CN107450273A - 双叶门快门装置、光刻机曝光系统及光刻机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双叶门快门装置，包括主动旋转轴、被动旋转轴、第一曲柄摇杆组件、第二曲柄摇杆组件、第一叶片和第二叶片，所述第一叶片经所述第一曲柄摇杆组件被所述主动旋转轴驱动绕所述被动旋转轴旋转，所述第二叶片经所述第二曲柄摇杆组件被所述主动旋转轴驱动绕所述被动旋转轴旋转，所述主动旋转轴和被动旋转轴的轴心互相平行；所述第一叶片和第二叶片随着所述主动旋转轴的旋转分别沿顺时针和逆时针绕所述被动旋转轴做同幅度旋转，从而实现所述第一叶片与第二叶片的接合与打开。

Description

双叶门快门装置、光刻机曝光系统及光刻机
技术领域
本发明涉及光刻机的改进，尤其涉及一种基于四连杆联动的双叶门快门装置、光刻机曝光系统及光刻机。
背景技术
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最小线宽，曝光剂量的过大或不足都将影响光刻胶显影效果，从而降低最小线宽指标。曝光剂量的精密控制，为整个光刻工艺稳定打好基础。
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，同步开始计时；
最后时间到，关闭快门，曝光结束。
在申请号为201410855707.0的专利《一种用于光刻机曝光分系统的自阻尼快门装置》介绍了一直能实现两个叶片运动高度一致性的曝光快门，但这类使用音圈电机驱动的方法中通常都需要设置行程限位装置，在运动控制中撞击限位块后的震荡直接作用于叶片上，要实现叶片的高稳定性控制的实现上存在一定复杂性及需要较大的调试工作量。
其余采用旋转电机直接驱动叶片旋转的快门装置在行程终点时容易产生震荡，影响叶片的稳定性进而影响曝光性能。若要实现叶片的制动时的高稳定性往往需要复杂的控制方法来保证。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何提高快门的同步性、稳定性和高响应性能。
为了解决这一技术问题，本发明提供了一种双叶门快门装置，包括主动旋转轴、被动旋转轴、第一曲柄摇杆组件、第二曲柄摇杆组件、第一叶片和第二叶片，所述第一叶片经所述第一曲柄摇杆组件被所述主动旋转轴驱动绕所述被动旋转轴旋转，所述第二叶片经所述第二曲柄摇杆组件被所述主动旋转轴驱动绕所述被动旋转轴旋转，所述主动旋转轴和被动旋转轴的轴心互相平行；所述第一叶片和第二叶片随着所述主动旋转轴的旋转分别沿顺时针和逆时针绕所述被动旋转轴做同幅度旋转，从而实现所述第一叶片与第二叶片的接合与打开。
可选的，所述第一曲柄摇杆组件包括第一连杆、第一摇杆和第一曲柄，所述第二曲柄摇杆组件包括第二连杆、第二摇杆和第二曲柄，所述第一曲柄和第二曲柄的一端均与所述主动旋转轴固定连接，从而实现同步旋转，所述第一连杆的一端旋转连接所述第一曲柄的另一端，所述第二连杆的一端旋转连接所述第二曲柄的另一端，所述第一连杆的另一端旋转连接所述第一摇杆的一端，所述第二连杆的另一端旋转连接所述第二摇杆的一端，所述第一摇杆与第一叶片同步旋转，所述第二摇杆与第二叶片同步旋转，且所述第一摇杆、第一叶片、第二摇杆和第二叶片均旋转连接于所述被动旋转轴。
可选的，所述第一叶片和第二叶片接合状态和/或完全打开状态下，所述第一曲柄和第二曲柄与所述第一叶片和第二叶片的接合线所在直线的夹角相同。
