CN113640938B - 椭球反射镜固定机构、光学测量系统及光刻设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种椭球反射镜固定机构，包括导向台、旋转台及预紧结构，导向台包括至少三个呈周向分布的滑槽，所述滑槽上滑动设置有定心杆；旋转台设置于所述导向台上，包括与所述滑槽一一对应的弧形槽，所述定心杆穿过对应的弧形槽后伸入椭球反射镜的通光孔内。旋转所述旋转台时，所述定心杆同时在所述滑槽及弧形槽内滑动直至抵接所述通光孔的内壁，实现椭球反射镜的自适应定心，从而精确的建立椭球反射镜的光轴与椭球反射镜固定机构的尺寸关系，能够提高光学性能。基于此，本发明还提供了一种光学测量系统及光刻设备。

Description

椭球反射镜固定机构、光学测量系统及光刻设备

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种椭球反射镜固定机构、光学测量系统及光刻设备。

背景技术

在集成电路制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光才能制作完成。在光刻作业中，由工件台承载着被曝光对象(一般为晶圆)，工件台上方往往放置光学测量系统，在两者之间放置有掩膜板，在光刻时，通过光学测量系统的观察与测量，向控制系统传输数据，然后控制系统移动工件台，使得掩膜板与工件台上的晶圆的预定区域对准，对准后便开始进行曝光。

在光学测量系统中，椭球反射镜(又称为椭球反射镜)是一个重要的部分，主要作用是聚焦，椭球反射镜也叫椭球面反射镜，其特点为：任意一个焦点发出或通过该焦点的光，经椭球反射镜后都汇聚到另一个焦点。

椭球反射镜是一个底面至顶面内径逐渐增大的碗状结构，其顶面开口，而底面具有一圆形的通光孔。现有技术中，通常将椭球反射镜的底面放置在定位支架上，定位支架与椭球反射镜的接触位置具有点胶处，椭球反射镜通过点胶处与定位支架粘接在一起，同时定位支架上通过安装定位孔以及放置在安装定位孔中的螺钉固定安装在光刻设备中。由于椭球反射镜在工作过程中需被照明光源照射，因此自身温度必然会升高，从而导致热变形，另外，椭球反射镜仅仅是通过粘接的方式连接在定位支架上，一旦温度升高，胶水熔化，椭球反射镜的定位的精度会受到很大的影响。并且，由于椭球反射镜自身加工工艺的影响，椭球反射镜底部的通光孔的加工误差大，在固定过程中无法有效建立椭球反射镜的光轴与定位支架的尺寸链之间的关系，影响光学性能。进一步，由于光热的缘故，在热膨胀的影响下，通过螺钉固定反射镜这种硬固定的方式必然会增加椭球反射镜破裂的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种椭球反射镜固定机构、光学测量系统及光刻设备，能够解决工作过程中椭球反射镜因为热膨胀变形而导致安装精度被影响的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种椭球反射镜固定机构，所述椭球反射镜固定机构包括：

导向台，包括至少三个呈周向分布的滑槽，所述滑槽上滑动设置有定心杆；

旋转台，设置于所述导向台上，包括与所述滑槽一一对应的弧形槽，所述定心杆穿过对应的弧形槽后伸入椭球反射镜底部的通光孔内，旋转所述旋转台时，至少三个所述定心杆同时在对应的所述滑槽及弧形槽内滑动直至抵接所述通光孔的内壁；

预紧结构，连接所述导向台和所述旋转台，并在所述定心杆抵接所述通光孔的内壁后为所述旋转台提供防止反向旋转的预紧力。

可选的，所述导向台及所述旋转台均为圆环柱，所述旋转台面向所述导向台的一侧上具有一圆环凸台，所述圆环凸台与所述旋转台的轴线重合，所述圆环凸台伸入所述导向台内并与所述导向台间隙配合。

