TW201937308A - 光刻機安全快門裝置 - Google Patents

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TW201937308A
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light
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TW108106868A
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王彥飛
章富平
賈翔
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大陸商上海微電子裝備（集團）股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種光刻機安全快門裝置，包含開設有通光孔的罩殻、驅動體、執行體及傳動體。驅動體安裝於罩殻的外側壁上；執行體可在完全遮蔽通光孔的第一位置和完全不遮蔽通光孔的第二位置之間移動；傳動體分別與驅動體及執行體連接，驅動體設置為藉由傳動體驅動執行體遮蔽或打開通光孔。上述之光刻機安全快門能夠有效提高光刻機曝光效率及曝光精度。

Description

光刻機安全快門裝置
本發明關於半導體製造領域，例如關於一種光刻機安全快門裝置。
光刻技術係指在光照作用下，藉由光刻機將掩膜版上的圖形轉移到晶片(例如表面塗油光敏感介質的半導體晶片或玻璃基片)上的技術。在光刻過程中，晶片放在晶片台上，藉由處在光刻機內的曝光裝置，將掩膜板上的圖形投射到晶片表面。
一般而言，光刻機曝光裝置藉由安全快門控制曝光量，光刻機安全快門安裝於燈室出光口處，光刻機正常工作曝光時，安全快門處於打開狀態，安全快門葉片完全不擋光；完成曝光或光刻機出現非正常工作狀態(如突發斷電、斷氣)時，安全快門快速關閉，遮擋光路且保證不漏光，以確保曝光精度。然而，在實現本發明過程中，申請人發現先前技術中至少存在下述問題：安全快門工作於高溫、高輻射、高強度光照環境中，高強度光照環境熱影響大，熱工況容易引起熱損傷導致安全快門開關失效，影響光刻機曝光效率，且影響曝光精度。
本發明提供一種光刻機安全快門裝置，可以克服傳統光刻機安全快門存在的容易因熱損傷導致開關失效的問題，能夠提高光刻機曝光效率及曝光精度。
本發明採用下述技術手段：一種光刻機安全快門裝置，其特徵係包含：開設有通光孔的罩殻；驅動體，安裝於罩殻的外側壁上；執行體，可在完全遮蔽通光孔的第一位置和完全不遮蔽通光孔的第二位置之間移動；以及傳動體，分別與驅動體及執行體連接，驅動體設置為藉由傳動體驅動執行體遮蔽或打開通光孔。
在其中一個實施型態中，傳動體包含：曲柄，與驅動體連接；搖桿，與執行體連接；連桿，連桿的第一端與曲柄連接，第二端與搖桿連接。
在其中一個實施型態中，前述光刻機安全快門裝置進一步包含固定桿，固定桿的第一端與驅動體連接，第二端與執行體連接。
在其中一個實施型態中，前述光刻機安全快門裝置進一步包含通風管，罩殻上開設有通風孔，通風管的第一端設置為連接風機，第二端與通風孔連通。
在其中一個實施型態中，驅動體包含：安裝殻，安裝於罩殻的外側壁上；動力元件，設置在安裝殻內，且動力元件的輸出軸與曲柄連接。
在其中一個實施型態中，動力元件為汽缸、電機或電磁鐵。
在其中一個實施型態中，驅動體進一步包含：探測片，與動力元件的輸出軸連接；傳感器，設置在安裝殻內，設置為檢測探測片的位置。
在其中一個實施型態中，驅動體進一步包含殻蓋，殻蓋與安裝殻連接。
在其中一個實施型態中，驅動體進一步包含隔熱片，隔熱片與動力元件的輸出軸套接連接，且隔熱片設置在曲柄與動力元件的主體之間。
在其中一個實施型態中，執行體包含：軸座，與罩殻連接；轉軸，貫穿軸座，且與搖桿套接；葉片，與轉軸套接連接。
在其中一個實施型態中，執行體進一步包含阻尼器，阻尼器與轉軸連接。
在其中一個實施型態中，執行體進一步包含阻熱片，阻熱片與轉軸套接連接，且阻熱片設置在搖桿及軸座之間。
