CN105301915A - 一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口。该结构包括窗口光学镜片、窗口镜框、密封胶、高精度定位机构、辅助定位块等，其中高精度定位机构包括固定套筒、球头杆、压紧盖、圆柱螺旋压缩弹簧、螺纹圆柱销。所述保护窗口的窗口光学镜片与窗口镜框之间通过密封胶圆周方向均匀涂抹进行密封，窗口镜组与级联镜组之间通过两个镜框基准面的紧密贴合实现密封，窗口镜组上的高精度定位机构与级联镜组上的辅助定位块配合实现除Z向的五个自由度约束，最后通过窗口镜组与级联镜组之间两个镜框基准面的紧密贴合实现窗口镜组最终六个自由度约束，进而实现窗口镜组的高精度重复定位功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种光刻物镜光学系统的保护元件，特别涉及一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口。
背景技术
投影物镜是半导体行业中的关键设备，该设备在系统曝光过程中会产生污染物，同时周围环境中也会存在影响光学系统曝光性能的因素。因此，保证物镜光学系统洁净度是确保系统光学像质的关键环节，通过物镜保护窗口实现对投影物镜的保护。所述用于保护物镜的光学元件随着时间过程逐渐积累污染物而发生劣化，因此亦要求方便更换。所述光学元件参与光学系统成像，即要求在所述光学元件更换后具有高精度的重复定位功能，所述重复定位要求在六个自由度的完全限制。投影物镜系统要求特定等级的密封性，保证内外部的压差要求，因此所述物镜保护窗口要有严格的密封条件。本发明提出一种用于密封及高精度重复定位功能的物镜保护窗口，该结构包括窗口光学镜片、窗口镜框、密封胶、高精度定位机构、辅助定位块等，其中高精度定位机构包括固定套筒、球头杆、压紧盖、圆柱螺旋压缩弹簧、螺纹圆柱销。与高精度定位机构相配合的辅助定位块包括V型定位块、凹球型定位块、平面定位块。所述保护窗口最终通过下侧基准面与级联镜组实现级联密封，窗口光学镜片与窗口镜框之间缝隙通过密封胶实现密封。窗口镜组上的高精度定位机构与级联镜组上的辅助定位块配合实现除Z向的五个自由度约束，最后通过窗口镜组与级联镜组之间两个镜框基准面的紧密贴合实现窗口镜组最终六个自由度约束，进而实现窗口镜组的高精度重复定位功能。
公开号为201310146354.2的中国专利公开了一项名称为一种用于光刻投影物镜中可快速更换的高重复定位精度结构，采用三个球头与三处圆锥凹槽配合定位，这种过约束的定位方式使得装配难度很大，同时在轴向位置上依靠三处刚性的球窝定位无法达到所述结构与相邻级联机构的精密配合和密封。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口，该保护窗口置于光刻物镜的始端或末端，解决现有技术中存在的重复定位与密封性共存困难的问题，在满足物镜保护窗口较高的定位精度的同时，满足物镜特定的密封要求。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口，其置于光刻物镜的始端或末端，包括：窗口镜组、级联镜组、高精度定位机构；
所述窗口镜组由内而外依次包括窗口光学镜片、窗口镜框、窗口镜框下基准面、窗口镜框螺钉间隙孔；所述窗口镜框上设有密封胶、窗口镜框溢胶槽、高精度定位机构安装螺纹孔；
所述级联镜组由内而外依次包括窗口级联镜框、级联镜框级联螺纹孔；所述窗口级联镜框上设有辅助定位块和级联镜框辅助定位块安装螺纹孔；其中辅助定位块包括V型定位块、凹球型定位块、平面型定位块；窗口镜组的定位形式上采用三处沿着圆周方向120°均布的球头-V型槽、球头-凹型球窝、球头-平面相配合的立体式定位方式；
