狭缝柔性结构的光学元件超精密调节机构研究

发布时间：2017-11-13 17:07

  本文关键词：狭缝柔性结构的光学元件超精密调节机构研究

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【摘要】：光刻投影物镜作为光刻机的核心部件,投影物镜的发展就代表着光刻技术的发展。投影物镜发展的主要特征是视场越来越大,分辨率越来越高,镜片数越来越多,当然系统也越来越复杂。光刻机分辨率提高的途径之一是增大光刻投影物镜的数值孔径,提高物镜的像质。随着光刻系统分辨率的提高,光刻物镜的像质要求急剧提高,为达到光刻系统严格的成像质量要求,光刻物镜的像质调节需要使用微位移机构来完成,微位移机构的调节精度往往需要达到纳米级。本文针对高NA浸没光学系统对物镜调节机构的需求,通过对光学元件超精密调节机构的研究,提出了一种新型狭缝柔性结构,设计了狭缝柔性结构的光学元件超精密调节机构,并完成了相关的理论分析、仿真与实验研究。论文的主要工作包括:1.狭缝柔性结构的概念设计首先提出a×b型狭缝柔性结构,其中a表示径向方向上圆弧形梁的个数,它们之间连接方式为串联;b表示圆周方向上圆弧形梁的个数,它们之间的连接方式是并联。通过改变圆弧形矩形截面梁个数以及连接方式,设计出不同类型的狭缝柔性结构。2.狭缝柔性结构的理论分析建立狭缝柔性结构的物理模型,基于弹性力学的应力函数法,对狭缝柔性结构进行理论分析,并推算出结构的刚度计算公式。3.狭缝柔性结构的优化设计光刻物镜要求的条件极为苛刻,其调节机构需要满足高调节精度、高导向精度、大行程和结构紧凑等要求,围绕高导向精度以及结构紧凑的目标,以狭缝柔性结构的相关尺寸参数为自由变量,对狭缝柔性结构进行优化设计。4.调节机构的设计与仿真分析设计了狭缝柔性结构的光学元件调节机构,其中包括驱动装置、镜框(内外镜框和狭缝柔性结构)、转接块、柔性支撑等。首先对狭缝柔性结构进行仿真分析,并将刚度的理论解析值与仿真值进行对比,得出轴向刚度间的相对误差为6.07%,径向刚度间的相对误差为8.33%,证明了之前的刚度分析方法的有效性。然后进行调节机构的调节力对光学元件的影响分析,包括轴向调节对光学元件面形的影响,以及绕X、Y轴的偏转调节对面形的影响。5.调节机构的实验研究搭建狭缝柔性调节机构的试验平台,采用PI压电陶瓷驱动器对调节机构进行驱动,并结合电容传感器,建立闭环控制系统。分别对狭缝柔性调节机构的调节精度以及导向精度进行测试。
【学位授予单位】：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74

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本文编号：1181581