CN111650816B - 柔性连接装置、测量系统及光刻机 - Google Patents

柔性连接装置、测量系统及光刻机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种柔性连接装置、测量系统和光刻机，所述柔性连接装置具有连接主体以及沿Z方向叠加设置于连接主体中的第一柔性单元和第二柔性单元，连接主体具有在Z方向上的两个连接端，其中第一柔性单元提供连接主体在X方向和Z方向上的位移调节，第二柔性单元提供连接主体在Y方向上的位移调节。从而可以实现X、Y、Z以及Rx、Ry和Rz六个自由度上的位移调节，在应用于光刻设备的主基板和栅格板连接时，可以提高栅格板对来自各方向位移变化的适应性，有效隔离主基板及其它振动和干扰因素对栅格板的影响。所述测量系统和光刻机均包括上述柔性连接装置。

Description

柔性连接装置、测量系统及光刻机
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，特别涉及柔性连接装置、测量系统及光刻机。
背景技术
光刻机是半导体工艺的核心设备之一，例如，可以将光刻机用在集成电路、平板显示器、磁畴存储器等具体领域的产品制造中。以大规模集成电路为例，随着大规模集成电路器件集成度的提高，对光刻分辨能力的要求愈来愈高，对光刻机曝光系统的稳定性、测量系统的准确性和运动平台的精度的要求也愈来愈高,同时工作波长也愈来愈短。光刻分辨率对振动的影响相当敏感，其中，光刻机的投影物镜作为光刻机中最精密部件及基准，对环境振动的要求非常苛刻，通常需要在架设投影物镜的主基板和基础框架(连接地基固定)之间设置适应性的连接件。此外，为了在工作过程中高精度地确定衬底台(用于放置衬底如硅晶片)的位置，包括栅格板的测量系统用于测量投影物镜与衬底台之间的位置变化信号，例如，栅格板可以通过具有一定刚性的连接件与架设投影物镜的主基板连接。
然而，温度改变或者温度差异等影响均会造成上述主基板的形状改变，主基板的形状的改变也可以带至栅格板的形状的改变，这类形状改变对于测量系统以及投影物镜的稳定性均有不良影响。此外，投影物镜的稳定性的还可以受到诸如地基振动、步进或者扫描过程中产生的反作用力和力矩、投影物镜内部的气液管路和气膜的振动以及其它随机噪音等各种振动和干扰因素的影响。
为了避免振动和干扰因素的影响，一种现有方案采用倒T型结构的连接件设置在主基板与基础框架之间以隔离主基板上的残余振动加速度，但是该结构容易产生应力集中，还有一种现有方案在主基板和悬置的栅格板之间设置柔性连接件，以补偿主基板的形状改变，减小对栅格板形状的影响，但是现有的柔性连接件因其挠性结构的设计，无法适应各方向位移量随机的情况，利用其耦合主基板的形状改变的效果不大。因此，仍然需要提供改进方案，以有效补偿主基板的形状改变以及避免振动和干扰因素的影响。
发明内容
为了有效补偿主基板的形状改变以及避免振动和干扰因素的影响，本发明提供了一种柔性连接装置、一种测量系统和一种光刻机。
根据本发明的一个方面，提供一种柔性连接装置，包括：
连接主体，所述连接主体具有在Z方向上的两个连接端；以及沿Z方向叠加设置于所述连接主体中的第一柔性单元和第二柔性单元，所述第一柔性单元提供所述连接主体在X方向和所述Z方向上的位移调节，所述第二柔性单元提供所述连接主体在Y方向上的位移调节，所述X方向、所述Y方向以及所述Z方向对应于同一正交坐标系中的三个轴向。
可选的，所述第一柔性单元包括第一柔性铰链和第二柔性铰链，其中所述第一柔性铰链提供所述连接主体在所述X方向上的位移调节，所述第一柔性铰链与所述第二柔性铰链构成三角形铰链结构，所述三角铰链结构提供所述连接主体在所述Z方向上的位移调节。
可选的，在所述Y方向的垂面内，所述第一柔性铰链和所述第二柔性铰链的截面均包括圆弧，与所述第一柔性铰链和所述第二柔性铰链对应的圆弧直径为2mm至6mm。
可选的，所述第二柔性单元包括第三柔性铰链和第四柔性铰链，所述第三柔性铰链和所述第四柔性铰链在所述Z方向上间隔设置，且均提供所述连接主体在所述Y方向上的位移调节。
