TWI666469B - Optical path compensation device - Google Patents

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TWI666469B
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李淑蓉
程海林
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大陸商上海微電子裝備（集團）股份有限公司
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Abstract

本發明公開了一種光程補償裝置，包括楔板組、驅動機構及預緊單元，其中，所述楔板組包括可動楔板和固定楔板，所述可動楔板與所述固定楔板的楔角相同，楔面方向相反，所述預緊單元將所述可動楔板彈性壓設在所述固定楔板上，所述驅動機構驅動所述可動楔板的楔面相對固定楔板的楔面滑動。採用本發明提供的光程補償裝置，在避免引入其他方向誤差的情況下有效實現對調焦調平測系統焦面位置的校正；校準過程順暢、操作方便，且校準精度高。

Description

光程補償裝置
本發明有關於半導體整合電路裝備製造領域，特別是有關於一種光程補償裝置。
在調焦調平測量系統中，光路採用雙遠心的Scheimpflug結構(斜物成斜像)。在光路的裝調過程中，如果物面或像面存在離焦誤差，當測量對象-矽片表面存在傾斜時，會引入矽片的垂向測量誤差，即所謂的“離焦傾斜效應”。因此，光路裝調需要控制物、像面的離焦，減小離焦傾斜誤差。
通常光程補償可以直接採用調整物面位置或者採用不同厚度的平板。在實際使用中，這兩種調整機構均存在一定問題，具體如下：
1)由於物面是調焦調平測量系統的基準，採用調整物面位置的方法來補償光程容易產生其餘方向的誤差，調整不是解耦的。
2)平板的種類繁多，不少於上百種規格，當調整範圍比較大、分辨率要求較高時，要在上百中規格的平板中挑選出最合適厚度的平板，花費時間長且難度大，進而影響生產效率。
為解決上述技術問題，本發明提供一種光程補償裝置，在避免引入其他方向誤差的情況下有效實現對調焦調平測系統焦面位置的校正；校準過程順暢、操作方便，且校準精度高。
為實現上述目的，本發明的技術方案如下： 一種光程補償裝置，包括楔板組、驅動機構及預緊單元，其中，所述楔板組包括可動楔板和固定楔板，所述可動楔板與所述固定楔板的楔角相同，楔面方向相反，所述預緊單元將所述可動楔板彈性壓設在所述固定楔板上，所述驅動機構驅動所述可動楔板的楔面相對固定楔板的楔面滑動。
較佳地，所述固定楔板安裝在固定安裝座上，所述可動楔板通過可動安裝座固定在所述固定安裝座內，所述固定安裝座內側設置有與所述可動安裝座對應的導向面，且所述可動安裝座的外側面與所述固定安裝座的導向面貼合。
較佳地，所述預緊單元包括頂部預緊模組，所述頂部預緊模組與所述可動安裝座線接觸，為所述可動楔板滑動提供垂直於所述可動楔板的楔面的預緊力。
較佳地，所述頂部預緊模組包括楔形壓緊塊和彈性件，所述楔形壓緊塊與所述可動楔板的楔角及楔面方向均相同，所述楔形壓緊塊沿所述可動安裝座的運動方向固定在所述固定安裝座側邊上，所述彈性件一端安裝在所述可動安裝座上，另一端彈性接觸所述楔形壓緊塊的楔面。
較佳地，所述頂部預緊模組包括楔形壓緊塊和彈性件，所述楔形壓緊塊的楔角及楔面方向與所述可動楔板均相同，所述可動安裝座為楔形結構，所述可動安裝座的楔角及楔面方向與所述固定楔板均相同，所述楔形壓緊塊沿所述可動安裝座的運動方向固定在所述固定安裝座側邊上，所述彈性件一端安裝在所述壓緊塊上，另一端彈性接觸所述可動安裝座的楔面。