可选的，所述导向台的外径大于所述旋转台的外径，所述预紧结构的一端设置于所述导向台的环面上，另一端连接所述旋转台的外侧壁。

可选的，所述预紧结构包括至少呈三个周向分布的弹性件，当所述定心杆抵接所述通光孔的内壁后，所述弹性件呈拉伸状态。

可选的，所述弹性件包括弹簧或扭簧。

可选的，还包括：

限位结构，用于在所述定心杆抵接所述通光孔的内壁后限定所述导向台与所述旋转台在垂直于所述导向台表面方向的相对位置。

可选的，所述限位结构包括：

至少三个周向分布的限位槽，设置于所述旋转台上；

与所述限位槽一一对应的限位孔，设置于所述导向台上，且位于对应的限位槽的行程范围内，一限位件穿过所述限位槽并伸入所述限位孔中，且所述限位件能够在所述限位槽内滑动。

可选的，所述限位槽较所述弧形槽更靠近所述旋转台的边缘。

可选的，所述限位孔包括螺纹孔，所述限位件包括螺钉。

本发明还提供了一种光学测量系统，包括光源、椭球反射镜及所述的椭球反射镜固定机构，所述椭球反射镜固定机构用于固定所述椭球反射镜的位置，以使所述椭球反射镜的光轴与所述光源发出的光线重合。

本发明还提供了一种光刻设备，包括所述光学测量系统。

在本发明提供的椭球反射镜固定机构中，导向台包括至少三个呈周向分布的滑槽，所述滑槽上滑动设置有定心杆；旋转台设置于所述导向台上，包括与所述滑槽一一对应的弧形槽，所述定心杆穿过对应的弧形槽后伸入椭球反射镜的通光孔内。旋转所述旋转台时，所述定心杆同时在所述滑槽及弧形槽内滑动直至抵接所述通光孔的内壁，实现椭球反射镜的自适应定心，从而精确的建立椭球反射镜的光轴与椭球反射镜固定机构的尺寸关系，能够提高光学性能；并且，预紧结构能够时刻为所述旋转台提供防止反向旋转的预紧力，在椭球反射镜因为热膨胀而变形时可以防止椭球反射镜的安装精度被影响。

附图说明

图1为本发明实施例提供的椭球反射镜固定机构固定椭球反射镜后的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的椭球反射镜固定机构固定椭球反射镜后的另一结构示意图；

图3为本发明实施例提供的椭球反射镜固定机构的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的椭球反射镜固定机构中导向台的结构示意图；

其中，附图标记为：

100-导向台；101-滑槽；102-定心杆；

200-旋转台；201-弧形槽；202-圆环凸台；

301-限位槽；302-限位孔；303-限位件；

400-预紧结构；

500-椭球反射镜；501-通光孔。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，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的目的。

图1和图2为本实施例提供的椭球反射镜固定机构固定椭球反射镜500后的结构示意图，图3为本实施例提供的椭球反射镜固定机构的结构示意图，图4为本实施例提供的椭球反射镜固定机构中导向台 100的结构示意图。结合图1、图2、图3及图4，本实施例提供了一种椭球反射镜固定机构，位于椭球反射镜500的底部并用于固定底部具有通光孔501的椭球反射镜500，所述椭球反射镜固定机构包括：

导向台100，包括至少三个呈周向分布的滑槽101，所述滑槽101 上滑动设置有定心杆102；

旋转台200，设置于所述导向台100上，包括与所述滑槽101一一对应的弧形槽201，所述定心杆102穿过对应的弧形槽201后伸入椭球反射镜500底部的通光孔501内，旋转所述旋转台200时，所述定心杆102同时在所述滑槽101及弧形槽201内滑动直至抵接所述通光孔501的内壁。

具体的，如图1及图2所示，所述椭球反射镜500是一个底面至顶面内径逐渐增大的碗状结构，其顶面开口，而底面具有一圆形的通光孔501，通常所述通光孔501的中心线所在的方向作为光轴。

进一步，如图3所示，所述导向台100和所述旋转台200均为圆柱环，当所述旋转台200设置于所述导向台100上时，所述导向台 100的中心(圆心)和所述旋转台200的中心(圆心)重合，所述旋转台200在旋转时，是绕着其中心旋转的。本实施例中，所述导向台 100的外径大于所述旋转台200的外径，从而使得所述椭球反射镜固定机构的稳定性更佳。应理解，所述导向台100和所述旋转台200的形状不限于是圆形，也可以是方形、三角形或梯形等；当所述旋转台 200设置于所述导向台100上时，所述导向台100的中心(圆心)和所述旋转台200的中心(圆心)也可以不重合，而是偏离一定的距离，本发明不作限制。

