專利名稱：接近接觸式光刻機對準工作臺找平機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及接近接觸式光刻機設備技術領域，特別是一種應用于接近接觸式光刻 機中對準工作臺的找平機構。
背景技術：
基片涂膠面與掩模版圖形面找平機構是光刻機的核心部件對準工作臺中的關鍵 機構，該機構直接體現光刻機的研制、生產、制造、裝配等技術水平，是光刻機的核心技術。 國外光刻機的找平機構都是自行研制的，在世界范圍內沒有單獨生產制造商銷售，無從購 買。國內光刻機目前配置的找平機構，都采用傳統的半球碗找平技術，由于凸凹兩個半球 碗相對運動摩擦力大，磨損快，不能保證找平的一致性。另外，因為找平時兩個半球碗相對 運動摩擦力大，要實現找平，基片涂膠面與掩模版圖形面接觸力就要很大，容易造成膠面損 傷、薄基片碎裂、掩模版變形大、損傷掩模版等問題，嚴重影響曝光質量。基片涂膠面與掩模 版圖形面的找平成為國產光刻機的技術瓶頸，研制開發易于找平，找平力小的，在找平過程 中不損傷膠面的找平機構是非常必要的。
發明內容
本發明的目的是提供一種接近接觸式光刻機對準工作臺找平機構，容易找平，且 找平力小，而且找平時不損壞掩模版和基片涂膠面，同時，結構簡單，性能穩定可靠，使用方 便，應用范圍廣。本發明裝置的主要技術方案是一種接近接觸式光刻機對準工作臺找平機構，其 特征在于采用連接板作為力的傳遞件，在連接板上圓周上設有三個孔，有3個上調平螺釘 通過上述的三個孔和缸體上的螺紋孔連接，連接板和缸體具有間隙；在連接板下表面設置 三個點，由三個頂柱接觸支撐，三個頂柱在圓周上均布，并裝在缸體上與頂柱滑動配合的孔 中；在三個頂柱的下面設有、彈性氣囊，彈性氣囊設置在與上述孔相聯通的環形孔道中，用 壓蓋把彈性氣囊固定在缸體上；在缸體內相對于三個頂柱方向，設置三個汽缸，三個汽缸為 聯通式，三個汽缸中有三個鎖緊活塞可同時鎖定三個頂柱；三個汽缸和彈性氣囊均可與空 壓裝置聯通。所述的彈性氣囊呈環形為佳，設有環形孔道與頂柱滑動配合的孔相連通，彈性氣 囊設于該環形孔道中，實現找平力的傳遞和調整。所述的接近接觸式光刻機對準工作臺找平機構，其特征在于設有連接板(7)的上 下導向機構較好，以使其更加精確。所述的導向機構的結構可為缸體的外面設有支承環，支承環上安裝有三組均布 的導向滾動軸承，滾動軸承靠緊連接板的兩個垂直平面和一個90° V形槽，滾動軸承與連 接板為點或線接觸。所述的導向機構也可為其他結構。所述的缸體的外側，缸體上的螺紋孔相對，設有3個橫向螺紋孔，有三個緊定螺釘可鎖定上調平螺釘。以便更加可靠鎖緊，確保精度。本發明的積極效果是顯著的利用該裝置可以有效解決現有技術中存在的問題， 該接近接觸式光刻機對準工作臺找平機構，容易找平，且找平力小，而且找平時不損壞掩模 版和基片涂膠面，同時，結構簡單，性能穩定可靠，使用方便，應用范圍廣。以下結合一個較好的實施例及其附圖作詳述，但本實施例不能作為對本發明的限定。
圖1是該實施例的主視圖(或圖2的A-A剖視圖)。圖2是圖1的俯視圖。圖3是圖2的B-B剖視圖。圖中標號說明1-缸體，2-壓蓋，3-彈性氣囊，4-頂柱，5-鎖緊活塞，6-活塞環， 7-連接板，8-上調平螺釘，9-鎖定螺釘，10-軸，11-支座，12-滾動軸承，13-隔圈，14-支承 環。
