CN108627968B - 一种多光阑共面的可变狭缝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多光阑共面的可变狭缝装置；该装置通过4只光阑片首尾相接并构成了矩形的狭缝式窗口，定位刀口平行安装在相邻的光阑片的运刀槽内，狭缝刀口平行安装在相邻的光阑片的定位刀槽内，实现了扫描窗口的4边共面，进而消除了由于边缘衍射对曝光均匀性的影响。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

一种多光阑共面的可变狭缝装置
技术领域
本发明属于精密仪器及机械技术领域，特别涉及一种多光阑共面的可变狭缝装置。
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 Forces inNano-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CN201210587402“可动刀口装置”公开了一种双运动层布置的、互不干扰的二维扫描装置，具有刚度大、接口适应性良好的特点。但是该装置中的2只X向刀片分别搭载在响应的Y向刀片上方，并由分别的限位装置控制，并未实现4个刀口共面，不能够实现步进扫描式的投影曝光。
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。
上述发明的共同之处是均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；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，提出一种多光阑共面的可变狭缝装置，通过定位刀口和运刀槽、狭缝刀口和定位导槽的巧妙配合安装，可以实现旋转对称、收尾相接的4只光阑片二维平面运动的相互限制，但又不妨碍一维的扫描运动，满足平面内任意范围的步进式扫描需求。
上述目的通过以下的技术方案实现：
一种多光阑共面的可变狭缝装置，主要包括狭缝式窗口、驱动控制单元、背板；4个驱动控制单元安装在背板上，狭缝式窗口安装在驱动控制单元的位移输出端；其特征在于狭缝式窗口包括4只光阑片，光阑片间通过随动连接单元两两相连，光阑片上设有定位刀口、定位刀口的背面设有带倾角的定位刀槽；光阑片上设有带倾角的狭缝刀口，狭缝刀口的末端设有限位斜槽，平行于狭缝刀口设有运刀槽；光阑片上设有长孔、减重槽、定位销孔、安装螺纹孔、沉孔，减重槽内设有十字筋，十字筋上设有共面调整孔；
相邻的两只光阑片通过随动连接单元连接，光阑片通过定位销孔、安装螺纹孔与随动连接单元相连，同时随动连接单元与相邻的另一片光阑片的长孔相连；光阑片的狭缝刀口安装在相邻的光阑片的定位刀槽内，光阑片的定位刀口安装在相邻的光阑片的运刀槽内；4只光阑片的狭缝刀口首尾相接，构成了矩形的狭缝窗口；
驱动控制单元分别驱动4只光阑片进行二维平面内的直线运动，并通过随动连接单元控制相邻光阑片进行随动，并最终驱动狭缝式窗口进行位置和大小的变化。
4只光阑片旋转对称，狭缝刀口首尾相接，构成了矩形的狭缝式窗口，窗口的4条直角边通过共面调整孔共面安装。
定位刀口平行安装在相邻的光阑片的运刀槽内，距离小于20μm；狭缝刀口平行安装在相邻的光阑片的定位刀槽内，距离小于20μm。
狭缝刀口与限位斜槽连接处成45°；狭缝刀口、限位斜槽以及定位刀槽的倾斜角度小于30°。
光阑片(4)采用耐磨、光学稳定性好的材质，如氧化锆陶瓷、钛合金、阳极氧化铝等。
本发明具有以下特点及有益效果：
1、本发明装置中的4只光阑片旋转对称，狭缝刀口首尾相接，构成了矩形的狭缝式窗口，窗口的4条直角边共面安装，定位刀口平行安装在相邻的配合光阑片的运刀槽内，狭缝刀口平行安装在相邻的配合光阑片的定位刀槽内，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、本发明装置中狭缝刀口与限位斜槽连接处成45°；狭缝刀口、限位斜槽以及定位刀槽的倾斜角度小于30°，实现了4只光阑片二维平面运动的相互限制，但又不妨碍一维的扫描运动，进而满足任意范围内的二维运动和独立的单边扫描需求。
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为一种多光阑共面的可变狭缝装置示意图。
图2为光阑片示意图。
图3为光阑片轴侧视图。
图4为狭缝式窗口局部剖面视图。
图中：1、狭缝式窗口；2、驱动控制单元；3、背板；4、光阑片；5、随动连接单元；6、长孔；7、共面调整孔；8、减重槽；9、十字筋；10、定位销孔；11、沉孔；12、限位斜槽；13、狭缝刀口；14、运刀槽；15、定位刀槽；16、定位刀口。
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1，一种多光阑共面的可变狭缝装置，主要包括狭缝式窗口1、驱动控制单元2、背板3；4个驱动控制单元2安装在背板3上，狭缝式窗口1安装在4个驱动控制单元2的位移输出端；
参考图2和3，狭缝式窗口1包括4只光阑片4，光阑片4间通过4个随动连接单元5两两相连,光阑片4上加工有定位刀口16、定位刀口16的背面加工有带倾角的定位刀槽15；光阑片4上加工有带倾角的狭缝刀口13，狭缝刀口13的末端加工有限位斜槽12，平行于狭缝刀口13加工有运刀槽14；光阑片4上加工有长孔6、减重槽8、定位销孔10、安装螺纹孔11、沉孔17，减重槽8内加工有十字筋9，十字筋9上加工有共面调整孔7；
参考图4，光阑片4通过定位销孔10、安装螺纹孔11与随动连接单元5相连，同时随动连接单元5与相邻的另一片光阑片4的长孔6相连；光阑片4的狭缝刀口13安装在相邻的光阑片4的定位刀槽15内，光阑片4的定位刀口16安装在相邻的光阑片4的运刀槽14内；4只光阑片4的狭缝刀口13首尾相接，构成了矩形的狭缝窗口；
该装置在使用时，驱动控制单元2驱动光阑片4进行二维平面内的直线运动，并通过随动连接单元5控制相邻光阑片4进行随动，并最终驱动狭缝式窗口进行位置和大小的变化。
4只光阑片4旋转对称，狭缝刀口13首尾相接，构成了矩形的狭缝窗口，窗口的4条直角边共面安装。
定位刀口16平行安装在相邻的配合光阑片4的运刀槽14内，距离小于20μm；狭缝刀口13平行安装在相邻的配合光阑片4的定位刀槽15内，距离小于20μm。
狭缝刀口13与限位斜槽12连接处成45°；狭缝刀口13、限位斜槽12以及定位刀槽15的倾斜角度小于30°。
光阑片4采用耐磨、光学稳定性好的材质，如氧化锆陶瓷、钛合金、阳极氧化铝等。

