TW201502394A - 用於測量平台之混合震動隔離系統 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示測量工具，其包括主動震動隔離器件及被動震動隔離器件兩者。測量工具可包括組合在該測量工具之不同支撐結構中以阻尼及減少一廣泛頻率及強度範圍中之震動之被動震動隔離系統或主動隔離系統，諸如拘束層阻尼器、顆粒衝擊阻尼器或液體衝擊阻尼器及/或消音轉換器。可應用頻率範圍之頻譜分析及最佳化以根據提供之原理判定特定工具組態。

Description

用於測量平台之混合震動隔離系統
本發明係關於震動阻尼系統之領域，且更特定言之，係關於在測量工具中之震動阻尼。
美國專利第7,502,103號(其全部以引用之方式併入本文中)教示藉由實施一移動配衡質量之方法而阻尼台震動。在進展之測量技術下，此方法變得較不符合成本效益且需要增大空間來適應該移動質量。
本發明之一個態樣提供包括主動震動隔離器件及被動震動隔離器件兩者之一測量工具。
本發明之此等、額外及/或其他態樣及/或優點係：在下列詳細描述中闡述；可自詳細描述推論；及/或可藉由本發明之實踐而學習。
90‧‧‧光學件
95‧‧‧台
100‧‧‧測量工具
105‧‧‧光學件支撐結構
110‧‧‧工具底座台
120‧‧‧隔離系統
130‧‧‧工具工作台支架
135‧‧‧工具工作台
140‧‧‧台座
150‧‧‧地板
155‧‧‧聲波表層
157‧‧‧晶圓卡盤
160‧‧‧拘束層阻尼系統
161‧‧‧拘束層
163‧‧‧黏合劑
165‧‧‧阻尼層
169‧‧‧拘束層
170‧‧‧顆粒阻尼器
171‧‧‧外殼
172‧‧‧支撐底座
173‧‧‧壁
174‧‧‧顆粒
175‧‧‧封殼
177‧‧‧封罩
179‧‧‧蓋
180‧‧‧消音轉換器
181‧‧‧輸入聲波
184‧‧‧偵測器
185‧‧‧產生器
188‧‧‧具有反極性之一相同聲波
189‧‧‧聲波
200‧‧‧方法
210‧‧‧階段
212‧‧‧階段
214‧‧‧階段
220‧‧‧階段
225‧‧‧階段
227‧‧‧階段
230‧‧‧階段
235‧‧‧階段
236‧‧‧階段
238‧‧‧階段
240‧‧‧階段
245‧‧‧階段
247‧‧‧階段
248‧‧‧階段
250‧‧‧階段
252‧‧‧階段
254‧‧‧階段
260‧‧‧階段
為更佳地理解本發明之實施例且展示如何實行該等實施例，現在(純粹藉由實例之方式)參考附圖，其中類似數字自始至終指示對應元件或區段。
在附圖中：圖1根據本發明之一些實施例，係一測量工具佈局之一高階示意性圖解說明。
圖2A及圖2B根據本發明之一些實施例，係一拘束層阻尼系統之高階示意性圖解說明。
圖3根據本發明之一些實施例，係一顆粒阻尼器之一高階示意性圖解說明。
圖4根據本發明之一些實施例，係一消音轉換器之操作原理之一高階示意性圖解說明。
圖5根據本發明之一些實施例，係圖解說明一方法之一高階流程圖。
現在詳細地特定參考圖式，應強調展示之特點係藉由實例之方式且僅為示例性討論本發明之較佳實施例之目的，且為提供咸信為本發明之原理及概念態樣之最有用且最易理解之描述呈現該等特點。就此而言，並不試圖比基本理解本發明所需要的更詳細地展示本發明之結構細節，該描述以及圖式使熟習此項技術者明白如何實際實施本發明之若干形式。
在詳細解釋本發明之至少一個實施例前，應理解在本發明之應用中，本發明並不限制於在下列描述中闡述或在圖式中圖解說明之建構細節及組件配置。本發明可應用於其他實施例或以各種方式實踐或施行。同樣地，應理解本文採用之用語及術語係為描述之目的且不應被視為限制。
