CN108646402A - 一种基于双轴导向的可变光阑 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于双轴导向的可变光阑。该该装置包括4个独立控制的光阑片运动机构，每个光阑片运动机构均包括主动导轨、从动导轨以及相对应的驱动控制单元、预紧单元。通过主动、从动导轨的平行安装，构成了光阑片的运动支承和导向，通过磁性预紧与轴承预紧共同实现了对从动导轨的姿态调整和定位，实现了逆时针异位光阑片的正交运动解耦；4个光阑片运动机构首尾相接，形成的矩形光阑可以实现平面内任意范围的窗口扫描，并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/定位精度的扫描曝光装置。
Description
技术领域
本发明属于精密仪器及机械技术领域，特别涉及一种基于双轴导向的可变光阑。
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 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，提出一种基于双轴导向的可变光阑，该装置包括4个独立控制的光阑片运动机构，每个光阑片运动机构均包括主动导轨、从动导轨以及相对应的驱动控制单元、预紧单元。通过主动、从动导轨的平行安装，构成了光阑片的运动支承和导向，通过磁性预紧与轴承预紧共同实现了对从动导轨的姿态调整和定位，实现了逆时针异位光阑片的正交运动解耦；4个光阑片运动机构首尾相接，形成的矩形光阑可以实现平面内任意范围的窗口扫描。
上述目的通过以下的技术方案实现：
一种基于双轴导向的可变光阑，包括4个独立控制的光阑片运动机构，每个光阑片运动机构包括一枚光阑片，4枚光阑片收尾相接形成矩形可变光阑；所述光阑片运动机构包括光阑片、主动导轨、驱动控制单元、三角框架、预紧单元、从动导轨，其中所述光阑片上加工有减重槽，所述从动导轨末端加工有防撞限位；所述主动导轨可移动的配装在驱动控制单元上，光阑片安装在主动导轨上，三角框架固连在光阑片上，三角框架上安装有从动导轨，预紧单元可移动的配装在从动导轨上；
所述预紧单元包括轴承预紧螺钉、Z型板、磁力预紧螺钉、轴承调整螺钉、转接方板、滚珠轴承、磁铁、磁铁安装板，所述Z型板上加工有柔性铰链；所述Z型板上加工有柔性铰链，在柔性铰链两侧安装滚珠轴承，滚珠轴承夹持着从动导轨，并通过轴承调整螺钉进行调节轴承预紧力；Z型板的下方安装了有带有磁铁的磁铁安装板，并通过磁力预紧螺钉进行调节磁性预紧力；Z型板通过转接方板与首尾相接的另一枚光阑片相连，并通过轴承调整螺钉调节相邻的光阑片间的相对位置；
主动导轨采用气浮支承形式，驱动控制单元采用超声直线电机驱动；主动导轨与从动导轨配套安装并导向光阑片，并构成矩形可变光阑。
本发明具有以下特点及有益效果：
1、本发明装置中的4个光阑片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、本发明装置中气浮支承的主动导轨与滚动支承的从动导轨配套安装，对光阑片的直线运动进行导向，通过磁性预紧与轴承预紧共同实现了对从动导轨的姿态调整和定位，实现了逆时针异位光阑片的正交运动解耦。
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为一种基于双轴导向的可变光阑示意图。
图2为光阑片运动机构示意图。
图3为预紧单元主视图。
图4为预紧单元结构示意图。
图中：1、光阑片运动机构；2、可变光阑；3、光阑片；4、主动导轨；5、驱动控制单元；6、减重槽；7、三角框架；8、预紧单元；9、从动导轨；10、预紧螺钉；11、柔性铰链；12、Z型板；13、磁力预紧螺钉；14、轴承调整螺钉；15、转接方板；16、滚珠轴承；17、磁铁；18、磁铁安装板；19、防撞限位。
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1，一种基于双轴导向的可变光阑，包括4个独立控制的光阑片运动机构1，每个光阑片运动机构1包括一枚光阑片3，4枚光阑片3收尾相接形成矩形可变光阑2；
参考图2，光阑片运动机构1包括光阑片3、主动导轨4、驱动控制单元5、三角框架7、预紧单元8、从动导轨9，其中所述光阑片3上加工有减重槽6，所述从动导轨9末端加工有防撞限位19；所述主动导轨4可移动的配装在驱动控制单元5上，光阑片3安装在主动导轨4上，三角框架7固连在光阑片3上，三角框架7上安装有从动导轨9，预紧单元8可移动的配装在从动导轨9上；主动导轨4采用气浮支承形式，驱动控制单元5采用超声直线电机驱动；主动导轨4与从动导轨9配套安装并导向光阑片3，并构成矩形可变光阑2；
参考图3、4，所述预紧单元8包括轴承预紧螺钉10、Z型板12、磁力预紧螺钉13、轴承调整螺钉14、转接方板15、滚珠轴承16、磁铁17、磁铁安装板18，所述Z型板12上加工有柔性铰链11；所述Z型板12上加工有柔性铰链11，在柔性铰链11两侧安装滚珠轴承16，滚珠轴承16夹持着从动导轨9，并通过轴承调整螺钉14进行调节轴承预紧力；Z型板12的下方安装了有带有磁铁17的磁铁安装板18，并通过磁力预紧螺钉13进行调节磁性预紧力；Z型板12通过转接方板15与首尾相接的另一枚光阑片3相连，并通过轴承调整螺钉14调节相邻的光阑片3间的相对位置。
Claims (2)
1.一种基于双轴导向的可变光阑，包括4个独立控制的光阑片运动机构(1)，每个光阑片运动机构(1)包括一枚光阑片(3)，4枚光阑片(3)收尾相接形成矩形可变光阑(2)；其特征在于：所述光阑片运动机构(1)包括光阑片(3)、主动导轨(4)、驱动控制单元(5)、三角框架(7)、预紧单元(8)、从动导轨(9)，其中所述光阑片(3)上加工有减重槽(6)，所述从动导轨(9)末端加工有防撞限位(19)；所述主动导轨(4)可移动的配装在驱动控制单元(5)上，光阑片(3)安装在主动导轨(4)上，三角框架(7)固连在光阑片(3)上，三角框架(7)上安装有从动导轨(9)，预紧单元(8)可移动的配装在从动导轨(9)上；
所述预紧单元(8)包括轴承预紧螺钉(10)、Z型板(12)、磁力预紧螺钉(13)、轴承调整螺钉(14)、转接方板(15)、滚珠轴承(16)、磁铁(17)、磁铁安装板(18)，所述Z型板(12)上加工有柔性铰链(11)；所述Z型板(12)上加工有柔性铰链(11)，在柔性铰链(11)两侧安装滚珠轴承(16)，滚珠轴承(16)夹持着从动导轨(9)，并通过轴承调整螺钉(14)进行调节轴承预紧力；Z型板(12)的下方安装了有带有磁铁(17)的磁铁安装板(18)，并通过磁力预紧螺钉(13)进行调节磁性预紧力；Z型板(12)通过转接方板(15)与首尾相接的另一枚光阑片(3)相连，并通过轴承调整螺钉(14)调节相邻的光阑片(3)间的相对位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于双轴导向的可变光阑，其特征在于：主动导轨(4)采用气浮支承形式，驱动控制单元(5)采用超声直线电机驱动；主动导轨(4)与从动导轨(9)配套安装并导向光阑片(3)，并构成矩形可变光阑(2)。
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