CN114488700B - 一种可变光阑及光刻机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变光阑及光刻机。可变光阑包括：X向组件以及Y向组件；X向组件包括：X向滑轨；两个X向滑块，两个X向滑块沿X向间隔分布在X向滑轨上；X向刀片，设于X向滑块上；X向驱动装置，与X向滑块连接；Y向组件包括：Y向滑轨；两个Y向滑块，两个Y向滑块沿Y向间隔分布在Y向滑轨上；Y向刀片，设于Y向滑块上；Y向驱动装置，与Y向滑块连接；其中，两个X向滑块上的X向刀片与两个Y向滑块上的Y向刀片共同围成用于曝光的狭缝窗口。本发明还公开一种光刻机，包括上述可变光阑。本发明结构紧凑，且能增大刀片的运动行程，提高刀片运行平稳性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体设备制造技术领域，尤其涉及一种可变光阑及光刻机。
背景技术
由于极大规模集成电路的发展，光刻技术从接触式曝光逐渐过渡到投影式曝光，伴随着光刻分辨率的逐渐提高，曝光系统的数值孔径也不断变大，这使得光刻投影物镜的制造变得越来越复杂。为了降低光刻投影物镜的设计难度，现代光刻机普遍采用步进扫描的方式来实现高分辨率下的大视场曝光。为了在扫描曝光过程中限定掩模面照明视场大小及其中心位置，避免成像光束对曝光视场以外的区域曝光，则需利用可变狭缝单元来作为可变光阑，限定曝光区域，光阑是指在光学系统中对光束起着限制作用的实体，泛指一些用于拦光的零件或组件。可变狭缝单元上设有可移动的刀片，通过多个刀片来挡光，多个刀片之间形成狭缝窗口，狭缝窗口可供光束通过，窗口之外的部分被刀片遮挡，不能透过光。
可变狭缝与掩模的同步扫描速度、扫描加速度大小直接影响扫描曝光的等待及曝光时间，进而影响步进扫描光刻机的曝光产率。步进扫描光刻机的用于形成狭缝的刀片包括扫描刀片(一般沿Y向运动扫描)和非扫描刀片(一般沿X向步进运动)，扫描刀片和非扫描刀片正交运动所形成的窗口大小直接影响步进扫描光刻机的曝光视场。
传统的可变狭缝单元的扫描和非扫描运动结构呈现矩形分布，图1是现有技术中可变光阑的结构示意图，可变光阑即狭缝窗口，如图1所示，现有技术中将两组X向滑轨相对设置，两组Y向滑轨相对设置，两组X向滑轨和两组Y向滑轨共同围成一个矩形，每条X向滑轨上设置一个X向刀片，每条Y向滑轨设置一个Y向刀片，总共四个刀片来围成狭缝窗口1，这样四条滑轨围成矩形的结构整体上需要占用较大的安装空间，提供给刀片的行程空间较小，限制了刀片的运动行程，进而限制了曝光区域，无法实现更高速度、加速度、大行程的运动性能及大的视场窗口。另外，同一方向运动的两个刀片设置在不同的滑轨上，导致同一方向运动的两个刀片的驱动出力不一致，进而导致同一方向运动的两个刀片运动不一致，定位精度差。
因此，亟待提出一种结构紧凑、刀片行程较长且步进扫描性能较佳的可变光阑及光刻机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可变光阑及光刻机，以解决现有技术中光刻机的可变狭缝单元结构复杂，体积较大，且步进扫描行程短，步进扫描性能较差的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种可变光阑，其中，包括：
X向组件以及Y向组件；
所述X向组件包括：
X向滑轨；
两个X向滑块，两个所述X向滑块沿X向间隔分布在所述X向滑轨上；
X向刀片，设于所述X向滑块上；以及
X向驱动装置，与所述X向滑块连接；
所述Y向组件包括：
Y向滑轨；
两个Y向滑块，两个所述Y向滑块沿Y向间隔分布在所述Y向滑轨上，
Y向刀片，设于所述Y向滑块上；以及
Y向驱动装置，与所述Y向滑块连接；
其中，两个所述X向滑块上的所述X向刀片与两个所述Y向滑块上的所述Y向刀片共同围成用于曝光的狭缝窗口。
在本发明一种可选的实施方式中，所述X向组件与所述Y向组件中至少一个为扫描组件。
在本发明一种可选的实施方式中，所述X向驱动装置包括：
