專利名稱：一種對半導體設備精密定位運動平臺進行定向的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體，特別涉及對半導體設備精密定位運動平臺進行控制。
背景技術：
超精密氣浮定位工作臺在半導體超精密加工裝備及檢測裝備中有著廣泛的應用，并發(fā)揮著重要作用。氣浮導軌在工作臺中起著承載和導向的作用，決定著工件臺的導向精度。氣浮導軌具有運動精度高、摩擦和振動小、工作溫度范圍寬、運動平穩(wěn)、壽命長、無爬行現(xiàn)象等優(yōu)點，但同時也具有使用條件要求苛刻、費用高和調整困難等缺點。由于作為氣浮軸承承載介質的氣體具有可壓縮性，氣浮間隙大小易受內外因素的 影響，從而可能導致運動平臺的導向不穩(wěn)定，造成預定定向的困難。現(xiàn)有精密定位運動裝置的特點是采用氣浮導軌；在運動體中心處，與預定定向平行的方向安置一個位置傳感器；在運動體外圍(不與運動體固接)安置四個伺服電動機，四個伺服電動機共用中心處的位置傳感器作為位置反饋信號，實現(xiàn)閉環(huán)定位控制。由于氣浮軸承的氣膜厚度大小可變，使氣浮導向方向不能與運動部件的水平面保持垂直，也就是說運動圓盤在上升或下降過程中存在輕微的搖擺。運動結束后，圓盤上表面中心位置處由于位置傳感器的存在能精確定位，而圓盤面存在不定向傾斜，不符合超精密工作臺的定位精度要求。

實用新型內容從以上描述的現(xiàn)有技術可以看出，現(xiàn)有的定向技術僅參照運動體中心的定位進行定向，不能滿足運動體上表面較高水平度的技術要求。提出一種能夠更加精確地對運動體進行定向的方法將會是十分具有優(yōu)勢的。根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種對半導體設備精密定位運動平臺進行定向的裝置，其特征在于，所述平臺上存在定義了該平臺的平面的第一、第二和第三參考處，該裝置包括-第一、第二和第三驅動單元，用于驅動相應參考處并驅動所述運動平臺移動；-第一、第二和第三位置傳感器,分別用于傳感與該第一、第二和第三參考處的位置相關的信號值；-處理器，與各位置傳感器相連，用于獲得使所述平臺平面與該預定定向一致的各信號值之間的相互關系；-調節(jié)器，與各驅動單元相連，用于在第一驅動單元驅動第一參考處到預定位置后，根據(jù)所述相互關系，控制該第二和第三驅動單元驅動相應參考處，以將所述平臺定向為該預定定向。在本方面中，首先，相對于在中心位置的單個位置的一維定向，本方面使用與定義了平臺平面的三個位置相關的信號來對平臺(運動體)進行三維地定向，這樣提高了定向的精確性，彌補氣浮導向剛性不夠的缺陷。并且，處理器參照所需的預定定向，對三個位置進行定標，確定相互關系，而后在每次實際運動時，使用定標得到的相互關系直接調整各個位置，不需要進行再次測量等操作，十分簡便。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述預定定向是水平，所述處理器包括-距離傳感器，位于一個水平平面，用于測量與各參考處至該平面的垂直距離有關的信號；-控制器，與所述距離傳感器和各驅動單元相連，用于分別控制各驅動單元驅動相應參考處，在該距離傳感器傳感的對于各參考處的信號一致時，獲得相應位置傳感器所傳感的信號值；-計算器，用于根據(jù)所獲得的各信號值，計算所述相互關系。該實施方式在定標過程中，距離傳感器測量與各參考處至該平面的垂直距離有關 的信號，當該信號一致時確定各位置與預定定向一致，能夠準確地參照水平方向進行定標，具有很高精度。在一個進一步優(yōu)選的實施方式中，距離傳感器包括一個聚焦系統(tǒng)，所述裝置還包括平移系統(tǒng)，與所述聚焦系統(tǒng)或所述運動平臺相連，用于驅動所述聚焦系統(tǒng)或所述運動平臺水平地移動，并使各參考處分別處于所述聚焦系統(tǒng)的垂直方向；所述聚焦系統(tǒng)用于測量該聚焦系統(tǒng)至各參考處的離焦誤差信號；所述控制器用于當對于各個參考處的離焦誤差信號相同時，獲得該位置傳感器所提供的信號值。