上述光刻機安全快門裝置，將驅動體安裝於罩殻的外側壁上，僅將可在完全遮蔽通光孔的第一位置和完全不遮蔽通光孔的第二位置之間移動 之執行體安裝在通光孔處。驅動體與執行體之間藉由傳動體連接，驅動體藉由傳動體驅動執行體遮蔽或打開通光孔。上述之光刻機安全快門裝置藉由將驅動體安裝在罩殻的側壁上實現驅動體遠離通光孔設置，驅動體遠離高強度光照環境，能夠有效避免熱工況對驅動體造成熱損傷導致驅動體失效，驅動體工作穩定可靠，確保執行體高效、準確遮蔽或打開通光孔，能夠有效提高光刻機曝光效率及曝光精度。
10‧‧‧罩殻
11‧‧‧通光孔
20‧‧‧驅動體
21‧‧‧安裝殻
22‧‧‧動力元件
23‧‧‧探測片
24‧‧‧傳感器
25‧‧‧隔熱片
26‧‧‧殻蓋
30‧‧‧執行體
31‧‧‧軸座
32‧‧‧轉軸
33‧‧‧葉片
34‧‧‧阻尼器
35‧‧‧阻熱片
40‧‧‧傳動體
41‧‧‧曲柄
42‧‧‧搖桿
43‧‧‧連桿
50‧‧‧固定桿
60‧‧‧通風管
【圖1】係根據本發明之一實施型態之光刻機安全快門裝置的結構示意圖。
【圖2】係根據本發明之一實施型態之驅動體的結構示意圖。
【圖3】係根據本發明之另一實施型態之光刻機安全快門裝置的結構示意圖。
【圖4】係根據本發明之一實施型態之執行體的結構示意圖。
【圖5】係根據本發明之一實施型態之光刻機安全快門裝置的打開狀態示意圖。
【圖6】係根據本發明之一實施型態之光刻機安全快門裝置的關閉狀態示意圖。
【圖7】係根據本發明之一實施型態之光刻機安全快門裝置在無阻尼狀態下由打開到關閉過程中葉片絕對位置仿真示意圖。
【圖8】係根據本發明之一實施型態之光刻機安全快門裝置在阻尼狀態下由打開到關閉過程中葉片絕對位置仿真示意圖。
【圖9】係根據本發明之一實施型態之光刻機安全快門裝置在阻尼狀態下非正常關閉時葉片絕對位置仿真示意圖。
以下結合圖式並藉由具體實施型態以進一步說明本發明的技術手段。
在本發明的描述中，須理解術語「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於圖式所示之方位或位置關係，僅係為便於描述本發明並簡化描述，而非指示或暗示所指之裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造及操作，故不能理解為對本發明之限制。
參照圖1，一實施型態的光刻機安全快門裝置包含罩殻10、驅動體20、執行體30及傳動體40。罩殻10上開設有通光孔11，驅動體20安裝於罩殻10的外側壁上，執行體30安裝在通光孔11處，執行體30可在完全遮蔽通光孔11的第一位置和完全不遮蔽通光孔11的第二位置之間移動。傳動體40分別與驅動體20及執行體30連接，驅動體20藉由傳動體40驅動執行體30遮蔽或打開通光孔11。
在一實施型態中，執行體30設置在罩殻10內部，安裝在通光孔11處，設置為根據驅動體20提供的驅動力遮蔽或打開通光孔11。驅動體20設置在罩殻10外側，安裝於罩殻10左側或右側的外側壁上，驅動體20與執行體30之間藉由傳動體40連接，罩殻10的側壁上開設有供傳動體40穿過的開口。傳動體40第一端與驅動體20連接，第二端與執行體30連接，驅動體20動作帶動傳動體40動作，傳動體40帶動執行體30動作以遮蔽或打開通 光孔11。
在一實施型態中，如圖1所示，上述光刻機安全快門裝置亦包含固定桿50，固定桿50的第一端與驅動體20連接，第二端與執行體30連接。
在一實施型態中，為確保光刻機曝光精度，安全快門裝置處於打開狀態(即打開通光孔11)時，執行體30須完全不遮蔽通光孔11，確保完全不擋光；此外，當安全快門裝置處於關閉狀態(即遮蔽通光孔11)時，執行體30要完全遮蔽通光孔11，確保完全不漏光。因此，須確保執行體30遮蔽或打開通光孔11時運動到位。由於執行體30是在驅動體20的遠距離驅動下動作，為確保執行體30遮蔽或打開通光孔11時運動到位，須確保驅動體20的旋轉中心及執行體30的旋轉中心的連線與罩殻10的上邊框及下邊框平行，即驅動體20的旋轉中心到罩殻10的上邊框的距離與執行體30的旋轉中心到罩殻10的上邊框的距離相等。此使得將驅動體20及執行體30安裝到罩殻10上時，須反覆對準調整驅動體20或執行體30的位置，以使二者的旋轉中心連線與罩殻10的上邊框及下邊框平行。驅動體20及執行體30安裝操作繁瑣，安裝效率低。本實施型態中，藉由設置固定桿50對驅動體20及執行體30進行定位連接，驅動體20及執行體30安裝時，只須調整固定桿50與罩殻10的上邊框及下邊框平行，即可確保驅動體20的旋轉中心及執行體30的旋轉中心的連線與罩殻10的上邊框及下邊框平行，無須反覆對準調整驅動體20或執行體30的安裝位置，能夠方便驅動體20及執行體30安裝，提高驅動體20及執行體30的安裝效率。