可选的，所述第一叶片和第二叶片接合状态和/或完全打开状态下，所述第一连杆和第二连杆与所述第一叶片和第二叶片的接合线所在直线的夹角相同，所述第一摇杆和第二摇杆与所述第一叶片和第二叶片的接合线所在直线的夹角相同。
可选的，所述第一曲柄和第二曲柄通过绕所述主动旋转轴的轴心旋转180度实现接合与完全打开状态的转换。
可选的，所述主动旋转轴被动力装置驱动旋转。
可选的，所述第一曲柄摇杆组件和第二曲柄摇杆组件沿所述主动旋转轴和被动旋转轴的轴向方向错位布置。
本发明还提供了一种光刻机曝光系统，包括本发明可选方案提供的双叶片快门装置以及光源，所述光源位于所述双叶片快门装置的一侧，从而使得光能经打开的所述第一叶片和第二叶片之间穿过。
所述光源采用高压汞灯。
本发明还提供了一种光刻机，包括本发明可选方案提供的光刻机曝光系统。
本发明采用曲柄摇杆组件可有效的将一般的旋转运动或其他开闭过程带有冲击的运动转化为具有正弦特性的柔性运动，有效实现了叶片运动的稳定性。进一步来说，所述第一叶片和第二叶片随着所述主动旋转轴的旋转分别沿顺时针和逆时针绕所述被动旋转轴做同幅度旋转，从而实现所述第一叶片与第二叶片的接合与打开。
而且，本发明优选方案中：
通过曲柄摇杆机构将快门叶片的运动范围直接通过传动机构设计来保证，无需额外设置行程限位装置；
采用曲柄摇杆机构可有效的将一般的旋转运动或其他开闭过程带有冲击的运动转化为具有正弦特性的柔性运动，有效实现了叶片运动的稳定性，尤其是在叶片运动到极限位置处能有效实现柔和过渡。
附图说明
图1是本发明一实施例中双叶片快门装置的单叶片驱动示意图；
图2是本发明一实施例中双叶片快门装置的接合状态示意图；
图3是本发明一实施例中双叶片快门装置的打开状态示意图；
图4是本发明一实施例中双叶片快门装置的尺寸示意图；
图5是本发明一实施例中双叶片快门装置的立体结构示意图；
图6至图8分别是本发明可选实施例中角加速度、角速度和角位移的特性曲线示意图；
图中，1-第一曲柄摇杆组件；11-第一曲柄；12-第一连杆；13-第一摇杆2-第二曲柄摇杆组件；21-第二曲柄；22-第二连杆；23-第一摇杆；3-主动旋转轴；4-被动旋转轴；5-通光孔；6-第一叶片；7-第二叶片。
具体实施方式
以下将结合图1至图8对本发明提供的双叶门快门装置、光刻机曝光系统及光刻机进行详细的描述，其为本发明可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
本发明提供了一种双叶门快门装置，包括主动旋转轴3、被动旋转轴4、第一曲柄摇杆组件1、第二曲柄摇杆组件2、第一叶片6和第二叶片7，所述第一叶片6经所述第一曲柄摇杆组件1被所述主动旋转轴3驱动绕所述被动旋转轴4旋转，所述第二叶片7经所述第二曲柄摇杆组件2被所述主动旋转轴3驱动绕所述被动旋转轴4旋转，所述主动旋转轴3和被动旋转轴4的轴心互相平行；所述第一叶片6和第二叶片7随着所述主动旋转轴3的旋转分别沿顺时针和逆时针绕所述被动旋转轴4做同幅度旋转，从而实现所述第一叶片6与第二叶片7的接合与打开。
在本发明优选的实施例中，所述第一曲柄摇杆1组件包括第一连杆12、第一摇杆13和第一曲柄11，所述第二曲柄摇杆组件2包括第二连杆22、第二摇杆23和第二曲柄21，所述第一曲柄11和第二曲柄21的一端均与所述主动旋转轴3固定连接，从而实现同步旋转，所述第一连杆12的一端旋转连接所述第一曲柄11的另一端，所述第二连杆22的一端旋转连接所述第二曲柄21的另一端，所述第一连杆12的另一端旋转连接所述第一摇杆13的一端，所述第二连杆22的另一端旋转连接所述第二摇杆23的一端，所述第一摇杆13与第一叶片6同步旋转，所述第二摇杆23与第二叶片7同步旋转，且所述第一摇杆13、第一叶片6、第二摇杆23和第二叶片7均旋转连接于所述被动旋转轴4。