在該實施方式中，距離傳感器重用了半導體測量設備中的、例如用于輔助測量膜厚和關鍵尺寸的聚焦系統(tǒng)，簡單易行。并且，聚焦系統(tǒng)提供的離焦誤差信號在指示與距離相關的信號時具有非常高的分辨率，能夠準確地確定各位置與預定定向一致，因此具有很高的精度。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述第一、第二和第三參考處位于同一圓周上且均勻間隔。該實施方式的優(yōu)點在于，具有比較好的定位精度。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述位置傳感器用于傳感與該參考處的位置有關的位置值，所述相互關系包括使所述平臺平面與該預定定向一致的、第二位置傳感器的位置值與該第一位置傳感器的位置值之間的第一位置差(AP21)，和第三位置傳感器的位置值與該第一位置傳感器的位置值之間的第二位置差(AP31)。所述位置傳感器用于傳感該參考處的位置值或者該驅動單元在行程范圍內的位
置值，在運動平臺被驅動之后，所述調節(jié)器用于a.從第一位置傳感器提取當前的第一位置值(P1)；b.控制第二驅動單元移動第二參考處至第二位置傳感器為第二位置值(P2)的位置，其中該第二位置值(P2)為該第一位置值(P1)與第一位置差(AP21)之和；c.控制第三驅動單元移動至第三位置傳感器為第三位置值(P3)的位置，其中該第三位置值(P3)為該第一位置值(P1)與第二位置差(AP31)之和。在該實施方式中，使平臺平面水平的相互關系是位置傳感器之間的位置差，在某個參考處被驅動到所需位置后，根據(jù)將其他兩個參考處移動到與該參考處之間存在該位置差的位置，即可保證平臺平面水平，十分簡便。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述驅動單元包括電動機，所述調節(jié)器用于在b步驟中，在控制第二驅動單元移動前，將第一驅動單元的電動機伺服模式使能打開；在c步驟中，在控制第三驅動單元移動前，將第一和第二驅動單元的電動機都伺服模式使能打開；該裝置還包括-電機控制單元，用于在該調節(jié)器定向所述平臺后，將各電動機設置為傳動模式，并將一個電動機設置為主動，將其他電動機設置為從動。在該實施方式中，提供了使用電動機實現(xiàn)驅動單元的技術方案，首先將第一驅動 單元的電動機伺服模式使能打開，從而固定了第一參考處的位置，避免在調整第二參考處時誤引起第一參考處移動，而后將第一和第二驅動單元的電動機都伺服模式使能打開，從而固定了第一參考處和第二參考處的位置，避免在調整第三參考處時誤引起第一或第二參考處移動，進一步提聞了定向的精確性。在一個優(yōu)選的實施方式中，該裝置還包括-設定單元，用于在所述調節(jié)器運作后，分別將第二位置傳感器和第三位置傳感器的位置值設定為與第一位置傳感器的位置值相同。這樣，在之后的運動過程中，控制三個驅動單元將參考處移動至位置傳感器傳感相同位置值的定向，就可以使得該定向是水平方向，比較簡便。進一步優(yōu)選的，該處理器、該調節(jié)器和該設定單元在以下任一情況發(fā)生時運作運動平臺的控制卡斷電并重新上電后；運動平臺被使用一段時間后；弓丨起運動平臺的定向偏離預定方向的情況發(fā)生后。控制卡斷電后，所設位置值可能丟失，因此在控制卡斷電并重新上電后，需要在之前定標得到的相互關系的基礎上再進行調整。而平臺在使用過程中也優(yōu)選地需要定期重新調整或在偏離后重新調整。這樣能夠保證運動平臺的為預定定向。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述參考處位于以下任一位置該平臺本身上；被放置在該平臺上、用于承載晶片的夾具上；被放置在該平臺上的晶片上。

