CN106933060B - 一种棱镜旋转调节机构和光刻机曝光系统及光刻机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种棱镜旋转调节机构和光刻机曝光系统及光刻机，其中，棱镜旋转调节机构，包括框架、柔性机构及驱动机构，所述柔性机构包括依次柔性铰接的固定件、驱动件、连接件及摇动件，所述固定件固定在框架上，所述驱动机构与所述框架固接，并与所述驱动件连接，所述摇动件上固定有棱镜，所述摇动件与所述固定件的铰接轴为所述棱镜的旋转中心。本发明采用柔性机构构成四边形柔性铰链结构，通过驱动机构直线驱动驱动件，将直线运动转化为旋转运动，使旋转运动的控制更精确，提高了棱镜的旋转控制精度，同时，棱镜的旋转中心为摇动件与固定件的铰接轴，保证了旋转中心位置的稳定，避免在旋转调节过程中发生窜扰，进一步提高棱镜的旋转控制精度。

Description

一种棱镜旋转调节机构和光刻机曝光系统及光刻机
技术领域
本发明涉及一种光刻设备，特别是涉及一种棱镜旋转调节机构和光刻机曝光系统及光刻机。
背景技术
光刻技术是一种将掩模图案曝光成像到基底上的工艺技术。在光刻过程中，基底放在工件台上，通过位于光刻设备内的曝光装置，将掩模图案投射到基底表面。曝光是光刻工艺的一个重要环节，曝光方式分为接触式、接近式、投影式和直写式。投影式曝光是在掩模板与光刻胶之间使用光学系统聚集光实现曝光。投影光刻对大规模集成电路的制造来说具有重要意义，投影物镜决定了投影光刻机的图像传递能力，是光刻机的核心。投影物镜通常采用棱镜对光路进行处理。
在曝光系统曝光过程中，由于掩模板表面存在不同程度的变形(包括加工误差及重力夹持变形等)和环境变化的影响，会使像面偏离理想成像位置。在带有直角棱镜的折返射式物镜中，需要使用调整机构调整直角棱镜的位置，从而调整像面的位置，保证成像质量。
现有技术的物镜调节机构在物镜的棱镜上直接连接压电陶瓷电机，通过压电陶瓷电机直接驱动棱镜的平移和旋转，采用这种技术，物镜调节机构对棱镜的控制精度取决于压电陶瓷电机的控制精度，在控制精度上受到限制，且在棱镜旋转调节过程中需要两个压电陶瓷电机同时调整，才能保证棱镜在调整过程中无窜扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高棱镜旋转调节精度、且在调节过程中无窜扰的棱镜旋转调节机构和光刻机曝光系统及光刻机。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：一种棱镜旋转调节机构，包括框架、柔性机构及驱动机构，所述柔性机构包括依次柔性铰接的固定件、驱动件、连接件及摇动件，所述固定件固定在框架上，所述驱动机构与所述框架固接，并与所述驱动件连接，所述摇动件上固定有棱镜，所述摇动件与所述固定件的铰接轴为所述棱镜的旋转中心。
优选的，所述固定件一端与所述驱动件中部柔性铰接，所述驱动件一端与所述连接件的一端柔性铰接、另一端为自由端，所述连接件的另一端与所述摇动件柔性铰接，所述摇动件中部与所述固定件柔性铰接。
进一步的，所述驱动机构连接所述自由端。
进一步的，还包括预紧单元，所述预紧单元一端抵触所述固定件，另一端固定在所述自由端上。
进一步的，所述预紧单元采用弹簧，所述弹簧一端抵触所述固定件，另一端固定在所述自由端上。
优选的，还包括检测单元及与检测单元对应的检测支架，所述检测支架垂直连接所述摇动件，所述检测单元固定在所述框架上且与所述驱动机构构成闭环控制系统。
进一步的，所述检测支架贯穿所述固定件后对准所述检测单元。
