CN104076614B

CN104076614B - 物镜框架连接件

Info

Publication number: CN104076614B
Application number: CN201310103931.XA
Authority: CN
Inventors: 季采云; 赵灿武; 吴飞; 王璟
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: CN104076614A

Abstract

本发明公开了一种物镜框架连接件，包括：柔性底座、柔性盖板、双头螺栓以及蝶形弹簧组，柔性底座与柔性盖板通过双头螺栓相连，且柔性底座和柔性盖板分别与物镜框架固定连接，蝶形弹簧组固定在双头螺栓上。由于双头螺栓、柔性底座和柔性盖板都可以快速拆卸和安装，使得物镜框架安装方便，同样也避免了物镜框架及内部各模块之间的扰动影响。柔性底座和柔性盖板使得物镜框架连接件具有一定的柔性作用，解决了多面体框架包络成形的EUV物镜框架难以装配的问题。实际应用时，根据物镜框架的大小，设计成多点接触的柔性连接框架结构来保证物镜框架整体具有一定的高刚度，从而达到EUV物镜框架结构的高模态，从而降低对连接主基板的低频区域扰动力的响应。

Description

物镜框架连接件

技术领域

本发明涉及光刻领域，特别涉及一种物镜框架连接件。

背景技术

随着光刻技术对光刻分辨率的不断下降，其光源也由深紫外光向极紫外光发展。极紫外线光刻（EUVL）是满足22nm及其以下节点的最具有应用前景的下一代光刻技术，引起了全球半导体行业的高度重视。

极紫外光刻成为下一代光刻产业的主流发展趋势，致使物镜的结构设计也由透镜式物镜逐步转变为反射式物镜。目前，存在一种由六面反射镜所组成的EUVL弧形大视场物镜。其中每片反射镜底部或顶部都带有物镜安装座，物镜有调整装臵可在6自由度范围内调节补偿。而反射式物镜最大的特点就是使得物镜内部的工作光路增长至3～4米左右，为解决反射镜安装调整精度的问题采用了激光干涉仪或电容传感器测量其每个镜片的相对位臵。就光刻机内部空间约束而言，由于物镜的发展使得共轭工作距不断增大，这使得整机内部世界需要提供从掩模面（物镜物面）到硅片面（物镜像面）跨度更大Z向高度的尺寸。而传统的圆柱型结构的透镜式物镜镜筒已无法满足需求，透视镜物镜框架结构开始向更为复杂的空间多面体形状转变。

如图1所示，为一种典型的多边形包络状的反射式物镜框架，其外形类似于两个共底的四棱锥台组合的形状，包括多个框架面101、连接件102和托架103。为了获得较好的刚度和较轻的重量，物镜框架采用薄壳层结构，材料一般选用微晶玻璃。为满足结构的可交换性，物镜框架的各棱面均设计成可拆卸连接。在物镜框架搭建完成后，可以仅拆卸框架上的两块前板来进行集成或维修。由于反射式物镜框架是较复杂形状的空间多面体结构，其外形类似于两个共底的四棱锥台，各棱面之间需要采用连接件进行装配连接。而通常使用的螺栓连接方式是属于完全刚性的连接，在对由多个空间框架面包络形成的物镜框架使用刚性连接时，各框架面不能按照设计要求的位臵装配连接，装配过程无法进行。

此外，目前的光刻系统中，物镜是通过固有频率较低的柔性机构安装在主基板的接口环上，接口环与主基板是刚性连接的。柔性机构能隔离来自主基板的低频区域的扰动力，但对于低频区域边界附近的扰动力反而会放大其扰动影响。

因此，如何提供一种既能够解决物镜框架装配，又能保证物镜框架整体具有较高的模态的物镜框架连接件，是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明提供一种物镜框架连接件，能够在解决反射式物镜框架装配的同时，保证物镜框架整体具有较高的模态。

为解决上述技术问题，本发明提供一种物镜框架连接件，包括：柔性底座、柔性盖板、双头螺栓以及蝶形弹簧组，所述柔性底座与柔性盖板通过所述双头螺栓相连，并且所述柔性底座和柔性盖板分别与物镜框架固定连接，所述蝶形弹簧组固定在所述双头螺栓上。

