CN102829717A - 零位传感器的调节定位装置及其调节定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种零位传感器的调节定位装置及其调节定位方法。所述调节定位装置包括底座；所述XY位移平台包括底层、顶层以及贯穿所述底层、顶层的通孔，所述XY位移平台的底层固定于所述底座；所述转接板包括通孔，所述转接板的一侧固定于所述XY位移平台的顶层，所述转接板的另一侧与所述零位传感器的基座固定连接；所述凸台依次穿过所述XY位移平台的通孔和所述转接板的通孔，与所述零位传感器的调节板固定连接；所述零位传感器的调节板和基座之间的位移随所述XY位移平台的底层和顶层之间的位移而调整。本发明的调节定位装置及其调节定位方法能够用于高精度零位传感器的定位。

Description

零位传感器的调节定位装置及其调节定位方法

技术领域

本发明涉及零位传感器的调节定位装置及其调节定位方法。

背景技术

在半导体制备工艺中，工件台的定位需要测量工件台相对于主基板的位置。现有技术中，光刻机工件台/掩模台的位置测量系统采用激光干涉仪系统，但激光干涉仪是一个增量测量系统，只能提供相对位移的精确测量。在利用激光干涉仪进行位置测量之前，需要绝对参考位置即零位来初始化激光干涉仪。零位传感器作为光刻机的核心部件之一，用于测量零位，进而向激光干涉仪提供初始化偏置。

零位传感器用于两自由度的精密调节定位，调节过程通过零位传感器内的两个关键部件激光准直镜与二维光电位移传感器(PSD)完成，在调节结束后进行锁紧以牢固定位。请参阅申请号为CN201010530550.6的中国专利申请，该专利申请公开了一种零位传感器，所述零位传感器包括基座、PSD、调节板和激光准直镜。PSD是一种高灵敏度光电测距器件，安装在所述零位传感器中。基座与所述PSD组成一体，同时提供安装接口和容纳大部分零件，调节板与所述激光准直镜连为一体。当调节板上的滑块在基座的滑面上滑动时，就会带动激光准直镜与PSD产生相对运动，通过接收固定在工件台上的角锥镜反射的测量光束，确定测量光束光斑在PSD感光平面上的位置，进而转换出工件台相对于测量基板的位置。具体的，零位传感器的激光准直镜与PSD的位置经调整锁定后，从激光准直镜射出的激光束经固定在工件台上镜座孔内的角锥镜反射后打在PSD感光面上，当工件台运动到特定位置时，反射光才会刚好打在PSD感光区域中心，此时就定义了工件台零位。

由于每个零位传感器可对工件台的两个维度的位置信息进行测量，使用三个各装有一个二维平面PSD的零位传感器组成测量组，每个零位传感器测量工件台的2个自由度方向的位置，于是3个零位传感器即可对工件台的全部6个自由度位置进行测量及定位，如图1所示。

零位传感器在使用前必须首先被标定并锁紧，然而，零位传感器自身只具备锁紧而无调节功能，因此，零位传感器只有调节到位后才能对其锁紧。通常零位传感器要求调节精度达到0.001mm，但是目前一般的调节机构的精度不够，如专利号为200820093717.5的中国专利公开了一种调节机构，其结构为普通的长圆孔配合锁紧螺栓结构，测量方法为人工感觉及目视测量。由于仅凭人工感觉所能达到的精度一般最高只能到0.1mm，调节偏差较大。如果采用长圆孔配合锁紧螺栓结构的定位方式，零位传感器在锁紧过程中的定位偏差会更大。

