一种光刻设备中超高压汞灯的启动电流限制电路

摘要

本发明涉及一种光刻设备中超高压汞灯的启动电流限制电路，包括检测超高压汞灯电流信号的电流传感器、电流基准信号电路、滞回比较器、三极管开关电路及输入端经三极管开关电路与滞回比较器输出端连接的脉宽控制器；滞回比较器通过将电流传感器采样的超高压汞灯电流信号电平与电流基准信号电路设定的基准信号电平相比较，控制三极管开关电路导通或截止来控制脉宽控制器同相输入端电平下拉或恢复，控制超高压汞灯启动电流在一安全范围。本发明能可靠控制超高压汞灯启动冲击电流在一安全范围，并且启动电流可通过电流基准信号电路设定，超高压汞灯从启动到进入稳定状态，过渡过程平稳，保证超高压汞灯能够安全启动，保证了光刻设备可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光刻设备中超高压汞灯的启动电流限制电路。

背景技术

微电子光刻设备采用超高压汞灯作为发光源，超高压汞灯是利用汞蒸汽导电而发出紫外光的发光器件，需高压启动方可点亮，点亮瞬间两极处于短路状态，如果没有可靠的限流措施，电流会失去控制烧毁汞灯，酿成事故，因此，必须控制启动电流在一个安全范围；启动电流太小则不易点亮，太大则存在安全隐患。

目前，光刻设备超高压汞灯供电电源多采用线性电源或开关恒流源；线性电源笨重，启动电流不易调节，逐渐处于淘汰的态势；开关恒流源在超高压汞灯从启动到进入稳定状态过程中，电流从最大启动电流回落至工作电流，是分段跳变回落的，过渡过程很不平稳，容易造成超高压汞灯熄灭。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠的光刻设备中超高压汞灯启动电流限制电路，旨在解决现有超高压汞灯供电电源启动电流不易调节，启动到进入稳定状态，过渡过程电流不平稳，超高压汞灯容易熄灭的问题。

为实现上述的目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种光刻设备中超高压汞灯的启动电流限制电路，包括用于检测超高压汞灯电流信号的电流传感器、电流基准信号电路、滞回比较器、开关电路以及输入端经所述开关电路与所述滞回比较器输出端连接，并用于接收功率控制电路输出的功率控制信号以及功率基准电路输出的功率基准信号后输出控制信号至驱动电路的脉宽控制器；所述电流传感器输出端接所述滞回比较器信号输入端；所述电流基准信号电路输出端接所述滞回比较器基准输入端；所述滞回比较器通过将所述电流传感器采样的超高压汞灯电流信号电平与所述电流基准信号电路设定的基准信号电平相比较，控制所述三极管开关电路导通或截止来控制所述脉宽控制器同相输入端电平下拉或恢复，控制所述超高压汞灯启动电流在一安全范围。

所述电流基准信号电路包括基准电压源、电位器RP1、电阻R4，电位器RP1动臂与其一端连接后接在所述基准电压源输出端，另一端经电阻R4接地。

所述滞回比较器包括运算放大器及电阻R1、R2、R3；所述运算放大器同相输入端经电阻R2接所述电流传感器输出端，电阻R1接在所述电流传感器的输出端与地之间，电阻R3接在所述运算放大器同相输入端和输出端之间，所述运算放大器反相输入端经所述电位器RP1接在所述基准电压源输出端，电阻R4接在所述运算放大器反相输入端和地之间。

所述三极管开关电路包括开关三极管V1、电阻R5、电容C1和二极管V2；所述三极管V1基极经电阻R5接在所述运算放大器输出端，发射极接二极管V2正极，二极管V2负极接地，集电极接所述脉宽控制器同相输入端；所述电容C1接在所述运算放大器输出端和地之间。

所述电流传感器采用霍尔磁平衡传感器。

本发明通过滞洄比较器将电流传感器检测到的超高压汞灯电流信号电平与设定的基准信号电平比较，并在电流超出最大安全电流时，即电流信号电平大于等于滞洄比较器上门限电平时，通过所述滞洄比较器翻转，使三极管开关电路导通，使脉宽控制器同相输入端电平被迅速拉下，输出脉宽变窄，输出功率急剧下降，进而使超高压汞灯电流亦随之迅速降低；当电流信号电平减小到滞洄比较器下门限电平时，通过三极管开关电路截止，使脉宽控制器同相输入端电平恢复至功率基准电平，从而将启动电流可靠而平稳地限制在一个安全范围内；此后，随着发光点温度的升高，灯内阻逐渐增大，灯电压逐渐升高，电流逐渐降低至工作电流，这样，电流的回落完全随灯内阻的增大而降低，过渡过程非常平稳，且启动电流可通过电流基准信号电路设定，解决了现有超高压汞灯供电电源启动电流不易调节，启动到进入稳定状态过渡过程电流不平稳，超高压汞灯容易熄灭的问题，有效地保证了超高压汞灯能够安全启动，保证了光刻设备的可靠性。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的超高压汞灯的启动电流限制电路的原理框图。

图2所示为本发明实施例提供的超高压汞灯的启动电流限制电路的电路原理图；

图3所示为包含本发明实施例提供的启动电流限制电路的光刻设备中超高压汞灯的开关电源的原理框图。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

