CN105372949B - 一种光学元件重力变形补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学元件重力变形补偿装置，包括光学元件、可变形镜框、一对环形电磁铁、电容传感器和上盖板；可变形镜框为镜框内环、镜框外环和支撑圆环组成的一体化结构，镜框内环通过侧壁上的注胶孔与光学元件固连，支撑圆环下部与外镜框凸台接触提供支撑点，镜框外环上部安装一个环形电磁铁，通过电磁铁间的排斥提供垂直向下的位移量，加载后可变形镜框外框带动内框发生轴向移动，从而导致光学元件发生形变，最终实现旋转对称像差的补偿；具有结构简单，设计合理等优点。

Description

一种光学元件重力变形补偿装置

技术领域

本发明涉及高精度光学元件支撑结构设计与面形补偿，特别提供了一种光学元件重力变形补偿装置。

背景技术

对大规模集成电路的制造工艺过程来说，投影光刻是最为关键的工艺，需要用到投影光刻机，而投影物镜是投影光刻机的核心，其性能直接决定了光刻的刻线分辨率。

为保证投影物镜极高的成像质量，其中光学元件经过加工、镀膜后每个面的面形精度只允许 λ/100，约为 1nm~2nm（RMS）。一般来讲，在可见波段内，光学透镜口径较小（Ф<100mm）时，透镜自重引起的变形大概在 λ/200左右，对于普通的光学系统来说，这样量级的误差基本上可以忽略。但在 193nm 光刻投影物镜这样的高精度光学系统中，透镜最大口径达到300mm，重力变形引起的单个透镜误差能达到几十个纳米，这将严重影响光学系统的成像质量。因此，对光学系统中的透镜进行重力变形分析以及变形补偿是非常有必要的。

另外，高精度的光学元件面形的检测一般是通过菲索干涉仪进行检测的，而作为菲索干涉仪面形检测的基准，标准镜参考面的精度直接决定了检测的精度，而参考面的面形也会由于重力的作用发生很大的变化。

为降低光学元件自重对检测精度甚至光刻机曝光刻划精度的影响，研发一种可补偿光学元件重力变形的装置，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种光学元件重力变形补偿装置，以补偿光刻投影物镜中光学元件在高精度支撑下，由于重力作用引入的旋转对称像差。

本发明提供的技术方案，具体为：一种光学元件重力变形补偿装置，其特征在于，包括：

外镜框3，其内周设置有向上延伸的支撑台31，其外侧壁与所述支撑台31之间设置有凹槽32；

可变形镜框2，其通过上盖板6压紧于所述外镜框3内，且所述可变形镜框2由一体连接的镜框内环21、支撑圆环22和镜框外环23构成，其中，所述镜框内环21用于与光学元件固连，所述支撑圆环22支撑于所述支撑台31的上方，所述镜框外环23悬于所述凹槽32的上方；

第一环形电磁铁41，设置于所述上盖板6的下表面；

第二环形电磁铁42，设置于所述镜框外环23的上表面，与所述第一环形电磁铁41相对，所述第二环形电磁铁42与所述第一环形电磁铁41之间的排斥力分别垂直作用于所述镜框外环23和所述上盖板6上。

