CN103472555B - 双电机光学元件轴向调节装置 - Google Patents

Abstract

双电机光学元件轴向调节装置，涉及深紫外投影光刻物镜结构设计与装调技术领域，为解决现有光学元件调心装置中存在的驱动器数量较多，且机构复杂，加工难度大的问题，该装置包括四个电容传感器、镜框、八个联接螺钉、柔顺驱动块和两个压电驱动器，所述四个电容传感器与镜框上表面平行放置，沿镜框上面边缘均布，且与柔顺驱动块的各直角边中点对应；镜框与柔顺驱动块通过联接螺钉固定；两个压电驱动器分别设置在柔顺驱动块的对角位置；镜框内放置光学元件；该装置在快速精密的调整的同时，避免了机械式铰链存在的摩擦、润滑、滞后的问题；柔顺驱动块作用在镜框上，能够有效降低调整力对光学元件面型的破坏；结构简单、需要电机数量少、加工成本低。

Description

双电机光学元件轴向调节装置

技术领域

本发明涉及深紫外投影光刻物镜结构设计与装调技术领域，具体涉及一种可用于光刻投影物镜系统中双电机光学元件轴向调节装置。

背景技术

投影光刻装备作为大规模集成电路制造的关键设备之一，近年来成为一个研究热点。随着集成电路精细程度的提高，投影光学装备的分辨率需求亦逐渐提高，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轴向位置进行调整补偿；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轴向位置。并且由于投影光刻物镜内部镜片的面形大都要求RMS值在1～2nm范围内，因此无论装配过程中的装调补偿调整还是使用过程中的功能性补偿，均要求实现高精度调整的同时保证调整力引起的镜片面形尽可能小。

中国专利CN100576003，于2003年公开了一种光学元件轴向调整装置，三个驱动器均布于镜框周向以提供驱动力，由三处均布六个杆及驱动模块提供传动，并通过精密传动实现运动换向并最终实现轴向调整的功能。美国专利US6259571B1，于2000年公开了一种曝光设备的光学元件调节装置，径向均布的三处调节螺钉由柔性铰链机构将切向驱动转换为轴向运动，从而实现光学元轴向运动。但是上述调整装置需要驱动器的数量较多，一般在三个或以上，同时，机构较为复杂，加工难度较大，因此会在一定程度上提高装置制造成本。

发明内容

本发明为解决现有光学元件调心装置中存在的驱动器数量较多，且机构复杂，加工难度大的问题，提供一种投影物镜系统中的双电机光学元件轴向调节装置。

双电机光学元件轴向调节装置，包括四个电容传感器、镜框、八个联接螺钉、柔顺驱动块和两个压电驱动器，所述四个电容传感器与镜框上表面平行放置，沿镜框上面边缘均布，且与柔顺驱动块的各直角边中点对应；镜框与柔顺驱动块通过联接螺钉固定；两个压电驱动器分别设置在柔顺驱动块的对角位置；镜框内放置光学元件。

所述的镜框底部设置八个螺纹孔，镜框内设置有支撑光学元件的环面；所述的柔顺驱动块具有固定螺孔、柔顺铰链和驱动器作用平台，柔顺驱动块固定螺孔与镜框底部螺纹孔匹配，通过联接螺钉固定；所述两个压电驱动器的作用在驱动器作用平台上。

本发明的原理：本发明双电机光学元件轴向调节装置，柔顺驱动块可以等效为杠杆机构。初始状态时，固定在镜筒下表面上的柔顺驱动块，通过螺钉固定在在镜框外环上，在镜框和光学元件重力作用下发生弹性变形，达到非工作平衡状态；在需要轴向调节时，压电驱动器通电并带动驱动器作用平台发生轴向变形，作用点的轴向位移通过等效杠杆传递到支撑点，光学元件与镜框的装配体随之发生轴向运动，电容传感器与驱动块各边中点一一对应，将各点轴向位移反馈给控制模块以实现压电驱动器的精确控制。

本发明的有益效果：本发明双电机光学元件轴向调节装置，采用柔顺铰链与高精度的压电驱动器结合的方式，在快速精密的调整的同时，避免了机械式铰链存在的摩擦、润滑、滞后的问题；且柔顺驱动块作用在镜框上，能够有效降低调整力对光学元件面型的破坏；整体结构紧凑，需要电机数量少，结构简单，加工成本低。

