专利名称：一种二维扫描精密激光曝光系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二维扫描精密激光曝光系统，特别是一种具有精密激光步进台和摆动扫描反射镜系统的二维扫描精密激光曝光系统。
背景技术：
在刻制码盘时，传统的工艺是用汞灯或闪光灯照明掩模，利用穿孔带的移动来使狭缝透光或不透光，以达到胶层感光或不感光的目的。使用不同的穿孔带及掩模，就能刻制出不同的码盘来。由于各种码盘的码道是不相同的，因而就需作不同的穿孔带，制作一种穿孔带需要很长的时间，甚至几天才能作成。用这种工艺刻制码盘不仅生产效率低，而且作为码盘刻制工艺中的中间环节一制作穿孔带易带来不必要的误差，使刻制精度及产品质量都难以保证。
发明内容
本发明的技术解决问题是为了克服码盘刻制过程中使用穿孔带而出现的生产效率低、精度差等中间环节带来的刻制误差问题，提供一种具有精密激光步进台和摆动扫描反射镜系统的二维扫描精密激光曝光系统。
本发明的技术方案是一种二维扫描精密激光曝光系统，其特点在于由圆刻机工作台、被刻码盘、激光器、掩模、摆动扫描系统、精密激光步进台、掩模抬起机构及计算机控制系统组成，激光器作为光源，光束整形后投射到扫描系统上，计算机控制系统经过控制摆动扫描系统和精密激光步进台的运动完成二维扫描照明掩模，将掩模上的图形复制被刻码盘上完成一个区域的光刻，圆刻机工作台带动码盘旋转选择被光刻的区域，掩模抬起机构在码盘旋转时将掩模抬起，曝光时落下。
所述的精密激光步进台包括底座、径向移动台、滚珠丝杠副、轴承、联轴节、步进电机、调整手轮、直线导轨，径向移动台通过直线导轨与底座相连，步进电机通过联轴节、轴承与滚珠丝杆副相连，通过滚珠丝杆副驱动径向移动台沿直线导轨运动，调整手轮与电机轴相连，掉电时可通过手轮调整径向移动台位置)。
所述的摆动扫描反射镜系统包括激光器、摆动电机、转向反射镜、扫描反射镜，激光器发出的激光束经转向反射镜照射到扫描反射镜上，通过摆动电机驱动扫描反射镜摆动完成一维扫描。
所述的光刻胶感光峰值波长为紫外光，因此激光器为与各种紫外光刻胶感光峰值波长(248nm～436nm)相匹配的激光器，照明掩模狭缝进行曝光。
本发明的原理是本发明的曝光头由精密激光步进台和摆动扫描反射镜组成，采用与光刻胶峰值波长248nm～436nm相匹配的激光器作为光源，照明掩模狭缝实现对透光区曝光。为使狭缝所有透光区均能被照明，在计算机控制下，激光器的激光光斑沿被刻码盘的切向和径向做二维扫描，可对透光区按要求进行选择性曝光，在完成一个扇区曝光后，掩模抬起，被刻码盘旋转一个角度，掩模再次落下，进行下一个扇区曝光。如此循环下去，直至码盘全部曝光完为止。
本发明与现有技术相比的有益效果本发明由于采用了精密激光步进台和摆动扫描反射镜系统，通过计算机控制，采用掩模加激光扫描曝光的方法来刻制码盘，取消了原有的码盘刻制工艺中的穿孔带的制作过程，减少了刻制码盘过程中的中间环节带来的刻制误差，使码盘的制作工艺有了很大的突破，大大缩短了码盘制作时间。由于该本发明具有定位准确、操作简便、安装调整方便等优点，大大提高了码盘刻制精度，保证了码盘刻制质量，提高了生产效率。
图1为本发明的结构主视示意图；图2为本发明的结构侧视示意图；图3为图1中精密激光步进台系统结构示意图；图4为图1中摆动扫描系统结构示意图；
图5为图1中掩模抬起机构结构示意图；图6为本发明的计算机控制系统的控制原理图。
具体实施例方式
如图1、2所示，本发明实施例由圆刻机工作台1、被刻码盘2、激光器3、掩模4、摆动扫描系统5、精密激光步进台6、掩模抬起机构7及计算机控制系统8组成，激光器3作为光源，光束整形后投射到扫描系统5上，计算机控制系统8经过控制摆动扫描系统5和精密激光步进台6的运动完成二维扫描照明掩模4，将掩模4上的图形复制被刻码盘2上完成一个区域的光刻，圆刻机工作台1带动被刻码盘2旋转选择被光刻的区域，掩模抬起机构7在码盘旋转时将掩模4抬起，曝光时落下。
采用与光刻胶峰值波长248nm～436nm相匹配的激光器3作为光源，照明掩模4的狭缝，由计算机控制激光步进台6及摆动扫描系统5做相应的运动，使激光器3的激光光斑沿被刻码盘2的切向和径向做二维扫描，对狭缝上所有透光区按要求进行曝光。在完成一个扇区曝光后，掩模抬起机构7抬起掩模4，被刻码盘2旋转一个角度，掩模抬起机构7使掩模4再次落下，进行下一个扇区曝光。如此循环下去，直至被刻码盘2全部曝光完为止。
如图3所示，摆动扫描系统5包括激光器51、摆动电机52、摆动轴53、转向反射镜54、扫描反射镜55，由计算机控制系统控制摆动电机52转动，通过摆动轴53带动扫描反射镜55摆动，使激光光斑沿掩模切向移动，完成切向扫描曝光。设置一绝对零位，以保证光斑在每个循环中，起始点在同一位置，反射镜55摆动时，光斑移动行程最大为10mm，扫描频率≥20次/s。
