CN103048896A - 手动光刻机对准工作台z向粗微动机构 - Google Patents

Abstract

一种手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构，涉及接近接触式手动光刻机设备技术领域。由差动螺纹机构、棘轮磨擦力调整机构、摩擦式棘轮机构、粗动锁紧机构、微动限位装置和粗动限位装置以及结构架组成。通过大导程的多头螺纹实现Z向粗动，又通过安装在粗动上的细牙螺纹实现Z向微动的微分离，为了提高Z向微动时微分力量的准确性，采用锁紧气缸带动制动片锁紧Z向粗动，采用摩擦式棘轮机构传递找平力，改变压簧对棘爪的作用力，实现微力找平和找平调整。发明效果显著,能够实现接近接触式手动光刻机快速Z向粗动、微动，本发明找平力小，且找平力可调，同时，结构简单，性能稳定可靠，使用和维修方便。实际使用效果好。应用范围广。

Description

手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构

技术领域

本发明涉及一种手动光刻机设备技术领域，特别是涉及一种手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构。

背景技术

手动光刻机对准工作台的Z向粗微动机构要求Z向能够快速上升或下降，又能够微量上升或下降，实现基片涂胶面与掩模版图形面找平、锁紧、微分离、再接触工作，同时具有对片厚进行自动补偿和找平力简便调节功能。该机构是手动光刻机的核心部件—-对准工作台中的关键机构之一，该机构直接体现手动光刻机的研制、生产、制造、装配等技术水平，是手动光刻机的关键技术之一。国内外手动光刻机的Z向升降、微分离机构都是自行研制的，在世界范围内没有单独生产制造商销售，无从购买。国内光刻机目前配置的Z向升降机构，一般采用膜片气缸或螺纹传动实现升降运动。采用膜片气缸实现升降运动时，找平力大小受压缩空气压力变化的影响波动范围大，而且微分离量是一个固定值不可调整，无法实现微分离量的变动，影响对准的精度；采用螺纹传动实现升降运动时，没有粗微动之分，找平力、微分力量的大小完全凭个人的经验来确定，影响芯片图形的质量。为此，研制开发快速抬升找平、锁紧，微量分离对准再接触的Z向的粗调、微动机构是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足，给出一种找平力以及Z向既可粗调整又可微调整，性能稳定可靠，使用范围广，维修方便的手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构。

本发明的目的是能够实现的。本发明手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构的特征在于：所述手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构由差动螺纹机构、棘轮磨擦力调整机构、摩擦式棘轮机构、粗动锁紧机构、微动限位装置和粗动限位装置以及结构架组成。

所述差动螺纹机构由结构架上固接一个大丝杠母，所述大丝杠母螺纹连接大丝杠，所述大丝杠外观呈上部为大圆柱体下部为小圆柱体的T字形，所述大丝杠轴心设有中心装配孔，装配孔上部呈阶梯状，所述装配孔阶梯状处固定一个小丝杠母，所述小丝杠母螺纹连接小丝杠，装配孔下部置有一个顶柱，所述小丝杠与所述顶柱之间设有一个传动钢球，所述大丝杠的顶端面上设有一个粗调棘轮，所述粗调棘轮下面设有环状的弧面棘齿，所述粗调棘轮有间隙地通过轴孔套接在所述小丝杠母上部的外径上，粗调棘轮设有的凹槽底上置有一个套接在小丝杠母上的环形压板，所述环形压板通过螺钉固定在所述大丝杠的上端面上，所述粗调棘轮通过所述螺钉的连接有间隙的处在环形压板与粗调棘轮上表面之间，所述小丝杠通过其上设置的圆锥台与微调手轮设置的圆锥孔连接，并且微调手轮通过固定螺母固定在所述小丝杠上构成。

所述棘轮磨擦力调整机构由大丝杠上部的大圆柱体内对称设有两个通孔，顶端面上设有一个环形槽，所述两个通孔的上端口处在所述环形槽内，所述大圆柱体下端环形面固定一个环形挡板，所述环形挡板上设有两个螺纹孔，所述环形挡板上的两个螺纹孔与大圆柱体的两个通孔分别同轴心，所述环形挡板上的两个螺纹孔上各自螺纹连接一个通过螺母锁紧的调整螺杆，处在通孔内部的所述调整螺杆的顶端贴合连接导向柱，导向柱上端套接压簧，压簧上端套接棘爪的下部，棘爪的齿部处在通孔外部的环形槽中，所述粗调棘轮的棘齿倒置在所述环形槽内构成。

