CN105180872A - 高精度镜间隔调整环的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

高精度镜间隔调整环的测量的方法及装置，涉及超精密光机系统测量技术领域，解决现高精度光刻投影物镜中高精度镜间隔调整环的测量方法，检测精度低，无法实现1μm以下的公差的检测问题，包括三坐标测量机，设置在工作台面上的第一球形支撑点和第二球形支撑点和第三球形支撑点，高精度镜间隔调整环设置于由第一球形支撑点球心顶点、第二球形支撑点球心顶点和第三球形支撑点球心顶点所确定的平面上，第一球形支撑点球心顶点、第二球形支撑点球心顶点和第三球形支撑点球心顶点所确定的平面与三坐标测量机的运动方向垂直；第二球形支撑点和第三球形支撑点在水平和竖直方向运动。所述的方法提高了高精度镜间隔调整环的加工和检测效率。

Description

高精度镜间隔调整环的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及超精密光机系统测量技术领域，具体涉及基于三坐标精确测量高精度镜间隔调整环的装置及方法，用于光刻投影物镜装配过程中针对高精度镜间隔调整环的检测。

背景技术

光刻投影物镜系统是目前研制出的最复杂、最精密的超精密光学系统，对于高精度的投影光刻物镜，不仅对光学设计、光学材料和光学加工有非常严格的要求，对镜头的机械结构设计、加工和装配同样有非常严格的要求。单以光刻物镜装配为例，其镜片间隔公差都在1μm以下的量级，这就要求用于调节镜间隔的调整环的尺寸形位公差也必须在1μm以下的量级。因此，实现高精度镜间隔调整环的检测成为关系着调整环能够加工合格的必要因素。

高精度镜间隔调整环的检测主要涉及调整环绝对厚度尺寸公差和相对厚度公差。传统的检测办法是将调整环置于标准平晶上，用三坐标或者长度计等测头测量调整环上表面与标准平晶之间的差值来间接测量调整环的。但是由于调整片属于“大直径小厚度”的薄壁片形，在自由状态下自身会发生弯曲，因而在测量时无法实现调整环下表面与标准平面的贴合，所以该方法在测量时会引入调整环自身的弯曲误差。所以为了准确得到调整环的精度，需要采用“点对点”式的测量方式。

目前针对调整环的形状，能实现点对点测量方式的有千分尺，万分尺，但是这些测量工具的自身检测精度均高于1μm，无法检测在1μm以下的公差。

发明内容

本发明为解决现有高精度光刻投影物镜中高精度镜间隔调整环的测量方法，检测精度低，无法实现1μm以下的公差的检测问题，提供一种高精度镜间隔调整环的测量方法及装置。

高精度镜间隔调整环的测量的方法，其特征是，包括三坐标测量机，设置在工作台面上的第一球形支撑点和第二球形支撑点和第三球形支撑点，所述第一球形支撑点、第二球形支撑点和第三球形支撑点球心顶点所确定的平面与三坐标测量机的运动方向垂直；该方法由以下步骤实现：

步骤一、调整第二球形支撑点和第三球形支撑点在工作台面上的水平位置和竖直位置，使第一球形支撑点和第二球形支撑点、第三球形支撑点的球心顶点所确定的圆的直径与高精度镜间隔调整环的直径相同；

步骤二、所述三坐标测量机测量第一球形支撑点的球心坐标和顶点坐标，获得第一球形支撑点的球心坐标和顶点坐标，将三坐标测量机调节至第一球形支撑点球心的正上方；

步骤三、将高精度镜间隔调整环设置于第一球形支撑点、第二球形支撑点和第三球形支撑点的球心顶点所确定的平面上，所述三坐标测量机沿所述第一球形支撑点球心正上方竖直向下运动，当三坐标测量机的测头与高精度镜间隔调整环接触时，获得触发点的坐标值；

步骤四、所述触发点的坐标值与步骤二中第一球形支撑点顶点坐标值的差值为高精度镜间隔调整环对应点的厚度值；

步骤五、依次旋转高精度镜间隔调整环，重复步骤三和步骤四，获得高精度镜间隔调整环周向的厚度值分布；实现对高精度镜间隔调整环的测量。

高精度镜间隔调整环的测量的装置，该装置包括三坐标测量机，设置在工作台面上的第一球形支撑点和第二球形支撑点和第三球形支撑点，高精度镜间隔调整环设置于由第一球形支撑点球心顶点、第二球形支撑点球心顶点和第三球形支撑点球心顶点所确定的平面上，所述第一球形支撑点球心顶点、第二球形支撑点球心顶点和第三球形支撑点球心顶点所确定的平面与三坐标测量机的运动方向垂直；所述第二球形支撑点和第三球形支撑点在水平和竖直方向运动。

