本发明专利技术公开了一种光学元件支撑结构，用于支撑单元镜组(21)的光学元件(22)，包括镜座(24)，所述镜座(24)为圆周对称的机械构件，所述镜座(24)的内环向镜座中心伸出支撑杆(246)，所述支撑杆(246)在光轴方向和镜座径向上均具有柔性，所述支撑杆(246)末端设置有支撑面(247)，所述支撑面(247)与光学元件(22)的下表面相互匹配，以将光学元件(22)固定在所述镜座(24)上；所述支撑杆(246)的内侧连接有一运动台(245)，所述运动台(245)通过一导向机构(243)与镜座(24)的外环连接，所述导向机构(243)用于运动台(245)的运动导向。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高精密光学镜头制造和装调
，特别是涉及一种可补偿面形的光学元件支撑结构、单元镜组、曝光光学系统及光刻机。
技术介绍
高端光刻投影物镜的设计、加工、制造及装调是一个非常精密、复杂的系统工程。随着摩尔定律的延伸，半导体业界对处理器芯片最小线宽分辨率的要求越来越高，为了实现高质量的成像性能、获得更高的分辨率，要求光学元件面形精度RMS值达到1nm～2nm水平。随着光刻机投影物镜光学系统的NA值逐渐增大，光刻投影物镜中光学元件的通光孔径也越来越大，透镜的外径往往达到320mm甚至更大。然而，随着光学元件外径尺寸的增大，外力对光学元件面形的影响也愈加敏感。如不进行精确控制，由重力或紧固力导致的面形误差很可能超出期望值的2～3倍甚至10倍以上。除了光学加工过程中光学元件自身残余的面形误差，由镜框等支撑结构加工引起的尺寸、形位公差会导致光学元件受力不均匀，也会产生面形误差；此外，在将光学元件固定在镜框或镜座中时，无论是采用粘胶还是夹紧的方式，均无法实现完全“无应力”的效果，也会引入面形误差；最后，在将所有的光学元件和镜框连接成一个投影物镜整体时，必须采用一定的固定和联接措施，在此过程中产生的应力也会传入到光学元件上，引入一定程度的面形误差。上述这些对光学元件面形精度产生影响的因素均称为静态面形影响因素。在光刻机工作过程中，经过持续曝光之后，投影物镜的每个光学元件都会吸收一定的激光能量，由于光学元件大小、厚度不同，各个光学元件产生的温度变化量是不同的。由于大口径光学透镜对于温度的变化更为敏感，温度差异造成的光学元件面形的改变会对光学系统成像性能产生不利的影响。此外，环境温度、气压的变化也会导致投影物镜成像性能的劣化。上述光刻机工作过程中对投影物镜成像性能产生干扰的因素可称为动态面形影响因素。为了实现更高精度的分辨率，必须对上述静态面形误差和动态面形误差进行补偿。专利US6392825B1公开了一种具有多个弹性支撑单元的镜框结构，通过支撑单元的弹性抵消外界应力变形的影响；由于弹性支撑单元通过薄板材料加工而成，难以实现微米级的加工精度，并且弹性支撑单元和镜框通过焊接或螺钉紧定的方式连接，焊接应力和螺钉预紧力也会降低弹性支撑单元的最终精度。专利US6229675B1中提出一种将内外框变形解耦的结构形式，这种结构加工工艺性不好，是一种被动补偿方式，虽然能够消除外界应力对光学元件面形精度的影响，却无法补偿动态面形误差。专利US7031082B2公开一种可使光学元件变形的镜框结构，还具备变形监测单元，然而这种结构的变形调节部分由多个零部件装配而成，结构复杂、装调困难，难以实现对光学元件面形纳米级精度的调整。专利US7193794B2公开了一种主动补偿光学元件面形误差的镜框结构，可在不改变光学元件空间位置的情况下补偿像散和三叶对系统成像性能的影响；然而，这种方式沿轴向即光轴方向布置驱动器或传动结构，占用较大空间，难以实现对每个支撑点处光学元件受力的调整，且无法在同一个物镜中用于更多光学元件的面形补偿。
技术实现思路
本专利技术为解决光刻投影物镜曝光光学系统中光学元件静态面形误差和动态面形误差的补偿问题，保障光刻投影物镜制造过程中光学元件的高精度支撑、定位问题，提出一种可补偿或调整光学元件面形的光学元件支撑结构，该结构形式简单、工艺性好，能够补偿加工误差、装调力及外界温度变化等因素对光学元件面形精度的影响，可灵活应用于物镜装调、测试及工作等多个环节。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：提供一种光学元件支撑结构，用于支撑单元镜组的光学元件，包括镜座，所述镜座为一个圆周对称的机械构件，所述镜座内环向中心伸出一圈支撑杆，所述支撑杆在光轴方向和镜座径向上均具有一定柔性，所述支撑杆末端设置有支撑面，所述支撑面与光学元件下表面相互匹配，以将光学元件固定在所述镜座上；所述支撑杆的内侧连接一运动台，所述运动台通过一导向机构与镜座外环连接，所述导向机构用于运动台的运动导向。本专利技术的光学元件支撑结构应用于曝光光学系统的单元镜组中，镜座内环向中心伸出一圈支撑杆，支撑杆在光轴方向和镜座径向上均具有一定柔性，支撑杆末端设置有支撑面，支撑面与光学元件下表面相互匹配以将光学元件固定在镜座上，不但能够实现光学元件的超高精度支撑定位，通过驱动运动台使得支撑杆发生一定的变形和位移，还可以有效补偿由于外部加工、装配公差导致的面形误差，同时还能够实时补偿工作过程中环境温度、压力、激光辐照产生的像差。