CN207601507U - 用于浸没式光刻机的两级气液分离回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于浸没式光刻机的两级气液分离回收装置。本实用新型包括气液分离器、气液分离罐、液体流量控制器、气体和液体分离前的两相流回路、气体和液体分离后的排气回路、气体和液体分离后的排水回路；气液分离器与气体和液体分离前的两相流回路、气液分离罐上部入口相连，气液分离罐与气体和液体分离后的排气回路、液体流量控制器的入口相连，液体流量控制器、气液分离器合与气体和液体分离后的排水回路相连。本实用新型能够在负压抽吸的作用下对气液两相流实现连续的分离过程，并且较之前的解决方案在分离回收的效率和效果上均有明显的提升。同时避免了对系统负压造成的干扰，且能在故障条件下将系统内的气体和液体排出及时泄压。

Description

用于浸没式光刻机的两级气液分离回收装置

技术领域

本实用新型属于气液分离回收装置技术领域，涉及一种用于浸没式光刻机的两级气液分离回收装置。

背景技术

浸没式光刻机是在传统的干式光刻机的基础之上发展起来的，相较于干式光刻机最后一片投影物镜下表面与硅片上的光刻胶之间的介质为空气，浸没式光刻机将介质替换为高折射率的液体，提高了投影物镜的数值孔径，从而提高了光刻机的分辨率和焦深。由于是以传统的干式光刻技术为依托，因此采用的液体浸没方式为局部浸没方式。这种浸没方式是将投影物镜固定，最后一个投影物镜下表面始终浸没在液体中。在步进扫描过程中，硅片的不同部位浸没在液体中，同时为了实现液体流场的持续更新，要保证液体稳定连续的流动。这里，由于流场气密封的设计以及浸没单元回收口的设置，回收过程中的流体介质为气液两相流介质，这势必会造成流量和压力的波动，从而影响到曝光刻蚀的质量；此外，由于浸没单元作为气液回收的直接来源，只能从系统的末端利用负压进行抽吸，所以为了实现液体稳定连续的流动，回收负压必须有稳定的控制。因此，浸没式光刻机需要配备有可以在负压条件下进行气液分离回收的装置。

目前的气液分离回收解决方案中，采用了一个体积较大的利用重力对气体和液体进行分离的气液分离罐，水泵间歇开启对在分离罐内实现气液分离之后的液体进行回收。上述的实现方法存在以下不足：(1)浸没式光刻机要求除过光刻机本体之外的其他装置都放置在厂务区的机柜里，目前的这种气液分离罐会占用很大的空间，只利用重力进行气体和液体的分离，分离效率不高，因此其分离的效果并不好；(2)浸没式光刻对浸没流场内部的流速、压力等有很高的指标要求，因此，这种水泵间歇开启的工作方式，会引起压力和流量的大幅度波动。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种用于浸没式光刻机的两级气液分离回收装置。

本实用新型包括气液分离器、气液分离罐、液体流量控制器、气体和液体分离前的两相流回路、气体和液体分离后的排气回路、气体和液体分离后的排水回路；

所述的气液分离器的上部入口与气体和液体分离前的两相流回路相连，气液分离器的上部出口和气液分离罐上部入口相连，气液分离罐上部出口与气体和液体分离后的排气回路相连，气液分离罐下部出口与液体流量控制器的入口相连，液体流量控制器的出口与气液分离器的下部出口合并成一路后与气体和液体分离后的排水回路相连。

所述的气体和液体分离前的两相流回路，包括第一电磁开关阀、科式流量计和第一压力变送器；气液混合物的入口依次与电磁开关阀、科式流量计和第一压力变送器相连，第一压力变送器出口与气液分离器的上部入口相连，气液混合物的入口与浸没单元的出口相连。

