快门装置及其控制方法、光刻机及其曝光剂量控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种快门装置及其控制方法、光刻机及其曝光剂量控制方法，该快门装置包括：挡光单元和音圈电机，音圈电机包括永磁模块、驱动导轨模块和线圈结构，所述驱动导轨模块和所述线圈结构设置在所述永磁模块中间，所述线圈结构设置在所述驱动导轨模块上，所述永磁模块在所述驱动导轨模块内部产生磁场，所述线圈结构通电后产生与所述驱动导轨模块磁场方向相反或相同的磁场，使其沿所述驱动导轨模块往复运动，所述挡光单元包括两组快门叶片，所述快门叶片与所述线圈结构连接。本发明专利技术通过设置音圈电机，使音圈电机的线圈结构直接与挡光单元连接，大大减小了快门叶片的开闭时间，进而提高了小剂量曝光产率，提高了单位时间内的光源利用率。

Shutter device and its control method, lithography machine and exposure dose control method thereof

The invention discloses a shutter device and a control method, a photolithography machine and an exposure dose control method. The shutter device includes a light blocking unit and a voice coil motor. The voice coil motor includes a permanent magnet module, a driving guide module and a coil structure. The driving guide module and the coil structure are arranged in the permanent magnet module. The coil structure is arranged on the driving guide module. The permanent magnet module generates a magnetic field inside the driving guide module, and the coil structure generates a magnetic field that is opposite or equal to the direction of the driving guide module, so that the magnetic field is reciprocating along the driving guide module, and the light retaining unit package is carried out. It consists of two sets of shutter blades, which are connected with the coil structure. By setting the voice coil motor, the coil structure of the voice coil motor is connected directly with the light retaining unit, and the opening and closing time of the shutter blade is greatly reduced, and the exposure rate of small dose exposure is improved and the utilization rate of light source in unit time is improved.

【技术实现步骤摘要】
快门装置及其控制方法、光刻机及其曝光剂量控制方法
本专利技术涉及光刻机领域，特别涉及一种快门装置及其控制方法、光刻机及其曝光剂量控制方法。
技术介绍
