发并且由此降低热膨胀/收缩效应。
流体处理结构的底部的多种几何构造是可能的。例如，美国专利申请公开No.US2004-0207824或美国专利申请公开No.US2010-0313974中披露的结构中的任一者均可以用于本发明的实施例中。本发明的实施例可以应用于流体处理结构12，流体处理结构12在平面中具有任意形状，或者具有诸如以任意形状配置的出口的部件。非限制性清单中的此类形状可以包括椭圆形(诸如圆形)、直线性形状(诸如矩形，例如正方形)、或平行四边形(诸如菱形)，或具有多于四个角的有角形状(诸如四角星，或多于四角的星)，如图3所示。
已知的光刻设备可以包括流体处理结构12，该流体处理结构12包括气刀。气刀可以用于帮助将浸没流体限制到空间11。因此，气刀可以适用于防止浸没流体从空间11逸出，这在稍后可能导致缺陷。提供强力气刀对于防止膜牵拉是有用的。这是因为强力气刀将减少或阻止落在流体处理结构12后面的浸没流体的量。另外，强力气刀可以较快打破膜，以减少落在流体处理结构12后面的浸没流体的量。然而，这在气刀的流率在空间11周围恒定的情况下可能在流体处理结构12的前边缘处具有其它结果。例如，使用强力气刀将在流体处理结构12的前边缘处增加“推动(bulldozing)”。这是因为随着衬底W移动，流体处理结构12的前部分与浸没流体的液滴碰撞，并且该液滴被流体处理结构12向前推动。随着向前推动液滴，在衬底W的表面上产生缺陷。因此，在可以依赖于气刀被施加的部位而调整气刀的流率的情况下，这可能是有益的。例如，使流体处理结构12的前边缘处通过出口60的流率减小，以允许在流体处理结构12下方移动的表面上的液体液滴被重新吸收到空间11中或者通过离散开口50而被抽取。使流体处理结构12的后边缘处通过出口60的气体流率增大，以使由于液体经历作用于该液体上的牵拉力而导致液体损耗的可能性降低，例如该液体被钉扎到流体处理结构12所通过的衬底W的边缘。
流体处理结构12配置成将浸没流体限制到一区域并且包括气刀系统。气刀系统可以配置成在使用中产生气刀。气刀可以在空间11的径向向外侧，并且可以有助于限制浸没流体。气刀系统包括各自具有出口60的通道。气刀可以在使用中由离开出口60的气体形成。多个出口60形成平面图中的形状的至少一个边。多个出口60可以形成平面图中的形状的至少一个边、多个边或所有边。例如，出口60可以形成四角星的边，如图3所示。该形状可以具有多个边，例如，可以提供任何适当的数目个边，例如3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个边。如上文所描述的，出口60可以形成任意形状的边，并且这不是限制性的。虽然图3将扫描方向110描绘为与四角星的两角成直线，但是情况可能并非如此。由气刀形成的形状可以以任何所选的方向与扫描方向110对准。
在图3的实施例中，可以看出，存在经由液体开口13(浸没液体)并且经由出口60(用以形成气刀的气流)从表面20离开的流体流。还存在流到表面20中、流到离散开口50中的流体流(气体与浸没液体的混合物)。
本发明涉及一种压力控制阀，该压力控制阀可以被实施为具有有限体积，例如具有在毫米范围内的尺寸。这样使阀能够被放置于流体处理结构12中或附近，使得用于流率变化的响应时间可以较短。这样允许液体和/或气体流进入和离开流体处理结构12，以使液体和/或气体流的体积流率快速地改变。在实施例中，流率可以例如在数个NLPM与数十个NLPM之间变化。
压力控制阀允许围绕空间11的圆周的气体流例如根据流体处理结构12相对于流体处理结构12下方的衬底W移动的方向而变化。这样可以改善流体处理结构12的性能。
本发明的阀可以在接收到输入信号之后快速地实现稳定流率，并且可以通过使用压电致动器而实现高达数十亿次切换或更长的使用寿命。此外，本发明的阀被构造成避免颗粒产生。这是通过减少或最小化流动路径中的摩擦源并且避免将陶瓷放置于流动路径中而实现的。
