專利名稱：一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影光刻技術(shù)領(lǐng)域中光刻設(shè)備的微調(diào)平機(jī)構(gòu)，尤其涉及一種光刻機(jī)投 影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
投影光刻對(duì)大規(guī)模集成電路的制造來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，可以說(shuō)投影光刻工藝的水平?jīng)Q 定了集成電路的制造水平。而投影物鏡決定了投影光刻機(jī)的圖形傳遞能力，是光刻機(jī)的核 心。然而投影物鏡的安裝精度對(duì)投影光刻系統(tǒng)的圖形傳遞能力也有較大影響，所以對(duì)投影 物鏡的支撐和調(diào)平也很重要。現(xiàn)有投影物鏡的支撐調(diào)平方式主要以柔性鉸鏈的形式居多，如2008年7月23日 公開(kāi)的中國(guó)專利CN1012^;M5，2005年9月21日公開(kāi)的中國(guó)專利CN1670627，以及2004年9 月14日公開(kāi)的美國(guó)專利US6，791，664，它們都是柔性結(jié)構(gòu)。中國(guó)專利0附012沈345采用的柔 性結(jié)構(gòu)在原理上也屬于杠桿機(jī)構(gòu)，但是在其調(diào)平過(guò)程中產(chǎn)生的彎矩和壓力在彈性支點(diǎn)處會(huì) 引起較大的應(yīng)力；而且對(duì)調(diào)節(jié)螺母的驅(qū)動(dòng)不是很方便，不易控制精度。中國(guó)專利CN1670627 除了會(huì)出現(xiàn)上述情況外，還會(huì)出現(xiàn)螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊時(shí)使調(diào)節(jié)螺栓由受拉變受壓(或受壓 變受拉)，螺紋背隙會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)精度下降，并且結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜。美國(guó)專利US6，791，664 將壓電陶瓷作動(dòng)器和壓電傳感器作為一體植入鋼制支撐塊中，根據(jù)壓電傳感器得到的信號(hào) 來(lái)控制壓電作動(dòng)器。雖然美國(guó)專利既可以對(duì)振動(dòng)進(jìn)行控制又可以實(shí)時(shí)調(diào)平，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái) 難度較大；并且壓電陶瓷作動(dòng)時(shí)上下表面發(fā)生輕微錯(cuò)動(dòng)所產(chǎn)生的側(cè)向剪切力會(huì)降低壓電作 動(dòng)器的使用壽命，對(duì)長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生影響。以上結(jié)構(gòu)都大大增加了加工和 設(shè)計(jì)的難度，操作起來(lái)也不方便，其中前兩個(gè)專利中對(duì)精度的控制難度也較大。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有支撐結(jié)構(gòu)加工和設(shè)計(jì)難度大、操作不方便、控制精度低的問(wèn)題，本發(fā) 明提供了一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工和裝調(diào)，對(duì)于精度的控制 更為簡(jiǎn)單精確。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案如下一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)，包括安裝基板、安裝件、多個(gè)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu) 和固定件，所述支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)主要由杠桿安裝底座、調(diào)節(jié)杠桿、軸、軸限位件、預(yù)緊件和 調(diào)整件組成，支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)通過(guò)固定件將杠桿安裝底座與安裝基板固定，并通過(guò)安裝 件將物鏡法蘭和調(diào)節(jié)杠桿的前端連接；軸位于杠桿安裝底座前部上表面的凹槽內(nèi)，軸兩端 通過(guò)軸限位件固定在杠桿安裝底座上；調(diào)節(jié)杠桿和杠桿安裝底座通過(guò)預(yù)緊件對(duì)支撐調(diào)整杠 桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行預(yù)緊，并通過(guò)調(diào)整件對(duì)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)節(jié)杠桿前部下表面開(kāi)一個(gè)半圓柱形凹槽，直徑與軸徑相同，用來(lái)與軸進(jìn)行裝配， 形成整個(gè)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)的支點(diǎn)。