專利名稱：高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動調(diào)焦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動調(diào)焦裝置屬于光存儲技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)計母盤刻錄系統(tǒng)中的自動調(diào)焦技術(shù)領(lǐng)域。
光盤刻錄系統(tǒng)光學(xué)鏡頭的焦深Γ(即成像的清晰深度)取決于下式Γ＝0.5λ/NA2(1+β)其中NA＝0.95，λ＝0.4μm。根據(jù)計算可以得到，對于縮小倍率β＝X/10的光刻鏡頭，理論焦深僅為1μm，若要求高對比度(反差優(yōu)于60％)時焦深僅為0.4μm，成像的清晰深度隨鏡頭數(shù)值孔徑的增大而急劇縮小。在實際母盤刻錄過程中，還需減去感光層自身的厚度(此厚度一般為0.1-0.2μm)。所以若要求感光層全部處理于鏡頭精確焦深范圍內(nèi)，對調(diào)焦的公差的限制是十分苛刻，一般公差不得超過0.1～0.15μm，雖然有經(jīng)驗的工藝人員可以通過試刻的方法找到理想的像面位置，也難以保證在工藝過程中母盤盤基感光層材料始終保持在這一最佳位置，尤其是用h線曝光時目視調(diào)焦更為困難。
為解決母盤刻錄過程的高精度自動調(diào)焦跟蹤問題，現(xiàn)有的解決方案之一是建立在光學(xué)探測基礎(chǔ)上的，即利用離焦后產(chǎn)生的光電信號來進(jìn)行測量。這種自動調(diào)焦跟蹤方案也普遍應(yīng)用在現(xiàn)有的各種光盤系統(tǒng)中。它的缺點是調(diào)焦探測光對于母盤上的光致刻蝕劑有影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動調(diào)焦裝置，它的基本原理是在鏡頭前像面附近設(shè)置氣動測量系統(tǒng)，利用氣動自動調(diào)焦技術(shù)，實現(xiàn)高精度母盤刻錄。
本發(fā)明提出的氣動調(diào)焦裝置利用氣動中繼器和氣電中繼器作為自動調(diào)焦和記錄跟蹤誤差的主要部件。通過裝配在母盤刻錄系統(tǒng)光學(xué)鏡頭上的環(huán)形噴嘴，與母盤盤基形成噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)。盤基支架安放在用彈性膜片制成的微動工作臺上。工作過程中，從環(huán)形噴嘴可以獲得鏡頭成像面附近盤基平均高度的信號，利用該信號通過氣動中繼器調(diào)節(jié)微動工作臺氣室氣壓，便可控制盤基與環(huán)形噴嘴之間的距離，實現(xiàn)自動調(diào)焦跟蹤。
本發(fā)明的特征在于高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動調(diào)焦裝置，其特征在于，它含有測量氣源的穩(wěn)壓器；跟蹤氣源的穩(wěn)壓器；氣電中繼器記錄跟蹤誤差的部件，它的輸入為來自節(jié)流孔的測量氣源的穩(wěn)壓器輸出，它的輸出為顯示母盤盤基與鏡頭間的實際位置；氣動中繼器自動調(diào)焦部件，它的給定輸入信號為來自節(jié)流孔的跟蹤氣源的穩(wěn)壓器輸出，它的控制信號為測量氣源的穩(wěn)壓器輸出；微動工作臺用彈性膜片制成，它的氣壓氣室受控于從環(huán)形噴嘴獲得的以反映鏡頭成像面附近母盤盤基平均高度的氣動中繼器輸出信號；噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)焦距測量和執(zhí)行部件，由裝配在母盤刻錄系統(tǒng)光學(xué)鏡頭上的環(huán)形噴嘴和安裝在上述用彈性膜片制成的微動工作臺上的盤基支架中的母盤盤基構(gòu)成。
所述的高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動調(diào)焦裝置，其特征在于，所述的氣電中繼器是差動式的，它含有輸入為交流調(diào)制信號而輸出為母盤盤基與鏡頭間實際位置信號的差動變壓器；輸入信號為測量氣源的穩(wěn)壓器輸出的彈性膜盒，嵌套在差動變壓器線圈中且經(jīng)連桿與上述彈性膜盒輸出端相連的磁芯。