所述摩擦式棘轮机构由所述粗调棘轮的棘齿与所述棘爪的齿贴合连接构成。

所述粗动锁紧装置由结构架固接气缸支架，所述气缸支架上固定一个气缸，所述气缸的活塞头部安装制动片，所述制动片左移与所述大丝杠外圆表面成压紧贴合的制动状态构成。

所述微动限位装置由所述微调手轮底面设有圆形凹槽，处在圆形凹槽中的所述小丝杠上固接一个限位销形成。所述微调手轮11上部安装有端盖14。

所述粗动限位装置由所述大丝杠底端固接一个限动板形成。

本发明手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构，其中所述大丝杠母连接大丝杠的螺纹为多头、大导程粗牙螺纹结构，所述小丝杠母连接小丝杠的螺纹为细牙螺纹结构。

本发明手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构，其中所述粗调棘轮在所述大丝杠上具有一个打滑单向空转运动轨迹，粗调棘轮带动大丝杠以及小丝杠和顶柱在所述大丝杠母上具有一个双向往返转动轨迹和上下往返的直线运动轨迹，所述微调手轮带动小丝杠和顶柱在所述小丝杠母上具有一个双向往返转动轨迹和上下往返的直线运动轨迹。

本发明手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构，其中所述微调手轮往返的转动角区域为0～180°，直线运动距离为＜0.05mm。

本发明手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构由差动螺纹机构、棘轮磨擦力调整机构、摩擦式棘轮机构、粗动锁紧机构、微动限位装置和粗动限位装置以及结构架1组成。本发明通过大导程的多头螺纹实现Z向粗动，又通过安装在粗动上的细牙螺纹实现Z向微动的微分离，为了提高Z向微动时微分力量的准确性，采用锁紧气缸带动制动片锁紧Z向粗动，采用摩擦式棘轮机构传递找平力，改变压簧对棘爪的作用力，实现微力找平和找平调整。发明效果显著, 能够实现快速 Z向粗动、微动，找平力小，且找平力可调，同时，结构简单，性能稳定可靠，使用方便。应用范围广。

下面结合附图对本发明的手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构作进一步说明。

附图说明

图1为本发明手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构的结构示意图。

图2为图1中的A-A剖面结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明是一种全新设计。本发明手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构由差动螺纹机构、棘轮磨擦力调整机构、摩擦式棘轮机构、粗动锁紧机构、微动限位装置和粗动限位装置以及结构架1组成。

差动螺纹机构由：结构架1固接一个大丝杠母5，大丝杠母5螺纹连接大丝杠4，大丝杠4外观呈上部为大圆柱体下部为小圆柱体的T字形，大丝杠4轴心设有中心装配孔，装配孔上部呈阶梯状，装配孔阶梯状处固定一个小丝杠母8，小丝杠母8螺纹连接小丝杠7，装配孔下部置有一个顶柱2，小丝杠7与顶柱2之间设有一个传动钢球6，大丝杠4的顶端面上设有一个粗调棘轮9，粗调棘轮9下面设有环状的弧面棘齿，粗调棘轮9有间隙地套接在所述小丝杠母8上部的外径上，粗调棘轮9设有的凹槽底上置有一个套接在小丝杠母8上的环形压板10，环形压板10通过螺钉固定在大丝杠4的上端面上，粗调棘轮9通过螺钉的连接成有间隙的处在环形压板10与粗调棘轮9上表面之间，小丝杠7通过其上设置的圆锥台与微调手轮11设置的圆锥孔连接，并且微调手轮11通过固定螺母13固定在所述小丝杠7上构成。

