专利名称：一种对半导体设备精密定位运动平台进行定向的装置的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及半导体，特别涉及对半导体设备精密定位运动平台进行控制。
背景技术：
超精密气浮定位工作台在半导体超精密加工装备及检测装备中有着广泛的应用，并发挥着重要作用。气浮导轨在工作台中起着承载和导向的作用，决定着工件台的导向精度。气浮导轨具有运动精度高、摩擦和振动小、工作温度范围宽、运动平稳、寿命长、无爬行现象等优点，但同时也具有使用条件要求苛刻、费用高和调整困难等缺点。由于作为气浮轴承承载介质的气体具有可压缩性，气浮间隙大小易受内外因素的 影响，从而可能导致运动平台的导向不稳定，造成预定定向的困难。现有精密定位运动装置的特点是采用气浮导轨；在运动体中心处，与预定定向平行的方向安置一个位置传感器；在运动体外围(不与运动体固接)安置四个伺服电动机，四个伺服电动机共用中心处的位置传感器作为位置反馈信号，实现闭环定位控制。由于气浮轴承的气膜厚度大小可变，使气浮导向方向不能与运动部件的水平面保持垂直，也就是说运动圆盘在上升或下降过程中存在轻微的摇摆。运动结束后，圆盘上表面中心位置处由于位置传感器的存在能精确定位，而圆盘面存在不定向倾斜，不符合超精密工作台的定位精度要求。
实用新型内容从以上描述的现有技术可以看出，现有的定向技术仅参照运动体中心的定位进行定向，不能满足运动体上表面较高水平度的技术要求。提出一种能够更加精确地对运动体进行定向的方法将会是十分具有优势的。根据本实用新型的一个方面，提供了一种对半导体设备精密定位运动平台进行定向的装置，其特征在于，所述平台上存在定义了该平台的平面的第一、第二和第三参考处，该装置包括-第一、第二和第三驱动单元，用于驱动相应参考处并驱动所述运动平台移动；-第一、第二和第三位置传感器,分别用于传感与该第一、第二和第三参考处的位置相关的信号值；-处理器，与各位置传感器相连，用于获得使所述平台平面与该预定定向一致的各信号值之间的相互关系；-调节器，与各驱动单元相连，用于在第一驱动单元驱动第一参考处到预定位置后，根据所述相互关系，控制该第二和第三驱动单元驱动相应参考处，以将所述平台定向为该预定定向。在本方面中，首先，相对于在中心位置的单个位置的一维定向，本方面使用与定义了平台平面的三个位置相关的信号来对平台(运动体)进行三维地定向，这样提高了定向的精确性，弥补气浮导向刚性不够的缺陷。并且，处理器参照所需的预定定向，对三个位置进行定标，确定相互关系，而后在每次实际运动时，使用定标得到的相互关系直接调整各个位置，不需要进行再次测量等操作，十分简便。在一个优选的实施方式中，所述预定定向是水平，所述处理器包括-距离传感器，位于一个水平平面，用于测量与各参考处至该平面的垂直距离有关的信号；-控制器，与所述距离传感器和各驱动单元相连，用于分别控制各驱动单元驱动相应参考处，在该距离传感器传感的对于各参考处的信号一致时，获得相应位置传感器所传感的信号值；-计算器，用于根据所获得的各信号值，计算所述相互关系。该实施方式在定标过程中，距离传感器测量与各参考处至该平面的垂直距离有关 的信号，当该信号一致时确定各位置与预定定向一致，能够准确地参照水平方向进行定标，具有很高精度。在一个进一步优选的实施方式中，距离传感器包括一个聚焦系统，所述装置还包括平移系统，与所述聚焦系统或所述运动平台相连，用于驱动所述聚焦系统或所述运动平台水平地移动，并使各参考处分别处于所述聚焦系统的垂直方向；所述聚焦系统用于测量该聚焦系统至各参考处的离焦误差信号；所述控制器用于当对于各个参考处的离焦误差信号相同时，获得该位置传感器所提供的信号值。在该实施方式中，距离传感器重用了半导体测量设备中的、例如用于辅助测量膜厚和关键尺寸的聚焦系统，简单易行。并且，聚焦系统提供的离焦误差信号在指示与距离相关的信号时具有非常高的分辨率，能够准确地确定各位置与预定定向一致，因此具有很高的精度。在一个优选的实施方式中，所述第一、第二和第三参考处位于同一圆周上且均勻间隔。该实施方式的优点在于，具有比较好的定位精度。在一个优选的实施方式中，所述位置传感器用于传感与该参考处的位置有关的位置值，所述相互关系包括使所述平台平面与该预定定向一致的、第二位置传感器的位置值与该第一位置传感器的位置值之间的第一位置差(AP21)，和第三位置传感器的位置值与该第一位置传感器的位置值之间的第二位置差(AP31)。所述位置传感器用于传感该参考处的位置值或者该驱动单元在行程范围内的位
