JP6909858B2 - シャッター装置及びその制御方法、リソグラフィー装置及びその露光量制御方法 - Google Patents
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Description
本発明はリソグラフィー装置分野に関し、特に、シャッター装置及びその制御方法、リソグラフィー装置及びその露光量制御方法に関する。
フォトリソグラフィーは、基板の表面上に特徴を有するパターンを印刷するために用いられる。一般的に用いられる基板は、表面に感光性媒体が塗布された半導体ウェハーまたはガラス基板を含む。フォトリソグラフィープロセスにおいて、ウェハーはウェハーステージ上に置かれ、リソグラフィー装置内の露光装置によって特徴を有するパターンをウェハーの表面に投影する。
リソグラフィー装置の重要な指標は露光量であり、露光量を正確に制御することはリソグラフィー装置のエッチング精度に直接影響を与える。
従来のミディアムエンド及びローエンドフォトリソグラフィ装置の露光システムは、光源として高圧水銀ランプを用い、露光の開始及び終了は光学路内の機械式シャッターによって制御し、露光量は露光時間によって決められる。具体的には、まず、予熱または環境制御によって、高圧水銀ランプの出力光パワーを安定させた後、露光時間を計算し、シャッターを開いて露光を開始し、同時にカウントを始める。最後に、露光時間になると、シャッターを閉じ、露光を終了する。
露光に適用されるシャッターの機械形式は、シャッター羽根の動作形態によって、回転式シャッターとリニア式シャッターとに分けられる。シャッター動作制御方式は、主に開ループ制御と閉ループ制御を含む。
従来技術において、二重羽根回転式直接駆動方式のシャッターが開示されており、ここで、動作体は永久磁石であり、コイル内部の電流方向を変えることで磁場の方向を変えて永久磁石の直線運動を吸収している。但し、速度については明らかに開示していない。従来技術において電磁直線運動駆動構造がさらに開示されているが、この構造の適用条件はカメラ分野であり、開口径が１０ｍｍより小さく、カメラの動作条件の光強度エネルギーが低く、リソグラフィ装置に適しない。
従来技術では、回転モータを駆動として用いる単一羽根の回転式シャッターをさらに提案しており、閉ループ制御により露光開閉位置を制御し、シャッターの最小開閉時間（シャッターが開き始めてから完全に閉じるまでに必要な最小時間）は１５０ｍｓ〜１７０ｍｓであり、光源の照射強度が２０００ｍＷ／ｃｍ２の動作条件下で、前記回転式シャッターを用いて実現可能な最小露光量は３００ｍｊである。但し、このシャッターが直面する主な問題は以下の通りである。
（１）３００ｍｊ未満のプロセス用量に対して、照度減衰構造のエネルギー減衰方式によって少量の露光量を実現しなければならない。
（２）開閉時間の制限により、少量露光歩留まりに明らかな欠点がある。
（３）照度減衰機構の存在及びシャッター開閉速度の制限により、単位時間あたりの光源の利用率が低下する。
（１）３００ｍｊ未満のプロセス用量に対して、照度減衰構造のエネルギー減衰方式によって少量の露光量を実現しなければならない。
（２）開閉時間の制限により、少量露光歩留まりに明らかな欠点がある。
（３）照度減衰機構の存在及びシャッター開閉速度の制限により、単位時間あたりの光源の利用率が低下する。
本発明は、シャッター開閉時間を短縮し、少量露光歩留まりを向上させ、また、光源の利用率を向上させるシャッター装置及びその制御方法、リソグラフィー装置及びその露光量制御方法を提供する。
前記技術問題を解決するために、本発明は、遮光ユニット及びボイスコイルモータを含み、前記ボイスコイルモータは永久磁石モジュール、駆動ガイドレールモジュール、及びコイル構造を含み、前記コイル構造は前記駆動ガイドレールモジュール上に設置され、前記永久磁石モジュールは前記駆動ガイドレールモジュールの内部で磁場を発生し、前記遮光ユニットは２つのシャッター羽根を含み、前記シャッター羽根は前記コイル構造と連結され、前記コイル構造に通電されると、前記駆動ガイドレールモジュールの磁場方向と反対または同じ方向の磁場を発生して、前記コイル構造が前記駆動ガイドレールモジュールに沿って正方向または逆方向に運動するようにして２つのシャッター羽根を開閉させるシャッター装置を提供する。
