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Abstract

本發明提供了一種快門裝置，包含遮光運動模組和運動控制模組，運動控制模組控制遮光運動模組運動，遮光運動模組包含遮光單元、驅動單元和訊號測量單元，遮光單元包含兩個葉片，運動控制模組發出一控制訊號，驅動單元接收控制訊號並驅動兩個葉片運行，訊號測量單元即時測量並反饋兩個葉片的運行狀態給運動控制模組，運動控制模組依據反饋的運行狀態更新所述控制訊號，解決了習知的快門曝光劑量精度不高以及漏光的問題，滿足各種曝光劑量的需求，控制曝光劑量的精度。

Description

快門裝置

本發明是有關於半導體製造技術領域，特別是有關於一種快門裝置。

光刻機曝光系統中，曝光劑量精度是一極其重要指標，一般曝光劑量精度指標要求低於1%，曝光劑量精度的控制是藉由快門葉片的打開-關閉動作控制。對於高功率汞燈光源而言，快門葉片打開-關閉的完成時間為幾十毫秒甚至十幾毫秒。可見，快門的工作情況為高速啟停、高溫的較惡劣工作條件，對快門性能及可靠性有著非常高的要求。

目前光刻機曝光系統主要應用的快門為旋轉電機驅動的旋轉式快門和音圈電機驅動的往復擺動式快門。由於旋轉式快門速度不高，無法滿足小劑量曝光，而往復擺動式快門目前採用的是開環控制結構，其可靠性較差，且結構對溫度變化敏感，劑量精度控制不穩定，漏光現象頻發。

本發明介紹了一種快門裝置，可有效滿足各種曝光劑量的要求，解決曝光劑量精度不高及漏光等問題。

本發明的目的在於提供一種快門裝置，以解決習知的快門 曝光劑量精度不高以及漏光的問題，滿足各種曝光劑量的需求，控制曝光劑量的精度。

一種快門裝置，包含遮光運動模組和運動控制模組，運動控制模組控制遮光運動模組運動，遮光運動模組包含遮光單元、驅動單元和訊號測量單元，遮光單元包含兩個葉片，運動控制模組用於發出控制訊號，驅動單元用於接收控制訊號並驅動兩個葉片運行，訊號測量單元用於即時測量並反饋兩個葉片的運行狀態給運動控制模組，運動控制模組用於依據反饋的運行狀態更新控制訊號。

較佳地，快門裝置包含兩個驅動單元和兩個訊號測量單元，與兩個葉片一一對應設置。

較佳地，驅動單元包含電機，電機驅動對應的葉片運動實現兩個葉片的開合。

較佳地，遮光運動模組還包含兩個固定軸單元，每個固定軸單元包含軸承座、旋轉軸和軸承，軸承設置在軸承座中，旋轉軸貫穿軸承，兩個葉片中的每一個連接對應的旋轉軸並設置在旋轉軸的一側，兩個驅動單元中的每一個連接對應的旋轉軸並設置在旋轉軸的另一側。

較佳地，遮光單元還包含兩個葉片轉接板，兩個葉片中的每一個藉由對應的葉片轉接板與對應的旋轉軸連接。

較佳地，葉片轉接板與對應的旋轉軸之間設有隔熱板。

較佳地，運動控制模組用於根據如下公式來控制每個葉片的旋轉角度誤差α，以保證兩個葉片閉合時不漏光：

其中，M為兩個葉片的重合量，M_min為兩個葉片的最小重合量，R為每個葉片的旋轉半徑。

較佳地，訊號測量單元包含位置感測器，位置感測器用於即時檢測兩個葉片的位置。

較佳地，訊號測量單元包含位置感測器，位置感測器用於即時檢測對應的葉片的位置。

較佳地，位置感測器包含旋轉編碼器或圓形光柵尺，旋轉編碼器或圓形光柵尺固定在對應的旋轉軸的末端，即時檢測對應的葉片的旋轉角度。

較佳地，位置感測器包含直線光柵尺。

較佳地，運動控制模組包含處理器、觸發器和控制器，處理器給觸發器下達曝光指令，觸發器根據曝光指令觸發控制器，處理器藉由通訊介面與控制器進行通訊，控制器根據處理器發送的訊息控制遮光運動模組運動。

