CN103901576A - 可动镜片微调机构 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种可动镜片微调机构，其驱动单元包括第一电机和第二电机，执行单元包括柔性结构和固定铰链，所述柔性结构包括第一驱动端和第二驱动端，所述柔性结构通过固定铰链与底座转动连接，所述第一电机与所述第一驱动端连接，提供柔性结构水平方向的驱动力；所述第二电机与所述第二驱动端连接，以固定铰链作为支点提供柔性结构转动的驱动力。本发明提供的可动镜片微调机构可以实现可动镜片在水平方向的平移和镜片沿光轴的旋转，实现更优化的调节作用。

Description

可动镜片微调机构

技术领域

本发明涉及光刻机设备，尤其是涉及光刻设备中的可动镜片微调机构。

背景技术

在半导体集成电路制造工艺中，光刻工艺是其中最为重要的步骤之一。光刻工艺的过程是经曝光系统将预制在掩模板上的器件或电路图形按所要求的位置，通过投影物镜精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光刻胶层上。光刻工艺的好坏将直接影响半导体器件的特征尺寸和产品品质，其中，投影物镜作为其光学成像系统，其像差和畸变是影响光刻分辨率和精度的重要因素。投影透镜工作环境和安装精度都会对成像质量产生不良影响，为了解决这一问题，一般采用一个可动镜片，通过实时对可动镜片的调节来补偿这些不良因素引起的像差和畸变。

目前可动镜片的微调机构一般包括设置在镜片座圆周上的若干组微调单元，通过微调单元的丝杠凸轮等设备来对镜片座的圆周上的多个点进行高度的调节来实现整个可动镜片的高度的调节以及水平方向一定角度的翻转。例如，中国专利文献CN200810204974所揭示的可动镜片微调机构，利用两级杠杆机构来放大驱动单元的的驱动力对镜片进行调节，优点在于结构简单，对输出位移起到有效的放大作用，然而，随着对光刻工艺精度要求的提高，这样的调节可动镜片的方式无法完全满足对可动镜片的调节需求，一方面传统的可动镜片微调机构有着一定的局限性，无法实现可动镜片在水平方向的平移和镜片沿光轴的旋转；另一方面，在镜片做一定角度的翻转时，镜片的中心会偏离光轴，无法达到理想的补偿效果。

发明内容

本发明提供一种可动镜片微调机构，以解决传统的可动镜片微调机构无法实现可动镜片在水平方向的平移和镜片沿光轴的旋转以及镜片作翻转微调时镜片的中心会偏离光轴无法达到理想的补偿效果的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种可动镜片微调机构，包括若干组微调单元，每组微调单元包括底座、驱动单元和执行单元，所述驱动单元驱动所述执行单元调整镜片座，所述驱动单元包括第一电机和第二电机，所述执行单元包括柔性结构和固定铰链，所述柔性结构包括第一驱动端和第二驱动端，所述柔性结构通过固定铰链与底座转动连接，所述第一电机与所述第一驱动端连接，提供柔性结构水平方向的驱动力；所述第二电机与所述第二驱动端连接，以固定铰链块作为支点提供柔性结构转动的驱动力。

可选的，所述柔性结构还包括：第一连杆、第二连杆、第三连杆、转动连杆以及连接块；所述第一驱动端通过水平设置的第一连杆与连接块连接，所述连接块通过竖直设置的第三连杆与转动连杆连接，所述转动连杆通过水平设置的第二连杆与第二驱动端连接；所述连接块与镜片座固定，所述转动连杆通过固定铰链与底座转动连接。

可选的，所述第一连杆、第二连杆和第三连杆两端开有凹槽。

可选的，所述驱动单元还包括第一螺杆、第二螺杆、第一轴连器和第二轴连器，所述第一电机通过第一螺杆和第一轴连器与第一驱动端连接，所述第二电机通过第二螺杆和第二轴连器与第二驱动端连接。

可选的，所述第一电机与第二电机通过螺钉固定在底座上。

可选的，所述第一电机与第二电机采用亚微米级运动精度的步进电机。

可选的，可动镜片微调机构，包括三组微调单元。

可选的，所述三组微调单元分别设置在镜片座的圆周的三等分点上。

与现有技术相比，本发明提供的可动镜片微调机构，由于柔性结构的型变性，在第一电机和第二电机的联合驱动下，微调单元不仅能完成高度方向上的调节，还能有一定的水平移动能力，通过这样的多个微调单元可以实现可动镜片在水平方向的平移和镜片沿光轴的旋转，并解决镜片作翻转微调时镜片的中心会偏离光轴无法达到理想的补偿效果的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的可动镜片微调机构的立体结构示意图；

