專利名稱：一種二維掃描精密激光曝光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二維掃描精密激光曝光系統(tǒng)，特別是一種具有精密激光步進(jìn)臺和擺動(dòng)掃描反射鏡系統(tǒng)的二維掃描精密激光曝光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在刻制碼盤時(shí)，傳統(tǒng)的工藝是用汞燈或閃光燈照明掩模，利用穿孔帶的移動(dòng)來使狹縫透光或不透光，以達(dá)到膠層感光或不感光的目的。使用不同的穿孔帶及掩模，就能刻制出不同的碼盤來。由于各種碼盤的碼道是不相同的，因而就需作不同的穿孔帶，制作一種穿孔帶需要很長的時(shí)間，甚至幾天才能作成。用這種工藝刻制碼盤不僅生產(chǎn)效率低，而且作為碼盤刻制工藝中的中間環(huán)節(jié)一制作穿孔帶易帶來不必要的誤差，使刻制精度及產(chǎn)品質(zhì)量都難以保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是為了克服碼盤刻制過程中使用穿孔帶而出現(xiàn)的生產(chǎn)效率低、精度差等中間環(huán)節(jié)帶來的刻制誤差問題，提供一種具有精密激光步進(jìn)臺和擺動(dòng)掃描反射鏡系統(tǒng)的二維掃描精密激光曝光系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種二維掃描精密激光曝光系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于由圓刻機(jī)工作臺、被刻碼盤、激光器、掩模、擺動(dòng)掃描系統(tǒng)、精密激光步進(jìn)臺、掩模抬起機(jī)構(gòu)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，激光器作為光源，光束整形后投射到掃描系統(tǒng)上，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)過控制擺動(dòng)掃描系統(tǒng)和精密激光步進(jìn)臺的運(yùn)動(dòng)完成二維掃描照明掩模，將掩模上的圖形復(fù)制被刻碼盤上完成一個(gè)區(qū)域的光刻，圓刻機(jī)工作臺帶動(dòng)碼盤旋轉(zhuǎn)選擇被光刻的區(qū)域，掩模抬起機(jī)構(gòu)在碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)將掩模抬起，曝光時(shí)落下。
所述的精密激光步進(jìn)臺包括底座、徑向移動(dòng)臺、滾珠絲杠副、軸承、聯(lián)軸節(jié)、步進(jìn)電機(jī)、調(diào)整手輪、直線導(dǎo)軌，徑向移動(dòng)臺通過直線導(dǎo)軌與底座相連，步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)、軸承與滾珠絲桿副相連，通過滾珠絲桿副驅(qū)動(dòng)徑向移動(dòng)臺沿直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，調(diào)整手輪與電機(jī)軸相連，掉電時(shí)可通過手輪調(diào)整徑向移動(dòng)臺位置)。
所述的擺動(dòng)掃描反射鏡系統(tǒng)包括激光器、擺動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)向反射鏡、掃描反射鏡，激光器發(fā)出的激光束經(jīng)轉(zhuǎn)向反射鏡照射到掃描反射鏡上，通過擺動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)掃描反射鏡擺動(dòng)完成一維掃描。
所述的光刻膠感光峰值波長為紫外光，因此激光器為與各種紫外光刻膠感光峰值波長(248nm～436nm)相匹配的激光器，照明掩模狹縫進(jìn)行曝光。
本發(fā)明的原理是本發(fā)明的曝光頭由精密激光步進(jìn)臺和擺動(dòng)掃描反射鏡組成，采用與光刻膠峰值波長248nm～436nm相匹配的激光器作為光源，照明掩模狹縫實(shí)現(xiàn)對透光區(qū)曝光。為使狹縫所有透光區(qū)均能被照明，在計(jì)算機(jī)控制下，激光器的激光光斑沿被刻碼盤的切向和徑向做二維掃描，可對透光區(qū)按要求進(jìn)行選擇性曝光，在完成一個(gè)扇區(qū)曝光后，掩模抬起，被刻碼盤旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，掩模再次落下，進(jìn)行下一個(gè)扇區(qū)曝光。如此循環(huán)下去，直至碼盤全部曝光完為止。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果本發(fā)明由于采用了精密激光步進(jìn)臺和擺動(dòng)掃描反射鏡系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)控制，采用掩模加激光掃描曝光的方法來刻制碼盤，取消了原有的碼盤刻制工藝中的穿孔帶的制作過程，減少了刻制碼盤過程中的中間環(huán)節(jié)帶來的刻制誤差，使碼盤的制作工藝有了很大的突破，大大縮短了碼盤制作時(shí)間。