光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图。经常使用的基片为表面涂有光敏感介质的半导体晶片或玻璃基片。在光刻过程中，晶片放在晶片台上，通过处在光刻设备内的曝光装置，将特征构图投射到晶片表面。光刻机的一个重要指标是曝光剂量，对于曝光剂量的精确控制直接影响着一台光刻机的刻蚀精度。现有中低端光刻机的曝光系统采用高压汞灯作为光源，曝光开始、结束由光路中的机械快门控制，曝光剂量大小由曝光时间确定。具体过程如下：首先通过预热和环境控制使高压汞灯输出光功率达到稳定；接着，计算曝光时间，打开快门开始曝光，同步计时开始；最后，时间到，关闭快门，曝光结束。应用于曝光的快门机械形式根据快门叶片运动形式主要分为旋转式快门及直线式快门。快门运动控制方式主要包含开环式控制及闭环式控制。现有技术中揭示了双叶片旋转式直驱方式，运动主体为动磁铁，采用改变线圈组内部电流方向产生磁场方向变化，吸附永磁铁直线运动，但对速度未有明确体现。现有技术中还公开了一种电磁直线运动驱动结构，但该结构的应用工况为相机领域，通光孔径直径小于10mm，且相机工况的光强能量较低，并不适用于光刻机。现有技术中还提出一种采用旋转电机作为驱动的单叶片的旋转式快门，并采用闭环控制进行曝光开闭位置控制，快门最小开闭时间在150ms～170ms之间，在2000mW/cm2工况下最小剂量为300mj。但是，此快门面临的主要问题如下：(1)对于小于300mj的工艺剂量需要通过照度衰减结构的能量衰减方式实现小剂量曝光；(2)由于开闭时间的限制，小剂量曝光产率存在比较明显劣势；(3)由于照度衰减机构的存在以及快门开闭速度的限制，导致单位时间内光源利用率降低。
技术实现思路
本专利技术提供一种快门装置及其控制方法、光刻机及其曝光剂量控制方法，以减小快门开闭时间，提高小剂量曝光产率并提高光源利用率。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种快门装置，包括：挡光单元和音圈电机，其中，所述音圈电机包括永磁模块、驱动导轨模块和线圈结构，所述驱动导轨模块和所述线圈结构设置在所述永磁模块中间，所述线圈结构设置在所述驱动导轨模块上，所述永磁模块在所述驱动导轨模块内部产生磁场，所述线圈结构通电后产生与所述驱动导轨模块磁场方向相反或相同的磁场，使其沿所述驱动导轨模块往复运动，所述挡光单元包括两组快门叶片，所述快门叶片与所述线圈结构连接。作为优选，所述永磁模块包括对称布置的两组永磁铁组，每组永磁铁组包括两块永磁铁，所述驱动导轨模块设于所述两块永磁铁之间，所述线圈结构包括两个线圈，一个线圈对应一组永磁铁组。作为优选，所述驱动导轨模块采用铁芯。作为优选，所述驱动导轨模块为弧形或者半圆形。作为优选，所述两组快门叶片剪刀式铰接，且两快门叶片之间存在重叠。作为优选，所述快门叶片采用铝制叶片。作为优选，所述快门叶片表面经过黑色阳极氧化工艺处理。作为优选，所述快门装置还包括罩设在音圈电机和挡光单元外部的罩壳，所述罩壳上与挡光单元对应位置处开设有通光孔径。作为优选，所述罩壳上设有冷却气入口，用于通入压缩空气对所述音圈电机和挡光单元冷却。作为优选，所述快门叶片的直径大于所述通光孔径的直径。作为优选，所述快门叶片与所述线圈结构之间还设置有轴承转轴组件。作为优选，所述轴承转轴组件包括：轴承座、安装在所述轴承座上的转轴、设在所述转轴上的轴承以及与所述轴承配合的轴套，所述转轴与所述快门叶片以及线圈结构连接。作为优选，所述转轴与所述轴承、所述轴承与所述轴套之间过渡配合。作为优选，所述轴承采用双深沟球轴承。作为优选，所述快门装置还包括位置探测器，所述位置探测器安装在所述轴承转轴组件上，且位置与所述快门叶片对应。作为优选，所述快门叶片的重心相对所述快门叶片的转轴中心向下偏移，且偏向于快门叶片圆弧侧。本专利技术还提供一种的快门装置的控制方法，包括：根据光斑大小确定音圈电机的输出力；根据音圈电机的输出力确定线圈结构控制板卡的输出电流，所述线圈结构控制板卡输出正方向电流控制快门叶片加速，所述线圈结构控制板卡输出反方向电流控制快门叶片减速，通过打开加速、打开减速、关闭加速和关闭减速四个速率控制阶段实现所述快门叶片的开闭，同时设定快门叶片处于打开加速、打开减速、关闭加速和关闭减速状态时的通电时间。作为优选，无动作时，所述线圈结构控制板卡的输出电流远小于控制快门叶片加速的正向电流及控制快门叶片减速的反向电流，使快门叶片处于静止状态。作为优选，根据光斑大小确定音圈电机的输出力的步骤包括：根据光斑大小确定单个快门叶片的旋转行程，根据该旋转行程计算开闭过程中快门叶片所需的推力，进而确定音圈电机的输出力。作为优选，还包括：优化所述线圈结构控制板卡的输出电流峰值，对所述快门叶片进行S型速度曲线控制。本专利技术还提供一种采用快门装置进行曝光剂量控制的光刻机。本专利技术还提供一种应用于所述的光刻机的曝光剂量控制方法，包括：接收曝光剂量指令，根据所述曝光剂量确定所述音圈电机的输出力，根据所述音圈电机的输出力确定线圈结构控制板卡的输出电流和通电时间，所述线圈结构控制板卡输出正向电流使所述快门装置进行打开加速动作，加速结束后所述线圈结构控制板卡输出反向电流使所述快门装置进行打开减速动作；减速电流结束后，所述线圈结构控制板卡输出保持电流进入等待阶段；根据能量时间积分判定条件等待关闭命令下发，关闭命令下发后，所述线圈结构控制板卡输出正向电流使所述快门装置进行关闭加速动作，加速结束后所述线圈结构控制板卡输出反向电流使得所述快门装置进行关闭减速动作，这样单次曝光剂量控制过程完成。