图4是压力控制阀200的操作原理的示意图。压力控制阀200包括通路210，液体和/或气体如箭头215所指示地流动通过通路210。开口220限定于通路210的一部分中。阻塞构件230也设置于通路210内。阻塞构件230能够相对于开口220上下移位(如图所示)。通过改变阻塞构件230与限定开口220的部分之间的距离d，可以调节通过开口220的液体和/或气体的体积流率。
阻塞构件230和从限定通路210的开口220径向地向外的表面形成为使得在阻塞构件230与通路210的壁之间存在渐缩部(在图4的左下部以放大图示出)，以使引入气体流或液体流中的湍流减少并且确保发生任何压降的区域中的气体流动速度尽可能地恒定。渐缩部的宽度随着与开口220相隔的距离增大而减小。减少了局部速度增大，由此使得由流动造成的任何干扰力都减小。另外，减小气体速度改变量限制了任何结果温降(归因于膨胀气体)，该温降能够增加冷凝的机会并且由此增加液滴形成的机会。
使用一个或更多个压电致动器250来移动阻塞构件230。压电致动器250具有如下优点：具有快速反应时间，并且在切换次数方面具有长的使用寿命。
然而，压电致动器仅能位移较小的量。为了避免需要压电材料的非常大的叠层，压力控制阀200包括适于将压电致动器250的尺寸改变的量放大的连杆机构400。然后，将放大后的尺寸改变量用于相对于开口220来移动阻塞构件230。连杆机构400可以被看作范围延伸器。这样，相对小的压电致动器250可以用于实现阻塞构件230的大运动范围，并且由此实现通过开口220的体积流率的所需的改变量。使用放大压电致动器250的尺寸改变的量的连杆机构400限制了需要使用的阻塞构件230的大小、需要使用的开口220的大小、以及压力控制阀200的总高度尺寸(垂直于流动方向215的尺寸)。使用压电致动器250允许非常精确的定位，并且在极长的使用寿命期间是可靠的。
由于使用了压电致动器250并且结合连杆机构400进行放大，所以阀具有低热冲击性。
为了避免两个表面在通路210内部彼此靠着滑动(即，摩擦源)，阻塞构件230期望地布置为使得它在所有位置处与限定开口220的通路210的所述部分隔开。也就是说，期望的是，阻塞构件230可以永不接触限定开口220的部分，由此避免由于阻塞构件230与通路210的壁之间的摩擦而形成颗粒的可能性。压力控制阀200因此无法完全地关断气体流。阻塞构件230不触碰或接触限定开口220的通路210的所述部分的事实意谓着限定开口220的部分与阻塞构件230之间的摩擦不会产生颗粒。
压电致动器250期望地在通路210外部。这是有利的，这是因为压电致动器250由于其陶瓷性质而频繁地产生颗粒。通过将压电致动器250保持在通路210外部，所产生的任何颗粒将不进入通过通路210的液体和/或气体流215中。这样，将减少或消除由光刻设备成像的任何衬底W中的缺陷(颗粒)源。
为了将由压电致动器250的尺寸改变引起的移动传递到在通路210内的阻塞构件230而不在通路210内引入摩擦源，设置限定通路210的侧壁的一部分的柔性部分300。柔性部分300使连杆机构400能够将来自通路210外部的移动传递到通路210内部，而在通路210中没有任何表面彼此滑动(即，柔性部分300允许以无摩擦方式进行传递)。在一个示例中，柔性部分可以是波纹管。
在图4的阀中，设置两个压电致动器250。然而，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，压力控制阀200可以仅利用一个压电致动器250或者多于两个压电致动器进行操作。压电致动器250被配置为在箭头255所示的方向上施加电位差的情况下膨胀和收缩，即，如图所示地向左和向右。
设置连杆机构400以用于将箭头255所示的压电致动器250的尺寸改变转换成阻塞构件230的向上和向下移动(如图所示)。这样使得阻塞构件230与限定开口220的通路210的所述部分之间的距离d变化。通过开口220并且由此通过通路210的液体和/或气体的体积流率可以以这种方式变化。
连杆机构400适于放大压电致动器250的尺寸改变的量，使得阻塞构件230以比压电致动器250的尺寸改变量大的量移动。
