CN112305865B - 一种可动刀口装置、光刻设备及光刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可动刀口装置、光刻设备及光刻方法，属于光刻设备技术领域。该可动刀口装置通过设置X向振动消除单元和Y向振动消除单元能够减小X向开口尺寸调节单元和Y向开口尺寸调节单元运动时对支撑单元产生的振荡冲击，从而减小对承载该装置的机械系统产生的扰动，提升装置工作时的平稳可靠性，提高加工精度和产品性能；同时，通过设置气浮组件能够减小各轴运动时的阻力，从而实现该装置的高速运动，提高光刻设备的产率。并且，X1模组和X2模组共轨运动及Y1模组和Y2模组共轨运动，简化了集成装调工序和装置结构，提高了集成装配效率和装置可靠性，同时降低成本。

Description

一种可动刀口装置、光刻设备及光刻方法

技术领域

本发明涉及光刻设备技术领域，尤其涉及一种可动刀口装置、光刻设备及光刻方法。

背景技术

大规模集成电路生产是现代微电子技术的核心，而半导体设备是发展集成电路的基础。在当前半导体制造设备中，光刻设备占据最重要地位。光刻技术在经历了接近式/接触式、扫描投影式、步进投影式几个发展阶段后，步进扫描投影式已发展成为目前的主流技术。

步进扫描投影光刻机中最重要的一个部分为曝光系统，曝光系统将产生曝光视场。在光刻过程中，曝光系统的激光光束通过狭缝窗口将掩模版图形投影曝光到工件台上的硅片上。曝光系统通过可动刀口装置调整狭缝窗口的大小。可动刀口装置通常包括四个刀片，该四个刀片两两相对设置，两个方向的刀片相互运动拼接形成狭缝窗口。在驱动装置的驱动下，其中一对刀片能够实现X轴方向运动，另一对刀片能够实现Y轴方向运动。在扫描曝光中，控制可动刀口装置在扫描方向与工件台、掩模台同步扫描运动，实现曝光视场设置和同步扫描曝光。

现有技术公开了一种多刀片共面的可变狭缝装置，采用四片首尾相连、互相嵌套的刀片来形成可变狭缝，主要存在的问题是刀片之间通过机械连接，当一片刀片运动时必须拖动另一片刀片，速度提升时负载变大，对光刻机整机框架造成振动影响，不利于精度控制，且刀片之间不解耦，应用在高速运动工况下磨损加剧，使用寿命大大降低。现有技术还公开了一种可动刀口装置，采用双层运动的布置方法，使X向刀片与Y向刀片之间不再存在互相干扰，并且该装置采用四个直线电机独立驱动四个刀片运动。由于两层刀口不共面，为了保证两层刀口之间的间距最小以及每组刀口之间的平行度和刀口与底板之间的垂直度，要求四个独立轴的加工和装调精度都要很高，装置结构较为复杂。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种可动刀口装置，能够减小模组运动时的阻力，减小刀片运动时对支撑单元的扰动，简化装置结构和装调工序，提升产品性能和生产效率。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种可动刀口装置，包括支撑单元、刀口尺寸调节组件、振动消除组件和气浮组件，其中，

所述支撑单元上设置有通光孔；

所述刀口尺寸调节组件包括：

X向开口尺寸调节单元，沿X轴方向设置于所述支撑单元一侧，所述X向开口尺寸调节单元包括共轨运动的X1模组和X2模组，所述X1模组和所述X2模组能够相对运动，所述X1模组和所述X2模组上分别设有一X向刀片；

Y向开口尺寸调节单元，沿Y轴方向设置于所述支撑单元一侧，所述Y轴方向与所述X轴方向垂直，所述Y向开口尺寸调节单元包括共轨运动的Y1模组和Y2模组，所述Y1模组和所述Y2模组能够相对运动，所述Y1模组和所述Y2模组上分别设有一Y向刀片,两片所述X向刀片和两片所述Y向刀片围合而成预设形状的照明视场，所述通光孔位于所述照明视场中；

所述振动消除组件包括：

X向振动消除单元，沿X轴方向设置于所述支撑单元另一侧，用于抵消所述X向开口尺寸调节单元运动时产生的振动力；

Y向振动消除单元，沿Y轴方向设置于所述支撑单元另一侧，用于抵消所述Y向开口尺寸调节单元运动时产生的振动力；

所述气浮组件设置于所述支撑单元与所述刀口尺寸调节组件之间，及所述支撑单元与所述振动消除组件之间，所述气浮组件被配置为能在所述支撑单元与所述刀口尺寸调节组件之间、所述支撑单元与所述振动消除组件之间形成气膜。

