CN103185548B - 测量半导体机台的平台性能参数的辅助装置及方法 - Google Patents

Abstract

现有的测量半导体机台的平台性能参数的技术中，需要事先尝试确定平台运动到给定位置后的停留时间和测量设备的触发时间，或者在平台运动到给定位置后需要人工干预启动测量，本发明提出了测量半导体机台的平台性能参数的辅助装置及方法，该辅助装置包括：传感器，用于在平台被驱动至给定位置后，测量指示平台的运动状态的信号；处理器，用于根据信号判断平台是否已经稳定，在判断稳定后控制触发器产生触发信号；以及，触发器，用于向指示一平台性能参数的测量设备产生触发信号，指示该测量设备开始测量。本发明能自动地判断平台稳定，无需事先实验出停留时间和触发时间，也不需人工干预，同时保证了测量的准确性和快速性，实现了自动化测量。

Description

测量半导体机台的平台性能参数的辅助装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及半导体机台的平台性能参数的测量技术。

背景技术

精密运动平台是光学检测加工和半导体制造行业许多重要设备的核心子系统，它在运动过程中，有可能产生轴方向、横向、纵向、纵摇(pitch)方向、偏转(yaw)方向、横摇(roll)方向这六个自由度方向的位置偏差，在机械设计、采购验货、故障维修时，常常需要测量这些位置偏差，以保证平台在很高的速度和加速度下达到纳米级定位精度。

目前测量上述偏差的常用设备是激光干涉仪，它利用激光作为长度基准，是一种对位置精度(定位精度、重复定位精度等)、几何精度(平面度、直线度等)进行精密测量的精密测量仪器。其测量原理是：激光经半反射镜，将光束一分为二，一束射向一个固定反射镜形成参考路径，一束射向可移动的反射镜形成测量路径。两反射镜所反射的光，回到半反射镜内重新会合，合并成一道光束并产生干涉条纹射至光电传感器，传感器感测出这些条纹的明暗变化，经后级信号处理电路加以处理，即可算出移动反射镜所移动的距离。

借助激光干涉仪，现有测量运动平台定位精度和重复性的方法为：运动控制卡发送控制信号给驱动系统，电机驱动平台运动至设定位置，停留一段时间。在此时间内，激光干涉仪根据预先设定的触发停留时间和位置误差带检测到平台到达目标位置后，自动记录平台的实际位置值。停留时间结束后，平台运动到下一个目标位置点，重复以上记录过程，直至完成所有设定位置点，得到平台的定位精度和重复性结果(经激光干涉仪软件处理)。测量过程需要确定两个重要时间参数，即平台停留时间和激光干涉仪触发停留时间。平台停留时间设置太短，会导致激光干涉仪无法及时记录位置值，测试失败；触发停留时间过短，会在平台尚未稳定到达预定位置时记录位置值，影响测量结果的准确性。因此，上述两个时间长度一般需要多次尝试确定，降低了测量效率和准确性，而且如果平台运动速度或两个测量点之间距离改变，时间长度需要重新确定。

与定位精度和重复性测量不同，运动平台平面度、直线度等参数测量方法为：控制卡控制驱动系统驱动电机运动，当平台到达设定位置时，必须手动操作激光干涉仪软件记录位置值，因此，需要投入人力，而且由于引入人为判断因素，现有方法暴露出测量结果不准确、费时、低效率等缺点。

发明内容

为了解决现有技术需要事先尝试确定停留时间和触发时间，或者需要人工干预的技术问题，提出一种自动的测量半导体机台的平台性能参数的技术将是十分有利的。

根据本发明的第一个方面，提供了一种用于测量半导体机台的平台性能参数的辅助装置，所述平台能够被驱动以运动，其特征在于，包括：

-传感器，用于在所述平台被驱动至给定位置后，测量指示所述平台的运动状态的信号；

-处理器，用于根据所述信号判断所述平台是否已经稳定，在判断稳定后控制触发器产生触发信号；以及

-触发器，用于向指示一平台性能参数的测量设备产生触发信号，该触发信号指示该测量设备开始测量所述平台的性能参数。

根据该方面，能够自动地判断平台稳定，并且在稳定后自动地触发测量设备开始测量，无需事先实验出停留时间和触发时间，也不需要人工干预，同时保证了测量的准确性和快速性，实现了自动化的测量。