连杆机构400包括连接到阻塞构件230的连杆构件450。连杆构件450穿过通路210的侧壁。在连杆构件450穿过通路210的侧壁的情况下，连杆构件450在固定部310处固定到侧壁，使得不存在摩擦源。为了允许连杆构件450相对于通路210移动，设置限定通路210的壁的柔性部分300。在如图所示的实施例中，柔性部分300呈波纹管的形式。波纹管允许无摩擦挠曲，使得连杆构件450可以相对于通路210移动(并且由此相对于开口220来移动阻塞构件230)，而没有任何摩擦被引入通路210中，从而消除了归因于摩擦的颗粒产生。
现在描述连杆机构400放大压电致动器250的尺寸改变的量的方式。第一细长可变形构件410设置有第一端412和第二端414。第一细长可变形构件410在与发生压电致动器250的任何尺寸改变的方向相同的方向上是细长的。第一细长可变形构件410的长度大于压电致动器250的长度。在一个示例中，第一细长可变形构件410在由压电致动器250引起的任何变形状态下都不笔直。如图4示意性地所示，第一细长可变形构件410是由两个相对刚性的部分形成，这两个部分在第一细长可变形构件410的中部处或附近彼此铰接。在另一个示例中，第一细长可变形构件410可以由弯曲的一个挠曲件或弹簧形成。第一细长可变形构件410可以朝向或远离压电致动器250而弯曲。
第一细长可变形构件410的第一端412和第二端414分别在第一连接件432和第二连接件434处连接到压电致动器250的相对的两端。当压电致动器250被施加电位差并且膨胀时，引起第一细长可变形构件410使其第一端412和第二端414拉开。因此，第一细长可变形构件410的中心部分(例如，在中心铰接部处)在远离压电致动器250的方向上(在垂直于压电致动器的移动255的方向上)的移动量大于压电致动器250自身的膨胀量。该移动可以传递到连杆构件450并且由此传递到阻塞构件230。
在一个示例中，如图4所示，具有第一端422和第二端424的第二细长可变形构件420定位于压电致动器250的与第一细长可变形构件410相对的一侧。以与第一细长可变形构件410相似的方式将第二细长可变形构件420的第一端422固定到第一连接件432并且将其第二端424固定到第二连接件434。作为将第二细长可变形构件420的中心部分附接到连接到阻塞构件230的连杆构件450的替代方式，将第二细长可变形构件420的中心部分以固定关系连接到通路210。结果，压电致动器250的变形的量被放大两次：一次是通过第二细长可变形构件420(其迫使压电致动器250向上或向下，如图所示，并且由此也迫使第一细长可变形构件410向上或向下)被放大，而且还通过第一细长可变形构件410的移动被放大。当压电致动器250在水平方向上收缩时，第一细长可变形构件410和第二细长可变形构件420引起如图所示的竖直运动，该竖直运动是压电致动器250的运动的多倍。该原理以与车辆起重器相同的方式起作用。
如图4所示，在一个示例中，设置第二压电致动器250(在图4的左侧)，第二压电致动器250以与第一压电致动器250相同的连接到连杆机构400。横杆440在第一压电致动器250的第一细长可变形构件410的中心部分与第二压电致动器250的第一细长可变形构件410的中心部分之间延伸。横杆440连接到连杆构件450。这样，压力控制阀的相对平坦的几何形状是可能的，并且压电致动器250上的力彼此平衡。
在一个示例中，压力控制阀可以由金属形成，并且柔性部分300可以由金属形成，以避免放气。金属可以是镍或镍合金、不锈钢和/或钛或钛合金。例如，柔性部分300可以是镍或镍合金或不锈钢或钛或钛合金波纹管。
在本示例和其它示例中，铰接部(由圆圈示意性地示出)可以是允许在受力的情况下遍及在使用中经历的距离上弯曲的尺寸和弹性的材料(例如挠曲件)的形式。这些铰接部不具有任何摩擦，因此是优选的，因为它们不会产生颗粒。在另一示例中，铰接构件可以呈片弹簧的形式，使得沿着它们的整个长度发生挠曲，而不是仅在附图所示的铰接部的端处发生挠曲。在另一个实施例中，铰接部可以由相对于彼此而移动的两个或更多个部分形成。
