CN102169219B - 光学系统的径向调节装置 - Google Patents

Abstract

一种用于光学系统的径向调节装置。光学系统包括基部和可动部件。径向调节装置设置基部与可动部件之间以使得可动部件沿径向相对于基部移动。径向调节装置包括：径向驱动机构，其包括弓形弹簧体以及驱动弓形弹簧体的驱动电机，当驱动电机的推杆前进时，弓形弹簧体的中部受到推力而发生变形从而推动可动部件发生径向移动；沿所述可动部件的径向设置的球头柱塞，其包括弹性体以提供可动部件与基部之间的预紧力，从而球头柱塞与弓形弹簧体配合形成平衡，所述平衡达成径向移动并且能够回复。本发明的径向调节装置包括弓形弹簧体和球头柱塞，弓形弹簧体和球头柱塞配合形成平衡。由此，可利用弓形弹簧体和球头柱塞的弹性来进行径向的移动以及回复，结构简单。

Description

光学系统的径向调节装置

技术领域

本发明涉及光刻设备，尤其涉及光刻设备中的可动镜片调节装置。

背景技术

在光学仪器及光学设备中，特别是先进光刻设备中的投影物镜，需要越来越小的波像差和畸变。由于镜片的安装精度误差和环境温度对镜片造成的热效应影响，会使得镜头对物体的成像像质变差。另外，在投影物镜中还需要实时地对各种环境及其它因素导致的波像差和畸变的变化进行补偿。为了解决这一类问题，一般采用设置一个或几个可调节镜片的方式来补偿安装误差和热效应误差。

曝光设备中可调镜片的实现方式很多，其调节结构一般采用直线导轨或簧片作为导向机构；采用蜗轮蜗杆和滚珠丝杆、凸轮等作为提升机构。

名称为“动态光学镜组”的第6400516号美国专利US提到一种镜片调节机构，在镜片的外圆上分布有多个支撑衬垫，在其镜座的内圆上对应分布有多个夹持托架，该夹持托架能够支撑或限制镜片沿平行于装配体光轴方向或者沿支撑衬垫的切线方向运动。

名称为“用于在圆柱形体中放置轴向对准元件的动态对准结构”的第6574053号美国专利给出了一种向镜筒中装配多个轴向对准的镜座的动态对准结构，该对准结构包括一个环形垫片，其上两面各有3个凸台。该环形垫片可以沿镜筒轴向旋转，来使支撑凸台定位从而控制镜座的轴向对准。该动态对准结构包括一种镜座，在其外圆上均匀分布有若干挠性元件，它们可以用于对镜座进行径向调整，并能有助于镜筒装配。

这些专利的一个共同特点是，它们能驱动镜片在光轴方向调节以及径向调节，但是结构比较复杂，调节精度不高，而且最重要的是它们都没有用电机驱动。对于高精度的光刻物镜，对于某些镜片的可动调节，有的需要在装配阶段进行调节，有的还需要在实际工作中进行实时调节来进行热补偿。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种精度较高、结构紧凑，成本较低，运行平稳，定位准确，重复性好，可以用电机进行实时调节的径向调节装置。

为达成上述目的，本发明提供一种用于光学系统的径向调节装置。所述光学系统包括基部和可动部件。所述径向调节装置设置所述基部与所述可动部件之间以使得所述可动部件沿径向相对于所述基部移动。所述径向调节装置包括：径向驱动机构，包括弓形弹簧体以及驱动所述弓形弹簧体的驱动电机，其中所述弓形弹簧体的一端通过固定在所述基部上，另一端与所述可动部件接触，并且所述弓形弹簧体的弓出部分的中间位置与所述驱动电机的推杆直接接触；并且其中当所述驱动电机的推杆前进时，所述弓形弹簧体的中部受到推力而发生变形，其与所述可动部件连接的一端向前伸出以形成一个径向的张力，从而推动所述可动部件发生径向移动；沿所述可动部件的径向设置的球头柱塞，其一端固定在所述基部上的圆周面，另一端与所述可动部件接触，其中所述球头柱塞包括弹性体以提供所述可动部件与所述基部之间的预紧力，从而所述球头柱塞与所述弓形弹簧体配合形成平衡，所述平衡达成所述径向移动并且能够回复。