优选的，所述驱动机构包括驱动器支架和安装在驱动器支架上的驱动单元，所述驱动器支架与所述框架固接，所述驱动单元连接至所述驱动件。
进一步的，所述驱动单元采用压电陶瓷电机。
优选的，所述固定件、驱动件、连接件及摇动件均采用块状结构。
优选的，所述固定件、驱动件、连接件及摇动件为一体式结构。
与现有技术相比，本发明的棱镜旋转调节机构采用柔性机构构成四边形柔性铰链结构，通过驱动机构直线驱动驱动件，通过连接件和固定件传动至摇动件，进而将驱动机构的直线运动传动转换为摇动件的旋转运动，使棱镜随着摇动件发生旋转运动，使旋转运动的控制更精确，提高了棱镜的旋转控制精度，同时，棱镜的旋转中心为摇动件与固定件的铰接轴，保证了旋转中心位置的稳定，避免在旋转调节过程中发生窜扰，进一步提高了棱镜的旋转控制精度。
为了实现上述目的，本发明还提供一种光刻机曝光系统，包括投影物镜和所述棱镜旋转调节机构，所述投影物镜包括若干个棱镜，所述棱镜固定在所述棱镜旋转调节机构上。
与现有技术相比，本发明的光刻机曝光系统通过所述棱镜旋转调节机构，将直线驱动转化为旋转运动，使旋转运动的控制更精确，提高了棱镜的旋转控制精度，同时，棱镜的旋转中心为摇动件与固定件的铰接轴，保证了旋转中心位置的稳定，避免在旋转调节过程中发生窜扰，进一步提高了棱镜的旋转控制精度。
为了实现上述目的，本发明还提供一种光刻机，所述光刻机包括所述光刻机曝光系统。
与现有技术相比，本发明的光刻机通过所述棱镜旋转调节机构，将直线驱动转化为旋转运动，使旋转运动的控制更精确，提高了棱镜的旋转控制精度，同时，棱镜的旋转中心为摇动件与固定件的铰接轴，保证了旋转中心位置的稳定，避免在旋转调节过程中发生窜扰，进一步提高了棱镜的旋转控制精度。
附图说明
图1是本发明一实施例中棱镜旋转调节机构的结构示意图；
图2是本发明一实施例中柔性机构的结构示意图；
图3是本发明一实施例中柔性机构铰接轴的结构示意图；
图4是本发明的棱镜旋转调节机构的原理示意图；
图5是本发明的棱镜旋转调节机构控制精度的检测数据图；
图6是本发明的棱镜旋转调节机构模态测试的测试结果图。
图中所示：100、柔性机构；110、固定件；111、固定件贯穿孔；120、驱动件；121、驱动件贯穿孔；130、连接件；140、摇动件；200、框架；300、驱动器支架；400、驱动单元；500、预紧单元；600、检测单元；700、检测支架；K1、第一铰接轴；K2、第二铰接轴；K3、第三铰接轴；K4、第四铰接轴；α、驱动件偏转角；β、摇动件偏转角。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
如图1至图3所示，本发明的棱镜旋转调节机构，包括框架200、柔性机构100及驱动机构，所述柔性机构100包括依次柔性铰接的固定件110、驱动件120、连接件130及摇动件140，所述固定件110、驱动件120、连接件130及摇动件140均采用块状结构。所述固定件110固定在框架200上。所述驱动机构包括驱动器支架300和安装在驱动器支架300上的驱动单元400，所述驱动器支架300与框架200固接，所述驱动单元400连接至所述驱动件120。所述驱动单元400采用压电陶瓷电机。所述固定件110一端与驱动件120中部柔性铰接，所述驱动件120一端与连接件130的一端柔性铰接、另一端为自由端，所述连接件130的另一端与摇动件140柔性铰接，所述摇动件140中部与固定件110柔性铰接。所述摇动件140上固定有棱镜，所述摇动件140与固定件110的铰接轴为棱镜的旋转中心。