置值，在运动平台被驱动之后，所述调节器用于a.从第一位置传感器提取当前的第一位置值(P1)；b.控制第二驱动单元移动第二参考处至第二位置传感器为第二位置值(P2)的位置，其中该第二位置值(P2)为该第一位置值(P1)与第一位置差(AP21)之和；c.控制第三驱动单元移动至第三位置传感器为第三位置值(P3)的位置，其中该第三位置值(P3)为该第一位置值(P1)与第二位置差(AP31)之和。在该实施方式中，使平台平面水平的相互关系是位置传感器之间的位置差，在某个参考处被驱动到所需位置后，根据将其他两个参考处移动到与该参考处之间存在该位置差的位置，即可保证平台平面水平，十分简便。在一个优选的实施方式中，所述驱动单元包括电动机，所述调节器用于在b步骤中，在控制第二驱动单元移动前，将第一驱动单元的电动机伺服模式使能打开；在c步骤中，在控制第三驱动单元移动前，将第一和第二驱动单元的电动机都伺服模式使能打开；该装置还包括-电机控制单元，用于在该调节器定向所述平台后，将各电动机设置为传动模式，并将一个电动机设置为主动，将其他电动机设置为从动。在该实施方式中，提供了使用电动机实现驱动单元的技术方案，首先将第一驱动 单元的电动机伺服模式使能打开，从而固定了第一参考处的位置，避免在调整第二参考处时误引起第一参考处移动，而后将第一和第二驱动单元的电动机都伺服模式使能打开，从而固定了第一参考处和第二参考处的位置，避免在调整第三参考处时误引起第一或第二参考处移动，进一步提闻了定向的精确性。在一个优选的实施方式中，该装置还包括-设定单元，用于在所述调节器运作后，分别将第二位置传感器和第三位置传感器的位置值设定为与第一位置传感器的位置值相同。这样，在之后的运动过程中，控制三个驱动单元将参考处移动至位置传感器传感相同位置值的定向，就可以使得该定向是水平方向，比较简便。进一步优选的，该处理器、该调节器和该设定单元在以下任一情况发生时运作运动平台的控制卡断电并重新上电后；运动平台被使用一段时间后；弓丨起运动平台的定向偏离预定方向的情况发生后。控制卡断电后，所设位置值可能丢失，因此在控制卡断电并重新上电后，需要在之前定标得到的相互关系的基础上再进行调整。而平台在使用过程中也优选地需要定期重新调整或在偏离后重新调整。这样能够保证运动平台的为预定定向。根据一个优选的实施方式，所述参考处位于以下任一位置该平台本身上；被放置在该平台上、用于承载晶片的夹具上；被放置在该平台上的晶片上。
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更加明显图I示出了根据本实用新型的实施方式结合在半导体设备精密定位运动平台的中示意图；图2示出了根据本实用新型的对半导体精密定位的运动平台进行定向的方法的一个优选实施方式的流程图。在图中，相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面通过具体实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本实用新型提出了一种对半导体设备精密定位运动平台进行定向的装置，所述平台上存在定义了该平台的平面的第一、第二和第三参考处，该装置包括-第一、第二和第三驱动单元，用于驱动相应参考处并驱动所述运动平台移动；-第一、第二和第三位置传感器,分别用于传感与该第一、第二和第三参考处的位置相关的信号值；-处理器，与各位置传感器相连，用于获得使所述平台平面与该预定定向一致的、各信号值之间的相互关系； -调节器，与各驱动单元相连，用于在第一驱动单元驱动第一参考处到预定位置后，根据所述相互关系，控制该第二和第三驱动单元驱动相应参考处，以将所述平台定向为该预定定向。图I示出了根据本实用新型的实施方式结合在半导体设备精密定位运动平台的中示意图。如图I所示，运动平台(即运动体)10由驱动单元20、22和24所驱动，其中驱动单元20包括电动机200和电动机的驱动器202,类似地,驱动单元22和24也包括相应的电动机220、240和电动机的驱动器222、242。