较佳地，所述弓形弹簧体的一端通过销钉固定所述基部上另一端直接与所述可动部件接触。

较佳地，所述弓形弹簧体的轴向-径向转换比设为5∶1。

较佳地，所述球头柱塞为内置压缩弹簧的紧定螺钉。

较佳地，所述预紧力取决于所述弹簧压缩的距离以及刚度。

较佳地，所述可动部件为圆形镜片，并且所述径向调节装置包括间隔120度分布的两个径向驱动机构以及一个球头柱塞。

较佳地，所述可动部件为圆形镜片，并且所述径向调节装置包括间隔90度分布的两个径向驱动机构以及两个球头柱塞。

较佳地，所述调节装置还包括使得所述可动镜片轴向移动的轴向驱动机构，所述轴向驱动机构包括三个沿所述可动部件的轴向设置的轴向球头柱塞，并且受所述驱动电机的驱动。

较佳地，所述轴向球头柱塞的一端设在所述可动部件的下端面，另一端与所述基部接触。

本发明的径向调节装置包括弓形弹簧体和球头柱塞，弓形弹簧体和球头柱塞配合形成平衡。由此，可利用弓形弹簧体和球头柱塞的弹性来进行径向的移动以及回复，结构简单。

附图说明

图1为径向调节装置的立体图；

图2为径向调节装置的剖视图；

图3为弓形弹簧体的示意图；

图4示出了径向调节装置的一个实例；

图5示出了径向调节装置的另一实例。

具体实施方式

参见本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。

现结合图1～3，描述根据本发明的径向调节装置的结构。

本发明的径向调节装置运用于光学系统中。为了说明的目的，本发明的光学系统包括主镜筒1、圆形可动镜组2。主镜筒1是本发明的径向调节装置安装的基础，并且为可动镜组2和固定镜组3、4提供水平安装基准。可动镜组2包括可动镜片21和可动镜座23。可动镜片21通过光学胶固定在可动镜座23上。主镜筒1为基部的一个例子。可动镜组2为可动部件的一个例子。

如本领域的技术人员所应理解的，光学系统还可有其他组件，例如，还可包括固定镜组3、固定镜组4。固定镜组3和4的镜片31和41分别通过光学胶固定在固定镜组镜筒33和43上。固定镜组镜筒33和34通过固定螺钉安装在主镜筒1上，固定镜组镜片31和41与主镜筒1同光轴。固定镜组3和4为固定部件的一个例子。

由此，本发明的径向调节装置系用于使得所述可动部件相对于所述基部(以及固定部件，若有)进行同轴的径向调节。

应理解，光学系统还可以有其他结构。

所述径向调节装置包括径向驱动机构8。径向驱动机构8包括弓形弹簧体以及驱动该弹簧体的驱动电机6。如图3中所示，弓形弹簧体包括销钉7。参考图2和3，弓形弹簧体的一端通过销钉7固定在主镜筒1上，另一端直接与镜座23的外圆接触。该弓形弹簧体的弓出部分的中间位置与驱动电机6的推杆直接接触。当电机的推杆前进时，弓形弹簧体的中部受到推力而发生变形，并在靠近镜座23的一端向前伸出，并形成一个径向的张力，从而推动镜座23发生径向平移。

所述径向调节装置还包括球头柱塞5。球头柱塞5是一种内置压缩弹簧的紧定螺钉。球头柱塞5沿可动镜组2的径向设置在可动镜组2与主镜筒1之间。具体地，球头柱塞5的一端固定在主镜筒1的圆周面的径向螺孔中，另一端与可动镜组2接触。球头柱塞5安装时保证一定的预紧力，预紧力大小取决于球头柱塞5的内置弹簧压缩距离以及内置弹簧的刚度K。由此，沿所述可动部件的径向设置的球头柱塞，其中所述球头柱塞包括弹性体以提供所述可动部件与所述基部之间的预紧力，从而所述球头柱塞与所述弓形弹簧体配合形成平衡，所述平衡达成所述径向移动并且能够回复。

另外，在镜座23下端面上等角度分布有3个螺孔，用来轴向放置3个球头柱塞5，球头柱塞5的另一端与主镜筒的端面接触。3个球头柱塞5的预紧力以及伸出长度可以调节，以便于调整可动镜组2相对于镜组3的空气间隔和倾斜。球头柱塞5中足够的预紧力可以对可动镜组2进行支撑，并保证可动镜组2在径向运动时可动镜组2光轴不发生倾斜。

