数控光刻机机械传动系统设计(附件)
本课题将数控传动系统应用于光刻机系统中，利用简单的传动机构来实现光刻机在不同的型面上雕刻出非常复杂的图案，满足不同的加工需求，可以是平面加工，也可以进行三维立体加工。本文具体介绍了传动系统的机构的设计，包括滚珠丝杠的选型与支承方式，导轨的选择，联轴器的设计，伺服电机与步进电机的比较与选择。并对传动部分关键零件做了简单的设计，包括了夹具的设计，蜗轮与蜗杆类型的选择和设计，蜗轮轴的设计，旋转台与主支架之间的关系与设计等。最后将所有的传动部件，连接装配出光刻机整体的结构。关键词 光刻机，数控技术，伺服电机，传动系统目 录
1 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外发展状况 1
1.2.1 国内现状 1
1.2.2 国外现状 2
1.3 研究的意义 3
2 总体方案设计 4
2.1 设计的基本要求 4
2.2 总体机构设计 4
3 传动系统结构 5
3.1 滚珠丝杠 5
3.1.1 滚珠丝杠型号、精度等级的选择 5
3.1.2 滚珠丝杠的支承 6
3.2 导轨 7
3.2.1 导轨设计的要求 7
3.2.2 导轨的选择 7
3.2.3 导轨材料的选择 8
3.3 联轴器 8
3.4 驱动器与电机的选择 8
4 关键零部件的设计 10
4.1 夹具的设计 11
4.2 蜗杆与蜗轮的设计 11
4.2.1 蜗杆传动的类型选择 11
4.2.2 蜗轮的设计 13
4.3 蜗轮轴的设计 15
4.3.1 轴的直径与长度的计算 15
4.3.2 蜗轮轴端盖的设计 17
4.4 旋转台的设计 17
4.5 支架与支撑架的设计 19
4.6 箱体的设计 23
4.6.1 箱底的设计 23
4.6.2 箱盖的设计 23
4.7 总装配的设计 24
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蜗轮轴的设计 15
4.3.1 轴的直径与长度的计算 15
4.3.2 蜗轮轴端盖的设计 17
4.4 旋转台的设计 17
4.5 支架与支撑架的设计 19
4.6 箱体的设计 23
4.6.1 箱底的设计 23
4.6.2 箱盖的设计 23
4.7 总装配的设计 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 引言
1.1 课题研究背景
光学光刻机技术在不断的发展，这使集成电路高密度化、高集成化取得了极大的进展。对精密定位技术的要求也随之在不断提高，现在已经作为关键技术被人们所关注。现代科技正瞬息万变，传统的光刻技术与工艺已不能再满足集成电路生产的要求。因此，越来越多人在关注、投入进来，开始研究高精密，高集成的光刻技术[1]。光刻技术是应集成电路的发展而逐步发展，也可以认为集成电路是整个信息产业里的基础，集成电路装备又是集成电路产业价值链中的“皇冠”，高端的光刻机好比是这“皇冠上的明珠”，是生产集成电路的“数控机床”。可见，光刻技术在集成电路中占有重要的地位，对大规模集成电路制造有着推动与领导的作用。光刻机在光刻技术里担任着关键性的角色，它的一次又一次的发展与进步，都代表着大规模集成电路正在成长与进步[2]。
该课题来源于某科研项目，激光加工已经广泛地应用于各行各业，可以在不同的型面上雕刻出非常复杂的图案，满足不同的加工需求，可以是平面加工，也可以进行三维立体加工，对机械和控制系统的要求都很高，本课题主要进行机械传动平台的设计。
1.2 国内外发展状况
1.2.1 国内现状
我国是全球集成电路最大的消耗国，但是国产集成电路国内市场自给率缺不高。可见，我国集成电路的发展远不够自给自足，针对这一缺点，国家早在“十一五”，发展规划中就明确的将光刻机的研究与制造作为重点制造装备，并在“十二五”中又将其划入重大专项。但是中国光刻机研发和生产起步是比较晚的，跟国际顶尖的光刻技术还有着一段距离。我国研发和生产单位主要有：上海微电子装备有限公司，已经量产的是90纳米；中子科技集团公司第45研究所国电，已经量产的是150纳米；合肥芯硕半导体有限公司和无锡影速半导体科技有限公司，已经量产最先进的是200纳米；先腾光电科技有限公司，已经量产的是800纳米[3]。