所述高精度定位机构由上至下依次包括压紧盖、压缩弹簧、球头杆；所述压缩弹簧和球头杆的外侧设有固定套筒；球头杆上设有螺纹圆柱销、定位机构腰形限位孔和定位机构工具接口；压紧盖上设有定位机构外端固定螺纹；高精度定位机构内的球头杆可沿机构轴向上高精度位移。
在上述技术方案中，窗口光学镜片与窗口镜框之间通过密封胶圆周方向均匀涂抹进行密封；窗口镜组与级联镜组之间通过两个镜框基准面的紧密贴合实现密封。
在上述技术方案中，其可利用窗口镜组上的高精度定位机构与级联镜组上的辅助定位块配合，采用三处沿着圆周方向120°均布的球头-V型槽、球头-凹型球窝、球头-平面相配合实现窗口镜组的五个自由度约束，最后通过窗口镜组与级联镜组之间两个镜框基准面的紧密贴合实现最终六个自由度约束，进而实现窗口镜组的高精度重复定位功能。
在上述技术方案中，所述的窗口光学镜片与窗口镜框之间通过密封胶圆周方向均匀涂抹是通过窗口镜框溢胶槽进行控制的，沿着上述圆周方向厚度一致，窗口镜框溢胶槽存储多余密封胶，使得密封胶沿着窗口光学镜片的均匀性，从而保证窗口光学镜片的均匀良好面形。
在上述技术方案中，所述的高精度定位机构可沿机构轴向位移，是通过压缩弹簧、定位机构腰形限位孔共同提供的位移空间，精度的保证是通过固定套筒内壁与球头杆上部严格的配合公差实现的。
在上述技术方案中，所述的高精度定位机构上加工有定位机构外端固定螺纹和定位机构工具接口；利用扳手作用在定位机构工具接口上，将定位机构外端固定螺纹旋入高精度定位机构安装螺纹孔中，从而将高精度定位机构安装到窗口镜组上。
在上述技术方案中，所述的高精度定位机构上加工的定位机构腰形限位孔，螺纹圆柱销穿过定位机构腰形限位孔安装到球头杆的螺纹中，螺纹圆柱销通过定位机构腰形限位孔的固定方向和长度实现球头杆轴向伸缩和限位功能。
本发明具有以下的有益效果：
本发明的用于密封及重复定位的物镜保护窗口，可在满足物镜保护窗口较高的定位精度的同时，满足物镜特定的密封要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口装配剖面示意图；
图2为本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口示意图；
图3为本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口镜框功能部位示意图；
图4为本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口的定位机构分布示意图；
图5为本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口中高精度定位机构与级联镜框中的辅助定位块配合定位示意图；
图6为本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口中高精度定位机构剖面示意图；
图7为本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口中高精度定位机构装配示意图；
图8为本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口中辅助定位块的V型定位块示意图；
图9为本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口中辅助定位块的凹球型定位块示意图；
图10为本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口中辅助定位块的平面型定位块示意图；
图11为本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口在物镜中相对位置关系示意图；
