CN108627937A - 一种半解耦的联动式可变光阑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半解耦联动式可变光阑。该装置包括4个主动气浮导轨和4个从动导轨并通过双层气浮模块和联动模块连接，从动导轨末端安装光阑板，4个光阑板首尾相接旋转对称式安装并形成共面的矩形窗口。该装置可通过驱动模块分别对4个光阑板进行逆时针异位控制，实现平面内任意范围的扫描，提高了窗口扫描的精度和效率。本发明可用于建立一种高分辨率、高运动/定位精度的投影式曝光装置。

Description

一种半解耦的联动式可变光阑
技术领域
本发明属于精密仪器及机械技术领域，特别涉及一种半解耦的联动式可变光阑。
背景技术
近年来，随着先进芯片制造业逐渐朝向功能集成化和体积微小化发展，光刻技术在经历了接触式、接近式、扫描投影式几个发展阶段后，步进扫描式投影已成为目前的主流技术。
扫描狭缝作为步进扫描曝光系统中的拦光装置，其作用是限定掩模面照明视场大小及中心位置、在曝光过程中通过刀片的同步扫描运动，避免成像光束对曝光场以外的区域曝光。传统的扫描狭缝的主要问题是不能同时满足平面内任意范围扫描和二维方向上的刀口共面两个难题。如果需要实现4个刀口共面，则刀片间需要留有距离以免干涉和磨损，但产生的衍射效应会影响曝光均匀性；如果需要任意范围内的扫描，4只刀片都必须同时具有二维运动功能和独立的一维扫描功能；以上两点都是制约不仅投影式曝光在光刻机曝光系统中应用的主要技术难题。
2008年，荷兰ASML公司所研发的Twinscan XT 1950i型光刻机，可以实现 38nm芯片激光刻蚀。(Y.B.Patrick Kwan,Erik L.Loopstra.Nullifying Acceleration Forcesin Nano-Positioning Stages for Sub-0.1mm Lithography Tool for 300mm Wafers[J].proceeding of SPIC：Optical Microlithography,2010,4346：544-557)；但随着芯片制造业的发展，Twinscan XT 1950i型光刻机所涉及的投影式曝光方式其分辨率仍有待进一步提高。
专利CN201010242597“一种可双向调节缝宽的狭缝调整装置”，采用对称分布的导向叶片保证两只狭缝刀片的直线运动，能够解决可调装置结构复杂、工艺性不好、尺寸较大等问题；但是该发明装置所实现的矩形扫描窗口只能进行一维的扫描，既双向缝宽调节，但缝长取决于刀口长度，不能实现任意范围内的扫描。
专利CN201110081201“一种可动狭缝刀片”公开了一种由透光板、吸光片、反射棱镜所构成的多层级复合材料拦光刀片，主要特点是光学稳定好、曝光精度高、均匀性好。但由该发明所涉及的刀片组成狭缝系统，仍需进一步的研究和发展。
专利CN201420381081“驱动装置及扫描狭缝单元”和CN201310360623“用于步进扫描光刻机的扫描下封装置”分别提出了采用4只刀片共面安装的扫描窗口装置，并且能够实现任意范围内的高精度二维扫描。但是并未提出可以实现刀片共面的实施方案以及相关的刀片结构。
专利CN201310360623“用于步进扫描光刻机的扫描狭缝装置”采用限位连接件连接四个相同的刀片，可以实现最大行程内的平面任意范围的高精度二维扫描。但该发明中相邻的刀片仅存在联动关系，不具有正交运动方向上的解耦功能；而且采用双轴承预紧刀架的结构作为直线运动的导向，其运动和定位精度都将难以保证。
上述发明的共同之处是均不能通过4个共面拦光板的独立运动来实现平面内任意范围的窗口扫描；然而步进投影式曝光装置做为尖端光刻机中的关键部件，已经成为制约光刻机曝光系统实际应用的关键技术难题。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的问题，提出一种半解耦的联动式可变光阑，该装置包括4个主动气浮导轨和4个从动导轨，并通过双层气浮模块和联动模块连接并旋转对称式安装。该装置可通过驱动模块分别对4个光阑板进行逆时针异位控制，4个光阑板首尾相接形成了共面的矩形窗口，并最终实现平面内任意范围的扫描。
