超高压汞灯功率控制研究

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设 计 成 功 与 否 的 关键 ，考 虑 到 半 桥逆 变 电 路 结 构
简单 ， 不 平 衡 能力 强 ， 以功 率 主 回 路 采 用 半 桥 抗 所 电路 ， 样有 利 于提 高 电源 的可 靠 性 。 这 图 ２是 功 率 电路 示 意 图 ， 工 作 原 理 ： 功 率 其 两 开 关 管 、 在 相 差 为 １０ 的 双 路 脉 冲 驱 动 下 ８。 交 替 导 通 和 截 止 ，在 变 压 器 原边 产 生 高 压 开 关 脉 冲 ， 而 在 副边 感 应 出交 变 的 方 波 脉 冲 ， 频 变 从 高 压 器 次级 两 只 快 恢 复 二 极 管 Ｉ 、 亦 随之 交 替 导 ，
的稳 定 性起 到 了重 要 的作 用 ， 为研 制 大 功 率 、 并 高 稳 定 度 电源 积 累 了许 多经 验 。
方 可 点 燃 ， 动 电流 大 ， 光 易 受 环 境 温 度 、 网 启 发 电
１ 电 源 的 控 制原 理 及 主 要 电路 结 构
如 原 理 框 图 （ 图 １ 所 示 ， 统 主 要 由功 率 见 ） 系 电路 、 制 驱 动 电路 、 号 采 样 电 路 、 压 触 发 电 控 信 高 路， 以及 辅 助 电源 构 成 。 中 ， 率 电路 是 电源 的 其 功 主 功 率 通 道 ； 样 电路 、 制 电 路 、 动 电路 几 部 采 控 驱
Байду номын сангаас
假 设 二 极 管 。 、 、 电感 、 电容 Ｃ 均 为 理 想 ４ 元 件 ， 一 管 导 通 和 两 管 同 时关 断视 为 一 个 周 期 ， 任 那 么在 一 个 周 期 内 ：
稳 定 性 ， 此 ， 率 控 制 电 路 采 用 模 拟 功 率 负 反 为 功
馈 控 制 ， 采 样 电 路 采 集 的 汞 灯 电压 、 流 信 号 将 电
收 稿 日期 ：０ ２０ ． ８ ２ １ ． ２２
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电 子 工 业 毫 用 设 备
电子 专 用设 备研 究
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增加部分 ：
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出
上 式左 边 即 为 整流 管 导通 期 间 电 感 Ｌ上 电流
在 至 这 段 时 间 内 ， 流 管 截 止 ， 感 整 电
电压 、 以及 汞灯 老化 等 因素 的 影 响 而 波 动 ， 响 曝 影
光效果 ； 因此 超 高压 汞 灯 对 控 制 电源 要 求 苛 刻 ， 控 制难度 高 ； 仅要求 点灯可靠 ， 渡过 程平稳 ， 不 过 还
需 要 保 证 汞 灯 发 光 的稳 定性 以 满足 生产 工 艺 的要
Ｔ２
图 ５ 半 桥 变 换 器 高 频 变 压 器 原 边 电 压 脉 冲 波 形
可 以看 出 ， 高 频 变 压 器 原 边 波 形 边 缘 陡 直 ， 无 其 它 的 寄 生振 荡 和 杂 波 干 扰 ， 明 高 频 变 压 器 说 的 磁 芯 和 绕 组 参 数 （ 芯 容 量 、 磁 率 ， 组 匝 磁 导 绕 数、 电感 ） 半 桥 电 路 参 数 （ 率 、 关 器 件 的 性 与 频 开 能） 分 匹 配 。 不 足 之 处 是 由于 分 压 电容 器 的 充 十
通 ， 管 轮 流 通 过 电感 向负 载提 供 功 率 ； 两 电感 Ｌ 在 、 任 一 管 导通 时 ， 一方 面 向 负载 供 给 功 率 ，
另 一方 面 储 存 能 量 ， 当两 管 都 关 断 时 ， 存 在 电感 储 中 的 能量 继 续 向负 载 供 电 ，这 样 负 载 得 到 的将 是
触 发 电 路 原 理如 图 ４所 示 ， 发 开 关 Ｓ 触 １接 通 后 。输 入 电压 经 升 压 变 压器 Ｔ 一 次 升 压 ， 起 连 引 接在 次级 的放 电火 花 塞 放 电 ，火 花 放 电会 在 脉 冲
应 用 在 微 电子工 艺 线 上 ，对 提 高 光 刻 机 曝光 光 源
目前 在 接 触 一 接 近 式 光 刻 机 中 ，普 遍 采 用 超 高压 汞 灯 作 为 发 光 源 ，该灯 属 于 高 强度 气 体放 电
稳定性好 。
灯 ， 度 高 、 紫 外 谱 线 集 中 ， 谱 基 本 覆 盖 了聚 亮 近 光 酯 胶 类 抗 蚀 剂 的 感 光 灵敏 区 ，但 该灯 需 高压 触 发
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电 子 工 业 专 用 设 备
１ Ｄ
超 高压汞 灯 功率控制研 究
刘 卫平 ， 葛劢 冲
（ 中国 电子科 技集 团公 司第 四十五研 究所 ， 北京 １０ ７ ） ０ １６
摘 要 ： 绍 了一种 光 刻机 超 高压 汞 灯 电 源 ， 用模 拟 功率 反 馈 控 制 ， 效 提 高 了光 源稳 定性 ； 介 采 有