好ましくは、前記永久磁石モジュールは、対称的に配置された２組の永久磁石グループを含み、各組の永久磁石グループは２つの永久磁石を含み、前記駆動ガイドレールモジュールは前記２つの永久磁石の間に設けられ、前記コイル構造は２つのコイルを含み、１つのコイルは１つのシャッター羽根に連結され、且つ１組の永久磁石グループに対応する。
好ましくは、前記駆動ガイドレールモジュールは鉄心を用いる。
好ましくは、前記駆動ガイドレールモジュールは弧形または半円形である。
好ましくは、前記２つのシャッター羽根ははさみ型でヒンジ連結され、且つ２つのシャッター羽根の間は閉鎖状態で重なり合う。
好ましくは、前記シャッター羽根はアルミニウム製羽根を用いる。
好ましくは、前記シャッター羽根の表面に対して黒色陽極酸化工程処理を行う。
好ましくは、前記シャッター装置はボイスコイルモータ及び遮光ユニットの外部に覆われて設けられたハウジングをさらに含み、前記ハウジング上の遮光ユニットに対応する位置に光通過孔が設けられている。
好ましくは、前記ハウジングに圧縮空気を流入して前記ボイスコイルモータ及び遮光ユニットを冷却するための冷却ガス入口が設けられている。
好ましくは、前記シャッター羽根の直径は前記光通過孔の直径よりも大きい。
好ましくは、前記シャッター羽根と前記コイル構造との間にベアリングシャフトアセンブリがさらに設けられている。
好ましくは、前記ベアリングシャフトアセンブリは、べアリングハウジングと、前記ベアリングハウジングに取り付けられた回転軸と、前記回転軸に設置されたベアリングと、前記ベアリングと結合される軸スリーブとを含み、前記シャッター羽根は前記回転軸に設けられ、且つコイル構造と連結される。
好ましくは、前記回転軸と前記ベアリングとの間、前記ベアリングと前記軸スリーブとの間は中間嵌めされる。
好ましくは、前記ベアリングは二重深溝玉ベアリングを用いる。
好ましくは、前記シャッター装置は、位置検出器と位置検出片とをさらに含み、前記位置検出器は前記ベアリングハウジングに取り付けられ、前記位置検出片は前記軸スリーブに取り付けられ、且つ前記シャッター羽根に対して固定された位置を有する。
好ましくは、前記シャッター羽根の重心は前記回転軸の中心付近であり、且つ前記シャッター羽根の円弧縁側に偏っている。
好ましくは、前記永久磁石モジュール及び駆動ガイドレールモジュールがべアリングハウジングに取り付けられて固定される。
本発明は、所望のスポットサイズによってボイスコイルモータの出力パワーを決定するステップと、ボイスコイルモータの出力パワーによって制御カードからコイル構造に出力される電流を決定するステップと、を含み、前記制御カードはコイル構造に正方向電流を出力してシャッター羽根の加速を制御することができ、前記制御カードはコイル構造に逆方向電流を出力してシャッター羽根の減速を制御することができ、加速開き、減速開き、加速閉じ及び減速閉じの四つの速度の制御段階によって前記シャッター羽根の開閉を実現し、同時にシャッター羽根が加速開き、減速開き、加速閉じ及び減速閉じ状態時の通電時間を設定する前記のようなシャッター装置の制御方法をさらに提供する。
好ましくは、前記方法は、前記制御カードによりコイル構造にシャッター羽根の加速を制御する正方向電流及びシャッター羽根の減速を制御する逆方向電流よりもはるかに小さい電流を出力してシャッター羽根が静止状態になるようにするステップをさらに含む。
好ましくは、所望のスポットサイズによってボイスコイルモータの出力パワーを決定するステップは、所望のスポットサイズによって単一シャッター羽根の回転ストロークを決定し、前記回転ストロークによって開閉過程でシャッター羽根の所望の推力を計算して、さらにボイスコイルモータの出力パワーを決定するステップを含む。
好ましくは、前記方法は、前記制御カードがコイル構造に出力する電流ピークを最適化し、前記シャッター羽根に対してＳ型速度曲線制御を行うステップをさらに含む。
本発明は、前記シャッター装置を含むリソグラフィー装置をさらに提供する。