該半圓柱形凹槽的圓心在調(diào)節(jié)杠桿前端下表面的下 方，這樣可以使調(diào)節(jié)杠桿的前端與杠桿安裝底座的上表面之間有一個(gè)小間隙，以保證支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)有一定向下活動(dòng)的空間。軸端蓋和擋圈用來(lái)限定軸的位置，同時(shí)也能對(duì)調(diào)節(jié) 杠桿起到一定限位的作用。預(yù)緊彈簧通過(guò)分別安裝在調(diào)節(jié)杠桿和杠桿安裝底座的銷，對(duì)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)施 以預(yù)緊力。調(diào)整螺母通過(guò)四個(gè)螺釘固定在杠桿安裝底座下部的沉頭孔內(nèi)，調(diào)整螺釘通過(guò)調(diào) 節(jié)杠桿后部的孔與調(diào)整螺母構(gòu)成螺紋配合。當(dāng)調(diào)整螺釘向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)杠桿的后部 也向下移動(dòng)，從而使調(diào)節(jié)杠桿的前部上翹；當(dāng)調(diào)整螺釘向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，物鏡重力和彈簧預(yù)緊力 則會(huì)使調(diào)節(jié)杠桿跟隨調(diào)整螺釘一同運(yùn)動(dòng)，此時(shí)調(diào)節(jié)杠桿的前部下移。當(dāng)投影物鏡的法蘭固 定在三個(gè)投影物鏡支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)上時(shí)，通過(guò)對(duì)這三個(gè)投影物鏡支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)地調(diào) 整就能達(dá)到物鏡調(diào)平的目的。本發(fā)明除了通過(guò)改變調(diào)整螺釘和調(diào)整螺母的螺距來(lái)改變整個(gè)微調(diào)平機(jī)構(gòu)的精度 外，還可以通過(guò)改變杠桿的放大系數(shù)來(lái)滿足不同的精度要求。同時(shí)，為了解決調(diào)平時(shí)出現(xiàn)的 過(guò)約束問(wèn)題，還在調(diào)節(jié)杠桿支點(diǎn)的前端上表面縱向開(kāi)了一個(gè)半圓柱形的凹槽。本發(fā)明的有益效果是該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工和裝調(diào)，對(duì)于精度的控制更為簡(jiǎn) 單精確；還可以根據(jù)不同的精度要求來(lái)設(shè)定杠桿的放大系數(shù)。


圖1為本發(fā)明光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)支撐物鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明中的支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)分解示意圖。圖3為本發(fā)明中的支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)軸側(cè)示意圖。圖4為本發(fā)明中的支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)的部分剖面示意圖。圖5為本發(fā)明光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)的原理圖。圖中1-投影物鏡；2-安裝基板；3-安裝螺釘；4-支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)；5-固定螺 釘；6-物鏡法蘭；7-杠桿安裝底座；8-調(diào)節(jié)杠桿；9-軸；10-軸端蓋固定螺釘；11-調(diào)整螺 釘；12-軸端蓋；13-調(diào)整螺母固定螺釘；14-調(diào)整螺母；15-擋圈；16-預(yù)緊彈簧；17-銷； 18-減振槽；19-軸定位槽。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)用于支撐調(diào)整帶有物鏡法蘭6 的投影物鏡1，該調(diào)平機(jī)構(gòu)包括安裝基板2、多個(gè)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4、固定螺釘5和安裝螺 釘3。