作为上述可动刀口装置的优选技术方案，

所述X向开口尺寸调节单元包括X向气浮导轨，所述X向气浮导轨设置于所述支撑单元一侧，所述X1模组和所述X2模组均滑动设置于所述X向气浮导轨上；

所述Y向开口尺寸调节单元包括Y向气浮导轨，所述Y向气浮导轨设置于所述支撑单元一侧，所述Y1模组和所述Y2模组均滑动设置于所述Y向气浮导轨上。

作为上述可动刀口装置的优选技术方案，

所述X1模组和所述X2模组均包括X向驱动部和X向滑块，所述X向驱动部用于驱动所述X向滑块运动，所述X向滑块滑动设置于所述X向气浮导轨上，所述X向刀片设置于所述X向滑块上；

所述Y1模组和所述Y2模组均包括Y向驱动部和Y向滑块，所述Y向驱动部用于驱动所述Y向滑块运动，所述Y向滑块滑动设置于所述Y向气浮导轨上，所述Y向刀片设置于所述Y向滑块上。

作为上述可动刀口装置的优选技术方案，

所述X向振动消除单元包括第一气浮导轨和第一平衡负载，所述第一气浮导轨相对于所述X向气浮导轨设置于所述支撑单元的另一侧，所述第一平衡负载滑动连接于所述第一气浮导轨，当所述X向开口尺寸调节单元运动时，所述第一平衡负载的运动加速度与所述X向开口尺寸调节单元的运动加速度相反，以使所述可动刀口装置在所述X轴方向的作用力为零；

所述Y向振动消除单元包括第二气浮导轨和第二平衡负载，所述第二气浮导轨相对于所述Y向气浮导轨设置于所述支撑单元的另一侧，所述第二平衡负载滑动连接于所述第二气浮导轨，当所述Y向开口尺寸调节单元运动时，所述第二平衡负载的运动加速度与所述Y向开口尺寸调节单元的运动加速度相反，以使所述可动刀口装置在所述Y轴方向的作用力为零。

作为上述可动刀口装置的优选技术方案，

所述X向振动消除单元还包括第一驱动部和第一滑块，所述第一驱动部用于驱动所述第一滑块运动，所述第一滑块滑动设置于所述第一气浮导轨上，所述第一平衡负载设置于所述第一滑块上；

所述Y向振动消除单元还包括第二驱动部和第二滑块，所述第二驱动部用于驱动所述第二滑块运动，所述第二滑块滑动设置于所述第二气浮导轨上，所述第二平衡负载设置于所述第二滑块上。

作为上述可动刀口装置的优选技术方案，还包括电气安全限位组件，所述电气安全限位组件包括设置在所述X1模组和所述X2模组其中一个上的及所述Y1模组和所述Y2模组其中一个上的限位探测部，及设置在另一个上的限位检测部，所述限位检测部被配置为能根据与所述限位探测部之间的距离改变电气输出状态。

作为上述可动刀口装置的优选技术方案，还包括机械安全限位组件，所述机械安全限位组件包括设置在所述X1模组和所述X2模组其中一个上的及所述Y1模组和所述Y2模组其中一个上的限位缓冲部，及设置在另一个上的限位凸块，所述限位缓冲部被配置为能吸收与所述限位凸块的碰撞能量。

作为上述可动刀口装置的优选技术方案，所述X1模组、所述X2模组、所述Y1模组、所述Y2模组、所述X向振动消除单元和所述Y向振动消除单元均包括光栅尺组件，所述光栅尺组件包括光栅尺、限位传感器和探测器，所述光栅尺设置于滑块上，所述所述限位传感器包括设置于所述光栅尺两端的内限位传感器和外限位传感器，所述探测器设置于气浮导轨上，所述探测器用于识别所述内限位传感器和所述外限位传感器。

作为上述可动刀口装置的优选技术方案，驱动部包括设置于所述支撑单元上的电机线圈和内置于所述滑块中的电机磁铁。

本发明的第二个目的在于提供一种光刻设备，光刻产率和产品性能提升，成本降低。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种光刻设备，包括光源、掩模台和上述的可动刀口装置，所述可动刀口装置位于所述光源和所述掩模台之间，所述光源发出的光束能通过所述可动刀口装置上的通光孔照射到所述掩模台上的掩模版上。

本发明的第三个目的在于提供一种光刻方法，能够提高光刻产率和产品性能。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种应用于上述光刻设备的光刻方法，包括如下步骤：

步骤S100：载有掩模版的掩模台朝着靠近光源发出的光束的方向运动，同时Y1模组朝着退出所述光束的方向运动；

步骤S200：所述Y1模组完全退出所述光束并停止运动，同时所述掩模版的一侧进入所述光束；

步骤S300：所述掩模版在所述光束中持续运动进行曝光；

步骤S400：当所述掩模版的另一侧即将退出所述光束时，Y2模组开始朝着靠近所述光束的方向运动；

步骤S500：当所述掩模版的另一侧退出所述光束时，所述Y2模组进入所述光束并停止运动，保持遮挡住所述光束。

作为上述光刻方法的优选技术方案，在所述步骤S100之前所述Y1模组位于初始状态：所述Y1模组位于所述光束中将所述光束遮挡住。

作为上述光刻方法的优选技术方案，在所述步骤S100之前包括：对可动刀口装置初始化并建立相应的运动系统坐标系。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：