图中的附图标记表示为：
1、窗口镜组，1-1、窗口光学镜片，1-2、窗口镜框，1-3、窗口镜框下基准面，1-4、窗口镜框螺钉间隙孔，1-5、密封胶，1-6、窗口镜框溢胶槽，1-7、高精度定位机构安装螺纹孔，2、级联镜组，2-1、窗口级联镜框，2-2、辅助定位块，2-2-1、V型定位块，2-2-2、凹球型定位块，2-2-3、平面型定位块，2-3、级联镜框级联螺纹孔，2-4、级联镜框辅助定位块安装螺纹孔，3、高精度定位机构，3-1、压紧盖，3-2、固定套筒，3-3、螺纹圆柱销，3-4、压缩弹簧，3-5、球头杆，3-6、定位机构外端固定螺纹，3-7、定位机构腰形限位孔，3-8、定位机构工具接口，4、级联镜组镜框，5、级联镜组镜片，6、物镜法兰。
具体实施方式
本发明的发明思想为：
本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口，置于光刻物镜的始端或末端，包括窗口光学镜片、窗口镜框、密封胶、高精度定位机构、辅助定位块等；
所述高精度定位机构包括固定套筒、球头杆、压紧盖、圆柱螺旋压缩弹簧、螺纹圆柱销等；
所述辅助定位块包括V型定位块、凹球型定位块、平面型定位块；与窗口镜框级联的镜框上加工螺纹孔，将辅助定位块安装到与窗口级联镜框上，实现所述辅助定位块与高精度定位机构的配合；
所述窗口镜框与镜片之间缝隙中连续涂抹密封胶，窗口镜框与镜片之间的内环侧壁中部加工有溢胶槽，溢胶槽存储多余密封胶，使得密封胶沿着窗口光学镜片的均匀性；
所述物镜保护窗口利用高精度定位机构进行除Z向位移的五个自由度的定位，高精度定位机构在轴向上可伸缩，最终物镜保护窗口与相邻镜框的基准面紧密贴合，实现Z向限位，进而实现物镜保护窗口的所有自由度的限位和级联密封；
所述高精度定位机构的轴向伸缩具体为：将球头杆和圆柱螺旋压缩弹簧分别置于固定套筒中，压紧盖从后侧固定，使压缩弹簧在球头杆与压紧盖之间处于压缩状态，固定套筒前端加工腰形孔，螺纹圆柱销透过固定套筒的腰形孔紧固到球头杆上的螺纹孔之中，固定套筒上的腰形孔和球头杆上的螺纹圆柱销配合实现轴向伸缩和限位功能。球头杆的另一端与固定套筒内腔均有严格的配合公差要求，保证球头杆在轴向上的高精度直线位移。固定套筒上端外壁加工螺纹，固定套筒下端加工工具接口便于将高精度定位机构安装到窗口镜框下端机械面的螺纹孔中。所述高精度定位机构在窗口镜框上的分布方式为沿着圆周方向120°均匀分布；
所述辅助定位块的V型定位块、凹球型定位块、平面定位块在与窗口级联镜框上同样沿着圆周方向120°均匀分布，在位置上三个定位块的对称中心与高精度定位机构上的球头杆旋转中心上下对应，以达到定位块的辅助定位作用。
下面结合附图对本发明做以详细说明。
参见附图1，本发明的一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口包括窗口镜组1、级联镜组2、高精度定位机构3；
参见附图2、附图3、附图5，窗口镜组1包括窗口光学镜片1-1、窗口镜框1-2、窗口镜框下基准面1-3、窗口镜框螺钉间隙孔1-4、密封胶1-5、窗口镜框溢胶槽1-6、高精度定位机构安装螺纹孔1-7；窗口光学镜片1-1与窗口镜框1-2之间缝隙通过密封胶1-5进行密封，保证窗口镜组1内部窗口镜框与窗口镜片的密封性；利用螺钉穿过窗口镜框螺钉间隙孔1-4紧固至级联镜组2上的紧固镜框级联螺纹孔2-3中，使得窗口镜框下基准面1-3与级联镜组2的窗口级联镜框2-1紧密接合，保证窗口镜组1与级联镜组2之间的密封性。
参见附图3，窗口镜框溢胶槽1-6用于存储多余的密封胶，使得密封胶沿着窗口光学镜片的均匀性，从而保证窗口光学镜片的均匀良好面形；高精度定位机构安装螺纹孔1-7在窗口镜框1-2上圆周方向120°三处均布，用来安装高精度定位机构3；
