DE102019201549A1 - Method for monitoring a screw connection - Google Patents

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Fabian Bradler
Wolfgang Hammele
Marten Krebs
Matthias Müller
Claudia Wörsching
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Carl Zeiss SMT GmbH
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Carl Zeiss SMT GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Verschraubung (30) von mindestens zwei Bauteilen (31, 34), bei dem zur Bestimmung der Güte der Verschraubung (30) ein minimaler (46) und maximaler Wert (45) für das Anzugsdrehmoment und ein minimaler (49) und ein maximaler Wert (48) für den Drehwinkel eines Bauteils definiert ist, die zusammen ein Prozessfenster definieren in dem die Verschraubung (30) als gut angesehen wird, wobei der Startpunkt (47) der Drehwinkelbestimmung durch einen Drehmomentschwellwert (51) definiert ist. Ein Steigungsabfall des Drehmomentes in Bezug auf dessen maximaler Steigung muss dabei in dem Prozessfenster unter einem definierten Grenzwert liegen.

Figure DE102019201549A1_0000
The invention relates to a method for monitoring a screw connection (30) of at least two components (31, 34) in which a minimum (46) and maximum value (45) for the tightening torque and a minimum value (45) for determining the quality of the screw connection (30) (49) and a maximum value (48) for the rotational angle of a component is defined, which together define a process window in which the screw (30) is considered good, wherein the starting point (47) of the rotation angle determination by a torque threshold (51) defines is. An increase in the slope of the torque with respect to its maximum gradient must be below a defined limit in the process window.
Figure DE102019201549A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Verschraubung.The invention relates to a method for monitoring a screw connection.

In der modernen Montagetechnik ist die Schraubverbindung nach wie vor eine der wichtigsten Verbindungsarten. Die Vielfalt der Schrauben in der Schraubtechnik hat sich im Vergleich zu früher deutlich geändert. Methoden zur Berechnung von Schraubverbindungen und neu entwickelte Schraubverfahren bieten die Möglichkeit, die Schrauben in ihren Abmessungen wesentlich zu verkleinern. Das Resultat sind kleinere und leichtere Schrauben, was zu einer deutlichen Rohstoff- bzw. Gewichtsersparnis führt und den Platzbedarf für Verschraubungen stark reduziert.In modern assembly technology, the screw connection is still one of the most important types of connection. The variety of screws in the screw technology has changed significantly compared to earlier. Methods for calculating bolt connections and newly developed bolting methods offer the possibility of significantly reducing the size of the bolts. The result is smaller and lighter screws, which leads to a significant reduction in raw materials and weight and greatly reduces the space required for screwing.

Verschraubungen spielen auch im Bereich der Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie, insbesondere bei EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, eine wichtige Rolle. Aufgrund des hier typischerweise geringen zur Verfügung stehende Bauraums und der drastischen Folgen des Versagens einer Verschraubung bestehen hier erhöhte Anforderungen.Screwed connections also play an important role in the field of projection exposure systems for semiconductor lithography, in particular in EUV projection exposure systems. Due to the here typically low installation space available and the drastic consequences of the failure of a gland there are increased requirements.

Eine Schraubverbindung ist eine lösbare Verbindung, die zwei oder mehrere Teile so zusammenfügt, dass sie sich unter allen vorkommenden Betriebskräften wie ein Teil verhalten. Von entscheidender Bedeutung für die Betriebssicherheit ist das Erhalten einer ausreichenden Restvorspannkraft (Restklemmkraft). Wird die Betriebskraft während des Betriebs so groß, dass sie die Vorspannkraft aufhebt, kann sich die Schraube je nach Betriebsbelastung lösen oder sogar brechen. Die Vorspannkraft kann durch eine Erhöhung des Spannungsquerschnitts durch Verwendung von mehreren oder größeren Schrauben, einer Erhöhung der Schraubengüte, die es möglich macht, bei gleicher Schraubenabmessung die Montagevorspannkraft zu erhöhen oder durch den Einsatz von genaueren Schraubverfahren, so dass die Schraube besser ausgenützt werden kann, erhöht werden. Die Schraubverfahren können an Hand der beim Verschrauben überwachten Parameter, wie dem Drehmoment, der Steigung des Drehmomentes und/oder dem überschrittenen Drehwinkel, eine genauere Aussage über beziehungsweise auch eine geringere Streuung der erreichten Vorspannkraft erreichen. Das gemessene Drehmoment beim Anziehen der Schraubverbindung setzt sich aus der Gewindereibung, der Unterkopfreibung, beispielsweise zwischen einer Mutter und einer Auflage und der Vorspannkraft zusammen, wobei die hohe Streuung der Gewindereibung und der Unterkopfreibung die Ermittlung der Vorspannkraft erschweren.A threaded connection is a detachable connection that joins two or more parts together to behave as one part among all the operating personnel. Of crucial importance for operational safety is obtaining sufficient residual prestressing force (residual clamping force). If the operating force during operation so large that it releases the biasing force, the screw can solve depending on the operating load or even break. The biasing force can be increased by increasing the stress cross section by using several or more screws, increasing the screw quality, which makes it possible to increase the assembly biasing force with the same screw size, or by using more accurate screwing methods, so that the screw can be better utilized. increase. The screwing methods can achieve a more accurate statement about or even a smaller dispersion of the achieved preload force on the basis of the monitored parameters during screwing, such as the torque, the slope of the torque and / or the exceeded angle of rotation. The measured torque when tightening the screw is composed of the thread friction, the Unterkopfreibung, for example between a nut and a support and the biasing force together, the high dispersion of the threaded friction and the Unterkopfreibung make it difficult to determine the biasing force.