棘轮磨擦力调整机构由:大丝杠4上部的大圆柱体，大圆柱体内对称设有两个通孔，大圆柱体顶端面上设有一个环形槽，两个通孔的上端口处在环形槽内，大圆柱体下端环形面固定一个环形挡板20，环形挡板20上设有两个螺纹孔，环形挡板20上的两个螺纹孔与大圆柱体的两个通孔分别同轴心，环形挡板20上的两个螺纹孔上各自螺纹连接一个通过螺母19锁紧的调整螺杆18，处在通孔内部的调整螺杆18的顶端贴合连接导向柱21，导向柱21上端套接压簧22，压簧22上端套接棘爪23的下部，棘爪23的齿部处在通孔外部的环形槽中，粗调棘轮9的棘齿倒置在环形槽内构成。旋转调整螺杆18使导向柱21在大丝杠4的通孔内移动，改变压簧22对棘爪23的作用力，达到调整粗调棘轮11与棘爪23摩擦力的目的，有效地控制找平力的大小，当压簧22压力调节完成后，螺母19锁紧调整螺杆18，防止调整螺杆18松动。

摩擦式棘轮机构由粗调棘轮9的棘齿与棘爪23的齿贴合连接构成。粗动锁紧装置由结构架1固接气缸支架17，气缸支架17上固定一个气缸16，气缸16的活塞头部安装制动片15，制动片15左移与大丝杠4外圆表面成压紧贴合的制动状态构成。锁紧气缸16通气，制动片15向左运动，制动片15半圆弧与大丝杠4外圆接触，利用摩擦力锁紧大丝杠4，防止Z向微动时大丝杠4产生旋转。

微动限位装置由微调手轮11底面设有圆形凹槽，处在圆形凹槽中的小丝杠7上固接一个限位销12形成。限位销12安装在小丝杠7上，限制小丝杠7的转动角度，水平安装的限位销12与垂直方向安装的定位销控制微调手轮11的旋转角度在180°范围内，实际的Z向微动量是根据用户的工艺要求确定，一般不大于0.05mm。同时限位销12是微调手轮11旋转的初始位置。微调手轮11上部安装有端盖14。

粗动限位装置由大丝杠4底端固接一个限动板3形成。限动板3可防止丝杠4旋转脱出丝杠母5，起到保护作用。

大丝杠母5连接大丝杠4的螺纹为多头、大导程粗牙螺纹结构，小丝杠母8连接小丝杠7的螺纹为细牙螺纹结构。

粗调棘轮9在大丝杠4上具有一个打滑单向空转运动轨迹。粗调棘轮9带动大丝杠4以及小丝杠7和顶柱2在大丝杠母5上具有一个双向往返转动轨迹和上下往返的直线运动轨迹。微调手轮11带动小丝杠7和顶柱2在小丝杠母8上具有一个双向往返转动轨迹和上下往返的直线运动轨迹。

下面通过本发明的工作原理和具体工作方法，对本发明的手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构作进一步更加详实的描述。

本发明手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构为接近接触式的，采用摩擦式棘轮机构中粗调棘轮9旋转，摩擦带动大丝杠4内的圆周上对称分布的两个棘爪23与大丝杠4一起旋转，由于大丝杠母5被固定安装在结构架1上，大丝杠4既作旋转运动、又作Z向运动。顶柱2内置安装在大丝杠4的装配孔里，将Z向粗动运动和找平力传递到工作台上，进行找平。达到找平和找平力要求时，即达到了最大传递扭矩，此时粗调棘轮9与棘爪23进行滑动摩擦，而大丝杠4不再旋转和作Z向粗动运动；安装在气缸支架17上的锁紧气缸16的活塞伸出，使安装在锁紧气缸16活塞端的制动片15锁紧大丝杠4，确保找平状态；旋转微调手轮11带动小丝杠7一起旋转，小丝杠母8被内置固定安装在大丝杠4里。在小丝杠7下端面安装钢珠6，将小丝杠7旋转运动、Z向微动直接转化为Z向微动传动到顶柱2上，实现工作台的分离。分离、对准工作完成后，反向旋转微调手轮11回到初始位置。由于作用于顶柱2上的反作用力使顶柱2、钢珠6也回到初始位置，完成分离、对准、接触工艺要求。

