KR20190132486A - 셔터 장치 - Google Patents

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KR20190132486A
KR20190132486A KR1020197032388A KR20197032388A KR20190132486A KR 20190132486 A KR20190132486 A KR 20190132486A KR 1020197032388 A KR1020197032388 A KR 1020197032388A KR 20197032388 A KR20197032388 A KR 20197032388A KR 20190132486 A KR20190132486 A KR 20190132486A
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푸핑 장
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상하이 마이크로 일렉트로닉스 이큅먼트(그룹) 컴퍼니 리미티드
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Abstract

셔터 장치는, 이동 가능 차광 모듈(1) 및 상기 이동 가능 차광 모듈(1)의 이동을 제어하도록 구성된 이동 제어 모듈(2)을 포함한다. 상기 이동 가능 차광 모듈(1)은 차광 유닛(30), 구동 유닛(40) 및 신호 측정 유닛(20)을 포함한다. 상기 차광 유닛(30)은 2 개의 블레이드(302)를 포함하고, 상기 이동 제어 모듈(2)은 제어 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 구동 유닛(40)은 제어 신호를 수신하고 상기 2 개의 블레이드(302)를 구동하도록 구성된다. 상기 신호 측정 유닛(20)은 상기 블레이드(302)의 동작 상태를 측정하여 실시간으로 상기 이동 제어 모듈(2)로 피드백한다. 상기 이동 제어 모듈(2)은 상기 피드백 동작 상태에 기초하여 상기 제어 신호를 업데이트하도록 구성된다. 이러한 셔터 장치는 기존의 셔터 사용으로 인한 낮은 노출 선량 정확도 및 광 누출 문제를 극복하고 다양한 응용 분야에 적합한 정확하게 제어되는 다양한 노출 선량을 제공할 수 있다.

Description

셔터 장치
본 발명은 반도체 장치 제조 기술 분야에 관한 것으로서, 특히 셔터 장치에 관한 것이다.
포토리소그래피에 사용되는 노광 시스템에 있어서, 노광 선량 정확도는 일반적으로 1% 미만으로 요구되는 아주 중요한 지표이며, 사용하는 셔터 블레이드(shutter blades)의 개폐 성능에 좌우된다. 고출력 수은 램프를 광원으로 사용하는 응용에서, 셔터 블레이드는 몇 십 msec 혹은 겨우 20msec의 개폐 사이클을 수행할 것이 요구된다. 그런 셔터는 고온의 엄격한 조건하에서 신속하게 개폐되므로, 이들의 블레이드에는 고성능 및 고신뢰도가 요구된다.
현재, 그러한 노광 시스템은 일반적으로 회전 모터에 의해 구동되는 회전 셔터나 음성 코일 모터에 의해 구동되는 왕복 셔터를 사용한다. 그러나 이들 종래의 회전 셔터는 제한된 동작 속도로 인해 저용량 노광 어플리케이션을 다룰 수 없고, 기존의 왕복 셔터는 개루프 제어 메커니즘을 채택하는 바, 이들은 신뢰할 수 없고 온도 변화에 민감하여 빈번한 광누출로 용량 정확도에 대한 불안정 제어를 초래한다.
본 발명은 서로 다른 노광 선량을 필요로 하는 다양한 어플리케이션을 효과적으로 다루면서 낮은 노광 선량 정확도와 광 누출이라는 문제점을 해결할 수 있는 셔터 장치를 제안한다.
본 발명의 목적은 기존 셔터를 사용함으로써 비롯되는 낮은 노광 선량 정확도와 광 누출이라는 문제점을 해결하고 서로 다른 어플리케이션에 적합한, 정확히 제어된 다양한 노광 선량을 제공하는데 있다.