附图说明

图1为本发明双电机光学元件轴向调节装置结构示意图。

图2为本发明所述的柔顺驱动块示意图。

图3为本发明所述的镜框结构示意图。

图4为本发明所述的电容传感器与驱动器示意图。

图5为本发明所述的柔顺驱动块等效杠杆示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，双电机光学元件轴向调节装置，包括四个电容传感器1、镜框2、八个联结螺钉3、柔顺驱动块4和两个压电驱动器5。镜框2与柔顺驱动块4通过八个联接螺钉3固定。四个电容传感器器1分别与镜框2的上表面平行设置，沿镜框2上面边缘均布，且与柔顺驱动块4的各直角边中点对应，以反馈位移量的大小。两个压电驱动器5分别设置在柔顺驱动块4的对角位置。光学元件6经过调心由粘接的方式固定在镜框2内。

如图2所示，所述的镜框2底部八个加工螺纹孔2-1，镜框2内设置粘合环面2-2与光学元件6粘接配合。

如图3所示，柔顺驱动块4具有固定螺孔4-1、柔顺铰链4-2和驱动器作用平台4-3，柔顺铰链4-2由两个连杆及三个支点构成，可通过电火花线切割或者电化学腐蚀的方法加工出柔性铰链4-2结构。柔顺驱动块4四个交角上表面位置分别设置两个固定螺孔4-1。柔顺驱动块4的两对角位置为两个驱动器作用平台4-3，驱动器作用平台4-3上表面经精密加工达到优于5μm的平面度与Ra值小于1.6μm的粗糙度。柔顺驱动块固定螺孔4-1与镜框2底部螺纹孔2-1匹配，通过联接螺钉3固定。所述两个压电驱动器5的驱动球面作用在驱动器作用平台4-3上。

压电驱动器5的输出力与柔顺驱动块4的回弹力共同作用使得镜框2和光学元件6的装配体能够在不同位移下达到力学平衡状态。可以通过改变等效杠杆各力臂的长度来改变柔顺驱动块4的位移输入输出比，所述调整装置也能实现精确的微动调整。

如图5所示，本实施方案所述的柔顺铰链4-2部分可以等效为杠杆机构，压电驱动器5作用于柔顺铰链4-2右侧的连杆端部，带动其做向上或向下的运动，通过三个支点将运动传递至右侧的支点B及左侧的支点E，使其做同等大小及方向的运动，当：

$\frac{\mathrm{AB}}{\mathrm{BC}}=\frac{\mathrm{DE}}{\mathrm{CD}}$

时，驱动模块的各输出点B、E在驱动器作用在杠杆右端时实现向上的平动。

本发明所述的光学元件轴向调节装置在初始状态下，压电驱动器5不通电，处于初始位置，在镜框2和光学元件6重力作用下发生弹性变形，达到非工作平衡状态；在需要轴向调节时，压电驱动器5通电并带动驱动器作用平台发生轴向变形，作用点的轴向位移通过等效杠杆传递到支撑点，光学元件6与镜框2的装配体随之发生轴向运动。

四个均布的电容位移传感器1将各边中点的位置参数通过数据线反馈给控制模块，实时检测镜框2的位置和姿态信号，此信号经数据采集卡传递给控制器，控制模块控制压电驱动器5的输入电压大小以增大或减小压电驱动器5的输出力与输出位移，通过这种闭环方式实现对压电驱动器5的精密控制，从而实现光学元件6的轴向微动调整。

Claims (2)

1.双电机光学元件轴向调节装置，包括四个电容传感器(1)、镜框(2)、八个联接螺钉(3)、柔顺驱动块(4)和两个压电驱动器(5)，其特征是，所述四个电容传感器(1)与镜框(2)上表面平行放置，沿镜框(2)上表面边缘均布，且与柔顺驱动块(4)的各直角边中点对应；镜框(2)与柔顺驱动块(4)通过联接螺钉(3)固定；两个压电驱动器(5)分别设置在柔顺驱动块(4)的对角位置；镜框(2)内放置光学元件(6)。

2.根据权利要求1所述的双电机光学元件轴向调节装置，其特征在于，所述的镜框(2)底部设置八个螺纹孔(2-1)，镜框(2)内设置有支撑光学元件(6)的环面(2-2)；所述的柔顺驱动块(4)具有固定螺孔(4-1)、柔顺铰链(4-2)和驱动器作用平台(4-3)，柔顺驱动块固定螺孔(4-1)与镜框(2)底部螺纹孔(2-1)匹配，通过联接螺钉(3)固定；所述两个压电驱动器(5)的驱动球面作用在驱动器作用平台(4-3)上。