每個(gè)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4由杠桿安裝底座7、調(diào)節(jié)杠桿8、調(diào)整螺釘11、軸9、軸端蓋 12、預(yù)緊彈簧16和調(diào)整螺母14等構(gòu)成，見(jiàn)圖2。支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4通過(guò)固定螺釘5將杠 桿安裝底座7與安裝基板2固定，并通過(guò)安裝螺釘3將投影物鏡1的安裝法蘭6和調(diào)節(jié)杠 桿8的前端連接。如圖2所示，調(diào)節(jié)杠桿8的前部下表面開(kāi)一個(gè)半圓柱形軸定位槽19，直徑與軸9的 直徑相同，用來(lái)與軸9進(jìn)行裝配，形成整個(gè)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4的支點(diǎn)。軸定位槽19的圓 心在調(diào)節(jié)杠桿8前端下表面的下方，這樣可以使調(diào)節(jié)杠桿8的前端與杠桿安裝底座7之間 有一個(gè)小間隙，以保證支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4有一定向下活動(dòng)的空間。軸端蓋12通過(guò)軸端蓋 固定螺釘10固定在杠桿安裝底座7上，軸端蓋12和擋圈15用來(lái)限定軸9的位置。除此之外，軸端蓋12還有另一個(gè)作用，就是限制調(diào)節(jié)杠桿8的縱向位移。預(yù)緊彈簧16通過(guò)分別安裝在調(diào)節(jié)杠桿8和杠桿安裝底座7上的銷17，對(duì)支撐調(diào)整 杠桿機(jī)構(gòu)4施以預(yù)緊力。調(diào)整螺母14通過(guò)四個(gè)調(diào)整螺母固定螺釘13固定在杠桿安裝底座 7的下部。調(diào)整螺釘11通過(guò)調(diào)節(jié)杠桿8末端的孔與調(diào)整螺母14連接。如圖1和圖2所示，由于支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4與投影物鏡1和安裝基板2都是剛 性連接，當(dāng)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4調(diào)整投影物鏡1的位置和姿態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)杠桿8的位置變化也 會(huì)帶動(dòng)物鏡法蘭6，使其產(chǎn)生不必要的附加水平位移，以至于帶動(dòng)投影物鏡1投影中心的X、 Y位置發(fā)生變化。同時(shí)，這樣的過(guò)約束情況，也會(huì)給投影物鏡1的安裝法蘭6帶來(lái)較大的附 加應(yīng)力。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在調(diào)節(jié)杠桿8前端上表面的縱向開(kāi)了一個(gè)半圓柱形的凹槽18， 形成一個(gè)彈性支點(diǎn)，這樣就會(huì)解決支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4與投影物鏡1的安裝法蘭6和安裝 基板2之間的過(guò)約束問(wèn)題。為了使整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效，本發(fā)明的微調(diào)平機(jī)構(gòu)采用三點(diǎn)支撐 方式均勻分布在投影物鏡1的邊緣。根據(jù)杠桿原理，當(dāng)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘11使其向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)杠桿8的后部也向 下移動(dòng)，從而使調(diào)節(jié)杠桿8的前部上翹；當(dāng)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘11使其向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)杠桿8跟 隨調(diào)整螺釘11 一同運(yùn)動(dòng)，由于投影物鏡1自身重力和預(yù)緊彈簧16的預(yù)緊力，則會(huì)使調(diào)節(jié)杠 桿8的前部下移，從而實(shí)現(xiàn)了與物鏡法蘭6連接處的Z向移動(dòng)。當(dāng)三個(gè)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4 有不同的位移時(shí)，就能使投影物鏡1的基準(zhǔn)平面與水平面的夾角發(fā)生變化。