CN105467546B - 一种狭缝柔性结构的光学元件微动调整装置 - Google Patents

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Abstract

一种狭缝柔性结构的光学元件微动调整装置，属于光刻物镜结构设计与装调技术领域，为了解决现有技术存在的光学元件微动调整装置在保证光学元件极高调整精度的同时，装置的制造与装配困难的问题，本装置包括支撑镜框、微动调整机构、三个微位移驱动器、三个微位移驱动器连接座、三个微位移传感器及三个微位移传感器连接座，支撑镜框用于支撑光学元件，支撑镜框连接在微动调整机构上；三个微位移驱动器通过微位移驱动器连接座均匀分布连接在微动调整机构圆周侧壁内部；三个微位移传感器通过微位移传感器连接座连接在微动调整机构上，在圆周方向每个微位移传感器设置在两个微位移驱动器的中间位置；微动调整机构为一体化结构，装配简单。

Description

一种狭缝柔性结构的光学元件微动调整装置
技术领域
本发明涉及一种可用于光刻物镜系统中光学元件的微动调整装置，具体涉及一种狭缝柔性结构的光学元件微动调整装置，属于光刻物镜结构设计与装调技术领域。
背景技术
光刻机是集成电路装备中的关键设备，其研制的技术难度是所有集成电路装备中最大的。光刻投影物镜是光刻机的核心分系统，它占据了整个光刻机成本的三分之一以上，其研制的技术难度又是光刻机中最大的。随着集成电路特征线宽的不断减小，光刻投影物镜需要不断创造尺度、精度和效率的新极限。在光刻投影物镜的研制过程中，为了保证光刻投影物镜超高的像质要求，除了在物镜设计、制造与集成的各环节进行严格的质量控制以外，还需要在物镜的装调及运行阶段采用超高精度的光学元件微动调整装置进行像质补偿。本专利涉及一种光学元件微动调整装置包括支撑镜框、狭缝柔性结构的微动调整机构、三个微位移驱动器及其连接座和三个微位移传感器及其连接座，用于光学元件的轴向、倾斜位姿的精密微动调整。
申请号为CN201210206747.3的中国专利公开了一项名称为“光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置”的技术方案，该装置的镜框和镜筒通过三个运动支链连接，三个运动支链以动力学并联的方式实现对光学元件的Z、tip、tilt三自由度调整。各运动支链所含零部件多，装配环节多，装置对装配的要求高。受装配的影响，装置难以达到很高的机械精度。
申请号为CN201310124849.3的中国专利公开了一项名称为“一种柔性环片结构的透镜轴向微调装置”的技术方案，该装置通过柔性环片结构对透镜进行支撑与位移调节，可以实现较大的调节行程和很高的调节精度。装置采用的柔性环片结构厚度尺寸小，加工制造难度大。装置的镜筒与镜框之间通过柔性环片结构连接，对装配的要求高，装置的机械精度易受装配的影响而变差。
发明内容
为了解决现有技术存在的光学元件微动调整装置在保证光学元件极高调整精度的同时，装置的制造与装配困难的问题，本发明提出了一种狭缝柔性结构的光学元件微动调整装置。
本发明技术方案如下：
一种狭缝柔性结构的光学元件微动调整装置，包括支撑镜框、微动调整机构、三个微位移驱动器、三个微位移驱动器连接座、三个微位移传感器及三个微位移传感器连接座；
所述支撑镜框用于支撑光学元件，所述支撑镜框连接在微动调整机构上；所述三个微位移驱动器通过微位移驱动器连接座均匀分布连接在微动调整机构圆周侧壁内部；
所述三个微位移传感器通过微位移传感器连接座连接在微动调整机构上，在圆周方向每个微位移传感器设置在两个微位移驱动器的中间位置。
所述微动调整机构为具有侧壁和圆环面的一体化结构，在圆环面上至少具有三条连接圆环，内侧连接圆环和外侧连接圆环宽度均为d1，中间的连接圆环宽度均为d2，且d1>d2；相邻所述连接圆环之间具有相同宽度的狭缝，狭缝所在的同心圆上设置多个连接桥，相邻狭缝所在同心圆上的连接桥与之相互交错均匀分布；
支撑镜框设置在内侧的连接圆环；
每个微位移驱动器的输出轴连接在内侧的连接圆环上；
每个微位移传感器与内侧的连接圆环相对应。
微位移驱动器可采用气动式、压电式和磁滞伸缩式驱动方式。
所述微位移传感器可采用电容式、光栅式和光纤式测量方式。
本发明的有益效果为：狭缝柔性结构的光学元件微动调整装置在保证光学元件极高调整精度的同时，装置的制造及装配容易。装置中狭缝柔性结构的微动调整机构为一体化结构，可减少装配环节，提高装置的机械精度。装置中狭缝柔性结构的微动调整机构采用电火花线切割工艺即可加工完成，加工制作容易，且易于实现较高的加工精度，进而利于提高装置的调整精度。装置的结构紧凑，具备实时调整能力，可满足光刻投影物镜中光学元件的微动调整需求。
附图说明
图1为本发明的一种柔性结构的光学元件微动调整装置的主视示意图。
图2为本发明的一种柔性结构的光学元件微动调整装置的部分剖视示意图。
图3为本发明的一种柔性结构的光学元件微动调整装置的俯视示意图。
图4为本发明的一种柔性结构的光学元件微动调整装置中柔性结构的原理示意图。
其中：1、光学元件，2、支撑镜框，3、微动调整机构，3-1、连接圆环，3-2、连接桥，3-3、狭缝，4、微位移驱动器，5、微位移驱动器连接座，6、微位移传感器连接座，7、微位移传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步说明。
如图1至图3所示，一种狭缝柔性结构的光学元件微动调整装置，其包括支撑镜框2、微动调整机构3、三个微位移驱动器4及其连接座5和三个微位移传感器7及其连接座6。
所述支撑镜框2用于支撑光学元件1，所述支撑镜框2连接在微动调整机构3上。所述三个微位移驱动器4通过微位移驱动器连接座5均匀分布连接在微动调整机构3圆周侧壁内部。所述三个微位移传感器7通过微位移传感器连接座6连接在微动调整机构3上，在圆周方向每个微位移传感器7设置在两个微位移驱动器4的中间位置。
所述微动调整机构3为具有侧壁和圆环面的一体化结构，并采用电火花切割工艺加工完成，在其圆环面上至少具有三条连接圆环3-1，内侧连接圆环3-1和外侧连接圆环3-1宽度均为d1，中间的连接圆环3-1宽度均为d2，且d1>d2。相邻所述连接圆环3-1之间具有相同宽度的狭缝3-3，狭缝3-3所在的同心圆上设置多个连接桥3-2，相邻狭缝3-3所在同心圆上的连接桥3-2与之相互交错均匀分布。支撑镜框2设置在内侧的连接圆环3-1。
每个微位移驱动器4的输出轴连接在内侧的连接圆环3-1上；在微位移驱动器4的作用下，微动调整机构3的内侧的连接圆环3-1可相对于外侧的连接圆环3-1运动，进而带动光学元件1微动调整。
每个微位移传感器7与内侧的连接圆环3-1相对应。微位移传感器7分别与所述微动调整机构3的内侧的连接圆环3-1的下表面相对应。微位移驱动器4可采用气动式、压电式、磁滞伸缩式等驱动方式，以实现纳米量级微动。微位移传感器7可采用电容式、光栅式、光纤式等测量方式，以实现纳米量级检测。根据三个微位移传感器7的反馈信号控制三个微位移驱动器4的进给量，可精确控制光学元件的轴向、倾斜位姿，保证光学元件的微动调整精度达到纳米量级。支撑镜框2连接在微动调整机构3的内侧的连接圆环3-1上。所述三个微位移驱动器连接座5均匀分布连接在微动调整机构3的外侧的连接圆环3-1侧壁内部。
如图4所示，微动调整机构3为具有侧壁和圆环面的一体化结构，在圆环面上排布五个连接圆环3-1，且相邻连接圆环3-1之间具有相同宽度的狭缝3-3，狭缝3-3所在的同心圆上设置两个连接桥3-2，相邻狭缝3-3所在同心圆上的连接桥3-2与之相互交错均匀分布；相邻的狭缝3-3在沿x轴和y轴的直径两端设置连接桥3-2。从内侧的连接圆环3-1开始的第一层和第三层狭缝3-3同心圆中，连接桥3-2分别位于坐标系中的90°位置和270°位置；第二层和第四层狭缝3-3同心圆中，连接桥3-2分别位于坐标系中的0°位置和180°位置。
狭缝柔性结构的柔性来自于相邻的狭缝3-3之间的连接圆环3-1及狭缝3-3同心圆内的连接桥3-2。当受到微位移驱动器4的作用时，连接圆环3-1和连接桥3-2可视为悬臂梁可产生形变，从而使微动调整机构3的内侧的连接圆环3-1相对于外侧的连接圆环3-1具备柔性。连接圆环3-1作为悬臂梁，其长度较大，可产生较大形变，从而使得微动调整机构3具备较大的调整量。狭缝3-3同心圆的连接桥3-2为两个时，微动调整机构3可具备Z/Rx/Ry三个方向的自由度，狭缝3-3同心圆连接桥为两个以上时，微动调整机构3可具备Z一个方向的自由度。

