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Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Sperren oder Durchlassen eines Fluides, insbesondere zur Verwendung unter technisch anspruchsvollen Bedingungen, beispielsweise in einer evakuierten Umgebung oder in einer Umgebung mit eingeschränktem zur Verfügung stehenden Bauraum.
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Bei einer derartigen Umgebung kann es sich insbesondere um eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie, insbesondere eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage, handeln. Derartige Anlagen weisen zur Verbreitung von Fluiden, wie beispielsweise Kühlmitteln, oftmals ein weit verzweigtes Leitungsnetz auf. Um die Leitungen im Wartungs- oder Reparaturfall zu reinigen bzw. von Rückständen von Kühlmitteln zu befreien, kommt typischerweise Pressluft zum ausblasen der Leitungen zur Anwendung. Dabei tritt jedoch regelmäßig die Problematik auf, dass die Pressluft bevorzugt durch diejenigen Teile des Leitungsnetzes strömt, in welchen der geringste Strömungswiderstand herrscht. Strömungstechnisch weniger vorteilhafte Bereiche des Netzes werden somit nur unvollständig von der Pressluft durchströmt und damit nicht ausreichend gereinigt. Um auch diese Bereiche erreichen zu können, kann es von Vorteil sein, bestimmte Bereiche des Leitungsnetzes mittels Ventilen zu sperren, um die Pressluft gezielt durch die sonst unzureichend gereinigten Bereiche des Netzes zu leiten.
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Allerdings verlaufen in Projektionsbelichtungsanlagen – insbesondere in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen – die zu reinigenden Kühlleitungen zu einem beträchtlichen Anteil im Vakuum, wodurch auch die zugehörigen Ventile im Vakuum betreibbar, fluid- und gasdicht sein sollten. Darüber hinaus sollten derartige Ventile möglichst wenig Bauraum in Anspruch nehmen und auf eine Weise ansteuerbar sein, die möglichst wenige – oder keine – Durchführungen von bspw. Signalleitung aus der unter Atmosphärendruck stehenden Umgebung in den unter Vakuum stehenden Bereich erfordern.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Ventil anzugeben, welches den o.g. Anforderungen mit vertretbarem konstruktivem Aufwand gerecht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Varianten und Ausführungsformen der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes Ventil zum Sperren oder Durchlassen eines Fluides, wie Gase oder Flüssigkeiten weist ein fluiddichtes Gehäuse mit mindestens einer Zu- und mindestens einer Ableitung und ein in dem Gehäuse angeordneten Absperrkörper, der zwischen einer Durchlass- und einer Sperrstellung bewegbar ist, auf, wobei in der Sperrstellung eine Zu- und/oder eine Ableitung des Ventiles gegenüber dem Durchtritt des Fluides versperrt ist. Der Absperrkörper kann dabei mechanisch mit einem Magneten verbunden sein und mit dem Magneten in der Weise in dem Gehäuse angeordnet sein, dass die Bewegung des Absperrkörpers durch ein außerhalb des Gehäuses erzeugtes Magnetfeld hervorgerufen werden kann.
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Hierdurch wird es möglich, ein Ventil zu betätigen, ohne dass ein mechanisch zu bedienendes Betätigungselement durch ein Ventilgehäuse geführt werden muss, um auf einen im Inneren des Ventilgehäuses angeordneten Absperrkörper zu wirken, wie es bei Ventilen nach dem Stand der Technik oftmals üblich ist. Auf diese Weise wird die Gefahr von Kontaminierungen der Umgebung aufgrund an Kontaktstellen des Betätigungselementes mit dem Ventilgehäuse austretender Fluide wirksam verringert. Auch gegenüber elektromagnetisch betätigten Ventilen ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Ventil der Vorteil, dass die Notwendigkeit einer elektrischen Kontaktierung von in diesem Fall erforderlichen Elektromagneten entfällt, so dass auch keine Durchführungen elektrischer Leitungen mit den damit verbundenen konstruktiven und Dichtheitsproblemen erforderlich sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils ist der Magnet als Permanentmagnet ausgebildet und in dem Absperrkörper innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet.