本发明的技术效果：

一、本发明采用三坐标精确测量高精度镜间隔调整环，提高了高精度镜间隔调整环的加工和检测效率，大大缩短了整个光刻物镜装调时间。采用点对点式的测量方法既能克服工作台的平面度以及高精度调整块的弯曲等问题带来的影响，又能降低对工作台表面质量的要求，简化工作台的制造工艺，并降低制造费用。

二、本发明所述的方法不仅适合光刻投影物镜中高精度镜间隔调整环的检测，而且适用任何轴系部件轴向修调用的调整环的精度检测，也适用于任何有等厚或者绝对厚度要求的平板类零件的检测。

三、本发明所述的方法解决了现有测量方法的局限性，融合三坐标仪器精度高，点对点测量方法精度高的原理基础上，通过设计特殊的工作台将点对点的高精度测量方式引入三坐标测量体系中，使三坐标能够完成自己无法独立完成的检测任务。

本发明所述的采用三坐标精确测量高精度镜间隔调整环的装置中的三坐标测量机在德国Zeiss公司生产的高精度三坐标UPMCUltra的基础上，通过设计特殊的装调工作台实现了高精度镜间隔调整环的检测要求。该三坐标Z轴的尺寸不确定为0.3+L/1000μm，单点重复性在0.1μm以下，精度方面能够满足测量要求。

附图说明

图1为本发明所述的高精度镜间隔调整环的测量装置结构示意图；

图2为本发明所述的高精度镜间隔调整环的测量方法的工作原理图；

图3为本发明所述的高精度镜间隔调整环的测量方法中第二球形支撑点和第三球形支撑点的工作原理图；

图4为图3的A向视图；

图5为本发明所述的高精度镜间隔调整环的测量方法中第一棱形支撑点和第二棱形支撑点的工作原理图；

图6为图5的A向视图；

图7为本发明所述的高精度镜间隔调整环的测量方法中第一柱形支撑点和第二柱形支撑点10的工作原理图；

图8为图7的A向视图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式，高精度镜间隔调整环的测量方法，包括三坐标测量机1，设置在工作台面上的第一球形支撑点2和第二球形支撑点3和第三球形支撑点4，三坐标测头1能够实现自动调整到工作台面5上的球形支撑点2的球心正上方，实现精确的点对点测量方式；该方法由以下步骤实现：

一、选用三坐标测量机1作为测量高精度镜间隔调整环6的检测仪器，该三坐标的单点测量精度与高精度镜间隔调整环6的检测精度相匹配。

二、调整第二球形支撑点3和第三球形支撑点4的水平位置和竖直位置，使得第一球形支撑点2和第二球形支撑点3、第三球形支撑点4球心顶点所确定的圆与高精度镜间隔调整环6的直径相匹配，同时使得第一球形支撑点2和第二球形支撑点3、第三球形支撑点4球心顶点所确定的平面与三坐标测量机1的运动方向垂直。

三、用所述的三坐标测量机1测量第一球形支撑点2，记录第一球形支撑点2球心坐标和球顶点坐标。并将所述的三坐标测量机1调节至第一球形支撑点2球心的正上方。

四、放置高精度镜间隔调整环6于第一球形支撑点2、第二球形支撑点3和第三球形支撑点4球心顶点所确定的平面上，用所述的三坐标测量机1沿第一球形支撑点2球心正上方向下运动，得到触发点坐标值；

五、所述触发点的坐标Z值与第一球形支撑点2顶点坐标值的差值为高精度镜间隔调整环6对应点的厚度值；

六、依次旋转高精度镜间隔调整环6，并重复步骤四、五，得到高精度镜间隔调整环6完整周向的厚度分布值。

本实施方式中，所述的第二球形支撑点3、第三球形支撑点4可以对应更换为第一棱形支撑点7和第二棱形支撑点8或者第一柱形支撑点9和第二柱形支撑点10。相应在原来运动基础上增加俯仰运动。所述的第一柱形支撑点9、第二柱形支撑点10可采用电机驱动，实现测量自动化。

具体实施方式二、结合图1、图2、图3、图5和图6说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述高精度镜间隔调整环的测量方法中第二球形支撑点3、第三球形支撑点4对应更换为第一棱形支撑点7和第二棱形支撑点8后的测量实例，由以下步骤实现：

1、选用三坐标测量机1作为测量高精度镜间隔调整环6的检测仪器，该三坐标的单点测量精度与高精度镜间隔调整环6的检测精度相匹配。

2、调整第一棱形支撑点7和第二棱形支撑点8的水平位置，竖直位置和俯仰角度，使得第一球形支撑点2球心顶点和第一棱形支撑点7、第二棱形支撑点8所确定的测量范围能够包络高精度镜间隔调整环6的直径，同时使得第一球形支撑点2球心顶点和第一棱形支撑点7、第二棱形支撑点8的棱角边线所确定的平面与三坐标测量机1的运动方向垂直。用三坐标测量机1测量第一球形支撑点2，记录第一球形支撑点2球心坐标和球顶点坐标。并将所述的三坐标测量机1调节至第一球形支撑点2球心的正上方。

