專(zhuān)利名稱(chēng)：在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置及方法，屬于光刻技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在球面光學(xué)元件上加工微細(xì)圖形由光刻工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，其工藝步驟為，在光學(xué)元件的表面涂布一層厚度均勻的光刻膠膜，然后曝光、顯影及刻蝕，得到所需微細(xì)圖形。所述球面光學(xué)元件包括凸球面光學(xué)元件和凹球面光學(xué)元件。申請(qǐng)?zhí)枮?00810050936. X的一件中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一項(xiàng)名稱(chēng)為“凹球面光學(xué)器件旋涂光刻膠的方法”的技術(shù)方案，該方法是在凹球面光學(xué)器件開(kāi)口向上并靜置的狀態(tài)下，將光刻膠注入到凹球面的中心處，然后立即將凹球面光學(xué)器件轉(zhuǎn)為開(kāi)口向下及水平狀態(tài)并旋轉(zhuǎn)，待光刻膠液固化后停止旋轉(zhuǎn)，即在光學(xué)器件的凹球面上獲得均勻的光刻膠 膜層。該方法并不適用于凸球面光學(xué)元件。而在凸球面光學(xué)元件上涂布光刻膠的現(xiàn)有方法則是將凸球面光學(xué)元件凸球面向上裝夾在平面離心涂膠機(jī)的旋轉(zhuǎn)工件臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)工件臺(tái)以30 60r/min的速度低速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)用滴管將汲取的光刻膠分散滴在凸球面上，并伴隨使用塑料膜片從凸球面頂心處逐步向邊緣移動(dòng)，將光刻膠展開(kāi)在整個(gè)凸球面上，形成初始涂層，然后旋轉(zhuǎn)工件臺(tái)再以3000 4500r/min的速度高速旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下光刻膠初始涂層厚度變得均勻，多余的光刻膠也被甩離凸球面，最終在凸球面上形成光刻膠膜，膠膜厚度雖然能夠達(dá)到0. fl.5i!m，但是不均勻度卻大于10%，然而，其中的滴管滴膠和塑料膜片刮膠均為手工操作，不僅涂布效率低，而且所形成的初始涂層厚度偏厚且各處薄厚不一，整個(gè)初始涂層厚度及變化范圍為5 15 ym，經(jīng)離心減薄涂勻處理后，光刻膠的利用率低于10%，光刻膠大量浪費(fèi)并污染環(huán)境。雖然采取離心方式進(jìn)一步調(diào)整初始涂層的厚度，但是，由于從凸球面中心區(qū)域與邊緣區(qū)域離心力差異較大，使得凸球面中心區(qū)域膠膜厚度大于邊緣區(qū)域膠膜厚度，且相差高達(dá)一倍，不均勻度偏高，非常不利于光刻工藝的后續(xù)操作。專(zhuān)利號(hào)為ZL98101653. 7的一件中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一項(xiàng)名稱(chēng)為“光刻膠噴涂的裝置及其方法”的技術(shù)方案，該方案待涂膠工件為圓形平面晶片，晶片呈水平狀態(tài)并旋轉(zhuǎn)，光刻膠噴嘴自晶片上方向晶片表面噴膠，其特征在于，當(dāng)晶片旋轉(zhuǎn)達(dá)到預(yù)定初始速度時(shí)，噴嘴開(kāi)始噴膠并自晶片邊緣沿直線向晶片中心勻速移動(dòng)，與此同時(shí)，晶片旋轉(zhuǎn)速度線性或者非線性提高，在離心力和表面張力的共同作用下，完成光刻膠的掃描噴涂。然而該方案僅適用于平面光學(xué)元件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)在凸球面光學(xué)元件上借助于機(jī)械裝置以掃描噴涂的方式涂布光刻膠，獲得薄而勻的膠膜，同時(shí)避免光刻膠的浪費(fèi)，進(jìn)而減輕對(duì)環(huán)境的污染，以及提高光刻膠涂布效率，為此我們發(fā)明了一種在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置及方法。