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更加明顯圖I示出了根據(jù)本實用新型的實施方式結合在半導體設備精密定位運動平臺的中示意圖；圖2示出了根據(jù)本實用新型的對半導體精密定位的運動平臺進行定向的方法的一個優(yōu)選實施方式的流程圖。在圖中，相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。
具體實施方式
下面通過具體實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。本實用新型提出了一種對半導體設備精密定位運動平臺進行定向的裝置，所述平臺上存在定義了該平臺的平面的第一、第二和第三參考處，該裝置包括-第一、第二和第三驅動單元，用于驅動相應參考處并驅動所述運動平臺移動；-第一、第二和第三位置傳感器,分別用于傳感與該第一、第二和第三參考處的位置相關的信號值；-處理器，與各位置傳感器相連，用于獲得使所述平臺平面與該預定定向一致的、各信號值之間的相互關系； -調節(jié)器，與各驅動單元相連，用于在第一驅動單元驅動第一參考處到預定位置后，根據(jù)所述相互關系，控制該第二和第三驅動單元驅動相應參考處，以將所述平臺定向為該預定定向。圖I示出了根據(jù)本實用新型的實施方式結合在半導體設備精密定位運動平臺的中示意圖。如圖I所示，運動平臺(即運動體)10由驅動單元20、22和24所驅動，其中驅動單元20包括電動機200和電動機的驅動器202,類似地,驅動單元22和24也包括相應的電動機220、240和電動機的驅動器222、242。電動機200、220和240分別在運動平臺10上存在的第一參考處A、第二參考處B和第三參考處C的正下方連接到運動平臺。優(yōu)選地，第一參考處A、第二參考處B和第三參考處C位于同一圓周上且均勻間隔。優(yōu)選的，由于需要對晶片進行處理，所以需要晶片處于水平。所以，如圖I所示，第一、第二和第三參考處是直接位于放置于平臺10上的晶片14之上。在其他實施方式中，在放置晶片之前，也可以將平臺10或者平臺10上承載晶片的夾具12定向為水平，這樣也能夠在一定程度上使放置在上的晶片處于水平。在這種情況下，參考處是位于平臺10上或放置于平臺10上的夾具12上。半導體設備精密定位運動平臺還包括控制電動機的驅動器的運動控制卡，以及工業(yè)控制計算機。在運作過程中，工業(yè)控制計算機通過運動控制卡來控制各驅動單元垂直移動，以驅動運動平臺垂直移動。本實用新型的實施方式還包括第一、第二和第三位置傳感器30、32和34，在圖I所示的例子中，它們分別與驅動單元20、22和24相連，用于傳感相應驅動單元在行程范圍內的位置值。本實用新型的實施方式還包括處理器40，它通過運動控制卡與各位置傳感器相連，處理器40優(yōu)選地包括距離傳感器400、控制器402和計算器404。如圖I所示，距離傳感器400能夠重用半導體測量設備所帶有的自動聚焦系統(tǒng)。該自動聚焦系統(tǒng)是在膜厚或關鍵尺寸測量中用于聚焦以采集光譜的?？刂破?02和計算器404實現(xiàn)在工業(yè)控制計算機中。本實用新型的實施方式還包括調節(jié)器50，它通過運動控制卡與各驅動單元相連。優(yōu)選地，本實用新型的實施方式還包括電機控制單元60和設定單元70。在圖I所示的例子中，控制器402和計算器404、調節(jié)器50、電機控制單元60和設定單元70可以優(yōu)選地實現(xiàn)在工業(yè)控制計算機中。