可选的，在所述X方向的垂面内，所述第三柔性铰链和所述第四柔性铰链的截面均包括圆弧，与所述第三柔性铰链和所述第四柔性铰链对应的圆弧的直径为3mm至8mm。
可选的，在所述Y方向上，所述连接主体在所述第一柔性铰链两侧具有第一开口，所述柔性连接装置还包括设置于所述第一开口中的X方向阻尼块；和/或，所述连接主体在所述第三柔性铰链和所述第四柔性铰链两侧具有第二开口，所述柔性连接装置还包括设置于所述第二开口中的Y方向阻尼块。
可选的，所述X方向阻尼块和所述Y方向阻尼块的材料为硅胶。
可选的，所述X方向阻尼块通过胶黏材料粘合或者卡位方式设置在所述第一开口中；和/或，所述Y方向阻尼块通过胶黏材料粘合或者卡位方式设置在所述第二开口中。
可选的，所述柔性连接装置的固有频率为30Hz至50Hz，且在所述X方向、所述Y方向和所述Z方向上的刚度均小于1000N/mm。
根据本发明的另一方面，提供一种测量系统，所述测量系统包括测量部件，且所述测量部件通过上述柔性连接装置与一基本静止的框架连接，其中，通过所述柔性连接装置对所述测量部件在X方向、Y方向以及Z方向上相对于所述基本静止的框架的运动和/或变形进行补偿。
根据本发明的再一方面，提供一种光刻机，所述光刻装置包括投影物镜、衬底台以及用于测量所述投影物镜与所述衬底台的位置变化信号的测量系统，所述投影物镜系统架设在主基板中，所述测量系统包括一水平设置于所述主基板与所述衬底台之间的栅格板，所述栅格板通过多个上述柔性连接装置悬挂连接在所述主基板下方，其中，每个所述柔性连接装置中，所述连接主体的靠近所述第二柔性单元的连接端与所述主基板连接，所述连接主体的靠近所述第一柔性单元的连接端与所述栅格板连接。
可选的，所述多个柔性连接装置在水平面内沿一圆周均匀分布，且所述圆周的中垂线与所述主基板的中垂线重合，以所述圆周的切线方向为X方向，以水平面的垂直方向为Z方向，以所述圆周的径向方向为Y方向。
可选的，所述栅格板通过三个所述柔性连接装置悬挂连接在所述主基板下方，所述三个柔性连接装置在水平面内呈等腰三角形分布。
可选的，所述柔性连接装置均为长方体结构，所述长方体结构的长度边沿X方向延伸，所述长方体结构的长度为50mm至150mm，所述长方体结构的宽度边沿Y方向延伸，所述长方体结构的宽度为30mm至50mm，所述长方体的高度边沿Z方向延伸，且所述长方体结构的高度为40mm至130mm。
本发明提供的柔性连接装置，具有连接主体以及沿Z方向叠加设置于所述连接主体中的第一柔性单元和第二柔性单元，所述连接主体具有在Z方向上的两个连接端，其中所述第一柔性单元提供所述连接主体在X方向和Z方向上的位移调节，所述第二柔性单元提供所述连接主体在Y方向上的位移调节。从而可以实现X、Y、Z以及Rx、Ry和Rz六个自由度上的位移调节，例如用于光刻设备的主基板和栅格板连接时，可以提高栅格板对来自各方向位移变化的适应性，较现有方案，有助于补偿主基板的运动和/或变形对栅格板的影响，有效隔离其它振动和干扰因素对栅格板的影响，能够满足高精度测量系统的连接要求，提高测量系统精度和光刻机曝光系统的稳定性。
上述柔性连接装置中，第一柔性单元可包括第一柔性铰链和第二柔性铰链，所述第一柔性铰链提供所述连接主体在所述X方向上的位移调节，所述第一柔性铰链还与所述第二柔性铰链构成三角形铰链结构，以提供连接主体在Z方向上的位移调节，结构较为简单，加工难度较低。第二柔性单元可包括在Z方向间隔设置的第三柔性铰链和第四柔性铰链，所述第三柔性铰链和所述第四柔性铰链均提供所述连接主体在Y方向上的位移调节，有助于提高柔性连接装置在Y方向上位移的补偿能力。此外，所述柔性连接装置还可包括位于位于第一柔性单元两侧的X方向阻尼块和位于第二柔性单元两侧的Y方向阻尼块，有助于进一步减小主基板的运动和/或变形以及其它振动和干扰因素对栅格板的影响。
本发明提供的测量系统，包括测量部件，所述测量部件通过上述柔性连接装置与一基本静止的框架连接，其中，通过所述柔性连接装置对所述测量部件在X方向、Y方向以及Z方向上相对于所述基本静止的框架的运动和/或变形进行补偿。有助于提高所述测量系统的测量精度。