在本發明提供的快門裝置，包含遮光運動模組和運動控制模組，運動控制模組控制遮光運動模組運動，遮光運動模組包含遮光單元、驅動單元和訊號測量單元，遮光單元包含兩個葉片，運動控制模組發出一控制訊號，驅動單元接收控制訊號並驅動兩個葉片運行，訊號測量單元即時測量並反饋兩個葉片的運行狀態給運動控制模組，運動控制模組依據反饋的運行狀態更新控制訊號，解決了習知的快門曝光劑量精度不高以及漏光的問題，滿足各種曝光劑量的需求，控制曝光劑量的精度。

進一步的，藉由控制器對電機的控制，控制葉片的運行狀 態，並且位置感測器將葉片的狀態即時反饋給控制器，控制器進而對電機的驅動力進行調整，從而形成閉環控制，有效解決快門閉合狀態下的漏光問題。

1‧‧‧遮光運動模組

2‧‧‧運動控制模組

10‧‧‧固定軸單元

20‧‧‧訊號測量單元

30‧‧‧遮光單元

40‧‧‧驅動單元

60‧‧‧處理器

70‧‧‧觸發器

80‧‧‧控制器

101‧‧‧軸承

102‧‧‧旋轉軸

103‧‧‧隔熱板

104‧‧‧軸承座

201‧‧‧位置感測器

301‧‧‧旋轉轉接板

302‧‧‧葉片

401‧‧‧音圈電機磁鐵

402‧‧‧音圈電機線圈

圖1是本發明一實施例的快門裝置的架構圖；圖2是本發明一實施例的遮光運動模組的結構圖；圖3為本發明一實施例中固定軸單元的截面圖；圖4是本發明一實施例的葉片處於閉合狀態的示意圖；圖5是本發明一實施例的曝光過程時間圖；圖6是本發明一實施例的葉片位置仿真軌跡圖；圖7是本發明一實施例的葉片速度仿真圖；圖8是本發明一實施例的葉片加速度仿真圖；以及圖9是本發明一實施例的葉片運動過程中的誤差仿真分析的示意圖。

以下結合圖式和具體實施例對本發明提出的快門裝置作進一步詳細說明。根據下面說明和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

習知的快門裝置存在劑量精度控制不穩定以及漏光的問題，本發明人經過長期的研究和實驗，研發了一種新型的快門裝置，解 決了上述問題。

本發明提供一種快門裝置，包含遮光運動模組和運動控制模組，運動控制模組控制遮光運動模組運動，遮光運動模組包含遮光單元、驅動單元和訊號測量單元，遮光單元包含兩個葉片，運動控制模組發出一控制訊號，驅動單元接收控制訊號並驅動兩個葉片運行，訊號測量單元即時測量並反饋兩個葉片的運行狀態給運動控制模組，運動控制模組依據反饋的運行狀態更新控制訊號。

圖1是本發明一實施例的快門裝置的架構圖，如圖1所示，快門裝置包含遮光運動模組1和運動控制模組2，運動控制模組2控制遮光運動模組1運動；圖2是本發明一實施例的遮光運動模組1的結構圖，如圖2所示，遮光運動模組包含固定軸單元10、訊號測量單元20、遮光單元30和驅動單元40，在本實施例中，遮光運動模組1包含兩套訊號測量單元20、遮光單元30和驅動單元40，固定軸單元10將兩套訊號測量單元20、遮光單元30和驅動單元40進行連接，並使他們基本對稱分佈，藉由兩套遮光單元30相揹運動實現快門裝置的開啟，藉由兩套遮光單元30相向運動來實現快門裝置的閉合。為方便說明，以下將只對其中一套結構進行說明，固定軸單元10連接驅動單元40和遮光單元30，訊號測量單元20與遮光單元30連接，繼續參考圖1，運動控制模組2包含處理器70、觸發器60和控制器80，處理器70藉由通訊介面與控制器80進行通訊，處理器70給觸發器60下達曝光指令，觸發器60根據曝光指令觸發控制器80，控制器80控制遮光單元30的運行狀態，訊號測量單元20即時反饋遮光單元30的運行狀態給處理器70。

