CN112859529A - 一种光学元件调整装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及曝光设备技术领域，尤其涉及一种光学元件调整装置。该光学元件调整装置包括镜座和第一调节组件，镜座包括从内至外依次设置的镜座内环、镜座外环和镜座本体，镜座内环被配置为固定安装光学元件，镜座内环与镜座外环通过第一柔性铰链连接，以使镜座内环能够相对于镜座外环沿X向移动，镜座外环与镜座本体通过第二柔性铰链连接，以使镜座外环能够相对于镜座本体沿Y向移动以带动镜座内环沿Y向移动，第一调节组件能够沿水平方向移动以驱动镜座内环沿X向、Y向移动，通过镜座内环和镜座外环的配合将X向调整和Y向调整分离开，能够减小X向运动和Y向运动之间的串扰，提高调整精度，且结构简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及曝光设备技术领域，尤其涉及一种光学元件调整装置。
背景技术
曝光设备是指通过光刻工艺实现集成电路制作的设备，由于镜片的制造和装配误差，容易使得物镜的成像像质变差，因此，通常需要采用调整装置调整镜片的位置以提高镜片的对准精度。常见的调整装置分为手动调整、半自动调整和全自动调整。
目前的手动调整装置大都仅能实现镜片的X向、Y向的移动以及绕Z向的转动三个自由度的调整，该装置对X/Y/Rz三个自由度位置的调整并不解耦，且存在运动奇异性，其调整精度低；半自动调整装置是通过电动轴根据CCD相机定位进行调整，其调整精度依赖于CCD相机的检测精度以及电动轴的驱动精度，结构复杂，且成本高昂；全自动调整装置是从基板的上载下载，曝光时长和循环都是通过程序控制，若调整装置处于离线状态，则无法进行自动调整。
因此，亟待需要一种调整精度高，结构简单，能够适用于离线状态的光学元件调整装置以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学元件调整装置，以解决现有技术中存在的技术问题，该光学元件调整装置结构简单，成本低，能够在离线状态下对光学元件进行调整，且调整精度高。
为实现上述目的，提供以下技术方案：
一种光学元件调整装置，包括：
镜座，包括从内至外依次设置的镜座内环、镜座外环和镜座本体，所述镜座内环被配置为固定安装光学元件，所述镜座内环与所述镜座外环通过第一柔性铰链连接，以使所述镜座内环能够相对于所述镜座外环沿X向移动，所述镜座外环与所述镜座本体通过第二柔性铰链连接，以使所述镜座外环能够相对于所述镜座本体沿Y向移动以带动所述镜座内环沿Y向移动；
第一调节组件，能够驱动所述镜座内环沿X向和/或Y向移动。
作为优选技术方案，所述第一调节组件包括水平调节杆，所述水平调节杆沿水平方向延伸，所述水平调节杆依次穿过所述镜座本体和所述镜座外环并能够与所述镜座内环相抵接，且所述水平调节杆与所述镜座本体螺纹连接，并与所述镜座外环滑动连接，通过旋拧所述水平调节杆使所述镜座内环沿X向和/或Y向移动。
作为优选技术方案，两个所述水平调节杆对称设置在所述第一柔性铰链的两侧。
作为优选技术方案，两个所述水平调节杆的延伸线均通过所述镜座内环的中心点。
作为优选技术方案，两个所述水平调节杆相互垂直设置，两个所述水平调节杆中的一个沿X向延伸，另一个沿Y向延伸。
作为优选技术方案，所述水平调节杆与所述镜座内环相抵接的一端为球状。
作为优选技术方案，所述镜座内环上设置有凹槽，所述水平调节杆能够与所述凹槽的底部相抵接。
作为优选技术方案，所述凹槽为球状，所述水平调节杆的端部与所述凹槽球铰配合。
作为优选技术方案，所述第一柔性铰链为柔性平行四边形连杆结构的柔性铰链，以使所述镜座内环相对于所述镜座外环沿X向移动；和/或所述第二柔性铰链为柔性平行四边形连杆结构的柔性铰链，以使所述镜座外环相对于所述镜座本体沿Y向移动。
作为优选技术方案，所述第一柔性铰链到所述镜座内环的中心点的最小距离等于所述第二柔性铰链到所述镜座内环的中心点的最小距离。
作为优选技术方案，所述镜座内环为矩形；和/或所述镜座外环为矩形。