셔터 장치는 이동 가능 차광 모듈 및 이동 제어 모듈을 포함하되, 상기 이동 제어 모듈은 상기 이동 가능 차광 모듈의 이동을 제어하도록 구성되고, 상기 이동 가능 차광 모듈은 차광 유닛, 구동 유닛 및 신호 측정 유닛을 포함하고, 상기 차광 유닛은 2 개의 블레이드를 포함하고, 상기 이동 제어 모듈은 제어신호를 생성하도록 구성되고, 상기 구동 유닛은 상기 제어 신호를 수신하고 상기 2 개의 블레이드를 구동하도록 구성되고, 상기 신호 측정 유닛은 상기 2 개의 블레이드의 동작 상태를 측정하고 상기 동작 상태를 실시간으로 상기 이동 제어 모듈에 피드백하도록 구성되고, 상기 이동 제어 모듈은 상기 피드백된 동작 상태에 기초하여 상기 제어 신호를 업데이트하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 셔터 장치는 상기 2 개의 블레이드에 각각 대응하는 2 개의 구동 유닛 및 2 개의 신호 측정 유닛을 포함한다.
선택적으로, 각각의 구동 유닛은 상기 2 개의 블레이드의 개방 및 폐쇄를 허용하도록 상기 2 개의 블레이드 중 대응하는 하나를 구동시키도록 구성된 모터를 포함한다.
선택적으로, 상기 이동 가능 차광 모듈은, 각각 베어링 베이스, 회전축 및 베어링을 포함하는 2 개의 샤프트 어셈블리 유닛을 더 포함하고, 상기 베어링은 상기 베어링 베이스 내에 배치되며, 상기 회전축은 상기 베어링을 관통하고, 상기 2 개의 블레이드 중 대응하는 하나는 상기 회전축에 연결되고 상기 회전축의 일 측에 위치되고, 상기 2 개의 구동 유닛 중 대응하는 하나는 상기 회전축에 연결되고 상기 회전축의 타측에 위치한다.
선택적으로, 상기 차광 유닛은 2 개의 블레이드 어댑터 플레이트를 더 포함하고, 상기 2 개의 블레이드 중 대응하는 하나는 상기 2 개의 블레이드 어댑터 플레이트 중 하나에 의해 상기 회전축에 연결된다.
선택적으로, 상기 2 개의 블레이드 어댑터 플레이트 중 해당하는 하나와 상기 회전축 사이에 단열판이 배치된다.
선택적으로, 상기 이동 제어 모듈은, 상기 2 개의 블레이드가 서로 폐쇄될 때 광 누출이 없도록, 상기 2 개의 블레이드 각각의 회전 각도 오차(α)를 하기 식에 따라 제어하도록 구성되고,
Figure pct00001
여기서 M은 상기 2개의 블레이드 사이의 중첩을 나타내고, Mmin은 상기 2개의 블레이드에 대한 최소 허용 중첩을 나타내고, R은 상기 2 개의 블레이드 각각의 회전 반경을 나타낸다.
선택적으로, 상기 신호 측정 유닛 각각은 상기 2 개의 블레이드 중 대응하는 하나의 블레이드의 위치를 실시간으로 감지하도록 구성된 위치 센서를 포함한다.
선택적으로, 상기 위치 센서는 상기 회전축의 일 단에 채결되고 상기 2 개의 블레이드 중 대응하는 하나의 블레이드의 회전 각도를 실시간으로 검출하도록 구성된 회전식 인코더 또는 원형 격자 스케일을 포함한다.
선택적으로, 상기 위치 센서는 선형 격자 스케일을 포함한다.
선택적으로, 상기 이동 제어 모듈은 프로세서, 트리거 및 제어부를 포함하고, 상기 프로세서는 노광 명령을 트리거에 전송하도록 구성되고, 상기 트리거는 상기 노광 명령에 따라 상기 제어부를 트리거하도록 구성되고, 상기 프로세서는 통신 인터페이스를 통해 상기 제어부와 통신하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 프로세서로부터 통신된 정보에 기초하여 이동 가능 차광 모듈의 이동을 제어하도록 구성된다.
