TW201627779A - 用於光蝕刻機曝光子系統的自阻尼快門裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於光蝕刻機曝光子系統的自阻尼快門裝置，包括：至少兩片快門葉片(1)，用於在快門關閉時切斷曝光區域的光源；一快門驅動臂(2)，用於帶動該至少兩片快門葉片(1)同時開啟或關閉；一磁阻尼制動電動機(3)，用於驅動或制動該快門驅動臂(2)，以帶動該至少兩片快門葉片(1)同時開啟或關閉。本發明公開的用於光蝕刻機曝光子系統的自阻尼快門裝置提高快門葉片開啟或關閉的一致性，提高快門裝置曝光遮光效果；提高快門葉片開啟或關閉過程中的穩定性；快門葉片完成開啟或關閉動作時，不需要通電流，磁阻尼制動電動機可以使快門葉片保持開或者閉的狀態，縮短控制電流持續的時間，減少熱耗散，節約能源。

Description

用於光蝕刻機曝光子系統的自阻尼快門裝置
本發明有關光蝕刻機設備製造領域，特別有關於一種用於光蝕刻機曝光子系統的自阻尼快門裝置。
光蝕刻技術是用於在襯墊表面上印刷具有特徵的構圖。經常使用的基片為表面塗有光敏感介質的半導體晶片或玻璃基片。在光蝕刻過程中，晶片放在晶片台上，藉由處在光蝕刻設備內的曝光裝置，將特徵構圖投射到晶片表面。
請參考圖1，現有技術中應用於光蝕刻機曝光子系統的是無阻尼快門裝置，包括：至少兩片快門葉片100，每一個快門葉片100對應設置一個音圈電動機200，用於驅動該快門葉片100開啟或關閉，藉由控制音圈電動機200的動子線圈中的電流來控制快門葉片100的開啟或關閉動作以及開啟或關閉的程度。請參考圖4a，無阻尼快門裝置工作時，需要先通t/2(即0~t1)正向電流使音圈電動機200的動子線圈加速運動，再通t/2(即t1~t2)反向電流使音圈電動機200的動子線圈減速運動，直至音圈電動機200的動子線圈停止運動；快門葉片100打開後，需要通電流使快門葉片100保持打開狀態。圖4a中t1為現有技術中無阻尼快門裝置開始通反向電流制動的時刻；t1~t2為現有技術中無阻尼快門裝置制動所需時間，Q是現有技術中音圈電動機的動子線圈受洛倫茲力與時間的關係曲線；W 是現有技術中快門葉片100運動過程中快門葉片100的偏轉角與時間的關係曲線。
因此，快門葉片100的開啟或關閉動作以及開啟或關閉的程度受開迴路的電流控制，控制端對曝光過程存在干擾，開迴路的電流控制會影響快門葉片100啟動制動過程中的穩定性；並且兩片快門葉片100分別由一個音圈電動機200控制開啟或關閉，兩片快門葉片100開啟或關閉的過程缺乏一致性，快門葉片100重複性差，影響曝光效果。
為了提高快門葉片開啟或關閉的一致性，避免控制端對曝光過程的干擾，提高曝光效果，本發明提供一種用於光蝕刻機曝光子系統的自阻尼快門裝置。
為了解決以上技術問題，本發明提供一種用於光蝕刻機曝光子系統的自阻尼快門裝置，包括：至少兩片快門葉片，用於在快門關閉時切斷曝光區域的光源；一快門驅動臂，用於帶動該至少兩片快門葉片同時開啟或關閉；以及一磁阻尼制動電動機，用於驅動或制動該快門驅動臂，以帶動該至少兩片快門葉片同時開啟或關閉。
作為優選，該磁阻尼制動電動機包括定子、動子和磁阻尼制動模組，該動子相對於該定子以及該磁阻尼制動模組運動，該動子藉由驅動框架與該快門驅動臂連接。