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Der Magnet kann dabei bevorzugt auf einer einem Ventildeckel zugewandten Seite des Absperrkörpers angeordnet sein. So kann ein externes Magnetfeld in optimaler Weise auf den Magneten im Inneren des Ventilgehäuses einwirken. Der Ventildeckel kann in einer Einbausituation des erfindungsgemäßen Ventils in einer Vakuumumgebung gleichzeitig den Abschluss zu einer Umgebung bilden, in welcher ein höherer Druck, insbesondere Atmosphärendruck herrscht. In einem derartigen Fall könnte das Ventil auf einfache Weise auch im Betrieb der übergeordneten Vorrichtung betätigt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Ventil weist weiterhin bevorzugt einen Absperrkörper mit mindestens einer Durchgangsbohrung auf. Die wenigstens eine Durchgangsbohrung kann durch die Bewegung des Absperrkörpers in fluchtende Anordnung mit Mündungen der Zu- und Ableitung im Innenbereich des Ventils gebracht werden, so dass ein Fluid ungehindert durchtreten kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Absperrkörper zwei Durchgangsbohrungen auf. So kann in einer zweiten Durchgangsbohrung ein Dichtungspin vorhanden sein, welcher, im geschlossenen Zustand des Ventils den Durchtritt eines Fluides oder eines Gases verhindern kann. Die Verwendung eines Dichtungspins zeigt dabei insbesondere den Vorteil, dass dieser aus einem Material gefertigt werden kann, welches sich für Abdichtzwecke optimal eignet, beispielsweise aus einem Elastomer. Daneben kann auch die Geometrie des Dichtungspins an die jeweiligen Erfordernisse angepasst sein.
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Von Vorteil ist es, wenn im Innenbereich des Ventils ein Teilvolumen ausbildbar ist, welches von Teilen des Ventilgehäuses und einem Teil des Absperrkörpers begrenzt wird, wobei der Teil des Absperrkörpers so gewählt ist, dass der Absperrkörper bei Druckbeaufschlagung des Teilvolumens und Abwesenheit eines externen Magneten in diejenige Stellung gedrückt wird, in welcher das Ventil geöffnet ist und wobei das Teilvolumen insbesondere in einer geschlossenen Stellung des Ventils über einen Kanal mit der Zuleitung des Ventils verbunden ist. Damit wird bei an dem Ventil anliegendem Druck beispielsweise eines Kühlfluides durch den Kanal in dem genannten Teilvolumen ebenfalls ein Druck aufgebaut, der in einer Kraftkomponente auf den Absperrkörper in Richtung der "Geöffnet-Stellung" resultiert und dabei bei Abwesenheit einer entgegen wirkenden Kraft das Ventil öffnet bzw. offen hält.
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Der Kanal kann bevorzugt auf konstruktiv einfache Weise mittels einer Axial- und einer Radialbohrung im Absperrkörper gebildet sein.
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In einer weiteren bevorzugten Variante eines erfindungsgemäßen Ventils, ist im Innenbereich des Ventils eine Feder angeordnet, welche auf den Absperrköper in der Weise einwirkt, dass er, bei Abwesenheit einer extern aufgebrachten Kraft, also insbesondere bei Abwesenheit eines externen Magneten in diejenige Stellung bewegt wird, in welcher das Ventil geöffnet ist. Dabei kann die Feder allein oder eine Kombination aus einer Feder und dem oben genannten Kanal und dem Teilvolumen zum Öffnen bzw. Offenhalten des Ventiles zur Anwendung kommen.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung kann vorteilhaft in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem Kühlsystem mit fluidführenden Leitungen, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage zur Anwendung kommen.
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Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen, exemplarisch verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ventils erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines prinzipiellen Aufbaus einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage
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2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventils im geöffneten Zustand;
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3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventils im geschlossenen Zustand;
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4 eine schematische Darstellung eines Ventilpins;
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5 eine schematische Darstellung einer Variante eines erfindungsgemäßen Ventils im geschlossenen und geöffneten Zustand;
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6: eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Ventils im geöffneten Zustand;
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7 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Ventils im geschlossenen Zustand; und
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8 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Ventils.
