CN108089408B - 一种应用于光刻装置的被动式调平锁紧机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于光刻装置的被动式调平锁紧机构，该装置用于光刻机中实现对掩模版与基片之间的被动调平。该装置以承片台为基准，承片台推动掩模版向上移动，一定位移距离后掩模版上的光栅尺清零，然后掩模版在重力的作用下回到初始位置，通过光栅尺计数控制三点步进电机步数，通过齿轮啮合带动掩模版Z向上升，掩模版调平后，步进电机自锁，执行电动缸执行下压控制，完成对掩模版调平后的固定，本发明通过减少调平基准的方式，有效改善曝光后图形扭曲变形、分辨率低等现象，本发明采用了以基片上升推动掩模版完成调平锁紧的机构，故该装置需受承片台推动力后完成启动，故称之为被动式调平锁紧机构。
Description
技术领域
本发明涉及光刻专用设备技术领域，具体涉及到一种应用于光刻装置的被动式调平锁紧机构。
背景技术
接近接触式光刻是在外力(真空、气压)的作用下将掩模版与基片表面接触曝光的一种微纳图形复制技术。接近接触式光刻的分辨力主要受限于掩模版与基片面之间的间隙值，因而掩模版与基片面之间调平状态的控制是关键。传统接近接触式光刻设备中，多采用被动式的类球头机构实现掩模版与基片调平之间的调平，调平过程完全靠机械结构保证，没有闭环的检测手段，因而调平精度有限，造成曝光图形分辨力低、图形畸变较大等问题。
发明内容
为了避免掩模版倾斜导致曝光缺陷，确保高精度的曝光，本发明的目的是提供一种被动式调平装置，通过重力与压缩弹簧的张力触发光栅尺反馈计数信号，通过电机丝杠装置调平，电机与执行电缸配合锁死，完成掩模Z向固定。
本发明采用的技术方案为：一种应用于光刻装置的被动式调平锁紧机构，包括装载板、电机安装、读数头底座、读数头安装板、光栅尺、步进电机、执行电缸、光栅尺传动件、平动件、三点压缩弹簧支撑、螺杆、电机安装件、直线轴承、转矩齿轮、推力深沟球轴承、滚珠花键、电机安装座、滚珠花键、阻挡球头、掩模架、万向转接、锁紧压头和球头位移器，装载板通过球头移位器将读数头底座固定，光栅尺与读数头安装板连接固定，光栅尺通过光栅尺传动件与移动部件掩模架球头连接，光栅尺传动件带动平动件跟随运动，带动安装在平动件上的光栅尺子产生运动，从而实现掩模架的运动传递到光栅尺，实时反映掩模架的位移量，通过电机安装件以及电机安装将步进电机固定在装载板上，步进电机头部齿轮与扭矩齿轮啮合，螺杆上安装有直线轴承，转矩齿轮通过定位销同轴固定在直线轴承上，电机传递力矩带动螺杆与直线轴承同步转动、平移，螺杆一端径向固定，一端与滚珠花键螺纹连接，两者之间采用推力深沟球轴承实现轴向缓冲，滚珠花键下部与阻挡球头螺纹连接，实现悬吊掩模架，执行电缸通过安装板固定在装载板上，头部连接万向转接，万向转接与锁紧压头连接，在执行电缸，能够实现将掩模架顶紧，并保证执行电缸不受径向力。
进一步地，在非工作时自由状态位置，在重力以及三点压缩弹簧支撑作用下，掩模架落在装置最低点，阻挡球头限制最低点位置，步进电机能够与扭矩齿轮啮合，带动直线轴承转动，从而实现对掩模架的最低位置控制，基片部分上移推动掩模架向上运动，运动范围可人为决定，前提是必须超过调平认可值，移动行程完成后，将光栅尺复位零值，将基片部分降下并脱离掩模版，此时掩模版已恢复到最低位置，确认三点光栅尺的读数，并确认将三点光栅尺数值接近到调平认可值范围内，通过信号控制步进电机走步，带动扭矩齿轮旋转，使得直线轴承带动滚珠花键上下移动，从而改变阻挡球头的Z向位置，步进电机走位完成，信号反馈输出到执行电缸，通过万向接头带动锁紧压头向下运动，完成在掩模版调平后的固定。
进一步地，掩模架以基片部分为基准面调平，传统的掩模架由多个公差累计形成的调平数据，基片也是由公差累计计算出来的，现在以基片为基准调平掩模架，这样能够有效的提高装配精度。
进一步地，球头位移器的调平连接头均采用铜质材料球头，三点球头尺寸一致，铜质材料屈服强度高，即可以保证施力部件不受径向力，也能够保证掩模版只受到一个方向的推力，确保不出现侧移现象。
进一步地，调平部件在掩模架上方按照120°均匀分布，能够保证质心与中心重合。
进一步地，使用阻挡掩模版Z向自由状态下降的为阻挡球头，该球头特点为限制掩模架向下运动，防止掩模版侧移。