磁轨，所述磁轨内设置有磁石定子，所述磁石定子包括相对设置于所述磁轨内的第一磁石定子及第二磁石定子；
无铁芯线圈动子，至少部分设于所述第一磁石定子与第二磁石定子之间，所述无铁芯线圈动子连接至所述X向滑块，以驱动所述X向滑块移动。
在本发明一种可选的实施方式中，所述磁轨为U形，所述第一磁石定子及所述第二磁石定子分别设置于所述U形的两个相对的侧壁上。
在本发明一种可选的实施方式中，所述U形的底部开设有导向槽，所述无铁芯线圈动子伸入所述第一磁石定子与所述第二磁石定子之间的一端延伸至所述导向槽中。
在本发明一种可选的实施方式中，所述X向滑轨为气浮滑轨，所述X向滑块为气浮滑块，所述X向滑块的与所述X向滑轨相对的侧壁上设有第一预紧磁铁。
在本发明一种可选的实施方式中，所述X向滑轨与所述X向滑块均为L形，所述X向滑块的L形内侧壁叠设于所述X向滑轨的L形外侧壁上，所述X向滑块的L形外侧壁的其中一个L形外侧壁与所述无铁芯线圈动子连接，其中另一L形外侧壁与所述X向刀片连接。
在本发明一种可选的实施方式中，所述X向与所述Y向形成第一平面，所述磁轨的U形侧壁与所述第一平面垂直，所述X向刀片与所述第一平面平行。
在本发明一种可选的实施方式中，所述X向滑块与所述无铁芯线圈动子的沿所述Y向上靠近所述Y向刀片的侧壁连接，且所述X向滑块与所述无铁芯线圈动子连接处设置有转接板。
在本发明一种可选的实施方式中，所述X向滑块与所述X向刀片之间垫设有微调板。
在本发明一种可选的实施方式中，所述X向驱动装置和/或Y向驱动装置包括：
铁芯线圈定子；以及
磁铁动子，设于所述Y向滑块上；
其中，所述铁芯线圈定子与所述Y向滑块贴合设置，以使所述铁芯线圈定子与所述Y向滑块上的所述磁铁动子配合形成所述Y向驱动装置。
在本发明一种可选的实施方式中，所述磁铁动子为长条状，且为若干条，每一所述磁铁动子均沿所述X向延伸设置，若干条所述磁铁动子沿所述Y向上的连线与所述Y向之间形成一夹角。
在本发明一种可选的实施方式中，所述夹角为0-31.3°。
在本发明一种可选的实施方式中，所述Y向滑块上设置有用于容纳所述磁铁动子的凹槽，所述磁铁动子嵌设于所述凹槽中。
在本发明一种可选的实施方式中，所述Y向滑轨与所述Y向滑块均为L形，所述Y向滑块的L形外侧壁叠设于所述Y向滑轨的L形内侧壁上，所述Y向滑块的L形内侧壁与所述铁芯线圈定子贴合。
在本发明一种可选的实施方式中，所述Y向滑轨为气浮滑轨，所述Y向滑块为气浮滑块，所述Y向滑块的L形外侧壁的其中一个L形外侧壁上设有所述磁铁动子，其中另一L形外侧壁上设有第二预紧磁铁。
在本发明一种可选的实施方式中，所述X向刀片为L形，包括第一L形边及第二L形边，所述第一L形边与所述X向滑块连接，所述第二L形边用于与所述Y向刀片共同形成所述狭缝窗口，所述Y向滑轨上设置有用于容纳所述第二L形边的容纳槽。
本发明还提供一种光刻机，其中，包括上述任一可变光阑。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
只需一条X向滑轨和一条Y向滑轨即可承载四个刀片的移动，形成曝光窗口，无需设置较多的滑轨来承载刀片，结构紧凑，只有一条X向滑轨和一条Y向滑轨的设计，使得刀片及刀片的驱动装置安装到气浮滑轨上后，刀片、驱动装置及滑轨形成的模组的体积较小，节省安装空间，从而预留了更多的空间来使刀片移动，使得刀片的行程较长，可以形成较大的曝光窗口；
另外将同向的两个刀片设置在同一导轨上，避免了设置较多滑轨，提高了整体驱动出力一致性，从而提高承载力，提高刀片运动动态性能和运行平稳性；本发明的可变光阑运动动态性能较好，刀片运动的速度快、加速度大，扫描曝光的等待及曝光时间短，曝光产率高。
附图说明
图1是现有技术中可变光阑的结构示意图；
图2是本发明实施例中可变光阑的俯视结构示意图；
图3是本发明实施例中X向组件的立体结构示意图；
图4是本发明实施例中Y向组件的立体结构示意图；
图5是本发明中图3中A部分的放大图；
图6是本发明图5所示的X向组件中X向滑块与X向滑轨配合的配合面的结构示意图；
图7是本发明图4所示的Y向组件去掉Y向滑轨后的内部结构示意图；