参见附图4，高精度定位机构3与辅助定位块2-2在级联镜组2上的分布示意图，其中辅助定位块2-2包括V型定位块2-2-1、凹球型定位块2-2-2、平面型定位块2-2-3，三个定位块在窗口级联镜框2-1上满足圆周方向120°三处均布，且高精度定位机构3的轴线穿过每个定位块对称中心；
参见附图5，级联镜组2上的级联镜框辅助定位块安装螺纹孔2-4用于固定辅助定位块2-2的V型定位块2-2-1、凹球型定位块2-2-2、平面型定位块2-2-3；
参见附图6、附图7，高精度定位机构3包括压紧盖3-1、固定套筒3-2、螺纹圆柱销3-3、压缩弹簧3-4、球头杆3-5、定位机构外端固定螺纹3-6、定位机构腰形限位孔3-7、定位机构工具接口3-8，其中压紧盖3-1用于将压缩弹簧3-4压紧至球头杆3-5上部，使压缩弹簧3-4处于压缩状态；固定套筒3-2内壁与球头杆3-5上部均有严格的配合公差要求，保证球头杆3-5在轴向上的高精度直线位移；螺纹圆柱销3-3穿过定位机构腰形限位孔3-7安装到球头杆3-5的螺纹中，螺纹圆柱销3-3通过定位机构腰形限位孔3-7的固定方向和长度实现球头杆3-5轴向伸缩和限位功能；固定套筒3-2外侧加工有定位机构外端固定螺纹3-6，利用扳手作用在定位机构工具接口3-8上，将定位机构外端固定螺纹3-6旋入高精度定位机构安装螺纹孔1-7中，从而将高精度定位机构3安装到窗口镜组1上；
参见附图8、附图9、附图10，V型定位块2-2-1、凹球型定位块2-2-2、平面型定位块2-2-3构成了辅助定位块2-2，每个定位块左右各有螺纹间隙孔，利用螺钉穿过上述间隙孔将定位块分别固定到窗口级联镜框2-1上，同时满足圆周方向120°的三处均匀分布；
参见附图11，示例图为光刻投影物镜结构，由物镜窗口镜组1、多个级联镜组和物镜法兰6组成，多个级联镜组包括级联镜组镜框4和级联镜组镜片5，物镜保护窗口镜组1置于光刻物镜的始端，通过高精度定位机构3确定窗口镜组1与级联镜组2高精度的偏心位置关系，并利用螺钉将窗口镜组1与级联镜组2的机械接触面紧密贴合，除此之外，窗口镜组1也可以利用同样的定位和固定方式置于光刻物镜的末端，实现对光刻物镜下端的保护。
在装配工序上，第一步，装配高精度定位机构3，具体为将球头杆3-5置于固定套筒3-2，将螺纹圆柱销3-3通过定位机构腰形限位孔3-7拧到球头杆3-5的螺纹孔中，将压缩弹簧3-4置于固定套筒3-2中球头杆3-5的上端，压紧盖3-1通过螺钉将压缩弹簧3-4压紧，完成高精度定位机构3的装配；第二步，利用扳手夹持在定位机构工具接口3-8上，将定位机构外端固定螺纹3-6旋入高精度定位机构安装螺纹孔1-7中，从而将高精度定位机构3安装到窗口镜组1上；第三步，将辅助定位块2-2包括V型定位块2-2-1、凹球型定位块2-2-2、平面型定位块2-2-3分别通过螺钉安装到级联镜框辅助定位块安装螺纹孔2-4的120°圆周方向均布的位置；第四步，将窗口镜组1通过高精度定位机构3与固定辅助定位块2-2的配合实现相对于级联镜组2在偏心方向的准确定位，再利用螺钉穿过窗口镜框螺钉间隙孔1-4紧固至级联镜组2上的紧固镜框级联螺纹孔2-3中，从而完成窗口镜组1的六个自由度全约束，实现高精度定位。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种用于密封及重复定位的物镜保护窗口，其特征在于，置于光刻物镜的始端或末端，包括：窗口镜组(1)、级联镜组(2)、高精度定位机构(3)；
所述窗口镜组(1)由内而外依次包括窗口光学镜片(1-1)、窗口镜框(1-2)、窗口镜框下基准面(1-3)、窗口镜框螺钉间隙孔(1-4)；所述窗口镜框(1-2)上设有密封胶(1-5)、窗口镜框溢胶槽(1-6)、高精度定位机构安装螺纹孔(1-7)；