Bekannte Anziehverfahren werden beispielsweise in den Schulungsunterlagen der Firma IBES Elektronik GmbH, die unter http://www.ibes-electronic.de/SchulungsunterlagenNeutral.pdf veröffentlicht sind, offenbart.Known tightening methods are disclosed, for example, in the training documents of the company IBES Elektronik GmbH, which are published under http://www.ibes-electronic.de/SchulungsunterlagenNeutral.pdf.

Ein dort beschriebenes Verfahren zur Verbesserung der Verschraubung ist ein drehmomentgesteuerte Anziehverfahren, bei dem das Drehmoment D [Nm] überwacht wird und ein minimales Dmin [Nm] und maximales Drehmoment Dmax [Nm] definiert wird, welche einen Bereich beschreiben, in dem die Schraube angezogen wird. Dadurch ist das verwendete Drehmoment im Vergleich zu einem rein subjektiven Anziehen der Verschraubung reproduzierbarer. Zusätzlich wird auch ein Bereich für den überschrittenen Drehwinkel W [Grad] durch einen minimalen Wmin [Grad] und maximalen Drehwinkel Wmax [Grad] definiert, um beispielsweise ein Fressen des Gewindes oder eine plastische Verformung des Schraubenkopfes zu detektieren. Die Güte der Verschraubung wird durch das Erreichen des Prozessfensters, welches durch die minimalen und maximalen Werte der Bereiche für das Drehmoment und den Drehwinkel definiert ist, definiert. Das beschriebene Verfahren hat den Nachteil, dass es immer noch die hohe Streuung der Gewindereibung und der Unterkopfreibung beinhaltet.A method for improving the bolting described therein is a torque controlled tightening method in which the torque D [Nm] is monitored and a minimum D min [Nm] and maximum torque D max [Nm] are defined, which describe a range in which the Screw is tightened. As a result, the torque used in comparison to a purely subjective tightening the screw is reproducible. In addition, a range for the exceeded rotation angle W [degree] is defined by a minimum W min [deg] and maximum rotation angle W max [deg], for example, to detect a seizure of the thread or a plastic deformation of the screw head. The quality of the gland is defined by the achievement of the process window, which is defined by the minimum and maximum values of the ranges for the torque and the angle of rotation. The described method has the disadvantage that it still involves the high variability of the thread friction and the undercutting friction.

Ein weiteres bekanntes Verfahren überwacht den Drehwinkel, wobei dieser erst ab einem definierten Schwellwert des Drehmomentes DSchwell [N,], bei dem die Fügevorgänge, also die Setzeffekte im Gewinde und unter dem Kopf der Verschraubung, abgeschlossen sind, bestimmt wird. Dieses Verfahren kann unabhängig vom Drehmoment die Schraube bis in den plastischen Bereich bringen, so dass die Gewindereibung und die Unterkopfreibung keinen Einfluss auf die Bestimmung der Vorspannkraft mehr haben. Dennoch wird auch bei diesem Verfahren aus den gleichen Gründen wie oben auch ein minimales und maximales Drehmoment definiert. Die Güte der Verschraubung wird ebenfalls über das Erreichen des Prozessfensters definiert.Another known method monitors the rotation angle, this is only when a defined threshold of the torque D threshold [N,], in which the joining operation, that is, the settling effects in the thread and under the head of the screw, have been completed is determined. This method can bring the screw into the plastic range regardless of the torque, so that the thread friction and the Unterkopfreibung have no influence on the determination of the biasing force. Nevertheless, this method also defines a minimum and maximum torque for the same reasons as above. The quality of the screw connection is also defined by reaching the process window.