要對(duì)投影物鏡1 進(jìn)行調(diào)平時(shí)，需要以下幾個(gè)步驟首先，需要通過(guò)高分辨力的水平測(cè)量?jī)x測(cè)出投影物鏡1基 準(zhǔn)面的水平度，并與期望的水平度值進(jìn)行對(duì)比；其次，根據(jù)對(duì)比結(jié)果判斷出如何調(diào)整這三個(gè) 支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4并計(jì)算出調(diào)整量；然后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘11來(lái)實(shí)現(xiàn)上一步判斷和計(jì) 算出的結(jié)果；最后，為了檢查是否調(diào)整到位，再重復(fù)一邊第一步，若不滿足則繼續(xù)調(diào)整。為了精確控制本發(fā)明微調(diào)平機(jī)構(gòu)的精度，除了通過(guò)改變調(diào)整螺釘11和調(diào)整螺母 14的螺距來(lái)改變整個(gè)微調(diào)平機(jī)構(gòu)的精度外，還可以通過(guò)改變支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4的放大系 數(shù)來(lái)得到不同的精度要求。其中對(duì)杠桿放大系數(shù)的控制，可以通過(guò)對(duì)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4 內(nèi)部?jī)蓚€(gè)參數(shù)L1和L2的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中L1和L2分別表示物鏡法蘭6的安裝位置和調(diào)整 螺釘11的中心與軸9的水平距離，參見(jiàn)圖4。T1也是一個(gè)很重要的參數(shù)，它是調(diào)整杠桿8的 厚度與上表面減振槽18半徑的差，是整個(gè)調(diào)整杠桿8剛度的最薄弱處；它決定了結(jié)構(gòu)的剛 度和微調(diào)平機(jī)構(gòu)與物鏡法蘭6之間過(guò)約束的程度。所以，TpLpL2和調(diào)整螺釘11螺距的選 擇決定了整個(gè)微調(diào)平機(jī)構(gòu)的精度和整體剛度，當(dāng)支撐結(jié)構(gòu)受尺寸、剛度和載荷等原因的約 束時(shí)，對(duì)以上四個(gè)參數(shù)的正確選擇對(duì)整個(gè)微調(diào)平機(jī)構(gòu)至關(guān)重要。下面分別舉例說(shuō)明1\、L1, L2對(duì)微調(diào)平機(jī)構(gòu)的影響當(dāng)T1的值過(guò)大時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度
較大，調(diào)整過(guò)程中對(duì)物鏡法蘭6產(chǎn)生的附加彎矩也會(huì)較大，所以，需要不同的剛度，要求
T1的大小肯定有所不同。圖5為物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)的原理圖，A、B、C為支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)
4的安裝位置，可知AB = AC = BC = a,安裝在B點(diǎn)的支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)4將物鏡法蘭
6的位置平面ABC調(diào)整到平面AB’ C時(shí)，Δ θ表示投影物鏡1轉(zhuǎn)過(guò)的角度，由圖5可知，
,2Ab α L-, . Ln ΑΘ = arctan-^^)，其中叢=-^AB。今η = ，則η為杠桿放大系數(shù)。假設(shè)，調(diào)整螺釘
"V ^^21
AS
11的調(diào)整精度為ΔB，那么整個(gè)微調(diào)平機(jī)構(gòu)的調(diào)整精度Ab為——。所以，當(dāng)調(diào)整螺釘11的
η精度無(wú)法提高時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整杠桿放大系數(shù)n，即L1和L2的長(zhǎng)度比來(lái)提高整個(gè)微調(diào)平機(jī) 構(gòu)的調(diào)整精度。
權(quán)利要求
1.一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)，包括安裝基板O)、安裝件(3)、多個(gè)支撐調(diào)整杠 桿機(jī)構(gòu)(4)和固定件(5)，其特征在于所述支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)(4)主要由杠桿安裝底座 (7)、調(diào)節(jié)杠桿(8)、軸(9)、軸限位件、預(yù)緊件和調(diào)整件組成，支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)(4)通過(guò)固 定件(5)將杠桿安裝底座(7)與安裝基板O)固定，并通過(guò)安裝件(3)將物鏡法蘭(6)和 調(diào)節(jié)杠桿(8)的前端連接；軸(9)位于杠桿安裝底座(7)前部上表面的凹槽內(nèi)，軸(9)兩端 通過(guò)軸限位件固定在杠桿安裝底座(7)上；調(diào)節(jié)杠桿(8)和杠桿安裝底座(7)通過(guò)預(yù)緊件 對(duì)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)(4)進(jìn)行預(yù)緊，并通過(guò)調(diào)整件對(duì)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)(4)進(jìn)行調(diào)整。