本発明は、露光量コマンドを受信し、前記露光量に基づいて前記ボイスコイルモータの出力パワーを決定するステップと、前記ボイスコイルモータの出力パワーによって、制御カードがコイル構造に出力する電流と通電時間を決定するステップとを含み、前記制御カードはコイル構造に正方向電流を出力して前記シャッター装置が加速開き動作を行うようにし、加速が終わると、前記制御カードはコイル構造に逆方向電流を出力して前記シャッター装置が減速開き動作を行うようにし、減速電流が終わると、前記制御カードは前記コイル構造に保持電流を出力して待機段階に入り、エネルギー時間積分判断条件に従って閉鎖コマンドの発行を待ち、閉鎖コマンドが発行されると、前記制御カードはコイル構造に正方向電流を出力して前記シャッター装置が加速閉じ動作を行うようにし、加速が終わると、前記制御カードはコイル構造に逆方向電流を出力して前記シャッター装置を減速閉じ動作を行うようにすることにより、一回の露光量制御過程を完成する前記リソグラフィー装置に適用される露光量制御方法をさらに提供する。
従来技術に比べて、本発明は以下のような長所を有する。本発明は、２つのシャッター羽根を結合して用いることにより、シャッター羽根のストロークを低減することができ、一方、大きいトルクを提供することができるボイスコイルモータを用い、両者を結合することにより、本発明のリソグラフィ装置の露光シャッター装置が以下の技術指標を実現することができるようにする：即ち、単一シャッター羽根の開閉角度が２０°に達し、光通過直径は４０ｍｍ、最小開閉時間は２８．４ｍｓであり、シャッター羽根の開閉時間が大幅に向上した、また、単一シャッター羽根の駆動平均電力は１５．３Ｗであり、照度２５００ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、シャッター羽根が１７０Ｗの光強度での最小露光量は８０ｍｊであり、少量露光歩留まりが少なくとも３倍増加して、照明減衰機構を使用する必要がなく、単位時間あたりの光源の利用率が向上した。
以下、本発明の前記目的、特徴及び利点をより明確で且つ分かりやすくするために、図面を結合して本発明の具体的な実施形態について詳しく説明する。なお、本発明の図面は、簡易化した形式を採用し、且つ正確ではない比率を使用しており、本発明の実施例を容易かつ明確に説明することを補助するために用いられることに留意すべきである。
図１〜５に示すように、本発明のリソグラフィー装置の露光シャッター装置は、ハウジング５００、前記ハウジング５００内に設置された遮光ユニット、ベアリングシャフトアセンブリ３００、ボイスコイルモータ１００、及び位置検出モジュールを含む。ハウジング５００、つまりリソグラフィー装置の露光シャッター装置の全体外形寸法は、例えば、１６０ｍｍ×５０ｍｍ×２００ｍｍである。ここで、前記遮光ユニットは２つのシャッター羽根２００を含み、前記ボイスコイルモータ１００は前記ベアリングシャフトアセンブリ３００を通じて前記シャッター羽根２００の動作を制御して前記シャッター羽根２００が回転軸３２０の周りを回転するようにする。
主に、図１〜２によれば、前記ボイスコイルモータ１００は、永久磁石モジュール１１０、駆動ガイドレールモジュール１２０及びコイル構造を含み、前記永久磁石モジュール１１０は、対称的に配置された２組の永久磁石グループ１１０１、１１０２を含み、各永久磁石グループは２つの永久磁石１１１を含む。前記駆動ガイドレールモジュール１２０は、２組の永久磁石グループ１１０１、１１０２を貫通し、２つの永久磁石１１１の間に設置される鉄心を用いる。前記コイル構造は、２つのコイル１３０を含み、前記２つのコイル１３０は前記鉄心上に設置されて対応するシャッター羽根２００と連結される。具体的には、１組の永久磁石は１つのコイル１３０に対応し、１つのコイル１３０は１つのシャッター羽根２００に連結し、４つの永久磁石１１１で構成される２組の永久磁石グループ１１０１、１１０２は鉄心の内部で鉄心の方向に磁場を生成し、コイル１３０が通電されると、コイル１３０の磁場の方向は鉄心内部の磁場の方向と反対または同一なり、コイル１３０内の電流の方向を変えることにより、コイル１３０が鉄心上で加速及び減速運動をするように制御することができる。
前記ボイスコイルモータ１００は、永久磁石グループ１１０１、１１０２及び駆動ガイドレールモジュール１２０を固定するための取付座１４０をさらに含む。前記駆動ガイドレールモジュール１２０は弧形または半円形であり、本実施例では、前記２組のシャッター羽根２００の動作を簡単に駆動するために、前記取付座１４０及び前記永久磁石モジュール１１０も対応するように弧形または半円形に設けていることに留意されたい。従って、本実施例の図２は、ボイスコイルモータ１００の構造に対する補助的説明として用いられるだけで、ボイスコイルモータ１００の具体的な形状を限定してはならない。