图8是本发明实施例中磁铁动子与Y向滑块装配的侧视图的简化结构示意图。
图中：
100-可变光阑；1-狭缝窗口；10-X向组件；20-Y向组件；
11-X向滑轨；12-X向滑块；13-X向刀片；14-磁轨；15-无铁芯线圈动子；16-磁石定子；17-转接板；18-微调板；
21-Y向滑轨；22-Y向滑块；23-Y向刀片；24-铁芯线圈定子；25-磁铁动子；
121-第一预紧磁铁；131-第一L形边；132-第二L形边；141-导向槽；161-第一磁石定子；162-第二磁石定子；
211-容纳槽；221-凹槽；222-第二预紧磁铁。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
图2是本发明中可变光阑的俯视结构示意图，如图2所示，本发明的可变光阑100包括X向组件10和Y向组件20。在一种具体应用中，本发明的可变光阑100用于步进扫描光刻机，作为步进扫描光刻机的曝光系统中用于形成曝光窗口的可变狭缝单元。因此，可变光阑100的X向组件10即步进扫描光刻机的步进运动单元，X向组件10上的X向刀片13沿X向做步进运动，Y向组件20即步进扫描光刻机的扫描运动单元，Y向组件20上的Y向刀片23沿Y向做扫描运动。当然，在其它一些实施中，也可以使X向组件10和Y向组件20均为扫描运动单元，均做扫描运动，在此不作限制，只要保证X向组件10与Y向组件20中至少一个为扫描组件即可。
图3是本发明实施例中X向组件的立体结构示意图，如图3所示，X向组件10包括X向滑轨11、X向滑块12、X向刀片13以及X向驱动装置。X向滑轨11可以为气浮滑轨，相应的X向滑块12为与气浮滑轨配合的气浮滑块。X向滑块12为两个，两个X向滑块12沿X向间隔分布在X向滑轨11上，也就是说在同一个X向滑轨11上设置了两个X向滑块12，每一个X向滑块12上均设置一个X向刀片13，X向滑块12上连接有X向驱动装置，X向驱动装置可驱动X向滑块12在X向滑轨11上沿X向移动，两个X向滑块12可连接到同一X向驱动装置，使两个X向滑块12同步移动，也可以将两个X向滑块12分别连接不同的X向驱动装置，每个X向滑块12单独移动，在此不作限制，X向滑块12可带动与其连接的X向刀片13移动。
图4是本发明实施例中Y向组件的立体结构示意图，如图4所示，Y向组件20包括Y向滑轨21、Y向滑块22、Y向刀片23以及Y向驱动装置。Y向滑轨21可以为气浮滑轨，相应的Y向滑块22为与气浮滑轨配合的气浮滑块。Y向滑块22为两个，两个Y向滑块22沿Y向间隔分布在Y向滑轨21上，也就是说在同一个Y向滑轨21上设置了两个Y向滑块22，每一个Y向滑块22上均设有一Y向刀片23，且Y向滑块22上连接有Y向驱动装置，Y向驱动装置可驱动Y向滑块22在Y向滑轨21上沿Y向移动，两个Y向滑块22可连接到同一Y向驱动装置，使两个Y向滑块22同步移动，也可以将两个Y向滑块22分别连接不同的Y向驱动装置，每个Y向滑块22单独移动，在此不作限制，Y向滑块22带动与其连接的Y向刀片23移动。
如图2所示，X向滑轨11上的两个X向刀片13与Y向滑轨21上的两个Y向刀片23共同围成用于曝光的狭缝窗口1。一般的狭缝窗口1为矩形，曝光时，同一X向滑轨11上的两个X向刀片13位于狭缝窗口1其中相对的两端，同一Y向滑轨21上的两个Y向刀片23位于狭缝窗口1中另外相对的两端。而现有技术中，如背景技术所介绍，是通过两组独立的滑轨来分别支撑两个X向的刀片的，并且两个Y向的刀片也是通过两组独立的滑轨支撑的，四个刀片总共需要四组滑轨，将四组滑轨呈矩形设置，使得整体结构需要占用较大的安装空间，提供给刀片的行程空间较小，限制了刀片的运动行程，进而限制了曝光区域，无法实现更高速度、加速度、大行程的运动性能及大的视场窗口，另外现有技术中将同一方向运动的两个刀片设置在不同的滑轨上，导致同一方向运动的两个刀片的驱动出力不一致，进而导致同一方向运动的两个刀片运动不一致，定位精度差。