进一步具体来说，由图1可知，快门装置主要由两套曲柄摇杆机构组成，其中曲柄可绕着固定旋转轴旋转，叶片可绕着固定旋转轴旋转，曲柄通过连杆与摇杆相连，可实现曲柄摇杆的功能。
由图2可知，为了实现两个叶片的运动同步性及一致性，该快门装置中的两套的曲柄是组合在一起的构成一个件，即实现同步旋转，一个旋转输入即可驱动两个曲柄同时运动；为了实现叶片开闭状态的运动平稳性及对称性，该快门装置设计时，在叶片完全打开和关闭的状态位置时曲柄和连杆是共线分布的，且此时两套曲柄摇杆机构是基于垂向面对称分布的。
请参考图4，其中L1为曲柄的长度，L2为连杆的长度，L3为摇杆在两个极限位置时末端的距离。θ为摇杆运动角度(叶片运动角度)。H为两个固定旋转轴的间距，两个曲柄结合为一个件L1＝L1’。
此处选取当两个曲柄相互垂直分布时的情况作为例子进行分析，结合图3可知当已知叶片打开角度θ及两个固定旋转轴间距H时，即可计算出曲柄、连杆以及摇杆的长度，其中有L3＝2L1。当曲柄1绕旋转轴4旋转时叶片逐渐打开，当曲柄旋转180°时，摇杆(叶片)由完全闭合位置到完全打开位置。继续旋转180°摇杆(叶片)则由完全打开的位置摆动到完全闭合的位置。
该设计方案在起始和终止位置处曲柄和连杆呈共线分布，因此不管此时曲柄的速度为多少摇杆的速度始终为零，当曲柄为匀速运动时摇杆整体呈现类正弦式运动规律，具体运动特性可参见图3。
可见，本发明优选方案中：
该装置采用曲柄摇杆机构实现快门叶片的摆动，曲柄的旋转作为动力输入，摇杆的摆动作为动力输出件，叶片设计在摇杆上，可实现连续开闭；
其中曲柄作为运动输入轴，通过带有曲轴特性的转轴设计将两曲柄有效结合，实现两个叶片的同步运动，基于所述机构可通过调整机构尺寸来实现不同行程的开闭运动；
采用曲柄摇杆机构可有效的将一般的旋转运动或其他开闭过程带有冲击的运动转化为具有正弦特性的柔性运动，有效实现了叶片运动的稳定性，尤其是在叶片运动到极限位置处能有效实现柔和过渡；
在本发明进一步可选的实施例中，请分别参考图2和图3，所述第一叶片6和第二叶片7接合状态和/或完全打开状态下，所述第一曲柄11和第二曲柄21与所述第一叶片6和第二叶片7的接合线所在直线的夹角相同。其也可理解为关于该直线对称，但其实际沿如图5所示的Z轴方向上具有错位。所以，进一步可选方案中，所述第一曲柄摇杆组件和第二曲柄摇杆组件沿所述主动旋转轴和被动旋转轴的轴向方向错位布置。
本发明进一步可选实施例中，请参考图2和图3，所述第一曲柄11和第二曲柄21通过绕所述主动旋转轴3的轴心旋转180度实现接合与完全打开状态的转换。进而通过半圈的旋转可以实现开闭，一圈的旋转可以实现一个开闭循环。进一步来说，实际应用中由于固定旋转轴3上要实现两个曲柄摇杆的旋转，且设计中要实现开闭位置时曲柄与连杆的共线，因此往往需要将该轴设计为带有曲轴特性的组合轴来解决空间干涉问题。
本发明进一步可选的实施例中，所述主动旋转轴3被动力装置驱动旋转。其可以为步进电机和/或标定气缸等等，本发明不限于任何形式的动力，只要能实现旋转驱动就不脱离本发明的保护范围。
除了以上描述外，图6至图8为快门叶片运动特性图，当曲柄的输入为匀速旋转时，输出为两个摇杆(叶片)的摆动，图中右边由下往上依次为摇杆的运动角加速度、角速度及角位移曲线，两摇杆最终实现一组镜像的运动特性。