作为优选，所述柔性底座和柔性盖板上分别开设有柔性环形槽。

作为优选，还包括锁紧螺母，所述锁紧螺母通过垫片固定在所述双头螺栓的顶部。

作为优选，所述蝶形弹簧组通过垫片与所述柔性底座接触。

作为优选，所述柔性底座和柔性盖板均分别通过粘合剂与物镜框架固定连接。

作为优选，所述粘合剂采用胶水。

作为优选，所述粘合剂的收缩比低于0.1%。

作为优选，所述柔性底座上还设有柔性连接环，所述柔性连接环的两侧分别设有柔性下槽。

作为优选，所述柔性盖板上设有柔性上槽。

作为优选，所述物镜框架连接件周向对称，且所述柔性底座和柔性盖板均采用殷钢材料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明中的蝶形弹簧组用于对物镜框架连接件进行预加载，双头螺栓起到单向锁紧的作用，可以提高物镜框架连接件的连接稳定性。由于双头螺栓、柔性底座和柔性盖板都可以快速拆卸和安装，物镜框架的各框面均可以设计成可拆卸连接方式，在物镜框架搭建完成后，可以仅拆卸物镜框架的两块前框面来进行集成或维修，同样也可以避免物镜框架以及内部各模块之间的扰动影响。柔性底座和柔性盖板使得物镜框架连接件具有一定的柔性作用，解决了多面体框架包络成形的EUV物镜框架难以装配的问题。实际应用中，要根据物镜框架的大小，设计物镜框架连接件的数目和接触点，设计成多点接触的柔性连接框架结构来保证物镜框架整体具有一定的高刚度，从而达到EUV物镜框架结构的高模态，从而降低对连接主基板的低频区域扰动力的响应。

附图说明

图1为现有技术中物镜框架的结构示意图；

图2为本发明实施例1中物镜框架连接件与物镜框架连接时的剖视图；

图3为本发明实施例1中物镜框架连接件的立体图；

图4为本发明实施例1中物镜框架连接件的俯视图；

图5为图4中B-B面剖视图；

图6为图5中A部放大图；

图7为本发明实施例2中物镜框架连接件的剖视图；

图8为图7中A’部放大图。

图1中：101-框架面、102-连接件、103-托架。

图2～6中：10-柔性底座、20-柔性盖板、30-双头螺栓、40-蝶形弹簧组、50-锁紧螺母、60-垫片、70-柔性环形槽、80-柔性连接环、90-柔性下槽、200-物镜框架。

图7～8中：10’-柔性底座、20’-柔性盖板、80’-柔性连接环、90’-柔性下槽、100’-柔性上槽。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1

本实施例的物镜框架连接件，图2～6所示，包括：柔性底座10、柔性盖板20、双头螺栓30以及蝶形弹簧组40。其中，所述柔性底座10与柔性盖板20通过所述双头螺栓30相连，并且所述柔性底座10和柔性盖板20分别与物镜框架200固定连接，所述蝶形弹簧组40固定在所述双头螺栓30上。具体地，所述物镜框架连接件用于两个物镜框架200之间的连接，蝶形弹簧组40用于对物镜框架连接件进行预加载，双头螺栓30起到单向锁紧的作用，可以提高物镜框架连接件的连接稳定性。由于双头螺栓30、柔性底座10和柔性盖板20都可以快速拆卸和安装，因此，物镜框架200的各框面均可以设计成可拆卸连接方式，在物镜框架200搭建完成后，可以仅拆卸物镜框架200的两块前框面来进行集成或维修，同样也可以避免物镜框架200以及内部各模块之间的扰动影响。又由于物镜框架200上的连接件越多，连接的接触点越多，连接越紧密，物镜框架200之间的连接刚度就越高，相应的物镜框架200整体模态也越高。因此，实际应用中，连接的接触点根据物镜框架200的大小决定，一般连接的接触点间的距离与框架边长的比值在1:5至1:7之间，当框架之间连接其他部位（如物镜托架）时可以在该部位的周边适当增加连接点数；根据物镜框架200的大小，设计物镜框架连接件的数目和接触点，即可确保物镜框架200具有较高的模态，从而降低物镜框架200对主基板的低频区域扰动力的响应。

较佳的，请继续参照图2～3，所述物镜框架连接件还包括锁紧螺母50，所述锁紧螺母50通过垫片60固定在所述双头螺栓30的顶部，用于锁紧柔性盖板20和柔性底座10，避免柔性盖板20和柔性底座10发生松动，对物镜框架200造成影响。进一步的，所述蝶形弹簧组40同样通过垫片60与所述柔性底座10接触。