电动机200、220和240分别在运动平台10上存在的第一参考处A、第二参考处B和第三参考处C的正下方连接到运动平台。优选地，第一参考处A、第二参考处B和第三参考处C位于同一圆周上且均匀间隔。优选的，由于需要对晶片进行处理，所以需要晶片处于水平。所以，如图I所示，第一、第二和第三参考处是直接位于放置于平台10上的晶片14之上。在其他实施方式中，在放置晶片之前，也可以将平台10或者平台10上承载晶片的夹具12定向为水平，这样也能够在一定程度上使放置在上的晶片处于水平。在这种情况下，参考处是位于平台10上或放置于平台10上的夹具12上。半导体设备精密定位运动平台还包括控制电动机的驱动器的运动控制卡，以及工业控制计算机。在运作过程中，工业控制计算机通过运动控制卡来控制各驱动单元垂直移动，以驱动运动平台垂直移动。本实用新型的实施方式还包括第一、第二和第三位置传感器30、32和34，在图I所示的例子中，它们分别与驱动单元20、22和24相连，用于传感相应驱动单元在行程范围内的位置值。本实用新型的实施方式还包括处理器40，它通过运动控制卡与各位置传感器相连，处理器40优选地包括距离传感器400、控制器402和计算器404。如图I所示，距离传感器400能够重用半导体测量设备所带有的自动聚焦系统。该自动聚焦系统是在膜厚或关键尺寸测量中用于聚焦以采集光谱的。控制器402和计算器404实现在工业控制计算机中。本实用新型的实施方式还包括调节器50，它通过运动控制卡与各驱动单元相连。优选地，本实用新型的实施方式还包括电机控制单元60和设定单元70。在图I所示的例子中，控制器402和计算器404、调节器50、电机控制单元60和设定单元70可以优选地实现在工业控制计算机中。一般来说，在安装位置传感器30、32和34时，理想的状况是将它们三者的零点放置在同一水平面上，这样，驱动单元在行程范围内运动各自的位置传感器指示相同位置值时，三个参考处应处于相同的平面。但是，由于安装问题，在安装运动平台时，很难保证将位置传感器的零点放置在同一水平面上。而根据本实用新型的实施方式首先使用处理器40对已经安装的位置传感器进行定标，获得使平台平面与预定定向，例如水平方向一致的、位置传感器提供的信号值之间的相互关系；而后将一个参考处驱动到预定位置后，使用调节器50，根据该相互关系，控制该其他驱动单元驱动相应参考处，以将平台定向为该预定定向，例如水平方向。下面结合图2，对根据本实用新型的对半导体设备精密定位运动平台进行定向的装置的运作过程进行详述。首先，如图2所示，处理器40进行定标。本实施方式中，使用至同一水平面的距离相同来对三个驱动单元进行定标。具体的，在步骤SI中，处理器40的控制器402控制驱动单元20来驱动参考处A。与此同时，安装在水平面上的距离传感器400测量水平面至参考处A的距离。在一个实施方式中，距离传感器400安装在一个平移系统上，平移系统将距离传感器400移动到参考处A的正上方，使距离传感器400进行测量。在另一个实施方式中， 该运动平台10本身可以安装在一个平移系统上，平移系统将运动平台上的参考处A移动到距离传感器400的正下方，使距离传感器400进行测量。在一个优选的实施方式中，该距离传感器400包括一个聚焦系统，它测量该聚焦系统至参考处A的离焦误差信号(FES)。离焦误差信号与聚焦系统至参考处A的距离有关，并且在一定区域内是单调的。因此，能够以离焦误差信号相同来指示各参考处至该水平面的距离相同。所以，可将三个驱动单元调整至产生同一离焦误差信号的位置，该位置能够使得三个参考处定义的平面与水平面平行。为了方便起见，在步骤S2中，使用离焦误差信号等于O来作为判断标准，可以理解，单调区域内的其他值也是可以适用的。控制器402控制第一驱动单元20驱动参考处A，聚焦系统持续测量离焦误差信号，直至离焦误差信号等于