基于以上提到的双叶片快门装置，本发明还提供了一种光刻机曝光系统，包括本发明可选方案提供的双叶片快门装置以及光源，所述光源位于所述双叶片快门装置的一侧，从而使得光能经打开的所述第一叶片和第二叶片之间穿过。
本发明还提供了一种光刻机，包括本发明可选方案提供的光刻机曝光系统。
综上所述，本发明采用曲柄摇杆组件可有效的将一般的旋转运动或其他开闭过程带有冲击的运动转化为具有正弦特性的柔性运动，有效实现了叶片运动的稳定性。进一步来说，所述第一叶片和第二叶片随着所述主动旋转轴的旋转分别沿顺时针和逆时针绕所述被动旋转轴做同幅度旋转，从而实现所述第一叶片与第二叶片的接合与打开。

Claims (10)

1.一种双叶门快门装置，其特征在于：包括主动旋转轴、被动旋转轴、第一曲柄摇杆组件、第二曲柄摇杆组件、第一叶片和第二叶片，所述第一叶片经所述第一曲柄摇杆组件被所述主动旋转轴驱动绕所述被动旋转轴旋转，所述第二叶片经所述第二曲柄摇杆组件被所述主动旋转轴驱动绕所述被动旋转轴旋转，所述主动旋转轴和被动旋转轴的轴心互相平行；所述第一叶片和第二叶片随着所述主动旋转轴的旋转分别沿顺时针和逆时针绕所述被动旋转轴做同幅度旋转，从而实现所述第一叶片与第二叶片的接合与打开。
2.如权利要求1所述的双叶门快门装置，其特征在于：所述第一曲柄摇杆组件包括第一连杆、第一摇杆和第一曲柄，所述第二曲柄摇杆组件包括第二连杆、第二摇杆和第二曲柄，所述第一曲柄和第二曲柄的一端均与所述主动旋转轴固定连接，从而实现同步旋转，所述第一连杆的一端旋转连接所述第一曲柄的另一端，所述第二连杆的一端旋转连接所述第二曲柄的另一端，所述第一连杆的另一端旋转连接所述第一摇杆的一端，所述第二连杆的另一端旋转连接所述第二摇杆的一端，所述第一摇杆与第一叶片同步旋转，所述第二摇杆与第二叶片同步旋转，且所述第一摇杆、第一叶片、第二摇杆和第二叶片均旋转连接于所述被动旋转轴。
3.如权利要求2所述的双叶门快门装置，其特征在于：所述第一叶片和第二叶片接合状态和/或完全打开状态下，所述第一曲柄和第二曲柄与所述第一叶片和第二叶片的接合线所在直线的夹角相同。
4.如权利要求2所述的所述的双叶门快门装置，其特征在于：所述第一叶片和第二叶片接合状态和/或完全打开状态下，所述第一连杆和第二连杆与所述第一叶片和第二叶片的接合线所在直线的夹角相同，所述第一摇杆和第二摇杆与所述第一叶片和第二叶片的接合线所在直线的夹角相同。
5.如权利要求2所述的所述的双叶门快门装置，其特征在于：所述第一曲柄和第二曲柄通过绕所述主动旋转轴的轴心旋转180度实现接合与完全打开状态的转换。
6.如权利要求1所述的双叶门快门装置，其特征在于：所述主动旋转轴被动力装置驱动旋转。
7.如权利要求1所述的双叶门快门装置，其特征在于：所述第一曲柄摇杆组件和第二曲柄摇杆组件沿所述主动旋转轴和被动旋转轴的轴向方向错位布置。
8.一种光刻机曝光系统，其特征在于：包括如权利要求1至7任意之一所述的双叶片快门装置以及光源，所述光源位于所述双叶片快门装置的一侧，从而使得光能经打开的所述第一叶片和第二叶片之间穿过。
9.如权利要求8所述的光刻机曝光系统，其特征在于：所述光源采用高压汞灯。
10.一种光刻机，其特征在于：包括如权利要求8所述的光刻机曝光系统。
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