请继续参照图2～6，所述柔性底座10和柔性盖板20均分别通过粘合剂与物镜框架200固定连接，较佳的，所述粘合剂采用胶水。粘合剂可在真空中使用，具有低释气性和高强度。考虑到光刻机在工作过程中的内部温度，所以本实施例选用的粘合剂能够在80℃以下使用。为防止因粘合剂收缩引起较大应力集中而超过粘合剂的剪切强度，因此所述粘合剂的收缩比低于0.1%。对两个共底四棱锥复杂多面形状的物镜框架200，粘合剂密封连接的方式更便于框面之间的连接，无需像螺栓连接一样留有装配的可实施间距，能使整个物镜框架200的设计更紧凑。此外，粘合剂的固定连接，限制了物镜框架200与物镜框架连接件之间各方向的转动自由度，避免了连接的不稳定性导致的各向扭转，保证了定位的高度精确。

请重点参照图6，并结合图2～5，较佳的，所述物镜框架连接件周向对称，且所述柔性底座10和柔性盖板20上分别开设有柔性环形槽70，可以避免物镜框架连接件对所述柔性底座10和柔性盖板20产生应力。

需要说明的是，图6中所示的L为物镜框架连接件的有效长度，它与粘合剂的连接区域、收缩性以及连接应力强度有关，一般地总长在2.5～4.5mm之间，它与物镜框架200之间留有的与物镜框架连接件的接触长度相同。柔性底座10与柔性上盖20伸出的法兰的周向长度与粘合剂的粘接平面有关，是由连接的稳固强度决定的。本实施例中，物镜框架连接件的最大承受4g的冲击载荷。柔性底座10上与物镜框架200相连的部分为应力屏蔽区域，如同应力集中释放道，最大能承受0～10MPa左右的应力，可以补偿物镜框架200、粘合剂及上述法兰盘之间因高载荷作用发生的应力影响。

请重点参照图6，所述柔性底座10上还设有柔性连接环80，所述柔性连接环80的两侧分别设有柔性下槽90。柔性连接环80形似一个薄层的开口环，通过控制所述柔性连接环80可以使轴向（Z向）刚度和剪切向（R）刚度保持在0.1×10⁵N/mm～10×10⁵N/mm之间。物镜框架连接件的轴向变形可以抵消在物镜框架200装配时因粘合剂的收缩性、工件加工误差等引起的轴心线几微米的偏移。具体地，柔性连接环80的轴向宽度变大时，轴向和剪切向刚度均变大，其中对轴向刚度影响最大。柔性连接环80的位臵沿剪切向的宽度变小时，轴向和剪切向刚度均较小，仍是对轴向刚度影响最大。当柔性连接环80的位臵沿轴向上升时，剪切向刚度减少，轴向刚度增大。

由于刚度K、质量（载荷）m和物镜框架200的频率ω_n的关系式由下式可知：当载荷给定的前提下，为了控制频率ω_n，可以通过精确控制刚度K来实现。因此，在涉及物镜框架连接件时，既要保证物镜框架连接件的各向柔性以解决物镜框架200之间的装配问题外，还要确保物镜框架200连接的刚度需求，从而控制物镜框架200的整体一阶模态达到200Hz以上，预防对物镜框架200内部的其他模块扰动影响。当物镜框架连接件的轴向和剪切向的刚度较低时，轴向和剪切向的变形很大，但是连接强度会降低，物镜框架200的整体一阶频率只在100Hz以下，不能达到所要求的200Hz。当物镜框架连接件的轴向和剪切向的刚度很大时，连接强度大了，物镜框架200的整体一阶频率满足要求，但轴向和剪切向的变形却很小，在装配时不能完全抵消掉误差影响。因此，本实施例采用模态仿真软件对物镜框架200进行模态仿真，根据实际的物镜框架200的动态性能进行刚度优化，从而使物镜框架连接件的刚度范围在0.1×10⁵N/mm～10×10⁵N/mm之间，剪切向应力承受范围0～10MPa左右，即，各物镜框架200之间具有较高的连接刚度。也就是说，本实施例中的物镜框架连接件既能够满足物镜框架200各空间多面体之间的可装配性要求，又能确保物镜框架200的一阶频率达到200Hz以上。

较佳的，为避免胶水烘烤时温度变化带给柔性盖板20与物镜框架200、柔性底板10与物镜框架200的连接区域的应力集中的影响，物镜框架连接件选用低膨胀性且高强度的殷钢材料。