本发明提供的光刻机，所述柔性连接装置的两连接端分别与架设投影物镜的主基板和栅格板安装连接，其中靠近第二柔性单元的连接端与主基板连接，靠近第一柔性单元的连接端与栅格板连接。由于第一柔性单元可以同时在X方向和Z方向进行位移调节(补偿)，而第二柔性单元可以在Y方向上进行位移调节(补偿)，有助于减小主基板的运动和/或变形以及其它振动和干扰因素对栅格板的影响。
附图说明
图1是本发明一实施例的柔性连接装置在X-Z平面的侧视图。
图2是本发明一实施例的柔性连接装置在Y-Z平面的侧视图。
图3是本发明一实施例的柔性连接装置的装配示意图。
图4是本发明另一实施例的柔性连接装置的装配示意图。
图5是本发明一实施例的设置有柔性连接装置的光刻机的剖面示意图。
图6是本发明一实施例的多个柔性连接装置在光刻机中的分布示意图。
图7是本发明一实施例的多个柔性连接装置在光刻机中的连接示意图。
图8是本发明一实施例的柔性连接装置的X向变形仿真图。
图9是本发明一实施例的柔性连接装置的Y向变形仿真图。
图10是本发明一实施例的柔性连接装置的Z向变形仿真图。
图11是本发明一实施例的PSD激励加载曲线。
图12是本发明一实施例的栅格板在无阻尼刚性连接下的Z向响应仿真图。
图13是本发明一实施例的栅格板在无阻尼柔性连接下的Z向响应仿真图。
图14是本发明一实施例的栅格板在有阻尼柔性连接下的Z向响应仿真图。
附图标记说明：
100-投影物镜；102-主基板；104-基础框架；101-主动减振器；105-栅格板；200-柔性连接装置；210-连接主体；210a-第一连接端；210b-第二连接端；220-第一柔性单元；221-第一柔性铰链；222-第二柔性铰链；230-第二柔性单元；231-第三柔性铰链；232-第四柔性铰链；221a-第一开口；240-X方向阻尼块；230a-第二开口；250-Y方向阻尼块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的柔性连接装置、测量系统及光刻机作进一步详细说明。根据下面的说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常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。
以下首先通过实施例和附图对本发明的柔性连接装置进行描述，为了清楚地说明本发明的构思，其中以应用于光刻机的柔性连接装置进行说明，例如用于悬挂连接栅格板于投影物镜系统的主基板下方，以减小主基板的运动和/或变形以及其它振动和干扰因素对栅格板的影响。但需要说明的是，本发明的柔性连接装置并不限定在以下描述的场合中使用，根据其结构和性能，也可以用在各种各样地高精度隔震系统中。方便起见，以下通过一正交坐标系中的三个轴向X方向、Y方向以及Z方向对柔性连接装置进行介绍。
图1是本发明一实施例的柔性连接装置在X-Z平面的侧视图。图2是本发明一实施例的柔性连接装置在Y-Z平面的侧视图。参照图1和图2，本实施例的柔性连接装置200包括连接主体210和叠加设置于所述连接主体中的第一柔性单元220和第二柔性单元230，所述连接主体210具有在Z方向上的两个连接端(分别位于Z方向连接主体的两端，如图1中的第一连接端210a和第二连接端210b，每个连接端可包括多个安装位)，第一柔性单元220和第二柔性单元230沿Z方向叠加设置，所述第一柔性单元220提供所述连接主体210在X方向和Z方向上的位移调节，所述第二柔性单元230提供所述连接主体210在Y方向上的位移调节。
连接主体210的外观结构和尺寸可以根据连接要求、制作成本和安装便利性等方面的综合因素进行设计，本实施例中，连接主体210例如是一方体结构，其具有分别沿X方向、Y方向以及Z方向三个方向分布的长度方向、宽度方向和高度方向，可选实施方式中，其X方向的长度范围约50mm至150mm，Y方向的宽度范围约30mm至50mm，Z方向的高度范围约40mm至130mm。在另外的实施例中，连接主体整体也可以是柱体结构等。连接主体210的材料例如是不锈钢，其可由机床加工成形。