主に、図１及び図３によれば、前記ベアリングシャフトアセンブリ３００は、ベアリングハウジング３１０、前記ベアリングハウジング３１０上に取り付けられる回転軸３２０、前記回転軸３２０上に設けられるベアリング３３０、及び前記ベアリング３３０と中間ばめされた軸スリーブ３４０を含み、２つのシャッター羽根２００は回転軸３２０に取り付けられた後、それぞれ対応するコイル１３０に連結され、回転軸３２０に取り付けられたシャッター羽根２００は前記ベアリング３３０、軸スリーブ３４０を順次に通過してベアリングハウジング３１０に取り付けられ、前記回転軸３２０と前記ベアリング３３０との間、前記ベアリング３３０と軸スリーブ３４０との間は何れも中間ばめを採用することにより、シャッター羽根２００の軸方向の揺動量を大幅に低減することができる。好ましくは、前記永久磁石モジュール１１０及び駆動ガイドレールモジュール１２０は、図１に示されるように、ベアリングハウジング３１０に取り付けられて固定される。
好ましくは、前記ベアリング３３０は二重深溝玉ベアリングを採用し、単一ベアリング構造を採用する際に比べて、ベアリングハウジング３１０及び回転軸３２０の高速運動過程における揺れを効果的に低減することができる。
図５に示すように、前記ハウジング５００上の遮光ユニットつまりシャッター羽根２００と対応する位置に光通過孔５１０が開設され、前記ハウジング５００には冷却ガス入口が設けられ、前記冷却ガス入口を通じて少量の圧縮空気が流入されて、コイル１３０とシャッター羽根２００に対して放熱処理をすることによって、熱影響によりコイル１３０内の電流が不安定なリスクを回避し、同時にシャッター羽根２００の長期的な信頼性を向上させた。シャッター羽根２００の耐熱性をさらに確保するために、本発明では、耐熱ステンレス鋼よりも優れた放熱係数を有し、回転慣性モーメントがより小さいアルミニウム製羽根を採用し、前記アルミニウム製羽根は前述の小流量の圧縮空気と補助的に協力してシャッター羽根２００の冷却放熱を実現する。
図１〜図５によれば、本発明の２つのシャッター羽根２００は、はさみ型ヒンジ連結を採用し、さらに、未露光状態で、２つのシャッター羽根２００の間の隙間による散乱光及び反射光が照明システムに入ることを効果的に減少するために、２つのシャッター羽根２００は重なっている。具体的には、シャッター羽根２００の隙間（図１の紙面方向に垂直する距離）が２ｍｍである場合、重なり合う設計幅（図１において、ｄで示す）は８ｍｍであるため、迷光が２つのシャッター羽根２００の間での反射回数を増加した。さらに、前記シャッター羽根２００は、硬質黒色陽極酸化プロセスで処理する必要があるので、シャッター羽根２００の表面反射率を６％未満にして、迷光を効果的に吸収することができる。同時に、シャッター羽根２００とハウジング５００との間のピッチを２ｍｍ以下に制御し、シャッター羽根２００の直径を光通過孔５１０の開口一辺より４ｍｍ以上にすることにより、ハウジング５００の光通過孔５１０の辺縁での散乱光の影響を減少する。図１に示すように、光通過孔５１０の半径はｒであり、２つのシャッター羽根を重ね合わせた後の半径はＲであれば、Ｒ−ｒ≧４ｍｍが要求される。
好ましくは、図４に示されるように、前記シャッター羽根２００の重心Ｃは前記シャッター羽根２００上の回転軸３２０の下方に位置し、且つシャッター羽根２００の重力トルクがベアリング３３０の摩擦抵抗トルクよりも大きくなるようにシャッター羽根２００の円弧側に偏っていて、シャッター羽根２００は電源が切れた異常状態で自ら閉じて遮光状態になり、それにより、紫外線が長時間照射してワークテーブルまたはシリコンウェーハに影響を及ぼすことを避ける。
好ましくは、位置検出モジュールは、位置検出器４００及び位置検出片３５０を含み、位置検出器４００は２つあり、それぞれ回転軸３２０の両側の前記ベアリングハウジング３１０に取り付けられ、位置検出片３５０は２つあり、何れも２つのシャッター羽根２００の中の何れか一つのシャッター羽根２００に連結された軸スリーブ３４０に取り付けられ、２つの位置検出片３５０はシャッター羽根２００の回転により回転し、位置検出器４００は位置検出片３５０の位置と１対１に対応して、シャッター羽根２００の開閉を認識するのに用いられる。