上述目的通过以下的技术方案实现：
一种半解耦联动式可变光阑，包括左端光阑机构、下端光阑机构、右端光阑机构、上端光阑机构和背板；所述左端光阑机构、下端光阑机构、右端光阑机构和上端光阑机构具有相同的构成部分，均包括联动模块、从动导轨、光阑板、双层气浮模块、基准主导轨和驱动模块，其中所述联动模块包括T型支架1、三角型轨道架、磁铁、陶瓷轴承、转接垫板、滑动单元和定位轴；
所述的左端光阑机构、下端光阑机构、右端光阑机构、上端光阑机构旋转对称，并以逆时针顺序安装在背板上；所述左端光阑机构、下端光阑机构、右端光阑机构和上端光阑机构的转配关系为：所述基准主导轨和驱动模块固连在背板上，双层气浮模块与驱动模块连接，基准主导轨和从动导轨安装在双层气浮模块内部，从动导轨的末端连接光阑板，在光阑板的逆时针方向处安装有联动模块；所述T型支架和光阑板共同夹持三角型轨道架，在三角型轨道架上设有减重槽、定位安装孔、限位块和滑轨；磁铁、陶瓷轴承和定位轴安装在滑动单元上，其中的陶瓷轴承和定位轴共同夹持滑轨，磁铁平行安装于滑轨；所述滑动单元通过转接垫板安装在逆时针方向处下端光阑机构的光阑板上；
所述左端光阑机构可以控制逆时针位置处下端光阑机构的光阑板和从动导轨沿Y向运动，下端光阑机构、右端光阑机构和上端光阑机构同左端光阑机构相同，均具有的逆时针异位控制功能。
所述联动模块和双层气浮模块配合，形成半解耦的联动式运动关系，并将位移输出最终作用于光阑板，其中联动模块采用滚动支承方式，双层气浮模块采用气浮支承方式。
本发明具有以下特点及有益效果：
1、本发明装置中的4个光阑板首尾相接且旋转对称，构成了矩形的可变光阑，可变光阑的4条直角边共面安装可是实现扫描窗口的4边共面，并提出具体的结构和实施方案，进而消除了由于边缘衍射对曝光均匀性的影响。
2、本发明装置中联动模块和双层气浮模块配合使用，形成半解耦的联动式运动关系，最终通过驱动模块分别对4个光阑板进行逆时针异位控制，并实现窗口扫描。
3、本发明装置中采用8个气浮导轨实现4个光阑板的支承和运动导向，提高了位移输出端的运动和定位精度，进而提高了扫描的速度和效率。
本发明装置用途广泛，尤其适用于光刻机曝光系统中步进投影式曝光机构。
附图说明
图1为左端光阑机构的主动运动结构示意图。
图2为左端光阑机构的随动运动结构示意图。
图3为左端光阑机构光阑板Y向运动及关联结构示意图。
图4为下端光阑机构光阑板X向运动及关联结构示意图。
图5为一种半解耦的联动式可变光阑示意图。
图6为三角型轨道架示意图。
图中：1001、左端光阑机构；1002、下端光阑机构；1003、右端光阑机构； 1004、上端光阑机构；1005、背板；101、联动模块；102从动导轨；103、光阑板；104、双层气浮模块；105、基准主导轨；106、和驱动模块；1、T型支架；2、三角型轨道架；3、磁铁；4、陶瓷轴承；5、转接垫板；6、滑动单元； 7、定位轴；8、减重槽；9、定位安装孔；10、限位块；11、滑轨；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。
参考图1、2、3，左端光阑机构1001包括联动模块101、从动导轨102、光阑板103、双层气浮模块104、基准主导轨105和驱动模块106，联动模块101 包括T型支架1、三角型轨道架2、磁铁3、陶瓷轴承4、转接垫板5、滑动单元 6和定位轴7；在左端光阑机构1001中，基准主导轨105和驱动模块106固连在背板1005上，双层气浮模块104与驱动模块106连接，主导轨105和从动导轨102安装在双层气浮模块104内部，从动导轨102的末端连接光阑板103，光阑板103的逆时针方向处安装有联动模块101；其中T型支架1和光阑板103 共同夹持三角型轨道架2；
参考图3，左端光阑机构1001工作时，驱动模块106带动双层气浮模块104 沿基准主导轨105沿Y向运动，此时从动导轨102沿X向相对静止，并构成解耦；通过联动模块101的作用，逆时针方向处隶属于下端光阑机构的光阑板103 和隶属于下端光阑机构的从动导轨102伴随双层气浮模块104同步沿Y向运动，并构成联动；右端光阑机构1003与左端光阑机构1001采用同样的工作方式，均具有的逆时针异位控制功能；