遮光單元30包含葉片轉接板301和葉片302，葉片302藉由螺釘固定在葉片轉接板301上。

圖3為本發明一實施例中固定軸單元的截面圖，沿著圖2中所示A-A’的虛線切開得到圖3，如圖3所示，固定軸單元10包含軸承座104、旋轉軸102、軸承101和隔熱板103，旋轉軸102貫穿軸承座104，軸承較佳為陶瓷軸承，軸承101固定在軸承座104上，隔熱板103固定在旋轉軸102上，遮光單元30的葉片轉接板301連接所述旋轉軸102並設置在固定軸單元10一側，驅動單元40連接旋轉軸102並設置在固定軸單元10另一側。

請繼續參考圖2和圖3，驅動單元40包含電機，較佳為音圈電機，音圈電機包含音圈電機磁鐵401和音圈電機線圈402，其中音圈電機線圈402固定在旋轉軸102上，音圈電機線圈402可驅動旋轉軸102旋轉。軸承101外圈固定在軸承座104上。葉片轉接板301固定在旋轉軸102上，而葉片302藉由螺釘固定在葉片轉接板301上，這樣音圈電機驅動旋轉軸102，可帶動葉片302旋轉，實現葉片302的打開和關閉動作，隔熱板103固定在旋轉軸102上，阻隔葉片轉接板301和葉片302的熱傳導。隔熱板103較佳為玻璃纖維隔熱片，固定在旋轉軸102和葉片轉接板301之間，可以阻隔葉片轉接板301上的熱傳導，將葉片302的熱傳導效應降低到最小，提高快門的運行性能。

請結合圖1、圖2和圖3，音圈電機線圈402驅動旋轉軸102旋轉，旋轉軸102與葉片轉接板301連接，從而驅動葉片302旋轉，實現葉片302的打開和關閉，訊號測量單元20包含位置感測器201，位置感測器較佳包含旋轉編碼器，旋轉編碼器固定在旋轉軸102的末端，旋轉編碼器也可以用圓形光柵尺或者直線光柵尺代替，位置感測器201可以即時的檢測葉片302的旋轉角度和位置，並將訊息最終反饋到處理器70，處理器70根據曝光的劑量大小和控制精度需求，計算出當前的曝光劑量和理論曝光劑量的差值，如果差值未達到控制精度，則停止曝 光並關閉快門，否則繼續曝光直到滿足劑量需求。在持續曝光的過程中，旋轉編碼器201一直即時的檢測葉片302的旋轉角度，並將訊息反饋到處理器70中，處理器70根據反饋的訊息，下達指令給控制器80，並藉由控制器80控制電機的驅動力，從而調整葉片的運行狀態，從而形成一個閉環控制，控制曝光劑量精度和曝光劑量大小。

曝光結束後，葉片需要處於閉合狀態(如圖4所示)，兩葉片的重合量為M，由於葉片閉合情況下不允許有漏光現象發生，因此葉片最小重合量M_min有要求，設葉片旋轉半徑為R，關閉狀態下葉片的角度誤差為α，則α必須滿足如下公式：

上述葉片旋轉半徑R指旋轉中心到葉片遮光處輪廓最遠端的直線距離，在圖2所示實施例中，葉片旋轉半徑R即為轉軸或者軸承中心到葉片遮光處輪廓上直線距離最長的那個點之間的距離。兩葉片的重合量M可定義為葉片處於閉合狀態時，兩葉片相對的直線輪廓之間的直線距離。

圖5是本發明一實施例的曝光過程時間圖，縱坐標表示葉片自閉合狀態向外打開的旋轉角度，縱坐標為零(即旋轉角度為0度)對應葉片的閉合位置；橫坐標表示時間，其中T1時間段表示葉片打開的過程，此時開始曝光；T2時間段為葉片完全打開的過程，此時的葉片處於完全打開且維持不動的狀態，曝光持續；T3時間段為葉片關閉的過程，曝光結束。其中T1和T3越小，越能滿足小劑量曝光的需求，曝光精度越高。