由于該本發(fā)明具有定位準(zhǔn)確、操作簡便、安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了碼盤刻制精度，保證了碼盤刻制質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視示意圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖；圖3為圖1中精密激光步進(jìn)臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1中擺動(dòng)掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為圖1中掩模抬起機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制原理圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、2所示，本發(fā)明實(shí)施例由圓刻機(jī)工作臺1、被刻碼盤2、激光器3、掩模4、擺動(dòng)掃描系統(tǒng)5、精密激光步進(jìn)臺6、掩模抬起機(jī)構(gòu)7及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)8組成，激光器3作為光源，光束整形后投射到掃描系統(tǒng)5上，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)8經(jīng)過控制擺動(dòng)掃描系統(tǒng)5和精密激光步進(jìn)臺6的運(yùn)動(dòng)完成二維掃描照明掩模4，將掩模4上的圖形復(fù)制被刻碼盤2上完成一個(gè)區(qū)域的光刻，圓刻機(jī)工作臺1帶動(dòng)被刻碼盤2旋轉(zhuǎn)選擇被光刻的區(qū)域，掩模抬起機(jī)構(gòu)7在碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)將掩模4抬起，曝光時(shí)落下。
采用與光刻膠峰值波長248nm～436nm相匹配的激光器3作為光源，照明掩模4的狹縫，由計(jì)算機(jī)控制激光步進(jìn)臺6及擺動(dòng)掃描系統(tǒng)5做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，使激光器3的激光光斑沿被刻碼盤2的切向和徑向做二維掃描，對狹縫上所有透光區(qū)按要求進(jìn)行曝光。在完成一個(gè)扇區(qū)曝光后，掩模抬起機(jī)構(gòu)7抬起掩模4，被刻碼盤2旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，掩模抬起機(jī)構(gòu)7使掩模4再次落下，進(jìn)行下一個(gè)扇區(qū)曝光。如此循環(huán)下去，直至被刻碼盤2全部曝光完為止。
如圖3所示，擺動(dòng)掃描系統(tǒng)5包括激光器51、擺動(dòng)電機(jī)52、擺動(dòng)軸53、轉(zhuǎn)向反射鏡54、掃描反射鏡55，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制擺動(dòng)電機(jī)52轉(zhuǎn)動(dòng)，通過擺動(dòng)軸53帶動(dòng)掃描反射鏡55擺動(dòng)，使激光光斑沿掩模切向移動(dòng)，完成切向掃描曝光。設(shè)置一絕對零位，以保證光斑在每個(gè)循環(huán)中，起始點(diǎn)在同一位置，反射鏡55擺動(dòng)時(shí)，光斑移動(dòng)行程最大為10mm，掃描頻率≥20次/s。
如圖4所示，精密激光步進(jìn)臺6由底座61、步進(jìn)移動(dòng)臺62、滾珠絲杠副63、軸承64、聯(lián)軸節(jié)65、步進(jìn)電機(jī)66、調(diào)整手輪67、直線導(dǎo)軌68組成，步進(jìn)移動(dòng)臺62通過直線導(dǎo)軌68與底座61相連，步進(jìn)電機(jī)66通過聯(lián)軸節(jié)65、軸承64與滾珠絲桿副63連，通過滾珠絲桿副63驅(qū)動(dòng)步進(jìn)移動(dòng)臺62沿直線導(dǎo)軌68運(yùn)動(dòng)，調(diào)整手輪67與步進(jìn)電機(jī)66相連，可通過手輪67調(diào)整步進(jìn)移動(dòng)臺62位置。精密激光步進(jìn)臺6作用是承載掃描反射鏡、勻速移動(dòng)掃描、精密導(dǎo)向和徑向移動(dòng)位置調(diào)整。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)66運(yùn)行，通過軸承64、聯(lián)軸節(jié)65、滾珠絲杠副63、直線導(dǎo)軌68等使步進(jìn)臺移動(dòng)臺62移動(dòng)，激光光斑沿掩模4徑向移動(dòng)，完成徑向掃描曝光。
本發(fā)明的聯(lián)軸節(jié)65采用雙片簧聯(lián)軸節(jié)，精密直線滾動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)向，滾珠絲桿傳動(dòng)。這種傳動(dòng)方式具有空回小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、精度高等優(yōu)點(diǎn)，絲桿直徑設(shè)計(jì)為10mm，螺距為2mm，在絲桿與螺母間施加一定的預(yù)緊力，以保證傳動(dòng)為純滾動(dòng)，又傳動(dòng)的摩擦力不太大。絲桿的一端為固定端，采用兩個(gè)角接觸軸承與基體連接，另一端為游動(dòng)端，通過一個(gè)徑向軸承與基體相連。導(dǎo)軌采用日本NSK公司的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，摩擦力小，導(dǎo)向精度高。步進(jìn)移動(dòng)臺62行程為50mm，以完成曝光頭的徑向移動(dòng)。掃描反射鏡系統(tǒng)5座落在該步進(jìn)臺上，通過擺動(dòng)反射鏡55以完成切向掃描。反射鏡55擺動(dòng)時(shí)，光斑移動(dòng)行程最大為10mm。
如圖5所示，掩模抬起機(jī)構(gòu)7由掩模架71、予緊彈簧73、凸輪74、掩模架座75、升高電機(jī)76、可調(diào)支撐軸77組成，升高電機(jī)76與凸輪74相連，預(yù)緊彈簧73使掩模架71沿凸輪74外緣運(yùn)動(dòng)，掩模架71通過可調(diào)支撐軸77與掩模架座75相連)。