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1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem 401 der Projektionsbelichtungsanlage 400 weist neben einer Lichtquelle 402 eine Beleuchtungsoptik 403 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 404 in einer Objektebene 405 auf. Beleuchtet wird ein im Objektfeld 404 angeordnetes Retikel 406, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 407 gehalten ist. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 408 dient zur Abbildung des Objektfeldes 404 in ein Bildfeld 409 in eine Bildebene 410. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 406 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 409 in der Bildebene 410 angeordneten Wafers 411, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 412 gehalten ist. Die Lichtquelle 402 kann Nutzstrahlung insbesondere im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm emittieren. Eine mittels der Lichtquelle erzeugte EUV-Strahlung 413 wird mittels eines in der Lichtquelle 402 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 414 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 415 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 415 wird die EUV-Strahlung 413 von einem Pupillenfacettenspiegel 416 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 416 und einer optischen Baugruppe 417 mit Spiegeln 418, 419 und 420 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 415 in das Objektfeld 404 abgebildet.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßes Ventil im geöffneten Zustand dargestellt. Das Ventil weist einen Ventildeckel 1 auf, welcher zusammen mit dem Ventilkörper 10 ein gasbzw. fluidundurchlässiges, geschlossenes System bildet und beispielsweise aus einem vakuumgeeigneten Edelstahl gebildet sein kann. Weiterhin zeigt der Ventildeckel 1 auf seiner Außenseite eine in dieser Figur nicht dargestellte Aufnahme für einen Magneten. Der Ventildeckel 1 ist so gestaltet, dass er den Durchtritt eines Magnetfeldes erlaubt. Dabei ist der Ventildeckel 1 bevorzugt aus einem austenitischen Edelstahl, wie beispielsweise dem Edelstahl 1.4301 (X5CrNi 18-10) oder 1.4404 (X2CrNiMo17-12-2) gebildet und weist eine Stärke von beispielsweise 2mm auf, welche dem Innendruck Stand, aber den zur Betätigung des Ventils erforderlichen Abstand der Magneten möglichst gering hält. Unterhalb des Ventildeckels 1 ist ein Permanentmagnet 2 angeordnet, welcher wiederum in einem Ventilpin 3 angeordnet ist. Der Ventilpin 3 kann beispielsweise aus einem Kunststoff oder Teflon gebildet sein. Weiterhin ist der Ventilpin 3 beweglich im Ventilgehäuse 10 angeordnet, so dass der Ventilpin 3 leicht und möglichst reibungsarm nach oben und unten bewegbar ist. Der Ventilpin 3 weist zwei Durchgangsbohrungen (5, 11) (siehe auch 3) auf. Eine dieser Durchgangsbohrung dient zur Führung eines sogenannten Dichtungspins 4. Der Dichtungspin 4 ist bevorzugt aus einem Elastomer bzw. einem Gummi gebildet und weist an seinen Seiten jeweils eine Einbuchtung 4' auf. Durch die Einbuchtung 4' des Dichtungspins 4 weist der abdichtende Bereich eine möglichst geringe Reibungsfläche auf, so dass bei einer Betätigung des Ventils möglichst wenig Material des Dichtungspins 4 an dem Ventilgehäuse entlang geführt wird. Unterhalb des Dichtungspins 4 weist der Ventilpin 3 eine weitere Durchgangsbohrung 5 auf. Im vorliegenden Beispiel ist die Durchgangsbohrung 5 auf Höhe der Mündungen der Leitungen 8 angeordnet, wodurch ein die Leitungen 8 durchströmendes Medium durch das erfindungsgemäße Ventil hindurchtreten kann. Die Leitungen 8 sind dabei gas – bzw. fluiddicht an das Ventilgehäuse 10 angebracht. Der Ventilpin 3 weist unterhalb der Durchgangsbohrung 5 einen Stutzen 9 auf, der in einer Hülse 6, in welcher sich eine Feder 7 befindet, mündet. Durch die Federkraft der in der Hülse 6 befindlichen Feder 7 wird der Ventilpin 3 nach oben gedrückt, so dass das Ventil ohne die Einwirkung weiterer Kräfte offen ist und ein entsprechendes Medium ungehindert durch die Leitungen 8 und das Ventil fließen kann. Die Hülse 6 kann dabei insbesondere aus einem Kunststoff gebildet sein.
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Ferner sind in 2 ferromagnetische Stäbe 20 gezeigt, welche in Bohrungen in dem Ventilkörper 10 eingesetzt sind und der Leitung der Magnetfelder zur Steigerung der Effektivität der verwendeten Magneten dienen.