本実施形態で、図１に示すように、２つの位置検出片３５０は何れも図面の左側のシャッタ羽根２００の軸スリーブ３４０に取り付けられ、２つのシャッタ羽根２００が閉状態のとき、右側の位置検出器４００は右側の位置検出片３５０の位置を検出することができ、右側の位置検出器４００によって信号状態「１」をフィードバックし、左側の位置検出器４００は左側の位置検出片３５０の位置を検出することができないので、左側の位置検出器４００は信号状態「０」をフィードバックし、２つの位置検出器４００の組み合わせたフィードバック信号は「１０」であるが、これは２つの前記シャッター羽根２００が閉状態であることを示す。同様に、２つのシャッタ羽根２００を開くと、左側のシャッタ羽根２００は時計回りに回転し、右側のシャッタ羽根２００は反時計回りに回転し、同時に、２つの位置検出片３５０も対応して時計回りに回転して、右側の位置検出片３５０が右側の位置検出器を離れて、右側の位置検出器４００が右側の位置検出片３５０を検出できないようにし、右側の位置検出器４００は信号状態「０」をフィードバックし、左側の位置検出器４００は左側の位置検出片３５０を検出することができ、左側の位置検出器４００は信号状態「１」をフィードバックし、２つの位置検出器４００のフィードバック信号は「０１」であり、これは２つのシャッター羽根２００が開いた状態であることを示す。以上の説明は、位置検出器４００及び位置検出片３５０の概略的な設置位置及び開閉状態の検出方法である。本技術分野における技術者にとって、図１の左右２つの位置検出片３５０の設置位置も交換可能であること、即ち、２つの位置検出片３５０が何れも図面の右側のシャッター羽根２００の軸スリーブ３４０に取り付けられ、２つのシャッタ羽根２００が閉状態で、左側の位置検出器４００は左側の位置検出片３５０を検出することができ、右側の位置検出器は右側の位置検出片３５０を検出することができなく、２つのシャッタ羽根２００が開かれた状態では前記と反対に行えばいいということは容易に理解され得る。また、状態「０」で位置検出片３５０を検出したことを表し、状態「１」で位置検出片３５０を検出されなかったことを表してもよい。以上の説明の外に、本発明は他の位置設定方式及び開閉状態検出方式によって実現することができ、位置検出器４００と位置検出片３５０との間の検出状態によってシャッター羽根の開閉状態を反映する実施形態は何れも本出願の保護範囲に属するべきである。
以上から分かるように、本実施形態は、２つのシャッター羽根２００を結合して用いることにより、シャッター羽根２００のストロークを低減することができ、一方、大きいトルクを提供することができるボイスコイルモータ１００を用い、両者を結合することにより、本発明のリソグラフィ装置の露光シャッター装置が以下の技術指標を実現することができるようにする。
即ち、単一シャッター羽根２００の開閉角度が２０°に達し、光通過直径は４０ｍｍであり、単一シャッター羽根２００の駆動平均電力は１５．３Ｗである時に、最小開閉時間は２８．４ｍｓに達し、動作ストロークを縮小することにより開閉時間を大幅に減小した。また、光源放射照度２５００ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、シャッター羽根２００が１７０Ｗの光強度での最小露光量は８０ｍｊであり、従来技術に比べて、少量露光歩留まりは少なくとも３倍増加して、照明減衰機構を使用する必要がなく、単位時間あたりの光源の利用率が向上した。
即ち、単一シャッター羽根２００の開閉角度が２０°に達し、光通過直径は４０ｍｍであり、単一シャッター羽根２００の駆動平均電力は１５．３Ｗである時に、最小開閉時間は２８．４ｍｓに達し、動作ストロークを縮小することにより開閉時間を大幅に減小した。また、光源放射照度２５００ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、シャッター羽根２００が１７０Ｗの光強度での最小露光量は８０ｍｊであり、従来技術に比べて、少量露光歩留まりは少なくとも３倍増加して、照明減衰機構を使用する必要がなく、単位時間あたりの光源の利用率が向上した。
図６に示すように、本発明のリソグラフィー装置の露光シャッター装置の開閉動作を示す図、つまりシャッター羽根の速度制御を示す図であり、その運動形態は、主に加速開き過程、減速開き過程、加速閉じ過程及び減速閉じ過程を含む。
図１〜図５によれば、本発明は、リソグラフィー装置の露光シャッター装置の制御方法をさらに提供する。本発明はシャッター装置に対して開ループ電流制御を行い、具体的には、