优选，所述光学元件重力变形补偿装置，还包括：

传感器5，设置于所述镜框外环23的下方，与所述第二环形电磁铁42的位置相对应，用于实时检测所述镜框外环23沿光轴方向的位移量；

且所述第一环形电磁铁41和所述第二环形电磁铁42中通入的控制电流大小依据所述传感器5检测到的位移量进行调整。

进一步优选，所述传感器5的个数为多个，其沿着所述镜框外环23周向均匀布置。

进一步优选，所述传感器5的分布圆与所述镜框外环23同轴度优于0.05mm。

进一步优选，所述外镜框3的外侧壁上设置有通孔33，所述通孔33用于所述第一环形电磁铁41和所述第二环形电磁铁42的控制电流以及所述传感器5输出信号的外接。

进一步优选，所述可变形镜框2的外壁与所述第二环形电磁铁42固定环面之间同轴度优于0.05mm；

所述上盖板6外缘与所述第一环形电磁铁41固定环面之间同轴度优于0.05mm。

进一步优选，所述上盖板6与所述外镜框3之间采用优于H7g6的间隙配合。

本发明提供的光学元件重力变形补偿装置，通过给予光学元件一定的挤压力来反向补偿光学元件的面形变化，其中，可变形镜框整体为杠杆结构，其以外镜框中的支撑台为支点，镜框外环在由第一环形电磁铁和第二环形电磁铁提供的压力作用下，带动镜框内环发生轴线移动，从而导致光学元件发生形变，用于补偿由于重力作用引入的旋转对称像差。

本发明提供的光学元件重力变形补偿装置，具有以下有益效果：

1、采用非接触式的电磁力作用，节省了空间，降低了结构设计难度，减少了材料的磨损。

2、电磁铁采用环形电磁铁，上下电磁铁的位置通过机械加工保证同轴度较高，从而使得加载力能均匀对称的作用在变形镜的变形圆环上，减少了耦合，避免引入额外的非旋转对称像差。

3、没有特别复杂的机械结构，所有机械件通过一次装卡和精密车床就可以完全加工，机械件之间都是通过间隙配合保证公差要求，不需要复杂的装调过程，实现起来非常简便。

附图说明

图1为光学元件重力变形补偿装置的结构示意图；

图2为外镜框的结构示意图；

图3为可变形镜框结构示意图；

图4为可变形镜框杠杆结构示意图。

具体实施方式

下面以具体的实施方案对本发明进行进一步解释，但是并不用于限制本发明的保护范围。

为了补偿光刻投影物镜中光学元件在高精度支撑下，由于重力作用引入的旋转对称像差，其中的旋转对称像差主要为Power项和球差，参见图1，本实施方案提供了一种光学元件重力变形补偿装置，包括：外镜框3、可变形镜框2、上盖板6、第一环形电磁铁41和第二环形电磁铁42，参见图2，在外镜框3的内周设置有向上延伸的支撑台31，该支撑台31宽度约为3-5mm，其外侧壁与所述支撑台31之间设置有凹槽32，上盖板6通过法兰接口将可变形镜框2压紧于外镜框3内，参见图3，可变形镜框2由一体连接的镜框内环21、支撑圆环22和镜框外环23构成，整体可以看作一杠杆机构，其中，参见图1，镜框内环21的侧壁上设置有注胶孔，用于与光学元1固连，支撑圆环22支撑于支撑台31的上方，镜框外环23悬于所述凹槽32的上方，在上盖板6的下表面和镜框外环23的上表面通过粘胶方式相对固定有第一环形电磁铁41和第二环形电磁铁42，该第二环形电磁铁42与第一环形电磁铁41之间的排斥力分别垂直作用于镜框外环23和上盖板6上，由于上盖板6的刚度较大，因此镜框外环23上加载有较大的垂直向下的压力，而支撑内环22支撑于支撑台31上，参见图4，根据杠杆原理，可带动镜框内环21发生光轴方向的反向移动，从而导致与镜框内环21固连的光学元件1发生形变，最终实现旋转对称相差的补偿。

本实施方案中，参见图1，在光学元件重力变形补偿装置中还设置有传感器5，该传感器5 固定设置于镜框外环23的下方，与第二环形电磁铁42的位置相对应，该传感器5可实时检测镜框外环23沿光轴方向的位移量，且第一环形电磁铁41和第二环形电磁铁42中通入的控制电流大小依据传感器5检测到的位移量进行调整。