O。此时，在步骤S3中，控制器402获得第一位置传感器30所指示的第一驱动单元20在行程范围内的位置值，记为P/。在步骤S4中，判断还需要对参考处B和C进行定标。则分别对于参考处B和参考处C，控制器402控制驱动单元20驱动参考处，聚焦系统持续测量离焦误差信号，直至离焦误差信号等于O。控制器402获得在对于第二参考处B的离焦误差信号等于O时，第二位置传感器32所指示的第二驱动单元22在行程范围内的位置值，记为P2’ ；并且获得在对于第三参考处C的离焦误差信号等于O时，第三位置传感器34所指示的第三驱动单元24在行程范围内的位置值，记为P/。之后，在步骤S5中，计算器404根据所获得的各信号值，计算它们的相互关系。该相互关系包括使离焦误差信号等于0，即与同一水平面距离相同，换句话说是运动平台与水平面平行的，第二位置传感器32的位置值P2’与该第一位置传感器30的位置值P/之间的第一位置差(Λ P21)，和第三位置传感器34的位置值Ρ3’与该第一位置传感器30的位置值P/之间的第二位置差(AP31)。至此，定标过程结束。而后，在运动平台实际使用时，控制卡控制第一、第二和第三驱动单元驱动运动平台的运动体10移动。在将第一驱动单元20驱动到第一位置传感器30的传感器值是P1的预定位置后，需要控制第二驱动单元22和第三驱动单元24将运动平台10调整为水平。具体的，在步骤S6中，调节器50根据以上的位置差Λ P21，控制该第二驱动单元22驱动参考处B。具体的，调节器50首先将第一驱动单元20的电动机200伺服模式使能打开，以固定第一参考处Α，而后控制第二驱动单元22移动第二参考处B至第二位置传感器为P1+ Δ P21的位置。在步骤S7中，调节器50根据以上的位置差Λ P31，控制该第三驱动单元24驱动参考处C。 具体的，调节器50首先将第一和第二驱动单元的电动机200和220伺服模式使能打开，以固定第一参考处A和第二参考处B，而后控制第三驱动单元24移动第三参考处C至第三位置传感器为PJAP31的位置。这样，由第一、第二和第三参考处Α、B和C所定义的运动平台的运动体10被定向为水平。在该调节器50将平台10定向为水平后，设定单元70将第二位置传感器和第三位置传感器的位置值设定为P115这样，在之后的运动过程中，控制三个驱动单元将参考处移动至位置传感器传感相同位置值的定向，就可以使得该定向是水平方向。电机控制单兀60将各电动机设置为传动模式,并将一个电动机设置为主动,将其他电动机设置为从动。这样，在通过电动机控制平台移动时，主动地控制设置为主动的电动机运作即可，其他电动机将跟随其运动。在平台控制卡重新上电后，所设的位置值能够被清空。平台被使用一段时间后，或在引起平台定向偏离水平方向的情况发生的情况下，平台可能偏离水平方向，在这些情况下，处理器40、调节器50和设定单元70可以重复以上步骤，将平台重新定向为水平方向，并将三个位置传感器的位置值设置为相同。本实用新型还有很多变化的实施方式，例如，以上的位置传感器能够被替换为直接与平台上的参考处相连、并传感参考处的位置值。以上的控制器402和计算器404，以及调节器50也能够以硬件、软件或其结合的形式实现在运动控制卡之中。在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
权利要求1.一种对半导体设备精密定位运动平台(10)进行定向的装置，其特征在于，所述平台上存在定义了该平台的平面的第一、第二和第三参考处(A、B、C)，该装置包括 -第一、第二和第三驱动单元(200、202，220,222, 240，242)，用于驱动相应参考处并驱动所述运动平台移动； -第一、第二和第三位置传感器(30、32、34),分别用于传感与该第一、第二和第三参考处的位置相关的信号值； -处理器(400、402、404)，与各位置传感器相连，用于获得使所述平台平面与该预定定向一致的、各信号值之间的相互关系； -调节器(50)，与各驱动单元相连，用于在第一驱动单元驱动第一参考处到预定位置后，根据所述相互关系，控制该第二和第三驱动单元驱动相应参考处，以将所述平台定向为该预定定向。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述预定定向是水平，所述处理器包括 -距离传感器(400)，位于一个水平平面，用于测量与各参考处至该平面的垂直距离有关的信号； -控制器(402)，与所述距离传感器和各驱动单元相连，用于分别控制各驱动单元驱动相应参考处，在该距离传感器传感的对于各参考处的信号一致时，获得相应位置传感器所传感的信号值； -计算器(404)，用于根据所获得的各信号值，计算所述相互关系。