本发明的棱镜旋转调节机构采用柔性机构100构成四边形柔性铰链结构，通过驱动机构直线驱动驱动件120，通过连接件130和固定件110传动至摇动件140，进而将驱动机构的直线运动传动转换为摇动件140的旋转运动，使得摇动件140上的棱镜随着摇动件140发生旋转运动，使旋转运动的控制更精确，提高了棱镜的旋转控制精度，同时，棱镜的旋转中心为摇动件140与固定件110的铰接轴，保证了旋转中心位置的稳定，避免在旋转调节过程中发生窜扰，进一步提高了棱镜的旋转控制精度。所述柔性机构100采用柔性铰接的方式连接，能够实现四边形铰接的旋转传动，同时避免了机械铰链结构产生缝隙、安装不便等缺点，使旋转的控制更加精确。
所述驱动机构的驱动单元400与驱动件120的连接方式可以采用接触式连接或者通过换向结构连接，使驱动单元400的直线运动转换成驱动件120的旋转运动。如果采用接触式连接，通过驱动单元400的不同进程控制驱动件120的不同旋转角度，以适用摇动件140上棱镜的旋转控制。
重点参照图4所示，固定件110与驱动件120的铰接轴为第一铰接轴K1，驱动件120与连接件130的铰接轴为第二铰接轴K2，连接件130与摇动件140的铰接轴为第三铰接轴K3，摇动件140与固定件110的铰接轴为第四铰接轴K4，所述第一、第二、第三、第四铰接轴K1、K2、K3、K4可以通过开槽的方式制作形成。具体地，所述固定件110与驱动件120之间除了所述第一铰接轴K1，其余部分均进行开槽处理，使固定件110和驱动件120形成柔性铰接，第二、第三、第四铰接轴K2、K3、K4采用同样方法形成。
进一步的，所述固定件110、驱动件120、连接件130及摇动件140为一体式结构，通过预设上述第一、第二、第三、第四铰接轴K1、K2、K3、K4位置后，对该一体式结构进行开槽处理即可。
当驱动件120的自由端受到驱动单元400的驱动力F作用时，驱动件120与连接件130的铰接端发生偏转，设驱动件偏转角α，连接件130将运动传动到摇动件140，摇动件140发生偏转，摇动件偏转角β。棱镜固定在摇动件140上，且棱镜的旋转中心为摇动件140与固定件110的铰接轴，因此，棱镜随着摇动件140发生偏转，偏转角度与摇动件偏转角β的值相同。在棱镜的旋转调节过程中，只需要控制摇动件偏转角β的值，即可实现对棱镜旋转的精确控制。
较佳的，请参照图1，所述棱镜旋转调节机构还包括检测单元600及与检测单元600对应的检测支架700，所述检测支架700垂直连接所述摇动件140，所述检测支架700通过位于固定件110上的固定件贯穿孔111后对准所述检测单元600。所述检测单元600固定在框架200上且与所述驱动机构构成闭环控制系统。
采用上述技术，通过检测单元600与驱动机构构成闭环控制系统，对棱镜的旋转位移形成反馈控制，时时监控旋转状态，将旋转位移传送到驱动机构，使驱动机构的驱动控制更加精确，提高本棱镜旋转调节机构的控制精度。
较佳的，所述棱镜旋转调节机构还包括预紧单元500，所述预紧单元500采用弹簧，所述弹簧一端抵触所述固定件110，另一端通过位于驱动件120上的驱动件贯穿孔121后固定在所述自由端上。
采用上述技术，通过预紧单元500，既可以使驱动件120和摇动件140在初始位置受到反方向的预紧力，提高棱镜旋转的调节范围，又可以提高棱镜旋转调节机构的刚度，使棱镜旋转调节机构的模态提高，达到高阶状态。
图5所示为本发明的棱镜旋转调节机构控制精度的检测数据图，采用的检测仪器为激光干涉仪，其中，横坐标表示传感器偏转位置，纵坐标表示旋转运动的控制精度误差。由图5可以看出，本发明的棱镜旋转调节机构的精度误差可控制在0.34μrad以下，相对于现有的物镜调节机构，很大的提高了旋转运动的控制精度，这是由于驱动单元400的作用力臂较长，可提高驱动件120驱动力臂和作用力臂的比例关系，将运动过程进一步细化，显著的提高了控制精度。