3、放置高精度镜间隔调整环6于第一球形支撑点2和第二球形支撑点3、第三球形支撑点4球心顶点所确定的平面上，用所述的三坐标测量机1沿第一球形支撑点2球心正上方向下运动，得到触发点坐标值。结合图2所示，实现三坐标测量头与第一球形支撑点2实现点对点测量方式。

4、高精度镜间隔调整环6该点的厚度值就等于所述触发点坐标Z值与球形支撑点2球心顶点Z值之差。

5、依次旋转高精度镜间隔调整环6，并重复测量，得到高精度镜间隔调整环6完整周向的厚度分布值。

本实施方式中所述包络是指：高精度镜间隔调整环6的直径介于如图3所示的两个虚线所形成的圆之间。即：高精度镜间隔调整环6的直径小于等于第一棱形支撑点7和第二棱形支撑点8上最近的点与第一球形支撑点2球心顶点所组成的平面直径，大于等于第一棱形支撑点7和第二棱形支撑点8上最远的点与第一球形支撑点2球心顶点所组成的平面直径范围。

具体实施方式三、结合图1、图2、图7和图8说明本实施方式，本实施方式为体实施方式一所述高精度镜间隔调整环的测量方法中第二球形支撑点3、第三球形支撑点4对应更换为第一柱形支撑点9和第二柱形支撑点10后的测量实例，由以下步骤实现：

选用三坐标测头1作为测量高精度镜间隔调整环6的检测仪器，该三坐标的单点测量精度与高精度镜间隔调整环6的检测精度相匹配。

调整第一柱形支撑点9和第二柱形支撑点10的水平位置，竖直位置和俯仰角度，使得第一球形支撑点2球心顶点和第一柱形支撑点9、第二柱形支撑点10所确定的测量范围能够包络高精度镜间隔调整环6的直径，同时使得第一球形支撑点2球心顶点和第一柱形支撑点9、第二柱形支撑点10的最高母线所确定的平面与三坐标测量机1的运动方向垂直。

用所述的三坐标测量机1测量第一球形支撑点2，记录第一球形支撑点2球心坐标和球顶点坐标。并将所述的三坐标测量机1调节至第一球形支撑点2球心的正上方。

放置高精度镜间隔调整环6于球形支撑点2和球形支撑点3、球形支撑点4球心顶点所确定的平面上，用所述的三坐标测头1沿第一球形支撑点2球心正上方向下运动，得到触发点坐标值。结合图2所示，实现三坐标测量头与第一球形支撑点2实现点对点测量方式。

则高精度镜间隔调整环6该点的厚度值触发点坐标Z值与第一球形支撑点2球心顶点Z值之差。依次旋转高精度镜间隔调整环6，并重复测量，得到高精度镜间隔调整环6完整周向的厚度值分布。其中所述的第一柱形支撑点9、第二柱形支撑点10可采用电机驱动旋转，与三坐标测量机1配合实现测量自动化。

具体实施方式四、结合图1说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的高精度镜间隔调整环的测量方法的装置，该装置包括一台三坐标测量机1，工作台面5以及工作台面上的球形支撑点2和球形支撑点3、球形支撑点4，和置于球形支撑点2球心顶点和球形支撑点3、球形支撑点4最高点所确定的平面上的高精度镜间隔调整环6，其中球形支撑点2球心顶点和球形支撑点3、球形支撑点4最点确定的平面与三坐标测头1的运动方向垂直。

所述的球形支撑点3和球形支撑点4可以在水平，竖直两个个方向运动。8、本实施方式中所述的第二球形支撑点3和第三球形支撑点4采用第一棱形支撑点7、第二棱形支撑点8代替或者采用第一柱形支撑点9和第二柱形支撑点10代替。在相应在原来运动基础上增加俯仰运动。所述的第一柱形支撑点9、第二柱形支撑点10采用电机驱动，并与三坐标测量机1配合实现测量自动化。

Claims (10)

1.高精度镜间隔调整环的测量方法，其特征是，包括三坐标测量机(1)，设置在工作台面(5)上的第一球形支撑点(2)和第二球形支撑点(3)和第三球形支撑点(4)，所述第一球形支撑点(2)、第二球形支撑点(3)和第三球形支撑点(4)球心顶点所确定的平面与三坐标测量机(1)的运动方向垂直；该方法由以下步骤实现：