較佳地，所述彈性件包括球形軸、壓縮彈簧及卡環，所述球形軸設有臺階的一端為彈性接觸端，用於安裝固定的一端為止推端，所述球形軸的 止推端通過所述卡環限位在一安裝位置，所述卡環與所述球形軸彈性配合固定，所述壓縮彈簧套設在所述球形軸上，兩端與所述球形軸上的臺階和所述安裝位置接觸並產生壓縮。
較佳地，所述預緊單元更包括側面預緊模組，所述側面預緊模組安裝在所述固定安裝座上，為所述可動安裝座提供側面預緊力。
較佳地，所述側面預緊模組採用頂絲，所述頂絲穿過所述固定安裝座側面與所述可動安裝座側面抵接。
較佳地，所述驅動機構包括安裝座、千分尺旋鈕及拉伸彈簧，所述千分尺旋鈕固定在所述安裝座上，所述拉伸彈簧一端固定在所述安裝座上，所述拉伸彈簧另一端與可動楔板對應連接，所述千分尺旋鈕可沿所述可動楔板的運動方向伸縮，為所述可動楔板的運動提供驅動力。
較佳地，所述驅動機構包括：安裝座、安裝蓋、電機模組及動作模組，所述安裝座上設有與所述安裝蓋對應的導軌，所述動作模組安裝在所述安裝座上並與所述安裝蓋連接，所述安裝蓋與所述可動楔板連接，所述電機模組驅動所述動作模組做水平運動，帶動所述安裝蓋在所述導軌上水平運動。
較佳地，所述動作模組包括絲槓、絲槓支撐件、絲槓轉接件、軸承和聯軸器，所述絲槓通過絲槓支撐件安裝在所述安裝座上，所述絲槓一端順序安裝所述軸承和聯軸器並與所述電機模組連接，所述絲槓另一端通過所述絲槓轉接件與所述安裝蓋內側固定連接。
較佳地，所述安裝蓋上設有推桿和拉伸彈簧，所述拉伸彈簧與所述可動楔板對應連接，所述推桿沿所述可動楔板運動方向設置，在所述電機模組的驅動下推動所述可動楔板。
較佳地，所述驅動機構更包括限位裝置，所述限位裝置包括限位開關、限位塊和連接塊，所述限位塊固定在所述安裝蓋上，所述限位開關通過所述連接塊設置在所述限位塊兩側的安裝座上，所述限位塊向下延伸，與所述限位開關位置相對應。
較佳地，所述驅動機構更包括光柵尺、光柵尺讀數頭、讀數頭安裝座，所述光柵尺安裝在所述安裝蓋外側，所述讀數頭安裝座固定在所述安裝座上，所述光柵尺讀數頭通過所述讀數頭安裝座設置在光柵尺上。
本發明提供的一種光程補償裝置，在物面或像面附近加入楔板組，利用驅動機構驅動可動楔板的楔面相對固定楔板做水平運動，從而不斷調整楔板組厚度，達到改變光程的目的，在避免引入其他方向誤差的情況下有效實現對調焦調平測系統焦面位置的校正；預緊單元提供恆定的預緊力，保證了可動楔板穩定順暢的移動，操作方便且校準精度高。
100‧‧‧楔板組
110‧‧‧固定楔板
120‧‧‧可動楔板
130‧‧‧固定安裝座
140‧‧‧可動安裝座
141‧‧‧導向面
150‧‧‧楔形可動安裝座
200‧‧‧驅動機構
210‧‧‧安裝座
211‧‧‧導軌
220‧‧‧安裝蓋
221‧‧‧推桿
222‧‧‧第一拉伸彈簧
230‧‧‧電機模組
231‧‧‧電機
232‧‧‧電機支撐件
240‧‧‧動作模組
241‧‧‧絲槓
242‧‧‧絲槓支撐件
243‧‧‧軸承
244‧‧‧聯軸器
245‧‧‧絲槓轉接件
250‧‧‧光柵尺
260‧‧‧光柵尺讀數頭
270‧‧‧讀數頭安裝座
281‧‧‧千分尺旋鈕
282‧‧‧第二拉伸彈簧
283‧‧‧安裝底座
284‧‧‧微分套筒
300‧‧‧頂部預緊模組
310‧‧‧第一楔形壓緊塊
320‧‧‧彈性件
321‧‧‧球形軸
322‧‧‧壓縮彈簧
323‧‧‧卡環
330‧‧‧第二楔形壓緊塊
400‧‧‧側面預緊模組
500‧‧‧限位裝置
510‧‧‧限位開關
520‧‧‧限位塊
530‧‧‧連接塊
第1圖為本發明實施例一光程補償裝置結構示意圖。
第2圖為本發明實施例一光程補償裝置結構示意圖。
第3圖為本發明實施例一楔板組結構示意圖。
第4圖為本發明實施例一楔板組剖視圖。
第5圖為本發明實施例一固定安裝座結構示意圖。