本发明中将同一方向运动的两个刀片设置在同一滑轨上，仅需要一条X向滑轨11和一条Y向滑轨21即可实现四个刀片的移动，如图2所示，X向滑轨11和Y向滑轨21整体大致呈倒L型偏振结构布局，当然也可以呈L型偏振结构布局，可分别带动X向刀片13和Y向刀片23实现相对正交无耦合运动，形成较大矩形的狭缝窗口1进行静态和动态拦光。本发明只设置了两条呈倒L型偏振结构设置的滑轨实现四个刀片的移动，同一方向运动的两个刀片设置在同一滑轨上，使得同一方向运动的两个刀片的驱动出力一致，运动一致，定位精度较高，且结构紧凑，刀片的运动行程较大，可实现更高速度、加速度、大行程的运动性能及大的狭缝窗口1。
如图2所示，可以理解的是，X向刀片13与Y向刀片23在Z向上间隔预定距离，这样使得X向刀片13与Y向刀片23之间的运动互不干涉，相互之间独立运动，保证完整的行程。Z向为光轴方向，即光线从Z向打入，所以即使X向刀片13与Y向刀片23在Z向上间隔预定距离，还是会在Z向上形成完成的矩形窗口进行挡光，不影响挡光效果。
图5是本发明中图3中A部分的放大图，请结合图3及图5，X向驱动装置包括磁轨14和无铁芯线圈动子15。磁轨14内设置有磁石定子16，磁石定子16包括相对设置于磁轨14内的第一磁石定子161及第二磁石定子162。无铁芯线圈动子15至少部分设于第一磁石定子161与第二磁石定子162之间，这样才能使无铁芯线圈动子15与磁石定子16配合，形成电机，当无铁芯线圈动子15通入交流电时，磁轨14的气隙中产生行波磁场，而固定不动的磁石定子16在行波磁场的切割下，发生电磁感应产生电流，最终在电流和磁场的相作用下对无铁芯线圈动子15产生推力，使无铁芯线圈动子15沿X向移动。无铁芯线圈动子15连接至X向滑块12，无铁芯线圈动子15沿X向移动带动X向滑块12移动，基于X向滑轨11的气浮支撑导向，X向滑块12带动X向刀片13移动，实现X向刀片13沿着X向的步进运动。每个X向刀片13上都连接单独的X向滑块12和磁石定子16，使得每个X向刀片13可单独驱动，而两个X向刀片13可以共用一个磁轨14，也可以采用单独的磁轨14，在此不作限制。另外磁轨14也可以采用多段拼接的方式，如图3所示的实施中，磁轨14采用了三段拼接，拼接成一个较长的磁轨14，使得两个X向刀片13可共用一个磁轨14。在其它一些实施例中，也可根据需要调整拼接的数量，例如可以只是一段或两端，也可是四段或五段，在此不作限制，实现两个X向刀片13同轴气浮导向下相对独立的运动。X向两个X向刀片13采用同一个气浮导轨支撑导向，以及同一个磁轨14定子固定，独立无铁芯线圈动子15的驱动形式，使得整体结构精简，节省了空间，提高了两个X向刀片13的的运动行程，并保证了无径向齿槽力、垂直吸引力等阻尼力，提高了X向整体的气浮刚度和电机出力一致性，从而提高X向气浮承载力，提高X向刀片13步进运动动态性能(例如高速度、高加速度等)和运行平稳性，同时其结构布局紧凑简单，减小了安装误差的累积，提高了X向两个刀片的运动一致性和定位精度。采用无铁芯线圈动子15可减轻整体重量，提升运行稳定性。
另外，无铁芯线圈动子15、X向滑块12及X向刀片13之间连接紧凑，无需另外通过连杆等其它连接件来连接，使得整体的占用空间小，运动质量较小，运动质心偏距较小，提高了X向步进运动的加速度及定位精度等运动性能。
如图5所示，磁轨14可以为U形，第一磁石定子161及第二磁石定子162分别设置于U形的两个相对的侧壁上，这样可以使第一磁石定子161及第二磁石定子162相对设置，在第一磁石定子161和第二磁石定子162之间形成一定间距，用于安装无铁芯线圈动子15。无铁芯线圈动子15的一端从磁轨14的U形开口处伸入第一磁石定子161与第二磁石定子162之间，无铁芯线圈动子15只需一部分伸入磁轨14中即可，另一部分留在磁轨14外部，用于连接X向滑块12。在其它实施例中，也可以将整个无铁芯线圈动子15完全置于磁轨14中，而通过其它转接件来将无铁芯线圈动子15与位于磁轨14外的X向滑块12连接。磁轨14的U形结构设计有利于第一磁石定子161和第二磁石定子162的安装，也有利于提升磁轨14与第一磁石定子161和第二磁石定子162的整体性，使三者形成一个整体的模组，便于设备的安装，减少零散部件的数量。