Die oben beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, dass die tolerierbaren Verschraubungen nicht immer den Anforderungen entsprechen.The methods described above have the disadvantage that the tolerable glands do not always meet the requirements.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik löst.The object of the present invention is to provide a method which solves the above-described disadvantages of the prior art.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.This object is achieved by a method having the features of the independent claim. The subclaims relate to advantageous developments and variants of the invention.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung einer Verschraubung von mindestens zwei Bauteilen sind zur Bestimmung der Güte der Verschraubung ein minimaler und ein maximaler Wert für das Anzugsdrehmoment und ein minimaler und maximaler Wert für den Drehwinkel des einen Bauteils definiert, die zusammen ein Prozessfenster definieren, in dem die Verschraubung als gut angesehen wird. Weiterhin ist der Startpunkt der Drehwinkelbestimmung durch einen Drehmomentschwellwert definiert, wobei ein Steigungsabfall des Drehmomentes in Bezug auf dessen maximale Steigung in dem Prozessfenster unter einem definierten Grenzwert liegen muss. Die Definition eines Grenzwertes für den Steigungsabfall in Bezug auf die maximale Steigung des Drehmomentes hat den Vorteil, dass die Schwankung der Gewindereibung und der Unterkopfreibung bei der Definition des Grenzwertes berücksichtigt werden und so einen geringeren Einfluss auf die Vorspannkraft haben. Darüber hinaus können beispielsweise ein Riss in einem der Bauteile oder eine starke plastische Verformung, bei der sich die Steigung über einen relativ geringen Drehwinkel stark ändert, vorteilhaft detektiert werden. Der Steigungsabfall kann während des Anziehens oder nach Erreichen des Prozessfensters ausgewertet und zur Beurteilung der Güte der Verschraubung verwendet werden.In a method according to the invention for monitoring a screw connection of at least Two components are defined for determining the quality of the screw a minimum and a maximum value for the tightening torque and a minimum and maximum value for the rotation angle of the one component, which together define a process window in which the screw is considered good. Furthermore, the starting point of the rotation angle determination is defined by a torque threshold, wherein a slope decrease of the torque with respect to its maximum slope in the process window must be below a defined limit. The definition of a limit value for the slope drop in relation to the maximum slope of the torque has the advantage that the fluctuation of the thread friction and the undercarriage friction are taken into account in the definition of the limit value and thus have a smaller influence on the prestressing force. In addition, for example, a crack in one of the components or a strong plastic deformation, in which the slope changes sharply over a relatively small angle of rotation, can be detected advantageously. The slope drop can be evaluated during tightening or after reaching the process window and used to assess the quality of the fitting.

Insbesondere kann der Grenzwert des Steigungsabfalls kleiner 20, insbesondere kleiner 10, insbesondere kleiner 5 der maximalen Steigung sein. Je höher die Vorspannung für die gegebene Verschraubung ausgenutzt werden soll, ohne dabei das Versagen der Verschraubung zu riskieren, desto genauer muss die Steigung des Drehmoments, die ein Maß für die Vorspannung und damit die Dehnung der Verschraubung ist, überwacht werden. Je kleiner der zugelassene Wert, desto weiter ist der Abstand zu einem möglichen Versagen der Verschraubung.In particular, the limit value of the slope drop can be smaller 20 , especially smaller 10 , especially smaller 5 be the maximum slope. The higher the preload for the given screw is to be exploited without risking the failure of the screw, the more accurately the slope of the torque, which is a measure of the bias and thus the elongation of the screw is monitored. The smaller the permitted value, the further the distance to a possible failure of the screw connection.

In einer Variante des Verfahrens kann der Startpunkt der Drehwinkelbestimmung durch einen Steigungsschwellwert des Drehmoments definiert sein. Dies hat den Vorteil, dass Verschraubungen, bei denen die Drehmomentkurve sehr flach verläuft, was auf eine hohe Reibung und/oder hohe Deformation im Gewinde (und damit auf ein nicht gängiges Gewinde) und/oder eine hohe Reibung unter dem Kopf und/oder auf einen Riss in einem der Bauteile hindeuten kann, heraus gefiltert werden können.In a variant of the method, the starting point of the rotational angle determination can be defined by a gradient threshold value of the torque. This has the advantage that glands where the torque curve is very flat, resulting in high friction and / or high deformation in the thread (and thus on a non-standard thread) and / or high friction under the head and / or on can indicate a crack in one of the components can be filtered out.

Daneben kann für den Drehmomentschwellwert ein Bereich definiert sein. Versuche haben gezeigt, dass eine gewisse Schwankung des Drehmomentes, bei dem die Steigung den Schwellwert zur Definition des Startwertes der Drehwinkelbestimmung erreicht, keinen Einfluss auf die Güte der Verschraubung hat.In addition, an area can be defined for the torque threshold. Experiments have shown that a certain fluctuation of the torque at which the slope reaches the threshold value for defining the starting value of the rotational angle determination has no influence on the quality of the screw connection.

Die Startbedingung für die Bestimmung des Drehwinkels kann beispielsweise durch das Erreichen des Steigungsschwellwertes auch unterhalb des definierten Bereiches bis zum oberen Wert des Bereichs des Drehmomentschwellwertes definiert sein.The start condition for the determination of the angle of rotation can also be defined, for example, by reaching the gradient threshold value below the defined range up to the upper value of the range of the torque threshold value.