本發(fā)明之在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置其結(jié)構(gòu)為，見(jiàn)圖I所示，工件卡具I的轉(zhuǎn)軸2的軸線z呈垂直形態(tài)并由轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)3驅(qū)動(dòng)，噴嘴4由懸臂5吊裝在工件卡具I上方，其特征在于，噴嘴4軸線與工件卡具I轉(zhuǎn)軸2軸線z相交；懸臂5的擺軸6的軸線X與轉(zhuǎn)軸2的軸線z正交。本發(fā)明之在凸球面上掃描噴涂光刻膠的方法為，見(jiàn)圖I所示，光學(xué)元件7由工件卡具I夾持，工件卡具I以角速度《旋轉(zhuǎn)；噴嘴4接近光學(xué)元件7表面，繞擺軸6的軸線X移動(dòng)同時(shí)恒流量噴膠，其特征在于，光學(xué)元件7的待涂膠面為凸球面，凸球面球心位于工件卡具I的轉(zhuǎn)軸2的軸線z與懸臂5的擺軸6的軸線X的交點(diǎn)0，凸球面為半球或者球冠，其底面呈水平狀態(tài)；噴嘴4在過(guò)軸線z并與軸線X垂直的平面y-z內(nèi)移動(dòng)，移動(dòng)軌跡為圓弧，該圓弧曲率中心位于凸球面球心，見(jiàn)圖2所示，該圓弧曲率半徑r2大于凸球面曲率半徑ri的部分為噴嘴4與凸球面的間隙；噴嘴4對(duì)準(zhǔn)凸球面邊緣時(shí)，其移動(dòng)速度V等于V1，噴嘴4對(duì)準(zhǔn)凸球面中心時(shí),其移動(dòng)速度V等于V2,且V1小于V2,從V1到V2線性提高。本發(fā)明其技術(shù)效果在于，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是待涂膠面為凸球面，所述在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置是一種機(jī)械裝置，工件卡具I以角速度《旋轉(zhuǎn)，凸球面光學(xué)元件 7隨之旋轉(zhuǎn)，同時(shí)噴嘴4沿與凸球面平行的弧線變速移動(dòng)，不論是從凸球面中心向邊緣移動(dòng)還是從邊緣向中心移動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)與移動(dòng)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果是在凸球面上形成立體螺旋掃描線，其間噴嘴4恒流量噴膠，在凸球面上形成薄而勻的膠膜，膠膜厚度0. I I. 5 y m，不均勻度4飛％，光刻膠的利用率接近100%，減輕對(duì)環(huán)境的污染，以及提高光刻膠涂布效率。


圖I是本發(fā)明之在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該圖同時(shí)作為摘要附圖。圖2是本發(fā)明之在凸球面上掃描噴涂光刻膠的方法示意圖，該圖同時(shí)表示噴嘴自凸球面邊緣向中心移動(dòng)的過(guò)程。圖3是本發(fā)明之在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置根據(jù)懸臂擺軸角位移信息控制噴嘴閥門(mén)、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、擺動(dòng)電機(jī)工作情況示意圖，該圖同時(shí)表達(dá)噴嘴閥門(mén)、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、擺動(dòng)電機(jī)、角位移傳感器分別與控制模塊的電連接關(guān)系。圖4是本發(fā)明之在凸球面上掃描噴涂光刻膠的方法示意圖，該圖同時(shí)表示噴嘴自凸球面中心向邊緣移動(dòng)的過(guò)程。圖5是本發(fā)明之在凸球面上掃描噴涂光刻膠的方法示意圖，該圖同時(shí)表示噴嘴自凸球面一側(cè)邊緣經(jīng)中心向另一側(cè)邊緣移動(dòng)的過(guò)程。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明之在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置其具體結(jié)構(gòu)為，見(jiàn)圖I所示，工件卡具I的轉(zhuǎn)軸2的軸線z呈垂直形態(tài)并由轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)3驅(qū)動(dòng)，噴嘴4由懸臂5吊裝在工件卡具I上方。噴嘴4軸線與工件卡具I轉(zhuǎn)軸2軸線z相交；懸臂5的擺軸6的軸線X與轉(zhuǎn)軸2的軸線z正交。噴嘴4為狹縫噴嘴，狹縫方向與噴嘴4移動(dòng)方向一致。