实施例2

本实施例与实施例1的区别点在于柔性上盖的结构不同。

请参照图7～8，柔性底座10’上设有柔性连接环80’，所述柔性连接环80’的两侧分别设有柔性下槽90’。进一步的，柔性盖板20’上还设有柔性上槽100’。此时，物镜框架连接件的轴向刚度高于剪切向刚度，其中，轴向（Z’）刚度在0.1×10⁵N/mm至10×10⁵N/mm之间，剪切向刚度（R’）在0.1×10⁵N/mm至5×10⁵N/mm之间。具体地，当柔性连接环80’的轴向宽度变大时，轴向和剪切向刚度均变大，影响最大的是轴向刚度；当柔性连接环80’的位臵沿剪切的宽度变小时，轴向和剪切刚度均较小，影响最大的是轴向刚度；当柔性连接环80’的位臵沿轴向上升时，剪切向刚度减少，轴向刚度增大。柔性上槽100’可以沿轴向调整柔性上槽100’的深度来调整物镜框架连接件的刚度，其中对剪切向刚度影响较大。物镜框架连接件的轴向变形可以抵消在物镜框架在配对装配时因粘合剂的收缩性、工件加工误差等引起的轴心线几微米的偏移。剪切向柔性可以补偿物镜框架之间的应力集中的影响，由于本实施例中的物镜框架连接件的剪切向刚度相对实施例1较小，主要用于物镜框架中托架周围的区域，可以通过剪切向的微变形来减弱托架对物镜框架各部件的扰动影响。

综上，本发明的物镜框架连接件，包括：柔性底座、柔性盖板、双头螺栓以及蝶形弹簧组。其中，所述柔性底座与柔性盖板通过所述双头螺栓相连，并且所述柔性底座和柔性盖板分别与物镜框架固定连接，所述蝶形弹簧组固定在所述双头螺栓上。蝶形弹簧组用于对物镜框架连接件进行预加载，双头螺栓起到单向锁紧的作用，可以提高物镜框架连接件的连接稳定性。由于双头螺栓、柔性底座和柔性盖板都可以快速拆卸和安装，物镜框架的各框面均可以设计成可拆卸连接方式，在物镜框架搭建完成后，可以仅拆卸物镜框架的两块前框面来进行集成或维修，同样也可以避免物镜框架以及内部各模块之间的扰动影响。实际应用中，根据物镜框架的大小，设计物镜框架连接件的数目和接触点，即可确保物镜框架具有较高的模态，从而降低对连接主基板的低频区域扰动力的响应。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims

1.一种物镜框架连接件，其特征在于，包括：柔性底座、柔性盖板、双头螺栓以及蝶形弹簧组，所述柔性底座与柔性盖板通过所述双头螺栓相连，并且所述柔性底座和柔性盖板分别与两个物镜框架固定连接，所述蝶形弹簧组固定在所述双头螺栓上；所述柔性底座和柔性盖板的结构均为周向对称的结构；所述柔性底座和柔性盖板的轴向刚度和剪切向刚度范围均在0.1×10⁵N/mm～10×10⁵N/mm之间。

2.如权利要求1所述的物镜框架连接件，其特征在于，还包括锁紧螺母，所述锁紧螺母通过垫片固定在所述双头螺栓的顶部。

3.如权利要求1所述的物镜框架连接件，其特征在于，所述蝶形弹簧组通过垫片与所述柔性底座接触。

4.如权利要求1所述的物镜框架连接件，其特征在于，所述柔性底座和柔性盖板均分别通过粘合剂与物镜框架固定连接。

5.如权利要求4所述的物镜框架连接件，其特征在于，所述粘合剂采用胶水。

6.如权利要求4所述的物镜框架连接件，其特征在于，所述粘合剂的收缩比低于0.1％。

7.如权利要求1所述的物镜框架连接件，其特征在于，所述柔性底座上还设有柔性连接环，所述柔性连接环的两侧分别设有柔性下槽。

8.如权利要求7所述的物镜框架连接件，其特征在于，所述柔性盖板上设有柔性上槽。

9.如权利要求1所述的物镜框架连接件，其特征在于，所述柔性底座和柔性盖板均采用殷钢材料。

10.如权利要求1所述的物镜框架连接件，其特征在于，所述物镜框架连接件周向对称，且所述柔性底座和柔性盖板上分别开设有柔性环形槽。