具体的，所述第一柔性单元220可包括第一柔性铰链221和第二柔性铰链222，可选实施方式中，第一柔性铰链221和第二柔性铰链222可以分别提供两个方向上的位移调节，其中第一柔性铰链221提供所述连接主体210在X方向上的位移调节，第二柔性铰链222提供所述连接主体210在Z方向上的位移调节。另一可选实施方式中，如图3所示，第一柔性单元220中的第一柔性铰链221提供连接主体210在X方向上的位移调节，第一柔性铰链221还与第二柔性铰链222构成三角形铰链结构(在垂直于Y方向的平面内截面包括三角形)，所述三角铰链结构提供连接主体210在Z方向上的位移调节。
参照图2，第一柔性铰链221和第二柔性铰链222可以设置在连接主体210在长度范围的中心位置。此外，连接主体210的在X-Z平面内，第一柔性铰链221和第二柔性铰链222的截面均包括至少一组圆弧(每组圆弧包括相背的两个弧段)，与所述第一柔性铰链221和所述第二柔性铰链222对应的圆弧直径约2mm至6mm。此外，在X方向上，第一柔性铰链221的两侧还设置有限位凸块(如图1中第一柔性铰链221的圆弧两侧的两两相对的凸起)，在Z方向上，第二柔性铰链222在远离第一柔性铰链221的一侧也设置有限位凸块，所述限位凸块可用于限定第一柔性铰链221和第二柔性铰链222在相应位移调节方向的位移范围。
第二柔性单元230用于提供连接主体210在Y方向上的位移调节，参照图1和图2，第二柔性单元230包括在Z方向间隔布置的第三柔性铰链231和第四柔性铰链232(即双层双铰链结构)，第三柔性铰链231和第四柔性铰链232可以叠加设置在柔性连接装置200宽度范围的中心位置。可选的，第二柔性单元230还可以包括大于两个的柔性铰链，以增强Y方向上的位移能力。所述第三柔性铰链231和所述第四柔性铰链232均提供连接主体210在Y方向上的位移调节，可以提高柔性连接装置200在Y方向的位移调节能力。具体的，在Y-Z平面内，所述第三柔性铰链231和所述第四柔性铰链232的截面可以均包括一组圆弧，与所述第三柔性铰链231和所述第四柔性铰链232对应的圆弧的直径约3mm至8mm。此外，在Y方向上，第三柔性铰链231和第四柔性铰链232的两侧还可以设置有限位凸块(如图2中第三柔性铰链231和第四柔性铰链232的圆弧两侧的凸起)，所述限位凸块可用于限定第三柔性铰链231和第四柔性铰链232在Y方向的位移范围。上述第一柔性铰链221、第二柔性铰链222、第三柔性铰链231和第四柔性铰链232均可以采用线切割成型。
参照图1和图2，本实施例中，连接主体210在第一柔性铰链221周围具有彼此相对的两个第一开口221a，两个第一开口221a可以分别朝向X轴的两个方向。本实施例中，柔性连接装置200还包括设置于每个第一开口221a中的X方向阻尼块240，以提高柔性连接装置200在X方向的位移补偿能力。此外，连接主体210在第三柔性铰链231周围和第四柔性铰链232周围还具有多个第二开口230a，其中，两个第二开口230a可相对位于第三柔性铰链230的两侧，另外两个第二开口230a可相对位于第三柔性铰链230的两侧，即多个第二开口230a可以是四个Y轴方向上的开口。基于同一构思，柔性连接装置200还可包括设置于每个第二开口230a中的Y方向阻尼块250，以提高柔性连接装置200在Y方向的位移补偿能力。
上述X方向阻尼块240和Y方向阻尼块250具有阻尼特性，例如可以是采用包括硅胶或硅油材料的高阻尼低弹性模量的柔性块，其可以在X方向、Y方向和Z方向以及Rx、Ry、Rz六个自由度上在材料允许的弹性范围内变形，通过粘滞力和惯性力消耗运动能力，以达到位移补偿的效果，X方向阻尼块240和Y方向阻尼块250的阻尼比例如在0.2～5范围，弹性模量例如小于或等于1兆帕。