工作台对顶柱2有一个反作用力，这个反作用力既作用于大丝杠4与大丝杠母5的螺旋接触面上，也通过大丝杠4传递到棘爪23和粗调棘轮9摩擦接触面上，当反作用力使大丝杠4与大丝杠母5的螺旋接触面产生的摩擦力大于棘爪23与粗调棘轮9的接触斜面的摩擦力时，达到设定的最大扭矩，即使粗调棘轮继续旋转，反作用力也使丝杠4不再旋转，停止Z向粗动运动；这时安装在气缸支架17上的锁紧气缸16的活塞伸出，使安装在锁紧气缸16活塞端的制动片的半圆弧面与大丝杠4的圆柱面紧密接触，对大丝杠4的任何旋转运动起到阻止作用，防止Z向微动时对粗动产生影响，破坏找平时的状态，确保Z向微动分离、对准、接触后能够准确回到初始位置。 

初始状态时本机构处于静止状态，旋转粗调棘轮9由于摩擦力带动大丝杠4内的圆周上对称分布的两个棘爪23与大丝杠4一起旋转，因大丝杠母5被固定安装在结构架1上，大丝杠4是多头螺纹，导程大，能够使基片涂胶面快速地接近掩模版图形面，进行接触、找平，然后安装在气缸支架17上的锁紧气缸16活塞伸出，使制动片15的圆弧面压紧大丝杠4的圆弧面，锁紧大丝杠4；旋转微调手轮11带动小丝杠7一起旋转，使钢珠6、顶柱2在大丝杠4的轴心孔内作Z向微动，使基片涂胶面与掩模版图形面产生一个相对的平行分离间距，进行基片涂胶面图形与掩模版图形面的图形对准。对准工作完成后，反向旋转微调手轮11，使钢珠6、顶柱2在大丝杠4的内孔作Z向回归运动，回归到原来初始位置，即基片涂胶面与掩模版图形面接触、找平位置，也就是粗动完成接触、找平时的位置。进行基片涂胶面曝光。曝光之后，锁紧气缸16的活塞缩回，解除制动片15对大丝杠4的锁紧，旋转粗调棘轮9，粗调棘轮9的端齿面与棘爪23的端齿面啮合，带动大丝杠4旋转快速回到初始位置。为了使找平力可调节，满足不同的要求，每个压簧22对棘爪23都有一定的调整压力，使棘爪23斜面与粗调棘轮9斜面紧密接触，保证一定的正压力，达到找平力所要求的带动大齿轮4旋转的摩擦力。 

本发明的手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构，主要工作是通过紫外光使基片表面的涂胶层感光，显影后在基片表面形成和掩模版相应的电路图形。图形复印的过程要求：基片涂胶面以掩模版图形面为基准接触找平，然后基片涂胶面与掩模版图形面垂直分离0－0.05mm的距离，通过显微镜观察，要求基片涂胶面上的图形与掩模版图形面上的图形按照一定高要求进行图形对准，对准之后，消除微分离量，使基片涂胶面与掩模版图形面接触曝光，将掩模版上的图形复印到基片涂胶面上，然后被曝光的基片快速下降到原来位置。为了在基片涂胶面上获得满意的掩模版上的图形，基片涂胶面以掩模版图形面的找平时必须是微力找平，否则，找平力大，使掩模版表面发生向上的弯曲变形，复印到基片上的图形与掩模版上的图形偏移值比较大，易造成废品。找平力过大，会损坏基片上涂胶层及掩模版。接近接触式手动光刻机对准工作台Z向的粗动的快速运动是提高生产效率的前提。

本发明的手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构，采用摩擦式棘轮机构和差动螺纹机构，通过旋转安装在挡板20的调整螺杆18，使导向柱21在大丝杠4内运动，改变压簧22的压缩长度，改变棘爪23对粗调棘轮9的正压力，从而改变棘爪23与粗调棘轮9的摩擦力，控制粗调棘轮9的最大扭矩，实现基片涂胶面以掩模版图形面的微力找平；大丝杠4采用多头、大导程螺纹，实现Z向粗动的快速运动，小丝杠7采用细牙螺纹实现Z向微动的微分离运动。由于棘爪23、粗调棘轮9长期摩擦，棘爪23易磨损，压簧22的压力会发生变化，松开螺母19，旋转调整螺杆18，使导向柱21向上运动压缩压簧22，调节压簧22长度达到找平力的要求；如棘爪23磨损剧烈，打开微调手轮11上的端盖14，松开手轮压母13，取掉手轮压母13、微调手轮11、限位销12，拧掉压板10上的紧固螺钉，取掉压板10、粗调棘轮9，更换新的棘爪23。