进一步地，当基片部分将掩模架向上推动到一定值后系统开始启动调平系统，实现被动调平锁紧掩模架。
本发明具有以下有益结果：
本发明所述的被动式调平装置在曝光开始前，掩模架采用自重以及压缩弹簧辅助，就能固定在万向球头上。简化结构。
本发明所述的被动式调平装置在工作时，以基片为基准完成调平，颠覆以前的分离式调平方案，提高调平精度。
本发明所述的被动式调平装置在系统工作时，所有的顶紧头均是球头连接，避免施力部件受径向力发生侧向变形导致的损伤，同时便于实现自动找正。
本发明所述的被动调平装置在系统工作时，测量位移数据以及所有的位移，均采用三点120°设置方式，能够有效获得掩模版真值。
附图说明
图1为本发明的总装结构原理图。
图2为本发明的整体三维图。
图1中：1-装载板、2-电机安装、3-读数头底座、4-读数头安装板、5-光栅尺、6-步进电机、7-执行电缸、8-光栅尺传动件、9-平动件、10-三点压缩弹簧支撑、11-螺杆、12-电机安装件、13-直线轴承、14-转矩齿轮、15-推力深沟球轴承、16-滚珠花键、17-电机安装座、18-滚珠花键轴、19-阻挡球头、20-掩模架、21-万向转接、22-锁紧压头、23-球头位移器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，一种应用于光刻装置的被动式调平锁紧机构，它包括装载板1、电机安装2、读数头底座3、读数头安装板4、光栅尺5、步进电机6、执行电缸7、光栅尺传动件8、平动件9、三点压缩弹簧支撑10、螺杆11、电机安装件12、直线轴承13、转矩齿轮14、推力深沟球轴承15、滚珠花键16、电机安装座17、滚珠花键轴18、阻挡球头19、掩模架20、万向转接21、锁紧压头22和球头位移器23。装载板1通过球头移位器23将读数头底座3固定，光栅尺5与读数头安装板4连接固定，光栅尺5通过光栅尺传动件8与移动部件掩模架20球头连接，光栅尺传动件8带动平动件9跟随运动，带动安装在平动件9上的光栅尺5刻度部分产生运动，从而实现掩模架20的运动传递到光栅尺5，反映掩模架20的位移量，通过电机安装件12以及电机安装2将步进电机6固定在装载板1上，步进电机6头部齿轮与扭矩齿轮11啮合，螺杆上安装有直线轴承13，转矩齿轮通过定位销同轴固定在直线轴承13上，电机传递力矩带动螺杆11与直线轴承13同步转动、平移，螺杆11一端径向固定，一端与滚珠花键轴18螺纹连接，两者之间采用推力深沟球轴承15实现轴向缓冲，滚珠花键轴18下部与阻挡球头19螺纹连接，实现悬吊掩模架20，执行电缸7通过安装板固定在装载板1上，头部连接万向转接21，万向转接21与锁紧压头连接，执行电缸7能够实现将掩模架20顶紧，并保证执行电缸7不受径向力。
在非工作时自由状态位置，在重力以及三点压缩弹簧支撑10作用下，掩模架20落在装置最低点，阻挡球头19限制最低点位置，步进电机6能够与扭矩齿轮14啮合，带动直线轴承13转动，从而实现对掩模架20的最低位置控制，基片部分上移推动掩模架20向上运动，运动范围可人为决定，前提是必须超过调平认可值，移动行程完成后，将光栅尺5复位零值，将基片部分降下并脱离掩模版20，此时掩模版20已恢复到最低位置，确认三点光栅尺5的读数，并确认将三点光栅尺5数值接近到调平认可值范围内，通过信号控制步进电机6走步，带动扭矩齿轮14旋转，使得直线轴承13带动滚珠花键轴18上下移动，从而改变阻挡球头19的Z向位置，步进电机走位完成，信号反馈输出到执行电缸7，通过万向接头21带动锁紧压头22向下运动，完成在掩模版20调平后的固定。
所述的掩模架20以基片部分为基准面调平，传统的掩模架由多个公差累计完成的，基片也是由公差累计计算出来的，现在以基片为基准调片掩模架20，这样能够有效的提高装配精度，并且调平部件在掩模架20上方按照120°均匀分布，能够保证质心与中心重合。
调平连接头均采用球头位移，即可以包装施力部件不受径向力，也能够保证掩模版20只受到一个方向的推力。
本发明所述的一种应用于光刻装置的被动式调平锁紧机构是这样实现的：