Claims (3)

1.一种狭缝柔性结构的光学元件微动调整装置，其特征是，包括支撑镜框(2)、微动调整机构(3)、三个微位移驱动器(4)、三个微位移驱动器连接座(5)、三个微位移传感器(7)及三个微位移传感器连接座(6)；
所述支撑镜框(2)用于支撑光学元件(1)，所述支撑镜框(2)连接在微动调整机构(3)上；所述三个微位移驱动器(4)通过微位移驱动器连接座(5)均匀分布连接在微动调整机构(3)圆周侧壁内部；
所述三个微位移传感器(7)通过微位移传感器连接座(6)连接在微动调整机构(3)上，在圆周方向每个微位移传感器(7)设置在两个微位移驱动器(4)的中间位置；
所述微动调整机构(3)为具有侧壁和圆环面的一体化结构，在圆环面上至少具有三条连接圆环(3-1)，内侧连接圆环(3-1)和外侧连接圆环(3-1)宽度均为d1，中间的连接圆环(3-1)宽度均为d2，且d1>d2；相邻所述连接圆环(3-1)之间具有相同宽度的狭缝(3-3)，狭缝(3-3)所在的同心圆上设置多个连接桥(3-2)，相邻狭缝(3-3)所在同心圆上的连接桥(3-2)相互交错均匀分布；
支撑镜框(2)设置在内侧的连接圆环(3-1)；
每个微位移驱动器(4)的输出轴连接在内侧的连接圆环(3-1)上；
每个微位移传感器(7)与内侧的连接圆环(3-1)相对应。
2.根据权利要求1所述的一种狭缝柔性结构的光学元件微动调整装置，其特征在于，微位移驱动器(4)可采用气动式、压电式和磁滞伸缩式驱动方式。
3.根据权利要求1所述的一种狭缝柔性结构的光学元件微动调整装置，其特征在于，所述微位移传感器(7)可采用电容式、光栅式和光纤式测量方式。
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