CN103472690A - 一种投影物镜系统中光学元件轴向调节装置 - Google Patents

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巩岩
孙振
赵磊
唐大为
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Abstract

一种投影物镜系统中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整装置存在的结构复杂，加工困难，且缺乏预紧机构的问题，该装置包括四个电容传感器、镜框、四个柔性驱动块和四个压电叠堆驱动器，四个柔顺驱动块上端固定在镜框上，且均布在镜框底部圆柱面上；压电叠堆驱动器固定在柔顺驱动块上；四个电容传感器分别与镜框的上表面平行设置，并与压电叠堆驱动器的输入点对应；镜框内放置光学元件；镜框底部加工四个均布的矩形凹槽；柔顺驱动中柔顺结构顶部与凸台相连，柔顺结构底部与底座相连，柔顺驱动块顶部凸台与镜框底部凹槽配合，四个压电叠堆驱动器的底部固定在底座边框中心。

Description

一种投影物镜系统中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光学元件的轴向调节装置。
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。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。
美国专利US7488763B2，于2006年公开了一种光学元件调整装置，三个驱动器均布于镜框周向以提供驱动力，并通过柔顺机构实现精密传动以使得运动换向并最终实现轴向调整的功能；美国专利US6556364B2，于2001年公开了一种光学元件调整装置，径向相对的两处柔性传动机构通过三重柔性铰链机构将切向驱动转换为轴向运动，从而实现光学元件的轴向运动。但是上述两个调整装置的结构较为复杂，加工困难，且缺乏预紧机构。
发明内容
本发明为解决现有光学元件调整装置存在的结构复杂，加工困难，且缺乏预紧机构的问题，提供一种投影物镜系统中光学元件轴向装置。
一种投影物镜系统中光学元件轴向调节装置，包括四个电容传感器、镜框、四个柔性驱动块和四个压电叠堆驱动器，四个柔顺驱动块上端固定在镜框上，且均布在镜框底部圆柱面上；所述压电叠堆驱动器固定在柔顺驱动块上；所述四个电容传感器分别与镜框的上表面平行设置，并与压电叠堆驱动器的输入点对应；镜框内放置光学元件。
所述的镜框底部加工四个均布的矩形凹槽；柔顺驱动块包括柔顺结构、凸台和底座，柔顺结构顶部与凸台相连，柔顺结构底部与底座相连，柔顺驱动块顶部凸台与镜框底部凹槽配合，所述四个压电叠堆驱动器的底部固定在底座边框中心。
光学元件通过六个压片固定在镜框上。
本发明的原理：本发明所述的光学元件轴向调节装置在初始状态时，四个柔顺驱动块固定在镜框下表面上，且周向90°分布，通过螺钉固定在镜框外环上，在镜框和镜片重力作用下发生弹性变形，达到非工作平衡状态，起到预紧作用；在需要轴向调节时，压电驱动器通电并带动柔性驱动块发生变形进入下一平衡状态，镜框组件随之发生轴向运动。
本发明的有益效果：本装置可以实现快速精密的调整，且柔顺驱动块能承受大部分的重力，对驱动器输出力的要求大大降低，故而能弥补体积小的压电驱动器输出力偏小的缺陷；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；该装置结构简单，易于加工、成本低。
附图说明
图1为本发明一种投影物镜系统中光学元件轴向调节装置示意图。
图2为本发明所述的柔顺驱动块示意图。
图3为本发明所述的柔顺驱动块与镜框连接示意图。
图4为本发明所述的电容传感器位置关系示意图。
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，一种投影物镜系统中光学元件轴向调节装置，包括四个电容传感器1、镜框2、四个柔性驱动块4和四个压电叠堆驱动器6，四个柔顺驱动块4上端固定在镜框2上，且均布在镜框2底部圆柱面上；所述压电叠堆驱动器6固定在柔顺驱动块4上；所述四个电容传感器1分别与镜框2的上表面平行设置，并与压电叠堆驱动器6的输入点对应，以反馈位移量的大小。光学元件5经过调心后由六个压片3固定在镜框2内。
如图2所示，所述的镜框2底部加工四个均布的矩形凹槽2-1。
如图3所示，本发明所述的柔顺驱动块4包括底座4-3和柔顺结构4-1、凸台4-2，柔顺结构4-1部分可通过电火花线切割或者电化学腐蚀的方法加工，底座4-3边框中心布置四个固定螺孔4-4与压电叠堆驱动器6连接；镜框2下表面布置有矩形凹槽2-1与凸台4-2匹配，使两者固定连接；压电叠堆驱动器6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5的装配体能够在不同位移下达到力学平衡状态，从而实现光学元件的精确微动调整。
如图4所示，本实施方式所述的所述的四个均布的电容传感器1与镜框2上表面平行布置，并与压电叠堆驱动器6的作用点一一对应。
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6不通电，处于初始位置，柔顺驱动块4独自承受光学元件5和镜框2的重量，并发生轴向的弹性变形，当需要轴向调节时，压电叠堆驱动器6通电，带动柔顺支撑块4发生变形，并使得光学元件5和镜框2也随之而发生轴向的运动，从而实现高精度的轴向位移调节。
四个均布的电容位移传感器1将四个压电叠堆驱动器6的输出位移通过数据线反馈给外部控制模块，控制模块控制压电叠堆驱动器6的输入电压大小以控制压电叠堆驱动器6的输出力与输出位移，通过这种闭环方式实现对压电叠堆驱动器6的精密控制。

Claims (3)

1.一种投影物镜系统中光学元件轴向调节装置，其特征是，包括四个电容传感器（1）、镜框（2）、四个柔性驱动块（4）和四个压电叠堆驱动器（6），四个柔顺驱动块（4）上端固定在镜框（2）上，且均布在镜框（2）底部圆柱面上；所述压电叠堆驱动器（6）固定在柔顺驱动块（4）上；所述四个电容传感器（1）分别与镜框（2）的上表面平行设置，并与压电叠堆驱动器（6）的输入点对应；镜框（2）内放置光学元件（5）。
2.根据权利要求1所述的一种投影物镜系统中光学元件轴向调节装置，其特征在于，所述镜框（2）底部具有四个均布的矩形凹槽（2-1）；柔顺驱动块（4）包括柔顺结构（4-1）、凸台（4-2）和底座（4-3），柔顺结构（4-1）顶部与凸台（4-2）相连，柔顺结构（4-1）底部与底座（4-3）相连，柔顺驱动块（4）顶部凸台（4-2）与镜框（2）底部凹槽（2-1）配合，所述四个压电叠堆驱动器（6）的底部固定在底座（4-3）边框中心。
3.根据权利要求1所述的一种投影物镜系统中轴向调节装置，其特征在于，光学元件（5）通过六个压片（3）固定在镜框（2）上。
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