　
본 발명에 따르면, 상기 셔터 장치는 이동 가능 차광 모듈 및 상기 이동 가능 차광 모듈의 이동을 제어하도록 구성된 이동 제어 모듈을 포함한다. 상기 이동 가능 차광 모듈은 차광 유닛, 구동 유닛 및 신호 측정 유닛을 포함한다. 상기 차광 유닛은 2 개의 블레이드를 포함하고, 상기 이동 제어 모듈은 제어 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 구동 유닛은 제어 신호를 수신하고 상기 2 개의 블레이드를 구동하도록 구성된다. 상기 신호 측정 유닛은 상기 블레이드의 동작 상태를 측정하여 실시간으로 상기 이동 제어 모듈로 피드백한다. 상기 이동 제어 모듈은 상기 피드백 동작 상태에 기초하여 상기 제어 신호를 업데이트하도록 구성된다. 이러한 셔터 장치는 기존의 셔터 사용으로 인한 낮은 노출 선량 정확도 및 광 누출 문제를 극복하고 다양한 응용 분야에 적합한 정확하게 제어되는 다양한 노출 선량을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 블레이드의 동작 상태도 제어할 수 있도록 상기 모터를 제어하고, 상기 위치 센서는 상기 블레이드의 동작 상태를 상기 제어부에 실시간으로 피드백하고 상기 제어부는 상기 모터의 구동력을 조정하여 폐쇄 루프 제어를 형성함으로써, 셔터를 폐쇄하는 동안 광 누출을 효과적으로 제거한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셔터 장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동가능 차광 모듈의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 샤프트 어셈블리의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 닫힌 블레이드를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 과정의 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션한 블레이드 움직임 프로파일을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션한 블레이드 속도 프로파일을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션한 블레이드 가속도 프로파일을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 과정중 시뮬레이션한 블레이드 오류 프로파일을 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 제안된 셔터 장치의 구체적인 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 본 개시의 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 청구 범위로부터 더욱 명백해질 것이다. 첨부 도면은 반드시 축척대로 제시되지는 않고 매우 단순화된 형태로 제공되며, 이는 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 편리함과 명확성을 도모하기 위함이다.
장기간의 연구 및 실험을 통해, 본 발명자들은 기존의 셔터 장치의 사용으로 인한 노출 선량 정확도 및 광 누출의 불안정한 제어 문제를 해결할 수 있는 새로운 셔터 장치를 개발하였다.
따라서, 본 발명은 이동 가능 차광 모듈 및 이동 가능 차광 모듈의 이동을 제어하도록 구성된 이동 제어 모듈을 포함하는 셔터 장치를 제공한다. 이동 가능 차광 모듈은 차광 유닛, 구동 유닛 및 신호 측정 유닛을 포함한다. 차광 유닛은 2 개의 블레이드를 포함하고, 이동 제어 모듈은 제어 신호를 생성하도록 구성된다. 구동 유닛은 제어 신호를 수신하고 2 개의 블레이드를 구동하도록 구성된다. 신호 측정 유닛은 블레이드의 동작 상태를 측정하고 이를 실시간으로 이동 제어 모듈로 피드백하도록 구성된다. 이동 제어 모듈은 동작 상태에 기초하여 제어 신호를 업데이트하도록 구성된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셔터 장치의 개략적인 구조도이다. 도 1에 도시 된 바와 같이, 셔터 장치는 이동 가능 차광 모듈(1) 및 이동 가능 차광 모듈(1)의 이동을 제어하도록 구성된 이동 제어 모듈(2)을 포함한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 이동 가능 차광 모듈(1)의 구조적 개략도이다. 도시된 바와 같이, 이동 가능 차광 모듈은 샤프트 어셈블리 유닛(10), 신호 측정 유닛(20), 차광 유닛(30) 및 구동 유닛(40)을 포함한다. 본 실시예에서, 신호 측정 유닛(20), 차광 유닛(30) 및 구동 유닛(40)은 하나의 어셈블리로 간주하여, 이동 가능 차광 모듈(1)은 샤프트 어셈블리 유닛(10)에 의해 서로 실질적으로 대칭으로 연결된 2 개의 이러한 어셈블리를 포함할 수 있다. 두 어셈블리의 차광 유닛들(30)이 서로를 향해 이동하거나 또는 멀어질 때, 셔터 장치는 각각 닫히거나 열릴 것이다. 설명의 편의를 위해, 어셈블리들 중 하나만이 일 예로 설명될 것이다. 샤프트 어셈블리 유닛(10)은 구동 유닛(40)과 차광 유닛(30) 모두에 결합되고, 신호 측정 유닛(20)은 차광 유닛(30)에 결합된다. 도 1을 계속 참조하면, 이동 제어 모듈(2)은 프로세서(70), 트리거(60) 및 제어부(80)를 포함할 수 있다. 프로세서(70)는 통신 인터페이스를 통해 제어부(80)와 통신하고 노광 명령을 트리거(60)에 전송하도록 구성되고, 트리거(60)는 노광 명령에 기초하여 제어부(80)를 트리거하도록 구성된다. 제어부(80)는 차광 유닛(30)의 동작 상태를 제어하도록 구성되고, 신호 측정 유닛(20)은 차광 유닛(30)의 동작 상태를 프로세서(70)에 실시간으로 피드백하도록 구성된다.