所述的气体和液体分离后的排气回路，包括第二压力变送器、水分离器、真空过滤器、第一手动阀、湿度计、第二电磁开关阀、气体流量计、压力控制器、真空溢流阀和真空泵；第二压力变送器的入口与气液分离罐的上部出口相连，压力变送器的出口依次经水分离器、真空过滤器、湿度计、第二电磁开关阀、气体流量计、压力控制器和真空泵的入口相连；在第二压力变送器的出口和水分离器的入口之间连接有第一手动阀进口旁路，第一手动阀出口旁路与真空泵的出口连接，连接处设置有第一气体卸载口，第一手动阀另一出口为第二气体卸载口；在压力控制器的出口和真空泵的入口之间连接有真空溢流阀旁路，真空溢流阀有第三气体卸载口。

气体和液体分离后的排水回路，包括液体流量计、单向阀、水泵和第二手动阀；液体流量控制器的出口与气液分离器的下部出口连接合并成一路之后，再分成两路，一路与液体流量计的入口相连后，经单向阀和水泵的入口相连；另一路与第二手动阀进口相连，第二手动阀的出口与水泵的出口连接，连接处设置有第二液体卸载口，第二手动阀另一出口为第一液体体卸载口。

作为优选，所述的气液分离器选用离心分离的分离器。

作为优选，所述的气液分离罐上装有监测液位变化的液位计。

作为优选，所述的水泵选用具有自吸功能的水泵。

作为优选，所述的第一压力变送器和第二压力变送器均为电容型压力变送器。

本实用新型能够在负压抽吸的作用下对气液两相流实现连续的分离过程，并且较之前的解决方案在分离回收的效率和效果上均有明显的提升。通过排气回路和排水回路的协调工作，保证气液分离能够连续不间断地运行，不受气液两相流注入的影响。利用具有自吸功能的水泵直接将气液分离装置中分离后的液体抽取出来，克服了气液分离后的液体在气液分离装置中因为负压存在而导致的液体无法自动流出的情况。在两级气液分离装置回收装置之前还增添了第一电磁开关阀科式流量计和第一压力变送器，对于整个装置起到一定的保护作用，同时对于气液分离装置实际使用的效果也可以形成前后的对照，有助于元器件的调节与更替。通过在气体和液体分离之前的两相流回路设置科式流量计，在气体和液体分离之后的排气回路和排水回路分别设置气体流量计、液体流量计，实现了对于各种管路内介质流量情况的监测与计量。通过压力控制器和压力变送器的配合使用，使系统得到持续的稳定的负压供给，使系统具备稳定的抽吸条件。通过液体流量控制器和液位计的配合使用，在工作过程中通过不断的调节排水流量，使气液分离罐中的液位保持稳定，进一步保证了气液分离器(离心分离)和气液分离罐(重力分离)两级分离回收的协调工作效果。这样保证了分离装置能够持续高效分离回收，同时尽量避免了对系统负压造成的干扰。同时在排气、排水回路各增加了一个手动阀，保证了故障条件下的泄压以及将系统内的气体和液体排出，使系统能够尽快恢复正常。

附图说明

图1本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型与浸没单元和投影物镜组相装配的简化示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，一种用于浸没式光刻机的两级气液分离回收装置，包括利用离心原理进行气液分离的气液分离器11、装有液位计13监测液位变化的气液分离罐14、液体流量控制器12、气体和液体分离前的两相流回路、气体和液体分离后的排气回路、气体和液体分离后的排水回路；气液分离器11的上部入口与气体和液体分离前的两相流回路相连，气液分离器11的上部出口和气液分离罐14上部入口相连，气液分离罐14上部出口与气体和液体分离后的排气回路相连，气液分离罐14下部出口与液体流量控制器12的入口相连，液体流量控制器12的出口与气液分离器11的下部出口合并成一路后与气体和液体分离后的排水回路相连。

气体和液体分离前的两相流回路，包括第一电磁开关阀8、科式流量计9和第一压力变送器10；气液混合物的入口7依次与电磁开关阀8、科式流量计9和第一压力变送器10相连，第一压力变送器10出口与气液分离器11的上部入口相连，气液混合物的入口7与浸没单元的出口相连，气液分离器11为标准件。