提供測量工具，其包括主動震動隔離器件及被動震動隔離器件兩者。測量工具可包括在該測量工具之不同支撐結構中組合以阻尼及減少一廣泛頻率及強度範圍中之震動之被動隔離系統，諸如拘束層阻尼器、顆粒衝擊阻尼器或液體衝擊阻尼器及/或消音轉換器。可應用頻率範圍之頻譜分析及最佳化以根據提供之原理判定特定工具組態。
呈現之工具及方法將工具與周圍噪音及/或震動隔離且減少工具 對其等周圍之衝擊。隔離系統可經設計及經最佳化以將最敏感之設備(如掃描器)與測量工具隔離，同時保持測量工具與環境隔離。本發明揭示主動震動阻尼機構及被動震動阻尼機構之最佳化組合，該等機構經設計以符合成本效益之方式面對在測量工具中之一增大移動質量之挑戰。根據相對於特定應用之各自頻率範圍調適許多不同技術。本發明之某些實施例提供測量工具之隔離解決方案，其既將測量系統與環境隔離且又將環境與測量系統隔離。解決方案以一符合成本效益且可擴充之方式提供震動隔離及震動能量耗散。
圖1根據本發明之一些實施例，係一測量工具佈局100之一高階示意性圖解說明。工具100包括光學件90、台95、晶圓卡盤157、光學件支撐結構105、一工具底座台110(例如，包含卡盤及晶圓台之一光學件工作台)、一隔離系統120、一工具工作台135、工具工作台支架130及一台座140(或地板150)。
雖然目前之測量工具一般使用主動隔離系統或被動隔離系統120，但測量工具100組合主動隔離系統及被動隔離系統120以及在工具工作台支架130及在台座140(或在地板150)中之被動隔離元件。
圖2A及2B根據本發明之一些實施例，係一拘束層阻尼系統160之高階示意性圖解說明。系統160包括(例如，藉由黏合劑163)附接至拘束層161、169之一阻尼層165。圖2A示意性圖解說明在未施加力的情況下之靜止中之系統160，而圖2B示意性圖解說明在施加水平剪力下之系統160。阻尼層165操作以緩和剪力對拘束層161、169之效應。由於阻尼層165之剪力變形及材料在由拘束層169施加之彎曲應力下產生之延伸及壓縮，故能量被耗散。
拘束層阻尼構件160可包括一結構材料中之(若干)嵌入式黏彈性層165。黏彈性層165之剪力變形為支撐結構之自然頻率提供能量耗散及有效阻尼。
圖3根據本發明之一些實施例，係一顆粒阻尼器170之一高階示意性圖解說明。阻尼器170包括在由壁173、底座172及封罩177拘束之一封殼175內之顆粒174(其等係封圍於外殼171、支撐底座172及壁173內)及覆蓋外殼171且經組態以將施加力傳遞至封罩177上之一蓋179。在阻尼器170中之震動能量(例如源自為光學件支撐結構105之部分之台移動或地板150之震動)經傳遞至粒狀材料174中且在其內耗散。不受理論之束縛，顆粒衝擊阻尼器170透過顆粒174在壁173、底座172及封罩177所界定封殼內之運動而引起之摩擦及顆粒174自身之變形來耗散能量。在工具100之測量平台支撐結構105或其他零件內部之一些容積可部分用顆粒174(諸如砂、陶瓷、塑膠或金屬珠，或以上之任何混合物/組合)充填。
在某些實施例中，粒狀材料174可由一黏性液體替換來提供一基於液體之阻尼器170。阻尼器170係一符合成本效益之方式以耗散跨越一廣闊之頻率及溫度範圍之能量。阻尼器170提供台產生之衝擊之阻尼及高g負載吸收。顆粒衝擊阻尼器170可經設計以抑制(阻尼)隔離系統120、結構105及/或工具100或其零件之自然頻率(類似於一調諧質量阻尼器TMD之作用)。顆粒衝擊阻尼器170可經設計以抑制(阻尼)存在於工具100中之若干自然頻率(且因此充當許多TMD)。