图3是本发明一实施例的柔性连接装置的装配示意图。图4是本发明另一实施例的柔性连接装置的装配示意图。参照图3，可选的，上述X方向阻尼块240和Y方向阻尼块250可以是块状，从而可以通过胶黏材料粘合或者卡位方式设置在对应的开口中，如果利用胶黏材料粘合，第一开口221a和第二开口230a可以作为点胶槽，通过向其中涂覆例如胶黏材料以黏合对应的X方向阻尼块240或Y方向阻尼块250，如果利用利用卡位方式设置，可在第一开口221a和第二开口230a中设置用于固定阻尼块的卡口。参照图4，可选的，X方向阻尼块240和Y方向阻尼块250可以是球状阻尼块，其可以通过挤压方式嵌入对应的开口中，而第一开口221a和第二开口230a的内表面也可以相应地设置为球面，以固定经挤压后置于其中的X方向阻尼块310和Y方向阻尼块320。
研究表明，光刻机工作中，衬底台(或工件台)的运动所引起的气流扰动，可以引发包括栅格板在内的振系在简谐激励下的强迫振动，在简谐激励下，振系除受阻尼力和弹性恢复力的作用外，还会受到与阻尼力和弹性恢复力的方向相反的简谐激励力(F＝F0sinwt,其中F0为激励力幅，ω为激励频率，t为时间)的扰动。因此，为了抵抗在诸如光刻机的应用环境下受到简谐激励的扰动，可以通过调整本实施例的柔性连接装置200的材料和尺寸等方面，使其阻尼比超过理论计算值。已知研究表明，幅频特性曲线显示当β动力放大系数小于1时会起到隔震效果，对应的阻尼比需大于或等于0.707，因此，优选方案中，柔性连接装置200的阻尼比大于或等于0.707。此外，示例的，柔性连接装置200得固有频率约30Hz至50Hz，且在X方向、Y方向和Z方向上的刚度均小于1000N/mm。上述柔性连接装置200的有效载荷范围例如在50kg至200kg，在用于光刻机时，光栅板105的质量范围在50-150kg，在其有效载荷范围内。实验表明，上述柔性连接装置200可以有效衰减50Hz以上的激励频率振动。
上述柔性连接装置200中，通过设置第一柔性单元220和第二柔性单元230，可以对连接主体210在X、Y、Z三个方向上的位移进行调节，可用于光刻机中将栅格板悬挂连接在基本静止的主基板下方，可以提高栅格板对来自各方向位移变化的适应性，具体，有助于补偿主基板的运动和/或变形对栅格板的影响，且有效隔离其它振动和干扰因素对栅格板的影响(例如周围气流对栅格板的运动和/或变形的影响)，能够满足高精度测量系统的连接要求，提高测量系统精度和光刻机曝光系统的稳定性。
本实施例还包括一种测量系统，所述测量系统例如设置在光刻机中，如上述介绍，测量系统可以用于测量光刻机的投影物镜(或与之连接的主基板)与衬底台(或工件台，图中未示出)的位置变化信号。但不限于此，测量系统还可以用在各种需要高精度测量可移动对象的位置变化信号的场合中。作为示例，测量系统可以由多个测量部件组成，该多个测量部件例如是传感器、与传感器配合工作的例如传感器目标板以及控制单元中的一个或多个，例如，所述传感器目标板例如是包括光栅或栅格的栅格板，栅格板可以是一维或多维光栅，具体可包括一定数量的栅格线或其它栅格标记，这些栅格线或栅格标记可以用于确定栅格板相对于设置在移动对象(例如衬底台)上的传感器的位置变化。
本实施例的测量系统包括测量部件，所述测量部件通过上述柔性连接装置200与一基本静止的框架连接，所述测量部件例如是栅格板。可以理解，为了实现高精度的测量，需要使该测量部件与所述基本静止的框架为固定连接，并且，需要使该测量部件尽量避免受到所述基本静止的框架的振动和/或变形的影响以及周围气流的影响。由于本发明实施例的柔性连接装置中，通过第一柔性部件和第二柔性部件可以对连接主体在X方向、Y方向以及Z方向上进行位移调节，而连接主体可以通过在Z方向上的两个连接端分别与所述测量部件和所述基本静止的框架连接，从而测量系统通过所述柔性连接装置对所述测量部件在X方向、Y方向以及Z方向上相对于所述基本静止的框架的运动和/或变形进行补偿，并且还可以减弱周围气流等其它振动和干扰因素对所述测量部件的运动和/或变形的影响。