在一實施型態中，如圖1所示，上述光刻機安全快門裝置亦包含通風管60，罩殻10上開設有通風孔，通風管60的第一端連接風機，第二端 與通風孔連通。
在一實施型態中，通風管60固定在罩殻10上與通風孔連通，且通風管60連接風機，通風孔對準執行體30及通光孔11，風機可採用鼓風機或抽風機。鼓風機或抽風機藉由通風管60向罩殻10內吹風，或從罩殻10內向外側抽風，以對執行體30進行氣體冷卻，避免執行體30的熱量過高而傳遞到驅動體20，進而提高光刻機安全快門裝置的開關穩定性。
如圖1所示，在一個實施型態中，傳動體40包含曲柄41、搖桿42及連桿43。曲柄41的旋轉軸與驅動體20連接，搖桿42的旋轉軸與執行體30連接，連桿43的第一端與曲柄41連接，第二端與搖桿42連接。
在一實施型態中，曲柄41的旋轉軸與驅動體20連接，並隨驅動體20動作而運動。連桿43的第一端與曲柄41連接，第二端穿過罩殻10側壁上的開口與搖桿42連接。搖桿42的旋轉軸與執行體30連接，並帶動執行體30動作。當須遮蔽或打開通光孔11時，驅動體20動作，帶動曲柄41動作，曲柄41拉動連桿43動作，進而拉動搖桿42動作，搖桿42帶動執行體動作，遮蔽或打開通光孔11。本實施型態中，傳動體40採用連桿傳動機構將驅動體20的驅動力傳遞至執行體30，以實現驅動體20與執行體30分離設置，避免驅動體20發生熱失效。在其他實施型態中，傳動體40亦可採用齒輪傳動機構、絲杠傳動機構及鏈條傳動機構等，以上傳動體40採用連桿傳動機構僅為一實施型態，並不用於限定本發明。
如圖2所示，在一個實施型態中，驅動體20包含：安裝殻21及動力元件22。安裝殻21安裝於罩殻10的外側壁上，動力元件22設置於安裝殻21內，且動力元件22的輸出軸與曲柄41連接。
在一實施型態中，動力元件22用於為執行體30提供驅動力。 本實施型態中，動力元件22採用擺動汽缸，擺動汽缸的輸出軸與曲柄41的旋轉軸連接，擺動汽缸運行帶動曲柄41動作，進而帶動連桿43及搖桿42動作，將驅動力傳遞至執行體30。本實施型態中，動力元件22採用擺動氣缸，在其他實施型態中，動力元件22亦可採用其他類型的汽缸(如旋轉汽缸)及電機(如旋轉電機)或電磁鐵等。
在一個實施型態中，驅動體20亦包含探測片23及傳感器24。探測片23與動力元件22的輸出軸連接，隨動力元件22運行而動作；傳感器24設置在安裝殻21內，用於檢測探測片23的位置，以判斷通光孔11處於打開狀態或關閉(被執行體30完全遮蔽)狀態。在一實施型態中，傳感器24與光刻機的控制器連接，傳感器24將檢測到的通光孔11的開關狀態發送至光刻機的控制器，光刻機的控制器根據通光孔11的開關狀態和曝光方法要求控制動力元件22運行，以實現光刻機安全快門裝置自動控制。在一實施型態中，如圖2所示，傳感器24的數量為二個，其中一個設置在安裝殻21的底板上，另一個設置在安裝殻21的側壁上。當探測片23與設置在安裝殻21的底板上的傳感器24接觸時，通光孔11處於打開狀態；當探測片23與設置在安裝殻21的側壁上的傳感器24接觸時，通光孔11處於關閉狀態。
在一實施型態中，如圖2所示，驅動體20亦包含隔熱片25，隔熱片25與動力元件22的輸出軸套接連接，且隔熱片25設置在曲柄41與動力元件22的主體之間。本實施型態中，在曲柄41與動力元件22的主體之間設置隔熱片25可有效阻礙曲柄41對動力元件22的主體產生熱傳導，進而保護動力元件22，避免動力元件22出現熱失效。在一實施型態中，隔熱片25採用多孔材料或熱反射材料或真空材料製成。
