CN105467545A - 一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置 - Google Patents

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王辉
周烽
郭本银
谢耀
王丽萍
金春水
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Abstract

一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置属于光学元件高精度面形调整技术领域，目的在于解决现有技术存在的检测支撑结构不能满足实现超高精度的面形收敛性的要求，很难实现光学元件超高面形精度控制的问题。本发明包括支撑单元、支撑盘和球形凸台，多组支撑单元在环形支撑盘上圆周均布；支撑单元包括凸台座、柔性片体和直线运动单元，凸台座周向两端面分别通过多个柔性片体与支撑盘固定连接，光学元件一个端面上圆周均布多个球形凸台，多个球形凸台分别与多组支撑单元中的凸台座配合接触，球形凸台与光学元件粘接固定，直线运动单元输出端与凸台座接触。本发明实现与运动学支撑结构相同的支撑效果的同时，实现光学元件的超高面形精度控制。

Description

一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置
技术领域
本发明属于光学元件高精度面形调整技术领域，具体涉及一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置。
背景技术
随着高精度精密光学仪器的快速发展和应用，对光学系统成像质量要求也越来越高，尤其极紫外光刻技术应用，工作波长为13～14nm的波段，光学元件加工和检测技术比传统的光学系统要求更高。为了保证光学系统成像质量，准确检测光学元件表面面形精度和光学系统波像差已成为非常重要的环节。
为了实现一定精度的面形检测，一种传统方案是采用光学元件最终应用的实际支撑结构作为面形检测过程的检测支撑结构，其优点是光学元件检测状态和最终使用状态相一致，检测加工后实现的面形即最终使用的面形；但同时也存在一定问题：首先是由于光学元件支撑结构复杂，占用空间较大，和干涉仪结构的几何兼容性差；同时由于光学元件干涉检测和面形加工采用不同的支撑方式，这就导致了光学元件和检测支撑结构需要反复拆装，而光学元件实际支撑结构作为面形检测支撑的话，其重复性相对较差，导致最终面形很难在一个高精度范围内收敛。
参见附图1，另一种工程中常采用的方案是利用专用检测支撑，为球和V槽支撑结构配合，实现三点光学元件支撑效果，其优点是该结构方便在检测过程中反复拆装光学元件，且能够保证一定程度的拆装结构重复性，同时在接触副摩擦力很小的情况下，光学元件检测状态和最终使用状态可以很接近；缺点是接触副摩擦力做到很小比较困难，一般采用接触副表面镀二硫化钼等润滑层材料或碳化硅等硬化层材料减小摩擦，即使是这样，摩擦系数的量级也很不能满足实现超高精度的面形收敛性的要求，很难实现光学元件超高面形精度的控制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置，解决现有技术存在的检测支撑结构不能满足实现超高精度的面形收敛性的要求，很难实现光学元件超高面形精度控制的问题。
为实现上述目的，本发明的一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置包括支撑单元、支撑盘和球形凸台，多组所述支撑单元在环形支撑盘上圆周均布；
所述支撑单元包括凸台座、柔性片体和直线运动单元，所述凸台座周向两端面分别通过多个柔性片体与所述支撑盘固定连接，光学元件一个端面上圆周均布多个球形凸台，多个球形凸台分别与多组支撑单元中的凸台座配合接触，所述球形凸台与所述光学元件粘接固定，所述直线运动单元输出端与凸台座接触。
每个所述球形凸台和对应的凸台座通过螺栓紧固结构连接。
所述支撑单元的数量为3个。
所述直线运动单元为直线电机。
本发明的有益效果为：本发明的一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置通过一种带有主动调整机构的柔性片体组成的运动学支撑装置来实现，该支撑装置在支撑盘和光学元件间设有三个按120°沿支撑镜面周向分布的支撑单元，支撑单元主体采用并联柔性片体实现支撑功能。每个支撑单元提供竖直方向和沿镜体侧面切向方向这两个方向的约束，三处独立支撑单元整体提供六个自由度约束，完成精确约束与支撑功能；对于单个支撑点局部来说，沿镜体径向平动方向和三个转动方向为近似自由方向，其中沿镜体径向转动方向Mr方向、沿镜体轴向转动方向Mz方向、沿镜体切向转动方向Mt方向三个自由度依靠柔性片体在相应每个方向上的结构柔性来实现，沿镜体径向平动方向Fr方向自由度依靠直线运动单元调整实现。
本发明能够控制柔性片体在光学元件精密面形检测过程中的形状，实现与常规光学元件运动学支撑结构相同的支撑效果的同时，实现光学元件的超高面形精度控制，面形控制精度RMS值好于0.05nm，该支撑装置能够实现主动面形调整，补偿消除环境温度变化对光学元件面形的影响，如物镜在曝光过程中温度升高。
附图说明
图1为运动学支撑状态下光学元件结构受力情况示意图；
图2为本发明的一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置与光学元件装配后俯视图；
图3为本发明的一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置与光学元件装配后侧视图；
图4为本发明的一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置结构俯视图；
图5为本发明的一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置中支撑单元结构示意图；
其中：1、光学元件，2、支撑单元，201、直线运动单元，202、凸台座，203、柔性片体，3、球形凸台，4、支撑盘，5、螺栓紧固结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图2、附图3和附图4，本发明的一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置包括支撑单元2、支撑盘4和球形凸台3，多组所述支撑单元2在环形支撑盘4上圆周均布；
所述支撑单元2包括凸台座202、柔性片体203和直线运动单元201，所述凸台座202周向两端面分别通过多个柔性片体203与所述支撑盘4固定连接，光学元件1一个端面上圆周均布多个球形凸台3，多个球形凸台3分别与多组支撑单元2中的凸台座202配合接触，所述球形凸台3与所述光学元件1粘接固定，所述直线运动单元201输出端与凸台座202接触。
每个所述球形凸台3和对应的凸台座202通过螺栓紧固结构5连接。
所述支撑单元2的数量为3个。
所述直线运动单元201为直线电机。
本发明的一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置整体自由度，由凸台座202、柔性片体203和直线运动单元201组成的每个支撑单元2分别提供竖直方向和沿镜面侧面切向方向上的约束，三处支撑单元2整体提供六个自由度约束。
参见附图5，对于三个支撑单元2中的每个支撑点局部来说，沿镜体径向转动方向Mr方向、沿镜体轴向转动方向Mz方向、沿镜体切向转动方向Mt方向三个自由度依靠柔性片体203在相应每个方向上的结构柔性来实现，沿镜体径向平动方向Fr方向自由度依靠直线运动单元201组成主动调整实现。

Claims (4)

1.一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置，其特征在于，包括支撑单元(2)、支撑盘(4)和球形凸台(3)，多组所述支撑单元(2)在环形支撑盘(4)上圆周均布；
所述支撑单元(2)包括凸台座(202)、柔性片体(203)和直线运动单元(201)，所述凸台座(202)周向两端面分别通过多个柔性片体(203)与所述支撑盘(4)固定连接，光学元件(1)一个端面上圆周均布多个球形凸台(3)，多个球形凸台(3)分别与多组支撑单元(2)中的凸台座(202)配合接触，所述球形凸台(3)与所述光学元件(1)粘接固定，所述直线运动单元(201)输出端与凸台座(202)接触。
2.根据权利要求1所述的一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置，其特征在于，每个所述球形凸台(3)和对应的凸台座(202)通过螺栓紧固结构(5)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置，其特征在于，所述支撑单元(2)的数量为三个。
4.根据权利要求1所述的一种具有面形调整功能的光学元件支撑装置，其特征在于，所述直线运动单元(201)为直线电机。
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