噴嘴4由噴嘴閥門(mén)8控制開(kāi)噴與停噴，噴嘴閥門(mén)8是一種電磁閥。噴嘴4及噴嘴閥門(mén)8通過(guò)噴嘴位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9與懸臂5連接，噴嘴位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)在噴嘴4軸線方向上調(diào)節(jié)噴嘴4位置。蝸輪10安裝在懸臂5的擺軸6上，擺動(dòng)電機(jī)12驅(qū)動(dòng)蝸桿11，通過(guò)蝸輪10控制擺軸6的擺動(dòng)，擺動(dòng)電機(jī)12為調(diào)速電機(jī)。角位移傳感器13安裝在擺軸6—端。噴嘴閥門(mén)8、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)
3、擺動(dòng)電機(jī)12、角位移傳感器13分別與控制模塊電連接，見(jiàn)圖3所示，控制模塊由單片機(jī)擔(dān)當(dāng)?？刂颇K接收來(lái)自角位移傳感器13的擺軸6轉(zhuǎn)角信息，擺軸6轉(zhuǎn)角范圍為(T180。；控制模塊根據(jù)接收的擺軸6轉(zhuǎn)角信息同時(shí)向噴嘴閥門(mén)12、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)3、擺動(dòng)電機(jī)12發(fā)出工作指令。本發(fā)明之在凸球面上掃描噴涂光刻膠的方法具體為，見(jiàn)圖I所示，光學(xué)元件7由工件卡具I夾持，工件卡具I以角速度《旋轉(zhuǎn)，角速度《在30 60r/min范圍內(nèi)確定。噴嘴4接近光學(xué)元件7表面，繞擺軸6的軸線X移動(dòng)同時(shí)恒流量噴膠，流量在0. 05、. 3毫升/秒范圍內(nèi)確定。光學(xué)元件7的待涂膠面為凸球面，凸球面的曲率半徑為10(T200mm。凸球面球心位于工件卡具I的轉(zhuǎn)軸2的軸線z與懸臂5的擺軸6的軸線X的交點(diǎn)0 ;凸球面為半球或者球冠，其底面呈水平狀態(tài)。噴嘴4在過(guò)軸線z并與軸線X垂直的平面y-z內(nèi)移動(dòng)，移動(dòng)軌跡為圓弧，該圓弧曲率中心位于凸球面球心，見(jiàn)圖2所示，該圓弧曲率半徑r2大于凸球面曲率半徑^的部分為噴嘴4與凸球面的間隙，該間隙在0.廣0.5毫米范圍內(nèi)通過(guò)調(diào)整噴嘴位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9確定。噴嘴4對(duì)準(zhǔn)凸球面邊緣時(shí)，其移動(dòng)速度V等于V1,噴嘴4對(duì)準(zhǔn)凸球面中心時(shí),其移動(dòng)速度V等于V2,且V1小于V2,從V1到V2線性提高,并且，V1=O, v2=5 10 毫米/秒。擺軸6轉(zhuǎn)角為0°時(shí)，噴嘴4對(duì)準(zhǔn)凸球面一側(cè)邊緣；擺軸6轉(zhuǎn)角為90°時(shí)，噴嘴4對(duì)準(zhǔn)凸球面中心；擺軸6轉(zhuǎn)角為180°時(shí)，噴嘴4對(duì)準(zhǔn)凸球面另一側(cè)邊緣。所述噴嘴4的移動(dòng)有三種方式。一是噴嘴4自凸球面邊緣向中心移動(dòng)，見(jiàn)圖2所示，在這一過(guò)程中，擺軸6轉(zhuǎn)角從0°增大到90°，噴嘴4移動(dòng)速度￥從V1提高到v2。二是噴嘴4自凸球面中心向邊緣移動(dòng)，見(jiàn)圖4所示，在這一過(guò)程中，擺軸6轉(zhuǎn)角從90°減小到0°，噴嘴4移動(dòng)速度V從V2降低到Vl。三是噴嘴4自凸球面一側(cè)邊緣經(jīng)中心向另一側(cè)邊緣移動(dòng)，見(jiàn)圖5所示，在這一過(guò)程中，擺軸6轉(zhuǎn)角從0°增大到180°，噴嘴4移動(dòng)速度￥從力提高到V2再降低到Vl。下面舉例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。光學(xué)元件7凸球面為球冠，曲率半徑為150毫米，口徑200毫米，底面朝下裝夾于工件卡具I上。通過(guò)調(diào)整噴嘴位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9確定噴嘴4與凸球面的間隙為0. 3毫米。光刻膠粘度37mPa S。