如图2中所示，径向驱动机构8用驱动电机6来驱动。驱动电机6通过电机固定板随驱动机构8固定在主镜筒1外侧。

根据本发明的径向调节装置的结构具有如下优点。

(1)本发明的径向调节装置包括弓形弹簧体和球头柱塞，弓形弹簧体和球头柱塞配合形成平衡。由此，可利用弓形弹簧体和球头柱塞的弹性来进行径向的移动以及回复，结构简单。

(2)本发明的径向调节装置利用电机来驱动，精确度较高。

现参考图4描述本发明的径向调节装置的第一实例。

如图4中所示，可动镜组2在驱动电机6作用下沿径向运动。两个径向驱动机构8安装在主镜筒1中成120度分布，在与两个驱动机构都成120度的位置，在主镜筒1中放置一个球头柱塞5，它提供回弹力。球头柱塞5在安装时保持一定的预紧力，这样两个弓形弹簧体和一个球头柱塞在水平面内形成一种力的平衡。当电机6驱动一个弓形弹簧体伸缩时，这种平衡机制能够使得镜座23发生径向移动并且能够回复。可动镜组2运动精度取决于电机精度和径向驱动机构8的精度，径向驱动机构8可以设定一定的轴向-径向转换比。比如，本装置中将弓形弹簧体的轴向-径向转换比设为5∶1，则电机每在轴向移动5mm，将推动可动镜片在水平向移动1mm。本装置可以提供可动镜组2较高的位移精度，可达到0.5um左右，行程可达±0.5mm。

在实际运动过程中，需要给可动镜组2一个精确的X向移动量和Y向移动量。如图4所示，给定球头柱塞5所在方向为+Y方向，两个径向驱动机构8分别与Y轴成60度角。当两个驱动机构同时伸出或收缩，且移动量相等时，可动镜组2将作Y方向平移。当两个驱动机构一个伸出而另一个收缩，且移动量相等时，可动镜组2将作X方向平移。其余情况下，可动镜座的移动将同时含有X和Y两个方向的分量。

由此，本实施例的光学元件径向调节装置是为了调整可动镜组2的光轴相对于系统光轴的中心位置以及所述可动镜组2相对于固定镜组3的空间位置。

第一实例具有如下优点。

(3)通过包括两个弓形弹簧体和一个球头柱塞的径向调节装置，可进行X向、Y向或XY向的移动，精度和灵活性较高。

现参考图5描述本发明的径向调节装置的第二实例。

本实例的结构与第一实例类似，仍然采用相同的径向驱动机构8，所不同之处在于驱动机构8和球头柱塞5在镜筒1上的分布。其分布方式如图5所示。两个径向驱动机构8安装在主镜筒1中成90度分布，分别沿+X和-Y方向；在与两个驱动机构分别成90度的位置，沿-X和+Y方向，在主镜筒1中放置两个球头柱塞5，它提供回弹力。

球头柱塞5在安装时保持一定的预紧力，这样两个弓形弹簧体和两个球头柱塞在水平面内形成一种力的平衡。当电机6驱动一个弓形弹簧体伸缩时，这种平衡机制能够使得镜座10发生径向移动并且能够回复。

本实施例可以提供可动镜组2的位移精度和行程同实施例1。

第一实例具有如下优点。

(4)本实施例中所述的驱动机构和球头柱塞的排布方式的好处是，两个驱动机构的驱动方向分别沿着X轴和Y轴，相互正交。从而使得可动镜组2作X方向平移和Y方向平移时互不干扰。当X方向驱动机构伸出或收缩时，可动镜组2只发生X方向平移；同理，当Y方向驱动机构伸出或收缩时，可动镜组2只发生Y方向平移。当两个驱动机构同时工作时，可动镜组2将同时发生X和Y两个方向的平移。

另一实施例中，前述两个实施例的径向调节装置还可包括轴向驱动机构9。如图2中所示，径向驱动机构8以及轴向驱动机构9都采用驱动电机6来驱动。驱动电机6通过电机固定板随驱动机构8和9固定在主镜筒1外侧。3个轴向驱动机构9通过螺钉沿光轴方向均布固定在主镜筒1上。本发明中采用的驱动机构9为一种常见轴向驱动机构，在此并不赘述。其行程为±0.5mm，调节精度为0.5um。