作为优选技术方案，所述光学元件调整装置还包括和第二调节组件，所述第二调节组件能够沿竖直方向移动以驱动所述镜座内环沿Z向移动以及绕X向、Y向转动。
作为优选技术方案，所述第二调节组件包括竖直调节杆，三个所述竖直调节杆以所述镜座内环的中心点为中心呈三角形设置，所述竖直调节杆能够沿竖直方向移动以与所述镜座内环的底面相抵接，通过调节三个所述竖直调节杆之间的高度差以驱动所述镜座内环沿Z向移动以及绕X向或Y向转动。
作为优选技术方案，三个所述竖直调节杆以所述镜座内环的中心点为中心呈等边三角形设置。
作为优选技术方案，所述竖直调节杆包括依次设置的夹持驱动部、螺纹连接部和球状抵接部，所述螺纹连接部被配置为与所述光学元件调整装置的基础板螺纹连接，所述球状抵接部能够与所述镜座内环的底面相抵接，通过旋拧所述夹持驱动部能够调整所述球状抵接部的高度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的光学元件调整装置，包括镜座和第一调节组件，镜座包括从内至外依次设置的镜座内环、镜座外环和镜座本体，镜座内环被配置为固定安装光学元件，镜座内环与镜座外环通过第一柔性铰链连接，以使镜座内环能够相对于镜座外环沿X向移动，镜座外环与镜座本体通过第二柔性铰链连接，以使镜座外环能够相对于镜座本体沿Y向移动以带动镜座内环沿Y向移动，第一调节组件能够沿水平方向移动以驱动镜座内环沿X向和/或Y向移动。该光学元件调整装置，能够在离线状态下对光学元件进行调整，通过镜座内环和镜座外环的配合将X向调整和Y向调整分离开，以便于第一调解组件分别对其进行调整，能够减小X向运动和Y向运动之间的串扰，提高调整精度，且结构简单，制造成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的光学元件调整装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的光学元件调整装置的俯视图；
图3为本发明实施例提供的柔性平行四边形连杆结构的柔性铰链原理图；
图4为本发明实施例提供的光学元件调整装置的水平剖视图；
图5a为本发明实施例提供的光学元件调整装置考虑球头接触滑动的面内位移分量云图；
图5b为现有技术中光学元件调整装置的面内位移分量云图；
图6为本发明实施例提供的光学元件调整装置的正视图；
图7为本发明实施例提供的光学元件调整装置的轴向剖视图；
图8为本发明实施例提供的光学元件调整装置去掉镜座的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的竖直调节杆的结构示意图。
附图标记：
100-光学元件；200-基础板；300-转接螺钉；
1-镜座；11-镜座内环；12-镜座外环；13-镜座本体；
2-水平调节杆；
3-竖直调节杆；31-夹持驱动部；32-螺纹连接部；33-球状抵接部；
4-第一柔性铰链；
5-第二柔性铰链；
6-固定螺钉。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或是本产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，或者用于区分不同结构或部件，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-图2所示，本实施例提供了一种光学元件调整装置，包括镜座1和第一调节组件，其中，镜座1包括从内至外依次设置的镜座内环11、镜座外环12和镜座本体13，镜座内环11被配置为固定安装光学元件100，镜座内环11与镜座外环12通过第一柔性铰链4连接，以使镜座内环11能够相对于镜座外环12沿X向移动，镜座外环12与镜座本体13通过第二柔性铰链5连接，以使镜座外环12能够相对于镜座本体13沿Y向移动以带动镜座内环11沿Y向移动，第一调节组件能够移动以驱动镜座内环11沿X向和/或Y向移动。优选地，第一调节组件能够在XY组成的平面内手动调节移动，以驱动镜座内环11沿X向和/或Y向移动。