因而，该光学元件支撑结构能够在整个生命周期内保证光刻投影物镜曝光光学系统的整体像质。另外，本专利技术的光学元件支撑结构占用空间小，与曝光光学系统的镜座可呈一体式加工，且易于加工制造、成本低。能够在降低光学元件支撑镜座尺寸、形位公差要求的情况下，通过手动或自动的方式补偿光学元件静态和动态面形，最终实现光学元件超高精度面形的要求。且该结构能够应用于各种类型光学元件，并可在广泛的补偿范围之间使用，能够保证曝光光学系统的最终像质要求。根据本专利技术的一个实施例，所述镜座的顶部和底部分别伸出有上连接法兰和下连接法兰。根据本专利技术的一个实施例，所述导向机构与所述镜座的外环连接形成有狭缝，所述运动台的运动范围通过狭缝的宽度约束。根据本专利技术，所述光学元件支撑结构带有导向结构的运动台，能够将径向位移转化为光学元件的面形变化，实现物镜像质的主动补偿，可手动或自动驱动。根据本专利技术的一个实施例，所述导向机构为呈对称分布的平行四连杆结构，所述平行四连杆结构能够保证运动台按照预设的径向方向往复运动，所述导向机构的径向尺寸远小于其轴向尺寸和周向尺寸，使得其在光轴方向上的刚度远大于其在径向方向上的刚度，进而使得所述导向机构具有径向方向的移动自由度。在这里，远小于指的是尺寸比例小于1:10；远大于指的是尺寸比例大于10:1。根据本专利技术的一个实施例，所述导向机构由四个薄型板弹簧组成，四个薄型板弹簧相对径向两两呈对称形式分布，以形成一对平行四连杆机构。根据本专利技术的一个实施例，所述支撑面与光学元件下表面相互匹配的表面为平面、凹面或凸面的一种，所述支撑杆数量大于等于3，且所述支撑杆绕光轴呈周向均布排列。根据本专利技术的一个实施例，所述支撑结构还包括多个驱动机构，所述镜座形成有多个沿镜座径向延伸的定位孔，所述定位孔由镜座外环表面延伸至与所述狭缝相通，所述驱动机构插入所述定位孔中以此固定于镜座中，所述驱动机本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学元件支撑结构，用于支撑单元镜组(21)的光学元件(22)，其特征在于，包括镜座(24)，所述镜座(24)为圆周对称的机械构件，所述镜座(24)的内环向镜座中心伸出支撑杆(246)，所述支撑杆(246)在光轴方向和镜座径向上均具有柔性，所述支撑杆(246)末端设置有支撑面(247)，所述支撑面(247)与光学元件(22)的下表面相互匹配，以将光学元件(22)固定在所述镜座(24)上；所述支撑杆(246)的内侧连接有一运动台(245)，所述运动台(245)通过一导向机构(243)与镜座(24)的外环连接，所述导向机构(243)用于运动台(245)的运动导向。
【技术特征摘要】
1.一种光学元件支撑结构，用于支撑单元镜组(21)的光学元件(22)，
其特征在于，包括镜座(24)，所述镜座(24)为圆周对称的机械构件，所述镜
座(24)的内环向镜座中心伸出支撑杆(246)，所述支撑杆(246)在光轴方向
和镜座径向上均具有柔性，所述支撑杆(246)末端设置有支撑面(247)，所述
支撑面(247)与光学元件(22)的下表面相互匹配，以将光学元件(22)固定
在所述镜座(24)上；所述支撑杆(246)的内侧连接有一运动台(245)，所述
运动台(245)通过一导向机构(243)与镜座(24)的外环连接，所述导向机
构(243)用于运动台(245)的运动导向。
2.根据权利要求1所述的光学元件支撑结构，其特征在于，所述镜座(24)
的顶部和底部分别伸出有上连接法兰(241)和下连接法兰(242)。
3.根据权利要求1所述的光学元件支撑结构，其特征在于，所述导向机构
(243)与所述镜座(24)的外环连接形成有狭缝(244)，所述运动台(245)
的运动范围通过所述狭缝(244)的宽度约束。
4.根据权利要求1-3任一项所述的光学元件支撑结构，其特征还在于，所
述导向机构(243)为呈对称分布的平行四连杆结构，所述平行四连杆结构能够
保证运动台(245)按照预设的径向方向往复运动，所述导向机构(243)的径
向尺寸远小于其轴向尺寸和周向尺寸，使得其在光轴方向上的刚度远大于其在
径向方向上的刚度，进而使得所述导向机构(243)具有径向方向的移动自由度。
5.根据权利要求1-3任一项所述的光学元件支撑结构，其特征还在于，所
述导向机构(243)由四个薄型板弹簧组成，四个...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪明阳，华洋洋，于新峰，郭抗，隋永新，杨怀江，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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