測量半導體機臺的平臺性能參數的輔助裝置的製作方法

2023-05-31 11:38:11

專利名稱：測量半導體機臺的平臺性能參數的輔助裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體領域，特別涉及半導體機臺的平臺性能參數的測量技術。
背景技術：
精密運動平臺是光學檢測加工和半導體製造行業許多重要設備的核心子系統，它在運動過程中，有可能產生軸方向、橫向、縱向、縱搖(pitch)方向、偏轉(yaw)方向、橫搖(roll)方向這六個自由度方向的位置偏差，在機械設計、採購驗貨、故障維修時，常常需要測量這些位置偏差，以保證平臺在很高的速度和加速度下達到納米級定位精度。目前測量上述偏差的常用設備是雷射幹涉儀，它利用雷射作為長度基準，是一種對位置精度(定位精度、重複定位精度等)、幾何精度(平面度、直線度等)進行精密測量的精密測量儀器。其測量原理是雷射經半反射鏡，將光束一分為二，一束射向一個固定反射 鏡形成參考路徑，一束射向可移動的反射鏡形成測量路徑。兩反射鏡所反射的光，回到半反射鏡內重新會合，合併成一道光束並產生幹涉條紋射至光電傳感器，傳感器感測出這些條紋的明暗變化，經後級信號處理電路加以處理，即可算出移動反射鏡所移動的距離。藉助雷射幹涉儀，現有測量運動平臺定位精度和重複性的方法為運動控制卡發送控制信號給驅動系統，電機驅動平臺運動至設定位置，停留一段時間。在此時間內，雷射幹涉儀根據預先設定的觸發停留時間和位置誤差帶檢測到平臺到達目標位置後，自動記錄平臺的實際位置值。停留時間結束後，平臺運動到下一個目標位置點，重複以上記錄過程，直至完成所有設定位置點，得到平臺的定位精度和重複性結果(經雷射幹涉儀軟體處理)。測量過程需要確定兩個重要時間參數，即平臺停留時間和雷射幹涉儀觸發停留時間。平臺停留時間設置太短，會導致雷射幹涉儀無法及時記錄位置值，測試失敗；觸發停留時間過短，會在平臺尚未穩定到達預定位置時記錄位置值，影響測量結果的準確性。因此，上述兩個時間長度一般需要多次嘗試確定，降低了測量效率和準確性，而且如果平臺運動速度或兩個測量點之間距離改變，時間長度需要重新確定。與定位精度和重複性測量不同，運動平臺平面度、直線度等參數測量方法為控制卡控制驅動系統驅動電機運動，當平臺到達設定位置時，必須手動操作雷射幹涉儀軟體記錄位置值，因此，需要投入人力，而且由於引入人為判斷因素，現有方法暴露出測量結果不準確、費時、低效率等缺點。

實用新型內容為了解決現有技術需要事先嘗試確定停留時間和觸發時間，或者需要人工幹預的技術問題，提出一種自動的測量半導體機臺的平臺性能參數的技術將是十分有利的。根據本實用新型的第一個方面，提供了一種用於測量半導體機臺的平臺性能參數的輔助裝置，所述平臺能夠被驅動以運動，其特徵在於，包括-傳感器，用於在所述平臺被驅動至給定位置後，測量指示所述平臺的運動狀態的信號；[0009]-處理器，與所述傳感器相連，用於根據所述信號判斷所述平臺是否已經穩定，在判斷穩定後控制觸發器產生觸發信號；以及-觸發器，與所述處理器相連，用於向指示一平臺性能參數的測量設備產生觸發信號，該觸發信號指示該測量設備開始測量所述平臺的性能參數。根據該方面，能夠自動地判斷平臺穩定，並且在穩定後自動地觸發測量設備開始測量，無需事先實驗出停留時間和觸發時間，也不需要人工幹預，同時保證了測量的準確性和快速性，實現了自動化的測量。根據一個優選的實施方式，所述傳感器包括所述傳感器包括-位置傳感器，用於產生與所述平臺的實際位置有關的位置信號；所述處理器用於以下至少任一項-計算所述位置信號與一定位置的差異，在所述差異保持在預定範圍內時，判斷所述平臺穩定；-確定所述位置信號是否保持在一定範圍內，當保持時判斷所述平臺穩定。根據一個優選的實施方式，所述位置傳感器安裝於所述平臺，其中，包括如下任一情況所述位置傳感器安裝於所述平臺的驅動機構，用於測量所述驅動機構在行程內的位置；所述位置傳感器安裝於所述平臺的運動體，用於測量所述平臺的運動體的位置。本實施方式提供了判斷該平臺是否穩定的一種具體實施方式