＝
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因为 电感 输 入 输 出 电流相 等 ， 以有 ： 所
Ｐｉ × Ｉｎ ｏ
连 续 的能 量 供 给 。
Ｃ
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由此 可 见 ， 一 定 工 作 频 率 下 ， 变 导 通 时 间 在 改
（ 即调 节 导 通 脉 冲 的 宽 度 ） 可 调 节 、 定 输 出 即 稳
ＡＶ２２
输 出
放 电 ， 脉 冲 电压 的顶 部 倾 斜 。 过 测 试 ， 率 稳 使 经 功
定 度 ＜０ ５％。 ．
Ｒ１
Ｃｌ
图 ４ 触 发 电 路 原 路 图
３ 结 束 语
恒 功 率 开 关 汞 灯 电源 的研 制 ， 目前 已应 用 在 ２ ０Ｗ 到 １０ ０Ｗ 多 种 型 号 的汞 灯 电源 中 ，广 泛 ０ ０
功 率 ， 到 稳 定光 强 的 目的 。 达
１２ 功 率 控 制 电 路 ．
Ａ
出
＿
要 提 高 光 源 的 光 强 稳 定 性 ， 须 要 供 给 超 高 必
控 制 驱 动 电路
图 ２ 功 率 电 路 示 意 图
压 汞 灯 稳 定 的 供 电功 率 ， 就 要 求 功 率 控 制 电路 这 不 仅 能 稳 定 可 靠 的 工 作 ，而 且 要 响应 速 度 快 ， 灵 敏 度 高 ， 能 降低 汞 灯 功 率 的波 动 ， 证 光 强 的 才 保
图 ５所 示 。
电流 信 号
参考信 号
图 ３ 控 制 电 路 框 图
０
１３ 高压 触 发 电路 ．
超 高 压 汞 灯 属 于 高 强度 气 体放 电 灯 ，须 用 数
千 伏 乃 至上 万 伏 的高 压 才 能触 发 点 燃 ，为 保 证 汞 灯 的正 常起 弧 ，触 发 电路 需 能 产 生 １ Ｖ 以上 的 ０ｋ 高 压 脉 冲 ， 时为 了保 证 汞灯 能有 长 的 寿命 ， 同 点灯 时需 要起 弧 时 间短 ， 发 器 功 率适 当 ， 则 会 影 响 触 否 灯 的使 用 寿 命 。
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电子 专 用 设 备 研 究
电 子 工 业 专 用 设 蚤
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用 霍 尔 磁 平 衡 传 感 器 （ 应 时 间 ＜５ ０ ｎ ） 反 应 反 ０ ｓ，
现 象 ， 分 析 原 因 ， 是 高 压 触 发 干 扰 窜 入 控 制 电 路 ， 致 控 制 系 统 紊 乱 ， 别 对 干 扰 源 和 干 扰 对 导 分
号 作 为 反 馈 信 号 与 功 率 给 定 信 号 比较 ， 通 过 脉 再 宽 控 制 电路 （ ＷＭ） 节 功 率 电路 的 输 出 、 定 Ｐ 调 稳 输 出功 率 。调 节 系 统 采 用 模 拟 电 路 控 制 ， 号 传 信 输 时 间 短 ， 应 速 度 快 。 电压 电流 信 号 检 测 元 件 反
ｕｉｇａａｏ ｕ ｏ ｒ ｅｄ ａｋｃｎ ｏ，ｅｆ ｔ ｅ ｒｖｎ ｏ ｅ ａ ｉｔ． ｈ ｒ ｃ ｌ ａ ｄｍａｏ ｓ ｎ ｌｇ ｅｐ ｗｅ ｅｂ ｃ ｏ ｔ ｌ ｆ ｃｉ ｌ ｉ ｏ ｉｇｐ ｗ ｒ ｔ ｌｙ Ｔ ｅ ｉ ｉ ｅ ｎ ｊ ｒ ｎ ｆ ｒ ｅ ｖ ｙ ｍｐ ｓｂ ｉ ｐｎｐ
（ ｈ ５ ｅｅｒｈＩｓｔｔ ｆＣ Ｔ Ｂ ｉｎ ０ ６ Ｃ ｉａ Ｔ ｅ４ Ｒ ｓａｃ ｔｕｅ Ｅ Ｃ， ｅ ｉｇ１ ０ ， ｈｎ ） ｎｉ ｏ ｊ １ ７
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａ ｕ ｅ － ｉ ｈ ｐ ｅ ｓ ｒ ｒ ｕ ｙ ｌｍｐ ｐ ｗｅ ｆ ｍａ ｋ ａ ｉ ｎ ｒ ｉ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｓ ｐ ｒｈ ｇ ｒ ｓ ｕ ｅ ｍｅ ｃ ｒ ａ ｏ ｒ ｏ ｓ ｌ ｅ ｓ ｎ ｒ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｇ ｏ
当 任 一 整 流 管 导 通 时 （ｏ 半 桥 电路 通 过 高 ＴＤ，
频 变压 器 、 恢 复 二 极 管 向 电感 储 存 磁 能 ， 时 快 同 供 给输 出 电流 ； 电感 上 的 电压 电流 方 程 为 ：
一 ＝
通过 乘法器 相乘（ Ｐ：Ｕ×，， 成 功 率 型 号 ， 信 １形 此
图 １ 超 高压 汞 灯 电 源 原 理 框 图
在 释 放 磁 能 的 同时 供 给 输 出 电流 。 此 时 电感 上
的 电压 电流 方 程 为 ：
Ｕｏ ＝ Ｌ ×
１ １ 功 率 电 路 ．
微 电子 专 用 设 备 对 电源 可 靠 性 要 求 高 ，功 率 电路 是 功 率 传 输通 道 ，其 能 否 长 时 间 可 靠 运 行 是
＝
×
上 式 左 边 为 整 流 管 截 止 期 间 电感 Ｌ上 电流 的