结合图2、图3和图4，所述旋转台200面向所述导向台100的一侧上设置有圆环凸台202，所述旋转台200与圆环凸台202为一体件且轴线重合，所述旋转台200的外径大于所述圆环凸台202的外径。所述圆环凸台202的外径可以略小于所述导向台100的内径，当所述圆环凸台202伸入所述导向台100后，所述圆环凸台202的外侧壁与所述导向台100的内侧壁贴附并实现间隙配合。进一步，所述圆环凸台202伸入所述导向台100后，所述旋转台200可以相对所述导向台 100转动，较佳地，所述圆环凸台202与所述导向台100在误差范围内是间隙为0的配合，使得所述圆环凸台202与所述导向台100的轴线也重合，从而防止旋转台200在旋转时发生摆动导致定位不精确或者间隙漏光的问题。

可选的，所述旋转台200的材料的热膨胀系数与所述椭球反射镜 500的材料的热膨胀系数之差的数值范围为1×10-7～1×10-5，所述旋转台200的材料的热膨胀系数小于1×10-5m/℃。较佳地，所述旋转台200的材料可以为熔石英、陶瓷、花岗岩、金刚石-铜复合材料、不变钢以及单晶氧化镁中的任意一种，也可以是上述材料中任意两种材料所形成的复合材料。

当使用上述材料制成所述旋转台200后，在椭球反射镜500被照明光源照射后，自身温度升高，由于椭球反射镜500的材料通常为熔石英，其热膨胀系数为0.77×10-6m/℃，而所述旋转台200的材料与所述椭球反射镜500的材料的热膨胀系数数值之差范围为 1×10-7～1×10-5，也就是说所述椭球反射镜500和所述旋转台200的材料的热膨胀系数皆比较小且相差值也较小，因此两者的热膨胀变形程度不仅相近而且较小，因此所述旋转台200的热膨胀变形相对于所述椭球反射镜500的热膨胀变形的影响较小，这样就大大减小了所述旋转台200的热膨胀变形对所述椭球反射镜500的应力，减小了所述椭球反射镜500碎裂的可能性。

请继续参阅图3和图4，所述导向台100的环面上设置有三个相对所述导向台100的轴线呈周向分布的滑槽101，每个所述滑槽101 的延伸方向均指向所述导向台100的轴线。所述滑槽101上滑动设置有定心杆102，所述定心杆102可以沿着对应的滑槽101滑动，也即是所述定心杆102可以沿所述导向台100的径向移动。所述旋转台 200的环面上设置有三个相对所述旋转台200的轴线呈周向分布的弧形槽201，所述弧形槽201与所述滑槽101一一对应，三个所述弧形槽201类似于风扇的三个扇叶，相对于所述旋转台200的中心呈中心对称。三个所述定心杆102分别穿过对应的弧形槽201后伸入所述椭球反射镜500的通光孔501内，当旋转所述旋转台200时，每个所述定心杆102可以同时在对应的所述滑槽101及弧形槽201内滑动，从而改变所述定心杆102与所述导向台100中心之间的距离。且由于三个所述定心杆102是周向分布的，当所述旋转台200旋转时，三个所述定心杆102可以同时沿靠近或远离所述导向台100中心的方向移动相同的距离。

如图1和图3所示，将所述椭球反射镜500放置在所述旋转台 200上，使得三个所述定心杆102伸入所述椭球反射镜500底部的通光孔501，旋转所述旋转台200直至每个所述定心杆102均抵接所述通光孔501的内壁从而限定了所述椭球反射镜500的位置，并且还实现了所述椭球反射镜500的自定心。具体的，由于采用三个所述定心杆102限定所述椭球反射镜500的位置，所述椭球反射镜500的轴线会穿过三个所述定心杆102限定出的中心，由于三个所述定心杆102 又是沿着所述导向台100的中心周向分布的，并且所述导向台100的轴线与所述旋转台200的轴线重合，可见，当每个所述定心杆102均抵接所述通光孔501的内壁之后，所述导向台100的轴线、所述旋转台200的轴线与所述椭球反射镜500的轴线重合，从而精确的限定出了光轴的位置，能够提高光学性能。