工作時(shí)，升高電機(jī)76帶動(dòng)凸輪74轉(zhuǎn)動(dòng)，通過杠桿抬起或落下扛桿另一端的掩模4，完成掩模4的抬起、落下動(dòng)作。掩模4落下時(shí)，開始掃描曝光，完成一個(gè)曝光扇區(qū)后，掩模4抬起，以保證轉(zhuǎn)臺順利轉(zhuǎn)動(dòng)，用光電開關(guān)控制起始零位。
如圖6所示，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)獲取第一個(gè)掃描區(qū)域的掃描參數(shù)，控制掩模落下，驅(qū)動(dòng)掃描機(jī)構(gòu)完成曝光；抬起掩模，將碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)致下一掃描區(qū)域，判斷是否光刻完所有曝光區(qū)域，如果沒有光刻完，獲取該區(qū)域的掃描參數(shù)進(jìn)行曝光，如果光刻完所有區(qū)域則結(jié)束碼盤刻劃。
權(quán)利要求
1.一種二維掃描精密激光曝光系統(tǒng)，其特征在于由圓刻機(jī)工作臺、被刻碼盤、激光器、掩模、擺動(dòng)掃描系統(tǒng)、精密激光步進(jìn)臺、掩模抬起機(jī)構(gòu)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，激光器作為光源，光束整形后投射到擺動(dòng)掃描系統(tǒng)上，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)過控制擺動(dòng)掃描系統(tǒng)和精密激光步進(jìn)臺的運(yùn)動(dòng)完成二維掃描照明掩模，將掩模上的圖形復(fù)制被刻碼盤上完成一個(gè)區(qū)域的光刻，圓刻機(jī)工作臺帶動(dòng)碼盤旋轉(zhuǎn)選擇被光刻的區(qū)域，掩模抬起機(jī)構(gòu)在碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)將掩模抬起，曝光時(shí)落下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維掃描精密激光曝光系統(tǒng)，其特征在于所述的精密激光步進(jìn)臺包括底座、徑向移動(dòng)臺、滾珠絲杠副、軸承、聯(lián)軸節(jié)、步進(jìn)電機(jī)、調(diào)整手輪、直線導(dǎo)軌，徑向移動(dòng)臺通過直線導(dǎo)軌與底座相連，步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)、軸承與滾珠絲桿副相連，通過滾珠絲桿副驅(qū)動(dòng)徑向移動(dòng)臺沿直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，調(diào)整手輪與電機(jī)軸相連，可通過手輪調(diào)整徑向移動(dòng)臺位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維掃描精密激光曝光系統(tǒng)，其特征在于所述的擺動(dòng)掃描反射鏡系統(tǒng)包括激光器、擺動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)向反射鏡、掃描反射鏡，激光器發(fā)出的激光束經(jīng)轉(zhuǎn)向反射鏡照射到掃描反射鏡上，通過擺動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)掃描反射鏡擺動(dòng)完成一維掃描。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維掃描精密激光曝光系統(tǒng)，其特征在于所用的光刻膠感光峰值波長為紫外光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維掃描精密激光曝光系統(tǒng)，其特征在于所述的掩模抬起機(jī)構(gòu)由掩模架、予緊彈簧、凸輪、掩模架座、升高電機(jī)、可調(diào)支撐軸組成，升高電機(jī)與凸輪相連，預(yù)緊彈簧使掩模架沿凸輪外緣運(yùn)動(dòng)，掩模架通過可調(diào)支撐軸與掩模架座相連。
全文摘要
一種二維掃描精密激光曝光系統(tǒng)，由圓刻機(jī)工作臺、被刻碼盤、激光器、掩模、擺動(dòng)掃描系統(tǒng)、精密激光步進(jìn)臺、掩模抬起機(jī)構(gòu)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，激光器作為光源，光束整形后投射到擺動(dòng)掃描系統(tǒng)上，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)過控制擺動(dòng)掃描系統(tǒng)和精密激光步進(jìn)臺的運(yùn)動(dòng)完成二維掃描照明掩模，將掩模上的圖形復(fù)制被刻碼盤上完成一個(gè)區(qū)域的光刻，圓刻機(jī)工作臺帶動(dòng)碼盤旋轉(zhuǎn)選擇被光刻的區(qū)域，掩模抬起機(jī)構(gòu)在碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)將掩模抬起，曝光時(shí)落下。本發(fā)明具有定位準(zhǔn)確、操作簡便、安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了碼盤刻制精度，保證了碼盤刻制質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號G03F7/20GK1851557SQ20061001209
公開日2006年10月25日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者趙立新, 王肇志, 胡松, 唐小萍, 嚴(yán)偉, 邢薇 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所