气体和液体分离后的排气回路，包括第二压力变送器15、水分离器16、真空过滤器17、第一手动阀18、湿度计19、第二电磁开关阀20、气体流量计21、压力控制器22、真空溢流阀23和真空泵24；第二压力变送器15的入口与气液分离罐14的上部出口相连，压力变送器15的出口依次经水分离器16、真空过滤器17、湿度计19、第二电磁开关阀20、气体流量计21、压力控制器22和真空泵24的入口相连；在第二压力变送器15的出口和水分离器16的入口之间连接有第一手动阀18进口旁路，第一手动阀18出口旁路与真空泵24的出口连接，连接处设置有第一气体卸载口25，第一手动阀18另一出口为第二气体卸载口27，作为故障情况下的气体卸载使用；在压力控制器22的出口和真空泵24的入口之间连接有真空溢流阀23旁路，进行真空溢流保护，真空溢流阀23有第三气体卸载口32。真空泵24提供所需的负压环境，压力控制器22与压力变送器15构成闭环，能持续不断地将气液分离装置中的气体抽出，同时控制气液分离装置中的负压以满足浸没单元的要求。

气体和液体分离后的排水回路，包括液体流量计26、单向阀28、水泵31和第二手动阀30；液体流量控制器12的出口与气液分离器11的下部出口连接合并成一路之后，再分成两路，一路与液体流量计26的入口相连后，经单向阀28和水泵31的入口相连；另一路与第二手动阀30进口相连，第二手动阀30的出口与水泵31的出口连接，连接处设置有第二液体卸载口33，第二手动阀30另一出口为第一液体体卸载口29，作为故障情况下的液体卸载使用。

液位计13监测气液分离罐14内部的液位变化，液体流量控制器12据此来进行调节，保证气液分离装置内的液面稳定，同时实现液体的连续排出。水泵31的自吸作用保证了负压环境下的连续气液分离。所述水泵31是具有自吸功能的水泵，能够使气液分离装置具备在较大负压条件下实现稳定的抽吸工作的能力。

第一压力变送器10和第二压力变送器15均为电容型压力变送器，能够精确测量压力，同时所选用的型号带有隔膜，避免了与不同介质接触对测量结果造成的影响。

本实用新型的工作原理是：

如图2所示，给出了两级气液分离回收装置1在浸没式光刻系统中的位置，曝光刻蚀的过程中，光线通过掩膜板、投影物镜组2和浸没单元3，照射在放置在承片台4上的硅片5的光刻胶上，对硅片5进行曝光，将掩膜板上的图形准确的转移到硅片5的光刻胶上。注液装置6不断的往浸没单元3注入液体，两级气液分离回收装置1不断地从浸没单元3中抽出气液混合物，保证浸没单元3内部的流场更新。两级气液分离回收装置中气液混合物的出口从浸没单元3的回收出口引出。

压力控制器和第二压力变送器构成负压控制回路。第二压力变送器测得的压力信号转化为模拟信号后与压力控制器中的给定信号进行比较，从而控制压力控制器的输出值，真空泵在两级气液分离回收装置工作过程中始终开启，真空泵和压力控制器以及气体流量计配合使用，控制真空回路抽吸过程中持续稳定的负压环境和抽吸速率。

气液分离罐内部安装的液位计持续监测液位变化，根据气液分离罐内的液位变化，液体流量控制器进行相应的开度大小的调节，保证气液分离罐内的液面相对稳定，同时也保证了气液分离器与气液分离罐的协同工作，使气体和液体实现高效的分离，水泵始终开启，在后端进行抽吸，保证了液体的持续回收，同时降低了对于回收负压产生的干扰。