现有技术的零位传感器在调节过程中无读数显示，如专利号为200820055335.3的中国专利公开的及相似的绝大部分调节机构仅用于一次性的调节锁紧，且无读数显示。因此，当第一个零位传感器调节到位后，下一个零位传感器开始调节时无法应用第一个零位传感器的调节结果进行大略定位，仅能凭个人经验与判断重新进行调节。由于仅凭人工感觉所能达到的精度一般最高只能到0.1mm，而在零位传感器的应用场景中要求调节精度要达到0.001mm，当调节第二个零位传感器时，若采用0.001mm精度的精密螺纹微分装置，则精密螺纹微分装置至少要旋转100图才能补偿0.1mm的误差，操作非常不方便。且目前所知的多维调节结构都没有顾及调节一个自由度时对另一自由度的耦合影响，而这种影响在光刻机零位传感器这种高精度应用场景下是不能忽略的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够准确调节定位的零位传感器的调节定位装置。

本发明的另一目的在于提供上述零位传感器的调节定位装置的调节定位方法。

一种零位传感器的调节定位装置，包括底座，所述底座包括凸台；XY位移平台，所述XY位移平台包括底层、顶层以及贯穿所述底层、顶层的通孔，所述XY位移平台的底层固定于所述底座；转接板，所述转接板包括通孔，所述转接板的一侧固定于所述XY位移平台的顶层，所述转接板的另一侧与所述零位传感器的基座固定连接；所述凸台依次穿过所述XY位移平台的通孔和所述转接板的通孔，与所述零位传感器的调节板固定连接；所述零位传感器的调节板和基座之间的位移随所述XY位移平台的底层和顶层之间的位移而调整。

本发明调节定位装置优选的一种技术方案，所述XY位移平台还包括微分头，通过调节所述微分头调节所述XY位移平台的底层和顶层之间的位移。

本发明调节定位装置优选的一种技术方案，所述零位传感器的基座与所述转接板通过定位销和弹簧柱塞固定连接。

本发明调节定位装置优选的一种技术方案，所述转接板与所述XY位移平台的顶层通过螺纹定位销固定连接。

本发明调节定位装置优选的一种技术方案，所述零位传感器的调节定位装置还包括参考镜架和参考镜架调节座，所述参考镜架通过所述参考镜架调节座固定于所述底座的顶面。

本发明调节定位装置优选的一种技术方案，所述零位传感器的调节定位装置还包括用于支撑所述底座的支架，所述支架的底角处设置有调平螺丝，用于对所述支架进行概略调平。

本发明调节定位装置优选的一种技术方案，所述底座的凸台包括旋紧扳手，所述旋紧扳手用于锁紧所述零位传感器的调节板与所述底座的凸台。

本发明调节定位装置优选的一种技术方案，所述零位传感器的调节板通过弹性销配合插销的方式与所述底座的凸台固定连接。

本发明调节定位装置优选的一种技术方案，所述零位传感器的调节板包括弹性销孔，所述弹性销设置于所述底座的凸台，所述弹性销穿过所述弹性销孔，所述插销插入所述弹性销，所述弹性销与所述弹性销孔过盈配合。

上述调节定位装置的调节定位方法，包括如下步骤：将所述底座的凸台贯穿所述XY位移平台的通孔和所述转接板的通孔，所述凸台包括弹性销孔；将所述转接板固定于所述XY位移平台的顶层，所述转接板包括定位销孔；提供所述XY位移平台的定位块，所述定位块包括用于与所述转接板的定位销孔对准的第一定位孔和用于与所述凸台的弹性销孔对准的第二定位孔，将所述定位块放置于所述凸台的上表面且第二定位孔与所述弹性销孔对准；将所述第一定位孔与所述转接板的定位销孔对准，在所述定位销孔内插入定位销，确定所述XY位移平台与所述底座的相对位置。

与现有技术相比，本发明的零位传感器的调节定位装置具有零位传感器激光准直镜与PSD之间相互位置确定与调节的双重功能。由于采用了XY向二维滑动台作为调节元件，其XY向垂直度较好，减小了一个自由度调节时对另一自由度精度造成的影响，能够适用于高精密度零位传感器的调整和定位。