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术通过采用两组快门叶片配合，可以减小快门叶片行程；另一方面采用可以提供大扭矩的音圈电机，两者配合，使得本专利技术的光刻机曝光快门装置可以实现以下技术指标：单叶片开闭角度达20°，通光直径为40mm，最小开闭时间为28.4ms，大大提高了快门叶片的开闭时间，而且单个快门叶片的驱动平均功率15.3W；照度工况2500mW/cm2，快门叶片处光功率为170W时的最小曝光剂量为80mj，小剂量曝光产率至少提升了3倍，无需使用照度衰减机构，提高了单位时间内的光源利用率。附图说明图1为本专利技术实施例1中快门装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例1中音圈电机的结构示意图；图3为本专利技术实施例1中轴承转轴组件的结构示意图；图4为本专利技术实施例1中快门叶片质心位置示意图；图5为本专利技术实施例1中快门叶片与罩壳之间的位置关系图；图6为本专利技术实施例1中快门叶片速率控制示意图；图7为本专利技术实施例1中快门装置的开环电流控制原理示意图；图8为本专利技术实施例1中光刻机曝光过程能量探测示意图；图9为本专利技术实施例2中快门叶片优化速率控制示意图。图中所示：100-音圈电机、110-永磁模块、111-永磁铁、120-驱动导轨模块、130-线圈、200-快门叶片、300-轴承转轴组件、310-轴承座、320-转轴、330-轴承、340-轴套、400-位置探测器、500-罩壳、510-通光孔径。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快门装置，其特征在于，包括：挡光单元和音圈电机，其中，所述音圈电机包括永磁模块、驱动导轨模块和线圈结构，所述驱动导轨模块和所述线圈结构设置在所述永磁模块中间，所述线圈结构设置在所述驱动导轨模块上，所述永磁模块在所述驱动导轨模块内部产生磁场，所述线圈结构通电后产生与所述驱动导轨模块磁场方向相反或相同的磁场，使其沿所述驱动导轨模块往复运动，所述挡光单元包括两组快门叶片，所述快门叶片与所述线圈结构连接。

【技术特征摘要】
1.一种快门装置，其特征在于，包括：挡光单元和音圈电机，其中，所述音圈电机包括永磁模块、驱动导轨模块和线圈结构，所述驱动导轨模块和所述线圈结构设置在所述永磁模块中间，所述线圈结构设置在所述驱动导轨模块上，所述永磁模块在所述驱动导轨模块内部产生磁场，所述线圈结构通电后产生与所述驱动导轨模块磁场方向相反或相同的磁场，使其沿所述驱动导轨模块往复运动，所述挡光单元包括两组快门叶片，所述快门叶片与所述线圈结构连接。2.如权利要求1所述的快门装置，其特征在于，所述永磁模块包括对称布置的两组永磁铁组，每组永磁铁组包括两块永磁铁，所述驱动导轨模块设于所述两块永磁铁之间，所述线圈结构包括两个线圈，一个线圈对应一组永磁铁组。3.如权利要求1或2所述的快门装置，其特征在于，所述驱动导轨模块采用铁芯。4.如权利要求1或2所述的快门装置，其特征在于，所述驱动导轨模块为弧形或者半圆形。5.如权利要求1所述的快门装置，其特征在于，所述两组快门叶片剪刀式铰接，且两快门叶片之间存在重叠。6.如权利要求1所述的快门装置，其特征在于，所述快门叶片采用铝制叶片。7.如权利要求1所述的快门装置，其特征在于，所述快门叶片表面经过黑色阳极氧化工艺处理。8.如权利要求1所述的快门装置，其特征在于，所述快门装置还包括罩设在音圈电机和挡光单元外部的罩壳，所述罩壳上与挡光单元对应位置处开设有通光孔径。9.如权利要求8所述的快门装置，其特征在于，所述罩壳上设有冷却气入口，用于通入压缩空气对所述音圈电机和挡光单元冷却。10.如权利要求8所述的快门装置，其特征在于，所述快门叶片的直径大于所述通光孔径的直径。11.如权利要求1所述的快门装置，其特征在于，所述快门叶片与所述线圈结构之间还设置有轴承转轴组件。12.如权利要求11所述的快门装置，其特征在于，所述轴承转轴组件包括：轴承座、安装在所述轴承座上的转轴、设在所述转轴上的轴承以及与所述轴承配合的轴套，所述转轴与所述快门叶片以及线圈结构连接。13.如权利要求12所述的快门装置，其特征在于，所述转轴与所述轴承、所述轴承与所述轴套之间过渡配合。14.如权利要求12所述的快门装置，其特征在于，所述轴承采用双深沟球轴承。15.如权利要求11所述的快门装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋志勇，章富平，王彦飞，
申请(专利权)人：上海微电子装备集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31