[发明专利]光学元件X、Y、θZ三自由度微动调整装置

说明书

技术领域

光学元件X、Y、θ_Z三自由度微动调整装置，属于光刻物镜结构设计与像差补偿领域，尤其适用于深紫外投影物镜中光学透镜的微动调整。

背景技术

投影光刻装备是大规模集成电路制造工艺中的关键设备，近年来随着集成电路线宽精细程度的不断提高，投影光学装备的分辨率亦逐渐提高，目前波长193.368nm的ArF准分子激光器投影光刻装备已成为90nm、65nm和45nm节点集成电路制造的主流装备。

投影光刻物镜装调及使用过程中，为满足物镜良好的光学性能，需要周期性地对光学系统的各种像差进行检测和调整补偿，因此需要调整某些敏感光学元件沿X、Y方向的移动量和绕Z轴（光轴）的转动量θ_Z。

发明内容

本发明为解决光刻投影物镜光学元件X、Y、θ_Z三自由度高精度调整问题，提出光学元件X、Y、θ_Z三自由度微动调整装置，尤其适用于深紫外投影物镜中光学透镜的微动调整。

光学元件X、Y、θ_Z三自由度微动调整装置，包括镜框、三个驱动器和两个电容传感器；所述三个驱动器和两个电容传感器分别固定在镜框上；

所述镜框为一体化结构，由镜框内环、镜框外环和三个运动支链组成；所述每个运动支链均由三个柔性铰链、第一连杆和第二连杆组成，所述运动支链的外侧与镜框外环相连，运动支链的内侧与镜框内环相连，三个运动支链沿周向间隔120°均匀分布；

所述驱动器安装在镜框外环上，驱动器的输入位移作用在第一连杆上，其方向垂直于连杆的竖直侧面；

两个电容传感器均固定在镜框外环的内侧，并且两个电容传感器间的周向间隔为90°。

本发明的有益效果：本发明基于柔性3-RRR机构，能够实现光学元件的X、Y、θ_Z三自由度精密微动调整，该装置安装有电容传感器，用于实时测量调整机构的运动量，可以为高精度位置控制提供依据。同时本发明装置采用了一体化结构，简化了转配和调整环节，特别适合于光学元件的高精度精密调整。另外由于采用了3-RRR机构，能够保证光学元件完全约束，同时又能够保证没有多余的外力作用在光学元件上，从而能够保证调整过程中光学元件的高精度面形指标要求。

附图说明

图1为本发明所述的光学元件X、Y、θ_Z三自由度微动调整装置示意图。

图2为本发明所述的镜框示意图。

图3为本发明所述的运动支链示意图。

图4为本发明所述的柔性铰链示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的实施方式。

如图1所示，光学元件X、Y、θ_Z三自由度微动调整装置，包括镜框2、三个驱动器3和两个电容传感器4。光学元件1与镜框2之间通过胶粘的方式连接，所述三个驱动器3和两个电容传感器4分别固定在镜框2上。

如图2所示，所述镜框2为镜框内环2-1、镜框外环2-2和三个运动支链2-3组成的一体化结构，可以通过慢走丝线切割或者电化学腐蚀等方法加工。

如图3所示，所述每个运动支链2-3均由三个柔性铰链2-3-1、第一连杆2-3-2和第二连杆2-3-3组成，所述运动支链2-3的外侧与镜框外环2-2相连，运动支链2-3的内侧与镜框内环2-1相连，三个运动支链2-3沿周向间隔120°均匀分布。

如图4所示，所述柔性铰链2-3-3绕Z轴方向的转动柔度比其他方向的转动柔度大得多，因此认为其为具有绕Z轴转动自由度的转动副。

驱动器3可提供沿轴向的移动位移量，可采用压电式、磁滞伸缩式、气动式等驱动方式。所述驱动器3安装在镜框外环2-2上，驱动器3的输入位移作用在第一连杆2-3-2上，其方向垂直于第一连杆2-3-2的竖直侧面。两个电容传感器4均为单电极电容传感器，均固定在镜框外环2-2的内侧，并且两个电容传感器间的周向间隔为90°，用于实时检测镜框内环2-1沿x方向和沿y方向的位移量，从而将光学元件1的实际运动量反馈给驱动器3，实现光学元件1的高精度微动调整。

已知光学元件1所需要的X向和Y向的移动量，以及绕Z轴方向的转动量θ_Z，根据本发明微动调整装置的雅克比矩阵，可以得到三个驱动器3的输入位移量，其中该微动调整装置的雅克比矩阵可以通过第一连杆2-3-2的长度、第二连杆2-3-3的长度、镜框内环2-1的直径、第一连杆2-3-2与X向电容传感器4的夹角和第一连杆2-3-2与第二连杆2-3-3的夹角等结构参数确定。