РЕГУЛИРУЕМЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ
REGULATED OPTICAL MODULE

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в проекционной оптической системе для полупроводниковой литографии с множеством оптических элементов и, по крайней мере, с одним регулируемым оптическим элементом.
Известно устройство для юстировки оптического элемента, в частности линзы в оптической системе, а именно в проекционном объективе для полупроводниковой литографии (заявка на изобретение Германии № DE 10140608, МПК G02B 26/00, 7/02, опубл. 6.03.2003 г.). Оптический элемент размещен в оправе посредством L-образных опор, равномерно расположенных по окружности и непосредственно контактирующих одним своим концом с оптическим элементом, а другим связанных с оправой. При этом воздействие на тот или иной участок оптического элемента вдоль оптической оси относительно оправы происходит через соответствующий привод опоры без воздействия на внутреннюю оправу, в которой могут возникнуть нежелательные деформации, влияющие на форму оптического элемента.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство, описанное в патенте на изобретение № US 6870632, МПК G02B 7/02, опубл. 22.03.2005 г., предназначенное для размещения оптического элемента (зеркала или линзы) в проекционном объективе для полупроводниковой литографии. Оптический элемент с помощью механизма перемещения, содержащего шарнирные соединения с гибкими пружинными соединениями между подвижными частями, крепится к внешней оправе. Механизмы перемещения равномерно размещены по диаметру внутренней оправы оптического элемента. Гибкие пружинные соединения представляют собой плоские пружины, одна из которых действует в радиальном, а другая - в тангенциальном направлении по отношению к оптическому элементу. При этом шарнирное соединение жестко крепится к внешней оправе. Шарнирные соединения могут быть приведены в действие манипуляторами одновременно или каждый в отдельности, что приводит, в свою очередь, либо к перемещению оптического элемента вдоль его оси, либо к его наклону соответственно. Однако существенным недостатком этой конструкции является ее сложность и отсутствие стопорения шарнирных соединений после перемещения оптического элемента.
Задачей изобретения является создание регулируемого оптического модуля с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат - повышение точности и надежности работы оптического модуля, возможность стопорения оптического элемента в заданном положении при упрощении конструкции.
Это достигается тем, что в регулируемом оптическом модуле, состоящем из установленных вдоль оптической оси внешней оправы и оптического элемента, соединенных между собой через механизм перемещения так, что оптический элемент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси, механизм перемещения имеет пружинящие элементы и жестко закреплен на внешней оправе, в отличие от известного механизм перемещения выполнен в виде микродомкрата, крепление к оптическому элементу и внешней оправе осуществляется через жесткие верхнюю и нижнюю части корпуса микродомкрата соответственно, причем крепление к внешней оправе является жестким, а боковые стенки корпуса выполнены с пружинящими элементами, в корпусе микродомкрата находится дифференциальный механизм, выполненный из винта и двух гаек, имеющих разный шаг резьбы Р, причем винт и одна из гаек жестко закреплены на противоположных внутренних боковых стенках корпуса, а вторая гайка является подвижной и установлена с возможностью перемещения по резьбе винта посредством манипулятора. Регулируемый оптический модуль может быть снабжен внутренней оправой, в которой закреплен оптический элемент. Кроме того, оптический элемент может быть выполнен либо в виде линзы, либо в виде зеркала, либо в виде призмы.
На чертеже изображен регулируемый оптический модуль в разрезе.
Оптический элемент в данном случае представлен в виде линзы 1, которая жестко закреплена в своей внутренней оправе 2 и через кронштейн 3 жестко крепится на механизме перемещения, выполненном в виде микродомкрата, состоящего из корпуса 4 и дифференциального механизма в виде винта 5 и двух гаек 6 и 7, имеющих разный шаг резьбы Р. Корпус 4 микродомкрата представляет из себя монолитную конструкцию, верхняя 8 и нижняя 9 части которой являются жесткими, а в его боковых стенках 10 выполнены пружинящие элементы 11, форма и количество которых для повышения чувствительности регулирующего механизма могут варьироваться. Для этой же цели может варьироваться материал, из которого изготовлены корпус 4 микродомкрата, винт 5 и гайки 6 и 7, например различные виды пружинной стали и бронзы. Верхней частью 8 микродомкрат жестко крепится к внутренней оправе 2, а нижней частью 9 - к внешней оправе 12, которая расположена соосно оптическому элементу 1. Форма и конструкция кронштейна 3, внутренней 2 и внешней 12 оправ может быть различной, на чертеже они показаны в упрощенном виде, так же, как и оптический элемент, который, в свою очередь, может быть представлен в виде линзы, зеркала или призмы или в виде каждого из этих компонентов, жестко закрепленных во внутренней оправе. Возможно и непосредственное соединение оптического элемента, например линзы 1, с механизмом микродомкрата. Количество микродомкратов, равномерно расположенных по диаметру оптического элемента, может варьироваться, в данном случае их три. Для простоты на чертеже показан только один механизм. Внутри корпуса 4 на противоположных боковых стенках 10 жестко закреплены винт 5 и гайка 6. В одной из этих стенок, на которой закреплена гайка 6, выполнено отверстие для возможности перемещения манипулятором (не показан) подвижной гайки 7 по резьбе винта 5.
Регулируемый оптический модуль работает следующим образом.
Манипулятор (не показан) через отверстие в боковой стенке корпуса 4 приводит в действие дифференциальный механизм 5, 6 и 7. В свою очередь, подвижная гайка 7, перемещаясь по резьбе винта 5 в направлении, перпендикулярном оптической оси, воздействует на внутренние боковые стенки 10 корпуса 4, изменяя его геометрические размеры за счет пружинящих элементов 11, что в итоге приводит к перемещению оптического элемента вдоль его оптической оси. Если требуется, механизмы микродомкратов могут быть приведены в действие манипуляторами одновременно или каждый в отдельности, что приводит, в свою очередь, либо к перемещению оптического элемента вдоль его оси, либо к его наклону соответственно. Тем самым обеспечиваются необходимые котировочные перемещения оптического элемента. Конструкция и принцип действия манипуляторов и приводов могут быть различными (электро, гидро, пневмо, пьезо).
Примером конкретного выполнения служит предложенный регулируемый оптический модуль с последующим стопорением оптического элемента в заданном положении. Винт и гайки дифференциального механизма выполнены с резьбами М8×0,7 и M12×0,8 (могут варьироваться), что при расчетном ходе подвижной гайки в 2,5 оборота приводит к изменению геометрического размера корпуса в поперечном сечении на 10 мкм и к перемещению оптического элемента вдоль его оси на 6 мкм. В механизме привода манипулятора используется шаговый электродвигатель типа FL42TSH. Выбранная конфигурация корпуса обеспечивает максимальную редукцию перемещений при минимальных напряжениях в материале. Работа резьбовых пар в постоянно сомкнутом состоянии гарантирует отсутствие люфтов. Преимуществом предлагаемого микродомкрата по сравнению с другими подобными механизмами (электро, пьезо, пневмо и т.д.) является механическое стопорение перемещаемого оптического элемента, исключающее необходимость последующего удержания манипуляторов и приводов перемещения в напряженном состоянии.
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан регулируемый оптический модуль с возможностью последующего стопорения оптического элемента в заданном положении упрощенной конструкции, что обеспечивает точность и надежность работы модуля.