In einer Variante des Verfahrens kann der Startpunkt durch das Erreichen des Steigungsschwellwertes innerhalb des definierten Bereichs des Drehmomentschwellwertes definiert sein.In a variant of the method, the starting point can be defined by the reaching of the gradient threshold value within the defined range of the torque threshold value.

Weiterhin kann das Verfahren wiederholt werden, wenn das maximale Drehmoment erst nach Erreichen des maximalen Drehwinkels erreicht wird. Dies kann immer dann der Fall sein, wenn die plastische Deformation der Oberflächenrauhigkeiten und die Unterkopfreibung speziell beim ersten Anziehen einer Schraubverbindung zu einer sehr flachen Kurve führen. Versuche haben gezeigt, dass die Steigung des Drehmoments mit einer weiteren Verschraubung zunimmt und ein definiertes Prozessfenster, welches durch die minimalen und maximalen Werte des Drehmomentes und des Drehwinkels definiert wird, erreicht wird.Furthermore, the method can be repeated if the maximum torque is reached only after reaching the maximum angle of rotation. This can always be the case if the plastic deformation of the surface roughness and the Unterkopfreibung especially at the first tightening a screw lead to a very shallow curve. Experiments have shown that the slope of the torque increases with a further screw connection and a defined process window, which is defined by the minimum and maximum values of the torque and the rotation angle, is achieved.

Dabei kann beispielsweise der Grenzwert für den Steigungsabfall für die erste und weitere Wiederholungen des Verfahrens unterschiedlich definiert sein. Bei einer ersten Verschraubung kann es bereits zu einer teilweisen plastischen Verformung eines der beiden Bauteile kommen, wodurch das Verhalten im Grenzbereich zu einer plastischen Deformation beeinflusst wird. Bei einem gleichbleibenden Wert für eine weitere Verschraubung kann es so zu einer zu starken plastischen Verformung und sogar zu einem Versagen der Verschraubung kommen.In this case, for example, the limit value for the slope drop for the first and further repetitions of the method can be defined differently. In the case of a first screw connection, a partial plastic deformation of one of the two components can already occur, as a result of which the behavior in the boundary region is influenced to a plastic deformation. With a constant value for a further screw connection, this can lead to excessive plastic deformation and even failure of the screw connection.

Insbesondere kann der Wert für den Steigungsabfall für eine zweite, dritte oder weitere Durchführung des Verfahrens kleiner werden. Durch die Reduzierung des Wertes wird die Gefahr des Versagens oder eine erhöhtes Risiko durch eine Vorschädigung vorteilhaft minimiert.In particular, the value for the slope drop for a second, third or further implementation of the method can be smaller. Reducing the value advantageously minimizes the risk of failure or increased risk of pre-damage.

Daneben kann das Verfahren auf zwei Wiederholungen beschränkt sein. Wie Versuche gezeigt haben, ist die Gefahr des Versagens und der Vorschädigung bei mehr als zwei Wiederholungen des Verfahrens zu groß. Insbesondere soll ein Versagen beim Verschrauben vermieden werden.In addition, the method may be limited to two repetitions. As tests have shown, the risk of failure and pre-damage is too great for more than two repetitions of the procedure. In particular, a failure when screwing should be avoided.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

  • 1 den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Schraubverbindung
  • 3 ein Diagramm zur Darstellung einer Verschraubung
  • 4 ein weiteres Diagramm zur Darstellung einer Verschraubung
Embodiments and variants of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it
  • 1 the basic structure of an EUV projection exposure system,
  • 2 a schematic representation of a screw connection
  • 3 a diagram showing a screw connection
  • 4 another diagram showing a screw connection

1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1 weist neben einer Lichtquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6 auf. Eine durch die Lichtquelle 3 erzeugte EUV-Strahlung 14 als optische Nutzstrahlung wird mittels eines in der Lichtquelle 3 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 15 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 2 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 2 wird die EUV-Strahlung 14 von einem Pupillenfacettenspiegel 16 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 16 und einer optischen Baugruppe 17 mit Spiegeln 18, 19 und 20 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 2 in das Objektfeld 5 abgebildet. 1 shows an example of the basic structure of an EUV projection exposure system 1 for microlithography, in which the invention can find application. An illumination system of the projection exposure apparatus 1 points next to a light source 3 an illumination optics 4 for illuminating an object field 5 in an object plane 6 on. One by the light source 3 generated EUV radiation 14 as optical useful radiation is by means of a light source in the 3 integrated collector aligned so that they are in the area of a Zwischenfokusebene 15 undergoes an intermediate focus before moving to a field facet mirror 2 meets. After the field facet mirror 2 becomes the EUV radiation 14 from a pupil facet mirror 16 reflected. With the aid of the pupil facet mirror 16 and an optical assembly 17 with mirrors 18 . 19 and 20 become field facets of the field facet mirror 2 in the object field 5 displayed.

Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Reticle 7, das von einem schematisch dargestellten Reticlehalter 8 gehalten wird. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 9 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 10 in eine Bildebene 11. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Reticle 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 10 in der Bildebene 11 angeordneten Wafers 12, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 13 gehalten wird. Die Lichtquelle 3 kann Nutzstrahlung insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 30 nm emittieren.Illuminated is a in the object field 5 arranged reticle 7 that of a schematically represented Reticlehalter 8th is held. A merely schematically illustrated projection optics 9 serves to represent the object field 5 in a picture field 10 into an image plane 11 , Pictured is a structure on the reticle 7 on a photosensitive layer in the area of the image field 10 in the picture plane 11 arranged wafers 12 , by a wafer holder also shown in detail 13 is held. The light source 3 can emit useful radiation, in particular in a wavelength range between 5 nm and 30 nm.

Die Erfindung kann ebenso in einer DUV-Anlage verwendet werden, die nicht dargestellt ist. Eine DUV-Anlage ist prinzipiell wie die oben beschriebene EUV-Anlage 1 aufgebaut, wobei in einer DUV-Anlage Spiegel und Linsen als optische Elemente verwendet werden können und die Lichtquelle einer DUV-Anlage eine Nutzstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 100 nm bis 300 nm emittiert.The invention can also be used in a DUV system, which is not shown. A DUV system is in principle like the EUV system described above 1 constructed, in a DUV system mirrors and lenses can be used as optical elements and the light source of a DUV system emits a useful radiation in a wavelength range of 100 nm to 300 nm.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Verschraubung 30 von zwei Bauteilen 31, 34. Ein erstes als Kopf 31 ausgebildetes Bauteil umfasst ein Innengewinde 33 und eine Kopfunterseite 32, wobei ein zweites als Körper 34 ausgebildetes Bauteil eine Verjüngung 35 mit einem Außengewinde 36 und einer Auflage 37 umfasst. Der Kopf 31 wird auf den Körper 34 geschraubt, bis die Unterseite 32 des Kopfes 31 auf der Auflage 37 des Körpers fest anliegt. Es kann auch zwischen dem Kopf 31 und dem Körper 34 ein weiteres Bauteil angeordnet sein. Der Kopf 31 und der Körper 34 können auch an einem Bauteil wie beispielsweise bei einer Schraube ausgebildet sein, mit der dann zwei beliebige andere Bauteile verschraubt werden können. Die Schraubverbindung 30 wird dabei so fest angezogen, dass die zu erwartenden Betriebskräfte kleiner als die Vorspannkraft sind, wodurch es nie zu einem Ablösen von Kopfunterseite 32 von der Auflage 37 des Körpers 34 beziehungsweise des weiteren Bauteils kommt. Die Vorspannung wird durch die elastische des Körpers 34 erzeugt und kann durch die Bestimmung von verschiedenen Parametern beim Anziehen des Kopfes 31, wie des Anzugsdrehmoments, im Folgenden als Drehmoment bezeichnet, des Drehwinkels des Kopfes 31 und der Steigung des Drehmomentes eingestellt werden. Das Drehmoment setzt sich aus der Reibung im Gewinde, auch als Gewindereibung bezeichnet, der Reibung zwischen der Unterseite 32 des Kopfes 31 und der Auflage 37, welche auch als Unterkopfreibung bezeichnet wird, und der Vorspannung zusammen. 2 shows a schematic representation of a screw 30 of two components 31 . 34 , A first as a head 31 formed component comprises an internal thread 33 and a head bottom 32 , with a second as a body 34 trained component a rejuvenation 35 with an external thread 36 and an edition 37 includes. The head 31 gets on the body 34 screwed until the bottom 32 Of the head 31 on the pad 37 the body is firmly attached. It can also be between the head 31 and the body 34 be arranged another component. The head 31 and the body 34 can also be formed on a component such as a screw with which then any two other components can be screwed. The screw connection 30 is tightened so tight that the expected operating forces are smaller than the preload force, which never leads to a detachment of the top of the head 32 from the edition 37 of the body 34 or the other component comes. The preload is due to the elasticity of the body 34 can be generated and determined by the determination of different parameters when putting on the head 31 , such as the tightening torque, hereinafter referred to as torque, the rotation angle of the head 31 and the slope of the torque can be adjusted. The torque consists of the friction in the thread, also referred to as thread friction, the friction between the bottom 32 Of the head 31 and the edition 37 , which is also referred to as Unterkopfreibung, and the bias together.