以下以一具體的仿真案例來說明本發明的有益效果，設計 葉片打開/關閉的時間為12ms，行程(即葉片從閉合狀態到完全打開狀態所旋轉的角度)為20°(0.349rad)，打開和關閉時葉片處於高速狀態，葉片旋轉的半徑R為100mm，兩葉片處於閉合狀態時的重合量M為8mm，為保證關閉狀態不漏光，最小重合量設置為6mm。圖6是葉片位置的仿真軌跡圖，其中橫坐標表示時間(s)，縱坐標代表葉片位置(rad)，由圖6可知，葉片打開的時間為12ms，葉片的運行的最大位置為0.349rad。圖7是葉片的速度仿真圖，其中橫坐標表示時間(s)，縱坐標表示葉片的角速度(rad/s)，由圖7可知，前6ms葉片處於加速狀態，最大角速度達到58.18rad/s，6-12ms葉片處於減速狀態直到靜止，12ms以後葉片處於靜止狀態。圖8是葉片的加速度仿真圖，其中橫坐標表示時間(s)，縱坐標表示葉片的加速度(rad/s2)，葉片前6ms加速度為9696rad/s²，葉片後6ms加速度為-9696rad/s²。圖9是上述葉片運動過程中的誤差仿真分析，其中橫坐標表示時間(s)，縱坐標表示角度誤差(rad)，也就是運動控制模組2對葉片旋轉角度的控制值與葉片實際旋轉角度之間的差值，由圖9可以看出，整個過程的最大誤差為6.776mrad，而根據公式1的計算可知，快門不漏光的允許角度誤差為10mrad，可見本發明提供的快門裝置滿足高速狀態下不漏光的使用要求，並且具有很高的曝光精度，也能滿足小劑量曝光的需求。

相應地，本發明還提供一種閉環控制方法，採用上述快門裝置來實現，包含以下步驟：步驟1：運動控制模組發出控制訊號；步驟2：驅動單元驅動遮光單元運行；步驟3：訊號測量單元即時檢測遮光單元的運行狀態並反饋給運動控制模組； 步驟4：運動控制模組根據劑量要求和訊號測量單元的檢測量給驅動單元發出控制訊號；步驟5：驅動單元根據運動控制模組發出控制訊號調整驅動力，控制遮光單元的運行狀態。

以下將結合上述實施例具體闡述閉環控制方法。

處理器70下達曝光指令給觸發器60，觸發器60下達打開葉片302的指令給控制器80，控制器80下達指令給電機，電機驅動旋轉軸102進而使葉片302打開，位置感測器201檢測葉片302的運行狀態反饋給處理器70，處理器70根據反饋的訊息藉由觸發器60調整曝光指令，進而控制器80根據曝光指令即時調整驅動指令，即時調整葉片302的運動狀態。完成曝光後，葉片302關閉，開關感測器將葉片關閉的狀態反饋給處理器70，處理器70根據預設條件等待開始一次新的曝光。

下面結合具體器件型號進行說明，具體地，處理器70為PPC板卡，觸發器60為ISB板卡，控制器80例如可以是商用控制器。ISB板卡負責觸發商用控制器，商用控制器負責驅動電機與位置感測器201進行位置環的閉環控制。PPC板卡藉由多串口卡的RS232通訊與商用控制器進行交互通訊。具體控制流程包含以下兩個流程：

1)PPC板卡與ISB板卡控制流程，根據不同劑量進行相應控制：a.PPC板卡下發曝光指令給ISB板卡；b.ISB板卡根據驅動指令下發Trig open(打開葉片)指令給商用控制器；c.不同劑量下計算不同的快門保持時間之後，ISB板卡根據驅動指令下發Trig close(關閉葉片)指令給商用控制器。

2)商用控制器根據ISB板卡指令進行相應操作：a.商用 控制器上電後進行搜零動作，之後以一定小電流保持關閉狀態；b.伺服等待ISB板卡的Trig指令，進行相應的打開和關閉開閉動作。

為說明閉環控制快門的可靠性，特設計以下樣例進行說明。葉片打開/關閉的時間為12ms，行程20°，即打開關閉時葉片處於高速狀態，葉片旋轉的半徑R為100mm，兩葉片處於閉合狀態時的重合量M為8mm，為保證關閉狀態不漏光，最小重合量設置為6mm，設置伺服週期為333μs。圖6是葉片位置的仿真軌跡圖，其中橫坐標表示時間(s)，縱坐標代表葉片位置(rad)，由圖6可知，葉片打開時間為12ms，葉片的運行的最大位置為0.349rad。圖7是葉片的速度仿真圖，其中橫坐標表示時間(s)，縱坐標表示葉片的角速度(rad/s)，由圖7可知，前6ms葉片處於加速狀態，最大角速度達到58.18rad/s，6-12ms葉片處於減速狀態直到靜止，12ms以後葉片處於靜止狀態。圖8是葉片的加速度仿真圖，其中橫坐標表示時間(s)，縱坐標表示葉片的加速度(rad/s2)，葉片前6ms加速度為9696rad/s²，葉片後6ms加速度為-9696rad/s²。圖9是上述葉片運動過程中的誤差仿真分析，其中橫坐標表示時間(s)，縱坐標表示角度誤差(rad)，由圖9可以看出，整個過程的最大誤差為6.776mrad，而根據公式1的計算可知，快門不漏光的允許角度誤差為10mrad，可見該樣例設置的參數在快門高速閉環控制狀態下滿足快門不漏光使用要求，可靠性好。