可实施的其它特征包括：将限定通路210的壁形成为尽可能地平滑，特别是在阻塞构件230下游。这样允许用于气体/液体的出口较小，由此使得阻塞构件230下游的通路210的体积减小，由此使得流动速度减小并且因此减少振动。气体/液体在通过开口220时发生气体/液体的涡旋，并且如果确实发生涡旋，则气体/液体的涡旋可能引起不可接受的较大压降。为了避免这种情况，可以将阻塞物放置于通路210中。例如，阻塞物270可以有效地将气体流分开成通过通路的两个气体/液体流，由此避免在压力控制阀中形成涡流。在实施例中，阻塞物270在流动方向上是细长的，例如呈翅片的形式。阻塞物270可以在流动路径的中心(在垂直于流动方向的横截面中)并且在流动方向改变的位置处，例如在开口220上游的通路中的阻塞构件230下方。
在实施例中，压力控制阀200包括压力传感器275，压力传感器275被定位与开口220下游的通路210流体连通，例如被定位在盲端通路或凹槽280中。在图4所示的实施例中，压力传感器275定位于柔性部分300内。
在实施例中，位置传感器290适于测量阻塞构件230的位置(例如相对于开口220)。位置传感器290可以定位于与通路210的流体连通的内部或外部(如图所示)。将位置传感器290定位于通路210内部的优点是，可以直接测量阻塞构件230的位置高度(也可以测量阻塞构件230的最准确的任何倾角)。如果位置传感器290在通路210外部，则位置传感器290可以测量连杆构件450的位置，以获得相关信息。
压力传感器275和/或位置传感器290可以是微机电传感器(MEMS)的形式。压力传感器275和/或位置传感器290的输出可以提供到控制器。控制器可以适于至少部分地基于压力传感器275和/或位置传感器290的输出来控制压力控制阀200。在实施例中，控制器通过相对于开口220来升高或降低阻塞构件230而以反馈方式控制压力控制阀200，以便增大或减小压力传感器275处的压力，并且由此改变压力传感器275处的压力，使得它移动得更接近于预定的期望压力。类似地，控制器可以使用位置传感器290的输出而以反馈方式控制压力控制阀200。
在图5中示出了第一实施例。除了下文所描述的方面之外，图5的实施例与图4的示例相同。在适当的情况下，相同的附图标记用于指示相同的部件。
在图5的实施例中，连杆机构400包括框架500。框架500在第一末端510处相对于通路210以固定关系被附接。
框架500的可移动部分508能够在第一方向上(竖直地，如图所示)移动(即，可移位)，同时在第二方向(水平方向，如图所示)上基本上被约束，并且优选地也在与第一方向及第二方向正交的第三方向上基本上被约束。这是通过设置第一构件502和第二构件504实现的，第一构件502和第二构件504在第一端510处相对于通路520以固定关系被固定，并且在第二端520处固定到可移动部分508。第一构件502和第二构件504在第二方向上基本上不可延伸，并且在第一方向上可变形。例如，第一构件502和第二构件504可以是片弹簧。
在实施例中，可移动部分508在所有三个正交方向上基本上被约束而不能相对于通路520旋转。在另一个或可替代的实施例中，第一构件502和第二构件504在第一端510处铰接。第一构件502和第二构件504在第一方向上分离，由此基本上防止可移动部分508旋转。因此，可移动部分508能够在第一方向上移动，同时在正交于第一方向的第二方向上基本上被约束。
压电致动器250的第一端252相对于框架500的第一端510在固定位置处附接到壁。压电致动器250能够在其第一端252处枢转。例如，压电致动器250具有在其第一端252处的铰接部。压电致动器250在其第二端253处连接到可移动部分508。第二端253处的连接为枢转连接。例如，压电致动器250具有在其第二端253处的铰接部。压电致动器250的第一端252和第二端253处的铰接功能可以由片弹簧调节。由此，压电致动器250在相对于通路210固定的壁与框架500的可移动部分508之间延伸。
