光刻投影物镜中的透镜X-Y柔性微动调整机构

柔性机构是以柔性铰链代替传统运动铰链，采用柔性元件的弹性变形而非刚性元件的运动来传递或转换运动、力或能量的非装配-体式机构l1 J。相对于由刚性零件和运动副构成的传统传动部件，柔性机构具有运动分辨率高、无摩擦、无需润滑、制造工艺简单等优点，因而在半导体加工制造 引、精密操作 、空间光学遥感 ]、精密和超精密加工l1妇等领域具有广泛的应用。

工程领域对柔性机构需求的不断增 加，加快了国内外学者对柔性机构的研究。Lohontiu口 1 3l对-维 自由度柔性机构的输入-输出关系和运动刚度进行了研究。Ryu5 设计 了用于硅片工作台Xy 三 自由度运动的柔性机构 ，分析了机构的输人-输出位移关系，建立了该机构的刚度模型。

Yong Y.K[6 设计了基于柔性 3-RRR并联机构的Xy 三自由度调整机构，研究了该机构的输入-输出关系 ，建立了该机构的运动学模型。HaleL Cl1 ]研制 了用于极 紫外 系统 中反射镜 的 XY调整二 自由度柔性机构。Pham H H 和 Chen IM1朝研究了对称冗余单 自由度机构和 3-RRR三自由机构的刚度。S.Park[1 等人建立了六 自由度柔性机构的运动学模型，得 到了该机构位移的输入-输出关系。张宪民口 等人研制了基于柔性3-RRR机构 的 X 三 自由度调整机构。孙立宁。 等人对柔 性 Stewart结构并联机器人 进行了研究，建立了系统的整体刚度模型。上述研究在柔性机构设计时大都不受空间尺寸的限制，而在紧凑型、高精度柔性机构方面的研究相对较少。

本文针对光刻物镜中透镜X-y微动调整机构空间尺寸紧凑、调整精度高、调整量程小等特点，提出了-种基于柔性铰链的 Xy紧凑型微动调整机构，并将它应用于光刻物镜模型进行了实验验证。

2 y柔性微动调整机构的工作原理Xy柔性微动调整机构等效的传统机构运动简图如图1所示，该 y调整机构为平面运动机构，根据平面机构的 自由度公式 ，有 ：DOF 3 - (2P1Ph) ， (1)其中：Y/为机构中活动构件的数量，P 为低副数量，Pn为高副数量。

图 1 Xy微动调整机构运动简 图Fig.1 Xy micro-motion mechanism由图 1可知，该机构中连杆数量 -6，转动副平面低副数量 P -8，平面高副的数量 P -0，代入公式(1)得到该平面机构的自由度 DOF2，因此实现确定运动该机构需要 2个原动件。本文研制的 X-y调整机构为实现平面内X方向和 y方向的移动，分别在垂直于连杆 CD和连杆 GF方向上设置有 2个 固定在机架上的驱动器。

定义机构的坐标 系如图 2所示 ，坐标原点位于图中结构的圆心处，x轴与水平轴成 45。且正方向指向左上方，y轴与水平轴成 45。且正方向指向右上方。

Xy调整机构中与内部运动件相连的3个连杆 AB、DE、GH 分别提供沿连杆 轴 向的运动约束 。当驱动器 单独作用时，连杆 DE提供输入位移量，此时机构的瞬心位于连杆AB和 HG的交点0 处，因此整个内部运动件将绕着 O 转动。由于调整机构 X方向的调整量(-4-50 m)相对瞬心圆心连线0 O0(50 mm)非常小，故可以认1432 光学 精密工程 第21卷图21 ZYGO干涉仪测得补偿后的系统波像差Fig.21 Testing results of wavefront error after compensation6 结 论本文针对光刻投影物镜 X.y调整补偿机构空间紧凑、调整精度高、调整量程小等特点，提出了-种基于柔性铰链的x-y紧凑型微动调整机