本发明提供了一种可动刀口装置，该可动刀口装置通过设置X向振动消除单元和Y向振动消除单元能够减小X向开口尺寸调节单元和Y向开口尺寸调节单元运动时对支撑单元产生的振荡冲击，从而减小对承载该装置的机械系统产生的扰动，提升装置工作时的平稳可靠性，提高加工精度和产品性能；同时，通过设置气浮组件能够减小各轴运动时的阻力，从而实现该装置的高速运动，提高光刻设备的产率。并且，X1模组和X2模组共轨运动及Y1模组和Y2模组共轨运动，简化了集成装调工序和装置结构，提高了集成装配效率和装置可靠性，同时降低成本。

附图说明

图1为本发明具体实施方式提供的可动刀口装置的结构示意图；

图2为图1中A-A处的剖视图；

图3为本发明具体实施方式提供的光栅尺组件的结构示意图

图4为本发明具体实施方式提供的可动刀口装置与掩模台同步扫描工况示意图；

图5为本发明具体实施方式提供的可动刀口装置与掩模台同步扫描工况下Y1模组的速度V随时间变化的示意图；

图6为本发明具体实施方式提供的可动刀口装置与掩模台同步扫描工况下Y1模组的加速度a随时间变化的示意图；

图7为本发明具体实施方式提供的可动刀口装置与掩模台同步扫描工况下Y2模组的速度V随时间变化的示意图；

图8为本发明具体实施方式提供的可动刀口装置与掩模台同步扫描工况下Y2模组的加速度a随时间变化的示意图。

图中：

100-支撑单元；101-通光孔；200-X向开口尺寸调节单元；300-Y向开口尺寸调节单元；400-Y向振动消除单元；401-第二气浮导轨；402-第二平衡负载；403-第二滑块；500-光束；600-掩模版；700-反光镜；

1-X1模组；2-X2模组；3-X向刀片；4-Y1模组；5-Y2模组；6-Y向刀片；7-Y向气浮导轨；8-Y向滑块；9-气膜；10-限位探测部；11-限位检测部；12-限位缓冲部；13-限位凸块；14-光栅尺；15-探测器；16-内限位传感器；17-外限位传感器；18-零刻度；19-电机线圈；20-电机磁铁；21-预紧力磁铁；22-连接块；23-运动轴机械限位部；24-水冷管路；25-内限位刻度；26-外限位刻度。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供了一种可动刀口装置，属于光刻设备中曝光系统的重要组成部分，曝光系统通过可动刀口装置调整狭缝窗口的大小，完成曝光生产。

如图1-图3所示，本实施方式提供的可动刀口装置包括支撑单元100、刀口尺寸调节组件、振动消除组件和气浮组件，其中，支撑单元100设置于光刻设备的机架上，为可动刀口装置提供总支撑。支撑单元100可以是支撑板，支撑板上设置有通光孔101，用于通过光束500。刀口尺寸调节组件包括四片可动刀片，通过改变刀口形状改变照明视场的形状。振动消除组件与刀口尺寸调节组件对应设置，用于减弱甚至消除刀口尺寸调节组件运动过程中产生的振荡冲击力。气浮组件用于减小刀口尺寸调节组件运动时的阻力。曝光系统的光源发出的光束500沿Z向从可动刀口装置的四片刀片在通光孔101上形成的区域通过，通过改变刀口形状可在掩模台上形成特定形状的照明视场。按照一定的时序控制刀口尺寸调节组件以及对应的振动消除组件运动，可与掩模台实现同步扫描运动，且系统运作平稳、无扰动，实现光刻设备高精度、高效率的曝光生产

具体而言，刀口尺寸调节组件包括X向开口尺寸调节单元200和Y向开口尺寸调节单元300。其中，X向开口尺寸调节单元200沿X轴方向设置于支撑单元100一侧，X向开口尺寸调节单元200包括共轨运动的X1模组1和X2模组2，X1模组1和X2模组2能够相对运动，X1模组1和X2模组2上分别设有一X向刀片3。Y向开口尺寸调节单元300沿Y轴方向设置于支撑单元100一侧，Y轴方向与X轴方向垂直，Y向开口尺寸调节单元300包括共轨运动的Y1模组4和Y2模组5，Y1模组4和Y2模组5能够相对运动，Y1模组4和Y2模组5上分别设有一Y向刀片6,两片X向刀片3和两片Y向刀片6围合而成预设形状的照明视场，支撑单元100上的通光孔101位于照明视场中。需要说明的是，在本实施方式中，X1模组1、X2模组2、Y1模组4和Y2模组5的结构均相同。