框架500的可移动部分508通过连杆构件450附接到阻塞构件230。以与上文参考图4所描述的方式相同的方式设置柔性部分300和固定部分310。
压电致动器250被设置为与第二方向成一角度。放大率是由该角度确定的。例如，压电致动器250被设置为与第二方向成至少2°、优选地至少5°或10°的角度。压电致动器250相对于第二方向延伸的角度越小，连杆机构400的移动的放大率就越大。为了确保足够的放大率，压电致动器250与第二方向所成的角度优选地为45°或更小，优选地为20°或更小。这样，压电致动器250的膨胀使得可移动部分508向下移动，如图5中的虚线所示。由于框架500适于放大压电致动器250的尺寸改变的量，所以可移动部分508在第一方向上(向下，如图所示)的移动的量大于压电致动器250的膨胀量，如上文所描述的那样。
可移动部分508被示出为具有与框架500的剩余部分相比相对大的体积。然而，不必须是这种情况，并且可移动部分508可以仅是材料薄片，例如金属。在实施例中，可移动部分508具有适于符合设备中的空间限制的形状。可移动部分508和连杆构件450可以被看作同一构件(即，整体)的多个部分。
在实施例中，设置第二压电致动器。与图5所示的压电致动器250类似，第二压电致动器在第一端处被枢转地附接到壁的相对于第一端510的固定位置处，并且在第二端处枢转地连接到可移动部分508。可以(例如在第三方向上)并排地或者(例如在第一方向上并排地)叠置地设置压电致动器250和第二压电致动器。
现在将参考图6来描述另一个实施例。除了下文所描述的方面之外，图6的实施例与图4的示例及图5的实施例相同。
在图6的实施例中，连杆机构400使用至少一个杠杆来放大压电致动器250的膨胀和收缩。
另外，用于阻挡开口220的机构和/或阻塞构件230与图4的示例及图5的实施例的机构和/或阻塞构件不同。这种情况不是必须的，并且图6所示的机构可以适于与图4及图5的示例及实施例一起使用。图4或图5的用于阻挡开口220的机构和/或阻塞构件230可以适于与图6的实施例一起使用。
在图6的实施例中，设置多个开口220，例如开口220a、220b。在通路210中设置杠杆240。杠杆240适于使气体和/或液体流动通过。杠杆240在其第一端242处相对于通路210固定。第一端242处的固定可以是枢转连接，例如片弹簧或铰接部。在实施例中，杠杆240由柔性材料制成，诸如在第一端242处固定地附接的片弹簧。因此，在第一端242与连杆构件450施加力的位置之间的杠杆240的弯曲引起第二端244的移动。这样，不会产生任何颗粒，这是因为以无摩擦方式实现了移动。
在实施例中，在通路210外部设置端挡板，以限制连杆构件450的垂直移动(如图所示)。这样防止了杠杆240移动得太远而与通路210的侧壁碰撞并且由此在通路210中产生颗粒。
来自压电致动器250的力是由连杆构件450在第一端242与第二端244之间的位置处施加的。这样具有随着连杆构件450的竖直(如图所示)移动在杠杆240的第二端244处传递到阻塞构件230而放大该竖直移动的效应。由于杠杆效应，阻塞构件230在移动量大于来自连杆构件450的输入运动的量的情况下移动。因此，杠杆240可以被看作用于放大由压电致动器250的尺寸改变引起的移动量并且将放大后的移动施加到阻塞构件230的杠杆。该杠杆具有在第一端242处的支点以及在与第一端242相反的第二端244处的阻塞构件230。杠杆240的第二端244自由地移动。第二端244包括阻塞构件230。阻塞构件230包括多个阻塞构件开口232、232a、232b。
在第一位置处，多个阻塞构件开口232、232a、232b与由通路210的所述部分限定的多个开口220、220a、220b对齐。在该位置处，实现通过通路210的最大体积流率。当杠杆240的第二端244移动时，阻塞构件开口232、232a、232b不再与由通路210的所述部分限定的开口220、220a、220b对准，使得通过通路210的液体和/或气体的体积流率减小。因此，阻塞构件230与限定开口220的通路210的所述部分之间的距离d恒定的平移移动引起流率改变。