具體實施例方式參見圖1 圖3，該接近接觸式光刻機對準工作臺找平機構，采用連接板7作為力 的傳遞件，在連接板7上圓周上設有三個孔，有3個上調平螺釘8通過上述的三個孔和缸體 1上的螺紋孔連接，連接板7和缸體1具有間隙；在連接板7下表面設置三個點，由三個頂 柱4接觸支撐，三個頂柱4在圓周上均布，并裝在缸體1上與頂柱4滑動配合的孔中；在三 個頂柱4的下面設有彈性氣囊3，所述的彈性氣囊3呈環形，設有環形孔道與頂柱4滑動配 合的孔相連通，彈性氣囊3設于該環形孔道中。用壓蓋2把彈性氣囊3固定在缸體1上；在 缸體1內相對于三個頂柱4方向，設置三個汽缸，三個汽缸為聯通式，三個汽缸中有三個鎖 緊活塞5可同時鎖定三個頂柱4 ；三個汽缸和彈性氣囊3均可與空壓裝置聯通。設有連接板 7的上下導向機構。導向機構的結構為缸體1的外面設有支承環14，支承環14上安裝有 三組均布的導向滾動軸承12，滾動軸承12靠緊連接板7的兩個垂直平面和一個90° V形 槽，滾動軸承12與連接板7為點或線接觸。缸體1的外側，缸體1上的螺紋孔相對，設有3 個橫向螺紋孔，有三個緊定螺釘9可鎖定上調平螺釘8。下面再對其作進一步說明其工作原理初始狀態時本機構處于靜止狀態，采用 質壁均勻的彈性氣囊3作為彈性元件，彈性氣囊3內充有0. 2MPa的壓縮空氣作為動力源， 由壓蓋2把彈性氣囊3固定在缸體1的環形槽里，使彈性氣囊3成環形彈性氣囊；缸體1設 計時為了實現三點找平及找平記憶，在缸體1的軸向加工出三個安裝頂柱4的孔，三個孔在 圓周上成120°均布，并與安裝彈性氣囊的環形槽貫通，使三個孔的中心在X-Y平面內垂直 彈性氣囊3的軸線，三個孔的中心在Z向平面內與彈性氣囊3的軸線重合，這樣將三個頂柱 4安裝在缸體1里，頂柱4的下端面與彈性氣囊3接觸，壓入鋼珠的上端與連接板7的下表 面接觸，三個頂柱4在缸體1里成120°均布，并在同一個圓周上，作用于同一個彈性氣囊3 上。由于頂柱4與缸體1采用H7/g6小間隙配合，頂柱4受力后能夠在缸體1內沿Z向垂 直運動靈活，確保力的準確傳遞。三個頂柱4與連接板7成點接觸，符合三點確定一個平面 的數理知識，實現了三點支持。找平原理；因為連接板7上表面承載吸盤和基片，基片的涂膠面以掩模版的圖形面為找平基準，所以三點確定的平面要與對準工作臺的設計找平基準 (掩模版下表面)平行，使基片上表面與掩模版下表面的隨機楔形角角度變得比較小，找平 力也變得比較小，易于找平。為了保證連接板7上表面與設計找平基準的平行精度要求，在 三個頂柱4與連接板7接觸點的圓周上均布三個上調平8，每個上調平螺釘8與頂柱4圓周 夾角成30° ；上調平螺釘8與缸體1螺紋連接，與連接板7只在上下端面上有接觸，在圓周 上無任何接觸點，以免影響找平，通過旋轉上調平螺釘8使連接板7與找平基準平行，平行 度誤差控制在0. 005-0. Olmm范圍內，由于平行度誤差調整，使連接板7在Z向下降一個設 定高度值，連接板7通過頂柱4對彈性氣囊3有一個向下的作用力，因彈性氣囊內有0. 2MPa 的壓縮空氣，所以彈性氣囊3通過頂柱4對連接板7有一個向上的反作用力，大小相等方向 相反，作用線與Z向平行。由于對準工作臺制造、安裝誤差的存在，連接板7的上表面與設 計找平基準達平行度誤差要求時，三個上調平螺釘8垂直向下的位移是不相等的，三個頂 柱4對彈性氣囊3的作用力在調節過程中不相等，調節過程完成后，由于彈性氣囊3是一個 整體，內有壓縮空氣，彈性氣囊3在與頂柱4接觸部位周邊發生彈性變形，根據帕斯卡定律 彈性氣囊3對三個頂柱4的反作用力是相等的，因此，連接板7受三個頂柱4的反作用力也 是相等的，處于力的平衡狀態，具有三個獨立彈簧無法比擬的優點。