本实施例还包括一种光刻机，所述光刻机可包括投影物镜(或物镜系统)、衬底台以及用于测量所述投影物镜与所述衬底台的位置变化信号的测量系统，图5是本发明一实施例的设置有柔性连接装置的光刻机的剖面示意图。参照图5，所述光刻机的投影物镜100架设在一主基板102上，主基板102与基础框架104之间可设置有主动减振器101，基础框架104与地基连接，主动减振器101将主基板102和基础框架104隔离，以减少或避免各类来自基础框架103上的低频振动。所述光刻机还可以包括测量系统，以在光刻机的工作过程中高精度(例如纳米精度)确定衬底台(图中未示出)的位置，所述测量系统可以包括与投影物镜100保持基本静止连接的栅格板105，栅格板105可以是一维或多维的光栅，可以通过例如悬挂连接的方式设置在主基板102下方。本实施例中，多个柔性连接装置200可用于悬挂连接栅格板105在主基板202下方。
研究发现，温度改变或者温度差异等影响均会造成主基板的形状改变，主基板的形状改变又可以带至栅格板的形状的改变，这类形状改变对于测量系统以及投影物镜的稳定性均有不良影响。故而，本实施例的柔性连接装置200不仅要求具有一定的刚性，以在各个方向上使主基板102和栅格板105之间固定，同时，为了减小或避免主基板102的形状改变以及栅格板周围气流的扰动(例如会造成栅格板在简谐激励下的强迫振动)，本实施例的柔性连接装置200具有柔性和阻尼特性，在受到外界振动和干扰因素的影响时，可以在多个方向上进行位移调节(或补偿)。具体的，结合图2至图5，本实施例中，以水平面的法线方向为Z方向，即将柔性连接装置200沿第一柔性单元210和第二柔性单元220叠加的方向设置在主基板102和栅格板105之间，以对栅格板105的运动和/或变形作出补偿。其中，为了避免主基板102在以垂直于其中心线的运动和/或变形对栅格板105的影响，使柔性连接装置200中靠近第二柔性单元230的连接端(如图2中的位于第二柔性单元230上方的第一连接端210a)与主基板102安装连接，从而利用第二柔性单元230对主基板102在Y方向上的运动和/或变形解耦，减小或避免对栅格板105运动和/或变形的影响，另外，使柔性连接装置200中靠近第一柔性单元220的连接端(如图2中的位于第一柔性单元220下方的第二连接端210b)与所述栅格板105安装连接，栅格板105作为Z方向的载荷，连接在第一柔性单元220下方，第一柔性单元220通过其在X方向和Z方向的位移调节能力，可以减小或避免栅格板105因主基板102、载荷、气流等因素所造成的栅格板105的运动和/或变形。可以理解，每个柔性连接装置200不仅在上述X、Y和Z三个方向(自由度)对栅格板105的运动和/或变形进行补偿，还可以在以X方向为轴线的旋转运动(Rx)、以Y方向为轴线的旋转运动(Ry)以及以Z方向为轴线的旋转运动(Rz)共六个自由度上对栅格板105的运动和/或变形进行补偿。并且，由于柔性连接装置200的位移补偿作用，Z方向的载荷对栅格板105在X方向和Y方向的刚度基本不会造成影响，设置柔性连接装置200以及在Z方向施加载荷不会栅格板105实质的变化。参照图3和图4，上述柔性连接装置200的第一连接,210a和第二连接端210b可以通过螺栓分别与主基板102和栅格板105安装。
图6是本发明一实施例的多个柔性连接装置在光刻机中的分布示意图。图7是本发明一实施例的多个柔性连接装置在光刻机中的连接示意图。
参照图6和图7，优选的，所述多个柔性连接装置200可在水平面内(平行于主基板102的平面)沿一圆周(虚圆)均匀分布，且所述圆周的中垂线与主基板102的中垂线重合，具体可以以所述圆周的切线方向为X方向，以水平面的垂直方向为Z方向，以所述圆周的径向方向为Y方向来设置每个柔性连接装置200的方位。在所述圆周的切线方向上，每个柔性连接装置200可以通过第一柔性单元220对连接主体210进行位移调节，以对主基板在该切向方向上的运动和/或变形进行补偿，以减小或避免切线方向上栅格板105的运动和/或变形，并且，在所述圆周的径向方向上，每个柔性连接装置200可以通过第二柔性单元230对连接主体210进行位移调节，以对主基板在径向方向上的运动和/或变形进行补偿，减小或避免径向方向上栅格板105的运动和/或变形，并且，在圆周面的垂直方向(本实施例即重力方向)上，每个柔性连接装置200可以通过第一柔性单元230对连接主体210进行位移调节，从而对例如因载荷引起的重力方向上栅格板105的运动和/或变形进行补偿，避免对栅格板105刚度的影响。