被動隔離系統120可經組態以包括剪力層拘束層阻尼元件160(圖2)及/或顆粒阻尼器170或黏性液體阻尼器(圖3)。如光學件支撐結構105、工具底座台110、工具工作台135、工具支腳130及校平器及台座140之任何支撐結構可包括剪力層阻尼元件160及/或嵌入於各自經特殊設計之腔中之顆粒阻尼器170或粘性液體阻尼器。
工具100可包括被動隔離系統120(諸如在支撐結構105中之拘束層阻尼160)與在支撐結構105中及/或在工具工作台135、支腳130或台座140(或地板150)中之顆粒衝擊阻尼器(或液體衝擊阻尼器)170之一組 合。此組合提供一廣泛動態範圍之震動阻尼及震動隔離系統之良好傳遞性。
顆粒衝擊阻尼器170或液體衝擊阻尼器170可經配置以吸收或耗散台衝擊能量之一部分來減少必須由被動隔離系統120(包括例如，拘束層阻尼元件160)處理之能量及/或轉移至環境之能量。
圖4根據本發明之一些實施例，係一消音轉換器180之操作原理之一高階示意性圖解說明。工具100可進一步包括消音轉換器180以減少一甚至更大範圍之機械頻率。消音轉換器180有效地消除任何起源(例如，空氣、地板、結構)之機械噪音(若機械噪音處於消音轉換器之頻譜響應範圍中)。
消音轉換器180經組態以偵測(經由一偵測器184)一輸入聲波181(噪音、震動或其他)且產生(經由一產生器185)具有反極性之一相同聲波188(具有一負號、反相、180度相差)。震動或噪音聲波181及感應(器件產生)聲波188彼此干擾且抵消而產生一零(或非常接近零)震動/噪音/聲波189。此技術局限於偵測器件184與負聲波器件之感應器185兩者之頻率及振幅響應。多個轉換器180可同步部署以產生更寬之頻率響應(例如，自多個源之干擾型樣可用於產生一更詳盡之消除型樣)。應注意聲波181及189在圖4描繪為純正弦波僅為簡單起見及圖解說明之目的，且以一非限制性方式描繪(因通常預期存在更複雜之輸入181及消除波189)。有利地，消音轉換器180使動態範圍變寬且改良震動隔離系統之傳遞性。
在一非限制性實例中，可考慮下列態樣。任何此等態樣可結合於或適應於特定條件。
具有低共振頻率之被動隔離可與台座140相關聯或設置於台座140頂部、下方或內部以減少工具100對環境之衝擊且將工具100與環境隔離。舉例而言，台座之被動隔離之工作頻率範圍可經選擇位於 0.5Hz至110Hz或150Hz之範圍內。舉例而言，被動隔離可為基於一負剛性效應的隔離。
工具工作台135經組態係剛硬且厚重，具有相對寬鬆之機械容限。黏彈性層(例如，剪力層拘束層阻尼元件160)可嵌入至工具工作台135中以阻尼相對高之頻率，例如在自50Hz直至1kHz之一範圍內。工具工作台135之質量可經組態以充當低通濾波器。
衝擊阻尼器170(基於顆粒或基於液體)可經設計以安置於工具工作台支架(「支腳」)130之內部空間內來替代(若干)調諧質量阻尼器(TMD)或與其組合。特別地，可相對於應被有效阻尼之少數特定共振頻率調諧嵌入之衝擊阻尼器170及/或TMD。在某些實施例中，衝擊阻尼器170可經組態以阻尼在一指定頻率範圍內之震動且額外TMD可經調諧至在指定頻率範圍內或外之某些特定頻率。指定頻率範圍可係相對高的且可向上延伸至幾個kHz(例如，1kHz至10kHz)。
