一种换位机构的制作方法

专利名称：一种换位机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光学检测、光学记录、激光系统等技术领域，具体涉及用于光学系统检测的换位机构。本实用新型能够应用于光学零件面形检测、光学系统像差测量、激光输出波前实时测试等，尤其适用于光刻设备中的光学系统和光学器件的检测。
背景技术：
在光学系统或设备中，能经常需要对光学系统、光学设备或其所包括的光学器件进行各种参数的检测，例如像差检测等。以光刻机为例，其核心是一套高精度的投影成像系统。而由于波像差的存在会影响投影成像的精确度，从而影响光刻加工的质量。目前，光刻机的像差检测的基本原理是利用待测光刻机投影物镜系统对某种特殊设计的专用掩模标记(其作为光学检测样品)进行曝光，将待测系统波像差包含到掩模标记的成像信息中；再通过某种方法从包含了系统像差的成像信息中反推出系统像差的大小。通常，需要一组(若干个)掩模光栅标记的成像信息才能检测和反算出像差。因此就需要专门的机构对不同的掩膜光栅标记进行切换，从而得到不同的成像信息。图1所示为用于双模式像差检测的掩模光栅标记的示意图。如图1所示，在该双模式像差检测过程中需要四个掩膜光栅标记，可分为两组，图1中的a图和b图示意地表示了快速检测模式所用标记，a图为横向光栅标记，b图为纵向光栅标记,需联立二者的成像信息才能反算出像差。c图和d图示意地表示了精确检测模式下的横向光栅和纵向光栅，二者与前两者的区别在于光栅较密，其检测精度较高。所述四个掩模光栅标记统一集成在一块掩模板上。针对四个不同的检测标记，检测系统的机械结构应能实现4个位置的精确定位，对于光刻机的投影物镜的检测系统中多米用一维宏动直线电机实现多个掩模标记之间的切换，实际上一维宏动直线电机主要功能是驱动掩模上光刻图案的移动调整。且掩模台子系统结构相当复杂，零部件相当繁多，所占体积空间也较大，不宜专门用于投影系统像差等参数的检测，而对于投影物镜的专用检测系统尚无精简的机构。可见，在现有技术中，掩模光栅标记的换位常常被复合在调整掩模板的一维宏动直线电机上，实际上属于掩模台直线电机的一个附加功能，而并未有针对光学投影元件检测的专用机构，此外还需要配备有一套测量系统，整个机构相复杂。

实用新型内容(一 )要解决的技术问题本实用新型所要解决的技术问题是提出一种专用于光学系统检测的换位机构，以解决现有的换位机构不具备独立的换位定位机构，而使换位机构附加于驱动电机时机构复杂的缺点。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本实用新型提出一种换位机构，包括用于承载光学检测样品的载物台和定位机构，所述定位机构由定位槽件和定位块构成，其中，所述载物台在X方向上的运动被限制，在Y方向上能够自由移动，所述X方向和Y方向相互垂直且位于水平面内；所述定位槽件固定连接于所述载物台，并且具有一个内凹的定位槽；所述定位块包括外凸的定位部，所述定位部能够与所述定位槽紧密嵌合，并且，所述定位块在Y方向上的运动被限制，在X方向上能够朝向或远离所述定位槽件移动，以使所述定位部移进或移出所述定位槽。根据本实用新型的一种具体实施方式
，所述定位槽件与定位块均呈平板状，且其主平面均平行于水平面；所述定位块的定位部呈三角形，所述定位槽件的定位槽呈内凹的V形。根据本实用新型的一种具体实施方式
，所述定位块的定位部呈圆锥体形，所述定位槽件的定位槽呈相应的圆锥孔形。根据本实用新型的一种具体实施方式
，所述定位块的定位部呈圆台体形，所述定位槽件的定位槽呈相应的圆台孔形。根据本实用新型的一种具体实施方式