一般來說，在安裝位置傳感器30、32和34時，理想的狀況是將它們三者的零點放置在同一水平面上，這樣，驅動單元在行程范圍內運動各自的位置傳感器指示相同位置值時，三個參考處應處于相同的平面。但是，由于安裝問題，在安裝運動平臺時，很難保證將位置傳感器的零點放置在同一水平面上。而根據(jù)本實用新型的實施方式首先使用處理器40對已經(jīng)安裝的位置傳感器進行定標，獲得使平臺平面與預定定向，例如水平方向一致的、位置傳感器提供的信號值之間的相互關系；而后將一個參考處驅動到預定位置后，使用調節(jié)器50，根據(jù)該相互關系，控制該其他驅動單元驅動相應參考處，以將平臺定向為該預定定向，例如水平方向。下面結合圖2，對根據(jù)本實用新型的對半導體設備精密定位運動平臺進行定向的裝置的運作過程進行詳述。首先，如圖2所示，處理器40進行定標。本實施方式中，使用至同一水平面的距離相同來對三個驅動單元進行定標。具體的，在步驟SI中，處理器40的控制器402控制驅動單元20來驅動參考處A。與此同時，安裝在水平面上的距離傳感器400測量水平面至參考處A的距離。在一個實施方式中，距離傳感器400安裝在一個平移系統(tǒng)上，平移系統(tǒng)將距離傳感器400移動到參考處A的正上方，使距離傳感器400進行測量。在另一個實施方式中， 該運動平臺10本身可以安裝在一個平移系統(tǒng)上，平移系統(tǒng)將運動平臺上的參考處A移動到距離傳感器400的正下方，使距離傳感器400進行測量。在一個優(yōu)選的實施方式中，該距離傳感器400包括一個聚焦系統(tǒng)，它測量該聚焦系統(tǒng)至參考處A的離焦誤差信號(FES)。離焦誤差信號與聚焦系統(tǒng)至參考處A的距離有關，并且在一定區(qū)域內是單調的。因此，能夠以離焦誤差信號相同來指示各參考處至該水平面的距離相同。所以，可將三個驅動單元調整至產(chǎn)生同一離焦誤差信號的位置，該位置能夠使得三個參考處定義的平面與水平面平行。為了方便起見，在步驟S2中，使用離焦誤差信號等于O來作為判斷標準，可以理解，單調區(qū)域內的其他值也是可以適用的?？刂破?02控制第一驅動單元20驅動參考處A，聚焦系統(tǒng)持續(xù)測量離焦誤差信號，直至離焦誤差信號等于
O。此時，在步驟S3中，控制器402獲得第一位置傳感器30所指示的第一驅動單元20在行程范圍內的位置值，記為P/。在步驟S4中，判斷還需要對參考處B和C進行定標。則分別對于參考處B和參考處C，控制器402控制驅動單元20驅動參考處，聚焦系統(tǒng)持續(xù)測量離焦誤差信號，直至離焦誤差信號等于O?？刂破?02獲得在對于第二參考處B的離焦誤差信號等于O時，第二位置傳感器32所指示的第二驅動單元22在行程范圍內的位置值，記為P2’ ；并且獲得在對于第三參考處C的離焦誤差信號等于O時，第三位置傳感器34所指示的第三驅動單元24在行程范圍內的位置值，記為P/。之后，在步驟S5中，計算器404根據(jù)所獲得的各信號值，計算它們的相互關系。該相互關系包括使離焦誤差信號等于0，即與同一水平面距離相同，換句話說是運動平臺與水平面平行的，第二位置傳感器32的位置值P2’與該第一位置傳感器30的位置值P/之間的第一位置差(Λ P21)，和第三位置傳感器34的位置值Ρ3’與該第一位置傳感器30的位置值P/之間的第二位置差(AP31)。至此，定標過程結束。而后，在運動平臺實際使用時，控制卡控制第一、第二和第三驅動單元驅動運動平臺的運動體10移動。在將第一驅動單元20驅動到第一位置傳感器30的傳感器值是P1的預定位置后，需要控制第二驅動單元22和第三驅動單元24將運動平臺10調整為水平。具體的，在步驟S6中，調節(jié)器50根據(jù)以上的位置差Λ P21，控制該第二驅動單元22驅動參考處B。