附图说明

图1是现有技术的零位传感器测量组的示意图。

图2是本发明的零位传感器的调节定位装置的整体结构示意图。

图3是本发明的零位传感器的调节定位装置的剖面结构示意图。

图4是本发明的零位传感器的调节定位装置的底座的结构示意图。

图5到图7是本发明的零位传感器的调节定位装置与零位传感器的固定连接后的结构示意图。

图8是本发明的零位传感器的调节定位装置设置XY位移平台定位块的结构示意图。

具体实施方式

本发明的零位传感器的调节定位装置的作用就在于事先标定零位传感器的基座与调节板的位置并锁紧固定。为了达到上述目的，本发明的零位传感器的调节定位装置将零位传感器的基座与XY位移平台的顶层固定连接，将零位传感器的调节板与底座上的凸台固定连接，XY位移平台的底层与底座固定，所述零位传感器的调节板和基座之间的位移随所述XY位移平台的底层和顶层之间的位移而调整，从而完成所述零位传感器的调节定位。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

请参阅图2、图3，其中，图2是本发明的零位传感器的调节定位装置的整体结构示意图，图3是本发明的零位传感器的调节定位装置的剖面结构示意图。所述零位传感器的调节定位装置包括支架11、固定于所述支架11顶部的底座12、XY位移平台13、转接板14以及参考镜架15。所述支架11、底座12、参考镜架15形成一精密基座，所述精密基座用于确定零位传感器及角锥棱镜的相互位置以及提供给它们安装接口。优选的，所述支架11是由铝型材组成的一个立方框架结构，用于支撑所述底座12。所述支架11底面四角各有一个调平螺丝101，对整个支架11进行概略调平。对于所述零位传感器的调节定位装置的调平问题，由于采用了有底部调平装置的支架11进行调平，调平过程稳固且操作方便。

所述底座12采用螺栓的方式固定在所述支架11的顶部。所述参考镜架15固定于所述底座12的顶面，所述参考镜架15用于固定角锥棱镜。优选的，所述参考镜架15设置有一定的倾斜角度，因此，调节定位时，角锥棱镜的轴线与零位传感器的位移平面并非垂直而是呈一定夹角，有利于精确定位角锥棱镜相对零位传感器的调节定位装置的倾角。优选的，所述参考镜架15通过三个参考镜架调节座151以三点定位的方式固定在所述底座12的顶面上。镜架调节座151与所述支架11之间设置有调节垫片，通过修磨调节垫片对所述参考镜架15在所述支座11上的位置进行精密调节。

请一并参阅图4，图4是本发明的零位传感器的调节定位装置的底座的结构示意图。所述底座12采用螺栓的方式固定在所述支架11的顶部，所述底座12顶面中央位置处设置有凸台121，用于凸出所述XY位移平台13并提供零位传感器的调节板的安装接口。具体的，所述底座12的凸台121上设置有两个弹性销122的定位孔和两个旋紧扳手123的通过孔，弹性销122和旋紧扳手123安装在所述凸台121上。所述零位传感器的调节板通过弹性销122配合插销的方式与所述底座12的凸台121固定连接。所述旋紧扳手123用于锁紧所述零位传感器的调节板与所述底座12的凸台121之间的位置。

具体的，将所述凸台121的顶面与零位传感器的调节板的滑块贴合，从而确定垂直方向的定位。对于水平向的定位，要求定位可靠且无间隙，因此，所述弹性销122的中间开有一插销孔，所述弹性销122具有与轴线平行方向的狭缝，当插销插入所述弹性销122的插销孔后，所述弹性销122的上端分开，从而使所述弹性销122的开口胀开，进而使得所述弹性销122的上端与零位传感器调节板上的弹性销孔的配合从间隙配合变为过盈配合，达到了消隙的目的。由于所述零位传感器调节板的定位，采用了两根弹性销为定位元件，消除了孔轴间隙对调节精度的影响，提高了定位精度。由于零位传感器的调节板上固定激光准直镜，因此，当零位传感器的调节板固定到凸台121上后，激光准直镜、底座12、XY位移平台13的底层121在工作状态下固定为一体。