，还包括与所述定位块相连接的驱动电机，该驱动电机用于驱动定位块在X方向上水平移动。根据本实用新型的一种具体实施方式
，所述定位槽件、定位块和驱动电机均具有多个，且每个定位槽件对应一个定位块，其中所述每个定位槽件与相应的定位块的高度一致，并且，所述多个定位槽件在Y方向上相互错开特定的距离，所述多个定位块在Y方向上位于同一位置。根据本实用新型的一种具体实施方式
,所述多个定位槽件共同固定于定位槽件框架上，该定位槽件框架与所述载物台固定连接。根据本实用新型的一种具体实施方式
，与所述多个定位块连接的多个驱动电机固定在电机框架上，该电机框架被固定以至在Y方向上的运动被限制。本实用新型还提出一种光学检测样品平台，其包括上述换位机构，并且，所述光学检测样品平台还包括基架，所述基架上安装所述电机框架；所述基架包括有导轨，所述载物台包括与该滑轨配合的导槽，通过导槽与导轨之间的相对滑动，所述载物台能够相对于基架在Y方向上进行平行滑动。根据本实用新型的一种具体实施方式
，在所述载物台上还固定有用于支持所述光学检测样品的支承台。(三)有益效果本实用新型的换位机构能过定位槽件和定位块的配合，结构精简,成本低廉,不仅能实现光学样品换位机构的定位和换位功能，而且操作简便。

图1为现有技术中用于双模式像差检测的掩模光栅标记的示意图；图2为本实用新型的第一实施例的单层换位机构的结构示意图；图3为本实用新型的第二实施例的单层换位机构的结构示意图；图4为本实用新型的第三实施例的单层换位机构的结构示意图；图5为本实用新型的第四实施例的多层换位机构的定位机构的示意图；图6为图5所示的第四实施例的多层换位机构的定位机构的顶视图；[0025]图7为本实用新型的第五实施例的光学检测样品平台的分解结构示意图；图8为本实用新型的第五实施例的光学检测样品平台的顶部侧视图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。本实用新型根据斜面分力产生动力的原理，结合投影物镜的专用检测系统的实际功能需求，设计一种换位机构，以对于所承载的光学检测样品在水平一维方向上进行精确定位。本实用新型的换位机构包括一个载物台，该载物台呈平板状，且其主平面与水平面平行。该载物台用于承载光学检测样品，为了配合检测样品在水平一维方向上的定位，该载物台在水平面的一个方向上的运动被限制，而在垂直于该方向上能够自由移动。为了描述方便，我们以直角维坐标系来表示上述运动方向。我们以X、Y方向为水平面上的两个相互垂直的方向，Z方向为垂直于水平面的方向，并假设载物台的X方向上的运动被限制，则该载物台能够在Y方向上自由移动。为了使载物台能够在Y方向上被精确定位，本实用新型的换位机构中包括有定位机构，该定位机构由一个定位槽件和定位块构成。其中，定位槽件固定连接于载物台的一个侧边，并且具有一个内凹的定位槽；定位块是与定位槽件相配合的一个部件，其具有外凸的定位部，该定位部与定位槽的形状完全吻合，以至于其能够紧密地嵌合于所述定位槽中。必须注意的是，为了实现载物台在Y方向上的定位，定位块在X方向上能够自由运动，但在Y方向上的运动被限制，并且，当该定位块在X方向上靠近所述定位槽件运动时，恰好能够使得所述定位部嵌合于定位槽件的定位槽中。由于定位槽件固接于载物台，而载物台在X方向上的运动被限制，因此定位块成X方向上的运动通过定位部与定位槽的相互作用而转化为定位槽件在Y方向上的运动，从而定位槽件带动载物台在Y方向上运动。当定位部完全嵌合于定位槽中时，完成载物台在Y方向上的精确定位。图2是本实用新型的第一实施例的换位机构的结构示意图。如图2所示，本实用新型的换位机构包括载物台1、定位槽件2和定位块3。该实施例中，载物台I呈矩形的平板状，具有四条侧边，且其主平面平行于水平面，其中相对的两条侧边平行于水平面上的X方向，另两条侧边平行于水平面上的Y方向(与X方向垂直)。