如圖3所示，在本發明的另一個實施型態中，驅動體20亦包含 殻蓋26，殻蓋26與安裝殻21連接。一般而言，傳感器24可採用精度高、反應快、非接觸的光電傳感器。由於強光熱輻射或照射容易造成光電傳感器失效，本實施型態中，在安裝殻21上設置殻蓋26罩住設置在安裝殻21內的各個零件，可有效避勉強光熱輻射和照射，避免傳感器24失效，並且可保護安裝殻21內的其他零件不受損壞。本實施型態與上述實施型態的相異之處在於在安裝殻21上設置殻蓋26，以保護設置在安裝殻21內部的各零件，本實施型態的其他結構均與上述實施型態相同，此處不再贅述。
如圖4所示，在一個實施型態中，執行體30包含軸座31、轉軸32及葉片33。軸座31與罩殻10連接，轉軸32貫穿軸座31且與搖桿42套接，葉片33與轉軸32套接連接。
在一實施型態中，執行體30藉由軸座31安裝在罩殻10上，轉軸32穿過軸座31設置，且轉軸32與軸座31轉動連接。在一個實施型態中，轉軸32藉由滑動軸承或滾動軸承與軸座31連接，以確保轉軸32轉動順暢。轉軸32的一端與搖桿42的旋轉軸及葉片33的旋轉軸連接，轉軸32隨搖桿42動作而轉動，帶動葉片33遠離通光孔11或遮住通光孔11，以打開或遮蔽通光孔11。在一實施型態中，如圖3所示，本實施型態中，葉片33藉由緊固件(如螺釘)與搖桿42連接，以確保葉片33安裝穩定可靠。
在一個實施型態中，執行體30亦包含阻尼器34，阻尼器34與轉軸32連接。阻尼器34可有效減少安全快門打開-關閉、關閉-打開運動的機械衝擊，避免葉片在遮蔽或打開過程中發生抖動而產生漏光，有助於提高曝光精度。在一實施型態中，以下同時結合圖5至圖9，以樣例仿真對阻尼器34的有效性進行說明。在一實施型態中，本樣例中，驅動體20採用擺動汽缸，行程為90°，有效力矩為0.31N．m。葉片33轉動慣量為2.3×10-3Kg．m2，通光孔 11的中心到葉片33的旋轉軸的距離為101mm。圖5是光刻機安全快門裝置的打開狀態示意圖，圖6是光刻機安全快門裝置的關閉狀態示意圖。圖7為光刻機安全快門裝置在無阻尼狀態下由打開到關閉過程中葉片絕對位置仿真示意圖。葉片33經過約0.5秒運動到關閉位置時，葉片33發生劇烈衝擊抖動，最大抖動量為25°，發生漏光。於上述基礎上，增加阻尼，阻尼器34係數為2×10-3Kg．m2/(deg．S)。圖8為光刻機安全快門裝置在阻尼狀態下由打開到關閉過程中葉片絕對位置仿真示意圖，葉片33無發生抖動，關閉時間約0.5秒。另外，光刻機整機有時會發生突發狀況，如斷電、斷氣等，光刻機安全快門裝置驅動體無輸出力，光刻機安全快門裝置在葉片33的重心作用下發生自動關閉。如圖9所示，其為光刻機安全快門裝置在阻尼狀態下非正常關閉時葉片絕對位置仿真示意圖，葉片33關閉時間約2秒，關閉無抖動。
本實施型態中，為避免光輻射造成阻尼器34失效，將阻尼器34設置在軸座31上與葉片33相對的另一側與轉軸32連接，以藉由軸座31遮擋光輻射，確保阻尼器34穩定工作。
在一個實施型態中，執行體30亦包含阻熱片35，阻熱片35與轉軸32套接連接，且阻熱片35設置在搖桿42和軸座31之間。在一實施型態中，阻熱片35能夠阻礙葉片33的熱傳導，避免阻尼器34發生熱失效。在一實施型態中，阻熱片35採用多孔材料或熱反射材料或真空材料製成。
上述光刻機安全快門裝置，將驅動體20安裝於罩殻10的外側壁上，僅將執行體30安裝在通光孔11處，驅動體20與執行體30之間藉由傳動體40連接，驅動體20藉由傳動體40驅動執行體30動作以遮蔽或打開通光孔11。在一實施型態中，上述光刻機安全快門裝置的工作過程如下： 如圖5、圖6所示，當須打開通光孔11時，動力元件22逆時針轉動，帶 動曲柄41逆時針轉動，曲柄41拉動連桿43向左側移動，連桿43帶動搖桿42逆時針轉動，葉片33隨搖桿42逆時針轉動，葉片33向右上方運動到第二位置，葉片33遠離通光孔11且完全不遮擋通光孔11，通光孔11處於打開狀態；當須關閉通光孔11時，動力元件22順時針轉動，帶動曲柄41順時針轉動，曲柄41推動連桿43向右側移動，連桿43帶動搖桿42順時針轉動，葉片33隨搖桿42順時針轉動，葉片33向左下方運動到第一位置，葉片33遮住通光孔11且完全不漏光，通光孔11處於關閉狀態。