另外，磁轨14的U形结构设计还有利于无铁芯线圈动子15的导向，避免无铁芯线圈动子15发生运动偏移。例如可以在磁轨14的U形的底部开设导向槽141，无铁芯线圈动子15伸入第一磁石定子161与第二磁石定子162之间的一端延伸至导向槽141中。可以理解的是，导向槽141沿X向延伸，以使导向槽141顺着无铁芯线圈动子15的移动方向延伸，不阻碍无铁芯线圈动子15的移动。导向槽141与无铁芯线圈动子15间隙配合，也就是说无铁芯线圈动子15与导向槽141之间具有一定的间隙，这样才能使无铁芯线圈动子15顺畅的移动，导向槽141的设置只是为了在无铁芯线圈动子15发生较大偏移时进行阻挡。实际上，无铁芯线圈动子15与第一磁石定子161、第二磁石定子162及导向槽141之间均保持一定间隙，以使无铁芯线圈动子15具有一定运动空间，保证无铁芯线圈动子15在整个磁轨14中运行平滑顺畅。无铁芯线圈动子15伸入磁轨14中的一端通过导向槽141导向，未伸入磁轨14中的一端与X向滑块12连接，通过X向滑轨11来导向，这样使得导向效果更好，整体运行更平稳，精度更高，不易发生偏离。
图6是本发明图5所示的X向组件中X向滑块与X向滑轨配合的配合面的结构示意图，如图6所示，X向滑块12的与X向滑轨11相对的侧壁上还可以设置第一预紧磁铁121，也就是说X向滑块12与X向滑轨11配合的配合面设置第一预紧磁铁121，此种结构适用于X向滑轨和X向滑块分别为气浮滑轨和气浮滑块的情况下，第一预紧磁铁121可为X向滑块12提供足够稳定的气浮预紧力，保持气浮面之间稳定的气膜厚度，保证气浮支撑刚度，同时提高X向的动子的扭转刚度，消除X向刀片13在重力、气浮力及线缆力影响下的静态扰动，保证X向刀片13的静态稳定性。
请参阅图5，X向滑轨11与X向滑块12均为L形，X向滑块12的L形内侧壁叠设于X向滑轨11的L形外侧壁上，X向滑块12的L形外侧壁的其中一个L形外侧壁与无铁芯线圈动子15连接，其中另一L形外侧壁与X向刀片13连接。这样将X向滑轨11和X向滑块12均设计为L形，通过L形面配合，可增加气浮支撑面，提升气浮支撑的效果，使整个模组运行更平稳，提升了X向刀片13移动的精确性。
基于X向滑轨11与X向滑块12均为L形，其配合面也为L形配合面，请参阅图6，所以第一预紧磁铁121可以设置在X向滑块12的两个L形侧面上，提升气浮预紧力。
如图5所示，X向与Y向形成第一平面a，磁轨14的U形侧壁与第一平面垂直，也就是说磁轨14的磁轨面垂直第一平面a设置，磁轨14的U形开口朝向第一平面a，基于磁轨14与第一平面a垂直，结合L形的X向滑块12设计，L形的X向滑块12形成直角转向，使得X向刀片13与X向滑块12连接后，X向滑块12也与磁轨14垂直，也就使得X向刀片13与第一平面a平行了。如图2所示，这样设计可以使得磁轨14在X向上占用较小的安装宽度d，在第一平面a上留出更大的空间来给刀片运动，尤其是使Y向刀片23可以在Y向上向磁轨14的方向运动更长的距离，行程更大，使得整个结构设计更合理，刀片行程更大。
如图5所示，X向滑块12与无铁芯线圈动子15的沿Y向上靠近Y向刀片23的侧壁连接，无铁芯线圈动子15的沿Y向上靠近Y向刀片23的侧壁即图5所示中无铁芯线圈动子15的下表面，且X向滑块12与无铁芯线圈动子15连接处设置有转接板17。转接板17的设计可避免X向滑轨11与磁轨14发生干涉，如图5，由于X向滑块12安装在无铁芯线圈动子15的下表面，如果直接将X向滑块12贴合无铁芯线圈动子15的下表面安装，那么与X向滑块12配合的X向滑轨11必定会与磁轨14靠得很近甚至接触，导致安装不便，使得X向滑轨11与磁轨14互相干涉，所以设计转接板17可避免两者干涉。另外，转接板17也使得X向滑块12与无铁芯线圈动子15之间的连接更方便，便于装配。