3 zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf des Drehmomentes D [Nm] und der Steigung S [Nm/Grad]des Drehmoments über den Drehwinkel W [Grad] darstellt. Auf der linken vertikalen Achse des Diagramms ist das Drehmoment D [Nm] aufgetragen und es sind von unten nach oben ein minimaler Drehmomentschwellwert DSchwellmin [Nm] 51, ein maximaler Drehmomentschwellwert DSchwellmax [Nm] 50, ein minimales Drehmoment Dmin [Nm] 46 und ein maximales Drehmoment Dmax [Nm] 45 definiert. Auf der horizontalen Achse ist der Drehwinkel W aufgetragen und ein Startpunkt für die Drehwinkelbestimmung WStart [Grad] 47, eine minimaler Drehwinkel Dmin [Grad] 48 und ein maximaler Drehwinkel Dmax [Grad] 49 definiert. Auf der rechten vertikalen Achse ist die Steigung des Drehmomentes S [Nm/Grad] aufgetragen, wobei nur ein Schwellwert SSchwell [Nm/Grad] 52 definiert ist. Das Diagramm zeigt zudem eine Drehmomentkurve 40 und eine Steigungskurve 41, die gestrichelt dargestellt ist, die beide über den Drehwinkel W [Grad] aufgetragen sind. Die Steigungskurve 41 umfasst eine maximale Steigung Smax [Nm/Grad] 43 und eine minimale Steigung Smin [Nm/Grad] 44, wobei Smin 44 die minimale Steigung nach Erreichen der maximalen Steigung Smax 43 definiert. Die gewünschte Güte der Verschraubung 30 ist erreicht, wenn einerseits innerhalb des Bereiches zwischen minimalem 51 und maximalem Drehmomentschwellwert 50 die Steigung des Drehmomentes den Schwellwert der Steigung 52 überschritten hat. Andererseits darf der Abfall der Steigung einen bestimmten Wert nicht unterschreiten, bis im weiteren Verlauf der Kurve das Drehmoment D [Nm] das Prozessfenster 42 erreicht hat. Das Prozessfenster 42 wird durch den Bereich zwischen minimalem 48 und maximalem Drehwinkel 49 in horizontaler Richtung und dem Bereich zwischen minimalem 46 und maximalem Drehmoment 47 in vertikaler Richtung definiert. Der maximale Abfall der Kurve wird durch folgende Formel bestimmt: Steigungsabfall = ( 1 S t e i g u n g m i n S t e i g u n g m a x ) 100

Figure DE102019201549A1_0001
3 shows a diagram representing the curve of the torque D [Nm] and the slope S [Nm / degrees] of the torque over the rotation angle W [degrees]. The torque D [Nm] is plotted on the left vertical axis of the diagram and there is a minimum torque threshold D from bottom to top Threshold [Nm] 51 , a maximum torque threshold D Threshold max [Nm] 50 , a minimum torque Dmin [Nm] 46 and a maximum torque D max [Nm] 45 Are defined. The rotation angle W is plotted on the horizontal axis and a starting point for the rotation angle determination W Start [degree] 47 , a minimum rotation angle Dmin [degrees] 48 and a maximum angle of rotation D max [degrees] 49 Are defined. On the right vertical axis, the slope of the torque S [Nm / deg] is applied, only one threshold value S threshold [Nm / deg] 52 is defined. The diagram also shows a torque curve 40 and a slope curve 41 , which is shown in dashed lines, both of which are plotted against the angle of rotation W [degrees]. The slope curve 41 includes a maximum slope S max [Nm / deg] 43 and a minimum slope S min [Nm / deg] 44 where S min 44 the minimum slope after reaching the maximum slope S max 43 Are defined. The desired quality of the screw connection 30 is reached, on the one hand, within the range between minimum 51 and maximum torque threshold 50 the slope of the torque the threshold of the slope 52 has exceeded. On the other hand, the slope of the slope may not fall below a certain value, until in the further course of the curve, the torque D [Nm] the process window 42 has reached. The process window 42 is due to the area between minimal 48 and maximum rotation angle 49 in the horizontal direction and the area between minimal 46 and maximum torque 47 defined in the vertical direction. Of the maximum slope of the curve is determined by the following formula: lead waste = ( 1 - S t e i G u n G m i n S t e i G u n G m a x ) * 100
Figure DE102019201549A1_0001

Der Steigungsabfall darf beispielsweise nicht größer als 30, insbesondere nicht größer als 20 und insbesondere nicht größer als 10 sein. Ein weiterer Steigungsanstieg hat keinen negativen Einfluss auf die Verschraubung 30, da die Vorspannung nicht durch plastische Verformung erzeugt wird.For example, the slope drop may not exceed 30 , in particular not greater than 20 and in particular not greater than 10 be. A further increase in slope does not have a negative impact on the screw connection 30 because the preload is not generated by plastic deformation.

Trifft einer der oben beschriebenen Forderungen nicht zu, ist die Verschraubung 30 außerhalb der Toleranz.If one of the above-described requirements does not apply, the screw connection is required 30 out of tolerance.