上述之光刻機安全快門裝置藉由將驅動體20安裝在罩殻10的外側壁上實現驅動體20遠離通光孔11設置，驅動體20遠離高強度光照環境，能夠有效避免熱工況對驅動體20的動力元件22及傳感器24等零件造成熱損傷導致驅動體20失效，驅動體20工作穩定可靠，確保執行體30高效、準確遮蔽或打開通光孔11，能夠有效提高光刻機曝光效率和曝光精度。
前述實施型態的各技術特徵可進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施型態中的各技術特徵所有可能之組合皆進行描述，然而，只要此等技術特徵之組合不存在矛盾，皆應認為係本說明書所記載之範圍。
本發明要求於2018年02月27日提交中國專利局、申請號為201810164315.8的中國專利申請的優先權，該發明之全部內容藉由引用結合於本發明中。

Claims (12)

  1. 一種光刻機安全快門裝置，其特徵係其包含：開設有通光孔(11)的罩殻(10)；驅動體(20)，安裝於前述罩殻(10)的外側壁上；執行體(30)，可在完全遮蔽前述通光孔(11)的第一位置和完全不遮蔽前述通光孔(11)的第二位置之間移動；以及傳動體(40)，分別與前述驅動體(20)及前述執行體(30)連接，前述驅動體(20)設置為藉由前述傳動體(40)驅動前述執行體(30)遮蔽或打開前述通光孔(11)。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之光刻機安全快門裝置，其中，前述傳動體(40)包含：曲柄(41)，與前述驅動體(20)連接；搖桿(42)，與前述執行體(30)連接；連桿(43)，前述連桿(43)的第一端與前述曲柄(41)連接，第二端與前述搖桿(42)連接。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之光刻機安全快門裝置，其中，進一步包含固定桿(50)，前述固定桿(50)的第一端與前述驅動體(20)連接，第二端與前述執行體(30)連接。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所記載之光刻機安全快門裝置，其中，進一步包含通風管(60)，前述罩殻(10)上開設有通風孔，前述通風管(60)的第一端設置為連接風機，第二端與前述通風孔連通。
  5. 如申請專利範圍第2項所記載之光刻機安全快門裝置，其中，前述驅動體(20)包含：安裝殻(21)，安裝於前述罩殻(10)的外側壁上；動力元件(22)，設置在前述安裝殻(21)內，且前述動力元件(22)的輸出軸與前述曲柄(41)連接。
  6. 如申請專利範圍第5項所記載之光刻機安全快門裝置，其中，前述動力元件(22)為汽缸、電機或電磁鐵。
  7. 如申請專利範圍第5項所記載之光刻機安全快門裝置，其中，前述驅動體(20)進一步包含：探測片(23)，與前述動力元件(22)的輸出軸連接；傳感器(24)，設置在前述安裝殻(21)內，設置為檢測前述探測片(23)的位置。
  8. 如申請專利範圍第5項所記載之光刻機安全快門裝置，其中，前述驅動體(20)進一步包含殻蓋(26)，前述殻蓋(26)與前述安裝殻(21)連接。
  9. 如申請專利範圍第5項所記載之光刻機安全快門裝置，其中，前述驅動體(20)進一步包含隔熱片(25)，前述隔熱片(25)與前述動力元件(22)的輸出軸套接連接，且前述隔熱片(25)設置在前述曲柄(41)與前述動力元件(22)的主體之間。
  10. 如申請專利範圍第2項所記載之光刻機安全快門裝置，其中，前述執行體(30)包含：軸座(31)，與前述罩殻(10)連接； 轉軸(32)，貫穿前述軸座(31)，且與前述搖桿(42)套接；葉片(33)，與前述轉軸(32)套接連接。
  11. 如申請專利範圍第10項所記載之光刻機安全快門裝置，其中，前述執行體(30)進一步包含阻尼器(34)，前述阻尼器(34)與前述轉軸(32)連接。
  12. 如申請專利範圍第11項所記載之光刻機安全快門裝置，其中，前述執行體(30)進一步包含阻熱片(35)，前述阻熱片(35)與前述轉軸(32)套接連接，且前述阻熱片(35)設置在前述搖桿(42)及前述軸座(31)之間。
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