请继续参阅图3和图4，所述椭球反射镜固定机构还包括限位结构，用于在所述定心杆102抵接所述通光孔501的内壁后限定所述导向台100与所述旋转台200之间沿垂直于所述导向台100表面方向 (所述导向台100的轴向)的相对位置。具体的，所述限位结构包括至少三个周向分布的限位槽301及与所述限位槽301一一对应的限位孔302，所述限位槽301设置于所述旋转台200上，所述限位孔302 设置于所述导向台100上。所述旋转台200旋转时，所述限位槽301 随之旋转从而改变其所处的位置，所述限位孔302位于对应的限位槽301的行程范围内，也就是说，当所述旋转台200在其旋转范围内来回旋转时，无论所述旋转台200处于何种角度，所述限位孔302均在对应的所述限位槽301下方，将一限位件303穿过所述限位槽301并伸入所述限位孔302中，从而将所述导向台100与所述旋转台200的沿轴向的位置固定住，防止所述导向台100与所述旋转台200在轴向上发生位移。并且，三个所述限位件303能够在所述限位槽301内以同样的半径滑动(沿三个所述限位件303限定出的中心呈周向运动)，也就是说，所述限位件303不会限定所述导向台100与所述旋转台 200沿平行于所述导向台100表面方向的自由度，当所述限位件303 插入所述限位孔302中时，所述旋转台200仍然可以有些许的转动空间。

本实施例中，所述限位槽301为圆弧形的通槽，且三个限位槽 301的中心线均位于一以所述旋转台200的中心为圆心的虚拟圆周上，但不应以此为限，三个所述限位槽301的中心线也可以位于不同半径的虚拟圆周上，当然，所述虚拟圆周也可以不以所述旋转台200的中心为圆心，本发明不作限制。本实施例中，所述限位孔302为螺纹孔，所述限位件303为螺钉，通过螺纹孔和螺钉的配合可以防止在运输过程中所述导向台100与所述旋转台200发生轴向位移导致所述椭球反射镜500被损坏；作为可选实施例中，所述限位孔302也可以为销孔，此时，所述限位件303为销钉。

进一步，所述限位槽301较所述弧形槽201更靠近所述旋转台 200的边缘，以增强所述旋转台200固定后的稳定性。

应理解，本发明中的定心杆102、弧形槽201和限位槽301的数量不限于是三个，还可以是四个、五个或六个等；所述定心杆102、弧形槽201和限位槽301在周向上可以均匀分布，也可以非均匀分布，本发明不作限制。

如图1、图3及图4所示，所述椭球反射镜固定机构还包括预紧结构400，所述预紧结构400连接所述导向台100和所述旋转台200，并在所述定心杆102抵接所述通光孔501的内壁后为所述旋转台200 提供防止反向旋转的预紧力。具体的，所述预紧结构400包括至少三个呈周向分布的弹性件，所述弹性件的一端设置在所述导向台100的环面上，另一端连接所述旋转台200的外侧壁，当所述定心杆102抵接所述通光孔501的内壁后，所述弹性件呈拉伸状态从而提供预紧力。例如，所述旋转台200通过顺时针旋转后使得所述定心杆102抵接所述椭球反射镜500的通光空的内壁，此时三个所述弹性件也为所述旋转台200提供沿顺时针的预紧力，使得所述旋转台200始终具有沿顺时针继续转动的趋势，从而防止了所述旋转台200沿逆时针转动 (如被外界震动所影响)导致所述椭球反射镜500无法精确固定的问题。进一步，当所述椭球反射镜500因为热膨胀而形变时，所述通光孔501的直径改变，此时，所述弹性件可以随之形变，使得所述旋转台200继续转动些许角度，所述定性杆可以始终接触所述椭球反射镜 500的通光孔501的内壁，防止所述椭球反射镜500的位置产生偏差，导致光学性能受影响；并且所述弹性件是为所述椭球反射镜500提供的柔性固定，可以根据所述通光孔501的尺寸适度变形从而保证定位精度，并且防止椭球反射镜500因为热膨胀而破裂的问题。

本实施例中，所述弹性件可以是弹簧或扭簧，也可以是弹性带等具有形变能力的阻尼，所述弹性件与所述导向台100及所述旋转台 200可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，本发明不作限制。

