CN113917646B - 一种动镜三自由度微调装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动镜三自由度微调装置，该装置包括：驱动单元、执行单元、柔性铰链、镜片座及外镜筒。驱动单元和执行单元安装在外镜筒上，柔性铰链与执行单元连接，柔性铰链与镜片座连接。驱动单元带动执行单元调整镜片座运动。电机产生的驱动力经过杠杆机构放大，带动柔性铰链机构的三个运动点位置变化，从而带动镜片座运动。当三个驱动器同步运动时，实现Z向位移调节；三个驱动器差动调节时，实现相应的θx、θy调节。本发明提供的动镜三自由度微调装置调节精度高，重复性好，且易于安装调节。

Description

一种动镜三自由度微调装置
技术领域
本发明用于光刻机技术领域，属于集成电路装备制造领域，尤其涉及一种动镜三自由度微调装置。
背景技术
随着大规模集成电路的发展，高精度的投影光刻机需求日益增加。对于高精度的投影光刻机，镜片的制造和装配误差都会使物镜***的成像质量下降，为了改善成像质量，需要在投影物镜中选取特定镜片来进行Z向、θx向和θy向的调节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动镜三自由度微调装置，该装置具有良好的刚性和热稳定性，可补偿因镜片加工装配误差导致的像质变化，保证物镜成像质量。
为了实现所述目的，本发明采用的技术方案为：
一种动镜三自由度微调装置，该装置包括驱动单元、执行单元、柔性铰链、镜片座及外镜筒；
所述驱动单元和执行单元安装在外镜筒上，柔性铰链与执行单元连接，柔性铰链与镜片座连接，所述驱动单元带动执行单元调整镜片座运动；
所述驱动单元包括第一电机、第二电机和第三电机；所述执行单元包括第一杠杆机构、第二杠杆机构、第三杠杆机构，每个杠杆机构包括杠杆座、球头杠杆、压圈、轴及驱动杆；所述第一电机、第二电机和第三电机分别与第一杠杆机构、第二杠杆机构、第三杠杆机构的驱动杆连接；所述柔性铰链中间面上设置有三个台阶，分别为第一台阶、第二台阶、第三台阶，分别与三个所述球头杠杆接触，柔性铰链上表面上设置有三个台阶，分别为第四台、第五台阶、第六台阶，均与镜片座固定连接，柔性铰链下表面与外镜筒固定连接；
所述驱动单元产生的驱动力经过杠杆机构放大，带动柔性铰链的三个运动点位置变化，从而带动镜片座运动，当三个所述电机同步运动时，实现镜片座Z向位移调节；当三个所述电机差动调节时，实现相应的θx、θy调节。
进一步的，所述驱动单元的三个电机沿圆周均匀分布，分别设置在外镜筒的三等分点上。
进一步的，所述执行单元为一级杠杆机构，对驱动单元的驱动力进行放大。
进一步的，所述执行单元的三个杠杆机构设置在外镜筒的三等分点上，分别对应驱动单元的三个电机。
进一步的，所述柔性铰链具有六通孔，且在该六通孔处形成铰链，相当于六个支点，所述铰链包括三组，分别为第一组铰链，第二组铰链，第三组铰链，所述三组铰链沿圆周均匀分布。
进一步的，所述第一组铰链位于第一台阶两侧，第二组铰链位于第二台阶两侧，第三组铰链位于第三台阶两侧。
进一步的，所述柔性铰链采用9Cr18金属材料制成。
进一步的，所述球头杠杆穿过轴，且位于轴的中间位置，轴承安装在轴上且位于杠杆两侧，安装后的整体结构设置在杠杆座上，杠杆座两侧用压圈压紧，压圈采用螺钉固定在杠杆座上，驱动杆的前端面与球头杠杆接触，后端设有螺纹，与所述电机连接，球头杠杆上设置有球头。
进一步的，所述台阶与镜片座通过螺纹结构固定，由此将镜片座固定到柔性铰链上。
本发明的有益效果是：
本发明稳定性好，调节精度高，重复性好，且易于安装调节；
本发明中的柔性铰链采用弹性金属材料9Cr18，具有好的弹性，可以保证不管动镜处于任何运动状态，柔性铰链均与球头杠杆的球头保持接触。
附图说明
本发明所述的单倍率投影曝光物镜具体结构形式和像质特性以附图形式作进一步阐述：
图1为本发明俯视图。
图2为本发明剖视图。
图3为本发明所述的镜片座俯视图。
图4为本发明所述的杠杆机构俯视图。
图5为本发明所述的杠杆机构剖视图。
图6为本发明所述的柔性铰链示意图。
图7为本发明所述的柔性铰链上视图。