角位移傳感器13將0°的角度信息傳遞給控制模塊，見(jiàn)圖5所示，控制模塊同時(shí)向噴嘴閥門(mén)8、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)3、擺動(dòng)電機(jī)12發(fā)出工作指令，此時(shí)噴嘴閥門(mén)8開(kāi)啟，噴嘴4以0. I毫升/秒的流量噴膠，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)3帶動(dòng)工件卡具I以45r/min的角速度《旋轉(zhuǎn)，擺動(dòng)電機(jī)12驅(qū)動(dòng)噴嘴4從移動(dòng)速度v為V1=O開(kāi)始勻加速。當(dāng)角位移傳感器13將90°的角度信息傳遞給控制模塊，控制模塊同時(shí)向噴嘴閥門(mén)8、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)3、擺動(dòng)電機(jī)12發(fā)出工作指令，其中向噴嘴閥門(mén)8、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)3發(fā)出的指令不變，向擺動(dòng)電機(jī)12發(fā)出的工作指令則令擺動(dòng)電機(jī)12驅(qū)動(dòng)噴嘴4從移動(dòng)速度V為N2=I毫米/秒開(kāi)始勻減速。當(dāng)角位移傳感器13將180°的角度信息傳遞給控制模塊，控制模塊同時(shí)向噴嘴閥門(mén)8、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)3、擺動(dòng)電機(jī)12發(fā)出停止工作指令，噴嘴閥門(mén)8關(guān)閉，噴嘴4停止噴膠，擺動(dòng)電機(jī)12停轉(zhuǎn)，噴嘴4移動(dòng)速度V降為V1=O,在上述過(guò)程中，噴嘴4移動(dòng)總弧長(zhǎng)為220毫米；轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)3帶動(dòng)工件卡具I以4000r/min角速度《旋轉(zhuǎn)I分鐘，光刻膠固化，形成膠膜，膠膜厚度0. 5 ii m，不均勻度5%，光刻膠的利用率接近100%。
權(quán)利要求
1.一種在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置，工件卡具(I)的轉(zhuǎn)軸(2)的軸線z呈垂直形態(tài)并由轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)(3)驅(qū)動(dòng)，噴嘴(4)由懸臂(5)吊裝在工件卡具(I)上方，其特征在于，噴嘴(4)軸線與工件卡具(I)轉(zhuǎn)軸(2)軸線z相交；懸臂(5)的擺軸(6)的軸線X與轉(zhuǎn)軸(2)的軸線z正交。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置，其特征在于，噴嘴(4)為狹縫噴嘴，狹縫方向與噴嘴(4 )移動(dòng)方向一致；噴嘴(4 )由噴嘴閥門(mén)(8 )控制開(kāi)噴與停噴，噴嘴閥門(mén)(8 )是一種電磁閥；噴嘴(4)及噴嘴閥門(mén)(8 )通過(guò)噴嘴位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9 )與懸臂(5 )連接，噴嘴位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9)通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)在噴嘴(4)軸線方向上調(diào)節(jié)噴嘴(4)位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置，其特征在于，蝸輪(10)安裝在懸臂(5)的擺軸(6)上，擺動(dòng)電機(jī)(12)驅(qū)動(dòng)蝸桿(11)，通過(guò)蝸輪(10)控制擺軸(6)的擺動(dòng)，擺動(dòng)電機(jī)(12 )為調(diào)速電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置，其特征在于，角位移傳感器(13)安裝在擺軸(6)—端；噴嘴閥門(mén)(8)、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)(3)、擺動(dòng)電機(jī)(12)、角位移傳感器(13)分別與控制模塊電連接，控制模塊由單片機(jī)擔(dān)當(dāng)；控制模塊接收來(lái)自角位移傳感器(13)的擺軸(6)轉(zhuǎn)角信息，擺軸(6)轉(zhuǎn)角范圍為(Tl80° ;控制模塊根據(jù)接收的擺軸(6)轉(zhuǎn)角信息同時(shí)向噴嘴閥門(mén)(12 )、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)(3 )、擺動(dòng)電機(jī)(12 )發(fā)出工作指令。
