专利名称：高精度母盘刻录系统的气动调焦装置的制作方法
技术领域：
高精度母盘刻录系统的气动调焦装置属于光存储技术领域，尤其设计母盘刻录系统中的自动调焦技术领域。
光盘刻录系统光学镜头的焦深Γ(即成像的清晰深度)取决于下式Γ＝0.5λ/NA2(1+β)其中NA＝0.95，λ＝0.4μm。根据计算可以得到，对于缩小倍率β＝X/10的光刻镜头，理论焦深仅为1μm，若要求高对比度(反差优于60％)时焦深仅为0.4μm，成像的清晰深度随镜头数值孔径的增大而急剧缩小。在实际母盘刻录过程中，还需减去感光层自身的厚度(此厚度一般为0.1-0.2μm)。所以若要求感光层全部处理于镜头精确焦深范围内，对调焦的公差的限制是十分苛刻，一般公差不得超过0.1～0.15μm，虽然有经验的工艺人员可以通过试刻的方法找到理想的像面位置，也难以保证在工艺过程中母盘盘基感光层材料始终保持在这一最佳位置，尤其是用h线曝光时目视调焦更为困难。
为解决母盘刻录过程的高精度自动调焦跟踪问题，现有的解决方案之一是建立在光学探测基础上的，即利用离焦后产生的光电信号来进行测量。这种自动调焦跟踪方案也普遍应用在现有的各种光盘系统中。它的缺点是调焦探测光对于母盘上的光致刻蚀剂有影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度母盘刻录系统的气动调焦装置，它的基本原理是在镜头前像面附近设置气动测量系统，利用气动自动调焦技术，实现高精度母盘刻录。
本发明提出的气动调焦装置利用气动中继器和气电中继器作为自动调焦和记录跟踪误差的主要部件。通过装配在母盘刻录系统光学镜头上的环形喷嘴，与母盘盘基形成喷嘴-挡板机构。盘基支架安放在用弹性膜片制成的微动工作台上。工作过程中，从环形喷嘴可以获得镜头成像面附近盘基平均高度的信号，利用该信号通过气动中继器调节微动工作台气室气压，便可控制盘基与环形喷嘴之间的距离，实现自动调焦跟踪。
本发明的特征在于高精度母盘刻录系统的气动调焦装置，其特征在于，它含有测量气源的稳压器；跟踪气源的稳压器；气电中继器记录跟踪误差的部件，它的输入为来自节流孔的测量气源的稳压器输出，它的输出为显示母盘盘基与镜头间的实际位置；气动中继器自动调焦部件，它的给定输入信号为来自节流孔的跟踪气源的稳压器输出，它的控制信号为测量气源的稳压器输出；微动工作台用弹性膜片制成，它的气压气室受控于从环形喷嘴获得的以反映镜头成像面附近母盘盘基平均高度的气动中继器输出信号；喷嘴-挡板机构焦距测量和执行部件，由装配在母盘刻录系统光学镜头上的环形喷嘴和安装在上述用弹性膜片制成的微动工作台上的盘基支架中的母盘盘基构成。
所述的高精度母盘刻录系统的气动调焦装置，其特征在于，所述的气电中继器是差动式的，它含有输入为交流调制信号而输出为母盘盘基与镜头间实际位置信号的差动变压器；输入信号为测量气源的稳压器输出的弹性膜盒，嵌套在差动变压器线圈中且经连杆与上述弹性膜盒输出端相连的磁芯。
所述的高精度母盘刻录系统的气动调焦装置，其特征在于，所述的气动中继器是弹性T型导杆-阀体式的，它含有由连接着弹簧的T型导杆和阀体组成的跟踪机构，输入信号为测量气源的稳压器输出，输出信号为连接到微动工作台气室的输出气压。
所述的高精度母盘刻录系统的气动调焦装置，其特征在于，所述的微动工作台上的弹性膜片是波浪形的。
本发明提出的气动调焦装置可以实现母盘刻录过程中的自动调焦跟踪，该方法区别于传统的基于光学探测原理的调焦跟踪技术，避免了调焦探测光对母盘上光致刻蚀剂的影响，而且刻录过程中通过净化气体喷向母盘表面，更有效的保证了光刻质量。
图1.气动调焦装置的原理图。
图2.气动中继器和气电中继器的结构原理。
图3.喷嘴和镜头的纵剖视图。
具体实施例方式
图1是气动调焦装置的原理图。
气源采用4-6kg/cm2压缩空气，经过过滤器1和减压器2，压力减为4kg/cm2，分别输入稳压器3和4。稳压器3输入为1.5kg/cm2，供测量系统作气源。稳压器4输入为0.16kg/cm2(可微调)作为跟踪系统气源。
从稳压器3输出气体经节流孔J1(φ0.8mm)进入装配在镜头7上的环形喷嘴8，与盘基9形成喷嘴-挡板机构。环形喷嘴内圆直径为φ6mm，可保证有较大的成像面积。盘基9支架安放在用弹性膜片10制成的微动工作台11上。支承盘基9的弹性膜片10，其有效直径为φ150mm，外径φ230mm，用0.2mm厚的不锈刚制成。