所述级联镜组(2)由内而外依次包括窗口级联镜框(2-1)、级联镜框级联螺纹孔(2-3)；所述窗口级联镜框(2-1)上设有辅助定位块(2-2)和级联镜框辅助定位块安装螺纹孔(2-4)；其中辅助定位块(2-2)包括V型定位块(2-2-1)、凹球型定位块(2-2-2)、平面型定位块(2-2-3)；窗口镜组(1)的定位形式上采用三处沿着圆周方向120°均布的球头-V型槽、球头-凹型球窝、球头-平面相配合的立体式定位方式；
所述高精度定位机构(3)由上至下依次包括压紧盖(3-1)、压缩弹簧(3-4)、球头杆(3-5)；所述压缩弹簧(3-4)和球头杆(3-5)的外侧设有固定套筒(3-2)；球头杆(3-5)上设有螺纹圆柱销(3-3)、定位机构腰形限位孔(3-7)和定位机构工具接口(3-8)；压紧盖(3-1)上设有定位机构外端固定螺纹(3-6)；高精度定位机构(3)内的球头杆(3-5)可沿机构轴向上高精度位移。
2.根据权利要求1所述的用于密封及重复定位的物镜保护窗口，其特征在于，窗口光学镜片(1-1)与窗口镜框(1-2)之间通过密封胶(1-5)圆周方向均匀涂抹进行密封；窗口镜组(1)与级联镜组(2)之间通过两个镜框基准面的紧密贴合实现密封。
3.根据权利要求1所述的用于密封及重复定位的物镜保护窗口，其特征在于，其可利用窗口镜组(1)上的高精度定位机构(3)与级联镜组(2)上的辅助定位块(2-2)配合，采用三处沿着圆周方向120°均布的球头-V型槽、球头-凹型球窝、球头-平面相配合实现窗口镜组(1)的五个自由度约束，最后通过窗口镜组(1)与级联镜组(2)之间两个镜框基准面的紧密贴合实现最终六个自由度约束，进而实现窗口镜组(1)的高精度重复定位功能。
4.根据权利要求1所述的用于密封及重复定位的物镜保护窗口，其特征在于，所述的窗口光学镜片(1-1)与窗口镜框(1-2)之间通过密封胶(1-5)圆周方向均匀涂抹是通过窗口镜框溢胶槽(1-6)进行控制的，沿着上述圆周方向厚度一致，窗口镜框溢胶槽(1-6)存储多余密封胶，使得密封胶沿着窗口光学镜片(1-1)的均匀性，从而保证窗口光学镜片(1-1)的均匀良好面形。
5.根据权利要求1所述的用于密封及重复定位的物镜保护窗口，其特征在于，所述的高精度定位机构(3)可沿机构轴向位移，是通过压缩弹簧(3-4)、定位机构腰形限位孔(3-7)共同提供的位移空间，精度的保证是通过固定套筒(3-2)内壁与球头杆(3-5)上部严格的配合公差实现的。
6.根据权利要求5所述的用于密封及重复定位的物镜保护窗口，其特征在于，所述的高精度定位机构(3)上加工有定位机构外端固定螺纹(3-6)和定位机构工具接口(3-8)；利用扳手作用在定位机构工具接口(3-8)上，将定位机构外端固定螺纹(3-6)旋入高精度定位机构安装螺纹孔(1-7)中，从而将高精度定位机构(3)安装到窗口镜组(1)上。
7.根据权利要求5所述的用于密封及重复定位的物镜保护窗口，其特征在于，所述的高精度定位机构(3)上加工的定位机构腰形限位孔(3-7)，螺纹圆柱销(3-3)穿过定位机构腰形限位孔(3-7)安装到球头杆(3-5)的螺纹中，螺纹圆柱销(3-3)通过定位机构腰形限位孔(3-7)的固定方向和长度实现球头杆(3-5)轴向伸缩和限位功能。
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- 2015-10-29 CN CN201510716009.7A patent/CN105301915B/zh active Active
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