光刻投影物镜系统中光学元件的轴向宏微调节装置

摘要

光刻投影物镜系统中光学元件的轴向宏微调节装置，涉及深紫外投影光刻物镜结构设计与装调技术领域，为解决现有光学元件轴向调整装置存在的调整行程小，存在倾斜误差的问题，该装置包括电容传感器、镜框、宏微调节机构和导向导轨，电容传感器设置在镜框的上方，用于检测镜框的移动距离；宏微调节机构设置在镜框的边框下面，用于对镜框的宏微动调节；导向导轨设置在镜框的边框外侧，用于限制镜框的移动；所述镜框包括周向均布的三个凸台及三个导向凸台；电容传感器设置凸台上方，宏微调节机构作用在凸台上，导向凸台与导向导轨配合；该装置能在保证调整精度的同时，实现大行程调节；同时，驱动结构作用在镜框上，降低了调整力对光学元件面型的破坏。

说明书

技术领域

本发明涉及深紫外投影光刻物镜结构设计与装调技术领域，具体涉及一种 可用于光刻投影物镜系统中光学元件的轴向宏微调节装置。

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轴向位置进行调整补 偿。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轴向位置。并 且由于投影光刻物镜内部镜片的面形大都要求RMS值在1～2nm范围内，因此 无论装配过程中的装调补偿调整还是使用过程中的功能性补偿，均要求实现高 精度调整的同时保证调整力引起的镜片面形尽可能小。

美国专利US7800852B2，于2009年公开了一种光学元件轴向调整装置，三 个驱动器均布于镜框周向以提供驱动力，驱动力作用在三处调节杠杆上，由杠 杆底部的柔性片带动镜框作轴向运动；美国专利US6930842B2，于2005年公开 了一种光学元件保持装置，径向均布的三个压电驱动机构通过柔性机构将切向 驱动转换为轴向运动，从而实现光学元件的轴向运动。但是上述调整装置的调 整行程小，且由于受柔性机构加工工艺、加工精度的限制，难以将轴向调整引 起的倾斜误差控制到合理的范围。

发明内容

本发明为解决现有光学元件轴向调整装置存在的调整行程小，存在倾斜误 差的问题，提供一种光刻投影物镜系统中光学元件的轴向宏微调节装置。

本发明的技术方案是：

光刻投影物镜系统中光学元件的轴向宏微调节装置，包括电容传感器、镜 框、宏微调节机构和导向导轨，电容传感器设置在镜框的上方，用于检测镜框 的移动距离；宏微调节机构设置在镜框的边框下面，用于对镜框的宏微动调节； 导向导轨设置在镜框的边框外侧，用于限制镜框的移动。

所述镜框包括周向均布的三个凸台及三个导向凸台；电容传感器设置凸台 上方，宏微调节机构作用在凸台上，导向凸台与导向导轨配合；宏微调节机构 包括导轨、作用平台、压电驱动器、底座、第一联接螺钉、步进电机、丝杠、 第二联接螺钉和驱动圆头；导轨由第一联接螺钉与底座联接在一起；作用平台 与导轨配合；压电驱动器通过第二联接螺钉与作用平台固定在一起；步进电机 与丝杠联接在一起，带动丝杠转动，驱动圆头作用在镜框的凸台上，推动镜框 作轴向运动。

所述每处轴向宏微调节机构中，压电驱动器对称设置在丝杠两侧。

本发明的有益效果：该装置在需要小于压电驱动器行程的位移输出时，压 电驱动器单独作用，镜框在导向导轨作用下作轴向运动；当需要大于压电驱动 器行程的位移输出时，步进电机通电带动丝杠转动使得作用平台做轴向的位移 运动，电容传感器将需要压电驱动器补偿的位移量反馈到外部控制系统，控制 压电驱动器做相应的位移调整，实现对镜框倾斜误差的补偿。综上所述，该装 置能够兼顾快速的大行程调整和精密的微动调整，同时可消除镜框的倾斜误差； 压电驱动器的施力点远离光学元件，能够有效避免调整力对光学元件面型的破 坏。

附图说明

图1为本发明光刻投影物镜系统中光学元件的轴向宏微调节装置示意图。

图2为本发明所述的宏微调节机构正视图。

图3为本发明所述的宏微调节机构轴测图。

图4为本发明所述的镜框结构示意图。

图5为本发明所述宏微轴向调节装置的控制策略简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，光刻投影物镜系统中光学元件的轴向宏微调节装置，包括电 容传感器1、镜框3、宏微调节机构4和导向导轨5，电容传感器1设置在镜框 3的上方，用于检测镜框3的移动距离；宏微调节机构4设置在镜框3的边框下 面，用于对镜框3的宏微动调节；导向导轨5设置在镜框3的边框外侧，用于 限制镜框3的移动。镜框3内布置光学元件2，由结构胶粘合在一起。

如图2所示，镜框3上具有三个凸台3-1及三个导向凸台3-2，分别沿镜框 周向120°均布，且相邻的凸台3-1与导向凸台3-2的夹角为30°。导向导轨5 与导向凸台3-2配合，起到导向和防止镜框3转动的作用。三个电容传感器1 设置在每个凸台3-1上方。

如图3、4所示，宏微调节机构，包括导轨4-1，作用平台4-2、压电驱动器 4-3、底座4-4、第一联接螺钉4-5、步进电机4-6、丝杠4-7、第二联接螺钉4-8 和驱动圆头4-9。作用平台4-2与导轨4-1紧密配合。步进电机4-6与丝杠4-7 联接在一起，带动丝杠4-7转动。压电驱动器4-3通过第二联接螺钉4-8固定在 一起；导轨4-1由第一联接螺钉4-5与底座4-4联接在一起；步进电机4-6与丝 杠4-7联接在一起，带动丝杠4-7转动，驱动圆头4-9作用在镜框3的凸台3-1 上，推动镜框3作轴向运动。

轴向宏微调节机构4中，压电驱动器4-3固定在作用平台4-2上，且在丝杠 4-7两侧对称布置。

如图5所示，本发明所述的光学元件宏微轴向装置可用于宏动调节和微动 调节。在需要小于压电驱动器4-3行程的位移输出时，压电驱动器4-3单独作用， 镜框3在导向导轨5导向下作轴向运动；当需要大于压电驱动器4-3行程的位移 输出时，步进电机4-6通电带动丝杠4-7转动并使得驱动平台实现轴向的位移， 电容传感器1将需要压电驱动器4-3补偿的位移量反馈到CPU控制模块，CPU 控制模块根据获取的位移信息发送指令至DSP硬件，DSP控制步进电机4-6和 压电驱动器4-3实现所需的运动。