图2为本发明实施例的微调单元的立体结构示意图；

图3为本发明实施例的柔性结构的立体结构示意图；

图4为本发明实施例的柔性结构的正视图；

图5为本发明实施例的微调单元的结构简化图；

图6至图7为本发明实施例的微调单元的运动原理图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于，提供一种可动镜片微调机构，所述驱动单元包括第一电机和第二电机，所述执行单元包括柔性结构和固定铰链，所述柔性结构包括第一驱动端和第二驱动端，所述柔性结构通过固定铰链与底座转动连接，所述第一电机与所述第一驱动端连接，提供柔性结构水平方向的驱动力；所述第二电机与所述第二驱动端连接，以固定铰链块作为支点提供柔性结构转动的驱动力。由于柔性结构的型变性，在第一电机和第二电机的联合驱动下，微调单元不仅能完成高度方向上的调节，还能有一定的水平移动能力，通过这样的多个微调单元可以实现可动镜片在水平方向的平移和镜片沿光轴的旋转以及解决镜片作翻转微调时镜片的中心会偏离光轴无法达到理想的补偿效果的问题。

以下结合附图1到图7和具体实施例对本发明提出的可动镜片微调机构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

参考图1和图2，可动镜片微调机构包括若干组微调单元300，每组微调单元300包括底座320、驱动单元340和执行单元，微调单元300与镜片座400连接，可动镜片200固定在镜片座400上，所述驱动单元340通过驱动执行单元调整镜片座400达到对可动镜片200的微调，整个微调机构通过底座320固定在外部基座100上。所述驱动单元340包括第一电机341和第二电机342，所述执行单元包括具有形变能力的柔性结构310和固定铰链330，所述柔性结构310包括第一驱动端311和第二驱动端312，所述柔性结构310通过固定铰链330与底座320转动连接，所述第一电机341与所述第一驱动端311连接，提供柔性结构水平方向的驱动力；所述第二电机342与所述第二驱动端312连接，以固定铰链330作为支点提供柔性结构转动的驱动力。

具体的，继续参照图1至图2，本实施例的可动镜片微调机构，包括三组微调单元，分别设置在镜片座的圆周的三等分点上。进一步的，柔性结构310还包括：第一连杆315、第二连杆317、第三连杆316、转动连杆314以及连接块313；所述第一驱动端311通过水平设置的第一连杆315与连接块313连接，所述连接块313通过竖直设置的第三连杆316与转动连杆314连接，所述转动连杆314通过水平设置的第二连杆317与第二驱动端312连接；所述连接块313与镜片座400固定，所述转动连杆314通过固定铰链330与底座320转动连接。

所述驱动单元还包括第一螺杆（未图示）、第二螺杆（未图示）和第一轴连器343和第二轴连器344，所述第一电机341通过第一螺杆和第一轴连器343与第一驱动端连接，同样，所述第二电机342通过第二螺杆和第二轴连器344与第二驱动端连接。所述第一电机341与第二电机342通过螺钉固定在底座320上。为了达到高精度的微调目的，所述第一电机341与第二电机342优选采用亚微米级运动精度的步进电机。

为了增加柔性结构310的可形变性，参照图4，本实施例中，在第一连杆315、第二连杆317和第三连杆316的两端都开有凹槽。其中第二连杆317两端开有垂直于纸面的凹槽，第一连杆315和第三连杆316两端开有一对相互垂直的第一凹槽318和第二凹槽319，第一凹槽318垂直于纸面，第二凹槽319垂直于第一凹槽318并和与连接块313接触的一面平行。第一凹槽318可以增加柔性结构的可行变形，使第一电机341和第二电机342可以更容易驱动柔性结构运动；第二凹槽319用以吸收三组微调单元在工作时出现短暂不同步运动产生的阻力，避免微调单元无法正常运动以及对电机寿命产生影响。

参照图5至图7，图5为本发明实施例的微调单元的结构简化图，图6至图7为本发明实施例的一组微调单元的运动原理图。通过简化的结构图来说明微调单元的运动方式。参考图5，柔性结构具有一定的形变能力，可简化为连接部分可发生形变的结构，从前面的连接可以看出对镜片的微调是通过连接块313的运动来带动镜片座运动，因此可以简化为连接块313的运动。