在本实施方式中，采用事先调整好X1模组1和X2模组2的位置限定出扫描区域，在曝光过程中X1模组1和X2模组2不再运动，而只控制Y1模组4和Y2模组5与掩模台同步扫描运动的方式进行曝光生产。当然，在其他实施方式中，也可以采取Y1模组4和Y2模组5不动而X1模组1和X2模组2运动等方式，此处不再赘述。

振动消除组件包括X向振动消除单元和Y向振动消除单元400，分别用于减弱甚至消除X向开口尺寸调节单元200中的X向刀片3和Y向开口尺寸调节单元300中的Y向刀片6运动时产生的冲击振动，实现曝光过程的平稳无扰动，保证生产精度，减轻机械磨损。

气浮组件设置于支撑单元100与刀口尺寸调节组件之间，及支撑单元100与振动消除组件之间，气浮组件被配置为能在支撑单元100与刀口尺寸调节组件、支撑单元100与振动消除组件之间形成气膜9。

具体而言，X向振动消除单元沿X轴方向设置于支撑单元100的另一侧，与X向开口尺寸调节单元200对应设置，用于抵消部分的或全部的X向开口尺寸调节单元200运动时产生的振动力。Y向振动消除单元400沿Y轴方向设置于支撑单元100的另一侧，与Y向开口尺寸调节单元300对应设置，用于抵消部分的或全部的Y向开口尺寸调节单元300运动时产生的振动力。

进一步地，X向开口尺寸调节单元200包括X向气浮导轨，X向气浮导轨沿X轴方向设置于支撑单元100一侧，X1模组1和X2模组2均滑动设置于X向气浮导轨上。更进一步地，X1模组1和X2模组2均包括X向驱动部和X向滑块，X向滑块滑动设置于X向气浮导轨上，X向刀片3设置于X向滑块上，X向驱动部用于驱动X向滑块带动X向刀片3沿X向气浮导轨滑动。相似地，Y向开口尺寸调节单元300包括Y向气浮导轨7，Y向气浮导轨7沿Y轴方向设置于支撑单元100一侧，Y1模组4和Y2模组5均滑动设置于Y向气浮导轨7上。Y1模组4和Y2模组5均包括Y向驱动部和Y向滑块8，Y向滑块8滑动设置于Y向气浮导轨7上，Y向刀片6通过连接块22设置于Y向滑块8上，Y向驱动部用于驱动Y向滑块8带动Y向刀片6沿Y向气浮导轨7滑动。

在上述结构中，X1模组1和X2模组2共用一个X向气浮导轨分别运动，Y1模组4和Y2模组5共用一个Y向气浮导轨7分别运动，相较于现有技术中刀片互相嵌套的结构以及四个刀片的运动轴需独立加工和装调而言，本实施方式提供的可动刀口装置简化了集成装调工序和装置结构，提高了集成装配效率和装置可靠性，同时降低成本。

为了提升装置工作时的稳定性，如图2所示，X向气浮导轨和Y向气浮导轨7(以下总称为气浮导轨)均设置为L形结构，相应地，X向滑块和Y向滑块8(以下总称为滑块)也设置为L形结构。L形结构的气浮导轨可以对滑块提供两个方向的面支撑，从而有利于提高滑块滑动时的稳定性，减小对装置和整个系统的振动冲击。优选地，X向气浮导轨沿X轴方向的两端和Y向气浮导轨7沿Y轴方向的两端均设置有运动轴机械限位部23，用于防止运动轴滑脱出气浮导轨。

上述X向驱动部和Y向驱动部结构相同，均包括设置于支撑单元100上的电机线圈19和内置于滑块中的电机磁铁20以及预紧力磁铁21，电机线圈19通过与电机磁铁20之间产生电磁力，来驱动滑块运动。预紧力磁铁21的设置可提高电机线圈19的绕制预紧力。滑块的内部设置有气浮结构，气浮组件工作之后在滑块和气浮导轨之间形成一个气浮面，即气膜9，使得滑块在结构上与气浮导轨脱离，滑块运动时只有空气阻力以及气管的扰动，而没有机械阻力，因而可实现刀片大加速度和高速的运动，且可靠性极高。可选地，电机线圈19具有温度开关，当电机线圈19温度超过限定值时，温度开关的电气状态发生转变，控制系统检测到变化之后可停止系统，以免部件损毁。