4 zeigt ein weiteres Diagramm, welches ebenfalls das Drehmoment D [Nm] über den Drehwinkel W [Grad] beim Anziehen einer Verschraubung 30 darstellt. Auf der vertikalen Achse ist das Drehmoment D [Nm] mit dem minimalem Dmin [Nm] 46 und maximalem Drehmoment Dmax [Nm] 45 und auf der horizontalen Achse der Drehwinkel W [Grad] mit dem minimalem Wmin [Grad] 48 und maximalem Drehwinkel Wmax [Grad] 49 sowie dem Startwert der Drehwinkelbestimmung Wstart [Grad] 47 aufgetragen. Das Diagramm enthält drei Kurven 60, 61, 62, wobei die erste Kurve 60 das erstmalige Anziehen einer Verschraubung 30 zeigt. Dabei wird das erste Verschrauben beim Erreichen des maximalen Drehmomentes 45 abgebrochen, ohne dass eine Bewertung des ersten Verschraubens vorgenommen wird; es dient lediglich einer ersten Einebnung von Unebenheiten bzw. Rauigkeiten. 4 shows another diagram, which is also the torque D [Nm] on the rotation angle W [degrees] when tightening a screw 30 represents. On the vertical axis is the torque D [Nm] with the minimum D min [Nm] 46 and maximum torque D max [Nm] 45 and on the horizontal axis the rotation angle W [degrees] with the minimum W min [degrees] 48 and maximum rotation angle W max [degrees] 49 and the starting value of the rotation angle determination Wstart [degree] 47 applied. The diagram contains three curves 60 . 61 . 62 , where the first curve 60 the first time tightening a screw 30 shows. This is the first screw when reaching the maximum torque 45 aborted, without an assessment of the first screwing is made; it serves only a first leveling of unevenness or roughness.

Die Verhältnisse beim zweiten Verschrauben sind durch die Kurve 61 wiedergegeben, Hier wird das Prozessfenster zwar erreicht, jedoch flacht die Kurve zum Ende hin ab, so dass der Steigungsabfall der Kurve 62 in diesem Bereich über dem definierten Grenzwert liegt und die Verschraubung als außerhalb der Toleranz gewertet wird.The conditions at the second screwing are through the curve 61 Here, the process window is indeed reached, but the curve flattens towards the end, so that the slope drop of the curve 62 in this range is above the defined limit and the screw is considered to be outside the tolerance.

Entsprechend wird nun eine dritte Verschraubung vorgenommen, deren Drehmomentverlauf durch die Kurve 62 veranschaulicht wird. Hier sind alle erforderlichen Kriterien erfüllt und die Verschraubung wird als innerhalb der Toleranz gewertet. Ein erneutes Lösen findet folgerichtig nicht statt.Accordingly, now a third screw is made, the torque curve through the curve 62 is illustrated. Here all required criteria are fulfilled and the screw connection is considered as within the tolerance. A new release does not logically take place.

Versuche haben gezeigt, dass das Anziehen der Verschraubung 30 nur zweimal wiederholt werden sollte, da ansonsten die flache Steigung des Drehmomentes D [Nm] auf eine andere Ursache wie beispielsweise einen Riss im Kopf 31 oder Körper 34 zurückzuführen ist.Tests have shown that tightening the screw 30 Only twice should be repeated, otherwise the flat slope of the torque D [Nm] on another cause such as a crack in the head 31 or body 34 is due.

Durch die Kombination der beiden in der 3 und der 4 beschriebenen Verfahren kann die Güte der Verschraubung 30 und damit der Ausschuss minimiert werden, was sich positiv auf die Herstellkosten der mit der Verschraubung hergestellten Vorrichtungen auswirkt.By combining the two in the 3 and the 4 described method, the quality of the screw 30 and thus minimize scrap, which has a positive effect on the manufacturing costs of the devices produced by the screwing.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
ProjektionsbelichtungsanlageProjection exposure system
22
Facettenspiegelfacet mirror
33
Lichtquellelight source
44
Beleuchtungsoptikillumination optics
55
Objektfeldobject field
66
Objektebeneobject level
77
Reticlereticle
88th
ReticlehalterReticlehalter
99
Projektionsoptikprojection optics
1010
Bildfeldfield
1111
Bildebeneimage plane
1212
Waferwafer
1313
Waferhalterwafer holder
1414
EUV-StrahlungEUV radiation
1515
ZwischenfeldfokusebeneBetween field focal plane
1616
PupillenfacettenspiegelPupil facet mirror
1717
Baugruppemodule
1818
Spiegelmirror
1919
Spiegelmirror
2020
Spiegelmirror
3030
Verschraubungscrew
3131
Kopfhead
3232
Unterseitebottom
3333
Innengewindeinner thread
3434
Körperbody
3535
Verjüngungrejuvenation
3636
Außengewindeexternal thread
3737
Auflageedition
4040
Drehmomentkurvetorque curve
4141
Steigungskurveslope curve
4242
Prozessfensterprocess window
4343
Maximale Steigung Smax [Nm]Maximum slope S max [Nm]
4444
Minimale Steigung Smin [Nm]Minimum slope S min [Nm]
4545
Maximales Drehmoment Dmax [Nm]Maximum torque D max [Nm]
4646
Minimales Drehmoment Dmin [Nm]Minimum torque Dmin [Nm]
4747
Startpunkt Drehwinkelmessung WStart [Grad]Starting point rotation angle measurement W Start [degree]
4848
Minimaler Drehwinkel Wmax [Grad]Minimum rotation angle W max [degrees]
4949
Maximaler Drehwinkel Wmin [Grad]Maximum rotation angle W min [degrees]
5050
Maximaler Schwellwert Drehmoment DSchwellmax [Grad]Maximum Threshold Torque D Threshold Max [degrees]
5151
Minimaler Schwellwert Drehmoment DSchwellmin [Grad]Minimum Threshold Torque D Threshold [degrees]
5252
Schwellwert Steigung SSchwell [Nm/Grad]Threshold slope S threshold [Nm / deg]
6060
Erste KurveFirst turn
6161
Zweite KurveSecond turn
6262
Dritte KurveThird turn