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In 3 ist ein erfindungsgemäßes Ventil im geschlossenen Zustand dargestellt. Zum Schließen des erfindungsgemäßen Ventils wird ein Magnet 21 außen an den Ventildeckel 1 in der Weise angebracht, dass gleichnamige Pole des äußeren Magneten und des Permanentmagneten 2 benachbart zu einander angeordnet sind. Durch die Wechselwirkung mit dem Permanentmagneten 2 im Innern des Ventilgehäuses 10 wird der Ventilpin 3 entgegen der Federwirkung der Feder 7 nach unten gedrückt. Der Dichtungspin 4 befindet sich nun auf Höhe der Leitungen 8 und dichtet diese ab. Hierbei wird durch die den Druck (siehe Pfeil) des in den Leitungen 8 befindlichen Mediums der Dichtungspin 4 auf die der druckbeaufschlagten Seite gegenüberliegende Seite (hier: rechts) gedrückt, wodurch die Leitung 8 optimal abgedichtet werden kann. Selbstverständlich ist grundsätzlich auch eine Anordnung denkbar, in welcher das Ventil durch eine Anziehung zwischen dem Permanentmagneten 2 und dem äußeren Magneten geschlossen wird.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ventilpins 3. Als Durchgangsbohrung 11 ist hier die Führung des aus den 1 und 2 bekannten Dichtungspins 4 bezeichnet. Weiterhin weist der Ventilpin 3 Führungsprofile 12 sowie Nuten 13 auf. Die Nuten 13 befinden sich auf der dem Permanentmagneten 2 gegenüberliegenden Seite des Ventilpins 3. Beim Annähern des Ventilpins 3 an die dem Magneten gegenüberliegende Seite des Ventilgehäuses 10, also beim Schließen des Ventils, kann durch die Nuten 13 das noch im Ventilgehäuse 10 befindliche Fluid, mit möglichst geringem Widerstand verdrängt werden. Die Führungsprofile 12 stützen sich an den Ecken des Ventilgehäuses ab.
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5 zeigt eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Ventils im geöffneten und geschlossenen Zustand. In diesem Beispiel ist der Hohlraum 9, in welchem sich der aus den 1 und 2 bekannten Dichtungspin 4 befindet nicht vorhanden. Der Ventilpin 3' weist im vorliegenden Beispiel lediglich eine Durchgangsbohrung 5' auf. Hier wird das Ventil statt durch den Dichtungspin 4 durch den Ventilpin 3' verschlossen. Die Bezugszeichen sind analog zu den Bezugszeichen der 1 und 2 gewählt.
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6 zeigt eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Ventils im geöffneten Zustand. Das Ventil weist einen Ventildeckel 1' auf, welcher zusammen mit dem Ventilgehäuse 10' ein gasdichtes bzw. fluidundurchlässiges System bildet. Unterhalb des Ventildeckels 1' und somit im Innern des Ventilgehäuses 10' ist ein Magnet 2' angebracht, welcher wiederum in einem Ventilpin 14 angeordnet ist. Der Ventilpin 14 ist in einer Führungsbuchse 22 angeordnet und weist eine Durchgangsbohrung 15 auf, welche wiederum eine Radialbohrung 16 und eine Axialbohrung 17 aufweist. Die Axialbohrung 17 mündet auf der gegenüberliegenden Seite des Magneten 2 und weist in Richtung des Bodens des Ventilinneren. In 6 befindet sich die Durchgangsbohrung 15 auf Höhe der Leitung 8', so dass das die Leitung 8' durchströmende Medium ungehindert fließen kann. Unterhalb des Ventilpins 14 befindet sich im vorliegenden Fall ein Teilvolumen, welches im Folgenden als Hohlraum 18 bezeichnet wird.
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In 7 ist die in 6 beschriebene Variante eines erfindungsgemäßen Ventils im geschlossenen Zustand dargestellt. Zum Schließen des Ventils benötigt es einen externen Magneten durch dessen Wechselwirkung mit dem innerhalb des Ventilgehäuses 10' liegenden Magneten der Ventilpin 14 nach unten gedrückt wird. Hierbei befindet sich die Radialbohrung 16 auf Höhe der Leitung 8'. So kann beispielsweise Druckluft (siehe Pfeil), durch die Leitung 8', die Radialbohrung 16, die Durchgangsbohrung 15 und die Axialbohrung 17 geleitet werden, was unter anderem dazu führt, dass bei Abwesenheit eines externen Magneten, der Ventilpin 14 aufgrund des im Hohlraum 18 herrschenden Drucks nach oben gedrückt wird und das Ventil wieder im geöffneten Zustand vorliegt. Weiterhin kann so, bei Anwesenheit eines externen Magneten, sich im Hohlraum 18 angesammelte Flüssigkeit durch Druckluft entfernt werden.
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8 zeigt eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Ventils. Die hier dargestellte Variante der Erfindung weist zusätzlich, zu der in den 5 und 6 beschriebenen Variante im Hohlraum 18 eine Feder 19 auf. Diese Feder 19 wirkt unterstützend oder anstelle, bei Abwesenheit eines externen Magneten, der durch Druckluft erzeugten Aufwärtsbewegung des Ventilpins 14. Die Bezugszeichen sind analog zu den Bezugszeichen aus den 6 und 7 gewählt.