5.—種在凸球面上掃描噴涂光刻膠的方法,光學(xué)兀件(7)由工件卡具(I)夾持,工件卡具(I)以角速度《旋轉(zhuǎn)；噴嘴(4)接近光學(xué)元件(7)表面，繞擺軸(6)的軸線X移動(dòng)同時(shí)恒流量噴膠，其特征在于，光學(xué)元件(7)的待涂膠面為凸球面，凸球面球心位于工件卡具(I)的轉(zhuǎn)軸(2)的軸線z與懸臂(5)的擺軸(6)的軸線X的交點(diǎn)O，凸球面為半球或者球冠，其底面呈水平狀態(tài)；噴嘴(4)在過(guò)軸線z并與軸線X垂直的平面y-z內(nèi)移動(dòng)，移動(dòng)軌跡為圓弧，該圓弧曲率中心位于凸球面球心,該圓弧曲率半徑r2大于凸球面曲率半徑的部分為噴嘴(4)與凸球面的間隙；噴嘴(4)對(duì)準(zhǔn)凸球面邊緣時(shí)，其移動(dòng)速度V等于V1，噴嘴(4)對(duì)準(zhǔn)凸球面中心時(shí),其移動(dòng)速度V等于V2,且V1小于V2,從V1到V2線性提高。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在凸球面上掃描噴涂光刻膠的方法，其特征在于，角速度Co在30 60r/min范圍內(nèi)確定；噴膠流量在0. 05、. 3毫升/秒范圍內(nèi)確定；凸球面的曲率半徑為10(T200mm ;噴嘴(4)與凸球面的間隙在0.廣0. 5毫米范圍內(nèi)通過(guò)調(diào)整噴嘴位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9)確定!V1=O, v2=5 10毫米/秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在凸球面上掃描噴涂光刻膠的方法，其特征在于，擺軸(6)轉(zhuǎn)角為0°時(shí)，噴嘴(4)對(duì)準(zhǔn)凸球面一側(cè)邊緣；擺軸(6)轉(zhuǎn)角為90°時(shí)，噴嘴(4)對(duì)準(zhǔn)凸球面中心；擺軸(6)轉(zhuǎn)角為180°時(shí)，噴嘴(4)對(duì)準(zhǔn)凸球面另一側(cè)邊緣；所述噴嘴(4)的移動(dòng)有三種方式一是噴嘴(4)自凸球面邊緣向中心移動(dòng)，在這一過(guò)程中，擺軸(6)轉(zhuǎn)角從0°增大到90°，噴嘴(4)移動(dòng)速度￥從V1提高到V2 ;或者噴嘴(4)自凸球面中心向邊緣移動(dòng)，在這一過(guò)程中，擺軸(6)轉(zhuǎn)角從90°減小到0°，噴嘴(4)移動(dòng)速度￥從V2降低到v1;或者噴嘴(4)自凸球面一側(cè)邊緣經(jīng)中心向另一側(cè)邊緣移動(dòng)，在這一過(guò)程中，擺軸(6)轉(zhuǎn)角從0°增大到180° ,噴嘴(4)移動(dòng)速度V從V1提高到V2再降低到V:。
全文摘要
在凸球面上掃描噴涂光刻膠的裝置及方法屬于光刻技術(shù)領(lǐng)域。現(xiàn)有的機(jī)械掃描方式只適用于平面工件。本發(fā)明為工件卡具轉(zhuǎn)軸的軸線z呈垂直形態(tài)并由轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，噴嘴由懸臂吊裝在工件卡具上方，噴嘴軸線與工件卡具轉(zhuǎn)軸軸線z相交；懸臂擺軸軸線x與轉(zhuǎn)軸軸線z正交。光學(xué)元件由工件卡具夾持，工件卡具以角速度旋轉(zhuǎn)；噴嘴接近光學(xué)元件表面，繞擺軸軸線x移動(dòng)同時(shí)恒流量噴膠，光學(xué)元件待涂膠面為凸球面，凸球面球心位于工件卡具轉(zhuǎn)軸軸線z與懸臂擺軸軸線x的交點(diǎn)O，凸球面為半球或球冠，其底面呈水平狀態(tài)；噴嘴在平面y-z內(nèi)沿圓弧勻加速或均減速移動(dòng)，該圓弧曲率中心位于點(diǎn)O，該圓弧曲率半徑r2大于凸球面曲率半徑r1的部分為噴嘴與凸球面的間隙。
文檔編號(hào)G03F7/16GK102707572SQ20121018499
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者冷雁冰, 孫艷軍, 董連和, 陳哲 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)