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述距离传感器(400)包括一个聚焦系统， 所述装置还包括平移系统，与所述聚焦系统或所述运动平台相连，用于驱动所述聚焦系统或所述运动平台水平地移动，并使各参考处分别处于所述聚焦系统的垂直方向；所述聚焦系统用于测量该聚焦系统至各参考处的离焦误差信号(FES)； 所述控制器用于当对于各个参考处的离焦误差信号相同时，获得该位置传感器所提供的信号值。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一、第二和第三参考处位于同一圆周上且均匀间隔；和/或， 所述相互关系包括 使所述平台平面与该预定定向一致的、第二位置传感器的位置值与该第一位置传感器的位置值之间的第一位置差(AP21)，和第三位置传感器的位置值与该第一位置传感器的位置值之间的第二位置差(AP31)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述位置传感器用于传感该参考处的位置值或者该驱动单元在行程范围内的位置值， 在运动平台被驱动之后，所述调节器用于 a.从第一位置传感器提取当前的第一位置值(P1)； b.控制第二驱动单元移动第二参考处至第二位置传感器为第二位置值(P2)的位置，其中该第二位置值(P2)为该第一位置值(P1)与第一位置差(AP21)之和； c.控制第三驱动单元移动至第三位置传感器为第三位置值(P3)的位置，其中该第三位置值(P3)为该第一位置值(P1)与第二位置差(AP31)之和。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述驱动单元包括电动机(200、220、240)，所述调节器用于 在b步骤中，在控制第二驱动单元移动前，将第一驱动单元的电动机(200)伺服模式使能打开； 在c步骤中，在控制第三驱动单元移动前，将第一和第二驱动单元的电动机(200、220)都伺服模式使能打开； 该装置还包括 -电机控制单元(60)，用于 在该调节器定向所述平台后，将各电动机设置为传动模式，并将一个电动机设置为主动，将其他电动机设置为从动。
7.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，该装置还包括 -设定单元(70)，用于在所述调节器运作后，分别将第二位置传感器和第三位置传感器的位置值设定为与第一位置传感器的位置值相同； 该处理器、该调节器和该设定单元在以下任一情况发生时运作 运动平台的控制卡断电并重新上电后； 运动平台被使用一段时间后； 弓I起运动平台的定向偏离预定方向的情况发生后。
8.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述参考处位于以下任一位置 该平台(10)本身上； 被放置在该平台上、用于承载晶片的夹具(12)上； 被放置在该平台上的晶片(14)上。
专利摘要现有的半导体设备精密定位运动平台的定向技术仅参照运动体中心的定位进行定向，不能满足较高的水平度要求。本实用新型提出了一种对半导体设备精密定位运动平台进行定向的装置，平台(10)上存在定义了该平台的平面的第一、第二和第三参考处(A、B、C)，该装置包括三个驱动单元，用于驱动相应参考处并驱动所述运动平台移动；三个位置传感器，分别用于传感与参考处的位置相关的信号值；处理器，用于获得使所述平台平面与该预定定向一致的、各信号值之间的相互关系；调节器，用于在第一驱动单元驱动第一参考处到预定位置后，根据所述相互关系，控制该第二和第三驱动单元驱动相应参考处，以将所述平台定向为该预定定向。
文档编号H01L21/68GK202549813SQ20122005060
公开日2012年11月21日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年2月16日
发明者李宾, 王英, 邱青菊 申请人:睿励科学仪器(上海)有限公司