参照图6，定义投影物镜高度的方向为Z轴，水平方向为X轴。连接块313沿Z轴正方向的运动可由以下方式实现：第二电机342对第二驱动端312提供X轴正方向的驱动力，第二连杆317带动转动连杆314以固定铰链330为支点转动，从而带动第三连杆316驱动连接块313向Z正方向和X轴负方向位移，同时第一电机341在X轴正方向上通过第一驱动端311和第一连杆315带动连接块313在X轴正方向位移，补偿由第二电机342带来的X轴负方向的位移，完成连接块313在Z轴正方向的运动。

参照图7，连接块313在X轴方向的运动可由以下方式实现：第一电机341通过第一驱动端311和第一连杆315带动连接块313在X轴上发生位移，比如X轴负方向，由于柔性结构310的形变，连接块在Z轴负方向会有微小位移，因此，在第一电机341作动的同时第二电机342对第二驱动端312提供X轴正方向的驱动力，通过转动连杆330和第三连杆316带动连接块313以补偿在Z轴方向上的位移。同理，由位移的合成原理，可以实现连接块313在XZ平面上的位移，在此不再赘述。

通过三组微调单元的连接块的位移作用，即可确定镜片座400的调节运动：通过三组微调单元的各个连接块在Z轴上相同的位移，完成镜片座在Z轴方向的运动；通过三组微调单元的各个连接块在Z轴上不相同的位移，完成镜片座进行一定角度的翻转；通过三组微调单元的各个连接块水平方向上一致运动（均沿镜片座上的切线的同一方向），完成镜片座沿光轴的一定角度的旋转运动；通过三组微调单元的各个连接块水平方向上不一致运动（沿镜片座上的切线的不同方向），由位移的合成可得到镜片座水平方向上的平移。在镜片座进行一定角度的翻转时同时进行镜片水平方向的位移即可消除因镜片座翻转造成镜片中心偏离光轴的问题。并且相比现有的可动镜片微调机构可以实现镜片水平和沿光轴转动的调节作用，因此可实现更优化的调节。

综上所述，本发明提供了一种可动镜片微调机构，该可动镜片微调机构，由于柔性结构的型变性第一电机和第二电机的联合驱动，不仅能完成高度方向上的运动，还能有一定的水平移动能力，通过这样的多个微调单元可以实现可动镜片在水平方向的平移和镜片沿光轴的旋转以及解决镜片作翻转微调时镜片的中心会偏离光轴无法达到理想的补偿效果的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种可动镜片微调机构，包括若干组微调单元，每组微调单元包括底座、驱动单元和执行单元，所述驱动单元驱动所述执行单元调整镜片座，其特征在于，所述驱动单元包括第一电机和第二电机，所述执行单元包括柔性结构和固定铰链，所述柔性结构包括第一驱动端和第二驱动端，所述柔性结构通过固定铰链与底座转动连接；所述第一电机与所述第一驱动端连接，提供柔性结构水平方向的驱动力；所述第二电机与所述第二驱动端连接，以固定铰链作为支点提供柔性结构转动的驱动力。

2.如权利要求1所述的可动镜片微调机构，其特征在于，所述柔性结构还包括：第一连杆、第二连杆、第三连杆、转动连杆以及连接块；所述第一驱动端通过水平设置的第一连杆与连接块连接，所述连接块通过竖直设置的第三连杆与转动连杆连接，所述转动连杆通过水平设置的第二连杆与第二驱动端连接；所述连接块与镜片座固定，所述转动连杆通过固定铰链与底座转动连接。

3.如权利要求2所述的可动镜片微调机构，其特征在于，所述第一连杆、第二连杆和第三连杆两端开有凹槽。

4.如权利要求1所述的可动镜片微调机构，其特征在于，所述驱动单元还包括第一螺杆、第二螺杆、第一轴连器和第二轴连器，所述第一电机通过第一螺杆和第一轴连器与第一驱动端连接，所述第二电机通过第二螺杆和第二轴连器与第二驱动端连接。

5.如权利要求4所述的可动镜片微调机构，其特征在于，所述第一电机与第二电机通过螺钉固定在底座上。

6.如权利要求5所述的可动镜片微调机构，其特征在于，所述第一电机与第二电机采用亚微米级运动精度的步进电机。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的可动镜片微调机构，其特征在于，所述可动镜片微调机构包括三组微调单元。

8.如权利要求7所述的可动镜片微调机构，其特征在于，所述三组微调单元分别设置在镜片座的圆周的三等分点上。

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