[发明专利]光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置

说明书

技术领域

本发明属于深紫外投影光刻物镜装调补偿与功能性补偿领域，具体涉及一种光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置。

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。

投影光刻物镜的装配过程中，为获得良好的光学性能需要对光学系统的各种像差进行补偿，从而相应地需要对某些敏感光学元件的Z轴向位移、绕X轴倾斜tip和绕Y轴倾斜tilt进行调整。同时投影光刻物镜在使用过程中，由于物镜内部的环境改变、加工产品的变化等情况，也需要相应地调整物镜内部的某些敏感光学元件的Z轴向位移、绕X轴倾斜tip和绕Y轴倾斜tilt。

发明内容

本发明为解决光刻投影物镜光学元件Z、tip、tilt三自由度高精度调整问题，提出一种基于3-RPS并联机构的光学元件柔性微动调整装置，尤其适用于深紫外投影物镜中光学透镜的微动调整。

本发明光刻投影物镜中的透镜Z、tip、tilt三自由度调整装置，包括镜框、镜筒、三个运动支链和三对双电容传感器；所述镜框和镜筒通过三个运动支链连接；所述每个运动支链均由柔性球铰、驱动器和单轴柔性铰链组成，驱动器位于柔性球铰的下面，单轴柔性铰链位于驱动器下面，三个运动支链沿周向间隔120°均匀分布；每对双电容传感器的上电极板和下电极板分别固定在镜框和镜筒上，且三对双电容传感器周向间隔120°均匀分布。

本发明的有益效果：本发明所述的光学元件Z、tip、tilt三自由度调整装置，具有实时调整的能力，能够满足光学系统装调过程中和光学系统工作过程中的调整；本发明基于3-RPS并联机构，采用了压电驱动器作为驱动单元，柔性铰链组成的柔性运动链作为传动单元，电容传感器作为位置检测反馈单元，能够实现光学元件的高精度调整定位。

附图说明

图1为本发明光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置示意图。

图2为本发明所述的运动支链轴测图。

图3为本发明所述的运动支链正视图。

图4为本发明所述的双电容传感器上电极板与镜框固定示意图。

图5为本发明所述的微动调整装置内部结构示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明的实施方式进一步说明。

如图1所示，光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整装置，包括镜框1、镜筒2、三个运动支链3和三对双电容传感器4。光学元件5与镜框1之间通过胶粘或者压圈压紧的方式固定，镜筒2和镜框1通过三个运动支链3连接。

如图2和图3所示，每个运动支链3均由上部的柔性球铰3-1、中部的驱动器3-2和下部的单轴柔性铰链3-3三部分组成，三部分之间通过胶粘或螺纹连接的方式进行固定。所述驱动器3-2能够提供沿运动支链3轴向方向的前进运动和后退运动，驱动器3-2可选用压电式驱动器、磁滞伸缩式驱动器或者气动式驱动器等。单轴柔性铰链3-3可以绕着固定旋转轴进行转动，其旋转轴线为运动支链处镜筒2的切线方向。柔性球铰3-1可以绕着其局部坐标系下的三个正交轴旋转，其中局部坐标系原点位于柔性球铰3-1的几何中心处，Z’轴方向为柔性球铰3-1的轴线方向。运动支链3上部的柔性球铰3-1与镜框1通过胶粘或者螺纹连接的方式固定，运动支链3下部的单轴柔性铰链3-3与镜筒2通过胶粘或者螺纹连接的方式固定。三个运动支链3沿周向间隔120°均匀分布。

如图4和图5所示，每对双电容传感器4均含有正对的一个上电极板4-1和一个下电极板4-2，上电极板4-1通过螺钉固定在镜框组件1上，下电极板4-2通过螺钉固定在镜筒2上。三对双电容传感器4的上电极板4-1和下电极板4-2分别沿镜框组件1和镜筒2周向间隔120°均匀分布，并且与相邻运动支链之间的周向夹角为60°。周向间隔120°均布的三对电容传感器4，用于实时检测镜框1中光学元件5的微动调整量，并将检测量反馈给驱动器，从而形成检测控制闭环，以保证光学元件5的Z、tip、tilt三自由度的高精度微动调整。

当对光学元件Z、tip、tilt三自由度微动调整时，已知光学元件所需要的Z向移动量，以及绕X轴的倾斜量tip、绕Y轴的倾斜量tilt，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3-2的输入位移量，其中所述的微动调整装置的雅克比矩阵可以通过三个柔性球铰3-1所确定外接圆的直径、三个单轴柔性铰链3-3所确定外接圆的直径、运动支链3的长度、运动支链3与镜筒2底面所成的夹角等结构参数确定。