简而言之，本实施例提供的光学元件调整装置，能够在离线状态下对光学元件100进行调整，通过镜座内环11和镜座外环12的配合将X向调整和Y向调整分离开，以便于第一调解组件2分别对其进行调整，能够减小X向运动和Y向运动之间的串扰，提高调整精度，且结构简单，制造成本低。
需要说明的是，本实施例中，“X向”“Y向”组成的平面为镜座内环11所在的平面，“X向”和“Y向”为该平面内任一组相互垂直的两个方向，“Z向”是与“X向”“Y向”组成的平面相垂直的方向。此外，本实施例中，该光学元件调整装置调整的X向运动、Y向运动、Z向运动均指位移量很小的微小运动。
此外，在本实施例中，镜座内环11能够沿X向移动，镜座外环12能够沿Y向移动，在其他实施例中，还可以是，镜座内环11能够沿Y向移动，镜座外环12能够沿X向移动，只要保证能够将X向运动和Y向运动分离开来即可，本实施例中，关于X向和Y向的限制仅是为了方便说明镜座内环11和镜座外环12的运动。
可选地，光学元件100可以是镜片，或其他可用于制作集成电路的材质。
优选地，第一柔性铰链4为柔性平行四边形连杆结构的柔性铰链，以使镜座内环11相对于镜座外环12沿X向移动。进一步地，第二柔性铰链5为柔性平行四边形连杆结构的柔性铰链，以使镜座外环12相对于镜座本体13沿Y向移动。
具体而言，如图3所示，第一柔性铰链4和第二柔性铰链5均采用柔性平行四边形连杆结构的柔性铰链，当L1被驱动的角度θ很小时，L2运动可认为近似解耦，只有平移的运动，其竖直方向的运动量可忽略不计，该结构的理论相对串扰为
因此，通过采用柔性平行四边形连杆结构的柔性铰链，能够减小X向运动和Y向运动之间的串扰，提高调整精度。
优选地，如图4所示，第一柔性铰链4到镜座内环11的中心点的最小距离等于第二柔性铰链5到镜座内环11的中心点的最小距离，以实现在水平面内小行程X向、Y向调整功能的近似解耦，同时保证第一柔性铰链4和第二柔性铰链5具有相同的理论串扰，以提高调整精度。
优选地，镜座内环11为矩形。进一步地，镜座外环12为矩形。通过将镜座内环11和镜座外环12设置为矩形，一方面，便于使第一柔性铰链4到镜座内环11的中心点的最小距离等于第二柔性铰链5到镜座内环11的中心点的最小距离；另一方面，能够便于第一柔性铰链4和第二柔性铰链5的安装。此外，将镜座内环11和镜座外环12设置为矩形还能够便于调整镜座内环11的X向位移，以及调整镜座外环12在Y向的位移。
进一步地，镜座内环11的中间位置开设有容纳槽，容纳槽的中心点与镜座内环11的中心点重合，光学元件100设置在容纳槽内，且光学元件100的中心点也与镜座内环11的中心点重合，以实现光学元件100能够与镜座内环11同步运动。
在其他实施例中，为了提高镜座内环11和镜座外环12的调整精度，保证镜座内环11仅能够在镜座外环12内相对于镜座外环12沿X向移动，还可以是通过限制镜座内环11的外壁和镜座外环12的内壁之间的距离，以实现镜座内环11仅能够沿X向移动。为了保证镜座外环12仅能够在镜座本体13内相对于镜座本体13沿Y向移动，还可以是通过限制镜座外环12的外壁和镜座本体13的内壁之间的距离，以实现镜座外环12仅能够沿Y向移动。
优选地，如图4所示，第一调节组件包括水平调节杆2，水平调节杆2沿水平方向延伸，水平调节杆2依次穿过镜座本体13和镜座外环12并能够与镜座内环11相抵接，且水平调节杆2与镜座本体13螺纹连接，并与镜座外环12滑动连接，通过旋拧水平调节杆2使镜座内环11沿X向、Y向移动。简而言之，水平调节杆2沿水平方向延伸，在旋拧水平调节杆2时，能够同时调整镜座内环11在X向和/或Y向的位移。
水平调节杆2与镜座本体13之间配合的螺纹为细牙螺纹，以提高水平调节杆2的调节精度。
进一步地，两个水平调节杆2对称设置在第一柔性铰链4的两侧，以通过两个水平调节杆2的配合以调整镜座内环11的位置。