本發明提供的一種快門裝置及方法，包含遮光運動模組和運動控制模組，運動控制模組控制遮光運動模組運動，遮光運動模組包含遮光單元，驅動單元和訊號測量單元，運動控制模組發出控制訊號，驅動單元的接收控制訊號並控制遮光單元運行，訊號測量單元即時反饋遮光單元的運行狀態給運動控制模組，運動控制模組依據反饋的運行狀態發出即時控制訊號。解決了習知的快門曝光劑量精度不高以及漏光的 問題，滿足各種曝光劑量的需求，控制曝光劑量的精度。

進一步的，藉由控制器對電機的控制，控制葉片的運行狀態，並且旋轉編碼器將葉片的狀態即時反饋給控制器，控制器進而對電機的驅動力進行調整，從而形成閉環控制，有效解決快門閉合狀態下的漏光問題。

上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發明所屬領域中具有通常知識者容易想到是用電缸、氣缸來代替電機，以及其他顯而易見的變更、修改均屬於本發明的保護範圍。

Claims (9)

1. 一種快門裝置，其包含遮光運動模組和運動控制模組，該運動控制模組控制該遮光運動模組運動，該遮光運動模組包含遮光單元、驅動單元和訊號測量單元，該遮光單元包含兩個葉片，該運動控制模組用於發出一控制訊號，該驅動單元用於接收該控制訊號並驅動該兩個葉片運行，該訊號測量單元用於即時測量並反饋該兩個葉片的運行狀態給該運動控制模組，該運動控制模組用於依據反饋的運行狀態更新該控制訊號；其中該快門裝置包含兩個驅動單元和兩個訊號測量單元，與該兩個葉片一一對應設置；其中該遮光運動模組還包含兩個固定軸單元，每個該固定軸單元包含軸承座、旋轉軸和軸承，該軸承設置在該軸承座中，該旋轉軸貫穿該軸承，該兩個葉片中的每一個連接對應的該旋轉軸並設置在該旋轉軸的一側，該兩個驅動單元中的每一個連接對應的該旋轉軸並設置在該旋轉軸的另一側。
2. 如申請專利範圍第1項所述之快門裝置，其中該驅動單元包含電機，該電機驅動對應的該葉片運動實現該兩個葉片的開合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之快門裝置，其中該遮光單元更包含兩個葉片轉接板，該兩個葉片中的每一個藉由對應的該葉片轉接板與對應的該旋轉軸連接。
4. 如申請專利範圍第3項所述之快門裝置，其中該葉片轉接板與對應的該旋轉軸之間設有隔熱板。
5. 如申請專利範圍第1項所述之快門裝置，其中該運動控制模組用於根據如下公式來控制每個該葉片的旋轉角度誤差α，以保證該兩個葉片閉合時不漏光：

   

   其中，M為該兩個葉片的重合量，M_min為該兩個葉片的最小重合量，R為每個葉片的旋轉半徑。
6. 如申請專利範圍第1項所述之快門裝置，其中該訊號測量單元包含位置感測器，該位置感測器用於即時檢測對應的該葉片的位置。
7. 如申請專利範圍第6項所述之快門裝置，其中該位置感測器包含旋轉編碼器或圓形光柵尺，該旋轉編碼器或圓形光柵尺固定在對應的旋轉軸的末端，即時檢測對應的該葉片的旋轉角度。
8. 如申請專利範圍第6項所述之快門裝置，其中該位置感測器包含直線光柵尺。
9. 如申請專利範圍第1項所述之快門裝置，其中該運動控制模組包含處理器、觸發器和控制器，該處理器給觸發器下達曝光指令，該觸發器根據曝光指令觸發控制器，該處理器藉由通訊介面與控制器進行通訊，該控制器根據處理器發送的訊息控制該遮光運動模組運動。