Claims (10)

Verfahren zur Überwachung einer Verschraubung (30) von mindestens zwei Bauteilen (31, 34), wobei zur Bestimmung der Güte der Verschraubung (30) - ein minimaler (46) und maximaler Wert (45) für das Anzugsdrehmoment definiert ist, - ein minimaler (48) und ein maximaler Wert (49) für den Drehwinkel eines Bauteils (31) definiert wird, die zusammen ein Prozessfenster definieren, in dem die Verschraubung (30) als gut angesehen wird, wobei der Startpunkt (47) der Drehwinkelbestimmung durch einen Drehmomentschwellwert (51) definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steigungsabfall des Drehmomentes in Bezug auf dessen maximale Steigung (43) in dem Prozessfenster unter einem definierten Grenzwert liegen muss.Method for monitoring a screw connection (30) of at least two components (31, 34), wherein a minimum (46) and maximum value (45) for the tightening torque is defined for determining the quality of the screw connection (30), - a minimum ( 48) and a maximum value (49) for the angle of rotation of a component (31) is defined, which together define a process window in which the screw (30) is considered good, wherein the starting point (47) of the rotation angle determination by a torque threshold ( 51), characterized in that a slope drop of the torque with respect to its maximum pitch (43) in the process window must be below a defined limit. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert des Steigungsabfalls kleiner als 20, insbesondere kleiner als 10 insbesondere kleiner als 5 ist.Method according to Claim 1 , characterized in that the limit value of the slope drop is less than 20, in particular less than 10, in particular less than 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Startpunkt (47) der Drehwinkelbestimmung durch einen Steigungsschwellwert (52) definiert ist.Method according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the starting point (47) of the rotation angle determination by a slope threshold (52) is defined. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Drehmomentschwellwert (51) ein Bereich (50, 51) definiert ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a range (50, 51) is defined for the torque threshold value (51). Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Startpunkt (47) für die Bestimmung des Drehwinkels durch das Erreichen des Steigungsschwellwertes (52) bis zum oberen Wert (50) des Bereichs des Drehmomentschwellwertes (50, 51) definiert ist.Method according to one of Claims 3 or 4 characterized in that the starting point (47) for determining the angle of rotation is defined by reaching the gradient threshold (52) up to the upper value (50) of the range of the torque threshold (50, 51). Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Startpunkt (47) der Drehwinkelbestimmung durch das Erreichen des Steigungsschwellwertes (52) innerhalb des definierten Bereichs des Drehmomentschwellwertes (50, 51) definiert ist.Method according to one of Claims 3 to 4 , characterized in that the starting point (47) of the rotation angle determination by the reaching of the slope threshold value (52) within the defined range of the torque threshold (50, 51) is defined. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wiederholt wird, wenn das maximale Drehmoment (45) erst nach Erreichen des maximalen Drehwinkels (49) erreicht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is repeated when the maximum torque (45) is reached only after reaching the maximum angle of rotation (49). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte für den Grenzwert für den Steigungsabfall für die erste und weitere Wiederholungen des Verfahrens unterschiedlich definiert sind.Method according to Claim 7 , characterized in that the values for the threshold value for the gradient decrease are defined differently for the first and further repetitions of the method. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte für den Grenzwert für den Steigungsabfall für eine zweite, dritte oder weitere Durchführungen des Verfahrens kleiner werden.Method according to Claim 8 , characterized in that the values for the threshold value for the slope decrease for a second, third or further implementations of the method become smaller. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf zwei Wiederholungen beschränkt ist.Method according to one of Claims 7 to 9 , characterized in that the method is limited to two repetitions.
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