彈簧彈力F = kx，k為 彈性系數，χ為位移量，當k彈性系數不變時，三個頂柱4的χ位移量在連接板7與設計找平 基準平行時一定不相等，三個頂柱4對連接板7的反作用力不相等，在找平過程中對掩模版 的找平力隨基片與掩模版的下表面的楔形誤差變化而變化，不利于找平，找平力大，找平效 果差，找平后掩模版受力不均勻，并且對彈簧的制造、檢測精度要求都很高。當連接板7調 平后，為防止反復壓縮連接板7上下運動，使三個上調平螺釘8出現不同程度松動，改變調 平狀態，不能滿足三點確定的平面與對準工作臺的找平基準(掩模版圖形面)平行度誤差 要求，在缸體1的徑向相對于三個上調平螺釘8的部位安裝平端鎖定螺釘9，對上調平螺釘 8施加一個鎖緊力，既不損壞上調平螺釘8的螺紋，又防止上調平螺釘8的松動，有效保證了 調平狀態，提高了機構穩定性，經100萬次壓縮彈性試驗連接板7的調平狀態無變化，滿足 三點確定的平面與對準工作臺的找平基準(掩模版圖形面)平行度誤差要求。在工作狀態 時本機構隨對準工作臺Z向抬升機構作向上垂直運動，進行基片的涂膠面以掩模版的圖形 面找半過程，由于基片的涂膠面與掩模版的圖形面之間存在一個楔形角，這個楔形角角度 很小，并且形成的楔形角是隨機的，當基片上的高點與掩模版接觸時，連接板7局部受力， 使其中一個或兩個頂柱4受力向下運動，將力傳遞到彈性氣囊3上，彈性氣囊3吸收力發生 彈性變形實現基片與掩模版軟接觸，薄基片此時不會損壞，隨著接觸找平運動的繼續，當基 片的涂膠面與掩模版的圖形面完全接觸找平的瞬間，三個頂柱4在Z向都有不同程度的下 降，由于頂柱4的底部都作用在同一個環形彈性氣囊3上，彈性氣囊3在受力部位周邊發生 彈性變形，根據帕斯卡定理和牛頓定理，彈性氣囊3內的壓力重新平衡，對三個頂柱4的反 作用力使基片的涂膠面與掩模版的圖形面緊密接觸，Z向抬升機構停止向上的垂直運動，楔 形角被消除，三個頂柱受到力相等，掩模版受力均勻。由于彈性氣囊3發生的彈性變形，使 找平力變小，掩模版的變形也變小，延長掩模版的使用壽命，彈性氣囊3的反作用力使基片 的涂膠面與掩模版的圖形面緊密接觸找平達到接近接觸式光刻機找平要求。為了保持記憶 找平狀態，缸體1內0. 5MPa的壓縮空氣推動三個徑向均布與頂柱4相對應的鎖緊活塞5壓 緊頂柱4，每個鎖緊活塞5上都帶有0型密封圈，此鎖緊活塞5與缸體1配合，完全按照氣缸式活塞結構原理設計，滿足使用要求。本機構經反復找平試驗，彈性氣囊3內壓力為0. 2MPa 時對4〃、3〃基片找平比較理想，彈性氣囊3內的壓力為0.3MPa時對2"基片找平比較理 想；彈性氣囊3內的壓力設置過高，使找平力變得過大，找平后掩模版變形比較大，縮短了 掩模版的使用壽命，更容易擠碎薄基片，嚴重影響細線條曝光質量，造成基片的廢品。彈性 氣囊3內的壓力設置過低，使找平力變得過小，基片的上表面與掩模版的下表面不能完全 接觸找平；如要基片的涂膠面與掩模版的圖形面完全接觸找平，使對三個頂柱4在Z向下降 位移要求比較大，容易壓傷彈性氣囊3，縮短了彈性氣囊3的使用壽命，同樣嚴重影響細線 條曝光質量，更容易造成基片的廢品。