차광 유닛(30)은 블레이드 어댑터 플레이트(301) 및 블레이드 어댑터 플레이트 (301)에 나사로 고정된 블레이드(302)를 포함한다.
도 3은 도 2의 파선 A-A'를 따라 절개한, 본 발명의 일 실시예에 따른 샤프트 어셈블리 유닛의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 샤프트 어셈블리 유닛(10)은 베어링 베이스(104), 회전축(102), 베어링(101) 및 단열판(103)을 포함할 수 있다. 회전축(102)은 베어링 베이스(104)를 관통하고, 베어링은 세라믹 베어링인 것이 바람직하다. 베어링(101)은 베어링 베이스(104)에 구속되고, 단열판(103)은 회전축(102)에 고정된다. 차광 유닛(30)의 블레이드 어댑터 플레이트(301)는 회전축(102)에 연결되고, 샤프트 어셈블리 유닛(10)의 일측에 위치한다. 구동 유닛(40)은 회전축(102)에 연결되고 샤프트 어셈블리 유닛(10)의 타측에 위치한다.
도 2 및 도 3을 계속 참조하면, 구동 유닛(40)은 모터, 바람직하게는 코일(402)이 회전축(102)의 회전을 구동할 수 있도록 회전축(102)에 부착된 자석(401) 및 코일(402)을 포함하는 음성 코일 모터를 포함할 수 있다. 베어링(101)은 베어링 베이스(104)에 고정된 외부 레이스(outer race)를 가진다. 블레이드 어댑터 플레이트(301)는 회전축(102)에 고정되고, 블레이드(302)가 보이스 코일 모터에 의해 구동되는 회전축(102)와 함께 회전하여 블레이드(302)의 개폐 동작을 이룰 수 있도록 나사에 의해 블레이드 어댑터 플레이트(301)에 고정된다. 단열판(103)은 블레이드 어댑터 플레이트(301)와 블레이드(302) 사이의 열 전도를 차단하기 위해 회전축(102)에 고정된다. 단열판 (103)은 블레이드 어댑터 플레이트(301)로부터의 열을 차단하기 위해 회전축(102)과 블레이드 어댑터 플레이트 (301) 사이에 배치된 유리 섬유 시트인 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 블레이드(302)로 전도되는 열이 최소화되어, 셔터의 성능이 향상될 수 있다.
도 1, 2 및 3을 함께 참조하면. 코일(402)이 회전축(102)을 구동하여 회전시키면, 블레이드(302)는 회전축(102)과 블레이드 어댑터 플레이트(301) 사이의 연결로 인해 회전하도록 구동되어, 블레이드(302)의 개폐 동작을 실행한다. 신호 측정 유닛(20)은 위치 센서(201)를 포함할 수 있고 위치 센서(201)는 회전축(102)의 일 단에 채결된 회전식 인코더를 포함하는 것이 바람직하다. 회전식 인코더는 또한 원형 또는 선형 격자 스케일로 대체될 수 있다. 위치 센서(201)는 블레이드(302)의 회전 각도 및 위치를 실시간으로 감지하고 그 정보를 프로세서(70)에 피드백할 수 있다. 프로세서(70)는 노광 선량 및 노광 제어 정확도 요구 조건에 따라 현재 노광 선량과 이론적 노광 선량 사이의 차이를 계산할 수 있다. 상기 차이가 예상 제어 정확도를 만족하지 않으면 셔터가 닫혀 노광이 중단될 것이다. 그렇지 않으면 선량 요구 조건이 충족될 때까지 노광이 계속될 것이다. 연속적인 노광 과정시, 회전식 인코더(201)는 항상 블레이드(302)의 회전 각도를 모니터링하여 그 정보를 실시간으로 프로세서(70)에 제공하여, 프로세서(80)는 이를 바탕으로, 블레이드의 동작을 규제하기 위해 제어부(80)에게 모터의 구동력을 제어하도록 지시한다. 이러한 방식으로, 노광 선량 정확도 및 크기를 제어하기 위해 폐쇄 루프 제어를 달성할 수 있다.