作為優選，該定子包括磁鋼、鐵芯帽以及鐵芯，該磁鋼連接該鐵芯帽以及該鐵芯。
作為優選，該動子包括線圈骨架，該線圈骨架上纏繞 有動子線圈，該線圈骨架是軸對稱結構，該線圈骨架的水平方向對稱軸的上下方均固定有第一軸向充磁阻尼磁鐵和第二軸向充磁阻尼磁鐵，該第一軸向充磁阻尼磁鐵和第二軸向充磁阻尼磁鐵之間設有第一法線向充磁阻尼磁鐵和第二法線向充磁阻尼磁鐵。
作為優選，該線圈骨架的水平方向對稱軸兩側各設置的第一軸向充磁阻尼磁鐵的充磁方向相同；該線圈骨架的水平方向對稱軸兩側各設置的第二軸向充磁阻尼磁鐵的充磁方向相同；該第一軸向充磁阻尼磁鐵和第二軸向充磁阻尼磁鐵的充磁方向相反。
作為優選，該磁阻尼制動模組呈上下對稱結構，包括對向充磁的第一阻尼磁鐵和第二阻尼磁鐵，該第一阻尼磁鐵藉由第一阻尼簧片與該鐵芯固定連接，該第二阻尼磁鐵藉由第二阻尼簧片與設置在該磁阻尼制動電動機上的固定框架固定連接。
作為優選，該快門驅動臂是一個對稱結構的四連桿機構，該四連桿機構的第一端與該至少兩片快門葉片鉸接，該四連桿機構的與其第一端對稱的第二端與一驅動框架鉸接，該驅動框架與該磁阻尼制動電動機連接。
作為優選，該至少兩片快門葉片為閘門式快門葉片。
作為優選，該至少兩片快門葉片由硬化鋁或陶瓷片製成。
作為優選，該至少兩片快門葉片表面塗有反光材料。
與現有技術相比，本發明所提供的用於光蝕刻機曝光子系統的自阻尼快門裝置設置快門驅動臂和磁阻尼制動電動機，藉由該磁阻尼制動電動機帶動該快門驅動臂，再藉由該快門驅動臂控制該快門葉片同時開啟或關閉，提高該快門葉片開啟或關閉的一致 性，曝光重複性好，提高快門裝置曝光遮光效果；該快門葉片開啟或關閉過程不受開迴路的電流控制，減小控制端對該快門葉片動作的負面影響，提高該快門葉片開啟或關閉過程中的穩定性；該快門葉片完成開啟或關閉動作時，不需要通電流，磁阻尼制動電動機可以藉由快門驅動臂控制該快門葉片保持開或者閉的狀態，縮短控制電流持續的時間，減少熱耗散，節約能源。並且磁阻尼制動電動機對該快門葉片的開啟或關閉自行制動，節省制動所需時間，制動過程中該快門葉片動作穩定，無需設置橡膠阻尼桿，可達到優良的非線性阻尼，使快速運動的該快門葉片迅速制動，提高該快門葉片制動效果。
1‧‧‧快門葉片
2‧‧‧快門驅動臂
3‧‧‧磁阻尼制動電動機
3-2‧‧‧磁鋼
3-3‧‧‧鐵芯帽
3-4‧‧‧鐵芯
3-5‧‧‧線圈骨架
3-6‧‧‧動子線圈
3-71‧‧‧第一軸向充磁阻尼磁鐵
3-72‧‧‧第二軸向充磁阻尼磁鐵
3-81‧‧‧第一法線向充磁阻尼磁鐵
3-82‧‧‧第二法線向充磁阻尼磁鐵
3-9‧‧‧固定框架
3-101‧‧‧第一阻尼磁鐵
3-102‧‧‧第二阻尼磁鐵
3-111‧‧‧第一阻尼簧片
3-112‧‧‧第二阻尼簧片
4‧‧‧驅動框架
100‧‧‧快門葉片
200‧‧‧音圈電動機
301‧‧‧定子
302‧‧‧動子
303‧‧‧磁阻尼制動模組
M‧‧‧第一磁回路
N‧‧‧第二磁回路