图8为本发明所述的外镜筒俯视图。
图9为本发明所述的外镜筒侧视图。
图10为本发明所述的角度θy调节示意图。
图11为本发明所述的角度θx调节示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，参照附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1-9所示，本装置包括驱动单元、执行单元、柔性铰链、镜片座(7)及外镜筒(8)。驱动单元和执行单元安装在外镜筒上，柔性铰链与执行单元连接，柔性铰链与镜片座连接。驱动单元带动执行单元调整镜片座运动。驱动单元包括第一电机(1)、第二电机(2)和第三电机(3)；执行单元包括第一杠杆机构(4)、第二杠杆机构(5)、第三杠杆机构(6)；驱动单元的第一、第二、第三电机分别与执行单元的第一杠杆机构(4)、第二杠杆机构(5)、第三杠杆机构(6)的驱动杆连接；柔性铰链中间面(400)上设置有三个台阶，分别为第一台阶(A)、第二台阶(B)、第三台阶(C)，分别与三个球头杠杆接触，柔性铰链(9)上表面(500)上设置有三个台阶，分别为第四台阶(D)、第五台阶(E)、第六台阶(F)，均与镜片座(7)固定连接，柔性铰链(9)下表面(600)与外镜筒(8)固定连接；电机产生的驱动力经过杠杆机构放大，带动柔性铰链机构的三个台阶面A、B、C位置变化，从而带动镜片座运动。当三个电机同步运动时，实现沿镜片轴向—Z向位移调节；三个驱动器差动调节时，实现相应的镜片沿X轴及Y轴偏转角度—θx、θy调节。本发明提供的动镜三自由度微调装置调节精度高，重复性好，且易于安装调节。
如图4、5所示，由于三个杠杆机构的结构及工作原理均相同，此处以第一杠杆为例进行阐述。杠杆机构包括杠杆座(41)、球头杠杆(42)、压圈(43和44)、轴(45)、轴承(46和47)及驱动杆(48)。球头杠杆(42)穿过轴(45)，位于轴(45)的中间位置，轴承(46和47)安装在轴(45)两侧，整体安装在杠杆座(41)上，两侧用压圈(43和44)压紧，压圈(43和44)采用螺钉固定在杠杆座(41)上。驱动杆(48)的前端面与球头杠杆(42)接触，后端设有螺纹，与电机连接。杠杆座(41)开有安装孔(401和402)，球头杠杆(42)设置有球头(403)。电机带动驱动杆(48)直线运动，进而驱动球头杠杆(42)转动，使球头杠杆(42)的球头(403)向上运动。
如图1、3、6、7所示，柔性铰链上设有H1、H2、H3、H4、H5、H6六处通孔，形成铰链，相当于六个支点，其中H1、H2为第一组铰链，位于第一台阶A两侧，H3、H4为第二组铰链，位于第二台阶B两侧，H5、H6为第三组铰链，位于第三台阶C两侧，三组铰链沿圆周均匀分布。柔性铰链上设置有六个通孔(91、92、93、94、95、96)。柔性铰链的台阶A、B、C上设置有螺纹孔，由于三个台阶的结构及工作原理均相同，此处以台阶A为例进行阐述。台阶A上设置有四个螺纹孔(901、902、903、904)，用第一、第二、第三、第四安装螺钉(101、102、103、104)穿过镜片座上的安装孔(701、702、703、704)，拧入到台阶A上的螺纹孔(901、902、903、904)内，其他台阶面与镜片座的连接方式同上，以此类推，将镜片座固定到柔性铰链上。
如图4、6、8、9所示，外镜筒的底面800上开有第一、第二螺纹孔(801、802)，用螺钉穿过杠杆座上的安装孔(401和402)，拧入到外镜筒上的第一、第二螺纹孔(801和802)内，将第一杠杆固定到外镜筒的底面上，其他杠杆机构同上，以此类推。外镜筒的底面800上开有第三、第四、第五、第六、第七、第八螺纹孔(803、804、805、806、807、808)，用螺钉穿过柔性铰链上的安装孔(91、92、93、94、95、96)，拧入到外镜筒上的第三、第四、第五、第六、第七、第八螺纹孔(803、804、805、806、807、808)内，将柔性铰链固定到外镜筒的底面上。第一电机通过外镜筒上的四个螺纹孔(809、810、811、812)与外镜筒连接。