在本实施方式中，X向振动消除单元和Y向振动消除单元400结构相同。具体地，X向振动消除单元包括第一气浮导轨和第一平衡负载，第一气浮导轨相对于X向气浮导轨设置于支撑单元100的另一侧，第一平衡负载滑动连接于第一气浮导轨。当X向开口尺寸调节单元200运动时，第一平衡负载的运动加速度与X向开口尺寸调节单元200的运动加速度相反，以使可动刀口装置在X轴方向的作用力为零。更进一步地，X向振动消除单元还包括第一驱动部和第一滑块，第一滑块滑动设置于第一气浮导轨上，第一平衡负载设置于第一滑块上，第一驱动部用于驱动第一滑块带动第一平衡负载沿第一气浮导轨运动。

相类似地，如图2所示，Y向振动消除单元400包括第二气浮导轨401和第二平衡负载402，第二气浮导轨401相对于Y向气浮导轨7设置于支撑单元100的另一侧，第二平衡负载402滑动连接于第二气浮导轨401。当Y向开口尺寸调节单元300运动时，第二平衡负载402的运动加速度与Y向开口尺寸调节单元300的运动加速度相反，以使可动刀口装置在Y轴方向的作用力为零。更进一步地，Y向振动消除单元400还包括第二驱动部和第二滑块403，第二滑块403滑动设置于第二气浮导轨401上，第二平衡负载402设置于第二滑块403上，第二驱动部用于驱动第二滑块403带动第二平衡负载402沿第二气浮导轨401运动。

与X向驱动部和Y向驱动部的结构相同，上述第一驱动部和第二驱动部均包括设置于支撑单元100上的电机线圈19和内置于滑块中的电机磁铁20以及预紧力磁铁21，电机线圈19通过与电机磁铁20之间产生电磁力，来驱动滑块运动。预紧力磁铁21的设置可提高电机线圈19的绕制预紧力。滑块的内部设置有气浮结构，气浮系统工作之后在滑块和气浮导轨之间形成一个气浮面，即气膜9，使得滑块在结构上与气浮导轨脱离，滑块运动时只有空气阻力以及气管的扰动，而没有机械阻力，因而可实现平衡负载大加速度和高速的运动，且可靠性极高。可选地，电机线圈19具有温度开关，当电机线圈19温度超过限定值时，温度开关的电气状态发生转变，控制系统检测到变化之后可停止系统，以免部件损毁。

在本实施方式中，支撑单元100在布置电机线圈19的位置设置水冷管路24，为电机线圈19提供散热，以保证该可动刀口装置在高速度的工况下连续工作。

为了更好的平衡X向振动消除单元和Y向振动消除单元400的冲击力，第一平衡负载和第二平衡负载402的质量设计为大于刀片的质量。且第一平衡负载的行程规律不同于其对应的X1模组1和X2模组2的行程规律，第二平衡负载402的行程规律不同于其对应的Y1模组4和Y2模组5的行程规律。以Y1模组4和Y2模组5为例，当Y1模组4或Y2模组5带动Y向刀片6运动时，根据Y1模组4和Y2模组5的质量及加速度曲线，在Y向振动消除单元400的第二平衡负载402上施加一个反方向的加速度，使得可动刀口装置在Y轴方向的综合作用力为零。计算公式如下，M_y1*a_y1+M_y2*a_y2+M_comp*a_comp＝0，式中，M_y1为Y1模组4的质量，M_y2为Y2模组5的质量，M_comp为第二平衡负载402的质量，a_y1为Y1模组4的运动加速度，a_y2为Y2模组5的运动加速度，a_comp为第二平衡负载402的运动加速度。

在另一实施方式中，X1模组1和X2模组2还可以分别配备一个第一平衡负载，Y1模组4和Y2模组5分别配备一个第二平衡负载402，两个第一平衡负载均沿第一气浮导轨运动，两个第二平衡负载402均沿第二气浮导轨401运动，此时，仍以Y1模组4和Y2模组5为例，第二平衡负载402的运动加速度的计算公式分别为，M_y1*a_y1+M_comp1*a_comp1＝0，M_y2*a_y2+M_comp2*a_comp2＝0，式中，M_comp1为Y1模组4对应的第二平衡负载402的质量，M_comp2为Y2模组5对应的第二平衡负载402的质量，a_comp1为Y1模组4对应的第二平衡负载402的运动加速度，a_comp2为Y2模组5对应的第二平衡负载402的运动加速度。

在现有技术中，同向的两个刀片间行程有重叠，但由于位置探测器15系统没有共同的基准、机械系统互相独立，因此相互之间的电气安全和机械安全防护设计较为复杂和脆弱。鉴于此，本实施方式也进行了改进。

具体而言，本实施方式中的可动刀口装置包括电气安全限位组件和机械安全限位组件，双重限位保障曝光过程的安全可靠性。可选地，X1模组1和X2模组2共用一套电气安全限位组件和一套机械安全限位组件，Y1模组4和Y2模组5共用一套电气安全限位组件和一套机械安全限位组件，以Y1模组4和Y2模组5为例进行说明。电气安全限位组件包括设置在Y1模组4和Y2模组5其中一个上的限位探测部10，及设置在另一个上的限位检测部11，限位检测部11被配置为能根据与限位探测部10之间的距离改变电气输出状态。优选地，限位探测部10为限位探测片，限位检测部11为限位传感器，且限位传感器的扫描感应范围可根据实际工况进行设定，当两者相互靠近到指定的距离时，限位传感器的电气输出状态发生改变，显示Y1模组4和Y2模组5互相靠近的状况。