圖1是現有技術中快門裝置的結構示意圖；圖2a是本發明一具體實施例中快門葉片打開時的結構示意圖；圖2b是本發明一具體實施例中快門葉片關閉時的結構示意圖；圖3a是本發明一具體實施例中磁阻尼制動電動機的結構示意圖；圖3b是本發明一具體實施例中自阻尼快門裝置的快門葉片打開時的結構示意圖；圖3c是本發明一具體實施例中自阻尼快門裝置的快門葉片關閉時的結構示意圖；圖4a是現有技術中快門葉片運動過程中快門葉片的偏轉角與時間的關係圖；以及圖4b是本發明一具體實施例中快門葉片運動過程中快門葉片 的偏轉角與時間的關係圖。
下面結合附圖對本發明作詳細描述。
請參考圖2a和圖2b，一種用於光蝕刻機曝光子系統的自阻尼快門裝置，包括：至少兩片快門葉片1，用於在快門關閉時切斷曝光區域的光源；快門驅動臂2，用於帶動該快門葉片1同時開啟或關閉；磁阻尼制動電動機3，用於驅動並制動該快門驅動臂2，該磁阻尼制動電動機3藉由該快門驅動臂2驅動並制動該快門葉片1。雖然圖2a和圖2b所示實施例中僅畫出兩片快門葉片1，然而本領域技術人員應當理解，也可以採用三片、四片或其他數目的快門葉片1，只要這些快門葉片在關閉時能切斷曝光區域的光源即可。
請參考圖2a、圖2b和圖3a，該磁阻尼制動電動機3包括定子301、動子302和磁阻尼制動模組303，該動子302相對於該定子301以及該磁阻尼制動模組303運動，該動子302藉由驅動框架4與該快門驅動臂2連接。該動子302帶動驅動框架4運動，驅動框架4藉由快門驅動臂2帶動兩片該快門葉片1同時開啟或關閉，並制動該快門葉片1。
請參考圖2a、圖2b和圖3a，該定子301包括磁鋼3-2，該磁鋼3-2一端連接有鐵芯帽3-3，該磁鋼3-2另一端連接有鐵芯3-4。
該磁鋼3-2與該鐵芯3-4組成的結構大致呈字母“E”的形狀。
請參考圖2a、圖2b和圖3a，該動子302包括線圈骨架3-5，該線圈骨架3-5上纏繞有動子線圈3-6，該線圈骨架3-5呈軸對稱結構，該線圈骨架3-5上下均固定有第一軸向充磁阻尼磁鐵3-71 和第二軸向充磁阻尼磁鐵3-72，該第一軸向充磁阻尼磁鐵3-71和第二軸向充磁阻尼磁鐵3-72之間設有第一法線向充磁阻尼磁鐵3-81和第二法線向充磁阻尼磁鐵3-82。
該線圈骨架3-5的水平方向對稱軸兩側的第一軸向充磁阻尼磁鐵3-71的充磁方向相同。該線圈骨架3-5的水平方向對稱軸兩側的充磁阻尼磁鐵3-72的充磁方向相同。該線圈骨架3-5的水平方向對稱軸同一側的第一軸向充磁阻尼磁鐵3-71和第二軸向充磁阻尼磁鐵3-72的充磁方向相反。
請參考圖2a和圖3c，該動子302靜止於初始位置時，該快門葉片1處於關閉狀態。此時，該第一法線向充磁阻尼磁鐵3-81、該鐵芯3-4、該磁鋼3-2以及該鐵芯帽3-3構成兩個完整的第一磁回路M，該第一磁回路M對該動子302產生磁力，該磁力保持該動子302處於靜止狀態，該動子302藉由該快門驅動臂2拉動該快門葉片1，使該快門葉片1保持關閉狀態。
請參考圖2b和圖3b，該動子302運動至終點位置時，該快門葉片1處於打開狀態。當對該動子線圈3-6通電，該動子302受到洛倫茲力的作用，相對於該定子301沿軸向運動，該動子302藉由該快門驅動臂2帶動該快門葉片1開啟。當該第二法線向充磁阻尼磁鐵3-82運動至該鐵芯帽3-3正上方時，該第二法線向充磁阻尼磁鐵3-82、該鐵芯3-4、該磁鋼3-2以及該鐵芯帽3-3構成兩個完整的第二磁回路N，該第二磁回路N對該動子302產生一個磁力，該動子302受到第二磁回路N的磁力，逐漸完成制動過程，詳細制動過程見後文原理部分描述。