目前，国内技术领先的是上海微电子装备有限公司，其他研发单位技术也正在努力的学习与进步，紧追其后。国内公司现在正响应国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”这一发展规划的号召，投入到65nm光刻机的研发制造。中国16个重大专项中的02专项提出光刻机到2020年出22纳米的。2015年出45纳米的并且65纳米的产业化。由于国外在高端技术的许多领域中，对中国都实行保密与封锁政策。此外，国外的技术要高于我们，更高精度的光刻机国外可以制造出来，比如22纳米级别的光刻机，甚至14nm级别的光刻机，而国外还在研制45nm级别的光刻机。另外，我国现在正在努力研制的光刻机国外早就可以做到产业化，这使得同样精度的光刻机国内的成本要远高于国外，因此，我国光刻机的发展是受到很大的阻力。面对着重重阻力，国家在“十一五”、“十二五”发展规划中多次将光刻机的研发划入重大专项，国内生产单位在国家的大力支持下努力发展，不断创新，如今也取得了不错的成绩。下面展示上海微电子装备有限公司制造的SSA600/20步进扫描光刻机。如图1-1所示。
图1-1 SSA600/20步进扫描光刻机
上海微电子装备有限公司在光刻机方面发展是我内领先的，因此在这里做简单的介绍。该公司制造的SSA600/20 步进扫描投影光刻机采用四倍缩小倍率的ArF投影物镜、工艺自适应调焦调平技术，以及高速高精的自减振六自由度工件台掩模台技术，实现可用于前道IC制造90nm关键层和非关键层的先进光刻设备[4]。另外这类产品可以用于8寸线或12寸线的大型规模生产。
1.2.2 国外现状
国外光刻技术发展比较早，在技术上远超过我国，不管是光刻精度与光刻速度方面的技术，都远高于我国。国外有三大生产厂家，分别是荷兰的ASML、美国的Nikon和日本的Canon，其中以荷兰的ASML发展最快，不过另外两家生产商也正在努力的创新突破。这几家国外公司的先进光刻机与国内相比，主要优势在于，光刻精度可以达到更高的要求，荷兰的ASML、美国的Nikon和日本的Canon三家公司如今都具有0.18微米以下的同步扫描光刻机制造能力[5]，此外，相同精度的光刻机比国内的价格要便宜很多。其中，Nikon、Canon的设备对光刻机传动部分精度要求很高（0.18微米以上精度由传动部分导轨来保证），0.18微米以下虽选用粗微动复合结构。荷兰的ASML公司在光刻技术上具有良好的高速性能，最高可以做到每秒运动4米，并且精度可以达到纳米级。
根据最新的国际半导体技术发展形势，半导体制造技术早在2010年就已经达到3
1 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外发展状况 1
1.2.1 国内现状 1
1.2.2 国外现状 2
1.3 研究的意义 3
2 总体方案设计 4
2.1 设计的基本要求 4
2.2 总体机构设计 4
3 传动系统结构 5
3.1 滚珠丝杠 5
3.1.1 滚珠丝杠型号、精度等级的选择 5
3.1.2 滚珠丝杠的支承 6
3.2 导轨 7
3.2.1 导轨设计的要求 7
3.2.2 导轨的选择 7
3.2.3 导轨材料的选择 8
3.3 联轴器 8
3.4 驱动器与电机的选择 8
4 关键零部件的设计 10
4.1 夹具的设计 11
4.2 蜗杆与蜗轮的设计 11
4.2.1 蜗杆传动的类型选择 11
4.2.2 蜗轮的设计 13
4.3 蜗轮轴的设计 15
4.3.1 轴的直径与长度的计算 15
4.3.2 蜗轮轴端盖的设计 17
4.4 旋转台的设计 17
4.5 支架与支撑架的设计 19
4.6 箱体的设计 23
4.6.1 箱底的设计 23
4.6.2 箱盖的设计 23
4.7 总装配的设计 24
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
蜗轮轴的设计 15
4.3.1 轴的直径与长度的计算 15
4.3.2 蜗轮轴端盖的设计 17
4.4 旋转台的设计 17
4.5 支架与支撑架的设计 19
4.6 箱体的设计 23
4.6.1 箱底的设计 23
4.6.2 箱盖的设计 23
4.7 总装配的设计 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 引言
1.1 课题研究背景