(도 4에 도시된 바와 같이) 노광 과정 후에, 두 개의 블레이드는 중첩 M을 가진 채 닫혀야 한다. 닫힌 블레이드에서 광 누출을 제거하기 위해, 최소 중첩 Mmin은 하기 <수학식 1>을 따라야한다. 여기서, 각각의 블레이드에 대해, R은 회전 반경을 나타내고, α는 각도 오차를 나타내고, α는 다음을 만족해야 한다:
Figure pct00002
반경 R은 블레이드의 회전 중심에서 블레이드의 유효 음영 영역의 윤곽상에 있는 가장 먼 지점까지의 거리를 나타낸다. 도 2의 실시예에서, 회전 중심은 해당 베어링 또는 회전축이 중심이 되는 지점이다. 중첩 M은 폐쇄 블레이드들의 선형 에지 사이의 선형 거리로 정의될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 과정의 타이밍도이며, 세로 좌표는 회전 각도(폐쇄 위치에서 0)를 나타내고 가로 좌표는 시간을 나타낸다. 상기 과정은 다음 단계로 나눌 수 있다: T1 시간 동안, 블레이드는 완전히 개방된 상태에 도달될 때까지 점차 개방되어 노광이 시작되고 지속된다; T2 시간 동안, 블레이드는 완전히 개방된 상태로 유지되고 노광 과정은 지속된다; T3 시간 동안, 블레이드는 완전히 폐쇄된 상태에 도달할 때까지 점점 폐쇄되고 노광 과정은 종료된다. 저선량 노출 어플리케이션에 대해, T1 및 T3 시간이 짧을수록 노광 정확도가 높아진다.
본 발명의 유익한 효과는, 블레이드가 완전히 폐쇄된 상태에서 개방 상태까지 20°(0.349 rad)의 회전 각도로 고속으로 12ms만에 개폐되는 것으로 가정되는 특정 시뮬레이션 예에 의해 추가로 설명될 것이다. 또한 블레이드가 완전히 닫혔을 때 회전 반경 R이 100mm이고 중첩 M이 8mm이다. 완전 폐쇄시 광 누출을 제거하기 위해, 블레이드의 최소 허용 중첩은 6mm로 설정된다. 도 6은 시뮬레이션된 블레이드의 이동 프로파일을 도시하며, 여기서 가로 좌표는 시간(들)을 나타내고 세로 좌표는 블레이드의 각도 위치(rad)를 나타낸다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 블레이드는 12ms만에 개방되고 최종 각도는 0.349rad로 유지된다. 도 7은 시뮬레이션된 블레이드 속도 프로파일을 도시하며, 여기서 가로 좌표는 시간(들)을 나타내고 세로 좌표는 블레이드의 각속도(rad/s)를 나타낸다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 블레이드는 처음 6ms에서 최대 각속도 58.18 rad/s까지 가속된 다음 완전히 이동을 중단할 때까지 다음 6ms 동안 (즉, 6ms에서 12ms 까지) 감속된다. 도 8은 시뮬레이션된 블레이드 가속도 프로파일을 도시하며, 여기서 가로 좌표는 시간(들)을 나타내고 세로 좌표는 블레이드의 가속도(rad/s2)를 나타낸다. 블레이드는 처음 6ms에서 9696rad/s2로 가속된 후 다음 6ms에서 -9696rad/s2로 가속된다. 도 9는 상기 이동 과정 동안 시뮬레이션된 블레이드의 오차 프로파일을 도시하며, 여기서 가로 좌표는 시간(s)을 나타내고 세로 좌표는 각도 오차(rad), 즉 이동 제어 모듈(2)이 지시한 블레이드의 목표 각도와 블레이드의 실제 각도 사이의 편차를 나타낸다. 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 과정시 최대 오차는 6.776 mrad이고, 셔터로부터의 광 누출이 없음을 보장하기 위한 최대 허용 각도 오차는 수학식 1에 따라 10mrad로 계산될 수 있다. 따라서, 본 발명의 셔터 장치는 저 노출 노광 어플리케이션의 을 충족시키는 높은 노출 정확도로 높은 개폐 속도에서 광 누출을 제거 할 수있다.