机械安全限位组件包括设置在Y1模组4和Y2模组5其中一个上的限位缓冲部12，及设置在另一个上的限位凸块13，限位缓冲部12被配置为能吸收与限位凸块13的碰撞能量。当在意外情况下Y1模组4和Y2模组5过于接近时，限位缓冲部12和限位凸块13发生碰撞，限位缓冲部12提供阻尼并可吸收碰撞的能量，使Y1模组4和Y2模组5安全停车。需要说明的是，在曝光过程中，电气安全限位组件设计为先于机械安全限位组件起到安全防护作用。即当电气安全限位组件发生断电或失灵等意外情况时，机械安全限位组件才发挥作用。

在本实施方式提供的可动刀口装置中，X1模组1、X2模组2、Y1模组4、Y2模组5、X向振动消除单元和Y向振动消除单元400还均包括光栅尺组件，主要用于各部件的初始化过程。具体而言，如图3所示，光栅尺组件包括一条带有零刻度18、内限位刻度25和外限位刻度26的光栅尺14、限位传感器和探测器15，光栅尺14设置于滑块上，限位传感器包括设置于内限位刻度25处的内限位传感器16和外限位刻度26处的外限位传感器17，探测器15设置于气浮导轨上，探测器15用于识别内限位传感器16和外限位传感器17。

以Y1模组4为例，对Y1模组4的初始化过程进行说明：

可动刀口装置通气、通水、上电；

进行光栅尺组件检查，确认正常工作；

进行电机系统初始化，完成电机线圈19磁极对准，然后静止伺服；

驱动Y向滑块8向Y轴正方向运动，直到探测器15识别到内限位传感器16，然后Y向滑块8反向沿Y轴负方向运动，直到运动至光栅尺14零刻度18处；

建立Y1模组4的运动系统坐标系，初始化过程完成。

X1模组1、X2模组2、Y2模组5、X向振动消除单元和Y向振动消除单元400的初始化过程与其相同，不再一一赘述。待所有模组均完成初始化之后，可进行其他的操作，如装置的工作参数标定等。

在另一实施方式中，还可以使用场应力技术替代目前所使用的气浮导轨，以适应未来更严苛的光刻机整机工作环境要求，例如磁悬浮技术等。在高速、高加速运动的情况下，仍需设置振动消除组件降低刀口尺寸调节组件对支撑单元100和光刻设备的冲击，以提高曝光系统整体的性能。

本实施方式还提供了一种光刻设备，该光刻设备能够提升光刻产率和产品性能，且成本降低。

具体地，如图4所示，该光刻设备包括上述的可动刀口装置、光源和掩模台，可动刀口装置位于光源和掩模台之间，光源发出的光束500能通过可动刀口装置上的通光孔101照射到掩模台上的掩模版600上实现曝光。可选地，在可动刀口装置与掩模台之间设置有反光镜700，用于改变光束500传播方向，使得掩膜台的运动方向(X轴方向)垂直于Y1模组4和Y2模组5的运动方向(Y轴方向)。

本实施方式还提供了一种光刻方法，该光刻方法应用于上述的光刻设备中，该光刻方法包括如下步骤，参考图4所示的可动刀口装置与掩模台同步扫描工况示意图，以及图5和图6所示的可动刀口装置与掩模台同步扫描工况下Y1模组4的速度V和加速度a随时间变化的示意图、图7和图8所示的可动刀口装置与掩模台同步扫描工况下Y2模组5的速度V和加速度a随时间变化的示意图。需要说明的是，图5和图7中的S0代表稳定段，S1代表扫描阶段，S2代表准备阶段。

步骤S100：载有掩模版600的掩模台朝着靠近光源发出的光束500的方向运动，同时Y1模组4朝着退出光束500的方向运动。即，掩模台加速向左运动，掩模版600的左侧向光束500靠近，同时Y1模组4上的Y向刀片6也开始加速向上运动并逐渐退出光束500。