该载物台I用于承载光学检测样品，并且其在X方向上的运动被限制，而在Y方向上能够自由地滑动。由此，当光学检测样品被放置并固定于该载物台I上时，其能够在水平面上的Y方向运动。在该载物台I的平行于X方向的一条侧边上固定连接有一个定位槽件2。在该实施例中，定位槽件2也呈矩形的平板状，其主平面也平行于水平面，其通过一条侧边与载物台I的相应侧边紧密连接。该定位槽件2的平行于Y方向的一侧开有一个定位槽，该定位槽是一个内凹的槽形。所述定位块3是一个与定位槽件2相配合以使定位槽件2在Y方向上精确定位的部件。定位块3包括一个外凸的定位部，该定位部朝向与所述定位槽件2的定位槽。定位块3在X方向上能够朝向或背离定位槽件而自由运动，但在Y方向上的运动被限制。并且，当该定位块3在X方向上靠近所述定位槽件2运动时，恰好能够使得所述定位部嵌合于定位槽件的定位槽中。在该实施例中，定位块3也呈平板状，其主平面也平行于水平面，且其定位部位于定位块3的朝向定位槽件2的一侧。并且，该定位部呈一个等腰三角形，其顶角正对所述定位槽件2。由此，整个定位块3呈现一个前尖后平的形状，如图2所示。与之相对应的，定位槽件2的定位槽具有与所述定位部完全吻合的形状，即定位槽呈现一个类似于定母V的内凹形，(或称内凹的V形)，使得定位块3的定位部能够无阻碍地、紧密嵌合于所述定位槽中。由此，由于定位块3在Y方向上的运动被限制，当定位块3在X方向上朝向定位槽件2移动时，定位块2的定位部能够滑入定位槽中，并且，当定位槽件没有处于其定位的位置时，定位部的侧边与定位槽的V形的侧边相互产生力的作用，迫使定位槽件在Y方向上移动，使得定位部完全嵌合于定位槽中，此时，与定位槽件相固接的载物台I达到其所需的Y方向上的定位位置。在该实施例中，定位块3与一个驱动电机4相连，在驱动电机4能够驱动定位块3在X方向上水平移动。由此，在该驱动电机4的的驱动下，定位块3的定位部能够滑进或移出定位槽件2的定位槽。由于定位块3的定位部是一个三角形的板状，因此，当定位块的定位部完全嵌合于定位槽件的定位槽中时，定位块能够约束定位槽件2在Y方向上的平移、X方向上的旋转和Z方向上的旋转三个运动自由度，从而能够满足光学检测样品在一维方向上(Y方向上)的定位要求。然而，对于要求更多自由度约束的光学检测样品的定位时,也可能改变定位槽件与定位块的形状和结构来实现。图3和图4是本实用新型的第二、第三实施例的换位机构的结构示意图。其中，该换位机构的结构与前面所述实施例基本相同，所不同的在于定位机构的不同。在图3所示的第二实施例中，定位块3’的定位部是一个圆锥体形，而非三角的平板状。相应的，定位槽件2’的定位槽的形状也呈一个内凹的圆锥体形，或称圆锥孔，且其轮廓与定位部的圆锥体形一致。由此，当定位块3’的圆锥体定位部在驱动电机4的驱动下也能嵌合于定位槽部实现定位。并且，由于圆锥体形构造的定位块，该换位机构还能够限制定位槽件2’在Z方向上的移动，从而特别适合于对于Z方向上的移动也有自由度限制要求的光学检测样品的定位。在图4所示的第三实施例中，定位块3”大至呈一圆柱体形，其朝向定位槽件的前部的定位部是一个底面积较大、顶面积较小的圆台体形(图中因角度问题未能显示)。相应的，定位槽件2”的定位槽的形状也呈一个内凹的圆台体形，或称圆台孔。与图3所示的实施例相似的，该实施例也能实现Z方向上的运动限位。上述实施例实现的是一种单层的换位机构，仅能实现单个光学检测样品的定位。下面描述能够实现在多个光学检测样品之间的自由切换，且换位过程与定位过程同时进行的多层换位机构。该换位机构能够快捷地进行快速检测模式与精确检测模式切换，对光学系统进行快速检测与精确检测。