面向高精度温度控制的设备内部流场研究

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微环境直接影响高精密检测设备的性能,温度波动是其中的关键因素,影响温度波动的因素多,其内部流场是关键影响因素之一。本文围绕光刻机检测平台的温控需求进行流场分析和研究,主要研究工作与结论如下:  分析了检测平台的热负载分布和特点(间歇发热、发热量小),提出了先使用压缩制冷进行粗略温控,再使用电加热进行精准温控的方案。以该方案为核心拟定了适用于本课题的微环境控制方案。在此基础上对微环境控制系统进行了结构设计,包括温控模块的结构设计和气浴腔体的结构设计。  通过对气浴腔体进行数值仿真,得到了进风流速、回风背压与气浴流场均匀性的关系:进风流速和回风背压的增大均会增加流场的不均匀性。利用数值仿真技术,得到了进风流量、回风口尺寸与气浴流场均匀性的关系:进风流量的增大会增大流场的不均匀性,而回风口尺寸的增大会使流场更加均匀。  以使流场分布更加均匀和减少投影物镜畸变为目标,得出了进风流速、回风背压、进风风量、回风口尺寸这几个因素的最佳参数组合。在最佳参数组合的作用下,对掩膜台在内部热源持续发热情况下的温度场进行了仿真分析,研究结果表明:在所得最佳参数组合的作用下,掩膜台温度完全满足需求。  研发了实验样机并进行了性能测试,样机能够达到22±0.2℃的温度稳定性。设计的微环境控制系统已成功应用于光刻机检测平台。该技术同样适用于其它需要进行微环境控制的精密装备。
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