まず、 露光時に必要なスポットサイズによって単一シャッター羽根２００の回転ストロークを決定し、前記回転ストロークによって開閉過程におけるシャッター羽根２００に必要な推力を計算し、さらに、ボイスコイルモータ１００の出力パワーを決定する。具体的には、下記の式によって実現される。
Ｌ＝０．５・ξ・ｔ２ （公式１）
Ｍ＝Ｊ・ξ （公式２）
Ｍ＝Ｆ・ｌ （公式３）
式において、Ｌは単一シャッター羽根２００の回転ストロークであり、最小開閉所要時間ｔは３０ｍｓであり（即ち、シャッターが開き始めてから完全に閉じるまでの最小時間ｔが３０ｍｓを越えないことが好ましい）、単一シャッター羽根２００の回動慣性モーメントＪは０．００００４２Ｋｇ・ｍ２であり、Ｍは回動モーメントの大きさであり、ξはシャッター羽根２００の角速度であり、ｌはコイル１３０のトルクアームの長さである。
まず、 露光時に必要なスポットサイズによって単一シャッター羽根２００の回転ストロークを決定し、前記回転ストロークによって開閉過程におけるシャッター羽根２００に必要な推力を計算し、さらに、ボイスコイルモータ１００の出力パワーを決定する。具体的には、下記の式によって実現される。
Ｌ＝０．５・ξ・ｔ２ （公式１）
Ｍ＝Ｊ・ξ （公式２）
Ｍ＝Ｆ・ｌ （公式３）
式において、Ｌは単一シャッター羽根２００の回転ストロークであり、最小開閉所要時間ｔは３０ｍｓであり（即ち、シャッターが開き始めてから完全に閉じるまでの最小時間ｔが３０ｍｓを越えないことが好ましい）、単一シャッター羽根２００の回動慣性モーメントＪは０．００００４２Ｋｇ・ｍ２であり、Ｍは回動モーメントの大きさであり、ξはシャッター羽根２００の角速度であり、ｌはコイル１３０のトルクアームの長さである。
シャッター装置の開閉過程で単一シャッター羽根２００に必要な推力Ｆの大きさ、即ちボイスコイルモータ１００の出力パワーＦは、下記の式により計算する。
Ｆ＝Ｍ／ｌ＝２・Ｊ・Ｌ／（ｔ２・ｌ）≒１３Ｎ
また、摩擦力などの要因を考慮して、ボイスコイルモータ１００の出力パワーＦの大きさは１４Ｎに決定される。
Ｆ＝Ｍ／ｌ＝２・Ｊ・Ｌ／（ｔ２・ｌ）≒１３Ｎ
また、摩擦力などの要因を考慮して、ボイスコイルモータ１００の出力パワーＦの大きさは１４Ｎに決定される。
ボイスコイルモータ１００の出力パワーによってコイル１３０に供給される必要な電流の方向と大きさを決定し、制御カード（図示しない）を通じて対応する電流をコイル１３０に出力することができ、シャッター羽根が静止状態であり、制御カードが正方向電流Ｉ１を出力する時に、シャッター羽根２００は開かれ、制御カードが逆方向電流Ｉ２を出力する時に、シャッター羽根２００は閉じられる。シャッター羽根２００の開閉過程で、制御カードが正方向電流Ｉ１を出力すると、シャッター羽根２００は加速開きまたは加速閉じ過程にあり、制御カードが逆方向電流Ｉ２を出力すると、シャッター羽根２００は減速開きまたは減速閉じ過程にある。同時に、シャッター羽根２００が加速開き、減速開き、加速閉じ及び減速閉じ状態にある時の通電時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４の大きさを設定し、さらに、シャッター装置の開閉過程を制御し、図７に示すように、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４≦３０ｍｓである。動作がない場合、制御カードの出力電流は正方向電流及び逆方向電流よりもはるかに小さいため、シャッター羽根２００は静止状態になる。
前記方式で得られたシャッター装置の電気パラメータは、主に以下を含む：単一コイル１３０の抵抗＜６Ω、コイル１３０内の電流＜５Ａ、電力＜２２Ｗ。
図８に示すように、露光過程におけるエネルギー検出を示す図である。シャッター露光量制御プロセスには、露光量コマンドを受信し、リソグラフィー装置の露光シャッター装置が順次に加速開き、減速開き動作をするように制御カードは正方向及び逆方向電流を出力し、減速電流が終わると、制御カードは保持電流を出力して待機段階に入る。この段階で、前記保持電流は正方向及び逆方向の電流よりもはるかに小さい電流を指すため、シャッター羽根２００は静止状態（開いた状態に保持されているように示されている）になる。エネルギー時間積分判断条件に従って閉鎖コマンドの発行を待ち、閉鎖コマンドが発行されると、制御カードは正方向及び逆方向電流を出力してシャッター装置２００が加速閉じ、減速閉じ動作を行うようにする。