該線圈骨架3-5設置在該鐵芯3-4內且套在該磁鋼3-2 外。
請參考圖2a、圖2b和圖3a，該磁阻尼制動模組303呈上下對稱結構，包括對向充磁的第一阻尼磁鐵3-101和第二阻尼磁鐵3-102，該第一阻尼磁鐵3-101藉由第一阻尼簧片3-111與該鐵芯4固定連接，該第二阻尼磁鐵3-102藉由第二阻尼簧片3-112與設置在該磁阻尼制動電動機3上的固定框架3-9固定連接。
請參考圖2a和圖2b，該快門驅動臂2是一個對稱結構的四連桿機構，該四連桿機構的一個鉸接端與該快門葉片1鉸接，另一對稱的鉸接端鉸接有驅動框架4，該驅動框架4與該磁阻尼制動電動機3連接。
採用四連桿機構可以實現一個磁阻尼制動電動機3驅動兩片該快門葉片1同時運動，提高兩片該快門葉片1運動的一致性，提高曝光的重複性。
該快門葉片1為閘門式快門葉片，便於該磁阻尼制動電動機3同時驅動兩片該快門葉片1。
採用一個磁阻尼制動電動機3藉由該快門驅動臂2同時驅動兩片該快門葉片1，提高了兩片該快門葉片1開啟或關閉的一致性，尤其提高閘門式快門葉片1開啟或關閉的一致性，曝光重複性好，提高快門裝置曝光遮光效果。
該快門葉片1由硬化鋁或陶瓷片製成，該快門葉片1可承受的最高工作溫度是300℃。
該快門葉片1表面塗有反光材料，在該快門葉片1閉合時，反光材料可以反射大部分曝光光源的入射光，使該快門葉片1吸收的熱量減少，有利於該快門葉片1正常工作。
請參考圖2a、圖2b和圖3a至圖3c，當該快門葉片1關閉時，該動子302處於初始位置，該第一法線向充磁阻尼磁鐵3-81、該鐵芯3-4、該磁鋼3-2以及該鐵芯帽3-3組成兩個完整的第一磁回路M，該第一磁回路M對該動子302產生磁力，該動子302保持靜止狀態，該動子302藉由該快門驅動臂2拉動該快門葉片1，使該快門葉片1保持關閉狀態。此時，該第一軸向充磁阻尼磁鐵3-71與該第一阻尼磁鐵3-101之間存在斥力，該第一阻尼簧片3-111被壓縮，儲存彈性勢能，該斥力對該動子302有一定的推動作用，但是該斥力小於該第一磁回路M對該動子302產生磁力，所以該動子302能夠保持靜止狀態。
當該動子線圈3-6通電流時，產生洛倫茲力，在洛倫茲力作用下，該動子302相對於該定子301軸向運動，該動子302逐漸遠離該鐵芯3-4，該第一軸向充磁阻尼磁鐵3-71與該第一阻尼磁鐵3-101之間距離逐漸增大，二者之間斥力減小，釋放磁能；該第一阻尼簧片3-111逐漸彈開，釋放彈性勢能，釋放的磁能和釋放的彈性勢能使該動子302加速軸向運動，該動子302藉由該快門驅動臂2帶動兩片該快門葉片1逐漸同時開啟。
當該動子302在洛倫茲力作用下加速運行到中間某一位置時，請參考圖4b，在圖4b中的t1時刻，藉由控制該動子線圈3-6短路或者斷路，使該動子線圈3-6受自身反向保持電流產生的阻尼力或不受力，開始對該動子302制動，該動子302開始減速運動。
當該動子302減速運動至該第二法線向充磁阻尼磁鐵3-82位於該鐵芯帽3-3上方時，該第二法線向充磁阻尼磁鐵3-82與鐵芯3-4，磁鋼3-2，鐵芯帽3-3組成兩個完整的第二磁回路N。該動子 302受到第二磁回路N的磁力，該磁力帶動該動子302繼續軸向運動，隨著該動子302繼續軸向運動，該第二法線向充磁阻尼磁鐵3-82逐漸遠離該磁鋼3-2，第二磁回路N對該動子302的磁力越來越小。
