CN101004555A - 可调节反射式光学物镜装调系统 - Google Patents

Abstract

一种可调节反射式光学物镜装调系统，包括三组调节器组件[2]、物镜[3]、传感器[21]、由AD转换卡[23]，单片机[24]，DA转换卡[25]，伺服放大器[26]组成的控制器[22]。传感器[21]发送来的模拟信号，首先到达AD转换卡[23]转换后，输送到单片机[24]，单片机[24]计算出物镜[3]的实际位置和倾角，并通过与目标位置和倾角进行对比，计算出调节器组件[2]需要的调节参数，上述参数经DA转换卡[25]转换后，输出到伺服放大器[26]，伺服放大器[26]将参数放大后传输给调节器组件[2]，使调节器组件[2]产生相应的直线运动，驱动物镜[3]到达新位置。同时调节三组调节杆[13]，可改变物镜[3]的高度和倾角；同时调节三个径向调节器[15]，可改变物镜中心在水平面内位置，使同一装夹装置适用于不同直径的物镜。

Description

可调节反射式光学物镜装调系统

技术领域

本发明涉及一种可调节反射式光学物镜装调系统，特别涉及投影光刻机的物镜装调系统。

背景技术

投影光刻机的光刻质量主要取决于光学系统的质量，光学系统的质量是由镜面加工误差和装调误差共同决定的。对于投影光刻机来说，光学系统的质量是通过波像差来体现的，普通的193nm波长光刻机的波差在2-3nm，而极紫外投影光刻机波像差要控制在1nm以内。波像差不仅取决于反射镜的高精度，还取决于其安装误差，以及由机械装调引起的镜面变形等。因而设计的物镜装调机构既要具有高精度，定位准确，装调方便，调节灵活，并可满足不同直径的镜子的安装需要。

现有的光学系统物镜的安装大多数是将镜片直接粘结在装夹机构的内圈上，其调平调焦功能是通过与内圈相联的外圈的调节来实现的。这样不仅使机构相对复杂，体积庞大，而且带来比较大的安装误差。同时，要减小安装误差，则与镜子接触的安装面必须具有很高的平面度和圆柱度，这就增加了加工难度和加工成本。另外，由于装夹机构所带来的镜面机械变形会导致光学性能的恶化，因此，装夹机构引起的机械变形必须尽可能小。

美国专利US6870632B2提出了一种光学元件安装机构，其特征在于镜子通过三组沿圆周均布的调节器与基座相联。每组调节器包含了一对类似板簧的可弯构件，通过可弯构件的变形可以对镜子进行z方向和θx，θy方向微调。此专利虽然可以镜片进行调平和调焦，但是由于是通过手动调整方式，工作效率低，精度也难以控制。

欧洲专利EP1376192A2提出了一种可连续变形的自适应光学反射镜系统。其特征在于可通过一组固定在镜片下面的压电微执行器对镜面变形校正。该专利的优点是降低了镜片加工难度，但是由于采用了多个微执行器，控制系统复杂。

极紫外光刻机投影物镜中的光学元件，为了实现精确的调平和调焦，要求其安装机构具有5个自由度，即x，y，z方向的移动和θx，θy方向的转动。同时，对微调机构的精度要求很高，一般在纳米量级，并且可实现计算机自动调平和调焦功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是设计一种物镜自动装调机构，它可以满足光刻系统的多自由度自动调平调焦功能，具有很高的定位精度和稳定性，同时由机构安装引起的镜面机械变形达到最小。

本发明物镜装调系统包括：基座，调节器组件，物镜，传感器，控制器。其中调节器组件由沿镜片外沿圆周均布的可伸缩的三组径向调节器和与之相连的调节杆组成，物镜由径向调节器固定，并通过调节杆固定在基座上。控制器包括AD转换卡，单片机，DA转换卡，伺服放大器。传感器检测反射镜面的位置，并反馈给控制器，控制器根据测量信息计算出修正的位移和转角，驱动调节器使镜面达到相应的位置和角度要求。

本发明的工作过程如下：物镜通过调节器与基座相连。传感器(例如激光干涉仪或点衍射干涉仪)检测出物镜镜面的X，Y，Z向位移，将上述信息传输至控制器。控制器中的AD转换卡首先对接收到数据进行模拟/数字信号转换，再将其传递给单片机，单片机根据测量值计算出物镜的位置和倾角，并查询上述数据是否满足目标位置和倾角要求。如不满足则计算出调节器所需的驱动参数，并将参数通过DA转换卡传给径向调节器和调节杆。径向调节器和调节杆分别由精密直线压电马达组成，可产生径向和杆长方向的伸缩运动。当线性压电马达接收到单片机传来的信号，则依照上述参数产生相应的直线位移，使物镜达到新位置。由于本发明的装调机构包括了至少三组调节器组件，同时调节径向调节器可以使物镜沿平面内x，y方向移动，完成对心调整；同时调节三组调节杆的驱动参数，可调整物镜镜面沿x，y轴的倾角，以及沿z向的调焦运动。

本发明的有益效果是：

1、可调节的物镜装调机构具有安装和调节双重功能，具有多自由度，增强了系统的灵活性。

2、三组调节器沿物镜外沿侧面圆周呈120°均匀分布的安装方式，减小了机构装夹引起的镜面机械变形。

3、由直线压电马达驱动的调节器具有快速响应能力和高精度，可由单片机自动控制，使该装调机构具有快速调节能力和很高的精度；

4、本发明既适用于反射式光学元件的装调，又适用于极紫外扫描曝光机的物镜系统装调。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图1为本发明物镜装调系统工作原理图。图中：1基座，2调节器组件，3物镜，4反射面，21传感器，22控制器，23AD转换卡，24单片机，25 DA转换卡，26伺服放大器。