微动工作台11的刚度及线性主要与波纹形状、尺寸、厚度以及固定方式有关。在试制过程中曾用平面、锯齿形、波浪形三种膜片进行对比，结果表明波浪形效果比较好，虽然刚度较齿形结构大一些，但是线性范围较宽。
对于微动工作台11上、下微动时的平行度，在工艺上严格控制的情况下，可以作到工作台上升到500微米时，侧向位移小于0.1微米。
图2是气动调焦装置中气动中继器和气电中继器的结构原理。
反映环形喷嘴与母盘盘基之间间隙的测量信号同时输入气动中继器和气电中继器中的弹性膜盒12和13。弹性膜盒的外径φ50mm，用铍青铜制成。气动中继器的工作气源气压为0.14kg/cm2，经过节流孔J2，从孔d与外界相通。可见输出气压Pc被T型导杆14与阀体15之间的间隙δ控制，而导杆14的位置由膜盒12所确定。18为弹簧。
气电中继器的结构与气动中继器相似，只是弹性膜盒13推动的是磁芯16。差动变压器17原边输入1KHZ交流调制信号，而将副边的输出信号求和之后进行放大。因此，当磁芯16处于中间位置时输出“0”，当磁芯16偏离平衡位置时，输出端产生与调制信号同相，或相位差180°的信号，经后续处理输入至显示仪表，便可显示盘基与镜头的实际相对位置。
图3是气动调焦装置中的喷嘴设计。本发明中设计的是环形喷嘴，取焦面周围板面的平均高度为焦面，在各结构参数中，除直径D1已知外，其余各参数D2、D3、D4，要根据对灵敏度、测量范围的要求进行设计。
实施例将该气动调焦装置安装在光盘国家工程研究中心研制的ZLJ型母盘刻录机上配套试用，实际跟踪调焦精度达到±0.08μm(±3σ)。用数值孔径为0.6的h线镜头(焦深约为0.55μm)，可保证在120mm×120mm的范围内制作出宽度为0.4μm的有效图形。
实验中将一厚度为200μm的硅片，放在待刻录的母盘与镜头之间，本装置仍能自动调焦至硅片上表面，并刻出0.5μm宽度的有效图形，说明本装置的调焦及范围还有很大潜力，因此，完全可以保证高精度母盘刻录的要求。
权利要求
1.高精度母盘刻录系统的气动调焦装置，其特征在于，它含有测量气源的稳压器；跟踪气源的稳压器；气电中继器记录跟踪误差的部件，它的输入为来自节流孔的测量气源的稳压器输出，它的输出为显示母盘盘基与镜头间的实际位置；气动中继器自动调焦部件，它的给定输入信号为来自节流孔的跟踪气源的稳压器输出，它的控制信号为测量气源的稳压器输出；微动工作台用弹性膜片制成，它的气压气室受控于从环形喷嘴获得的以反映镜头成像面附近母盘盘基平均高度的气动中继器输出信号；喷嘴-挡板机构焦距测量和执行部件，由装配在母盘刻录系统光学镜头上的环形喷嘴和安装在上述用弹性膜片制成的微动工作台上的盘基支架中的母盘盘基构成。
2.根据权利要求1所述的高精度母盘刻录系统的气动调焦装置，其特征在于，所述的气电中继器是差动式的，它含有输入为交流调制信号而输出为母盘盘基与镜头间实际位置信号的差动变压器；输入信号为测量气源的稳压器输出的弹性膜盒，嵌套在差动变压器线圈中且经连杆与上述弹性膜盒输出端相连的磁芯。
3.根据权利要求1所述的高精度母盘刻录系统的气动调焦装置，其特征在于，所述的气动中继器是弹性T型导杆-阀体式的，它含有由连接着弹簧的T型导杆和阀体组成的跟踪机构，输入信号为测量气源的稳压器输出，输出信号为连接到微动工作台气室的输出气压。
4.根据权利要求1所述的高精度母盘刻录系统的气动调焦装置，其特征在于，所述的微动工作台上的弹性膜片是波浪形的。
全文摘要
高精度母盘刻录系统的气动调焦装置属于光存储技术领域，其特征在于它通过装配在母盘刻录系统光学镜头上的环形喷嘴，与母盘盘基形成喷嘴一挡板机构，以此进行测量并调节母盘盘基与光学镜头之间的实际位置。盘基支架安放在用弹性膜片制成的微动工作台上。工作时从环形喷嘴可以获得镜头成像面附近盘基平均高度的信号，利用该信号通过气动中继器调节微动工作台气室气压，便可控制盘基与环形喷嘴之间的距离，而反映盘基与环形喷嘴之间距离的信号则可从气电中继器的输出端测得，从而实现自动调焦跟踪。与光学调焦装置相比，它避免了调焦探测光对母盘上光致刻蚀剂的影响，而且刻录时用净化气体喷向母盘表面，保证了光刻质量。
文档编号G11B7/00GK1489143SQ0310476
公开日2004年4月14日 申请日期2003年2月28日 优先权日2003年2月28日
发明者徐端颐, 胡华, 雷志军 申请人:清华大学