光学光刻机技术在不断的发展，这使集成电路高密度化、高集成化取得了极大的进展。对精密定位技术的要求也随之在不断提高，现在已经作为关键技术被人们所关注。现代科技正瞬息万变，传统的光刻技术与工艺已不能再满足集成电路生产的要求。因此，越来越多人在关注、投入进来，开始研究高精密，高集成的光刻技术[1]。光刻技术是应集成电路的发展而逐步发展，也可以认为集成电路是整个信息产业里的基础，集成电路装备又是集成电路产业价值链中的“皇冠”，高端的光刻机好比是这“皇冠上的明珠”，是生产集成电路的“数控机床”。可见，光刻技术在集成电路中占有重要的地位，对大规模集成电路制造有着推动与领导的作用。光刻机在光刻技术里担任着关键性的角色，它的一次又一次的发展与进步，都代表着大规模集成电路正在成长与进步[2]。
该课题来源于某科研项目，激光加工已经广泛地应用于各行各业，可以在不同的型面上雕刻出非常复杂的图案，满足不同的加工需求，可以是平面加工，也可以进行三维立体加工，对机械和控制系统的要求都很高，本课题主要进行机械传动平台的设计。
1.2 国内外发展状况
1.2.1 国内现状
我国是全球集成电路最大的消耗国，但是国产集成电路国内市场自给率缺不高。可见，我国集成电路的发展远不够自给自足，针对这一缺点，国家早在“十一五”，发展规划中就明确的将光刻机的研究与制造作为重点制造装备，并在“十二五”中又将其划入重大专项。但是中国光刻机研发和生产起步是比较晚的，跟国际顶尖的光刻技术还有着一段距离。我国研发和生产单位主要有：上海微电子装备有限公司，已经量产的是90纳米；中子科技集团公司第45研究所国电，已经量产的是150纳米；合肥芯硕半导体有限公司和无锡影速半导体科技有限公司，已经量产最先进的是200纳米；先腾光电科技有限公司，已经量产的是800纳米[3]。
目前，国内技术领先的是上海微电子装备有限公司，其他研发单位技术也正在努力的学习与进步，紧追其后。国内公司现在正响应国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”这一发展规划的号召，投入到65nm光刻机的研发制造。中国16个重大专项中的02专项提出光刻机到2020年出22纳米的。2015年出45纳米的并且65纳米的产业化。由于国外在高端技术的许多领域中，对中国都实行保密与封锁政策。此外，国外的技术要高于我们，更高精度的光刻机国外可以制造出来，比如22纳米级别的光刻机，甚至14nm级别的光刻机，而国外还在研制45nm级别的光刻机。另外，我国现在正在努力研制的光刻机国外早就可以做到产业化，这使得同样精度的光刻机国内的成本要远高于国外，因此，我国光刻机的发展是受到很大的阻力。面对着重重阻力，国家在“十一五”、“十二五”发展规划中多次将光刻机的研发划入重大专项，国内生产单位在国家的大力支持下努力发展，不断创新，如今也取得了不错的成绩。下面展示上海微电子装备有限公司制造的SSA600/20步进扫描光刻机。如图1-1所示。
图1-1 SSA600/20步进扫描光刻机
上海微电子装备有限公司在光刻机方面发展是我内领先的，因此在这里做简单的介绍。该公司制造的SSA600/20 步进扫描投影光刻机采用四倍缩小倍率的ArF投影物镜、工艺自适应调焦调平技术，以及高速高精的自减振六自由度工件台掩模台技术，实现可用于前道IC制造90nm关键层和非关键层的先进光刻设备[4]。另外这类产品可以用于8寸线或12寸线的大型规模生产。
1.2.2 国外现状
国外光刻技术发展比较早，在技术上远超过我国，不管是光刻精度与光刻速度方面的技术，都远高于我国。国外有三大生产厂家，分别是荷兰的ASML、美国的Nikon和日本的Canon，其中以荷兰的ASML发展最快，不过另外两家生产商也正在努力的创新突破。这几家国外公司的先进光刻机与国内相比，主要优势在于，光刻精度可以达到更高的要求，荷兰的ASML、美国的Nikon和日本的Canon三家公司如今都具有0.18微米以下的同步扫描光刻机制造能力[5]，此外，相同精度的光刻机比国内的价格要便宜很多。其中，Nikon、Canon的设备对光刻机传动部分精度要求很高（0.18微米以上精度由传动部分导轨来保证），0.18微米以下虽选用粗微动复合结构。荷兰的ASML公司在光刻技术上具有良好的高速性能，最高可以做到每秒运动4米，并且精度可以达到纳米级。
根据最新的国际半导体技术发展形势，半导体制造技术早在2010年就已经达到3
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