图5是本实用新型的第四实施例的四层换位机构的定位机构的示意图。与前面描述的实施例不同的是，该换位机构的定位机构包括四个定位槽件21、22、23、24和四个定位块31、32、33、34，四个定位块分别与驱动电机41、42、43、44相连接。同样的，四个定位槽件在X方向上的运动被限制，而四个定位块在Y方向上的运动被限制。每个定位槽件、定位块和驱动电机的结构与实施例一中所描述的相同，在此不再赘述。所不同的是，四个定位槽件不直接与载物台(图5中未显示)相连接，而是共同固定于一个定位槽件框架5上，该定位槽件框架5是一个具有稳定结构的框体部件，在其的一侧固定该四个定位槽件，另一侧则与载物台I固定连接。相应的，四个驱动电机则固定在一个电机框架6上,该电机框架6被固定以至在Y方向上的运动被限制。所述四个定位槽件和四个电机被固定的位置在Z方向上的相同高度，以便四个电机能够分别驱动四个定位块与定位槽件相嵌合。然而，在水平面的Y方向上，所述四个定位槽件21、22、23、24相互错开一个距离，而所述四个电机41、42、43、44则在水平Y方向上位于同一位置，由此，当四个电机分别驱动不同的定位块嵌合于定位槽件时，能够实现载物台在Y方向上的四个不同位置的定位。图6显示了本实用新型的该第四实施例的换位机构的定位机构在顶视图。如图6所示，在该实施例中，四个定位槽件在Y方向上从下至上依次错开距离△(!，而四个定位块在Y方向上完全重合。图7和图8显不了本实用新型的第五实施例的结构不意图，基中图7是分解不意图，图8是顶部侧视图。该第五实施例是一个光学检测样品平台，其包括了上述换位机构。如图7所示，该实施例的光学检测样品平台由固定部和运动部组成，固定部包括水平放置的基架7和在基架7上固定安装的部件。基架7呈大致的矩形，具有四条侧边。在基架7上两条相对的侧边上安装有相互平行的导轨71、72，两个导轨均平行于位于水平面上Y方向。在基架7的平行于X方向上的一条侧边上固定有电机框架6,所述电机框架6垂直于水平面安装，用于固定多个驱 动电机。在该实施例中，采用四个电机，其结构和安装方式与第四实施例相同，在此不再赘述。在基架7的上部安装有运动部，运动部包括载物台I和在载物台I上固定的其他部件。在载物台I的下部具有与所述导轨71、72相配合的两条平行的导槽11、12。通过导槽与导轨之间的相对滑动，载物台I能够相对于基架I在Y方向上进行平行滑动。在载物台的靠近电机框架6的一侧固定有定位槽件框架5,其用于固定多个定位槽件。在该实施例中，定位槽件与定位槽件框架5的结构和位置关系与第四实施例相同，在此也不再赘述。同样的，所述四个定位槽件和四个电机被固定的位置在Z方向上的相同高度，以便四个电机能够分别驱动四个定位块与定位槽件相嵌合。由此，当四个电机分别驱动不同的定位块嵌合于定位槽件时，能够实现载物台在Y方向上的四个不同位置的定位。在图7和图8中，还显示了当该光学检测样品平台上固定有光学检测样品时的结构，在该实施例中，光学检测样品为掩膜板9，掩膜板9由一掩膜支承台8支承，该掩膜支承台8固定于载物台I上。但本实用新型并不限于此，本实用新型的换位机构和相应的平台也可以用于承载和精确定位其他光学样品。图1所示的四种图案a、b、c、d沿Y方向依次排列，并且放置在载物台上，它们之间的距离为Λ d，这与四层V型块在Y方向的距离保持一致，当第一层V型槽21与V型块31相啮合时，掩模板位于Y轴的近端，图案d正位于工作区域，当第二层V型槽22与V型块32相啮合时，载物台会向Y轴远端方向移动Λ d，此时图案c便进入了工作区域，依次类推，每移动一个Λ d，图案便切换一次。在上述各实施例中，所述驱动电机4优选为直线电机。