杠杆240可以被看作连杆机构400的一部分。在实施例中，杠杆240包括如图所示的上部部件及下部部件，上部部件与下部部件分隔开，其中，流215在上部构件与下部构件之间流动。这样提供了刚度并且确保了阻塞构件230保持基本上平行于形成开口220、220a、220b的通路210的所述部分。在实施例中，杠杆240在进出页面的方向上延伸，由此提供抵抗纸平面中的旋转的刚度。
在图6的实施例中，连杆机构400还包括铰接构件610，该铰接构件在第一部分612处相对于通路210以固定关系铰接。
在图6的实施例中，连杆构件450虽然在第二方向上受到约束而不能移动，但是可以与图5的实施例的可移动部分508相似的方式在第一方向(正交于第二方向)上向上和向下移动。在图6的实施例中，连杆构件450在第二方向上受到铰接构件610的一部分并且受到连杆构件450与杠杆240之间的附接约束而不能移动。类似于在图5的实施例中，压电致动器250在第一端252处连接到相对于通路210固定的位置，并且在第二端253处连接到连杆构件450。在可替代的实施例中，压电致动器250可以定位于连杆构件450的与铰接构件610相同的一侧上，类似于在图5的实施例中。
压电致动器250的端被连接为使得压电致动器250相对于第二方向成一角度，类似于图5的实施例。随着压电致动器250膨胀和收缩，引起连杆构件450如图所示地向上和向下移动的量大于压电致动器250膨胀和收缩量。
查看图6的实施例的另一种方式是：铰接构件610包括与其固定地连接的连杆构件450。在这种情况下，铰接构件610在第一部分612处铰接在相对于通路210而固定的位置处。铰接构件610的第二部分铰接到压电致动器250。铰接构件610的第三部分铰接到杠杆240(该杠杆240包括阻塞构件230)。压电致动器250的膨胀引起第三部分(连杆构件450)相对于通路210移动，其中，移动的量大于压电致动器250的膨胀的量。压力控制值可以用于衬底的夹具中，或者用于控制被导向到光刻设备的图案形成装置处或附近的气体流。
本领域技术人员将明白，在这些替代性的应用情形中，这里使用的任何术语“晶片”或“管芯”都可以分别被认为是与更加上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检查工具中。在可应用的情况下，可以将所公开的内容应用于这种和其它衬底处理工具中。另外，所述衬底可以被处理一次以上，例如为了产生多层IC，使得本文中使用的术语“衬底”也可以表示已经包含了一个或多个已处理层的衬底。
本文中使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，所述电磁辐射包括紫外(UV)辐射(例如具有等于或约为365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)。在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或其组合，所述光学部件包括折射型的和反射型的光学部件。
压力控制阀可以在不限于光刻术的其它应用中使用。原子层沉积术和电子显微术可能受益于本发明，这是因为这些技术需要非常清洁的气体流。
虽然上文已经描述了本发明的具体实施例，但应该明白的是，可以以与所描述的方式不同的其它方式来实践本发明。以上描述意图是说明性的，而不是限制性的。因此，对本领域的技术人员而言清楚的是，在不背离下面阐述的权利要求书的范围的情况下，可以对所描述的发明进行修改。

Claims (15)

1.一种压力控制阀，包括：
通路，其具有限定用于使液体和/或气体流动通过的开口的部分；
阻塞构件，其能够相对于所述开口移位，以将所述开口阻塞不同的量，由此调节通过所述开口的液体和/或气体的体积流率；
压电致动器；以及
连杆机构，其适于放大所述压电致动器的尺寸改变的量，并且使用放大后的尺寸改变来使所述阻塞构件相对于所述开口移位，