每組導向裝置用軸10和隔圈將兩對滾動軸承12固定在支座11上，兩對滾動軸承 12無軸向位移，兩對滾動軸承12的公共中心相對于支座11底面平行，垂直距離精度要求 高，保證三組導向裝置中兩對滾動軸承12的公共中心相對于支座11底面中心高相等。三 組導向裝置均布在支承環14的同一個水平面，每組導向裝置與鄰近的頂柱4相對于對準工 作臺中心夾角為30°，與鄰近的上調平螺釘8相對于對準工作臺中心夾角為60°，使連接 板7受力對稱。其中兩組導向裝置的滾動軸承12靠緊連接板的兩個垂直平面，另一組導向 裝置的滾動軸承12靠緊連接板的90° V型面，限制連接板7作Z向的旋轉運動和X-Y的平 面運動，各個接觸點在同一個截面上，雖然滾動軸承12靠緊連接板7的兩個垂直平面和一 個90° V型面，但滾動軸承12與連接板7的接觸都是點或線接觸，又是滾動摩擦，摩擦系數 0. 002，產生的摩擦力相對于找平力來說可以忽略不計，不會對找平產生影響。由于三組導 向裝置在同一個水平截面內同時對連接板7施加徑向力，使連接板7無論在靜止狀態，還是 運動狀態，特別是在找平過程中，基片與掩模版之間存在一個隨機楔形角，當基片上的高點 與掩模版接觸時和繼續進行接觸找平的過程中，使基片涂膠面對掩模版的圖形面無繞Z向 的旋轉和X-Y的平面運動，始終保持Z向移動，起到保護基片涂膠面、掩模版的圖形面的作 用，使本機構工作穩定性更加得到提高。接近接觸式光刻機主要工作是將掩模版的圖形復印到基片的涂膠面上，圖形復印 時要求基片涂膠面與掩模版圖形面完全緊密接觸，才能在基片涂膠面上獲得滿意的掩模版 上的圖形，否則，復印到基片上的圖形與掩模版上的圖形偏移值比較大，造成廢品。由于對 準工作臺零件的制造誤差和裝配誤差，以及基片的平面度誤差，使基片涂膠面與掩模版圖 形面存在一個楔形角，為了消除這個楔形角，對準工作臺中設計了找平機構，要求基片的涂 膠面以掩模版的圖形面為找平基準，進行接觸、找平，在接觸、找平過程中要求基片的涂膠 面只能有Z向垂直位移，不能有Z向旋轉和X-Y平面運動，否則就會損壞基片的涂膠面和掩 模版圖形面。在接觸、找平過程中，基片涂膠面上的高點與掩模版圖形面接觸，會將局部的找平 力傳遞到連接板7上，缸體1上均布的三個頂柱4，此時其中一個或兩個頂柱4將找平力傳 遞到缸體1里支撐頂柱4的彈性氣囊3上，彈性氣囊3受力發生彈性變形，使受力的頂柱4 發生Z向向下的垂直位移，實現基片與掩模版的軟接觸，保護薄基片不被擠碎；隨著接觸找 平過程的繼續，掩模版圖形面與基片涂膠面的楔形角越來越小，直到楔形角為0。在此過程 中，連接板7不斷地將變化的找平力通過三個頂柱4傳遞到彈性氣囊3上，根據帕斯卡、牛 頓定理，彈性氣囊3內的壓力隨著三個頂柱4受力變化，彈性氣囊3與頂柱4接觸面也不斷 地發生彈性變形吸收力，同時彈性氣囊3不斷地調整對三個頂柱4的反作用力，實現力的重新平衡，使找平機構容易找平，找平力小，找平時不損壞掩模版，掩模版變形量小；掩模版的 圖形面與基片的涂膠面完全緊密接觸完成找平。缸體1內采用氣缸式活塞結構設計鎖緊活 塞5，鎖緊找平后的頂柱4，保持了找平狀態。為了防止在找平過程中連接板7有Z向旋轉 和X-Y平面運動，破壞基片涂膠面，在支承環14上安裝三組均布的導向裝置，用滾動軸承12 靠緊連接板7的兩個垂直平面和90° V形槽，滾動軸承12與連接板7是點或線接觸，又是 滾動摩擦，摩擦系數0. 