第6圖為本發明實施例一楔形壓緊塊示意圖。
第7圖為本發明實施例一彈性件結構示意圖。
第8圖為本發明實施例一驅動機構結構示意圖。
第9圖為本發明實施例一驅動機構剖視圖。
第10圖為本發明實施例一光柵尺結構示意圖。
第11圖為本發明實施例一限位裝置結構示意圖。
第12圖為本發明實施例一楔板組位置關係示意圖。
第13圖為本發明實施例一可動楔板移動示意圖。
第14圖為本發明實例二楔板組結構示意圖。
第15圖為本發明實例二楔板組剖視圖。
第16圖為本發明實施例二可動安裝座結構示意圖。
第17圖為本發明實施例二楔形壓緊塊示意圖。
第18圖為本發明實施例三驅動機構示意圖。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合圖式對本發明的實施方式做詳細的說明。需說明的是，本發明圖式均採用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
實施例一
本發明的光程補償裝置設置在調焦調平裝置中，用於光機裝調中改變光路中的光程長度，並反饋光程變化訊息到調焦調平系統中，實現焦面位置的校正。需要說明的是，將光程補償裝置設置在調焦調平裝置中僅為本發明應用的一種實施方式，可應用本發明的實施例並不限於此。
如第1至4圖所示，所述光程補償裝置包括楔板組100、驅動機構200及預緊單元，其中，所述楔板組100包括可動楔板120和固定楔板110，所述可動楔板120與所述固定楔板110的楔角相同，楔面方向相反，所述預緊單元將 所述可動楔板120彈性壓設在所述固定楔板110上，所述驅動機構200驅動所述可動楔板120的楔面相對固定楔板110的楔面滑動。其中，所述可動楔板120與所述固定楔板110均為透光材質，並且將楔板組100設置於調焦調平系統的光路中。通過調整可動楔板120與固定楔板110的相對位置，可以改變楔板組100的厚度，從而起到調節光路中的光程長度的作用。
進一步地，如第3-5圖所示，所述固定楔板110安裝在固定安裝座130上，所述可動楔板120通過可動安裝座140固定在所述固定安裝座130內，所述固定安裝座130內側設置有與所述可動安裝座140對應的導向面141，且所述可動安裝座140的外側面和所述固定安裝座130的導向面141貼合，本實施例較佳在固定安裝座130內側設置兩個導向面141，用於對可動安裝座140在固定安裝座130中移動時的導向作用。
進一步地，如第3-6圖所示，所述預緊單元包括頂部預緊模組300，所述頂部預緊模組300與所述可動安裝座140線接觸，為所述可動楔板120滑動提供垂直於所述可動楔板120的楔面的預緊力。進一步地，所述頂部預緊模組300包括第一楔形壓緊塊310和彈性件320，所述第一楔形壓緊塊310與所述可動楔板120的楔角及楔面方向均相同，所述第一楔形壓緊塊310沿所述可動安裝座140的運動方向固定在所述固定安裝座130側邊上，所述彈性件320一端安裝在所述可動安裝座140上，另一端彈性接觸所述第一楔形壓緊塊310的楔面。
進一步地，如第4和7圖所示，所述彈性件320包括球形軸321、壓縮彈簧322及卡環323，所述球形軸321設有臺階的一端為彈性接觸端，用於安裝固定的一端為止推端，所述球形軸321的止推端通過所述卡環323限位在一安裝位置上，本實施例卡環323將止推端限位在可動安裝座140上，所述卡環323與所 述球形軸321彈性配合固定，所述壓縮彈簧322套設在所述球形軸321上，兩端通過所述球形軸321上的臺階和所述可動安裝座140接觸壓縮，所述球形軸321上的臺階抵接所述第一楔形壓緊塊310的楔面。