根据一个优选的实施方式，所述传感器包括：

-位置传感器，用于产生与所述平台的实际位置有关的位置信号；

所述处理器用于以下至少任一项：

-计算所述位置信号与一定位置的差异，在所述差异保持在预定范围内时，判断所述平台稳定；

-确定所述位置信号是否保持在一定范围内，当保持时判断所述平台稳定。

根据一个优选的实施方式，所述位置传感器安装于所述平台，其中，包括如下任一情况：

所述位置传感器安装于所述平台的驱动机构，用于测量所述驱动机构在行程内的位置；

所述位置传感器安装于所述平台的运动体，用于测量所述平台的运动体的位置。

本实施方式提供了判断该平台是否稳定的一种具体实施方式，使用位置传感器来判断该平台是否稳定的实施方式，能够比较准确的进行判断。

根据一个优选的实施方式，所述传感器包括：

-激光干涉仪系统，用于照射设置于所述平台的运动体上的反光镜，并测量所述反光镜提供的光学信号；和/或，

所述处理器用于确定所述光学信号是否保持在一定范围内，当保持时判断所述平台稳定。

本实施方式提供了判断该平台是否稳定的另一种具体实施方式，使用激光干涉仪系统所采集的光学信号来判断，由于光学信号的分辨率较高，因此能够比较准确的进行判断。

根据一个优选的实施方式，所述测量设备包括激光干涉仪系统。

根据一个优选的实施方式，所述处理器和触发器被实现在半导体机台的平台控制系统的控制卡中；和/或，

该辅助装置还包括：

-接口装置，与所述触发器相连，用于连接到所述测量设备，将所述触发信号转换为所述测量设备能够识别的格式，并且隔离所述辅助装置和所述测量设备。

本实施方式给出了将本发明实现在实际的半导体机台中的实施方式，对实际的半导体机台不需要做出大的改变，具有很好的兼容性。

相应地，在本发明的第二个方面，提供了一种用于测量半导体机台的平台性能参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

i.驱动所述平台移动；

ii.驱动所述平台至给定位置后，检测指示所述平台的运动状态的信号；

iii.根据该信号判断所述平台是否已经稳定；以及

iv.在判断所述平台稳定后，测量所述平台的性能参数。

附图说明

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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1是根据本发明的一个实施方式实现在半导体机台中的示意图；

图2是根据本发明的一个实施方式的变化例实现在半导体机台中的示意图；

图3是根据本发明的一个实施方式的方法的流程图；

图4是根据本发明的另一个实施方式实现在半导体机台中的示意图。

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。

图1和图2示出了半导体机台，该机台带有根据本发明的实施方式的用于测量的平台性能参数的系统。

如图所示，整个运动系统一般包括下面几个部件：控制卡、驱动器、驱动机构(包括电机)以及放置于运动机构上的运动体组成。控制卡与驱动器相连，驱动器与驱动机构相连，驱动机构连接到平台运动体。控制卡提供的控制信号经驱动器转换为电机的驱动信号后，驱动平台运动体实现X、Y、Z和Theta四个方向的运动。