リソグラフィー装置の露光シャッター装置の電力が２０Ｗ未満である場合、制御カードの出力電流のピーク値を最適化することにより、シャッター羽根２００の開閉速度を向上させることができ、光源の照度が３０００ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、最小開閉時間が２０ｍｓに達するように実現する。図９と図６の比較により、本実施例と実施例１は、本実施例は、実施例１に基づいて制御カードに対して最適化し、遮光ユニットつまりシャッター羽根２００に対してＳ型速度曲線制御を行うことにより、開位置及び閉位置におけるシャッター羽根２００の振動周波数及び振幅を低減することができ、さらに、露光量の精度及び再現性をさらに確保することができるという点で異なる。
本技術分野において通常の知識を有する者は本発明の精神及び範囲内で発明に対して各種変更及び変形を行うことができる。このように、本発明のこのような修正及び変形が本発明の特許請求範囲及びそれと同等技術範囲に属すれば、本発明もこのような変更及び変形を含むべきである。
１００−ボイスコイルモータ、１１０−永久磁石モジュール、１１１−永久磁石、１２０−駆動ガイドレールモジュール、１３０−コイル、２００−シャッター羽根、３００−ベアリングシャフトアセンブリ、３１０−べアリングハウジング、３２０−回転軸、３３０−ベアリング、３４０−軸スリーブ、４００−位置検出器、３５０−位置検出片、５００−ハウジング、５１０−開口。
Claims (20)
- 遮光ユニット及びボイスコイルモータを含み、前記ボイスコイルモータは永久磁石モジュール、駆動ガイドレールモジュール、及びコイル構造を含み、前記コイル構造は前記駆動ガイドレールモジュール上に設置され、前記永久磁石モジュールは前記駆動ガイドレールモジュールの内部で磁場を発生し、前記遮光ユニットは２つのシャッター羽根を含み、前記シャッター羽根は前記コイル構造と連結され、前記コイル構造に通電されると、前記駆動ガイドレールモジュールの磁場方向と反対または同じ磁場を発生して、前記コイル構造が前記駆動ガイドレールモジュールに沿って正方向または逆方向に運動するようにして２つのシャッター羽根を開閉させ、
コイルを通電することで前記コイル構造内の電流の方向を変えることにより、前記２つのシャッター羽根の開閉速度を制御し、
前記シャッター羽根と前記コイル構造との間にベアリングシャフトアセンブリがさらに設けられており、
前記ベアリングシャフトアセンブリは、ベアリングハウジングと、前記ベアリングハウジングに取り付けられた回転軸と、前記回転軸に設置されたベアリングと、前記ベアリングと結合される軸スリーブとを含み、前記シャッター羽根は前記軸スリーブに設けられ、且つコイル構造と連結され、
前記シャッター羽根の重心は前記回転軸の中心付近であり、且つ前記シャッター羽根の円弧縁側に偏っており、
前記シャッター羽根は、電源が切れた異常状態で自ら閉じて遮光状態を実現する、
ことを特徴とするシャッター装置。 - 前記永久磁石モジュールは、対称的に配置された２組の永久磁石グループを含み、各組の永久磁石グループは２つの永久磁石を含み、前記駆動ガイドレールモジュールは前記２つの永久磁石の間に設けられ、前記コイル構造は２つのコイルを含み、１つのコイルは１つのシャッター羽根に連結され、且つ１組の永久磁石グループに対応することを特徴とする請求項１に記載のシャッター装置。
- 前記駆動ガイドレールモジュールは鉄心を用い、
前記鉄心は２組の永久磁石グループを貫通し、かつ前記各永久磁石グループの２つの永久磁石の間に設けられる、
ことを特徴とする請求項２に記載のシャッター装置。 - 前記鉄心は弧形または半円形であることを特徴とする請求項３に記載のシャッター装置。
- 前記２つのシャッター羽根ははさみ型でヒンジ連結され、且つ２つのシャッター羽根の間は閉鎖状態で重なり合うことを特徴とする請求項１または２に記載のシャッター装置。
- 前記シャッター羽根はアルミニウム製羽根を用いることを特徴とする請求項１に記載のシャッター装置。
- 前記シャッター羽根の表面に対して黒色陽極酸化工程処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のシャッター装置。
- 前記シャッター装置はボイスコイルモータ及び遮光ユニットの外部に覆われて設けられたハウジングをさらに含み、前記ハウジング上の遮光ユニットに対応する位置に光通過孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシャッター装置。