正常工作中，第一电磁阀打开，科式流量计和第一压力变送器采集两相流的流量和压力信号。液体分离罐内部的液位计和液体流量控制器组成闭环反馈，保持气液分离罐内部的液位恒定。第二压力变送器、湿度计、电磁开关阀、气体流量计、压力控制器和真空泵处于工作状态，气体流量计和水泵处于工作状态。在系统出现故障的时候，关闭第二电磁开关阀、压力控制器、真空泵，开启第一手动阀、开启第二手动阀对系统进行卸载，将系统内部的气体和液体排出，使系统尽快恢复正常。

Claims (5)

1.用于浸没式光刻机的两级气液分离回收装置，包括气液分离器(11)、气液分离罐(14)、液体流量控制器(12)、气体和液体分离前的两相流回路、气体和液体分离后的排气回路、气体和液体分离后的排水回路；其特征在于：

所述的气液分离器(11)的上部入口与气体和液体分离前的两相流回路相连，气液分离器(11)的上部出口和气液分离罐(14)上部入口相连，气液分离罐(14)上部出口与气体和液体分离后的排气回路相连，气液分离罐(14)下部出口与液体流量控制器(12)的入口相连，液体流量控制器(12)的出口与气液分离器(11)的下部出口合并成一路后与气体和液体分离后的排水回路相连；

所述的气体和液体分离前的两相流回路，包括第一电磁开关阀(8)、科式流量计(9)和第一压力变送器(10)；气液混合物的入口(7)依次与第一电磁开关阀(8)、科式流量计(9)和第一压力变送器(10)相连，第一压力变送器(10)出口与气液分离器(11)的上部入口相连，气液混合物的入口(7)与浸没单元的出口相连；

所述的气体和液体分离后的排气回路，包括第二压力变送器(15)、水分离器(16)、真空过滤器(17)、第一手动阀(18)、湿度计(19)、第二电磁开关阀(20)、气体流量计(21)、压力控制器(22)、真空溢流阀(23)和真空泵(24)；第二压力变送器(15)的入口与气液分离罐(14)的上部出口相连，第二压力变送器(15)的出口依次经水分离器(16)、真空过滤器(17)、湿度计(19)、第二电磁开关阀(20)、气体流量计(21)、压力控制器(22)和真空泵(24)的入口相连；在第二压力变送器(15)的出口和水分离器(16)的入口之间连接有第一手动阀(18)进口旁路，第一手动阀(18)出口旁路与真空泵(24)的出口连接，连接处设置有第一气体卸载口(25)，第一手动阀(18)一出口为第二气体卸载口(27)；在压力控制器(22)的出口和真空泵(24)的入口之间连接有真空溢流阀(23)旁路，真空溢流阀(23)有第三气体卸载口(32)；

气体和液体分离后的排水回路，包括液体流量计(26)、单向阀(28)、水泵(31)和第二手动阀(30)；液体流量控制器(12)的出口与气液分离器(11)的下部出口连接合并成一路之后，再分成两路，一路与液体流量计(26)的入口相连后，经单向阀(28)和水泵(31)的入口相连；另一路与第二手动阀(30)进口相连，第二手动阀(30)的出口与水泵(31)的出口连接，连接处设置有第二液体卸载口(33)，第二手动阀(30)另一出口为第一液体卸载口(29)。

2.如权利要求1所述的用于浸没式光刻机的两级气液分离回收装置，其特征在于：所述的气液分离器(11)选用离心分离的分离器。

3.如权利要求1所述的用于浸没式光刻机的两级气液分离回收装置，其特征在于：所述的气液分离罐(14)上装有监测液位变化的液位计(13)。

4.如权利要求1所述的用于浸没式光刻机的两级气液分离回收装置，其特征在于：所述的水泵(31)选用具有自吸功能的水泵。

5.如权利要求1所述的用于浸没式光刻机的两级气液分离回收装置，其特征在于：所述的第一压力变送器(10)和第二压力变送器(15)均为电容型压力变送器。