步骤S200：Y1模组4和掩模台在同一时刻停止加速、进入匀速并完成Y1模组4完全退出光束500和掩模版600的左侧完全进入光束500，Y1模组4停止运动。

步骤S300：此后一段时间，掩模台在光束500中持续运动，使掩模版600暴露在光束500中进行曝光。

步骤S400：当掩模版600的右侧即将退出光束500时，Y2模组5开始朝着靠近光束500的方向运动。即，Y2模组5上的Y向刀片6开始加速向上运动靠近光束500。

步骤S500：在某一时刻Y2模组5停止加速、进入匀速，当掩模版600的右侧完全退出光束500时，Y2模组5进入光束500并停止运动，保持遮挡住光束500。

下一个周期，载有掩模版600的掩模台开始反方向运动、加速，掩模版600右侧向光束500靠近，同时Y2模组5上的Y向刀片6也开始反方向运动、加速，逐渐退出光束500，两者在同一时刻停止加速、进入匀速并分别完成进入光束500和退出光束500，此后一段时间掩模版600持续运动并暴露在光束500中，在掩模版600的左侧即将穿过光束500时，Y1模组4的Y向刀片6开始运动、加速、靠近光束500，在某一时刻Y1模组4停止加速、进入匀速，同时掩模版600的左侧和Y1模组4上的Y向刀片6分别完成退出光束500和进入光束500，在掩模版600的左侧完全退出光束500后，Y1模组4上的Y向刀片6也减速并停止运动，保持遮挡光束500。如此反复，进行光刻设备的曝光过程。

需要说明的是，本实施方式中的光束500具有一定宽度，光束500的宽度值表征扫描区域大小。当扫描区域较小，掩模版600尺寸较大时，Y1模组4和Y2模组5可以为上述的先后运动方式；而当扫描区域较大，掩模版600尺寸较小时，Y1模组4和Y2模组5可以设置为同时运动或运动时间部分重合。选取何种运动方式需根据实际情况而设定，只要是能实现对光束500的有效遮挡和避让即可。

在步骤S100之前，Y1模组4位于初始状态，即Y1模组4位于光束500中将光束500遮挡住。

优选地，在步骤S100之前包括：对可动刀口装置初始化并建立相应的运动系统坐标系。具体地初始化过程已在上文中叙述，此处不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种可动刀口装置，其特征在于，包括支撑单元(100)、刀口尺寸调节组件、振动消除组件和气浮组件，其中，

所述支撑单元(100)上设置有通光孔(101)；

所述刀口尺寸调节组件包括：

X向开口尺寸调节单元(200)，沿X轴方向设置于所述支撑单元(100)一侧，所述X向开口尺寸调节单元(200)包括共轨运动的X1模组(1)和X2模组(2)，所述X1模组(1)和所述X2模组(2)能够相对运动，所述X1模组(1)和所述X2模组(2)上分别设有一X向刀片(3)；

所述X向开口尺寸调节单元(200)还包括X向气浮导轨，所述X向气浮导轨设置于所述支撑单元(100)一侧，所述X1模组(1)和所述X2模组(2)均滑动设置于所述X向气浮导轨上；Y向开口尺寸调节单元(300)，沿Y轴方向设置于所述支撑单元(100)一侧，所述Y轴方向与所述X轴方向垂直，所述Y向开口尺寸调节单元(300)包括共轨运动的Y1模组(4)和Y2模组(5)，所述Y1模组(4)和所述Y2模组(5)能够相对运动，所述Y1模组(4)和所述Y2模组(5)上分别设有一Y向刀片(6),两片所述X向刀片(3)和两片所述Y向刀片(6)围合而成预设形状的照明视场，所述通光孔(101)位于所述照明视场中；

所述Y向开口尺寸调节单元(300)还包括Y向气浮导轨(7)，所述Y向气浮导轨(7)设置于所述支撑单元(100)一侧，所述Y1模组(4)和所述Y2模组(5)均滑动设置于所述Y向气浮导轨(7)上;

所述振动消除组件包括：

X向振动消除单元，沿X轴方向设置于所述支撑单元(100)另一侧，用于抵消所述X向开口尺寸调节单元(200)运动时产生的振动力；

Y向振动消除单元(400)，沿Y轴方向设置于所述支撑单元(100)另一侧，用于抵消所述Y向开口尺寸调节单元(300)运动时产生的振动力；

所述气浮组件设置于所述支撑单元(100)与所述刀口尺寸调节组件之间，及所述支撑单元(100)与所述振动消除组件之间，所述气浮组件被配置为能在所述支撑单元(100)与所述刀口尺寸调节组件之间、所述支撑单元(100)与所述振动消除组件之间形成气膜(9)。还包括电气安全限位组件，所述电气安全限位组件包括设置在所述X1模组(1)和所述X2模组(2)其中一个上的及所述Y1模组(4)和所述Y2模组(5)其中一个上的限位探测部(10)，及设置在另一个上的限位检测部(11)，所述限位检测部(11)被配置为能根据与所述限位探测部(10)之间的距离改变电气输出状态;

还包括机械安全限位组件，所述机械安全限位组件包括设置在所述X1模组(1)和所述X2模组(2)其中一个上的及所述Y1模组(4)和所述Y2模组(5)其中一个上的限位缓冲部(12)，及设置在另一个上的限位凸块(13)，所述限位缓冲部(12)被配置为能吸收与所述限位凸块(13)的碰撞能量。