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)，其特征在于所述杠桿安裝 底座(7)前部上表面的凹槽為半圓柱形凹槽，調(diào)節(jié)杠桿(8)前部的下表面與上述凹槽相對(duì) 的位置處開(kāi)有軸定位槽(19)，軸定位槽(19)、軸(9)和杠桿安裝底座(7)上的半圓柱形凹 槽構(gòu)成支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)的支點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)，其特征在于所述軸定 位槽(19)的圓心在調(diào)節(jié)杠桿(8)下表面的下方，調(diào)節(jié)杠桿(8)的前端下表面與杠桿安裝底 座(7)的上表面之間有間隙。
4.如權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)，其特征在于所述軸限位件 包括兩個(gè)軸端蓋(12)、四個(gè)軸端蓋固定螺釘(10)和兩個(gè)擋圈(15)，兩個(gè)軸端蓋(1 分別 位于調(diào)節(jié)杠桿(8)的兩側(cè)，軸端蓋(1 通過(guò)軸端蓋固定螺釘(10)將軸(9)的兩端固定在 杠桿安裝底座(7)上，兩個(gè)擋圈(15)分別位于軸(9)兩端的外側(cè)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)，其特征在于所述預(yù)緊件包 括預(yù)緊彈簧(16)和銷(17)，預(yù)緊彈簧(16)的兩端通過(guò)銷(17)分別固定在杠桿安裝底座(7)的前部和調(diào)節(jié)杠桿(8)的前部。
6.如權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)，其特征在于所述調(diào)整件包 括調(diào)整螺母(14)、調(diào)整螺母固定螺釘(1 和調(diào)整螺釘(11)，所述調(diào)整螺母(14)通過(guò)調(diào)整 螺母固定螺釘(1 固定在杠桿安裝底座(7)后部的沉頭孔里，調(diào)整螺釘(11)穿過(guò)調(diào)節(jié)杠 桿(8)后部的孔與調(diào)整螺母(14)螺紋連接。
7.如權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)，其特征在于所述支撐調(diào)整 杠桿機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)為三個(gè)，沿物鏡法蘭(6)的圓周均勻分布；所述安裝件C3)和固定件 (5)分別為螺釘。
8.如權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)，其特征在于所述調(diào)節(jié)杠桿(8)前端上表面的縱向開(kāi)有減振槽(18)。
9.如權(quán)利要求8所述的一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)，其特征在于所述減振槽 (18)為半圓柱形凹槽。
全文摘要
一種光刻機(jī)投影物鏡微調(diào)平機(jī)構(gòu)涉及投影光刻技術(shù)領(lǐng)域，該機(jī)構(gòu)主要由安裝基板、三個(gè)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)、安裝件和固定件構(gòu)成，每個(gè)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)由杠桿安裝底座、調(diào)節(jié)杠桿、調(diào)整螺釘、軸、軸端蓋、預(yù)緊彈簧和調(diào)整螺母等構(gòu)成；支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)通過(guò)固定件將杠桿安裝底座與安裝基板固定，并通過(guò)安裝件將物鏡法蘭和調(diào)節(jié)杠桿前端連接。本發(fā)明的有益效果是該微調(diào)平機(jī)構(gòu)采用三點(diǎn)支撐方式均勻分布在物鏡邊緣，通過(guò)支撐調(diào)整杠桿機(jī)構(gòu)不僅可以提高螺紋調(diào)節(jié)的精度，還可以減小螺紋上所承受的載荷，并且可以根據(jù)不同的精度要求來(lái)設(shè)定杠桿的放大系數(shù)。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102141741SQ20111009551
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者向陽(yáng), 齊克奇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所