图2为本发明物镜装调系统结构图。图中：12a，12b调节杆，13连接件，14固定板，15径向调节器。

图3为物镜装调系统工作流程图。

图4为调节器组件结构图。

具体实施方式

本发明物镜装调系统包括基座1，调节器组件2，物镜3，传感器21，控制器22，AD转换卡23，单片机24，D/A转换卡25，伺服放大器26。

如图1和图2所示，其中基座1位于最底端，是整个装调机构的固定部分。在基座1上沿圆周间隔120°均匀分布了三组调节器组件2。每组调节器组件2包括了两个调节杆12a、12b和一个径向调节器15，调节杆12a和12b下端与基座1通过螺栓固连，两调节杆12a和12b上端固连在连接件13上。后者与固定板14螺栓连接并与径向调节器15相连。调节杆12a和12b是可伸缩的直线马达，例如直线压电马达，可以沿杆长方向产生位移。径向调节器15同样由直线压电马达组成，它可以沿半径方向产生伸缩运动。径向调节器15末端与物镜3边缘连接。为了减小由于机械支承使物镜反射面产生变形，径向调节器15与物镜3的接触点设在物镜3的圆柱侧面，上下表面中间的位置，这样可以使安装机械变形最小。

物镜3通过径向调节器15与基座1相连。传感器21检测出镜面的X，Y，Z向位移，将上述信息经AD转换卡23转换后传递给单片机24，单片机24根据测量值计算出物镜3的位置和倾角，并查询上述数据是否满足目标位置和倾角要求。如不满足则计算出径向调节器15所需的驱动参数，并将参数通过DA转换卡25转换成模拟信号后，传给伺服放大器26进行放大。放大后的信号再传给径向调节器15和调节杆12a和12b。径向调节器15和调节杆12a和12b分别由精密直线压电马达组成。当线性压电马达接收到单片机24传来的信号，则依照上述参数产生相应的直线位移，使物镜3达到新位置。

本发明物镜装调系统工作流程顺序如图3所示：

首先执行步骤S1：控制器22中单片机24进行目标位置及误差α设定；

然后执行步骤S2，调节器组件2中的径向调节器15和调节杆12a和12b根据目标位置进行初步定位；

在步骤S3：非接触式传感器21检测镜面的位置信息；

步骤S4：控制器22中的AD转换卡23接收传感器21传来的位置信息，并将模拟信号转换成数字信号；

步骤S5：控制器22中的单片机24收到上述数字信号后，计算出物镜3的实际位置坐标及倾角，并将计算上述数据与目标位置及倾角的误差α’；

步骤S6：单片机24比较实际误差α’与允许误差α的大小，如果α’＞α，则转向S7；否则转向S10；

步骤S7：单片机24计算出调节器组件2中各个调节杆12a和12b以及径向调节器15的压电马达的调节参数；

步骤S8：控制器22中的DA转换卡25接收到单片机24传来的调节参数，并将其转换成模拟信号；

步骤S9：伺服放大器26接收到DA转换卡25传来的模拟信号，将上述模拟信号放大后传输给调节器组件2中的径向调节器15和调节杆12a和12b。

步骤S10：调节器组件2中的径向调节器15和调节杆12a和12b锁定当前位置，结束调节。

图4为调节器组件的结构图。调节杆12a，12b下端固连在基座1上，上端交汇于连接件13，这种两脚支承方式增强了本机构的刚度和稳定性。由于沿基座1圆周方向共有三组调节器组件2，因此同时调节六个调节杆12a和12b，如六个调节杆伸缩长度不同，可使镜面获得绕x，y轴方向的转动；如果六个调节杆伸缩的长度相同，则可使镜面获得z向移动，即调焦运动。同时令三组调节器组件2中的调节杆伸长或缩短到同一高度，可使镜面沿z向移动。同理，同时调节三个径向调节器15的长度，可使镜面沿x、y方向移动，即调整镜面中心位置。

Claims (3)

1、一种可调节反射式光学物镜装调系统，其特征在于它由基座[1]、三组调节器组件[2]、物镜[3]、传感器[21]、控制器[22]组成；控制器[22]包括AD转换卡[23]，单片机[24]，DA转换卡[25]，伺服放大器[26]；由传感器[21]发送来的模拟信号，首先到达AD转换卡[23]，经过模拟/数字信号转换后，输送到单片机[24]；单片机[24]根据上述数据计算出物镜[3]的实际位置和倾角，并且通过与目标位置和倾角进行对比，计算出调节器组件[2]需要的调节参数，并把上述参数传递给DA转换卡[25]进行数字/模拟信号转换后，输出到伺服放大器[26]；伺服放大器[26]将参数放大后传输给调节器组件[2]，使调节器组件[2]产生相应的直线运动，驱动物镜[3]到达新位置。

2、按照权利要求1所述的可调节反射式光学物镜装调系统，其特征在于三组调节器组件[2]沿基座[1]边缘圆周呈120°间隔均匀分布，三组调节器组件[2]的下端与基座[1]相连，上端与物镜[3]边缘圆周120°分布的支承点相接触；每组调节器组件[2]包括了两个可伸缩的调节杆[12a]和[12b]和一个可伸缩的径向调节器[15]。

3、按照权利要求1或2所述的可调节反射式光学物镜装调系统，其特征在于：调节杆[12a]和[12b]是可伸缩的直线马达，可以沿杆长方向产生位移；径向调节器[15]是可伸缩的直线马达，可以沿物镜[3]的半径方向产生位移。

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