따라서, 본 발명은 상기 정의된 셔터 장치를 이용한 폐 루프 제어 방법을 제공한다. 이 방법은 다음 단계를 포함할 수 있다:
단계 1, 이동 제어 모듈에 의해 제어 신호를 생성하는 단계;
단계 2, 구동 유닛에 의해 차광 유닛을 구동시하여 이동시키는 단계;
단계 3, 신호 측정 유닛에 의해, 차광 유닛의 동작 상태를 측정하고 이동 제어 모듈에 실시간으로 이를 피드백하는 단계;
단계 4, 선량 요구 사항과 신호 측정 유닛에 의해 측정된 결과에 따라, 이동 제어 모듈에 의해 제어 신호를 구동 유닛에 전송하는 단계; 및
단계 5, 이동 제어 모듈로부터의 제어 신호에 따라 구동 유닛의 구동력을 변화시킴으로써, 구동 유닛에 의해 차광 유닛의 동작 상태를 조정하는 단계.
이러한 폐 루프 제어 방법은 계속 상기 예를 들어 보다 상세하게 설명될 것이다.
프로세서(70)로부터 노광 명령을 수신하면, 트리거(60)는 블레이드(302)를 개방하기위한 명령을 제어부(80)에 전송하고, 이에 따라 제어부(80)는 모터에 명령을 전송하여 모터가 회전축(102)을 구동하도록 동작시킨다. 위치 센서(201)는 블레이드(302)의 동작 상태를 감지하고 이를 프로세서(70)로 피드백한다. 상기 피드백에 기초하여, 프로세서(70)는 트리거(60)를 통해 노광 명령을 조정하고, 제어부(80)는 블레이드(302)의 동작 상태를 실시간으로 조정하기 위해 노광 명령에 따라 구동 명령을 조정한다. 노광이 완료된 후, 블레이드(302)는 폐쇄되고, 개폐 센서는 블레이드가 폐쇄 상태에 있음을 프로세서(70)에 통지한다. 프로세서(70)는 미리 설정된 스케줄에 따라 새로운 노광 과정을 위해 대기한다.
상기 방법은 특정 제품으로 구현된 상기 구성 요소를 통해 더욱 상세하게 설명될 것이다. 특히, 프로세서(70)는 PPC 보드, 트리거(60)는 ISB 보드, 제어부(80)는 상용 컨트롤러로 구현될 수 있다. ISB 보드는 상용 컨트롤러를 트리거하도록 설계되며, 상용 컨트롤러는 차례로 구동 모터 및 위치 센서(201)에 의한 폐쇄 루프 위치 제어를 가능하게 한다. PPC 보드는 다수의 시리얼 포트가 장착된 RS232 인터페이스를 통해 상용 컨트롤러와 통신할 수 있다. 상기 제어는 다음 두 가지 주요 과정을 포함할 수 있다.
(1) PPC 보드 및 ISB 보드에 의한 선량 기반 제어 - a) PPC 보드는 노광 명령을 ISB 보드에 전송한다; b) ISB 보드는 구동 명령에 따라 (블레이드를 열기 위한) Trig_open 명령을 상용 컨트롤러로 전송한다; 및 c) 상이한 선량에 대한 셔터 유지 시간이 계산된 후, ISB 보드는 (블레이드를 폐쇄하기 위한) Trig_close 명령을 상용 컨트롤러로 전송한다; 그리고
(2) ISB 보드의 명령에 기초한 상용 컨트롤러에 의한 제어-a) 전원이 켜진 후, 상용 컨트롤러는 영점 탐색 동작을 수행하고 낮은 전류에서 셧다운 상태를 유지한다; 그리고 b) 서버는 블레이드를 닫거나 열기 위한 Trig 명령을 ISB 보드로부터 기다린다.