请继续参阅图5，X向滑块12与X向刀片13之间垫设有微调板18。微调板18设置在X向滑块12上，X向刀片13紧靠微调板18设置，X向刀片13和微调板18通过螺栓紧固在X向滑块12上，具体为固定在X向滑块12上与第一平面a平行的侧壁上，这样保证X向刀片13处于第一平面内，可沿X向移动。在X向滑块12与X向刀片13之间垫设微调板18，通过修磨微调板18的厚度和安装面倾斜度，可以保证X向刀片13相对Y向刀片23的Z向间隙和倾斜度，保证X向刀片13的可替换性。就算更换X向刀片13，也可以通过修磨微调板18来保证所有X向刀片13均能达到理想的安装效果。
请参阅图5，本发明中，X向驱动装置和X向刀片13的重量分别为0.4kg左右，X向驱动装置的连续出力大概为FX＝29N，故X向最大加速度大致为7.4g；X向反电动势Bemf＝30V/m/s，母线电压Ux＝300V，故X向最大速度Vmax＝Ux/Bemf＝10m/s。即X向可实现最大速度10m/s，最大加速度7.4g的步进运动。
图7是本发明图4所示的Y向组件去掉Y向滑轨后的内部结构示意图，如图7所示，Y向驱动装置包括铁芯线圈定子24及磁铁动子25。铁芯线圈定子24沿Y向设置，而磁铁动子25则直接设置在Y向滑块22上，磁铁动子25与Y向滑块22一体式设计可降低整体的重量，使质量最小化，同时磁铁动子25与Y向滑块22一体式设计具有高模态的优点，提高了Y向刀片23扫描运动的动态性能。铁芯线圈定子24与Y向滑块22贴合设置，以使铁芯线圈定子24与Y向滑块22上的磁铁动子25配合形成Y向驱动装置，以驱动Y向滑块22上的Y向刀片23移动。每个Y向刀片23都连接有单独的磁铁动子25和Y向滑块22，使得每个Y向刀片23都可以单独驱动，独立运动。采用带铁芯的铁芯线圈定子24可保留铁芯直线电机大推力、低成本及散热好的优点，因为较大铁芯线圈有利于散热。另外，由于磁铁动子25与Y向滑块22一体式设计形成动子，又使得Y向驱动装置达到像无铁芯直线电机动子的质量最小化的优点。再者，由于Y向驱动装置采用了线圈不动磁铁动的驱动形式，使得Y向驱动装置的线缆固定不动，消除了线缆运动拉扯对Y向刀片23的动态扰动。
请参考图7，铁芯线圈定子24为两个，两个Y向滑块22分别设置在两个铁芯线圈定子24上，这样可使每个Y向滑块22上的磁铁动子25都有独立的铁芯线圈定子24来驱动，独立的电机定子可以为每个磁铁动子25提供更大的驱动力，提高Y向刀片23扫描运动的加速度。
磁铁动子25、Y向滑块22及Y向刀片23之间连接紧凑，无需另外通过连杆等其它连接件来连接，使得整体的占用空间小，运动质量较小，运动质心偏距较小，提高了Y向扫描运动的加速度及定位精度等运动性能。
磁铁动子25的形状和磁铁动子25安装在Y向滑块22上的安装方式没有限制，只要能使磁铁动子25与铁芯线圈定子24配合实现驱动Y向刀片23的扫描运动即可。在一种实施方式中，如图7所示，磁铁动子25可为长条状，磁铁动子25为多条，每一条磁铁动子25均沿X向延伸设置，这样设置可保证Y向驱动装置形成Y向驱动力。多条磁铁动子25沿Y向上的连线与Y向之间形成一夹角，图8是本发明中磁铁动子与Y向滑块装配的侧视图的简化结构示意图，如图8所示，多条磁铁动子25沿Y向上的连线与Y向之间形成一夹角c,使得多条磁铁动子25整体上相对于Y向呈一定倾斜角度，有效地减小了齿槽效应导致的径向齿槽力急剧变化，减少了速度波动和动态误差，提高了高速度、高加速度运动的动态稳定性。同时，磁铁动子25整体上相对于Y向呈一定倾斜角度设置使得动子一直存在着较稳定的径向齿槽力，故Y向驱动装置可实现自身重力补偿及对惯性加速度力的阻尼作用，抵抗在掉电等情况下Y向驱动装置的自由落体和相对运动碰撞，提高了Y向刀片23的运动安全性。较佳的，夹角c可为0-31.3°。
请参阅图7，Y向滑块22上设置有用于容纳磁铁动子25的凹槽221，磁铁动子25嵌设于凹槽221中。这样可以使得Y向滑块22表面较为平整，避免磁铁动子25凸出Y向滑块22的表面，Y向滑块22表面较为平整便于Y向滑块22与Y向滑轨21的装配。