图6所示为本发明的棱镜旋转调节机构模态测试的测试结果图，采用的检测仪器为模态测试仪器，其中，横坐标表示频率，纵坐标表示响应幅值。从图6中可以看出，通过对本棱镜旋转调节机构进行振动测试，测得其一阶模态为655Hz，结构模态为高阶模态。因此，本发明的棱镜旋转调节机构为高阶模态机构，提高了振动响应特性，进一步提高了棱镜的旋转控制精度。
参照图1至图3所示，本发明还提供一种光刻机曝光系统，包括投影物镜和所述的棱镜旋转调节机构，所述投影物镜包括若干个棱镜，所述棱镜固定在所述棱镜旋转调节机构上。通过所述棱镜旋转调节机构，将直线驱动转化为旋转运动，使旋转运动的控制更精确，提高了棱镜的旋转控制精度，同时，棱镜的旋转中心为摇动件140与固定件110的铰接轴，保证了旋转中心位置的稳定，避免在旋转调节过程中发生窜扰，进一步提高了棱镜的旋转控制精度。
参照图1至图3所示，本发明还提供一种光刻机包括所述的光刻机曝光系统。通过所述棱镜旋转调节机构，将直线驱动转化为旋转运动，使旋转运动的控制更精确，提高了棱镜的旋转控制精度，同时，棱镜的旋转中心为摇动件140与固定件110的铰接轴，保证了旋转中心位置的稳定，避免在旋转调节过程中发生窜扰，进一步提高了棱镜的旋转控制精度。

Claims (12)

1.一种棱镜旋转调节机构，其特征在于，包括框架、柔性机构及驱动机构，所述柔性机构包括依次柔性铰接的固定件、驱动件、连接件及摇动件，所述固定件固定在框架上，所述驱动机构与所述框架固接，并与所述驱动件连接，所述摇动件上固定有棱镜，所述摇动件与所述固定件的铰接轴为所述棱镜的旋转中心，所述固定件一端与所述驱动件中部柔性铰接，所述驱动件一端与所述连接件的一端柔性铰接、另一端为自由端，所述连接件的另一端与所述摇动件柔性铰接，所述摇动件中部与所述固定件柔性铰接。
2.根据权利要求1所述的棱镜旋转调节机构，其特征在于，所述驱动机构连接所述自由端。
3.根据权利要求1所述的棱镜旋转调节机构，其特征在于，还包括预紧单元，所述预紧单元一端抵触所述固定件，另一端固定在所述自由端上。
4.根据权利要求3所述的棱镜旋转调节机构，其特征在于，所述预紧单元采用弹簧，所述弹簧一端抵触所述固定件，另一端固定在所述自由端上。
5.根据权利要求1所述的棱镜旋转调节机构，其特征在于，还包括检测单元及与检测单元对应的检测支架，所述检测支架垂直连接所述摇动件，所述检测单元固定在所述框架上且与所述驱动机构构成闭环控制系统。
6.根据权利要求5所述的棱镜旋转调节机构，其特征在于，所述检测支架贯穿所述固定件后对准所述检测单元。
7.根据权利要求1所述的棱镜旋转调节机构，其特征在于，所述驱动机构包括驱动器支架和安装在驱动器支架上的驱动单元，所述驱动器支架与所述框架固接，所述驱动单元连接至所述驱动件。
8.根据权利要求7所述的棱镜旋转调节机构，其特征在于，所述驱动单元采用压电陶瓷电机。
9.根据权利要求1所述的棱镜旋转调节机构，其特征在于，所述固定件、驱动件、连接件及摇动件均采用块状结构。
10.根据权利要求1或9所述的棱镜旋转调节机构，其特征在于，所述固定件、驱动件、连接件及摇动件为一体式结构。
11.一种光刻机曝光系统，其特征在于，包括投影物镜和权利要求1至10中任何一项所述的棱镜旋转调节机构，所述投影物镜包括若干个棱镜，所述棱镜固定在所述棱镜旋转调节机构上。
12.一种光刻机，其特征在于，所述光刻机包括权利要求11所述的光刻机曝光系统。
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