폐 루프 제어식 셔터의 신뢰성을 입증하기 위해, 12ms의 블레이드 개방/폐쇄 시간 (즉, 높은 블레이드 개방/폐쇄 속도), 20°의 블레이드 스윕(sweep) 각도, 100mm 회전시 블레이드 반경, 폐쇄 중 블레이드 간 8mm의 중첩 M, 닫힌 블레이드로 부터의 광 누출을 방지하기 위한 최소 허용 블레이드 중첩 6mm, 서보 주기 333μs로 예시적인 예를 설계한다. 도 6은 시뮬레이션된 블레이드 이동 프로파일을 도시하며, 여기서 가로 좌표는 시간(들)을 나타내고 세로 좌표는 블레이드의 각도 위치(rad)를 나타낸다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 블레이드는 12ms만에 개방되고 최대 0.349rad의 각도로 유지된다. 도 7은 시뮬레이션된 블레이드 속도 프로파일을 도시하며, 여기서 가로 좌표는 시간(들)을 나타내고 세로 좌표는 블레이드의 각속도(rad/s)를 나타낸다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 블레이드는 처음 6ms에서 최대 각속도 58.18rad/s로 가속된 다음 완전히 움직이지 않을 때까지 다음 6ms (즉, 6ms에서 12ms까지) 동안 감속된다. 도 8은 시뮬레이션된 블레이드 가속 프로파일을 도시하며, 여기서 가로 좌표는 시간(들)을 나타내고 세로 좌표는 블레이드의 가속도(rad/s2)를 나타낸다. 블레이드는 처음 6ms 동안 9696rad/s2로 가속된 후 다음 6ms 동안 -9696rad/s2로 가속된다. 도 9는 상기 이동 과정 동안 시뮬레이션된 블레이드의 오차 프로파일을 도시하며, 여기서 가로 좌표는 시간(들)을 나타내고 세로 좌표는 각도 오차(rad)를 나타낸다. 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 과정 동안 최대 오차는 6.776mrad이고, 셔터로부터의 광 누출이 없음을 보장하기 위한 최대 허용 각도 오차는 수학식 1에 따라 10mrad로 계산될 수 있다. 1. 따라서, 본 발명의 셔터 장치는 저 노출 노광 어플리케이션의 요구 사항을 충족시키는 높은 노출 정확도와 높은 개폐 속도에서 광 누출을 제거할 수 있다.
본 발명은 셔터 장치 및 방법을 제공한다. 상기 셔터 장치는 이동 가능 차광 모듈 및 이동 가능 차광 모듈의 이동을 제어하도록 구성된 이동 제어 모듈을 포함한다. 이동 가능 차광 모듈은 차광 유닛, 구동 유닛 및 신호 측정 유닛을 포함한다. 이동 제어 모듈은 제어 신호를 생성하도록 구성된다. 구동 유닛은 제어 신호를 수신하여 차광 유닛의 동작을 제어하도록 구성되고, 신호 측정 유닛은 차광 유닛의 동작 상태를 측정하여 실시간으로 이동 제어 모듈에 피드백하도록 구성된다. 이동 제어 모듈은 피드백 동작 상태에 기초하여 실시간으로 제어 신호를 전송하도록 구성된다. 이 장치는 기존의 셔터 사용으로 인한 낮은 노광 선량 정확도 및 광 누출 문제를 극복하고 다양한 응용 분야에 적합한, 정확하게 제어되는 다양한 노광 선량을 제공할 수 있다.
또한, 제어부는 블레이드의 동작 상태가 제어될 수 있도록 모터를 제어하고, 회전식 인코더는 블레이드의 동작 상태를 제어부에 실시간으로 피드백하고, 제어부는 모터의 구동력을 조정함으로써 폐쇄 루프 제어를 형성하여 셔터를 폐쇄하는 동안 광 누출을 효과적으로 제거한다.
상기 설명은 단지 본 개시의 몇몇 바람직한 실시예를 제시할 뿐, 그 범위를 제한하려는 것이 아니다. 모터를 전기 또는 공압 실린더로 교체하는 것과 같은 명백한 변경 또는 수정은 본 개시의 범위 내에 포함된다.