該動子302繼續軸向運動，該第二阻尼磁鐵3-102與該第二軸向充磁阻尼磁鐵3-72之間逐漸產生磁力，該第二阻尼磁鐵3-102與該第二軸向充磁阻尼磁鐵3-72二者距離越近，二者之間的磁力越大，該磁力對該動子302有制動作用，可以稱為阻尼制動力。阻尼制動力逐漸抵消第二磁回路N對該動子302的磁力，在該動子302小幅震盪後，一部分該動子302的能量藉由短接的該動子線圈3-6迅速轉化為熱能耗散，一部分該動子302的能量轉換為該第二阻尼磁鐵3-102與該第二軸向充磁阻尼磁鐵3-72之間的磁能，以及該第二阻尼簧片3-112的彈性勢能，在阻尼制動力的作用下，該動子302逐漸停止運動，該動子302藉由該快門驅動臂2帶動該快門葉片1同時完全開啟，完成該磁阻尼制動電動機對該快門驅動臂2的制動。該第二阻尼磁鐵3-102與該第二軸向充磁阻尼磁鐵3-72之間的磁能以及該第二阻尼簧片3-112的彈性勢能使該快門葉片1保持開啟狀態，並可用於該快門葉片1關閉時的啟動能。
請參考圖4b，t1為本發明所提供的磁阻尼快門裝置開始短接制動的時刻，t1~t3為本發明磁阻尼快門制動所需時間，P是本發明中該動子302受磁阻尼力與時間的關係曲線。Z是本發明中該快門葉片1運動過程中該快門葉片1的偏轉角與時間的關係曲線。本發明所提供的磁阻尼快門裝置，該快門葉片1從閉合狀態到完全打開狀態的過程中，該快門葉片1開啟或關閉角位置受到該動子線圈3-6的洛倫茲力和該第一磁回路M和該第二磁回路N的磁阻尼力的 複合影響。工作時，先通電流使該動子302加速運動至最大速度，直到接近行程位置，然後在t1時刻切斷電流，不需要通反向電流使該動子302減速，磁阻尼制動電動機3可以完成該動子302的制動過程，相同的加速度和驅動力情況下，相比現有技術中無阻尼快門裝置，原理上可以減少該動子302運動時間的20%。對比曲線W和曲線Z，可以發現，本發明中該快門葉片1開啟或關閉速度提高了，在t2時刻已經完全打開並保持打開狀態，而現有技術曲線Z中，該快門葉片在t3時刻才完全打開；因此，磁阻尼制動電動機3提高該快門葉片1的開啟或關閉速度。該快門葉片1開啟或關閉過程不受開迴路的電流控制，減小控制端對該快門葉片1動作的負面影響，提高該快門葉片1開啟或關閉過程中的穩定性。該磁阻尼制動模組303對該快門葉片1的開啟或關閉自行制動，節省制動所需時間，制動過程中該快門葉片動作穩定，能夠提供穩定的行程限位，無需設置橡膠阻尼桿，可達到優良的非線性阻尼，使快速運動的該動子302迅速制動。該快門葉片1完成開啟或關閉動作時，不需要通電流，磁阻尼制動電動機3可以使該快門葉片1保持開啟或關閉狀態，縮短控制電流持續的時間，減少熱耗散，節約能源，減小控制端對該快門葉片1動作的負面影響，提高該快門葉片1的制動效果。
本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明的請求項及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