較佳地，繼續參照第3圖，所述預緊單元更包括側面預緊模組400，所述側面預緊模組400安裝在所述固定安裝座130兩側，為所述可動安裝座140提供側面預緊力。本實施例側面預緊模組400較佳採用頂絲，頂絲穿過所述固定安裝座130側面與所述可動安裝座140側面抵接。
進一步地，如第8-9圖所示，所述驅動機構200包括：安裝座210、安裝蓋220、電機模組230及動作模組240，所述安裝座210上設有與所述安裝蓋220對應的導軌211，所述動作模組240安裝在所述安裝座210上並與所述安裝蓋220連接，所述安裝蓋220與所述可動安裝座140連接，所述電機模組230驅動動作模組240做水平運動，帶動所述安裝蓋220在所述導軌211上水平運動。
進一步地，繼續參照第8圖，所述電機模組230包括電機支撐件232和電機231，所述電機231通過電機支撐件232與動作模組240連接。
進一步地，繼續參照第9圖，所述動作模組240包括絲槓241、絲槓支撐件242、絲槓轉接件245、軸承243和聯軸器244，所述絲槓241通過絲槓支撐件242安裝在所述安裝座210上，所述絲槓241一端順序安裝所述軸承243和聯軸器244並與所述電機模組230連接，所述絲槓241另一端通過所述絲槓轉接件245與所述安裝蓋220內側固定連接。絲槓241在軸承243和聯軸器244的作用下，將電機模組230的旋轉運動轉換為絲槓241直線運動，帶動安裝蓋220沿導軌211做直線運動。
進一步地，繼續參照第9圖，所述安裝蓋220上設有推桿221和第一拉伸彈簧222，所述第一拉伸彈簧222與所述可動安裝座140對應連接，所述推桿221沿所述可動安裝座140運動方向設置，在所述電機模組230的驅動下推動所述可動楔板120。
較佳地，如第10圖所示，所述驅動機構200更包括光柵尺250、光柵尺讀數頭260、讀數頭安裝座270，所述光柵尺250安裝在所述安裝蓋220外側，所述讀數頭安裝座270固定在所述安裝座210上，所述光柵尺讀數頭260通過所述讀數頭安裝座270設置在光柵尺250上。當安裝蓋220做直線運動時，光柵尺250隨安裝蓋220運動，通過光柵尺讀數頭260獲取位移訊息，反饋可動楔板120的位移訊息給調焦調平系統，從而能夠根據可動楔板120的位移訊息推出調焦調平系統的焦面的位移訊息。
進一步地，如第11圖所示，所述驅動機構200更包括限位裝置500，所述限位裝置500包括限位開關510、限位塊520和連接塊530，所述限位塊520固定在所述安裝蓋220上，所述限位開關510通過所述連接塊530設置在所述限位塊520兩側的安裝座210上，所述限位塊520向下延伸，與所述限位開關510相對應。當安裝蓋220移動時，限位塊520相應移動，當限位塊520的延伸部接觸到限位開關510時，觸發過限報警，防止器件損壞。
參照第1至10圖所示，本發明的光程補償裝置工作原理如下：啟動電機231，絲槓241在電機231的驅動下做直線運動並帶動安裝蓋220沿導軌211做直線運動，進而帶動第一拉伸彈簧222做直線運動，第一拉伸彈簧222拉動可動安裝座140沿導向面141做直線運動，同時推桿221和第一拉伸彈簧222保證可動安裝座140運動穩定性；可動楔板120在可動安裝座140的帶 動下在固定楔板110的楔面上移動，同時頂部預緊模組300和側面預緊模組400在可動安裝座140移動過程中產生恆定的預緊力，保證了可動安裝座140移動的穩定順暢；通過限位裝置500防止絲槓241運動行程過限。
如第12及13圖所示，可動楔板120移動，楔板組100的厚度從AB段變成AC段，楔板組100厚度變化為BC段長度，光程因此發生改變。通過光柵尺讀數頭260獲取可動楔板120的位移長度為H，根據H計算出光程變化量為H tan(α)(n-1)/n，其中α為可動楔板120的楔角，n為可動楔板120的折射率，當光程變化量使得像面調焦到探測器焦平面上時，則停止可動楔板120移動；若沒有完成調焦，可動楔板120持續移動。