所述XY位移平台13包括底层131、顶层132、微分头133以及贯穿所述底层131、顶层132的通孔134。所述XY位移平台13为位移元件，所述XY位移平台13的底层131和顶层132之间可以在水平面一定范围内产生水平平行的位移，其位移值大小可由所述微分头133调节并读出。由于采用了XY向二维滑动台作为调节元件，其XY向垂直度较好，减小了一个自由度调节时对另一自由度精度造成的影响，优选的，所述微分头133为高精度微分头，所述微分头的螺纹间距为0.001mm，由于以高精度微分头133为位移移动与测量工具，可在调节过程中直接读数，满足高精度调节需要。优选的，所述通孔134为位于所述XY位移平台13中央位置的圆形通孔，所述XY位移平台13的通孔134的直径稍大于所述凸台121的尺寸。所述凸台121从所述XY位移平台13的通孔134中凸出。

由于需要将零位传感器的基座安装固定到所述XY位移平台13的顶层132上，但是所述XY位移平台13的顶层132只设置有一系列标准螺孔，不能与零位传感器的基座相匹配，并且由于调节过程对零位传感器基座的定位精度要求较高，而螺孔仅能起固定作用而不能作精确定位。为了达到零位传感器的基座在所述XY位移平台13的顶层132上精确定位的目的，本发明的零位传感器的调节定位装置包括转接板14。所述转接板14包括用于通过所述凸台121的通孔，所述转接板14的底面与所述XY位移平台13的顶层132的顶面贴合，且包括两个定位销孔141，所述定位销孔141与所述XY位移平台13的顶层132上的安装螺孔对应，所述转接板14通过螺纹定位销与所述XY位移平台13的顶层132固定连接。优选的，所述转接板14为“回”字形结构。

对于所述转接板14与零位传感器17的基座的安装定位，在与零位传感器17基座的三个安装平台171对应的位置处，所述转接板14设置有三个凸块142，所述凸块142与零位传感器基座的三个安装平台171贴合，从而实现垂直方向的定位。对于水平方向的定位，所述转接板14包括另外三个定位销孔143，所述零位传感器的基座通过三个定位销144配合基座上的两个基准面的方式，将零位传感器的基座固定连接在所述XY位移平台13的顶层132上。对于所述零位传感器基座的定位，由于采用了三根定位销144对基座进行三点定位，两方向弹性柱塞145压紧的方式(为了清楚显示各元件之间的位置关系，图6中仅示出了一个弹性柱塞145)，结构简单，精度高且定位可靠。当零位传感器固定到调节定位装置后，零位传感器与调节定位装置的位置关系如图5到图7所示。

由于零位传感器的基座上固定PSD，当XY位移平台13的顶层132通过转接板14与零位传感器的基座固定在一起后，零位传感器的PSD、XY位移平台13的顶层132在工作状态下固定为一体。这样，当所述XY位移平台13的底层131、顶层132按照微分头133的调节产生相对位移时，零位传感器的基座与调节板也就产生了同样的位移，从而达到了调节零位传感器的激光准直镜与PSD相对位置的目的。

在所述零位传感器的调节定位过程中，由于XY位移平台13的中央通孔的直径只比底座12的中央凸台121的尺寸稍大，因此，为达到需要的调节范围，必须对XY位移平台13与精密基座的位置进行定位，以使底座12的中央凸台121处于XY位移平台13的通孔的中央位置。为此，本发明的零位传感器的调节定位装置还包括XY位移平台定位块16，如图8所示。所述XY位移平台定位块16上设置有多个定位孔，部分定位孔161对应所述底座12的凸台121上的弹性销孔，另一部分定位孔162对应所述转接板14上的零位传感器基座的定位销孔143。具体的，所述XY位移平台定位块16设置有5个定位孔，中间两个大孔161对应所述底座12的凸台121上的两个弹性销孔，另外三个小孔162对应所述转接板14上的零位传感器基座的三个定位销孔143。