步骤一、调整第二球形支撑点(3)和第三球形支撑点(4)在工作台面上的水平位置和竖直位置，使第一球形支撑点(2)和第二球形支撑点(3)、第三球形支撑点(4)的球心顶点所确定的圆的直径与高精度镜间隔调整环(6)的直径相同；

步骤二、所述三坐标测量机(1)测量第一球形支撑点(2)的球心坐标和顶点坐标，获得第一球形支撑点(2)的球心坐标和顶点坐标，将三坐标测量机(1)调节至第一球形支撑点(2)球心的正上方；

步骤三、将高精度镜间隔调整环(6)设置于第一球形支撑点(2)、第二球形支撑点(3)和第三球形支撑点(4)的球心顶点所确定的平面上，所述三坐标测量机(1)沿所述第一球形支撑点(2)球心正上方竖直向下运动，当三坐标测量机(1)的测头与高精度镜间隔调整环(6)接触时，获得触发点的坐标值；

步骤四、所述触发点的坐标值与步骤二中第一球形支撑点(2)顶点坐标值的差值为高精度镜间隔调整环(6)对应点的厚度值；

步骤五、依次旋转高精度镜间隔调整环(6)，重复步骤三和步骤四，获得高精度镜间隔调整环(6)周向的厚度值分布；实现对高精度镜间隔调整环(6)的测量。

2.根据权利要求1所述的高精度镜间隔调整环的测量方法，其特征在于，所述三坐标测量机(1)的单点测量精度与高精度镜间隔调整环(6)的检测精度相匹配。

3.根据权利要求1所述的高精度镜间隔调整环的测量方法，其特征在于，采用第一棱形支撑点(7)、第二棱形支撑点(8)替换第二球形支撑点(3)和第三球形支撑点(4)。

4.根据权利要求3所述的高精度镜间隔调整环的测量方法，其特征在于，

步骤一中，调整第一棱形支撑点(7)和第二棱形支撑点(8)的水平位置、竖直位置和俯仰角度，使第一球形支撑点(2)球心顶点、第一棱形支撑点(7)、第二棱形支撑点(8)所确定的测量范围包络高精度镜间隔调整环(6)的直径，并且使第一球形支撑点(2)球心顶点、第一棱形支撑点(7)、第二棱形支撑点(8)的棱角边线所确定的平面与三坐标测量机(1)的运动方向垂直；

步骤三中，设置高精度镜间隔调整环(6)于第一球形支撑点(2)球心顶点、第一棱形支撑点(7)和第二棱形支撑点(8)棱角边线所确定的平面上，所述三坐标测量机(1)沿所述第一球形支撑点(2)球心正上方竖直向下运动，获得触发点的坐标值。

5.根据权利要求1所述的高精度镜间隔调整环的测量方法，其特征在于，采用第一柱形支撑点(9)、第二柱形支撑点(10)替换第二球形支撑点(3)和第三球形支撑点(4)。

6.根据权利要求5所述的高精度镜间隔调整环的测量方法，其特征在于，

步骤一中，调整第一柱形支撑点(9)和第二柱形支撑点(10)的水平位置，竖直位置和俯仰角度，使第一球形支撑点(2)球心顶点和第一柱形支撑点(9)、第二柱形支撑点(10)所确定的测量范围能够包络高精度镜间隔调整环(6)的直径，并且使第一球形支撑点(2)的球心顶点和第一柱形支撑点(9)、第二柱形支撑点(10)的最高母线所确定的平面与三坐标测量机(1)的运动方向垂直。

步骤三中，设置高精度镜间隔调整环(6)于第一球形支撑点(2)球心顶点、第一柱形支撑点(9)和第二柱形支撑点(10)的最高母线所确定的平面上，所述三坐标测量机(1)沿所述第一球形支撑点(2)球心正上方竖直向下运动，获得触发点的坐标值。

7.根据权利要求1所述的高精度镜间隔调整环的测量方法的装置，其特征是，该装置包括三坐标测量机(1)，设置在工作台面(5)上的第一球形支撑点(2)和第二球形支撑点(3)和第三球形支撑点(4)，高精度镜间隔调整环(6)设置于由第一球形支撑点(2)球心顶点、第二球形支撑点(3)球心顶点和第三球形支撑点(4)球心顶点所确定的平面上，所述第一球形支撑点(2)球心顶点、第二球形支撑点(3)球心顶点和第三球形支撑点(4)球心顶点所确定的平面与三坐标测量机(1)的运动方向垂直；所述第二球形支撑点(3)和第三球形支撑点(4)在水平和竖直方向运动。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二球形支撑点(3)和第三球形支撑点(4)采用第一棱形支撑点(7)、第二棱形支撑点(8)代替。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二球形支撑点(3)和第三球形支撑点(4)采用第一柱形支撑点(9)和第二柱形支撑点(10)。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的第一柱形支撑点(9)、第二柱形支撑点(10)采用电机驱动。