如表1所示，本實施例給出了可動楔板120和固定楔板110相對滑動時推力和摩擦力的關係：FCOS(β)F fu(mg+F 1)，這裡的推力方向與可動楔板120移動方向一致；其中β為推力方向與可動楔板120移動方向的角度；F為推力；f為可動楔板120相對運動時的摩擦力；mg為重力，本實施例中的重力為1.5N；F1為預緊力，由預緊裝置提供，本實施例壓縮彈簧322較佳外徑為φ 4，自由長度為15mm，最大容許位移為5.25mm，線徑為φ 0.55mm，壓縮彈簧322常數為2.0N/mm，壓縮彈簧322的壓縮量為3mm，單個彈簧的力為2.0×3=6N；u為摩擦係數，本實施例在可動楔板120和固定楔板110間加浸漬油，則可動楔板120運動過程中的摩擦係數的大小為0.12。
實施例二
本實施例與實施例一的區別在於：本實施例中的可動安裝座採用楔形可動安裝座150；頂部預緊模組300為楔形可動安裝座150的移動過程提供預緊力，具體地，如第14至17圖所示，頂部預緊模組300包括第二楔形壓緊塊330和彈性件320，所述第二楔形壓緊塊330的楔角及楔面方向與所述可動楔板120均相同，所述楔形可動安裝座150的楔角及楔面方向與所述固定楔板110均相同，所述第二楔形壓緊塊330沿所述楔形可動安裝座150的運動方向固定在所述固定安裝座130側邊上，所述彈性件320一端安裝在所述壓緊塊上，另一端彈性接觸所述楔形可動安裝座150的楔面，為可動楔板120滑動提供垂直於所述楔形可動楔板120的楔面的預緊力，保證了可動楔板120移動的穩定順暢。
實施例三
本實施例與實施例一及實施例二的區別在於，如第18圖所示，本實施例中的所述驅動機構200包括安裝底座283、千分尺旋鈕281及第二拉伸彈簧282，所述千分尺旋鈕281固定在所述安裝底座283上，所述第二拉伸彈簧282一端固定在所述安裝底座283上，所述第二拉伸彈簧282另一端與可動安裝座140對應連接，千分尺旋鈕281可沿所述可動楔板120的運動方向伸縮，為所述可動楔板120的運動提供驅動力；更設有微分套筒284，通過讀取微分套筒284上的刻度變化來獲取可動楔板120的移動距離訊息。
顯然，本領域的具通常知識者可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明 申請專利範圍及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。

Claims (13)

  1. 一種光程補償裝置，其包括楔板組、驅動機構及預緊單元，其中，該楔板組包括可動楔板和固定楔板，該可動楔板與該固定楔板的楔角相同，楔面方向相反，該預緊單元將該可動楔板彈性壓設在該固定楔板上，該驅動機構驅動該可動楔板的楔面相對固定楔板的楔面滑動，其中該固定楔板安裝在固定安裝座上，該可動楔板通過可動安裝座固定在該固定安裝座內，該固定安裝座內側設置有與該可動安裝座對應的導向面，且該可動安裝座的外側面與該固定安裝座的導向面貼合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光程補償裝置，其中該預緊單元包括頂部預緊模組，該頂部預緊模組與該可動安裝座線接觸，為該可動楔板滑動提供垂直於該可動楔板的楔面的預緊力。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光程補償裝置，其中該頂部預緊模組包括楔形壓緊塊和彈性件，該楔形壓緊塊與該可動楔板的楔角及楔面方向均相同，該楔形壓緊塊沿該可動安裝座的運動方向固定在該固定安裝座側邊上，該彈性件一端安裝在該可動安裝座上，另一端彈性接觸該楔形壓緊塊的楔面。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之光程補償裝置，其中該頂部預緊模組包括楔形壓緊塊和彈性件，該楔形壓緊塊的楔角及楔面方向與該可動楔板均相同，該可動安裝座為楔形結構，該可動安裝座的楔角及楔面方向與該固定楔板均相同，該楔形壓緊塊沿該可動安裝座的運動方向固定在該固定安裝座側邊上，該彈性件一端安裝在該楔形壓緊塊上，另一端彈性接觸該可動安裝座的楔面。