1: 차광 모듈 2: 이동 제어 모듈
10: 샤프트 어셈블리 유닛 20: 신호 측정 유닛
30: 차광 유닛 40: 구동 유닛
60: 프로세서 70: 트리거
80: 제어부 101: 베어링
102: 회전축 103: 단열판(thermal isolation plate)
104: 베어링 베이스 201: 위치 센서
301: 블레이드 어댑터 플레이트 302: 블레이드
401: 자석 402: 코일

Claims (11)

  1. 셔터 장치에 있어서,
    이동 가능 차광 모듈; 및
    이동 제어 모듈을 포함하되,
    상기 이동 제어 모듈은 상기 이동 가능 차광 모듈의 이동을 제어하도록 구성되고, 상기 이동 가능 차광 모듈은 차광 유닛, 구동 유닛 및 신호 측정 유닛을 포함하고, 상기 차광 유닛은 2 개의 블레이드를 포함하고, 상기 이동 제어 모듈은 제어신호를 생성하도록 구성되고, 상기 구동 유닛은 상기 제어 신호를 수신하고 상기 2 개의 블레이드를 구동하도록 구성되고, 상기 신호 측정 유닛은 상기 2 개의 블레이드의 동작 상태를 측정하고 상기 동작 상태를 실시간으로 상기 이동 제어 모듈에 피드백하도록 구성되고, 상기 이동 제어 모듈은 상기 피드백된 동작 상태에 기초하여 상기 제어 신호를 업데이트하도록 구성되는, 셔터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2 개의 블레이드에 각각 대응하는 2 개의 구동 유닛 및 2 개의 신호 측정 유닛을 포함하는, 셔터 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 구동 유닛은 상기 2 개의 블레이드의 개방 및 폐쇄를 허용하도록 상기 2 개의 블레이드 중 대응하는 하나를 구동시키도록 구성된 모터를 포함하는, 셔터 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 이동 가능 차광 모듈은, 각각 베어링 베이스, 회전축 및 베어링을 포함하는 2 개의 샤프트 어셈블리 유닛을 더 포함하고, 상기 베어링은 상기 베어링 베이스 내에 배치되며, 상기 회전축은 상기 베어링을 관통하고, 상기 2 개의 블레이드 중 대응하는 하나는 상기 회전축에 연결되고 상기 회전축의 일 측에 위치되고, 상기 2 개의 구동 유닛 중 대응하는 하나는 상기 회전축에 연결되고 상기 회전축의 타측에 위치하는, 셔터 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 차광 유닛은 2 개의 블레이드 어댑터 플레이트를 더 포함하고, 상기 2 개의 블레이드 중 대응하는 하나는 상기 2 개의 블레이드 어댑터 플레이트 중 하나에 의해 상기 회전축에 연결되는, 셔터 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 2 개의 블레이드 어댑터 플레이트 중 해당하는 하나와 상기 회전축 사이에 단열판이 배치되는, 셔터 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 제어 모듈은, 상기 2 개의 블레이드가 서로 폐쇄될 때 광 누출이 없도록, 상기 2 개의 블레이드 각각의 회전 각도 오차(α)를 하기 식에 따라 제어하도록 구성되고,
    Figure pct00003

    여기서 M은 상기 2개의 블레이드 사이의 중첩을 나타내고, Mmin은 상기 2개의 블레이드에 대한 최소 허용 중첩을 나타내고, R은 상기 2 개의 블레이드 각각의 회전 반경을 나타내는, 셔터 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 신호 측정 유닛 각각은 상기 2 개의 블레이드 중 대응하는 하나의 블레이드의 위치를 실시간으로 감지하도록 구성된 위치 센서를 포함하는, 셔터 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 위치 센서는 상기 회전축의 일 단에 채결되고 상기 2 개의 블레이드 중 대응하는 하나의 블레이드의 회전 각도를 실시간으로 검출하도록 구성된 회전식 인코더 또는 원형 격자 스케일을 포함하는, 셔터 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 위치 센서는 선형 격자 스케일을 포함하는, 셔터 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 제어 모듈은 프로세서, 트리거 및 제어부를 포함하고, 상기 프로세서는 노광 명령을 트리거에 전송하도록 구성되고, 상기 트리거는 상기 노광 명령에 따라 상기 제어부를 트리거하도록 구성되고, 상기 프로세서는 통신 인터페이스를 통해 상기 제어부와 통신하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 프로세서로부터 통신된 정보에 기초하여 이동 가능 차광 모듈의 이동을 제어하도록 구성되는, 셔터 장치.
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