掩模架20落在装置最低点，阻挡球头19限制最低点位置，步进电机6能够与扭矩齿轮14啮合，带动直线轴承13转动，从而实现对掩模架20的最低位置控制。基片部分上移推动掩模架20向上运动，运动范围可人为决定，前提是必须超过调平认可值，移动行程完成后，将光栅尺5复位零值，将基片部分降下并脱离掩模版20，此时掩模版20已恢复到最低位置，确认三点光栅尺5的读数，并确认将三点光栅尺5数值接近到调平认可值范围内，其方法通过信号控制步进电机6走步，带动扭矩齿轮14旋转，使得直线轴承13带动滚珠花键轴18上下移动，从而改变阻挡球头19的Z向位置，步进电机走位完成，信号反馈输出到执行电缸7，通过万向接头21带动22锁紧压头向下运动，完成在掩模版20调平后的固定。
本发明未详细阐述部分属于本领域的公知技术。
Claims (5)
1.一种应用于光刻装置的被动式调平锁紧机构，其特征在于：包括装载板(1)、电机安装(2)、读数头底座(3)、读数头安装板(4)、光栅尺(5)、步进电机(6)、执行电缸(7)、光栅尺传动件(8)、平动件(9)、三点压缩弹簧支撑(10)、螺杆(11)、电机安装件(12)、直线轴承(13)、转矩齿轮(14)、推力深沟球轴承(15)、滚珠花键(16)、电机安装座(17)、滚珠花键轴(18)、阻挡球头(19)、掩模架(20)、万向转接(21)、锁紧压头(22)和球头位移器(23)，装载板(1)通过球头位移器(23)将读数头底座(3)固定，光栅尺(5)与读数头安装板(4)连接固定，光栅尺(5)通过光栅尺传动件(8)与移动部件掩模架(20)球头连接，光栅尺传动件(8)带动平动件(9)跟随运动，带动安装在平动件(9)上的光栅尺产生运动，从而实现掩模架(20)的运动传递到光栅尺(5)，实时反映掩模架(20)的位移量，通过电机安装件(12)以及电机安装(2)将步进电机(6)固定在装载板(1)上，步进电机(6)头部齿轮与转矩齿轮(14)啮合，螺杆上安装有直线轴承(13)，转矩齿轮通过定位销同轴固定在直线轴承(13)上，电机传递力矩带动螺杆(11)与直线轴承(13)同步转动、平移，螺杆(11)一端径向固定，一端与滚珠花键轴(18)螺纹连接，两者之间采用推力深沟球轴承(15)实现轴向缓冲，滚珠花键轴(18)下部与阻挡球头(19)螺纹连接，实现悬吊掩模架(20)，执行电缸(7)通过安装板固定在装载板(1)上，头部连接万向转接(21)，万向转接(21)与锁紧压头连接，在执行电缸(7)，能够实现将掩模架(20)顶紧，并保证执行电缸(7)不受径向力；
在非工作时自由状态位置，在重力以及三点压缩弹簧支撑(10)作用下，掩模架(20)落在装置最低点，阻挡球头(19)限制最低点位置，步进电机(6)能够与转矩齿轮(14)啮合，带动直线轴承(13)转动，从而实现对掩模架(20)的最低位置控制，基片部分上移推动掩模架(20)向上运动，运动范围可人为决定，前提是必须超过调平认可值，移动行程完成后，将光栅尺(5)复位零值，将基片部分降下并脱离掩模架(20)，此时掩模架(20)已恢复到最低位置，确认三点光栅尺(5)的读数，并确认将三点光栅尺(5)数值接近到调平认可值范围内，通过信号控制步进电机(6)走步，带动转矩齿轮(14)旋转，使得直线轴承(13)带动滚珠花键轴(18)上下移动，从而改变阻挡球头(19)的Z向位置，步进电机走位完成，信号反馈输出到执行电缸(7)，通过万向转接(21)带动锁紧压头(22)向下运动，完成在掩模架(20)调平后的固定；
掩模架(20)以基片部分为基准面调平。
2.根据权利要求1所述一种应用于光刻装置的被动式调平锁紧机构，其特征在于：球头位移器(23)的调平连接头均采用铜质材料球头，三点球头尺寸一致，铜质材料屈服强度高，即可以保证施力部件不受径向力，也能够保证掩模架(20)只受到一个方向的推力，确保不出现侧移现象。
3.根据权利要求1所述一种应用于光刻装置的被动式调平锁紧机构，其特征在于：调平锁紧机构在掩模架(20)上方按照120°均匀分布，能够保证质心与中心重合。
4.根据权利要求1所述一种应用于光刻装置的被动式调平锁紧机构，其特征在于：使用阻挡掩模架Z向自由状态下降的为阻挡球头(19)，该球头特点为限制掩模架(20)向下运动，防止掩模架侧移。
5.根据权利要求1所述一种应用于光刻装置的被动式调平锁紧机构，体特征在于：当基片部分将掩模架向上推动到一定值后系统开始启动调平系统，实现被动调平锁紧掩模架。
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