本实施方式中，测量半导体机台的平台性能参数的辅助装置基本地包括：

-传感器，用于在平台被驱动至给定位置后，测量指示平台的运动状态的信号；

-处理器，用于根据信号判断所述平台是否已经稳定，在判断稳定后控制触发器产生触发信号；

-触发器，用于向指示一平台性能参数的测量设备产生触发信号，该触发信号指示该测量设备开始测量平台的性能参数。

用于测量半导体机台的平台性能参数的方法包括如下步骤：

i.驱动所述平台移动；

ii.驱动所述平台至给定位置后，检测指示所述平台的运动状态的信号；

iii.根据该信号判断所述平台是否已经稳定；以及

iv.在判断所述平台稳定后，测量所述平台的性能参数。

下面将通过两个实施方式及其变化来对本发明进行详述。

第一实施方式

在第一实施方式中，使用位置传感器提供的位置信号来判断平台是否稳定。下面将详述这个实施方式。

首先，如图3所示，控制卡发出的控制信号经驱动器机构放大后提供给驱动机构，驱动平台运动体按照设置的速度、加速度等运动参数进行点到点运动。可以理解，针对测量不同的平台性能参数，驱动平台移动的方式不同。例如，控制卡控制驱动机构在行程范围内移动一定距离，从而将平台移动到预定位置。

在驱动平台至预定位置后，检测指示平台的运动状态的信号。在一个实施方式中，在图1和图2所示，传感器是位置传感器，它检测与平台的实际位置有关的位置信号。在一种情况中，如图1所示，位置传感器安装于平台的运动体，用于测量平台运动体所在的位置。在另一种情况中，如图2所示，该位置传感器能够安装于驱动机构，用于测量驱动机构在其行程范围内的位置，该位置与平台运动体所在位置有关。

在测量得到位置信号后，根据该信号判断平台是否已经稳定。在一个实施方式中，由与传感器相连的处理器根据该信号判断平台是否已经稳定。

在一种情况下，如图1所示，位置传感器测量的是平台运动体所在的位置，则处理器计算该实际位置与该平台需要被驱动到的期望位置的差异，在差异保持在预定范围内时，判断平台稳定。例如，当平台运动体被驱动至期望位置时，可能在该位置左右晃动，当晃动的范围持续减小至一定程度，即该实际位置与该给定位置的差异保持在预定范围内时，从测量设备的精度上可以认为该平台已经稳定。这一范围的大小可以预先确定。

在另一种情况下，如图2所示，位置传感器测量的是测量驱动机构在其行程范围内的位置，由于平台运动体与驱动机构相连，所以驱动机构本身的稳定性可以反映出平台运动体的稳定性。因此，处理器计算驱动机构的实际位置与驱动装置的期望位置之间差异，在差异保持在预定范围内时，判断平台稳定。

如果处理器判断该差异仍预定范围外，证明运动平台还没有稳定下来，则传感器继续测量，处理器继续判断，直至该差异处于预定范围之内。

在一个变化的实施方式中，不需要考虑期望位置，而仅考虑位置信号本身的变化情况来判断运动平台是否稳定。例如，位置信号在越来越小的范围内左右波动，即保持在一定范围内，可以认为该平台已经稳定。这一范围的大小可以预先确定。

在判断该平台已经稳定后，处理器控制触发器向指示一平台性能参数的测量设备产生触发信号，该触发信号指示该测量设备开始测量、计算平台的性能参数。

如图1和图2所示，处理器和触发器可以实现在控制卡中。在一个实施方式中，可以对控制卡进行编程，将这两个器件的功能加入；在另一个实施方式中，可以将硬件形式的这两个器件植入到控制卡之中。

出于触发信号格式转换以及电路隔离的目的，本发明的实施方式在触发器和测量设备之间，还可以进一步包括一个接口装置，用于将触发信号转换为测量设备能够识别的格式，并且隔离本辅助装置和测量设备。

例如，测量设备默认为高电平，下降沿触发。则平台尚未稳定前，接口装置输出为高电平，测量设备无触发信号输入，没有操作；平台稳定后，接口装置的输出由高变低，并且保持信号低电平例如大于2μs，使测量设备识别到该触发，并开始测量。

在一个优选的实施方式中，测量设备包括激光干涉仪系统，它包括一个通常实现在PC中的激光干涉仪测量模块，激光头，以及安装在平台运动体上的激光干涉仪的反射镜。该放射镜与平台一起做点到点运动。激光头发出的光线经干涉镜后照射到反射镜上，经反射镜反射后的反射光再次经过干涉镜由激光头所接收，光学信号由激光干涉仪测量模块所收集并计算，以获得实时准确反馈运动机构的位置值，实现位置测量。使用激光干涉仪测量半导体机台的平台性能参数的方法本身是本领域的技术人员所熟知的，本发明在此不再赘述。