，使用位置傳感器來判斷該平臺是否穩定的實施方式，能夠比較準確的進行判斷。根據一個優選的實施方式，所述傳感器包括-雷射幹涉儀系統，用於照射設置於所述平臺的運動體上的反光鏡，並測量所述反光鏡提供的光學信號；和/或，所述處理器用於確定所述光學信號是否保持在一定範圍內，當保持時判斷所述平臺穩定。本實施方式提供了判斷該平臺是否穩定的另一種具體實施方式
，使用雷射幹涉儀系統所採集的光學信號來判斷，由於光學信號的解析度較高，因此能夠比較準確的進行判斷。根據一個優選的實施方式，所述測量設備包括雷射幹涉儀系統。根據一個優選的實施方式，所述處理器和觸發器被實現在半導體機臺的平臺控制系統的控制卡中；和/或，該輔助裝置還包括-接口裝置，與所述觸發器相連，用於連接到所述測量設備，將所述觸發信號轉換為所述測量設備能夠識別的格式，並且隔離所述輔助裝置和所述測量設備。本實施方式給出了將本實用新型實現在實際的半導體機臺中的實施方式，對實際的半導體機臺不需要做出大的改變，具有很好的兼容性。

[0031]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徵、目的和優點將會變得更加明顯圖I是根據本實用新型的一個實施方式實現在半導體機臺中的示意圖；圖2是根據本實用新型的一個實施方式的變化例實現在半導體機臺中的示意圖；圖3是根據本實用新型的一個實施方式的方法的流程圖；圖4是根據本實用新型的另一個實施方式實現在半導體機臺中的示意圖。
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，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。 圖I和圖2示出了半導體機臺，該機臺帶有根據本實用新型的實施方式的用於測量的平臺性能參數的系統。如圖所示，整個運動系統一般包括下面幾個部件控制卡、驅動器、驅動機構(包括電機)以及放置於運動機構上的運動體組成。控制卡與驅動器相連，驅動器與驅動機構相連，驅動機構連接到運動體。控制卡提供的控制信號經驅動器轉換為電機的驅動信號後，驅動平臺的運動體實現X、Y、Z和Theta四個方向的運動。本實施方式中，測量半導體機臺的平臺性能參數的輔助裝置基本地包括-傳感器，用於在平臺被驅動至給定位置後，測量指示平臺的運動狀態的信號；-處理器，與傳感器相連，用於根據信號判斷所述平臺是否已經穩定，在判斷穩定後控制觸發器產生觸發信號；-觸發器，與處理器相連，用於向指示一平臺性能參數的測量設備產生觸發信號，該觸發信號指示該測量設備開始測量平臺的性能參數。用於測量半導體機臺的平臺性能參數的方法包括如下步驟i.驅動所述平臺移動；ii.驅動所述平臺至給定位置後，檢測指示所述平臺的運動狀態的信號；iii.根據該信號判斷所述平臺是否已經穩定；以及iv.在判斷所述平臺穩定後，測量所述平臺的性能參數。下面將通過兩個實施方式及其變化來對本實用新型進行詳述。第一實施方式在第一實施方式中，使用位置傳感器提供的位置信號來判斷平臺是否穩定。下面將詳述這個實施方式。首先，如圖3所示，控制卡發出的控制信號經驅動器機構放大後提供給驅動機構，驅動平臺運動體按照設置的速度、加速度等運動參數進行點到點運動。可以理解，針對測量不同的平臺性能參數，驅動平臺移動的方式不同。例如，控制卡控制驅動機構在行程範圍內移動一定距離，從而將平臺移動到預定位置。在驅動平臺至預定位置後，檢測指示平臺的運動狀態的信號。在一個實施方式中，在圖I和圖2所示，傳感器是位置傳感器，它檢測與平臺的實際位置有關的位置信號。在一種情況中，如圖I所示，位置傳感器安裝於平臺的運動體，用於測量平臺運動體所在的位置。