所述XY位移平台13与精密基座的调节定位方法包括如下步骤：

将所述底座12的凸台121依次穿过所述XY位移平台13的通孔和所述转接板14的通孔；

将所述转接板14固定于所述XY位移平台13的顶层132；

将所述XY位移平台定位块16放在所述底座12的凸台121的顶面，将所述XY位移平台定位块16上的大孔与所述凸台121上的两弹性销孔对准。然后把转接板14的三个零位传感器基座定位销孔对准XY位移平台定位块16上的三个定位销孔，随后在孔内插入定位销，于是放在底座12上的XY位移平台13就被定位了与底座12的相对位置，即定位了与精密基座的相对位置。随后将XY位移平台定位块16卸掉，以螺栓固定于支架11侧面以防丢失。

与现有技术相比，本发明的零位传感器的调节定位装置具有零位传感器激光准直镜与PSD之间相互位置确定与调节的双重功能。由于采用了XY向二维滑动台作为调节元件，其XY向垂直度较好，减小了一个自由度调节时对另一自由度精度造成的影响，能够适用于高精密度零位传感器的调整和定位。

在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明并不限于在说明书中所述的具体实施例。

Claims (10)

1.一种零位传感器的调节定位装置，其特征在于，包括

底座，所述底座包括凸台；

XY位移平台，所述XY位移平台包括底层、顶层以及贯穿所述底层、顶层的通孔，所述XY位移平台的底层固定于所述底座；

转接板，所述转接板包括通孔，所述转接板的一侧固定于所述XY位移平台的顶层，所述转接板的另一侧与所述零位传感器的基座固定连接；

所述凸台依次穿过所述XY位移平台的通孔和所述转接板的通孔，与所述零位传感器的调节板固定连接；

所述零位传感器的调节板和基座之间的位移随所述XY位移平台的底层和顶层之间的位移而调整。

2.如权利要求1所述的零位传感器的调节定位装置，其特征在于，所述XY位移平台还包括微分头，通过调节所述微分头调节所述XY位移平台的底层和顶层之间的位移。

3.如权利要求1所述的零位传感器的调节定位装置，其特征在于，所述零位传感器的基座与所述转接板通过定位销和弹簧柱塞固定连接。

4.如权利要求1所述的零位传感器的调节定位装置，其特征在于，所述转接板与所述XY位移平台的顶层通过螺纹定位销固定连接。

5.如权利要求1所述的零位传感器的调节定位装置，其特征在于，所述零位传感器的调节定位装置还包括参考镜架和参考镜架调节座，所述参考镜架通过所述参考镜架调节座固定于所述底座的顶面。

6.如权利要求1所述的零位传感器的调节定位装置，其特征在于，所述零位传感器的调节定位装置还包括用于支撑所述底座的支架，所述支架的底角处设置有调平螺丝，用于对所述支架进行概略调平。

7.如权利要求1所述的零位传感器的调节定位装置，其特征在于，所述底座的凸台包括旋紧扳手，所述旋紧扳手用于锁紧所述零位传感器的调节板与所述底座的凸台。

8.如权利要求1到7中任意一项所述的零位传感器的调节定位装置，其特征在于，所述零位传感器的调节板通过弹性销配合插销的方式与所述底座的凸台固定连接。

9.如权利要求8所述的零位传感器的调节定位装置，其特征在于，所述零位传感器的调节板包括弹性销孔，所述弹性销设置于所述底座的凸台，所述弹性销穿过所述弹性销孔，所述插销插入所述弹性销，所述弹性销与所述弹性销孔过盈配合。

10.如权利要求1所述的零位传感器的调节定位装置的调节定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述底座的凸台贯穿所述XY位移平台的通孔和所述转接板的通孔，所述凸台包括弹性销孔；

将所述转接板固定于所述XY位移平台的顶层，所述转接板包括定位销孔；

提供所述XY位移平台的定位块，所述定位块包括用于与所述转接板的定位销孔对准的第一定位孔和用于与所述凸台的弹性销孔对准的第二定位孔，将所述定位块放置于所述凸台的上表面且第二定位孔与所述弹性销孔对准；

将所述第一定位孔与所述转接板的定位销孔对准，在所述定位销孔内插入定位销，确定所述XY位移平台与所述底座的相对位置。

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