如图4所示，精密激光步进台6由底座61、步进移动台62、滚珠丝杠副63、轴承64、联轴节65、步进电机66、调整手轮67、直线导轨68组成，步进移动台62通过直线导轨68与底座61相连，步进电机66通过联轴节65、轴承64与滚珠丝杆副63连，通过滚珠丝杆副63驱动步进移动台62沿直线导轨68运动，调整手轮67与步进电机66相连，可通过手轮67调整步进移动台62位置。精密激光步进台6作用是承载扫描反射镜、匀速移动扫描、精密导向和径向移动位置调整。计算机控制系统控制步进电机66运行，通过轴承64、联轴节65、滚珠丝杠副63、直线导轨68等使步进台移动台62移动，激光光斑沿掩模4径向移动，完成径向扫描曝光。
本发明的联轴节65采用双片簧联轴节，精密直线滚动导轨导向，滚珠丝杆传动。这种传动方式具有空回小、运动平稳、精度高等优点，丝杆直径设计为10mm，螺距为2mm，在丝杆与螺母间施加一定的预紧力，以保证传动为纯滚动，又传动的摩擦力不太大。丝杆的一端为固定端，采用两个角接触轴承与基体连接，另一端为游动端，通过一个径向轴承与基体相连。导轨采用日本NSK公司的直线滚动导轨，摩擦力小，导向精度高。步进移动台62行程为50mm，以完成曝光头的径向移动。扫描反射镜系统5座落在该步进台上，通过摆动反射镜55以完成切向扫描。反射镜55摆动时，光斑移动行程最大为10mm。
如图5所示，掩模抬起机构7由掩模架71、予紧弹簧73、凸轮74、掩模架座75、升高电机76、可调支撑轴77组成，升高电机76与凸轮74相连，预紧弹簧73使掩模架71沿凸轮74外缘运动，掩模架71通过可调支撑轴77与掩模架座75相连)。
工作时，升高电机76带动凸轮74转动，通过杠杆抬起或落下扛杆另一端的掩模4，完成掩模4的抬起、落下动作。掩模4落下时，开始扫描曝光，完成一个曝光扇区后，掩模4抬起，以保证转台顺利转动，用光电开关控制起始零位。
如图6所示，计算机控制系统获取第一个扫描区域的扫描参数，控制掩模落下，驱动扫描机构完成曝光；抬起掩模，将码盘转动致下一扫描区域，判断是否光刻完所有曝光区域，如果没有光刻完，获取该区域的扫描参数进行曝光，如果光刻完所有区域则结束码盘刻划。
权利要求
1.一种二维扫描精密激光曝光系统，其特征在于由圆刻机工作台、被刻码盘、激光器、掩模、摆动扫描系统、精密激光步进台、掩模抬起机构及计算机控制系统组成，激光器作为光源，光束整形后投射到摆动扫描系统上，计算机控制系统经过控制摆动扫描系统和精密激光步进台的运动完成二维扫描照明掩模，将掩模上的图形复制被刻码盘上完成一个区域的光刻，圆刻机工作台带动码盘旋转选择被光刻的区域，掩模抬起机构在码盘旋转时将掩模抬起，曝光时落下。
2.根据权利要求1所述的二维扫描精密激光曝光系统，其特征在于所述的精密激光步进台包括底座、径向移动台、滚珠丝杠副、轴承、联轴节、步进电机、调整手轮、直线导轨，径向移动台通过直线导轨与底座相连，步进电机通过联轴节、轴承与滚珠丝杆副相连，通过滚珠丝杆副驱动径向移动台沿直线导轨运动，调整手轮与电机轴相连，可通过手轮调整径向移动台位置。
3.根据权利要求1所述的二维扫描精密激光曝光系统，其特征在于所述的摆动扫描反射镜系统包括激光器、摆动电机、转向反射镜、扫描反射镜，激光器发出的激光束经转向反射镜照射到扫描反射镜上，通过摆动电机驱动扫描反射镜摆动完成一维扫描。
4.根据权利要求1所述的二维扫描精密激光曝光系统，其特征在于所用的光刻胶感光峰值波长为紫外光。
5.根据权利要求1所述的二维扫描精密激光曝光系统，其特征在于所述的掩模抬起机构由掩模架、予紧弹簧、凸轮、掩模架座、升高电机、可调支撑轴组成，升高电机与凸轮相连，预紧弹簧使掩模架沿凸轮外缘运动，掩模架通过可调支撑轴与掩模架座相连。
全文摘要
一种二维扫描精密激光曝光系统，由圆刻机工作台、被刻码盘、激光器、掩模、摆动扫描系统、精密激光步进台、掩模抬起机构及计算机控制系统组成，激光器作为光源，光束整形后投射到摆动扫描系统上，计算机控制系统经过控制摆动扫描系统和精密激光步进台的运动完成二维扫描照明掩模，将掩模上的图形复制被刻码盘上完成一个区域的光刻，圆刻机工作台带动码盘旋转选择被光刻的区域，掩模抬起机构在码盘旋转时将掩模抬起，曝光时落下。本发明具有定位准确、操作简便、安装调整方便等优点，大大提高了码盘刻制精度，保证了码盘刻制质量，提高了生产效率。
文档编号G03F7/20GK1851557SQ20061001209
公开日2006年10月25日 申请日期2006年6月2日 优先权日2006年6月2日
发明者赵立新, 王肇志, 胡松, 唐小萍, 严伟, 邢薇 申请人:中国科学院光电技术研究所