隔離系統120可經設計為一主動隔離系統以包括機械、氣動及/或液壓彈簧及馬達以減少台95對工具100及其環境之衝擊，以及將台95及工具100與環境隔離。因此，隔離系統120可經設計以處理來自台95與地板150之任一者或兩者之震動。主動隔離系統120可經組態以處理在2-3Hz至100-150Hz之一範圍之震動頻率。
經設計係剛硬且厚重(例如，由花崗岩製成)之工具底座台110可包括併入衝擊阻尼器170(基於顆粒或基於液體)及/或TMD至其中之桌洞。此等桌洞可經組態以阻尼跨越指定頻率範圍及/或在特定共振頻率中之震動。頻率範圍可相對高且可向上延伸至幾個kHz(例如，1kHz至10kHz)。工具底座台110之塊體可經組態以充當低通濾波器。
經組態係剛硬且具有嚴謹機械容限之光學件支撐結構105可併入結構阻尼元件，諸如阻尼層及/或剪力層拘束層阻尼元件160及/或結構阻尼器件(如特徵為具有非常嚴謹機械容限及靜態剛度之D型柱器 件)。
工具100可藉由具有聲波襯墊隔離及使用(例如)消音轉換器180主動抑制噪聲之聲波表層155來進一步與環境隔離(例如與聲波震動隔離)。聲波轉換器(諸如消音轉換器180)可定位於表層155、工具框架、工具底座台110、工具工作台135上或於支撐結構(諸如工具工作台支架130及光學件支撐結構105)上。
工具台95可包括所有軸(X、Y、Z、T)之一個總成或包括具有單獨之光學移動軸及晶圓移動軸之一分散式系統。晶圓卡盤157可包括用於在測量期間(尤其在台穩定時間期間)之主動卡盤校平控制之整合式垂直致動器(致動器可包括(例如)音圈、不同類型之壓電馬達等等)。卡盤子系統157可包括致動器來控制Z/傾倒/傾斜及感測器(如陀螺儀及加速計)以提供所需輸入。另外，台前饋信號係為所需且併入致動器之控制系統中。感測器可安裝於界定光軸之系統元件(例如，主物鏡)上以確保在晶圓卡盤157與測量頭之光軸之間之垂直性。致動器可經控制以在所有測量程序期間維持或控制水平晶圓位置(或晶圓與光軸之間之垂直性)且從而藉由在台95穩定期間最小化等待時間而減少MAM(移動-獲取-測量)。
有利地，雖然文件(諸如美國專利第7,502,103號)教示藉由實施一移動配衡質量之方法來阻尼台之震動，但本發明並不需要使用額外移動質量來平衡台之移動。因此，本發明提供一更簡便且更可靠之解決方案，其係更符合成本效益且更節省空間。具有主動及/或被動組件之所揭示之綜合混合震動隔離系統藉由在工具100中之適當位置結合及實施許多不同技術而提供符合成本效益、符合空間效益之測量工具隔離系統。特定組態可相對於上文呈現之遍及工具100及其環境之震動頻率之分佈分析來適應於需求。
圖5根據本發明之一些實施例，係圖解說明一方法200之一高階 流程圖。方法200可包括用於產生、製備及/或使用測量工具100之階段(諸如下列階段之任一者)，不考慮其等順序。
方法200包括將主動震動隔離器件及被動震動隔離器件組合至測量工具中(階段210)。方法200可包括將拘束層阻尼及顆粒或液體衝擊阻尼器引入至支撐結構中(階段220)及/或將黏彈性層嵌入至工具之結構材料或支撐結構中(階段225)及/或使用在測量平台中之顆粒或液體衝擊阻尼器(階段230)以將震動能量傳遞至粒狀材料或液體中而耗散(階段235)及/或裝配消音轉換器以(藉由偵測震動波且產生具有反極性之一相反波消除噪音(階段245))減少機械頻率(階段240)。
方法200可進一步包括下列階段之任一者：在台座之頂部上使用具有低共振頻率之被動隔離(階段212)；使用機械、氣動及/或液壓彈簧及馬達來主動地隔離台(階段214)；將黏彈性層嵌入工具工作台中(階段227)；將調諧至指定頻率範圍之阻尼器併入工具工作台支架內及/或工具底座台內(階段236)；及將經設計以具有嚴謹機械容限及靜態剛性之阻尼層併入光學件之支撐結構內(階段238)。