1‧‧‧快門葉片
2‧‧‧快門驅動臂
3‧‧‧磁阻尼制動電動機
4‧‧‧驅動框架
301‧‧‧定子
302‧‧‧動子
303‧‧‧磁阻尼制動模組

Claims (10)

  1. 一種用於光蝕刻機曝光子系統的自阻尼快門裝置，其包括：至少兩片快門葉片(1)，用於在快門關閉時切斷曝光區域的光源；一快門驅動臂(2)，用於帶動該至少兩片快門葉片(1)同時開啟或關閉；以及一磁阻尼制動電動機(3)，用於驅動或制動該快門驅動臂(2)，以帶動該至少兩片快門葉片(1)同時開啟或關閉。
  2. 如請求項1之自阻尼快門裝置，其中，該磁阻尼制動電動機(3)包括一定子(301)、一動子(302)和一磁阻尼制動模組(303)，該動子(302)相對於該定子(301)以及該磁阻尼制動模組(303)運動，該動子(302)藉由一驅動框架(4)與該快門驅動臂(2)連接。
  3. 如請求項2之自阻尼快門裝置，其中，該定子(301)包括一磁鋼(3-2)、一鐵芯帽(3-3)以及一鐵芯(3-4)，該磁鋼(3-2)連接該鐵芯帽(3-3)以及該鐵芯(3-4)。
  4. 如請求項2之自阻尼快門裝置，其中，該動子(302)包括一線圈骨架(3-5)，該線圈骨架(3-5)上纏繞有一動子線圈(3-6)，該線圈骨架(3-5)是軸對稱結構，該線圈骨架(3-5)的水平方向對稱軸的上下方均固定有一第一軸向充磁阻尼磁鐵(3-71)和一第二軸向充磁阻尼磁鐵(3-72)，該第一軸向充磁阻尼磁鐵(3-71)和該第二軸向充磁阻尼磁鐵(3-72)之間設有一第一法線向充磁阻尼磁鐵(3-81)和一第二法線向充磁阻尼磁鐵(3-82)。
  5. 如請求項4之自阻尼快門裝置，其中，該線圈骨架(3-5)的水平方向對稱軸兩側各設置的該第一軸向充磁阻尼磁鐵(3-71)的充磁方向相同；該線圈骨架(3-5)的水平方向對稱軸兩側各設置的該第二 軸向充磁阻尼磁鐵(3-72)的充磁方向相同；該第一軸向充磁阻尼磁鐵(3-71)和該第二軸向充磁阻尼磁鐵(3-72)的充磁方向相反。
  6. 如請求項3之自阻尼快門裝置，其中，該磁阻尼制動模組(303)呈上下對稱結構，包括對向充磁的一第一阻尼磁鐵(3-101)和一第二阻尼磁鐵(3-102)，該第一阻尼磁鐵(3-101)藉由一第一阻尼簧片(3-111)與該鐵芯(3-4)固定連接，該第二阻尼磁鐵(3-102)藉由一第二阻尼簧片(3-112)與設置在該磁阻尼制動電動機(3)上的一固定框架(3-9)固定連接。
  7. 如請求項1之自阻尼快門裝置，其中，該快門驅動臂(2)是一個對稱結構的一四連桿機構，該四連桿機構的第一端與該至少兩片快門葉片(1)鉸接，該四連桿機構的與第一端對稱的第二端與一驅動框架(4)鉸接，該驅動框架(4)與該磁阻尼制動電動機(3)連接。
  8. 如請求項1之自阻尼快門裝置，其中，該至少兩片快門葉片(1)為一閘門式快門葉片。
  9. 如請求項1之自阻尼快門裝置，其中，該至少兩片快門葉片(1)由硬化鋁或陶瓷片製成。
  10. 如請求項1之自阻尼快門裝置，其中，該至少兩片快門葉片(1)表面塗有反光材料。
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