專利名稱：高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動(dòng)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(dòng)調(diào)焦裝置屬于光存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)計(jì)母盤刻錄系統(tǒng)中的自動(dòng)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(jì)算可以得到，對(duì)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(duì)比度(反差優(yōu)于60％)時(shí)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(shí)際母盤刻錄過(guò)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(duì)調(diào)焦的公差的限制是十分苛刻，一般公差不得超過(guò)0.1～0.15μm，雖然有經(jīng)驗(yàn)的工藝人員可以通過(guò)試刻的方法找到理想的像面位置，也難以保證在工藝過(guò)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(shí)目視調(diào)焦更為困難。
為解決母盤刻錄過(guò)程的高精度自動(dòng)調(diào)焦跟蹤問(wèn)題，現(xiàn)有的解決方案之一是建立在光學(xué)探測(cè)基礎(chǔ)上的，即利用離焦后產(chǎn)生的光電信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。這種自動(dòng)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(diǎn)是調(diào)焦探測(cè)光對(duì)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(dòng)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(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，利用氣動(dòng)自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度母盤刻錄。
本發(fā)明提出的氣動(dòng)調(diào)焦裝置利用氣動(dòng)中繼器和氣電中繼器作為自動(dòng)調(diào)焦和記錄跟蹤誤差的主要部件。通過(guò)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(dòng)工作臺(tái)上。工作過(guò)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(hào)，利用該信號(hào)通過(guò)氣動(dòng)中繼器調(diào)節(jié)微動(dòng)工作臺(tái)氣室氣壓，便可控制盤基與環(huán)形噴嘴之間的距離，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，它含有測(cè)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(lái)自節(jié)流孔的測(cè)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(shí)際位置；氣動(dòng)中繼器自動(dòng)調(diào)焦部件，它的給定輸入信號(hào)為來(lái)自節(jié)流孔的跟蹤氣源的穩(wěn)壓器輸出，它的控制信號(hào)為測(cè)量氣源的穩(wěn)壓器輸出；微動(dòng)工作臺(tái)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(dòng)中繼器輸出信號(hào)；噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)焦距測(cè)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(dòng)工作臺(tái)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(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述的氣電中繼器是差動(dòng)式的，它含有輸入為交流調(diào)制信號(hào)而輸出為母盤盤基與鏡頭間實(shí)際位置信號(hào)的差動(dòng)變壓器；輸入信號(hào)為測(cè)量氣源的穩(wěn)壓器輸出的彈性膜盒，嵌套在差動(dòng)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(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述的氣動(dòng)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(hào)為測(cè)量氣源的穩(wěn)壓器輸出，輸出信號(hào)為連接到微動(dòng)工作臺(tái)氣室的輸出氣壓。
所述的高精度母盤刻錄系統(tǒng)的氣動(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述的微動(dòng)工作臺(tái)上的彈性膜片是波浪形的。
本發(fā)明提出的氣動(dòng)調(diào)焦裝置可以實(shí)現(xiàn)母盤刻錄過(guò)程中的自動(dòng)調(diào)焦跟蹤，該方法區(qū)別于傳統(tǒng)的基于光學(xué)探測(cè)原理的調(diào)焦跟蹤技術(shù)，避免了調(diào)焦探測(cè)光對(duì)母盤上光致刻蝕劑的影響，而且刻錄過(guò)程中通過(guò)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(dòng)調(diào)焦裝置的原理圖。
圖2.氣動(dòng)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(shí)施例方式
圖1是氣動(dòng)調(diào)焦裝置的原理圖。
氣源采用4-6kg/cm2壓縮空氣，經(jīng)過(guò)過(guò)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(cè)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(dòng)工作臺(tái)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(dòng)工作臺(tái)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(guò)程中曾用平面、鋸齒形、波浪形三種膜片進(jìn)行對(duì)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(duì)于微動(dòng)工作臺(tái)11上、下微動(dòng)時(shí)的平行度，在工藝上嚴(yán)格控制的情況下，可以作到工作臺(tái)上升到500微米時(shí)，側(cè)向位移小于0.1微米。
圖2是氣動(dòng)調(diào)焦裝置中氣動(dòng)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(cè)量信號(hào)同時(shí)輸入氣動(dòng)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(dòng)中繼器的工作氣源氣壓為0.14kg/cm2，經(jīng)過(guò)節(jié)流孔J2，從孔d與外界相通?？梢?jiàn)輸出氣壓Pc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(dòng)中繼器相似，只是彈性膜盒13推動(dòng)的是磁芯16。差動(dòng)變壓器17原邊輸入1KHZ交流調(diào)制信號(hào)，而將副邊的輸出信號(hào)求和之后進(jìn)行放大。因此，當(dāng)磁芯16處于中間位置時(shí)輸出“0”，當(dāng)磁芯16偏離平衡位置時(shí)，輸出端產(chǎn)生與調(diào)制信號(hào)同相，或相位差180°的信號(hào)，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(shí)際相對(duì)位置。
圖3是氣動(dòng)調(diào)焦裝置中的噴嘴設(shè)計(jì)。本發(fā)明中設(shè)計(jì)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(duì)靈敏度、測(cè)量范圍的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
實(shí)施例將該氣動(dòng)調(diào)焦裝置安裝在光盤國(guó)家工程研究中心研制的ZLJ型母盤刻錄機(jī)上配套試用，實(shí)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(shí)驗(yàn)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(dòng)調(diào)焦至硅片上表面，并刻出0.5μm寬度的有效圖形，說(shuō)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(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，它含有測(cè)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(lái)自節(jié)流孔的測(cè)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(shí)際位置；氣動(dòng)中繼器自動(dòng)調(diào)焦部件，它的給定輸入信號(hào)為來(lái)自節(jié)流孔的跟蹤氣源的穩(wěn)壓器輸出，它的控制信號(hào)為測(cè)量氣源的穩(wěn)壓器輸出；微動(dòng)工作臺(tái)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(dòng)中繼器輸出信號(hào)；噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)焦距測(cè)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(dòng)工作臺(tái)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(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述的氣電中繼器是差動(dòng)式的，它含有輸入為交流調(diào)制信號(hào)而輸出為母盤盤基與鏡頭間實(shí)際位置信號(hào)的差動(dòng)變壓器；輸入信號(hào)為測(cè)量氣源的穩(wěn)壓器輸出的彈性膜盒，嵌套在差動(dòng)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(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述的氣動(dòng)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(hào)為測(cè)量氣源的穩(wěn)壓器輸出，輸出信號(hào)為連接到微動(dòng)工作臺(tái)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(dòng)調(diào)焦裝置，其特征在于，所述的微動(dòng)工作臺(tái)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(dòng)調(diào)焦裝置屬于光存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于它通過(guò)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(cè)量并調(diào)節(jié)母盤盤基與光學(xué)鏡頭之間的實(shí)際位置。盤基支架安放在用彈性膜片制成的微動(dòng)工作臺(tái)上。工作時(shí)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(hào)，利用該信號(hào)通過(guò)氣動(dòng)中繼器調(diào)節(jié)微動(dòng)工作臺(tái)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(hào)則可從氣電中繼器的輸出端測(cè)得，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(cè)光對(duì)母盤上光致刻蝕劑的影響，而且刻錄時(shí)用凈化氣體噴向母盤表面，保證了光刻質(zhì)量。
文檔編號(hào)G11B7/00GK1489143SQ0310476
公開(kāi)日2004年4月14日 申請(qǐng)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(qǐng)人:清華大學(xué)