在另一種情況中，如圖2所示，該位置傳感器能夠安裝於驅動機構，用於測量驅動機構在其行程範圍內的位置，該位置與平臺的運動體所在位置有關。在測量得到位置信號後，根據該信號判斷平臺是否已經穩定。在一個實施方式中，由與傳感器相連的處理器根據該信號判斷平臺是否已經穩定。在一種情況下，如圖I所示，位置傳感器測量的是平臺運動體所在的位置，則處理器計算該實際位置與該平臺需要被驅動到的期望位置的差異，在差異保持在預定範圍內時，判斷平臺穩定。例如，當平臺運動體被驅動至期望位置時，可能在該位置左右晃動，當晃動的範圍持續減小至一定程度，即該實際位置與該給定位置的差異保持在預定範圍內時，從測量設備的精度上可以認為該平臺已經穩定。這一範圍的大小可以預先確定。在另一種情況下，如圖2所示，位置傳感器測量的是驅動機構在其行程範圍內的位置，由於平臺運動體與驅動機構相連，所以驅動機構本身的穩定性可以反映出平臺運動體的穩定性。因此，處理器計算驅動機構的實際位置與驅動裝置的期望位置之間差異，在差異保持在預定範圍內時，判斷平臺穩定。如果處理器判斷該差異仍預定範圍外，證明平臺運動體還沒有穩定下來，則傳感器繼續測量，處理器繼續判斷，直至該差異處於預定範圍之內。在一個變化的實施方式中，不需要考慮期望位置，而僅考慮位置信號本身的變化情況來判斷運動平臺是否穩定。例如，位置信號在越來越小的範圍內左右波動，即保持在一定範圍內，可以認為該平臺已經穩定。這一範圍的大小可以預先確定。在判斷該平臺已經穩定後，處理器控制觸發器向指示一平臺性能參數的測量設備產生觸發信號，該觸發信號指示該測量設備開始測量、計算平臺的性能參數。如圖I和圖2所示，處理器和觸發器可以實現在控制卡中。在一個實施方式中，可以對控制卡進行編程，將這兩個器件的功能加入；在另一個實施方式中，可以將硬體形式的這兩個器件植入到控制卡之中。出於觸發信號格式轉換以及電路隔離的目的，本實用新型的實施方式在觸發器和測量設備之間，還可以進一步包括一個接口裝置，用於將觸發信號轉換為測量設備能夠識別的格式，並且隔離本輔助裝置和測量設備。例如，測量設備默認為高電平，下降沿觸發。則平臺尚未穩定前，接口裝置輸出為高電平，測量設備無觸發信號輸入，沒有操作；平臺穩定後，接口裝置的輸出由高變低，並且保持信號低電平例如大於2 μ S，使測量設備識別到該觸發，並開始測量。在一個優選的實施方式中，測量設備包括雷射幹涉儀系統，它包括一個通常實現在PC中的雷射幹涉儀測量模塊，雷射頭，以及安裝在平臺運動體上的雷射幹涉儀的反射鏡。該放射鏡與平臺運動體一起做點到點運動。雷射頭髮出的光線經幹涉鏡後照射到反射鏡上，經反射鏡反射後的反射光再次經過幹涉鏡由雷射頭所接收，光學信號由雷射幹涉儀測量模塊所收集並計算，以獲得實時準確反饋運動機構的位置值，實現位置測量。使用雷射幹涉儀測量半導體機臺的平臺性能參數的方法本身是本領域的技術人員所熟知的，本實用新型在此不再贅述。使用雷射幹涉儀軟體及其提供的API (應用程式接口)、DLL (動態連結庫)可方便地實現以下功能雷射幹涉儀測量模塊的輸入接口接收到接口裝置輸出的下降沿觸發信號後，啟動雷射幹涉儀記錄讀數，之後進行計算。第二實施方式[0065]在另一個變化的實施方式中，並不使用位置傳感器提供位置信號來判斷平臺是否穩定，而是使用分辨能力更強的光學信號。下面將對這個實施方式進行詳述，重點描述的是與以上第一實施方式的區別。與以上實施方式類似的，首先，驅動平臺至給定位置。而後，如圖4所示，雷射幹涉儀測量模塊可以控制雷射幹涉儀開始運作，發出的光線經幹涉鏡後照射到反射鏡上，經反射鏡反射後的反射光再次經過幹涉鏡由幹涉儀所接收，光學信號由雷射幹涉儀控制系統所收集。由於平臺是否穩定直接影響了該光學信號是否穩定，所以與雷射幹涉儀測量模塊相連的PC組件中的處理器能夠確定光學信號在越來越小的範圍內左右波動，即保持在一定範圍內，可以認為該平臺已經穩定。這一範圍的大小可以預先確定。