所述的高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動調(diào)焦裝置，其特征在于，所述的氣動中繼器是彈性T型導(dǎo)桿-閥體式的，它含有由連接著彈簧的T型導(dǎo)桿和閥體組成的跟蹤機(jī)構(gòu)，輸入信號為測量氣源的穩(wěn)壓器輸出，輸出信號為連接到微動工作臺氣室的輸出氣壓。
所述的高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動調(diào)焦裝置，其特征在于，所述的微動工作臺上的彈性膜片是波浪形的。
本發(fā)明提出的氣動調(diào)焦裝置可以實現(xiàn)母盤刻錄過程中的自動調(diào)焦跟蹤，該方法區(qū)別于傳統(tǒng)的基于光學(xué)探測原理的調(diào)焦跟蹤技術(shù)，避免了調(diào)焦探測光對母盤上光致刻蝕劑的影響，而且刻錄過程中通過凈化氣體噴向母盤表面，更有效的保證了光刻質(zhì)量。
圖1.氣動調(diào)焦裝置的原理圖。
圖2.氣動中繼器和氣電中繼器的結(jié)構(gòu)原理。
圖3.噴嘴和鏡頭的縱剖視圖。
具體實施例方式
圖1是氣動調(diào)焦裝置的原理圖。
氣源采用4-6kg/cm2壓縮空氣，經(jīng)過過濾器1和減壓器2，壓力減為4kg/cm2，分別輸入穩(wěn)壓器3和4。穩(wěn)壓器3輸入為1.5kg/cm2，供測量系統(tǒng)作氣源。穩(wěn)壓器4輸入為0.16kg/cm2(可微調(diào))作為跟蹤系統(tǒng)氣源。
從穩(wěn)壓器3輸出氣體經(jīng)節(jié)流孔J1(φ0.8mm)進(jìn)入裝配在鏡頭7上的環(huán)形噴嘴8，與盤基9形成噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)。環(huán)形噴嘴內(nèi)圓直徑為φ6mm，可保證有較大的成像面積。盤基9支架安放在用彈性膜片10制成的微動工作臺11上。支承盤基9的彈性膜片10，其有效直徑為φ150mm，外徑φ230mm，用0.2mm厚的不銹剛制成。
微動工作臺11的剛度及線性主要與波紋形狀、尺寸、厚度以及固定方式有關(guān)。在試制過程中曾用平面、鋸齒形、波浪形三種膜片進(jìn)行對比，結(jié)果表明波浪形效果比較好，雖然剛度較齒形結(jié)構(gòu)大一些，但是線性范圍較寬。
對于微動工作臺11上、下微動時的平行度，在工藝上嚴(yán)格控制的情況下，可以作到工作臺上升到500微米時，側(cè)向位移小于0.1微米。
圖2是氣動調(diào)焦裝置中氣動中繼器和氣電中繼器的結(jié)構(gòu)原理。
反映環(huán)形噴嘴與母盤盤基之間間隙的測量信號同時輸入氣動中繼器和氣電中繼器中的彈性膜盒12和13。彈性膜盒的外徑φ50mm，用鈹青銅制成。氣動中繼器的工作氣源氣壓為0.14kg/cm2，經(jīng)過節(jié)流孔J2，從孔d與外界相通?？梢娸敵鰵鈮篜c被T型導(dǎo)桿14與閥體15之間的間隙δ控制，而導(dǎo)桿14的位置由膜盒12所確定。18為彈簧。
氣電中繼器的結(jié)構(gòu)與氣動中繼器相似，只是彈性膜盒13推動的是磁芯16。差動變壓器17原邊輸入1KHZ交流調(diào)制信號，而將副邊的輸出信號求和之后進(jìn)行放大。因此，當(dāng)磁芯16處于中間位置時輸出“0”，當(dāng)磁芯16偏離平衡位置時，輸出端產(chǎn)生與調(diào)制信號同相，或相位差180°的信號，經(jīng)后續(xù)處理輸入至顯示儀表，便可顯示盤基與鏡頭的實際相對位置。
圖3是氣動調(diào)焦裝置中的噴嘴設(shè)計。本發(fā)明中設(shè)計的是環(huán)形噴嘴，取焦面周圍板面的平均高度為焦面，在各結(jié)構(gòu)參數(shù)中，除直徑D1已知外，其余各參數(shù)D2、D3、D4，要根據(jù)對靈敏度、測量范圍的要求進(jìn)行設(shè)計。