具體的，調節(jié)器50首先將第一驅動單元20的電動機200伺服模式使能打開，以固定第一參考處Α，而后控制第二驅動單元22移動第二參考處B至第二位置傳感器為P1+ Δ P21的位置。在步驟S7中，調節(jié)器50根據(jù)以上的位置差Λ P31，控制該第三驅動單元24驅動參考處C。 具體的，調節(jié)器50首先將第一和第二驅動單元的電動機200和220伺服模式使能打開，以固定第一參考處A和第二參考處B，而后控制第三驅動單元24移動第三參考處C至第三位置傳感器為PJAP31的位置。這樣，由第一、第二和第三參考處Α、B和C所定義的運動平臺的運動體10被定向為水平。在該調節(jié)器50將平臺10定向為水平后，設定單元70將第二位置傳感器和第三位置傳感器的位置值設定為P115這樣，在之后的運動過程中，控制三個驅動單元將參考處移動至位置傳感器傳感相同位置值的定向，就可以使得該定向是水平方向。電機控制單兀60將各電動機設置為傳動模式,并將一個電動機設置為主動,將其他電動機設置為從動。這樣，在通過電動機控制平臺移動時，主動地控制設置為主動的電動機運作即可，其他電動機將跟隨其運動。在平臺控制卡重新上電后，所設的位置值能夠被清空。平臺被使用一段時間后，或在引起平臺定向偏離水平方向的情況發(fā)生的情況下，平臺可能偏離水平方向，在這些情況下，處理器40、調節(jié)器50和設定單元70可以重復以上步驟，將平臺重新定向為水平方向，并將三個位置傳感器的位置值設置為相同。本實用新型還有很多變化的實施方式，例如，以上的位置傳感器能夠被替換為直接與平臺上的參考處相連、并傳感參考處的位置值。以上的控制器402和計算器404，以及調節(jié)器50也能夠以硬件、軟件或其結合的形式實現(xiàn)在運動控制卡之中。在不背離本實用新型精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據(jù)本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保護范圍。
權利要求1.一種對半導體設備精密定位運動平臺(10)進行定向的裝置，其特征在于，所述平臺上存在定義了該平臺的平面的第一、第二和第三參考處(A、B、C)，該裝置包括 -第一、第二和第三驅動單元(200、202，220,222, 240，242)，用于驅動相應參考處并驅動所述運動平臺移動； -第一、第二和第三位置傳感器(30、32、34),分別用于傳感與該第一、第二和第三參考處的位置相關的信號值； -處理器(400、402、404)，與各位置傳感器相連，用于獲得使所述平臺平面與該預定定向一致的、各信號值之間的相互關系； -調節(jié)器(50)，與各驅動單元相連，用于在第一驅動單元驅動第一參考處到預定位置后，根據(jù)所述相互關系，控制該第二和第三驅動單元驅動相應參考處，以將所述平臺定向為該預定定向。
2.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述預定定向是水平，所述處理器包括 -距離傳感器(400)，位于一個水平平面，用于測量與各參考處至該平面的垂直距離有關的信號； -控制器(402)，與所述距離傳感器和各驅動單元相連，用于分別控制各驅動單元驅動相應參考處，在該距離傳感器傳感的對于各參考處的信號一致時，獲得相應位置傳感器所傳感的信號值； -計算器(404)，用于根據(jù)所獲得的各信號值，計算所述相互關系。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述距離傳感器(400)包括一個聚焦系統(tǒng)， 所述裝置還包括平移系統(tǒng)，與所述聚焦系統(tǒng)或所述運動平臺相連，用于驅動所述聚焦系統(tǒng)或所述運動平臺水平地移動，并使各參考處分別處于所述聚焦系統(tǒng)的垂直方向；所述聚焦系統(tǒng)用于測量該聚焦系統(tǒng)至各參考處的離焦誤差信號(FES)； 所述控制器用于當對于各個參考處的離焦誤差信號相同時，獲得該位置傳感器所提供的信號值。
