專利名稱：動態光柵刻劃機的自動調焦裝置的制作方法
技術領域：
本發明是一種動態光柵刻劃機的自動調焦裝置，涉及對動態光柵刻劃機光刻頭的進一步改進。
目前，國內外刻劃光柵板，一般采用動態光柵刻劃機進行光刻，即光刻頭對放置在刻劃工件臺上的涂有光抗蝕劑的光柵坯板表面連續曝光光刻。這種機器在使用中存在的不足是由于現有的精密機械加工工藝技術和光學加工工藝技術水平的限制，使刻劃機本身就存在著無法避免的和難以克服的系統誤差，如刻劃工件臺在移動時存在的導軌不直度誤差，光柵坯板表面不平度及不直度誤差，以及在光刻過程中溫度變化產生熱脹冷縮帶來的誤差。這些誤差造成光柵坯板的刻劃表面在整個動態刻劃過程中的移動軌跡是一條不規則的曲線。現有刻劃機的光刻頭與支架是連在一體的固定結構，而光刻頭的精縮投影物鏡的焦深一般僅有±3微米，所以在整個連續刻劃的過程中，光柵坯板的刻劃表面難以始終處于光刻頭物鏡的最佳焦面位置，甚至超出光刻頭物鏡的焦深范圍，難以獲得最佳的成像質量。因此，該刻劃機的刻劃范圍小，在對刻劃環境溫度控制要求十分苛刻的情況下，也只能刻劃出較低分辨率(100對線／毫米以下)，小尺寸(200毫米左右)的光柵板。高分辯率、大尺寸的光柵不能刻劃，如國內市場上，僅分辨率為100對線／毫米，長度為1米的光柵母尺，都要全部依靠進口。
本發明的目的在于避免上述現有技術中的不足而首次提供一種動態光柵刻劃機的自動調焦裝置，它能自動跟蹤調焦，從而保證光柵坯板的刻劃表面在連續刻劃過程中始終處于光刻頭物鏡的最佳焦面位置，獲得刻劃質量好、分辨率高、大尺寸的光柵板。
本發明的目的可以通過以下措施來達到采用連續自動調焦技術，自動調焦裝置包括光電探測頭和信號處理電路以及壓電陶瓷驅動器。其中，光電探測頭固定在與投影光刻物鏡同一位置的光刻頭外殼上，支架與光刻頭采用彈性連接，壓電陶瓷驅動器固定在支架的上方平直部分的一端，擋塊固定在光刻頭的外殼上，并且頂著壓電陶瓷驅動器的端部。
本發明的目的還可以通過以下措施來達到光電探測頭包括一個能在光柵坯板刻劃表面成像的光學系統和能接收其成像位置信號的光電傳感器。信號處理電路包括分式采樣放大器、A／V轉換電路、微機及A／D、D／A系統和高壓放大器。支架與光刻頭之間采用簧片組彈性連接。
圖1是本發明光刻頭結構圖圖2是本發明光電探測頭結構圖圖3是本發明信號處理電路結構圖下面將結合附圖對本發明作進一步詳述如圖1所示光電探測頭4固定在與投影光刻物鏡2同一位置的光刻頭8的外殼上，在支架7的上方平直部分與光刻頭8外殼體相對應面之間，采用四組簧片5彈性連接，壓電陶瓷微位移驅動器3通過一固定套6固定在支架7的上方平直部分的一端。擋塊9固定在光刻頭8的外殼上，并且擋著壓電陶瓷驅動器3的端部，如圖2所示當工件臺10上的光柵坯板1的刻劃表面處于光刻頭物鏡2的最佳焦面位置時，光電探測頭4中的光源發出的光，經透鏡17、半透半反鏡18、反射鏡15、透鏡14，在光柵坯板光刻表面上成像，然后經透鏡12、反射鏡11按原光路返回，經透鏡19聚焦在分有象限的光電傳感器20上，其光敏元件接收到的光能量相等，形成的光斑21在其相限上對稱，這時光電傳感器20輸出的電流相等，經信號處理電路分式采樣、放大、A／D轉換，微機數據處理，其離焦量△S1(或△S2)為零，則壓電陶瓷驅動器3不發生變化，簧片組5也不產生變形，光刻頭8不移動。