方法200可進一步包括應用主動抑制聲波噪音之聲波表層來隔離台(階段247)且將聲波轉換器應用至工具底座台及/或至光學件之支撐結構(階段248)以及可能地至其他支撐結構。
方法200可進一步包括((例如)藉由將致動器整合於晶圓卡盤中(階段252)及/或經由感測器資料控制致動器以維持水平晶圓位置且最小化台穩定之等待時間(階段254))提供主動卡盤校平(階段250)。
上文揭示之階段之任何組態可經調整以藉由組態被動隔離組件及主動隔離組件之組合而容許避免移動配衡質量之方法以減少施加至台且由台表現之震動(階段260)。
有利地，揭示之工具100克服阻尼接近工具100之組件之自然頻率之振動之當前限制；對隔離系統之傳遞性功能之限制；對動態範圍 之限制；對能量耗散之限制；以及衰減大部分台衝擊至地板之轉移。揭示之本發明克服在測量工具中之震動阻尼元件之受限之動態範圍及低程度能量耗散之當前挑戰，且此外克服阻尼組件之自然頻率之挑戰及不足之傳遞性功能之挑戰。所揭示之解決方案處理震動之雙向轉移(自環境轉移至台以及自台轉移至環境)且從而提供一完整且可調整之震動阻尼解決方案。
在上文描述中，一實施例係本發明之一實例或實施方案。出現各種「一個實施例」、「一實施例」、「某些實施例」或「一些實施例」未必全部指相同實施例。
儘管本發明之各種特徵可在一單一實施例之背景內容中描述，但該等特徵亦可各自或以任何適當之組合提供。相反地，儘管為清楚起見本文在諸單獨實施例之背景內容中描述本發明，但本發明亦可在一單一實施例中實施。
本發明之某些實施例可包含來自上文所揭示之不同實施例之特徵，且某些實施例可併入來自上文所揭示之其他實施例之元件。在一特定實施例背景內容中揭示本發明之元件不應被視為限制其等單獨在特定實施例中之使用。
此外，應理解本發明可以各種方式進行或實踐且本發明可在上文描述中概述之實施例以外的某些實施例中實施。
本發明不限制於該等圖或相應描述。舉例而言，流程不必移動通過各個圖解說明之方塊或狀態，或完全按照如圖解說明及描述之相同順序。
除非另外定義，否則本文使用之技術及科學術語之含義應如本發明所屬技術之一般技術者通常所理解的。
雖然已關於一有限數目之實施例描述本發明，但此等實施例不應被視為限制本發明之範疇，而係作為一些較佳實施例之範例。其他 可能之變動、修改及應用亦在本發明之範疇內。因此，本發明之範疇不應由至此已描述之內容限制，而應由附屬申請專利範圍及其等合法等效物限制。
90‧‧‧光學件
95‧‧‧台
100‧‧‧測量工具
105‧‧‧光學件支撐結構
110‧‧‧工具底座台
120‧‧‧隔離系統
130‧‧‧工具工作台支架
135‧‧‧工具工作台
140‧‧‧台座
150‧‧‧地板
155‧‧‧聲波表層
157‧‧‧晶圓卡盤

Claims (28)

  1. 一種測量工具，其包括主動震動隔離器件及被動震動隔離器件兩者。
  2. 如請求項1之測量工具，其進一步包括在該測量工具之一支撐結構內之拘束層阻尼及至少一個顆粒或液體衝擊阻尼器。
  3. 如請求項1之測量工具，其進一步包括嵌入至該測量工具之結構材料中或至該測量工具之一支撐結構中之黏彈性層。
  4. 如請求項1之測量工具，其進一步包括在該測量工具中之至少一個顆粒或液體衝擊阻尼器以將震動能量傳遞至該阻尼器之粒狀材料或液體中而耗散。