2.根据权利要求1所述的可动刀口装置，其特征在于，

所述X1模组(1)和所述X2模组(2)均包括X向驱动部和X向滑块，所述X向驱动部用于驱动所述X向滑块运动，所述X向滑块滑动设置于所述X向气浮导轨上，所述X向刀片(3)设置于所述X向滑块上；

所述Y1模组(4)和所述Y2模组(5)均包括Y向驱动部和Y向滑块(8)，所述Y向驱动部用于驱动所述Y向滑块(8)运动，所述Y向滑块(8)滑动设置于所述Y向气浮导轨(7)上，所述Y向刀片(6)设置于所述Y向滑块(8) 上。

3.根据权利要求1所述的可动刀口装置，其特征在于，

所述X向振动消除单元包括第一气浮导轨和第一平衡负载，所述第一气浮导轨相对于所述X向气浮导轨设置于所述支撑单元(100)的另一侧，所述第一平衡负载滑动连接于所述第一气浮导轨，当所述X向开口尺寸调节单元(200)运动时，所述第一平衡负载的运动加速度与所述X向开口尺寸调节单元(200)的运动加速度相反，以使所述可动刀口装置在所述X轴方向的作用力为零；

所述Y向振动消除单元(400)包括第二气浮导轨(401)和第二平衡负载(402)，所述第二气浮导轨(401)相对于所述Y向气浮导轨(7)设置于所述支撑单元(100)的另一侧，所述第二平衡负载(402)滑动连接于所述第二气浮导轨(401)，当所述Y向开口尺寸调节单元(300)运动时，所述第二平衡负载(402)的运动加速度与所述Y向开口尺寸调节单元(300)的运动加速度相反，以使所述可动刀口装置在所述Y轴方向的作用力为零。

4.根据权利要求3所述的可动刀口装置，其特征在于，

所述X向振动消除单元还包括第一驱动部和第一滑块，所述第一驱动部用于驱动所述第一滑块运动，所述第一滑块滑动设置于所述第一气浮导轨上，所述第一平衡负载设置于所述第一滑块上；

所述Y向振动消除单元(400)还包括第二驱动部和第二滑块(403)，所述第二驱动部用于驱动所述第二滑块(403)运动，所述第二滑块(403)滑动设置于所述第二气浮导轨(401)上，所述第二平衡负载(402)设置于所述第二滑块(403)上。

5.根据权利要求2或4所述的可动刀口装置，其特征在于，所述X1模组(1)、所述X2模组(2)、所述Y1模组(4)、所述Y2模组(5)、所述X向振动消除单元和所述Y向振动消除单元(400)均包括光栅尺组件，所述光栅尺组件包括光栅尺(14)、限位传感器和探测器(15)，所述光栅尺(14)设置于滑块上，所述限位传感器包括设置于所述光栅尺(14)两端的内限位传感器(16)和外限位传感器(17)，所述探测器(15)设置于气浮导轨上，所述探测器(15)用于识别所述内限位传感器(16)和所述外限位传感器(17)。

6.根据权利要求2或4所述的可动刀口装置，其特征在于，驱动部包括设置于所述支撑单元(100)上的电机线圈(19)和内置于所述滑块中的电机磁铁(20)。

7.一种光刻设备，其特征在于，包括光源、掩模台和权利要求1-6任一项所述的可动刀口装置，所述可动刀口装置位于所述光源和所述掩模台之间，所述光源发出的光束(500)能通过所述可动刀口装置上的通光孔(101)照射到所述掩模台上的掩模版(600)上。

8.一种应用于权利要求7所述的光刻设备的光刻方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S100：载有掩模版(600)的掩模台朝着靠近光源发出的光束(500)的方向运动，同时Y1模组(4)朝着退出所述光束(500)的方向运动；

步骤S200：所述Y1模组(4)完全退出所述光束(500)并停止运动，同时所述掩模版(600)的一侧进入所述光束(500)；

步骤S300：所述掩模版(600)在所述光束(500)中持续运动进行曝光；

步骤S400：当所述掩模版(600)的另一侧即将退出所述光束(500)时，Y2模组(5)开始朝着靠近所述光束(500)的方向运动；

步骤S500：当所述掩模版(600)的另一侧退出所述光束(500)时，所述Y2模组(5)进入所述光束(500)并停止运动，保持遮挡住所述光束(500)。

9.根据权利要求8所述的光刻方法，其特征在于，在所述步骤S100之前所述Y1模组(4)位于初始状态：所述Y1模组(4)位于所述光束(500)中将所述光束(500)遮挡住。

10.根据权利要求8所述的光刻方法，其特征在于，在所述步骤S100之前包括：对可动刀口装置初始化并建立相应的运动系统坐标系。

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