- 前記ハウジングに圧縮空気を流入して前記ボイスコイルモータ及び遮光ユニットを冷却するための冷却ガス入口が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のシャッター装置。
- 前記シャッター羽根の直径は前記光通過孔の直径よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載のシャッター装置。
- 前記回転軸と前記ベアリングとの間、前記ベアリングと前記軸スリーブとの間は中間嵌めされることを特徴とする請求項１に記載のシャッター装置。
- 前記ベアリングは二重深溝玉ベアリングを用いることを特徴とする請求項１に記載のシャッター装置。
- 前記シャッター装置は、位置検出器と位置検出片とをさらに含み、前記位置検出器は前記ベアリングハウジングに取り付けられ、前記位置検出片は前記軸スリーブに取り付けられ、且つ前記シャッター羽根に対して固定された位置を有することを特徴とする請求項１に記載のシャッター装置。
- 前記永久磁石モジュール及び駆動ガイドレールモジュールがべアリングハウジングに取り付けられて固定されることを特徴とする請求項１に記載のシャッター装置。
- 所望のスポットサイズによってボイスコイルモータの出力パワーを決定するステップと、
ボイスコイルモータの出力パワーによって制御カードからコイル構造に出力される電流を決定するステップと、を含み、
前記制御カードはコイル構造に正方向電流を出力してシャッター羽根の加速を制御することができ、前記制御カードはコイル構造に逆方向電流を出力してシャッター羽根の減速を制御することができ、加速開き、減速開き、加速閉じ及び減速閉じの四つの速度の制御段階によって前記シャッター羽根の開閉を実現し、同時にシャッター羽根が加速開き、減速開き、加速閉じ及び減速閉じ状態時の通電時間を設定することを特徴とする請求項１〜１４の中の何れか一項に記載のシャッター装置に適用される制御方法。 - 前記制御カードによりコイル構造にシャッター羽根の加速を制御する正方向電流及びシャッター羽根の減速を制御する逆方向電流よりもはるかに小さい電流を出力してシャッター羽根が静止状態になるようにするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の制御方法。
- 所望のスポットサイズによってボイスコイルモータの出力パワーを決定するステップは、所望のスポットサイズによって単一シャッター羽根の回転ストロークを決定し、前記回転ストロークによって開閉過程でシャッター羽根の所望の推力を計算して、さらにボイスコイルモータの出力パワーを決定するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の制御方法。
- 前記制御カードがコイル構造に出力する電流ピークを最適化し、前記シャッター羽根に対してＳ型速度曲線制御を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の制御方法。
- 請求項１〜１４中の何れか一項に記載のシャッター装置を含むことを特徴とするリソグラフィー装置。
- 露光量コマンドを受信し、露光量に基づいて前記ボイスコイルモータの出力パワーを決定するステップと、前記ボイスコイルモータの出力パワーによって、制御カードがコイル構造に出力する電流と通電時間を決定するステップとを含み、
前記制御カードはコイル構造に正方向電流を出力して前記シャッター装置が加速開き動作を行うようにし、加速が終わると、前記制御カードはコイル構造に逆方向電流を出力して前記シャッター装置が減速開き動作を行うようにし、減速電流が終わると、前記制御カードは前記コイル構造に 保持電流を出力して待機段階に入り、エネルギー時間積分判断条件に従って閉鎖コマンドの発行を待ち、閉鎖コマンドが発行されると、前記制御カードはコイル構造に正方向電流を出力して前記シャッター装置が加速閉じ動作を行うようにし、加速が終わると、前記制御カードはコイル構造に逆方向電流を出力して前記シャッター装置を減速閉じ動作を行うようにすることにより、一回の露光量制御過程を完成することを特徴とする請求項１９に記載のリソグラフィー装置に適用される露光量制御方法。
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