参考图4，下端光阑机构1002与左端光阑机构1001包括同样的组成部分；下端光阑机构1002工作时，驱动模块106带动双层气浮模块104沿基准主导轨 105沿X向运动，此时从动导轨102沿Y向相对静止，并构成解耦；通过联动模块101的作用，逆时针方向处隶属于右端光阑机构的光阑板103和隶属于右端光阑机构的从动导轨102伴随双层气浮模块104同步X向运动，并构成联动；上端光阑机构1004与下端光阑机构1002采用同样的工作方式，均具有的逆时针异位控制功能。
参考图5，一种半解耦的联动式可变光阑，包括左端光阑机构1001、下端光阑机构1002、右端光阑机构1003、上端光阑机构1004和背板1005；左端光阑机构1001、下端光阑机构1002、右端光阑机构1003、上端光阑机构1004旋转对称，并以逆时针逆安装在背板1005上；
参考图6，三角型轨道架2上加工有减重槽8、定位安装孔9、限位块10和滑轨11；磁铁3、陶瓷轴承4和定位轴7安装在滑动单元6上，其中的陶瓷轴承4和定位轴7共同夹持滑轨11，磁铁3平行于滑轨11；滑动单元6通过转接垫板5安装在逆时针方向处隶属于下端光阑机构1002的光阑板103上；下端光阑机构1002、右端光阑机构1003和上端光阑机构1004，与左端光阑机构1001 采用同样的安装方法；
联动模块101和双层气浮模块104配合使用，形成半解耦的联动式运动关系，并将位移输出最终作用于块光阑板103，其中联动模块101采用滚动支承方式，双层气浮模块104采用气浮支承方式。

Claims (2)

1.一种半解耦联动式可变光阑，包括左端光阑机构(1001)、下端光阑机构(1002)、右端光阑机构(1003)、上端光阑机构(1004)和背板(1005)；其特征在于：所述左端光阑机构(1001)、下端光阑机构(1002)、右端光阑机构(1003)和上端光阑机构(1004)具有相同的构成部分，均包括联动模块(101)、从动导轨(102)、光阑板(103)、双层气浮模块(104)、基准主导轨(105)和驱动模块(106)，其中所述联动模块(101)包括T型支架(1)、三角型轨道架(2)、磁铁(3)、陶瓷轴承(4)、转接垫板(5)、滑动单元(6)和定位轴(7)；
所述的左端光阑机构(1001)、下端光阑机构(1002)、右端光阑机构(1003)、上端光阑机构(1004)旋转对称，并以逆时针顺序安装在背板(1005)上；所述左端光阑机构(1001)、下端光阑机构(1002)、右端光阑机构(1003)和上端光阑机构(1004)的转配关系为：所述基准主导轨(105)和驱动模块(106)固连在背板(1005)上，双层气浮模块(104)与驱动模块(106)连接，基准主导轨(105)和从动导轨(102)安装在双层气浮模块(104)内部，从动导轨(102)的末端连接光阑板(103)，在光阑板(103)的逆时针方向处安装有联动模块(101)；所述T型支架(1)和光阑板(103)共同夹持三角型轨道架(2)，在三角型轨道架(2)上设有减重槽(8)、定位安装孔(9)、限位块(10)和滑轨(11)；磁铁(3)、陶瓷轴承(4)和定位轴(7)安装在滑动单元(6)上，其中的陶瓷轴承(4)和定位轴(7)共同夹持滑轨(11)，磁铁(3)平行安装于滑轨(11)；所述滑动单元(6)通过转接垫板(5)安装在逆时针方向处下端光阑机构(1002)的光阑板(103)上；
所述左端光阑机构(1001)可以控制逆时针位置处下端光阑机构(1002)的光阑板(103)和从动导轨(102)沿Y向运动，下端光阑机构(1002)、右端光阑机构(1003)和上端光阑机构(1004)同左端光阑机构(1001)相同，均具有的逆时针异位控制功能。
2.根据权利要求1所述的一种半解耦联动式可变光阑，其特征在于：联动模块(101)和双层气浮模块(104)配合，形成半解耦的联动式运动关系，并将位移输出最终作用于光阑板(103)，其中联动模块(101)采用滚动支承方式，双层气浮模块(104)采用气浮支承方式。
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