如图10和11所示，定义高度方向为Z轴，第一电机的向外方向为X轴。Z1、Z2和Z3为三个球头杠杆的球头的上升距离，R为三个球头杠杆的球头点围成圆的半径，θ为偏摆角度。
当Z1＝Z2＝Z3时，可以实现动镜Z向运动。
对于动镜在θx、θy向的调节，由于偏摆的角度较小，可以用正切来代替正弦进行计算。θy方向调节时，Z2和Z3在Z向的位移量相同，在XZ平面的投影处于同一位置，Z1需要做相反方向的位移移动。为了实现θy的调节，Z1、Z2和Z3需要调节的行程为：
Z2＝Z3＝Rcos(π/3)tanθ
Z1＝-Rtanθ
图11中，r＝R*cos(π/6)，为了实现θx方向上的调节，需保证Z1不变，Z2和Z3在Z向的位移量相同而大小相反，Z2和Z3需要调节的行程为：
Z2＝-Z3＝rtanθ＝Rcos(π/6)tanθ
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种动镜三自由度微调装置，其特征在于：
该装置包括驱动单元、执行单元、柔性铰链、镜片座及外镜筒；
所述驱动单元和执行单元安装在外镜筒上，柔性铰链与执行单元连接，柔性铰链与镜片座连接，所述驱动单元带动执行单元调整镜片座运动；
所述驱动单元包括第一电机(1)、第二电机(2)和第三电机(3)；所述执行单元包括第一杠杆机构(4)、第二杠杆机构(5)、第三杠杆机构(6)，每个杠杆机构包括杠杆座(41)、球头杠杆(42)、压圈(43，44)、轴(45)及驱动杆(48)；所述第一电机(1)、第二电机(2)和第三电机(3)分别与第一杠杆机构(4)、第二杠杆机构(5)、第三杠杆机构(6)的驱动杆连接；所述柔性铰链中间面(400)上设置有三个台阶，分别为第一台阶(A)、第二台阶(B)、第三台阶(C)，分别与三个所述球头杠杆接触，柔性铰链(9)上表面(500)上设置有三个台阶，分别为第四台阶(D)、第五台阶(E)、第六台阶(F)，均与镜片座(7)固定连接，柔性铰链(9)下表面(600)与外镜筒(8)固定连接；
所述驱动单元产生的驱动力经过杠杆机构放大，带动柔性铰链的三个运动点位置变化，从而带动镜片座运动，当三个所述电机同步运动时，实现镜片座Z向位移调节；当三个所述电机差动调节时，实现相应的θx、θy调节；所述Z向为镜片轴向方向，所述θx、θy分别为镜片沿X轴及Y轴偏转角度。
2.根据权利要求1所述的动镜三自由度微调装置，其特征在于：所述驱动单元的三个电机沿圆周均匀分布，分别设置在外镜筒的三等分点上。
3.根据权利要求1所述的动镜三自由度微调装置，其特征在于：所述执行单元为一级杠杆机构，对驱动单元的驱动力进行放大。
4.根据权利要求1所述的动镜三自由度微调装置，其特征在于：所述执行单元的三个杠杆机构设置在外镜筒的三等分点上，分别对应驱动单元的三个电机。
5.根据权利要求1所述的动镜三自由度微调装置，其特征在于：所述柔性铰链具有六通孔(H1、H2、H3、H4、H5、H6)，且在该六通孔处形成铰链，相当于六个支点，所述铰链包括三组，分别为第一组铰链(H1、H2)，第二组铰链(H3、H4)，第三组铰链(H5、H6)，所述三组铰链沿圆周均匀分布。
6.根据权利要求5所述的动镜三自由度微调装置，其特征在于：所述第一组铰链位于第一台阶(A)两侧，第二组铰链位于第二台阶(B)两侧，第三组铰链位于第三台阶(C)两侧。
7.根据权利要求1所述的动镜三自由度微调装置，其特征在于：所述柔性铰链采用9Cr18金属材料制成。
8.根据权利要求1所述的动镜三自由度微调装置，其特征在于：
所述球头杠杆(42)穿过轴(45)，且位于轴(45)的中间位置，轴承(46，47)安装在轴(45)上且位于球头杠杆(42)两侧，安装后的整体结构设置在杠杆座(41)上，杠杆座(41)两侧用压圈(43，44)压紧，压圈(43，44)采用螺钉固定在杠杆座(41)上，驱动杆(48)的前端面与球头杠杆(42)接触，后端设有螺纹，与所述电机连接，球头杠杆(42)上设置有球头(403)。
9.根据权利要求1所述的动镜三自由度微调装置，其特征在于：
所述台阶与镜片座通过螺纹结构固定，由此将镜片座固定到柔性铰链上。
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