當光柵坯板1的刻劃表面偏離光刻頭物鏡2的焦平面時，光電探測頭4的光學系統在光柵坯板1的刻劃表面的成像位置發生變化，產生一定的離焦量△S1(或△S2)，這時光電傳感器20上的光敏元件接收到的光能量不相等，原來與相限中心對稱的光斑21，就向左(或向右)發生移動，變成與相限中心不對你的光斑，引起光電傳感器20的輸出電流不等，(如圖3所示)經信號處理電路A／V變換器22，分時采樣放大器23，再經A／D變換，由微處理機輸出離焦量△S1(或△S2)，再經D／A變換和高壓放器25輸出高壓信號，作為壓電陶瓷微位移驅動器3的驅動電壓，使壓電陶瓷微位移驅動器3伸長或縮短。這個伸長或縮短的變化通過擋塊9，致使簧片組5發生變形，光刻頭8隨之移動。因此，只要光柵坯板的刻劃表面一旦偏離光刻頭物鏡2的焦平面，光刻頭8就能隨其變化自動調焦，從而保證了在整個動態刻劃過程中，光柵坯板1的刻劃表面始終處于光刻頭物鏡2的最佳焦面位置，刻劃出線紋質量好、高分辨率、大尺寸的光柵。
本發明相比已有技術具有如下優點1、解決了在光柵刻劃過程中，因各種誤差引起的光柵坯板刻劃表面離焦的問題。光柵坯板的刻劃表面在偏離光刻頭物鏡±16.5微米范圍內，光刻頭均可自動連續調焦，其精度為3σ≤±0.85微米，保證了在其焦深范圍內刻劃。
2、擴大了機器的工作范圍，刻劃范圍大，刻線分辨率為25對線／毫米～200對線／毫米，可刻出長度為1.5米的光柵母尺，填補了該產品在國內市場中的國產化產品的空白，減少進口，節約外匯。同時，還可刻劃園形、方形等形狀的光柵板。
3、刻劃的線紋清晰，整齊，刻線黑白比一致，質量好，提高了光柵的均勻性和精度。
4、大大提高了生產光柵的成品率，縮短了刻劃周期，提高了生產效率5～7倍。
5、本發明結構簡單，性能穩定、可靠，有利于已有動態光柵刻劃機的改造。
權利要求1.涉及光刻頭和支架的，一種動態光柵刻劃機的自動調焦裝置，其特征在于自動調焦裝置由光電探測頭和信號處理電路以及壓電陶瓷驅動器組成，其中，光電探測頭固定在與投影物鏡2同一位置的光刻頭8的外殼上，支架7與光刻頭8之間是彈性連接，壓電陶瓷驅動器3通過一固定套6固定在支架7的上方平直部分的一端，擋塊9固定在光刻頭8的外殼上，并且頂著壓電陶瓷驅動器3的端部。
2.如權利要求1所述的自動調焦裝置，其特征在于光電探測頭包括一個能在光柵坯板刻劃表面成像的光學系統以及能接收其成像位置信號的光電傳感器20。
3.如權利要求1或2所述的自動調焦裝置，其特征在于信號處理電路由A／V轉換電路22，分時采樣放大器23，微機及A／D、D／A系統24和高壓放大器25組成。
4.如權利要求1所述的自動調焦裝置，其特征在于支架7與光刻頭8之間用簧片組彈性連接。
專利摘要本發明是一種動態光柵刻劃機的自動調焦裝置，涉及對光刻頭結構的改進。其特征在于光電探測頭4固定在光刻頭8上，支架7與光刻頭8之間是彈性連接，壓電陶瓷驅動器3通過一固定套6固定在支架7上，擋塊9固定在光刻頭8的外殼上，并且頂著驅動器3的端部。本發明結構簡單，首次解決了在光刻中，因各種誤差引起的離焦問題，在±16.5μm的離焦范圍內，其調焦精度為3σ≤±0.85μm，擴大了光刻機的工作范圍，適于刻劃各種形狀或大尺寸的光柵尺(板)，提高工效5～7倍。
文檔編號G03F7/207GK2073595SQ9021496
公開日1991年3月20日 申請日期1990年9月28日 優先權日1990年9月28日
發明者魏相惠, 楊勝豐, 葉寶珠 申請人:中國科學院光電技術研究所