本发明结构简单，工作稳定可靠，维修方便，实际使用效果好。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构，其特征在于：所述手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构由差动螺纹机构、棘轮磨擦力调整机构、摩擦式棘轮机构、粗动锁紧机构、微动限位装置和粗动限位装置以及结构架（1）组成；

所述差动螺纹机构由结构架（1）上固接一个大丝杠母（5），所述大丝杠母（5）螺纹连接大丝杠（4），所述大丝杠（4）外观呈上部为大圆柱体下部为小圆柱体的T字形，所述大丝杠（4）轴心设有中心装配孔，装配孔上部呈阶梯状，所述装配孔阶梯状处固定一个小丝杠母（8），所述小丝杠母（8）螺纹连接小丝杠（7），装配孔下部置有一个顶柱（2），所述小丝杠（7）与所述顶柱（2）之间设有一个传动钢球（6），所述大丝杠（4）的顶端面上设有一个粗调棘轮（9），所述粗调棘轮（9）下面设有环状的弧面棘齿，所述粗调棘轮（9）有间隙地通过其轴孔套接在所述小丝杠母（8）上部的外径上，粗调棘轮（9）设有的凹槽底上置有一个套接在小丝杠母（8）上的环形压板（10），所述环形压板（10）通过螺钉固定在所述大丝杠（4）的上端面上，所述粗调棘轮（9）通过所述螺钉的连接有间隙的处在环形压板（10）与粗调棘轮（9）上表面之间，所述小丝杠（7）通过其上设置的圆锥台与微调手轮（11）设置的圆锥孔连接，并且微调手轮（11）通过固定螺母（13）固定在所述小丝杠（7）上构成；

所述棘轮磨擦力调整机构由大丝杠（4）上部的大圆柱体内对称设有两个通孔，顶端面上设有一个环形槽，所述两个通孔的上端口处在所述环形槽内，所述大圆柱体下端环形面固定一个环形挡板（20），所述环形挡板（20）上设有两个螺纹孔，所述环形挡板（20）上的两个螺纹孔与大圆柱体的两个通孔分别同轴心，所述环形挡板（20）上的两个螺纹孔上各自螺纹连接一个调整螺杆（18），处在通孔内部的所述调整螺杆（18）的顶端贴合连接导向柱（21），导向柱（21）上端套接压簧（22），压簧（22）上端套接棘爪（23）的下部，棘爪（23）的齿部处在通孔外部的环形槽中，所述粗调棘轮（9）的棘齿倒置在所述环形槽内构成；

所述摩擦式棘轮机构由所述粗调棘轮（9）的棘齿与所述棘爪（23）的齿贴合连接构成；

所述粗动锁紧装置由结构架（1）固接气缸支架（17），所述气缸支架（17）上固定一个气缸（16），所述气缸（16）的活塞头部安装制动片（15），所述制动片（15）左移与所述大丝杠（4）外圆表面成压紧贴合的制动状态构成；

所述微动限位装置由所述微调手轮（11）底面设有圆形凹槽，处在圆形凹槽中的所述小丝杠（7）上固接一个限位销（12）形成。

2.根据权利要求1所述手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构，其特征在于：所述大丝杠母（5）连接大丝杠（4）的螺纹为多头、大导程粗牙螺纹结构，所述小丝杠母（8）连接小丝杠（7）的螺纹为细牙螺纹结构。

3.根据权利要求1或2所述的手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构，其特征在于：所述粗调棘轮（9）在所述大丝杠（4）上具有一个单向打滑空转运动轨迹，粗调棘轮（9）带动大丝杠（4）以及小丝杠（7）和顶柱（2）在所述大丝杠母（5）上具有一个双向往返转动轨迹和上下往返的直线运动轨迹，所述微调手轮（11）带动小丝杠（7）和顶柱（2）在所述小丝杠母（8）上具有一个双向往返转动轨迹和上下往返的直线运动轨迹。

4.根据权利要求3所述的手动光刻机对准工作台Z向粗微动机构，其特征在于：所述微调手轮（11）往返的转动角区域为0～180°，直线运动距离为＜0.05mm。

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