其中，所述连杆机构包括框架，所述框架附接到壁并且在第一端处相对于所述通路被固定，所述框架的可移动部分能够在第一方向上移动，同时在与所述第一方向正交的第二方向上基本上被约束，所述压电致动器在所述壁与所述可移动部分之间延伸，使得所述压电致动器的膨胀引起所述可移动部分在所述第一方向上移动的量大于所述压电致动器的膨胀量，所述可移动部分连接到所述阻塞构件。
2.如权利要求1所述的压力控制阀，其中，所述压电致动器被设置为与所述第二方向成至少2°的角度和/或与所述第二方向成45°或更小的角度，和/或所述压电致动器在所述通路外部，和/或所述压电致动器在第一端处附接到所述壁并且在所述第二端处连接到所述可移动部分。
3.如权利要求1或2所述的压力控制阀，其中，所述阻塞构件被布置为使得所述阻塞构件在所有位置处均与所述通路的限定所述开口的部分分隔开。
4.如权利要求1至3中任一项所述的压力控制阀，还包括柔性部分，所述柔性部分限定所述通路的侧壁的一部分，所述柔性部分适于以无摩擦的方式使所述连杆机构能够挠曲以将运动从所述通路的外部传递到所述通路的内部，由此使所述阻塞构件移位。
5.如权利要求4所述的压力控制阀，其中，所述柔性部分是波纹管，和/或所述柔性部分包括金属，优选地是镍或镍合金，或者是不锈钢或钛或钛合金。
6.如前述权利要求中任一项所述的压力控制阀，还包括位于所述通路中的阻塞物，所述阻塞物被放置和成形为将通过所述通路的液体和/或气体流分隔成两个单独流，由此避免在所述压力控制阀中形成涡流，和/或所述压力控制阀还包括压力传感器和/或位置传感器，所述压力传感器定位在所述开口下游，所述位置传感器用于测量所述阻塞构件的位置。
7.如权利要求6所述的压力控制阀，还包括控制器，所述控制器适于至少部分地基于反馈回路来控制所述压力控制阀，所述反馈回路包括指示来自所述压力传感器的压力的信号和/或指示来自所述位置传感器的所述阻塞构件的位置的信号。
8.如权利要求1至7中任一项所述的压力控制阀，其中，所述连杆机构包括杠杆，所述杠杆用于放大所述压电致动器的尺寸改变的量。
9.如权利要求8所述的压力控制阀，其中，所述杠杆具有在第一端处的支点，所述阻塞构件位于与所述第一端相对的第二端处，使得来自所述压电致动器的力施加于所述第一端与所述第二端之间，和/或所述杠杆在所述通路中。
10.如权利要求1至9中任一项所述的压力控制阀，其中，所述连杆机构还包括铰接构件，所述铰接构件在第一部分处铰接于相对于所述通路的固定位置处、在第二部分处铰接到所述压电致动器的第一端、并且在第三部分处通过连杆铰接到所述阻塞构件；所述压电致动器具有第二端，所述第二端铰接于相对于所述通路的固定位置处，使得所述压电致动器的膨胀引起所述第三部分相对于所述通路移动，所述第三部分相对于所述通路移动的量大于所述膨胀的量。
11.如权利要求8至10中任一项所述的压力控制阀，其中，所述通路的所述部分限定用于使液体和/或气体流动通过的多个所述开口，并且所述阻塞构件包括多个通孔，所述多个通孔与多个所述开口对准以实现最大体积流率，并且所述多个通孔能够移动而不与多个开口对准，由此减小体积流率。
12.如前述权利要求中任一项所述的压力控制阀，其中，所述阻塞构件的表面和在所述开口的径向外侧限定所述通路的表面都呈渐缩形。
13.一种压力控制阀，包括：
通路，其具有限定用于使液体和/或气体流动通过的开口的部分；
阻塞构件，其能够相对于所述开口移位，以将所述开口阻塞不同的量，由此调节通过所述开口的液体和/或气体的体积流率；以及
位于所述通路中的阻塞物，所述阻塞物在所述通路的中心处并且在流动方向上是细长的，并且构造成将液体和/或气体流分开成通过所述通路的两个流。
14.一种流体处理结构，其配置成将浸没流体限制到光刻设备的一区域，所述光刻设备包括如前述权利要求中任一项所述的压力控制阀。
15.一种浸没光刻设备，包括如权利要求14所述的流体处理结构。
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