如图4所示，Y向滑轨21与Y向滑块22均为L形，Y向滑块22的L形外侧壁叠设于Y向滑轨21的L形内侧壁上，Y向滑块22的L形内侧壁与铁芯线圈定子24贴合，铁芯线圈定子24大致为矩形，Y向滑块22贴合在矩形的一个角上。通过Y向滑轨21与Y向滑块22这种L形的配合面设计，可增大Y向滑块22与Y向滑轨21配合的配合面的面积，当Y向滑轨21为气浮滑轨、Y向滑块22为气浮滑块时，通过Y向滑轨21与Y向滑块22的L形的配合面设计可增大气浮面，提升气浮效果，保证良好的气浮导向作用，实现Y向刀片23稳定移动，也有利于Y向驱动的速度和加速度的提升，实现驱动模组的高模态。
在Y向滑轨21为气浮滑轨Y向滑块22为气浮滑块的情况下，如图7所示，Y向滑块22的L形外侧壁的其中一个L形外侧壁上设有磁铁动子25，其中另一L形外侧壁上设有第二预紧磁铁222。在Y向滑块22的两个L形外侧壁上一个设置磁铁动子25，另一个设置第二预紧磁铁222，即可以实现使磁铁动子25与铁芯线圈定子24配合形成驱动装置，又可以利用第二预紧磁铁222来提升气浮预紧力，提升驱动装置运行的稳定性。如图7所示，Y向滑块22的L形外侧壁其中一个外侧壁与第一平面a平行，其中另一个外侧壁与第一平面a垂直，磁铁动子25设置在Y向滑块22的与第一平面a平行的外侧壁上，第二预紧磁铁222设置在Y向滑块22的与第一平面a垂直的外侧壁上。
请结合图2及图3，X向刀片13为L形，包括第一L形边131及第二L形边132，第一L形边131与X向滑块12连接，第二L形边132用于与Y向刀片23共同形成狭缝窗口1，Y向滑轨21上设置有用于容纳第二L形边132的容纳槽211，这样当X向刀片13移动到靠近Y向滑轨21处时，如图2所示，第二L形边132可以伸入容纳槽211中，可以增大X向刀片13的行程。另外，这样设计还可以减小整个可变光阑100的Z向尺寸。虽然将X向组件10沿Z向远离Y向组件20设置也可以避免Y向滑轨21阻挡第二L形边132，但是这样无疑会增大整个可变光阑100的Z向尺寸，增大可变光阑100的占用的空间，不利于结构的精简和优化。
Y向驱动装置及Y向刀片23的重量分别为0.34kg左右，Y向驱动装置的连续出力大概为75N，故Y向最大加速度大致为22g；Y向反电动势Bemf＝114V/m/s，母线电压UY＝320Vdc，故Y向最大速度Vmax＝UY/Bemf＝2.8m/s。即Y向可实现最大速度2.8m/s，最大加速度22g的扫描运动。
可以理解的是，本发明中X向组件10也可采用上述Y向组件20的结构，使得X向组件10和Y向组件20可都做扫描运动，只需将X向组件10和Y向组件20设置为L形或倒L形的偏振结构，使X向组件10和Y向组件20中一个沿X向移动另一个沿Y向移动，形成曝光窗口。
综上，本发明在满足有限空间尺寸约束下，进一步提高可变光阑100的行程、步进扫描速度、加速度等运动性能，本发明的可变光阑100具有高模态、轻质量及高运动性能等特点，可实现最大扫描速度2.8m/s、最大扫描加速度22g、扫描运动行程±60mm、步进运动行程±60mm、最大正交视场窗口(即狭缝窗口1)116mm*26mm。
本发明还提供一种光刻机，光刻机包括上述可变光阑100，由于本发明光刻机具有上述可变光阑100，所以至少具有上述可变光阑100所具有的有益效果，在此不再重复赘述。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种可变光阑，其特征在于，包括：
X向组件(10)以及Y向组件(20)；
所述X向组件(10)包括：
X向滑轨(11)；
两个X向滑块(12)，两个所述X向滑块(12)沿X向间隔分布在所述X向滑轨(11)上；
X向刀片(13)，设于所述X向滑块(12)上；以及
X向驱动装置，与所述X向滑块(12)连接；
所述Y向组件(20)包括：
Y向滑轨(21)；
两个Y向滑块(22)，两个所述Y向滑块(22)沿Y向间隔分布在所述Y向滑轨(21)上，
Y向刀片(23)，设于所述Y向滑块(22)上；以及
Y向驱动装置，与所述Y向滑块(22)连接；
其中，两个所述X向滑块(12)上的所述X向刀片(13)与两个所述Y向滑块(22)上的所述Y向刀片(23)共同围成用于曝光的狭缝窗口(1)；
所述X向驱动装置和/或Y向驱动装置包括：