當判斷平臺仍未穩定時，雷射幹涉儀繼續測量，處理器繼續判斷，直至該光學信號穩定。在判斷該平臺已經穩定後，處理器控制觸發器向雷射幹涉儀產生觸發信號，該觸發信號指示該雷射幹涉儀系統開始測量、計算平臺的性能參數。當然，本實用新型還可有其他多種實施例，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於本實用新型所附的權利要求的保護範圍。例如，以上的位置傳感器或光學傳感器可以被耦接於平臺運動體的速度傳感器所代替，當速度傳感器指示的平臺運動體的運動速度保持低於一定速度時，能夠判斷該運動平臺已經穩定，並開始測量。本領域普通技術人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過程序來指令相關硬體完成，所述程序可以存儲於計算機可讀存儲介質中，如只讀存儲器、磁碟或光碟等。可選地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用一個或多個集成電路來實現。相應地，上述實施例中的各模塊/單元可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能模塊的形式實現。本實用新型不限制於任何特定形式的硬體和軟體的結合。
權利要求1.一種用於測量半導體機臺的平臺性能參數的輔助裝置，所述平臺能夠被驅動以運動，其特徵在於，包括 -傳感器，用於在所述平臺被驅動至給定位置後，測量指示所述平臺的運動狀態的信號; -處理器，與所述傳感器相連，用於根據所述信號判斷所述平臺是否已經穩定，在判斷穩定後控制觸發器產生觸發信號；以及 -觸發器，與所述處理器相連，用於向指示一平臺性能參數的測量設備產生觸發信號，該觸發信號指示該測量設備開始測量所述平臺的性能參數。
2.根據權利要求I所述的輔助裝置，其特徵在於，所述傳感器包括 -位置傳感器，用於產生與所述平臺的實際位置有關的位置信號。
3.根據權利要求2所述的輔助裝置，其特徵在於，所述位置傳感器安裝於所述平臺，其中，包括如下任一情況 所述位置傳感器安裝於所述平臺的驅動機構，用於測量所述驅動機構在行程內的位置； 所述位置傳感器安裝於所述平臺的運動體，用於測量所述平臺的運動體的位置。
4.根據權利要求I或2所述的輔助裝置，其特徵在於，所述處理器和觸發器被實現在半導體機臺的平臺控制系統的控制卡中； 該輔助裝置還包括 -接口裝置，與所述觸發器相連，用於連接到所述測量設備，將所述觸發信號轉換為所述測量設備能夠識別的格式，並且隔離所述輔助裝置和所述測量設備； 所述測量設備包括雷射幹涉儀系統。
5.根據權利要求I或2所述的輔助裝置，其特徵在於，所述傳感器包括_雷射幹涉儀系統，用於照射設置於所述平臺的運動體上的反光鏡，並測量所述反光鏡提供的光學信號。
專利摘要現有的測量半導體機臺的平臺性能參數的技術中，需要事先嘗試確定平臺運動到給定位置後的停留時間和測量設備的觸發時間，或者在平臺運動到給定位置後需要人工幹預啟動測量，本實用新型提出了測量半導體機臺的平臺性能參數的輔助裝置，該輔助裝置包括傳感器，用於在平臺被驅動至給定位置後，測量指示平臺的運動狀態的信號；處理器，用於根據信號判斷平臺是否已經穩定，在判斷穩定後控制觸發器產生觸發信號；以及，觸發器，用於向指示一平臺性能參數的測量設備產生觸發信號，指示該測量設備開始測量。本實用新型能自動地判斷平臺穩定，無需事先實驗出停留時間和觸發時間，也不需人工幹預，同時保證了測量的準確性和快速性，實現了自動化測量。
文檔編號G01B11/02GK202582492SQ201120573650
公開日2012年12月5日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者郭亞娟, 邱青菊, 李賓 申請人:睿勵科學儀器(上海)有限公司