参照图6，作为示例，所述栅格板105可以通过三个所述柔性连接装置200悬挂连接在所述主基板102下方，所述三个柔性连接装置200在水平面内呈等腰三角形或等边三角形分布。每个所述柔性连接装置200例如是长方体结构，其长度方向为圆周的切向方向，宽度方向为圆周的径向方向，高度方向为重力方向。每个所述柔性连接装置200的长度约50mm至150mm，宽度约30mm至50mm，高度约40mm至130mm。
上述多个柔性连接装置200与栅格板105装配后，X方向的模态频率值fx、Y方向的模态频率值fy、Z方向的模态频率值fz、Rx向的模态频率值fα、Ry向的模态频率值fβ和Rz向的模态频率值fγ可由下式(I)～(VI)估算：
Figure BDA0001984771150000131
Figure BDA0001984771150000132
Figure BDA0001984771150000133
Figure BDA0001984771150000134
Figure BDA0001984771150000135
Figure BDA0001984771150000136
其中，kx为柔性连接装置200在X方向的刚度，ky为柔性连接装置200在Y方向的刚度，kz为柔性连接装置200在Z方向的刚度，m为光栅板105的质量，αx为X方向上柔性连接装置200距投影物镜100中心轴线的距离，αy为Y方向上柔性连接装置200距投影物镜100中心轴线的距离，αz为Z方向上柔性连接装置200距投影物镜100中心轴线的距离，ρx为栅格板105绕X轴的转动惯量，ρy为栅格板105绕Y轴的转动惯量，ρz为栅格板105绕Z轴的转动惯量，∑是指对装配在主基板102和栅格板105之间的多个(组)柔性连接装置的数据求和。
图8是本发明一实施例的柔性连接装置的X向变形仿真图。图9是本发明一实施例的柔性连接装置的Y向变形仿真图。图10是本发明一实施例的柔性连接装置的Z向变形仿真图。参照图8至10，通过在连接主体210上分别施加X、Y、Z三个方向上的300N的力，再通过与力的方向对应的变形量计算刚度，对上述柔性连接装置200进行的变形仿真实验结果表明，上述柔性连接装置200可以在X、Y和Z方向(自由度)上进行位移调节。因而可用于例如光刻机中的测试系统，可以减小或避免来自主基板以及其它振动和干扰因素对载荷(栅格板)的运动和/或变形的影响，从而有助于满足高精度测量系统及光刻机的连接要求。
本实施例另外利用PSD(功率谱密度，Power Spectral Density)计算模拟系统进行了振动响应分析。图11是本发明一实施例的PSD激励加载曲线。图12是本发明一实施例的栅格板在无阻尼刚性连接下的Z向响应仿真图。图13是本发明一实施例的栅格板在无阻尼柔性连接下的Z向响应仿真图。图14是本发明一实施例的栅格板在有阻尼柔性连接下的Z向响应仿真图。参照图11至图14，利用PSD计算模拟系统，在栅格板与主基板的连接处输入如图11所示的激励值，得到栅格板在无阻尼且刚度连接下的Z方向响应值为5.52nm，而在无阻尼柔性连接情况下的Z向响应值为7.8nm，在有阻尼柔性连接情况下的Z向响应值为0.72nm，结果表明，本实施例的柔性连接装置的隔震效率在85％以上，可以满足通常光刻机及其测试系统对耦合主基板的变形和/或运动的要求。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同和相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的结构相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见结构部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (13)