参见图1，该图示出了本发明实施例提供的超高压汞灯的启动电流限制电路的原理。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例有关的部分。

一种光刻设备中超高压汞灯的启动电流限制电路，包括用于检测超高压汞灯电流信号的电流传感器、电流基准信号电路、滞回比较器、开关电路以及输入端经所述开关电路与所述滞回比较器输出端连接，并用于接收功率控制电路输出的功率控制信号以及功率基准电路输出的功率基准信号后输出控制信号至驱动电路的脉宽控制器；所述电流传感器输出端接所述滞回比较器信号输入端；所述电流基准信号电路输出端接所述滞回比较器基准输入端；

所述滞回比较器用于通过将所述电流传感器采样的超高压汞灯电流信号电平与所述电流基准信号电路设定的基准信号电平比较，在电流信号电平大于等于滞洄比较器上门限电平时，通过所述滞回比较器翻转，使所述三极管开关电路导通，使所述脉宽控制器的同相输入端电平迅速下降，当电流信号电平小于等于滞洄比较器上门限电平时，所述三极管开关电路截止，使所述脉宽控制器的同相输入端电平再恢复到设定的功率基准电平，从而实现了限制启动电流在一个安全范围内。

参见图2所示，所述的电流基准信号电路包括基准电压源A1、电位器RP1、电阻R4，电位器RP1动臂与其一端连接后接在所述基准电压源A1输出端M2，另一端经电阻R4接地。

所述滞回比较器包括运算放大器N1及电阻R1、R2、R3；所述运算放大器N1同相输入端经电阻R2接所述电流传感器TA1输出端M1，电阻R1接在所述电流传感器TA1的输出端与地之间，电阻R3接在所述运算放大器N1同相输入端和输出端之间，所述运算放大器N1反相输入端经所述电位器RP1接在所述基准电压源A1输出端，电阻R4接在所述运算放大器N1反相输入端和地之间。

所述开关电路采用三极管开关电路，包括开关三极管V1、电阻R5、电容C1和二极管V2；所述三极管V1基极经电阻R5接在所述运算放大器N1输出端，发射极接二极管V2正极，二极管V2负极接地，其集电极接所述脉宽控制器N2同相输入端；所述电容C1接在所述运算放大器N1输出端和地之间。

本发明实施例中，优选的，所述电流传感器TA1采用霍尔磁平衡传感器。

优选的，所述的基准电压源A1的型号为AD586，所述的运算放大器N1的型号为OP07，所述的开关三极管V1的型号为2SC9014，所述的二极管V2的型号为IN4148，所述脉宽控制器N2的型号为SG3524。

参见图3所示，该图3示出了了本发明实施例提供的启动电流限制电路与超高压汞灯开关电源的功率控制电路、功率基准电路以及驱动电路、功率变换电路的连接关系。

通过将本发明实施例提供的如图2所的示启动电流限制电路，与所述超高压汞灯通过图3所示的电路连接后，即可实现本发明的目的。

本发明的工作原理如下：

在超高压汞灯开关电源控制电路中，采用高灵敏度霍尔磁平衡电流传感器TA1检测超高压汞灯电流信号电平V_in，用基准电压源A1、电位器RP1以及电阻R4设定最大启动电流信号基准电平V_ref，将电流信号电平V_in与电流基准信号电路设定的对应最大安全电流的基准信号电平V_ref，通过滞洄比较器进行比较。

当超高压汞灯电流超出最大安全电流，亦即电流信号电平V_in大于等于滞洄比较器上门限电平V_TU ( V_in≥V_TU)时，滞洄比较器翻转，开关管V1导通，脉宽控制器PWM同相输入端电平IN+被迅速拉下，输出脉宽变窄，输出功率急剧下降，超高压汞灯电流亦随之迅速降低，V_in也随之减小；当V_in减小至小于等于滞洄比较器下门限电平V_TL (V_in≤V_TL)时，开关管V1截止，脉宽控制器PWM的同相输入端电平IN+恢复至功率基准电路设定的功率基准电平，这样就可以限制启动电流在一个安全范围。

其中，V_TU和V_TL由下式决定：

V_H为运算放大器N1输出最大值，V_L为运算放大器N1输出最小值。 

本发明通过滞洄比较器将电流传感器检测到的超高压汞灯电流信号电平与设定的基准信号电平比较，并在电流超出最大安全电流时，即电流信号电平大于等于滞洄比较器上门限电平时，通过所述滞洄比较器翻转，使三极管开关电路导通，使脉宽控制器同相输入端电平被迅速拉下，输出脉宽变窄，输出功率急剧下降，进而使超高压汞灯电流亦随之迅速降低；当电流信号电平减小到滞洄比较器下门限电平时，通过三极管开关电路截止，使脉宽控制器同相输入端电平恢复至功率基准电平，从而将启动电流可靠地限制在一个安全范围内，保证了超高压汞灯能够安全启动，从而保证了光刻设备的可靠性。

与现有技术相比，本发明不但实现了可靠地限制超高压汞灯的启动电流在一安全的范围内，而且从启动到进入稳定状态，过渡过程更加平稳，解决了现有超高压汞灯供电电源启动电流不易调节，从启动到进入稳定状态，过渡过程电流不平稳，导致超高压汞灯容易熄灭的问题。 

以上仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可做出若干改进，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。