使用激光干涉仪软件及其提供的API(应用程序接口)、DLL(动态链接库)可方便地实现以下功能：激光干涉仪测量模块的输入接口接收到接口装置输出的下降沿触发信号后，启动激光干涉仪并记录读数，之后进行计算。

第二实施方式

在另一个变化的实施方式中，并不使用位置传感器提供位置信号来判断平台是否稳定，而是使用分辨能力更强的光学信号。下面将对这个实施方式进行详述，重点描述的是与以上第一实施方式的区别。

与以上实施方式类似的，首先，驱动平台至给定位置。

而后，如图4所示，激光干涉仪测量模块可以控制激光干涉仪开始运作，发出的光线经干涉镜后照射到反射镜上，经反射镜反射后的反射光再次经过干涉镜由干涉仪所接收，光学信号由激光干涉仪控制系统所收集。

由于平台是否稳定直接影响了该光学信号是否稳定，所以与激光干涉仪测量模块相连的PC组件中的处理器能够确定光学信号在越来越小的范围内左右波动，即保持在一定范围内，可以认为该平台已经稳定。这一范围的大小可以预先确定。

当判断平台仍未稳定时，激光干涉仪继续测量，处理器继续判断，直至该光学信号稳定。

在判断该平台已经稳定后，处理器控制触发器向激光干涉仪产生触发信号，该触发信号指示该激光干涉仪系统开始测量、计算平台的性能参数。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明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发明所附的权利要求的保护范围。例如，以上的位置传感器或光学传感器可以被耦接于平台运动体的速度传感器所代替，当速度传感器指示的平台运动体的运动速度保持低于一定速度时，能够判断该运动平台已经稳定，并开始测量。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (3)

1.一种用于测量半导体机台的平台性能参数的辅助装置，所述平台能够被驱动以运动，其特征在于，包括：

-传感器，用于在所述平台被驱动至给定位置后，测量指示所述平台的运动状态的信号，其中所述传感器包括位置传感器，其用于产生与所述平台的实际位置有关的位置信号，并且其中，所述位置传感器安装于所述平台的驱动机构，用于测量所述驱动机构在行程内的位置，或所述位置传感器安装于所述平台的运动体，用于测量所述平台的运动体的位置；

-处理器，用于根据所述信号判断所述平台是否已经稳定，在判断稳定后控制触发器产生触发信号，其中所述处理器用于：

当所述位置传感器安装于所述平台的驱动机构时，计算所测量的驱动机构的位置与所述驱动机构的期望位置之间的差异，并且当该差异保持在第一预定范围内时，判断所述平台稳定；

当所述位置传感器安装于所述平台的运动体时，计算所测量的平台的运动体的位置与所述平台的运动体的给定位置之间的差异，并且当该差异保持在第二预定范围内时，判断所述平台稳定；或

当所述位置信号在第三预定范围内波动时判断所述平台稳定；以及

-触发器，用于向用于测量平台性能参数的测量设备产生触发信号，该触发信号指示该测量设备开始测量所述平台的平台性能参数。

2.根据权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，所述处理器和触发器被实现在半导体机台的平台控制系统的控制卡中；

该辅助装置还包括：

-接口装置，与所述触发器相连，用于连接到所述测量设备，将所述触发信号转换为所述测量设备能够识别的格式，并且隔离所述辅助装置和所述测量设备；

所述测量设备包括激光干涉仪系统。

3.根据权利要求1或2所述的辅助装置，其特征在于，所述传感器还包括：

-激光干涉仪系统，用于照射设置于所述平台的运动体上的反光镜，并测量所述反光镜提供的光学信号；并且

所述处理器还用于确定所述光学信号是否保持在一定范围内，当保持时判断所述平台稳定。