4.根據(jù)權利要求I至3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一、第二和第三參考處位于同一圓周上且均勻間隔；和/或， 所述相互關系包括 使所述平臺平面與該預定定向一致的、第二位置傳感器的位置值與該第一位置傳感器的位置值之間的第一位置差(AP21)，和第三位置傳感器的位置值與該第一位置傳感器的位置值之間的第二位置差(AP31)。
5.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述位置傳感器用于傳感該參考處的位置值或者該驅動單元在行程范圍內的位置值， 在運動平臺被驅動之后，所述調節(jié)器用于 a.從第一位置傳感器提取當前的第一位置值(P1)； b.控制第二驅動單元移動第二參考處至第二位置傳感器為第二位置值(P2)的位置，其中該第二位置值(P2)為該第一位置值(P1)與第一位置差(AP21)之和； c.控制第三驅動單元移動至第三位置傳感器為第三位置值(P3)的位置，其中該第三位置值(P3)為該第一位置值(P1)與第二位置差(AP31)之和。
6.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述驅動單元包括電動機(200、220、240)，所述調節(jié)器用于 在b步驟中，在控制第二驅動單元移動前，將第一驅動單元的電動機(200)伺服模式使能打開； 在c步驟中，在控制第三驅動單元移動前，將第一和第二驅動單元的電動機(200、220)都伺服模式使能打開； 該裝置還包括 -電機控制單元(60)，用于 在該調節(jié)器定向所述平臺后，將各電動機設置為傳動模式，并將一個電動機設置為主動，將其他電動機設置為從動。
7.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括 -設定單元(70)，用于在所述調節(jié)器運作后，分別將第二位置傳感器和第三位置傳感器的位置值設定為與第一位置傳感器的位置值相同； 該處理器、該調節(jié)器和該設定單元在以下任一情況發(fā)生時運作 運動平臺的控制卡斷電并重新上電后； 運動平臺被使用一段時間后； 弓I起運動平臺的定向偏離預定方向的情況發(fā)生后。
8.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述參考處位于以下任一位置 該平臺(10)本身上； 被放置在該平臺上、用于承載晶片的夾具(12)上； 被放置在該平臺上的晶片(14)上。
專利摘要現(xiàn)有的半導體設備精密定位運動平臺的定向技術僅參照運動體中心的定位進行定向，不能滿足較高的水平度要求。本實用新型提出了一種對半導體設備精密定位運動平臺進行定向的裝置，平臺(10)上存在定義了該平臺的平面的第一、第二和第三參考處(A、B、C)，該裝置包括三個驅動單元，用于驅動相應參考處并驅動所述運動平臺移動；三個位置傳感器，分別用于傳感與參考處的位置相關的信號值；處理器，用于獲得使所述平臺平面與該預定定向一致的、各信號值之間的相互關系；調節(jié)器，用于在第一驅動單元驅動第一參考處到預定位置后，根據(jù)所述相互關系，控制該第二和第三驅動單元驅動相應參考處，以將所述平臺定向為該預定定向。
文檔編號H01L21/68GK202549813SQ20122005060
公開日2012年11月21日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權日2012年2月16日
發(fā)明者李賓, 王英, 邱青菊 申請人:睿勵科學儀器(上海)有限公司