  5. 如申請專利範圍第3或4項所述之光程補償裝置，其中該彈性件包括球形軸、壓縮彈簧及卡環，該球形軸設有臺階的一端為彈性接觸端，用於安裝固定的一端為止推端，該球形軸的止推端通過該卡環限位在一安裝位置，該卡環與該球形軸彈性配合固定，該壓縮彈簧套設在該球形軸上，兩端與該球形軸上的臺階和該安裝位置接觸並產生壓縮。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之光程補償裝置，其中該預緊單元更包括側面預緊模組，該側面預緊模組安裝在該固定安裝座上，為該可動安裝座提供側面預緊力。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光程補償裝置，其中該側面預緊模組採用頂絲，該頂絲穿過該固定安裝座側面與該可動安裝座側面抵接。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光程補償裝置，其中該驅動機構包括安裝座、千分尺旋鈕及拉伸彈簧，該千分尺旋鈕固定在該安裝座上，該拉伸彈簧一端固定在該安裝座上，該拉伸彈簧另一端與可動安裝座對應連接，該千分尺旋鈕可沿該可動安裝座的運動方向伸縮，為該可動安裝座的運動提供驅動力。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光程補償裝置，其中該驅動機構包括：安裝座、安裝蓋、電機模組及動作模組，該安裝座上設有與該安裝蓋對應的導軌，該動作模組安裝在該安裝座上並與該安裝蓋連接，該安裝蓋與該可動安裝座連接，該電機模組驅動該動作模組做水平運動，帶動該安裝蓋在該導軌上水平運動。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之光程補償裝置，其中該動作模組包括絲槓、絲槓支撐件、絲槓轉接件、軸承和聯軸器，該絲槓通過絲槓支撐件安裝在該安裝座上，該絲槓一端順序安裝該軸承和聯軸器並與該電機模組連接，該絲槓另一端通過該絲槓轉接件與該安裝蓋內側固定連接。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之光程補償裝置，其中該安裝蓋上設有推桿和拉伸彈簧，該拉伸彈簧與該可動安裝座對應連接，該推桿沿該可動安裝座運動方向設置，在該電機模組的驅動下推動該可動安裝座。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之光程補償裝置，其中該驅動機構更包括限位裝置，該限位裝置包括限位開關、限位塊和連接塊，該限位塊固定在該安裝蓋上，該限位開關通過該連接塊設置在該限位塊兩側的安裝座上，該限位塊向下延伸，與該限位開關位置相對應。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之光程補償裝置，其中該驅動機構更包括光柵尺、光柵尺讀數頭、讀數頭安裝座，該光柵尺安裝在該安裝蓋外側，該讀數頭安裝座固定在該安裝座上，該光柵尺讀數頭通過該讀數頭安裝座設置在光柵尺上。
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