示例性地，如图4所示，当两个水平调节杆2从镜座1中完全旋出后，镜座内环11和镜座外环12分别在第一柔性铰链4和第二柔性铰链5的作用下恢复至原位置。当需要仅调整镜座内环11的X向位置时，一个水平调节杆2穿过与镜座本体13后，仅与镜座外环12向配合，然后旋入另一个水平调节杆2使其伸入的长度增加，以推顶镜座内环11在X向移动。而当镜座内环11不再受到水平调节杆2的推力时，镜座内环11能够在第一柔性铰链4的弹性力的作用下恢复至原位。示例性地，当需要调整镜座内环的Y向位置时，将一个水平调节杆2从镜座外环12中旋出，然后旋入另一个水平调节杆2使其与镜座外环12的通孔相配合，从而推动镜座外环12沿Y向移动，镜座外环12移动时能够带动镜座内环11在Y向移动，从而实现镜座内环11在Y向的位置，而当镜座外环12不再受到水平调节杆2的推力时，镜座外环12能够恢复至原位。
优选地，两个水平调节杆2的延伸线均通过镜座内环11的中心点，从而使两个水平调节杆2的作用力均通过镜座内环11的中心点，使镜座内环11的受力更加平稳。
进一步地，如图4所示，两个水平调节杆2相互垂直设置，两个水平调节杆2中的一个沿X向延伸，另一个沿Y向延伸，该设置方式能够进一步减小X向运动和Y向运动的串扰，提高调整精度。
优选地，水平调节杆2与镜座内环11相抵接的一端为球状。利用水平调节杆2的球状推顶结构，能够使镜座内环11在水平面内产生微量的运动，减小运动串扰。
进一步地，镜座内环11上设置有凹槽，水平调节杆2能够与凹槽的底部相抵接。优选地，凹槽为球状，水平调节杆2的端部与凹槽球铰配合，利用水平调节杆2端部的球头的球铰功能实现光学元件100的在水平面内小行程近似解耦的X、Y调整功能。
当镜座内环11仅被水平调节杆2驱动时，在特定参数设计条件下，考虑球头接触滑动的相对位移串扰为4.77％；不考虑接触滑动时，相对位移串扰小于0.01％，可得到图5a所示的光学元件调整装置在特定参数设计条件下考虑球头接触滑动的面内位移分量云图，通过对比图5b的现有技术中调整装置，可知本实施例提供的调整装置的相对位移串扰相对较小。
优选地，如图6-图7所示，光学元件调整装置还包括第二调节组件，第一调节组件能够沿水平方向移动以驱动镜座内环11沿X向、Y向移动，第二调节组件能够沿竖直方向移动以驱动镜座内环11沿Z向移动以及绕X向、Y向转动，实现光学元件100沿X向、Y向、Z向移动，以及绕X向、Y向转动，实现对光学元件100五个自由度的调整，提高调整精度，且该调整机构结构简单，制造成本低。
进一步地，第二调节组件包括竖直调节杆3，三个竖直调节杆3以镜座内环11的中心点为中心呈三角形设置，竖直调节杆3能够沿竖直方向移动以与镜座内环11的底面相抵接，通过调节三个竖直调节杆3之间的高度差以驱动镜座内环11沿Z向移动以及绕X向、Y向转动。
示例性地，当三个竖直调节杆3同时沿Z向调整相同位移时，镜座内环11沿Z向移动，当三个竖直调节杆3在Z向调整后，三者的端部存在高度差时，镜座内环11可实现绕X向转动或绕Y向转动。
可选地，如图8所示，三个竖直调节杆3以镜座内环11的中心点为中心呈等边三角形设置，以便于通过计算三个竖直调节杆3调整量的差值，获得所需的镜座内环11的位置调整结果。
优选地，如图9所示，竖直调节杆3包括依次设置的夹持驱动部31、螺纹连接部32和球状抵接部33，螺纹连接部32被配置为与光学元件调整装置的基础板200螺纹连接，球状抵接部33能够与镜座内环11的底面相抵接，通过旋拧夹持驱动部31能够调整球状抵接部33的高度。
优选地，螺纹连接部32上的螺纹为细牙螺纹，以实现竖直调节杆3的调整精度。
进一步地，如图8结合图7所示，镜座本体13通过固定螺钉6安装固定在基础板200上。此外，基础板200的四周边缘处设置有转接螺钉300，该转接螺钉300可作为该光学元件调整装置的对外接口。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所说的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (15)
1.一种光学元件调整装置，其特征在于，包括：