Claims (5)

1.一种多光阑共面的可变狭缝装置，主要包括狭缝式窗口(1)、驱动控制单元(2)及背板(3)；4个驱动控制单元(2)安装在背板(3)上，狭缝式窗口(1)安装在驱动控制单元(2)的位移输出端；其特征在于：狭缝式窗口(1)包括4只光阑片(4)，光阑片(4)间通过随动连接单元(5)两两相连，光阑片(4)上设有定位刀口(16)，定位刀口(16)的背面设有带倾角的定位刀槽(15)；光阑片(4)上设有带倾角的狭缝刀口(13)，狭缝刀口(13)的末端设有限位斜槽(12)，狭缝刀口(13)的侧向设有运刀槽(14)；光阑片(4)上设有长孔(6)、减重槽(8)、定位销孔(10)、安装螺纹孔(11)及沉孔(17)，减重槽(8)内设有十字筋(9)，十字筋(9)上设有共面调整孔(7)；
相邻的两只光阑片(4)通过随动连接单元(5)连接，光阑片(4)通过定位销孔(10)、安装螺纹孔(11)与随动连接单元(5)相连，同时随动连接单元(5)与相邻的另一片光阑片(4)的长孔(6)相连；光阑片(4)的狭缝刀口(13)平行安装在相邻的光阑片(4)的定位刀槽(15)内，光阑片(4)的定位刀口(16)平行安装在相邻的光阑片(4)的运刀槽(14)内；4只光阑片(4)的狭缝刀口(13)首尾相接，构成了矩形的狭缝式窗口；
所述驱动控制单元(2)分别驱动4只光阑片(4)进行二维平面内的直线运动，并通过随动连接单元(5)控制相邻光阑片(4)进行随动，并最终驱动狭缝式窗口(1)进行位置和大小的变化。
2.根据权利要求1所述的一种多光阑共面的可变狭缝装置，其特征在于：4只光阑片(4)旋转对称，狭缝刀口(13)首尾相接，构成了矩形的狭缝式窗口(1)，窗口的4条直角边通过共面调整孔(7)共面安装。
3.根据权利要求1所述的一种多光阑共面的可变狭缝装置，其特征在于：定位刀口(16)平行安装在相邻的光阑片(4)的运刀槽(14)内，平面距离小于20μm；狭缝刀口(13)平行安装在相邻的光阑片(4)的定位刀槽(15)内，平面距离小于20μm。
4.根据权利要求1所述的一种多光阑共面的可变狭缝装置，其特征在于：狭缝刀口(13)与限位斜槽(12)连接处成45°；狭缝刀口(13)、限位斜槽(12)以及定位刀槽(15)的倾斜角度小于30°。
5.根据权利要求1所述的一种多光阑共面的可变狭缝装置，其特征在于：光阑片(4)采用耐磨、光学稳定性好的材质。
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