直线电机可直接输出一维的直线运动，无需另外的运动转换机构，如果采用通常的旋转电机，则需加装把旋转运动变换为直线运动的机构，会使整机结构变得复杂，也降低了系统的可靠性。此外，所述定位机构的定位槽件和定位块的数量、形状、错开距离等都可以由本领域技术人员根据实际应用的需要进行变化，并且这种变化均应视为涵盖在本实用新型的保护范围内。以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种换位机构，包括载物台，其特征在于，还包括定位机构，所述定位机构由定位槽件和定位块构成，其中， 所述载物台在X方向上的运动被限制，在Y方向上能够自由移动，所述X方向和Y方向相互垂直且位于水平面内； 所述定位槽件固定连接于所述载物台，并且具有一个内凹的定位槽； 所述定位块包括外凸的定位部，所述定位部能够与所述定位槽紧密嵌合，并且，所述定位块在Y方向上的运动被限制，在X方向上能够朝向或远离所述定位槽件移动，以使所述定位部移进或移出所述定位槽。
2.如权利要求1所述的换位机构，其特征在于，所述定位槽件与定位块均呈平板状，且其主平面均平行于水平面；所述定位块的定位部呈三角形，所述定位槽件的定位槽呈内凹的V形。
3.如权利要求1所述的换位机构，其特征在于，所述定位块的定位部呈圆锥体形，所述定位槽件的定位槽呈相应的圆锥孔形。
4.如权利要求1所述的换位机构，其特征在于，所述定位块的定位部呈圆台体形，所述定位槽件的定位槽呈相应的圆台孔形。
5.如权利要求1所述的换位机构，其特征在于，还包括与所述定位块相连接的驱动电机，该驱动电机用于驱动定位块在X方向上水平移动。
6.如权利要求5所述的换位机构，其特征在于，所述定位槽件、定位块和驱动电机均具有多个，且每个定位槽件对应一个定位块，其中 所述每个定位槽件与相应的定位块的高度一致，并且，所述多个定位槽件在Y方向上相互错开特定的距离，所述多个定位块在Y方向上位于同一位置。
7.如权利要求6所述的换位机构，其特征在于，所述多个定位槽件共同固定于定位槽件框架上，该定位槽件框架与所述载物台固定连接。
8.如权利要求7所述的换位机构，其特征在于，与所述多个定位块连接的多个驱动电机固定在电机框架上，该电机框架被固定以至在Y方向上的运动被限制。
9.一种光学检测样品平台，其特征在于，包括如权利要求8所述的换位机构，并且， 所述光学检测样品平台还包括基架，所述基架上安装所述电机框架； 所述基架包括有导轨，所述载物台包括与该滑轨配合的导槽，通过导槽与导轨之间的相对滑动，所述载物台能够相对于基架在Y方向上进行平行滑动。
10.如权利要求9所述的光学检测样品平台，其特征在于，在所述载物台上还固定有用于支持所述光学检测样品的支承台。
专利摘要本实用新型公开了一种换位机构，包括用于承载光学检测样品的载物台和定位机构，所述定位机构由定位槽件和定位块构成，所述载物台在水平面上的X方向上的运动被限制，在水平面上且垂直于X方向的Y方向上能够自由移动；所述定位槽件固定连接于所述载物台，并且具有一个内凹的定位槽，所述定位块包括外凸的定位部，所述定位部能够与所述定位槽紧密嵌合，并且，所述定位块在Y方向上的运动被限制，在X方向上能够朝向或远离所述定位槽件移动，以使所述定位部移进或移出所述定位槽。本实用新型还提出了具有多层定位功能的换位机构和包括换位机构的检测样品平台。本实用新型结构简单，成本低廉，能通过简便地操作实现检测样品的定位和换位。
文档编号G03F7/20GK203025475SQ201220652820
公开日2013年6月26日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者齐威, 齐月静, 刘广义, 韩晓泉 申请人:中国科学院光电研究院