通过实验，将传感器5检测到的可变形镜框2中镜框外环23的机械变形量，与光学元件1面形对称像差的变化量进行数据统计，找到二者之间的线性关系，标定出实现反馈调节作用的第一环形电磁铁41和第二环形电磁铁42的磁力调整量，进而确定控制电流的调整量，形成闭环进行精密控制。

其中，传感器5的个数为多个，其沿着所述镜框外环23周向均匀布置，参见图2，在镜框外环23下端与外镜框3上端对应位置通过螺钉安装3个传感器5，该3个传感器沿周向呈120°布置，其中的传感器为电容传感器。

为了提高检测的准确度和精度，上述传感器5的分布圆与镜框外环23同轴度优于0.05mm。

本实施方案中，参见图2，在外镜框3的外侧壁上设置有通孔33，该通,33用于第一环形电磁铁41和第二环形电磁铁42的电流控制和传感器5输出信号的外接，方便装置的使用连线。

为了保证第一环形电磁铁41和第二环形电磁铁42之间的电磁作用力相对光轴方向的对称性，将可变形镜框2的外壁与第二环形电磁铁42固定环面之间同轴度设计优于0.05mm，将上盖板6外缘与第一环形电磁铁41固定环面之间同轴度优于0.05mm，将上盖板6与外镜框3之间采用优于H7g6的间隙配合。

上述各个实施方案中提供的光学元件重力变形补偿装置，适用于深紫外投影物镜中光学透镜的高精度像差补偿，同时也适用于平面标准具的高精度支撑结构设计。

上述各个实施方案是按照递进的方式进行撰写的，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。

Claims (6)

1.一种光学元件重力变形补偿装置，其特征在于，包括：

外镜框（3），其内周设置有向上延伸的支撑台（31），其外侧壁与所述支撑台（31）之间设置有凹槽（32）；

可变形镜框（2），其通过上盖板（6）压紧于所述外镜框（3）内，且所述可变形镜框（2）由一体连接的镜框内环（21）、支撑圆环（22）和镜框外环（23）构成，其中，所述镜框内环（21）用于与光学元件固连，所述支撑圆环（22）支撑于所述支撑台（31）的上方，所述镜框外环（23）悬于所述凹槽（32）的上方；

第一环形电磁铁（41），设置于所述上盖板（6）的下表面；

第二环形电磁铁（42），设置于所述镜框外环（23）的上表面，与所述第一环形电磁铁（41）相对，所述第二环形电磁铁（42）与所述第一环形电磁铁（41）之间的排斥力分别垂直作用于所述镜框外环（23）和所述上盖板（6）上。

2.按照权利要求1所述光学元件重力变形补偿装置，其特征在于，还包括：

传感器（5），设置于所述镜框外环（23）的下方，与所述第二环形电磁铁（42）的位置相对应，用于实时检测所述镜框外环（23）沿光轴方向的位移量；

且所述第一环形电磁铁（41）和所述第二环形电磁铁（42）中通入的控制电流大小依据所述传感器（5）检测到的位移量进行调整。

3.按照权利要求2所述光学元件重力变形补偿装置，其特征在于：所述传感器（5）的个数为多个，其沿着所述镜框外环（23）周向均匀布置。

4.按照权利要求3所述光学元件重力变形补偿装置，其特征在于：传感器（5）的分布圆与所述镜框外环（23）同轴度优于0.05mm。

5.按照权利要求2所述光学元件重力变形补偿装置，其特征在于：所述外镜框（3）的外侧壁上设置有通孔（33），所述通孔（33）用于所述第一环形电磁铁（41）和所述第二环形电磁铁（42）的控制电流以及所述传感器（5）输出信号的外接。

6.按照权利要求1所述光学元件重力变形补偿装置，其特征在于：

所述可变形镜框（2）的外壁与所述第二环形电磁铁（42）固定环面之间同轴度优于0.05mm；

所述上盖板（6）外缘与所述第一环形电磁铁（41）固定环面之间同轴度优于0.05mm。