002，產生的摩擦力相對于找平力來說可以忽略不計，不會對找平產 生影響。該三點找平機構結構簡單，穩定可靠，維修方便。本發明的三點找平機構采用彈性氣囊3作為彈性體，安裝在缸體1里；采用安裝在 缸體1里三個頂柱4支撐連接板7實現三點找平結構，由于彈性氣囊3彈性作用通過三個 頂柱4對連接板7施加力，用三個上調平螺釘8釘調平連接板7與找平基準平行，用三個緊 定螺釘9鎖緊上調平螺釘8，保證連接板7的初始狀態不變。為了保持記憶找平狀態，在缸 體1內相對于三個頂柱4方向，內置三個鎖緊活塞5鎖緊三個頂柱4，在支承環14上相對于 三個頂柱4、三個上調平螺釘8有位置要求的三個均布導向裝置，只允許連接板7Z向運動， 限制連接板7Z向旋轉運動和X-Y向平面運動。經試用，效果很好。
權利要求
1.一種接近接觸式光刻機對準工作臺找平機構，其特征在于采用連接板(7)作為力的 傳遞件，在連接板(7)上圓周上設有三個孔，有3個上調平螺釘(8)通過上述的三個孔和缸 體(1)上的螺紋孔連接，連接板(7)和缸體(1)具有間隙；在連接板(7)下表面設置三個 點，由三個頂柱(4)接觸支撐，三個頂柱(4)在圓周上均布，并裝在缸體(1)上與頂柱(4) 滑動配合的孔中；在三個頂柱(4)的下面設有彈性氣囊(3)，彈性氣囊( 設置在與上述孔 相聯通的孔道中，用壓蓋( 把彈性氣囊C3)固定在缸體(1)上；在缸體(1)內相對于三個 頂柱(4)方向，設置三個汽缸，三個汽缸為聯通式，三個汽缸中有三個鎖緊活塞( 可同時 鎖定三個頂柱；三個汽缸和彈性氣囊( 均可與空壓裝置聯通。
2.根據權利要求1所述的接近接觸式光刻機對準工作臺找平機構，其特征在于所述的 彈性氣囊( 呈環形，設有環形孔道與頂柱(4)滑動配合的孔相連通，彈性氣囊( 設于該 環形孔道中。
3.根據權利要求2所述的接近接觸式光刻機對準工作臺找平機構，其特征在于所述的 導向機構的結構為紅體⑴的外面設有支承環(14)，支承環(14)上安裝有三組均布的導 向滾動軸承(12)，滾動軸承(1 靠緊連接板(7)的兩個垂直平面和一個90° V形槽，滾動 軸承(12)與連接板(7)為點或線接觸。
4.根據權利要求1所述的接近接觸式光刻機對準工作臺找平機構，其特征在于所述的 缸體(1)的外側，缸體(1)上的螺紋孔相對，設有3個橫向螺紋孔，有三個緊定螺釘(9)可 鎖定上調平螺釘(8)。
全文摘要
本發明提供了接近接觸式光刻機對準工作臺找平機構，涉及接近接觸式光刻機設備技術領域。在連接板上圓周上設有三個孔，有3個上調平螺釘通過上述的三個孔和缸體上的螺紋孔連接，連接板和缸體具有間隙；連接板由三個頂柱接觸支撐，三個頂柱圓周均布并裝在缸體上與頂柱滑動配合的孔中；在三個頂柱的下面設有彈性氣囊，彈性氣囊設置在與上述孔相聯通的環形孔道中，用壓蓋固定在缸體上；缸體內設置三個汽缸，為聯通式，有三個鎖緊活塞可同時鎖定三個頂柱；三個汽缸和彈性氣囊均與空壓裝置聯通。本發明效果顯著，容易找平，且找平力小，而且找平時不損壞掩模版和基片涂膠面，同時，結構簡單，性能穩定可靠，使用方便。應用范圍廣。
文檔編號G03F7/20GK102135731SQ20111000154
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月6日 優先權日2011年1月6日
發明者劉玄博, 周占福, 甄萬財 申請人:中國電子科技集團公司第四十五研究所