1.一种柔性连接装置，其特征在于，包括：
连接主体，所述连接主体具有在Z方向上的两个连接端；以及
沿Z方向叠加设置于所述连接主体中的第一柔性单元和第二柔性单元，所述第一柔性单元提供所述连接主体在X方向和所述Z方向上的位移调节，所述第二柔性单元提供所述连接主体在Y方向上的位移调节，所述X方向、所述Y方向以及所述Z方向对应于同一正交坐标系中的三个轴向；
其中，所述第一柔性单元包括第一柔性铰链和第二柔性铰链，其中所述第一柔性铰链提供所述连接主体在所述X方向上的位移调节，所述第一柔性铰链与所述第二柔性铰链构成三角形铰链结构，所述三角形铰链结构提供所述连接主体在所述Z方向上的位移调节。
2.如权利要求1所述的柔性连接装置，其特征在于，在所述Y方向的垂面内，所述第一柔性铰链和所述第二柔性铰链的截面均包括圆弧，与所述第一柔性铰链和所述第二柔性铰链对应的圆弧直径为2mm至6mm。
3.如权利要求1所述的柔性连接装置，其特征在于，所述第二柔性单元包括第三柔性铰链和第四柔性铰链，所述第三柔性铰链和所述第四柔性铰链在所述Z方向上间隔设置，且均提供所述连接主体在所述Y方向上的位移调节。
4.如权利要求3所述的柔性连接装置，其特征在于，在所述X方向的垂面内，所述第三柔性铰链和所述第四柔性铰链的截面均包括圆弧，与所述第三柔性铰链和所述第四柔性铰链对应的圆弧的直径为3mm至8mm。
5.如权利要求3所述的柔性连接装置，其特征在于，在所述Y方向上，所述连接主体在所述第一柔性铰链两侧具有第一开口，所述柔性连接装置还包括设置于所述第一开口中的X方向阻尼块；和/或，所述连接主体在所述第三柔性铰链和所述第四柔性铰链两侧具有第二开口，所述柔性连接装置还包括设置于所述第二开口中的Y方向阻尼块。
6.如权利要求5所述的柔性连接装置，其特征在于，所述X方向阻尼块和所述Y方向阻尼块的材料为硅胶。
7.如权利要求5所述的柔性连接装置，其特征在于，所述X方向阻尼块通过胶黏材料粘合或者卡位方式设置在所述第一开口中；和/或，所述Y方向阻尼块通过胶黏材料粘合或者卡位方式设置在所述第二开口中。
8.如权利要求1所述的柔性连接装置，其特征在于，所述柔性连接装置的固有频率为30Hz至50Hz，且在所述X方向、所述Y方向和所述Z方向上的刚度均小于1000N/mm。
9.一种测量系统，所述测量系统包括测量部件，其特征在于，所述测量部件通过如权利要求1至8任一项所述的柔性连接装置与一基本静止的框架连接，其中，通过所述柔性连接装置对所述测量部件在X方向、Y方向以及Z方向上相对于所述基本静止的框架的运动和/或变形进行补偿。
10.一种光刻机，其特征在于，所述光刻机包括投影物镜、衬底台以及用于测量所述投影物镜与所述衬底台的位置变化信号的测量系统，所述投影物镜系统架设在主基板中，所述测量系统包括一水平设置于所述主基板与所述衬底台之间的栅格板，所述栅格板通过多个如权利要求1至8任一项所述的柔性连接装置悬挂连接在所述主基板下方，其中，每个所述柔性连接装置中，所述连接主体的靠近所述第二柔性单元的连接端与所述主基板连接，所述连接主体的靠近所述第一柔性单元的连接端与所述栅格板连接。
11.如权利要求10所述的光刻机，其特征在于，多个所述柔性连接装置在水平面内沿一圆周均匀分布，且所述圆周的中垂线与所述主基板的中垂线重合，以所述圆周的切线方向为X方向，以水平面的垂直方向为Z方向，以所述圆周的径向方向为Y方向。
12.如权利要求11所述的光刻机，其特征在于，所述栅格板通过三个所述柔性连接装置悬挂连接在所述主基板下方，三个所述柔性连接装置在水平面内呈等腰三角形分布。
13.如权利要求10所述的光刻机，其特征在于，所述柔性连接装置均为长方体结构，所述长方体结构的长度边沿X方向延伸，所述长方体结构的长度为50mm至150mm，所述长方体结构的宽度边沿Y方向延伸，所述长方体结构的宽度为30mm至50mm，所述长方体的高度边沿Z方向延伸，且所述长方体结构的高度为40mm至130mm。
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