铁芯线圈定子(24)；以及
磁铁动子(25)，设于所述Y向滑块(22)上；
其中，所述铁芯线圈定子(24)与所述Y向滑块(22)贴合设置，以使所述铁芯线圈定子(24)与所述Y向滑块(22)上的所述磁铁动子(25)配合形成所述Y向驱动装置；
所述磁铁动子(25)为长条状，且为若干条，每一所述磁铁动子(25)均沿所述X向延伸设置，若干条所述磁铁动子(25)沿所述Y向上的连线与所述Y向之间形成一夹角(c)；
所述Y向滑块(22)上设置有用于容纳所述磁铁动子(25)的凹槽(221)，所述磁铁动子(25)嵌设于所述凹槽(221)中；
所述X向驱动装置包括：
磁轨(14)，所述磁轨(14)内设置有磁石定子(16)，所述磁石定子(16)包括相对设置于所述磁轨(14)内的第一磁石定子(161)及第二磁石定子(162)；
无铁芯线圈动子(15)，至少部分设于所述第一磁石定子(161)与第二磁石定子(162)之间，所述无铁芯线圈动子(15)连接至所述X向滑块(12)，以驱动所述X向滑块(12)移动；
所述磁轨(14)为U形，所述第一磁石定子(161)及所述第二磁石定子(162)分别设置于所述U形的两个相对的侧壁上；
所述U形的底部开设有导向槽(141)，所述无铁芯线圈动子(15)伸入所述第一磁石定子(161)与所述第二磁石定子(162)之间的一端延伸至所述导向槽(141)中。
2.根据权利要求1所述的可变光阑，其特征在于，所述X向组件(10)与所述Y向组件(20)中至少一个为扫描组件。
3.根据权利要求1所述的可变光阑，其特征在于，所述X向滑轨(11)为气浮滑轨，所述X向滑块(12)为气浮滑块，所述X向滑块(12)的与所述X向滑轨(11)相对的侧壁上设有第一预紧磁铁(121)。
4.根据权利要求1所述的可变光阑，其特征在于，所述X向滑轨(11)与所述X向滑块(12)均为L形，所述X向滑块(12)的L形内侧壁叠设于所述X向滑轨(11)的L形外侧壁上，所述X向滑块(12)的L形外侧壁的其中一个L形外侧壁与所述无铁芯线圈动子(15)连接，其中另一L形外侧壁与所述X向刀片(13)连接。
5.根据权利要求4所述的可变光阑，其特征在于，所述X向与所述Y向形成第一平面(a)，所述磁轨(14)的U形侧壁与所述第一平面(a)垂直，所述X向刀片(13)与所述第一平面(a)平行。
6.根据权利要求5所述的可变光阑，其特征在于，所述X向滑块(12)与所述无铁芯线圈动子(15)的沿所述Y向上靠近所述Y向刀片(23)的侧壁连接，且所述X向滑块(12)与所述无铁芯线圈动子(15)连接处设置有转接板(17)。
7.根据权利要求5所述的可变光阑，其特征在于，所述X向滑块(12)与所述X向刀片(13)之间垫设有微调板(18)。
8.根据权利要求1所述的可变光阑，其特征在于，所述夹角(c)为0-31.3°。
9.根据权利要求1所述的可变光阑，其特征在于，所述Y向滑轨(21)与所述Y向滑块(22)均为L形，所述Y向滑块(22)的L形外侧壁叠设于所述Y向滑轨(21)的L形内侧壁上，所述Y向滑块(22)的L形内侧壁与所述铁芯线圈定子(24)贴合。
10.根据权利要求9所述的可变光阑，其特征在于，所述Y向滑轨(21)为气浮滑轨，所述Y向滑块(22)为气浮滑块，所述Y向滑块(22)的L形外侧壁的其中一个L形外侧壁上设有所述磁铁动子(25)，其中另一L形外侧壁上设有第二预紧磁铁(222)。
11.根据权利要求1所述的可变光阑，其特征在于，所述X向刀片(13)为L形，包括第一L形边(131)及第二L形边(132)，所述第一L形边(131)与所述X向滑块(12)连接，所述第二L形边(132)用于与所述Y向刀片(23)共同形成所述狭缝窗口(1)，所述Y向滑轨(21)上设置有用于容纳所述第二L形边(132)的容纳槽(211)。
12.一种光刻机，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的可变光阑。
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