驱动机构9装置包括至少三个轴向球头柱塞5’。轴向球头柱塞5’的结构与球头柱塞5的结构相同，也为内置压缩弹簧的紧定螺钉。不同之处在于，轴向球头柱塞5’沿可动镜组2的轴向设置在可动镜组2与主镜筒1之间。具体地，轴向球头柱塞5’放置在可动镜座23的下端面的螺纹孔内，由此一端与可动镜座23连接。轴向球头柱塞5’的另一端的下端滚珠与主镜筒1接触。轴向球头柱塞5’安装时保证一定的预紧力，预紧力大小取决于轴向球头柱塞5’的内置弹簧压缩距离以及内置弹簧的刚度K。

这样，本实施例的径向调节装置中，具备至少4个球头柱塞。其中3个置于可动镜座23下方的螺孔中，轴向均布放置，以对可动镜组2进行支撑。3个球头柱塞的预紧力以及伸出长度可以调节，以便于调整可动镜组2相对于镜组3的空气间隔。

由此，沿所述可动部件的轴向设置的轴向球头柱塞5’包括弹性体以提供所述可动部件与所述基部之间的预紧力，从而足够的预紧力可以对可动镜组2进行支撑，并保证可动镜组2在上下运动时可动镜组镜片2光轴不发生倾斜。

此外，可动镜组2在径向驱动机构作用下可以在水平方向移动，也可以在轴向驱动机构作用下沿光轴方向上下运动。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims (9)

1.一种用于光学系统的径向调节装置，所述光学系统包括基部和可动部件，所述径向调节装置设置所述基部与所述可动部件之间以使得所述可动部件沿径向相对于所述基部移动，其特征在于，所述径向调节装置包括：

径向驱动机构，包括弓形弹簧体以及驱动所述弓形弹簧体的驱动电机，其中所述弓形弹簧体的一端通过固定在所述基部上，另一端与所述可动部件接触，并且所述弓形弹簧体的弓出部分的中间位置与所述驱动电机的推杆直接接触；并且其中当所述驱动电机的推杆前进时，所述弓形弹簧体的中部受到推力而发生变形，其与所述可动部件连接的一端向前伸出以形成一个径向的张力，从而推动所述可动部件发生径向移动；

沿所述可动部件的径向设置的球头柱塞，其一端固定在所述基部上的圆周面，另一端与所述可动部件接触，其中所述球头柱塞包括弹性体以提供所述可动部件与所述基部之间的预紧力，从而所述球头柱塞与所述弓形弹簧体配合形成平衡，所述平衡达成所述径向移动并且能够回复。

2.如权利要求1所述的径向调节装置，其特征在于，所述弓形弹簧体的一端通过销钉固定在所述基部上，另一端直接与所述可动部件接触。

3.如权利要求1所述的径向调节装置，其特征在于，所述弓形弹簧体的轴向-径向转换比设为5∶1。

4.如权利要求1所述的径向调节装置，其特征在于，所述球头柱塞为内置压缩弹簧的紧定螺钉。

5.如权利要求4所述的径向调节装置，其特征在于，所述预紧力取决于所述内置压缩弹簧压缩的距离以及刚度。

6.如前述权利要求任一项所述的径向调节装置，其特征在于，所述可动部件为圆形镜片，并且所述径向调节装置包括间隔120度分布的两个径向驱动机构以及一个球头柱塞。

7.如前述权利要求1-5中任一项所述的径向调节装置，其特征在于，所述可动部件为圆形镜片，并且所述径向调节装置包括间隔90度分布的两个径向驱动机构以及两个球头柱塞。

8.如权利要求1所述的径向调节装置，其特征在于，还包括使得所述可动部件轴向移动的轴向驱动机构，所述轴向驱动机构包括三个沿所述可动部件的轴向设置的轴向球头柱塞，并且受所述驱动电机的驱动。

9.如权利要求8所述的径向调节装置，其特征在于，所述轴向球头柱塞的一端设在所述可动部件的下端面，另一端与所述基部接触。

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