  5. 如請求項1之測量工具，其進一步包括經配置藉由消除噪音而減少機械頻率之至少一個消音轉換器。
  6. 如請求項1之測量工具，其中至少一個消音轉換器經配置以偵測一震動波且產生具有反極性之一相反波。
  7. 如請求項1之測量工具，其包括在與該工具之一台座相關聯之0.5Hz至150Hz之一頻率範圍內之被動震動隔離。
  8. 如請求項1之測量工具，其包括經配置以阻尼在50Hz至1kHz之一頻率範圍內之震動且嵌入該工具之一工具工作台及一光學件支撐結構之至少一者中之至少一個黏彈性層。
  9. 如請求項1之測量工具，其包括經配置以阻尼在1kHz至10kHz之一頻率範圍內之震動且嵌入該工具之工具工作台支架及一工具底座台之至少一者中之至少一個衝擊阻尼器。
  10. 如請求項1之測量工具，其包括經組態以處理具有介於2Hz與150Hz之間之一範圍之震動頻率之一主動隔離系統。
  11. 如請求項1之測量工具，其包括具有經組態以將該工具與在該工 具之一環境中之聲波震動隔離之至少一個消音轉換器之至少一個聲波表層。
  12. 如請求項1之測量工具，其包括應用至一工具底座台及光學件之支撐結構之至少一者之至少一個聲波轉換器。
  13. 如請求項1之測量工具，其包括具有經組態以維持水平晶圓位置且最小化台穩定之等待時間之感測器控制之致動器之主動卡盤校平。
  14. 如請求項7至13之任何組合之測量工具。
  15. 一種方法，其包括將主動震動隔離器件及被動震動隔離器件組合至一測量工具中。
  16. 如請求項15之方法，其進一步包括將拘束層阻尼及至少一個顆粒或液體衝擊阻尼器引入至該測量工具之一支撐結構中。
  17. 如請求項15之方法，其進一步包括將黏彈性層嵌入至該測量工具之結構材料中或至該測量工具之一支撐結構中。
  18. 如請求項15之方法，其進一步包括使用在該測量工具中之至少一個顆粒或液體衝擊阻尼器將震動能量傳遞至該阻尼器之粒狀材料或液體中而耗散。
  19. 如請求項15之方法，其進一步包括裝配經配置以藉由消除噪音減少機械頻率之至少一個消音轉換器。
  20. 如請求項19之方法，其中藉由偵測一震動波且產生具有反極性之一相反波而執行該噪音消除。
  21. 如請求項15之方法，其進一步包括將在0.5Hz至150Hz之一頻率範圍內之被動震動隔離與該工具之一台座相關聯。
  22. 如請求項15之方法，其進一步包括將經配置以阻尼在50Hz至1kHz之一頻率範圍內之震動之至少一個黏彈性層嵌入該工具之一工具工作台與一光學件支撐結構之至少一者中。
  23. 如請求項15之方法，其進一步包括將經配置以阻尼在1Hz至10kHz之一頻率範圍內之震動之至少一個衝擊阻尼器嵌入該工具之工具工作台支架與一工具底座台之至少一者內。
  24. 如請求項15之方法，其進一步包括提供經組態以處理具有介於2Hz至150Hz之間之一範圍之震動頻率之一主動隔離系統。
  25. 如請求項15之方法，其進一步包括提供具有經組態以將該工具與在該工具之一環境中之聲波震動隔離之至少一個消音轉換器之至少一個聲波表層。
  26. 如請求項15之方法，其進一步包括將聲波轉換器應用至一工具底座台與光學件之支撐結構之至少一者。
  27. 如請求項15之方法，其進一步包括提供包括經組態以維持水平晶圓位置且最小化台穩定之等待時間之感測器控制之致動器之主動卡盤校平。
  28. 如請求項22至27之任何組合之方法。
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