镜座(1)，包括从内至外依次设置的镜座内环(11)、镜座外环(12)和镜座本体(13)，所述镜座内环(11)被配置为固定安装光学元件(100)，所述镜座内环(11)与所述镜座外环(12)通过第一柔性铰链(4)连接，以使所述镜座内环(11)能够相对于所述镜座外环(12)沿X向移动，所述镜座外环(12)与所述镜座本体(13)通过第二柔性铰链(5)连接，以使所述镜座外环(12)能够相对于所述镜座本体(13)沿Y向移动以带动所述镜座内环(11)沿Y向移动；
第一调节组件，能够驱动所述镜座内环(11)沿X向和/或Y向移动。
2.根据权利要求1所述的光学元件调整装置，其特征在于，所述第一调节组件包括水平调节杆(2)，所述水平调节杆(2)沿水平方向延伸，所述水平调节杆(2)依次穿过所述镜座本体(13)和所述镜座外环(12)并能够与所述镜座内环(11)相抵接，且所述水平调节杆(2)与所述镜座本体(13)螺纹连接，并与所述镜座外环(12)滑动连接，通过旋拧所述水平调节杆(2)使所述镜座内环(11)沿X向和/或Y向移动。
3.根据权利要求2所述的光学元件调整装置，其特征在于，两个所述水平调节杆(2)对称设置在所述第一柔性铰链(4)的两侧。
4.根据权利要求3所述的光学元件调整装置，其特征在于，两个所述水平调节杆(2)的延伸线均通过所述镜座内环(11)的中心点。
5.根据权利要求4所述的光学元件调整装置，其特征在于，两个所述水平调节杆(2)相互垂直设置，两个所述水平调节杆(2)中的一个沿X向延伸，另一个沿Y向延伸。
6.根据权利要求2所述的光学元件调整装置，其特征在于，所述水平调节杆(2)与所述镜座内环(11)相抵接的一端为球状。
7.根据权利要求6所述的光学元件调整装置，其特征在于，所述镜座内环(11)上设置有凹槽，所述水平调节杆(2)能够与所述凹槽的底部相抵接。
8.根据权利要求7所述的光学元件调整装置，其特征在于，所述凹槽为球状，所述水平调节杆(2)的端部与所述凹槽球铰配合。
9.根据权利要求1-8任一项所述的光学元件调整装置，其特征在于，所述第一柔性铰链(4)为柔性平行四边形连杆结构的柔性铰链，以使所述镜座内环(11)相对于所述镜座外环(12)沿X向移动；和/或所述第二柔性铰链(5)为柔性平行四边形连杆结构的柔性铰链，以使所述镜座外环(12)相对于所述镜座本体(13)沿Y向移动。
10.根据权利要求1-8任一项所述的光学元件调整装置，其特征在于，所述第一柔性铰链(4)到所述镜座内环(11)的中心点的最小距离等于所述第二柔性铰链(5)到所述镜座内环(11)的中心点的最小距离。
11.根据权利要求1-8任一项所述的光学元件调整装置，其特征在于，所述镜座内环(11)为矩形；和/或所述镜座外环(12)为矩形。
12.根据权利要求1所述的光学元件调整装置，其特征在于，还包括和第二调节组件，所述第二调节组件能够沿竖直方向移动以驱动所述镜座内环(11)沿Z向移动以及绕X向、Y向转动。
13.根据权利要求12所述的光学元件调整装置，其特征在于，所述第二调节组件包括竖直调节杆(3)，三个所述竖直调节杆(3)以所述镜座内环(11)的中心点为中心呈三角形设置，所述竖直调节杆(3)能够沿竖直方向移动以与所述镜座内环(11)的底面相抵接，通过调节三个所述竖直调节杆(3)之间的高度差以驱动所述镜座内环(11)沿Z向移动以及绕X向或Y向转动。
14.根据权利要求13所述的光学元件调整装置，其特征在于，三个所述竖直调节杆(3)以所述镜座内环(11)的中心点为中心呈等边三角形设置。
15.根据权利要求13所述的光学元件调整装置，其特征在于，所述竖直调节杆(3)包括依次设置的夹持驱动部(31)、螺纹连接部(32)和球状抵接部(33)，所述螺纹连接部(32)被配置为与所述光学元件调整装置的基础板(200)螺纹连接，所述球状抵接部(33)能够与所述镜座内环(11)的底面相抵接，通过旋拧所述夹持驱动部(31)能够调整所述球状抵接部(33)的高度。
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