實施例將該氣動調(diào)焦裝置安裝在光盤國家工程研究中心研制的ZLJ型母盤刻錄機(jī)上配套試用，實際跟蹤調(diào)焦精度達(dá)到±0.08μm(±3σ)。用數(shù)值孔徑為0.6的h線鏡頭(焦深約為0.55μm)，可保證在120mm×120mm的范圍內(nèi)制作出寬度為0.4μm的有效圖形。
實驗中將一厚度為200μm的硅片，放在待刻錄的母盤與鏡頭之間，本裝置仍能自動調(diào)焦至硅片上表面，并刻出0.5μm寬度的有效圖形，說明本裝置的調(diào)焦及范圍還有很大潛力，因此，完全可以保證高精度母盤刻錄的要求。
權(quán)利要求
1.高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動調(diào)焦裝置，其特征在于，它含有測量氣源的穩(wěn)壓器；跟蹤氣源的穩(wěn)壓器；氣電中繼器記錄跟蹤誤差的部件，它的輸入為來自節(jié)流孔的測量氣源的穩(wěn)壓器輸出，它的輸出為顯示母盤盤基與鏡頭間的實際位置；氣動中繼器自動調(diào)焦部件，它的給定輸入信號為來自節(jié)流孔的跟蹤氣源的穩(wěn)壓器輸出，它的控制信號為測量氣源的穩(wěn)壓器輸出；微動工作臺用彈性膜片制成，它的氣壓氣室受控于從環(huán)形噴嘴獲得的以反映鏡頭成像面附近母盤盤基平均高度的氣動中繼器輸出信號；噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)焦距測量和執(zhí)行部件，由裝配在母盤刻錄系統(tǒng)光學(xué)鏡頭上的環(huán)形噴嘴和安裝在上述用彈性膜片制成的微動工作臺上的盤基支架中的母盤盤基構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動調(diào)焦裝置，其特征在于，所述的氣電中繼器是差動式的，它含有輸入為交流調(diào)制信號而輸出為母盤盤基與鏡頭間實際位置信號的差動變壓器；輸入信號為測量氣源的穩(wěn)壓器輸出的彈性膜盒，嵌套在差動變壓器線圈中且經(jīng)連桿與上述彈性膜盒輸出端相連的磁芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動調(diào)焦裝置，其特征在于，所述的氣動中繼器是彈性T型導(dǎo)桿-閥體式的，它含有由連接著彈簧的T型導(dǎo)桿和閥體組成的跟蹤機(jī)構(gòu)，輸入信號為測量氣源的穩(wěn)壓器輸出，輸出信號為連接到微動工作臺氣室的輸出氣壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動調(diào)焦裝置，其特征在于，所述的微動工作臺上的彈性膜片是波浪形的。
全文摘要
高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動調(diào)焦裝置屬于光存儲技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于它通過裝配在母盤刻錄系統(tǒng)光學(xué)鏡頭上的環(huán)形噴嘴，與母盤盤基形成噴嘴一擋板機(jī)構(gòu)，以此進(jìn)行測量并調(diào)節(jié)母盤盤基與光學(xué)鏡頭之間的實際位置。盤基支架安放在用彈性膜片制成的微動工作臺上。工作時從環(huán)形噴嘴可以獲得鏡頭成像面附近盤基平均高度的信號，利用該信號通過氣動中繼器調(diào)節(jié)微動工作臺氣室氣壓，便可控制盤基與環(huán)形噴嘴之間的距離，而反映盤基與環(huán)形噴嘴之間距離的信號則可從氣電中繼器的輸出端測得，從而實現(xiàn)自動調(diào)焦跟蹤。與光學(xué)調(diào)焦裝置相比，它避免了調(diào)焦探測光對母盤上光致刻蝕劑的影響，而且刻錄時用凈化氣體噴向母盤表面，保證了光刻質(zhì)量。
文檔編號G11B7/00GK1489143SQ0310476
公開日2004年4月14日 申請日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者徐端頤, 胡華, 雷志軍 申請人:清華大學(xué)