通过实验多次模拟实验，本实施例中的椭球反射镜固定机构的定位精可以由目前的±1.5mm提升至±0.2mm，极大的提升了光学性能。

基于此，本实施例还提供了一种光学测量系统，包括光源、椭球反射镜500及所述椭球反射镜固定机构，所述椭球反射镜固定机构用于固定所述椭球反射镜500的位置，以使所述椭球反射镜500的光轴与所述光源发出的光线重合，从而保证所述光学测量系统的测量精度。

本实施例还提供了一种光刻设备，包括所述光学测量系统。

综上，本实施例提供了一种椭球反射镜固定机构，导向台包括至少三个呈周向分布的滑槽，所述滑槽上滑动设置有定心杆；旋转台设置于所述导向台上，包括与所述滑槽一一对应的弧形槽，所述定心杆穿过对应的弧形槽后伸入椭球反射镜的通光孔内。旋转所述旋转台时，所述定心杆同时在所述滑槽及弧形槽内滑动直至抵接所述通光孔的内壁，实现椭球反射镜的自适应定心，从而精确的建立椭球反射镜的光轴与椭球反射镜固定机构的尺寸关系，能够提高光学性能；并且，预紧结构能够时刻为所述旋转台提供防止反向旋转的预紧力，在椭球反射镜因为热膨胀而变形时可以防止椭球反射镜的安装精度被影响。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种椭球反射镜固定机构，其特征在于，所述椭球反射镜固定机构包括：

导向台，包括至少三个滑槽，三个所述滑槽沿周向排列分布，所述滑槽上滑动设置有定心杆；

旋转台，设置于所述导向台上，包括与所述滑槽一一对应的弧形槽，所述弧形槽的两个端点距离旋转台的圆心距离不相等，所述定心杆穿过对应的弧形槽后伸入椭球反射镜底部的通光孔内，旋转所述旋转台时，至少三个所述定心杆同时在对应的所述滑槽及弧形槽内滑动直至抵接所述通光孔的内壁；

预紧结构，所述预紧结构包括至少三个弹性件，三个所述弹性件沿周向排列分布，所述弹性件连接所述导向台和所述旋转台，当所述定心杆抵接所述通光孔的内壁后，所述弹性件呈拉伸状态为所述旋转台提供防止反向旋转的预紧力。

2.如权利要求1所述的椭球反射镜固定机构，其特征在于，所述导向台及所述旋转台均为圆环柱，所述旋转台面向所述导向台的一侧上具有一圆环凸台，所述圆环凸台与所述旋转台的轴线重合，所述圆环凸台伸入所述导向台内并与所述导向台间隙配合。

3.如权利要求2所述的椭球反射镜固定机构，其特征在于，所述导向台的外径大于所述旋转台的外径，所述预紧结构的一端设置于所述导向台的环面上，另一端连接所述旋转台的外侧壁。

4.如权利要求1所述的椭球反射镜固定机构，其特征在于，所述弹性件包括弹簧或扭簧。

5.如权利要求1-3中任一项所述的椭球反射镜固定机构，其特征在于，还包括：

限位结构，用于在所述定心杆抵接所述通光孔的内壁后限定所述导向台与所述旋转台在垂直于所述导向台表面方向的相对位置。

6.如权利要求5所述的椭球反射镜固定机构，其特征在于，所述限位结构包括：

至少三个周向分布的限位槽，设置于所述旋转台上；

与所述限位槽一一对应的限位孔，设置于所述导向台上，且位于对应的限位槽的行程范围内，一限位件穿过所述限位槽并伸入所述限位孔中，且所述限位件能够在所述限位槽内滑动。

7.如权利要求6所述的椭球反射镜固定机构，其特征在于，所述限位槽较所述弧形槽更靠近所述旋转台的边缘。

8.如权利要求6所述的椭球反射镜固定机构，其特征在于，所述限位孔包括螺纹孔，所述限位件包括螺钉。

9.一种光学测量系统，其特征在于，包括光源、椭球反射镜及如权利要求1-8中任一项所述的椭球反射镜固定机构，所述椭球反射镜固定机构用于固定所述椭球反射镜的位置，以使所述椭球反射镜的光轴与所述光源发出的光线重合。

10.一种光刻设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的光学测量系统。

Images