CN102722016A - 光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置 - Google Patents

光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置 Download PDF

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Abstract

光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置，属于深紫外投影光刻物镜装调补偿领域，为解决光学元件Z、tip、tilt三自由度高精度调整问题，该装置包括镜框、镜筒、三个运动支链和三对双电容传感器；镜框和镜筒通过三个运动支链连接；每个运动支链均由第一柔性万向铰、驱动器和第二柔性万向铰组成，驱动器位于第一柔性万向铰的下面，第二柔性万向铰位于驱动器下面，三个运动支链沿周向间隔120°均匀分布；每对双电容传感器的上电极板和下电极板分别固定在镜框和镜筒上，且三对双电容传感器周向间隔120°均匀分布，本发明基于3-TPT机构，实现光学元件的Z、tip、tilt三自由度精密微动调整。

Description

光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置
技术领域
本发明属于深紫外投影光刻物镜装调补偿领域，具体涉及一种光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置。
背景技术
投影光刻装备是大规模集成电路制造工艺中的关键设备，近年来随着集成电路线宽精细程度的不断提高，投影光学装备的分辨率亦逐渐提高，目前波长193.368nm的ArF准分子激光器投影光刻装备已成为90nm、65nm和45nm节点集成电路制造的主流装备。
投影光刻物镜的装配过程中，为获得良好的光学性能需要对光学系统的各种像差进行补偿，从而相应地需要对某些敏感光学元件的Z轴向位移、绕X轴倾斜tip和绕Y轴倾斜tilt进行调整。同时投影光刻物镜在使用过程中，由于物镜内部的环境改变、加工产品的变化等情况，也需要相应地调整物镜内部的某些敏感光学元件的Z轴向位移、绕X轴倾斜tip和绕Y轴倾斜tilt。
发明内容
本发明为解决光学元件Z、tip、tilt三自由高精度调整问题，提出一种基于3-TPT并联机构的光学元件柔性微动调整装置，尤其适用于深紫外投影物镜中光学透镜的微动调整。
光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置，包括镜框、镜筒、三个运动支链和三对双电容传感器；所述镜框和镜筒通过三个运动支链连接；所述每个运动支链均由第一柔性万向铰、驱动器和第二柔性万向铰组成，驱动器位于第一柔性万向铰的下面，第二柔性万向铰位于驱动器下面，三个运动支链沿周向间隔120°均匀分布；每对双电容传感器的上电极板和下电极板分别固定在镜框和镜筒上，且三对双电容传感器周向间隔120°均匀分布。
本发明的有益效果：本发明所述的光学元件Z、tip、tilt三自由度调整装置，具有实时调整的能力，能够满足光学系统装调过程中和光学系统工作过程中的调整；本装置基于3-TPT并联机构，采用了压电驱动器作为驱动单元，柔性铰链组成的柔性运动链作为传动单元，电容传感器作为位置检测反馈单元，能够实现光学元件的Z、tip、tilt三自由度高精度调整。
附图说明
图1为本发明光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置示意图。
图2为本发明所述的运动支链轴测图。
图3为本发明所述的柔性万向铰结构示意图。
图4为本发明所述的柔性万向铰另一结构示意图。
图5为本发明所述双电容传感器上电极板与镜框固定示意图。
图6为本发明调整装置内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进一步说明。
如图1所示，光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置，镜框1、镜筒2、三个运动支链3和三对双电容传感器4。光学元件5与镜框1之间通过胶粘或者压圈压紧的方式固定，镜筒2和镜框1通过三个运动支链3连接。
如图2至图4所示，每个运动支链3均由上部的第一柔性万向铰3-1、中部的直线运动驱动器3-2和下部的第二柔性万向铰3-3组成，上中下三部分通过胶粘或螺钉固定的方式连接。驱动器3-2能够提供沿运动支链3轴向方向的前进运动和后退运动，驱动器3-2可采用压电式、磁滞伸缩式、气动式等驱动方式。第一柔性万向铰3-1和第二柔性万向铰3-3均可以绕着两个正交的旋转轴转动，其中第一柔性万向铰3-1正交旋转轴确定的平面与光学元件光轴方向平行，第二柔性万向铰3-3正交旋转轴确定的平面与光学元件光轴方向垂直。每个运动支链3从下部算起的第一转动副轴线平行于X轴；第二和第三转动副轴线互相平行，并且平行于y轴；第四转动副轴线平行于Z轴。其中，定义调整机构的整体坐标系O-XYZ位于镜筒2上，坐标系原点O位于镜筒2底面圆心处，X轴垂直于两个运动支链底部的连线，Z轴沿镜筒2的轴线竖直向上。运动支链3的上部与镜框1固定，运动支链3的下部与镜筒2固定，三个运动支链3沿周向间隔120°均匀分布。
如图5和图6所示，每对双电容传感器4均含有一个上电极板4-1和一个下电极板4-2，分别固定在镜框1和镜筒2上。三对双电容传感器4的上电极板4-1和下电极板4-2分别沿镜框1和镜筒2周向间隔120°均匀分布，并且与相邻运动支链之间的周向夹角为60°。周向间隔120°均布的三对电容传感器4，用于实时检测镜框1的微动调整量，并将检测量反馈给驱动器，从而形成检测控制闭环，以保证光学元件Z、tip、tilt三自由度的高精度微动调整。
当对光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整时，已知光学元件所需要的Z向移动量，以及绕X轴的倾斜量tip、绕Y轴的倾斜量tilt，根据本发明微动调整装置的雅克比矩阵，可以得到三个驱动器3-2的输入位移量，其中所述微动调整装置的雅克比矩阵可以通过三个第一柔性万向铰3-1所确定外接圆的直径、三个第二柔性万向铰3-3所确定外接圆的直径、运动支链3的长度、运动支链3与镜筒2底面所成的夹角等结构参数确定。

Claims (5)

1.光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置，包括镜框（1）、镜筒（2）、三个运动支链（3）和三对双电容传感器（4）；其特征在于，所述镜框（1）和镜筒（2）通过三个运动支链（3）连接；所述每个运动支链（3）均由第一柔性万向铰（3-1）、驱动器（3-2）和第二柔性万向铰（3-3）组成，驱动器（3-2）位于第一柔性万向铰（3-1）的下面，第二柔性万向铰（3-3）位于驱动器（3-2）下面，三个运动支链（3）沿周向间隔120°均匀分布；每对双电容传感器（4）的上电极板（4-1）和下电极板（4-2）分别固定在镜框（1）和镜筒（2）上，且三对双电容传感器（4）周向间隔120°均匀分布。
2.根据权利要求1所述的光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置，其特征在于，第一柔性万向铰（3-1）、驱动器（3-2）和第二柔性万向铰（3-3）三者通过胶粘或螺钉固定的方式连接。
3.根据权利要求1所述的光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置，其特征在于，所述第一柔性万向铰（3-1）与镜框（1）固定，第二柔性万向铰（3-3）与镜筒（2）固定。
4.根据权利要求1所述的光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置，其特征在于，所述运动支链（3）和双电容传感器（4）在周向间隔60°交错排布。
5.根据权利要求1所述的光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置，其特征在于，光学元件（5）与镜框（1）之间通过胶粘或者压圈压紧的方式固定。
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