CN112130419A - 一种用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，包括大理石基座，大理石基座上平行设置有Y1向大理石导轨和Y2向大理石导轨，Y1向大理石导轨和Y2向大理石导轨上分别安装有Y1向气浮导向装置和Y2向气浮导向装置，Y1向气浮导向装置和Y2向气浮导向装置之间垂直连接有平行的X1向导轨和X2向导轨，X1向导轨和X2向导轨上通过气浮相互作用设置有X向气浮导向装置，X向气浮导向装置上安装有载物台。本发明采用XY双向双驱气浮导轨，XY导向面均安装关节式气浮垫，可降低加工安装精度，从而实现大尺寸晶圆等检测的运动平台，且可使载物平面跳动1个微米，以满足行业尺寸日愈增大的趋势和日愈严格的检测要求，且维护简单，不污染洁净室。

Description

一种用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台

技术领域

本发明主要涉及晶圆厚度弯曲度检测领域，尤其涉及一种用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台。

背景技术

现有用于晶圆厚度、弯曲度检测的运动平台一种为机械导轨平台，受机械导轨精度和零件加工精度限制载物平面跳动只能做到几个微米，且安装繁琐，由于机械导轨为油脂润滑，还需密封和维护。

此外，目前用于晶圆厚度、弯曲度检测的气浮平台，由于加工精度、安装调试精度的限制，集中于小尺寸的晶圆等检测。

已公开中国发明专利，申请号CN201110378061.8，专利名称：一种基于双导轨双驱的三节拍双工件台交换装置与方法，申请日：20111112，本发明涉及一种基于双导轨双驱的三节拍双工件台交换装置与方法，属于半导体制造装备技术领域，该***包括运行于预对准工位和曝光工位的工件台，在预对准工位和曝光工位分别设置一个井型驱动单元，井型驱动单元由双侧X向直线运动单元和双侧Y向直线运动单元组成，且两个井型驱动单元之间设置有两个Y向过渡直线运动单元；通过Y向直线运动单元与Y向过渡直线运动单元的对接完成双工件台换台。本发明中两个工件台在预对准和曝光工位中均为双边质心驱动，可增加***角刚度，且两个工件台在预对准工位和曝光工位之间交换时仅需三个节拍，可提高光刻效率，同时本发明具体实施过程中具有运动惯量小，稳定时间短和结构刚度大等优点。

发明内容

本发明提供一种用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，包括大理石基座1，所述大理石基座1上平行设置有Y1向大理石导轨8和Y2向大理石导轨7，Y1向大理石导轨8和Y2向大理石导轨7上分别安装有Y1向气浮导向装置和Y2向气浮导向装置，所述Y1向气浮导向装置和Y2向气浮导向装置之间垂直连接有平行的X1向导轨22和X2向导轨25，所述X1向导轨22和X2向导轨25上通过气浮相互作用设置有X向气浮导向装置，所述X向气浮导向装置上安装有载物台28；

所述X1向导轨22上安装有X向光栅尺37，与所述X向光栅尺37相对应的X向读数头45通过X向读数头连接件46安装在载物台28底部；

Y1向大理石导轨8和Y2向大理石导轨7相互背向的侧面上分别安装有Y1向光栅尺17和Y2向光栅尺18，对应所述Y1向光栅尺17的Y1向读数头16安装在Y1向气浮导向装置的Y1向驱动连接件21上，对应所述Y2向光栅尺18的Y2向读数头19安装在Y2向气浮导向装置的Y2向驱动连接件23上；

所述大理石基座1上通过Z轴支架安装有上光谱共焦传感器14所述大理石基座1上安装有下光谱共焦传感器15，所述下光谱共焦传感器15设置在载物台28正下方，所述上光谱共焦传感器14和下光谱共焦传感器15同轴设置。

优选的，Y1向气浮导向装置包括Y1向电机定子9、Y1向电机动子10、Y1向L型气浮件20和Y1向驱动连接件21，所述Y1向电机定子9通过连接件固定在大理石基座1上，所述Y1向电机定子9上活动设置有Y1向电机动子10，所述Y1向电机动子10的顶端连接在Y1向驱动连接件21的一端，所述Y1向驱动连接件21的另一端连接在Y1向L型气浮件20上。

优选的，Y1向L型气浮件20与Y1向电机动子10分别设置在Y1向大理石导轨8的两侧，所述Y1向L型气浮件20的侧面上穿设有一号Y1向导向关节式气浮垫31和二号Y1向导向关节式气浮垫32，所述Y1向L型气浮件20的底面为一体式真空预载式气浮。

优选的，Y2向气浮导向装置包括Y2向电机定子5、Y2向电机动子6、Y2向L型气浮件24和Y2向驱动连接件23，所述Y2向电机定子5通过连接件固定在大理石基座1上，所述Y2向电机定子5上活动设置有Y2向电机动子6，所述Y2向电机动子6的顶端连接在Y2向驱动连接件23的一端，所述Y2向驱动连接件23的另一端连接在Y2向L型气浮件24上。

优选的，Y2向L型气浮件24与Y2向电机动子6分别设置在Y2向大理石导轨7的两侧，所述Y2向L型气浮件24的侧面上穿设有一号Y2向导向关节式气浮垫33和二号Y2向导向关节式气浮垫34，所述Y2向L型气浮件24的底面为一体式真空预载式气浮。

优选的，X1向导轨22和X2向导轨25的两端同时连接在Y1向L型气浮件20和Y2向L型气浮件24上，所述X1向导轨22和X2向导轨25之间还垂直设置有一号加强筋29和二号加强筋30，所述一号加强筋29和二号加强筋30与Y1向L型气浮件20和Y2向L型气浮件24平行。

优选的，一号加强筋29和二号加强筋30上设置有多个通孔。

优选的，X向气浮导向装置包括X1向气浮件27、X2向气浮件26，所述X1向气浮件27和X2向气浮件26分别安装在载物台28的底部两侧，所述载物台28的底部分别设置有X1向电机动子38和X2向电机动子43，所述X1向导轨22和X2向导轨25上分别沿着其长边设置有X1向电机定子36和X2向电机定子35，所述X1向电机定子36和X1向电机动子38位置对应，所述X2向电机定子35和X2向电机动子43位置对应。

优选的，X1向气浮件27的侧面安装有一号X1向导向关节式气浮垫39和二号X1向导向关节式气浮垫40，所述X2向气浮件26的侧面安装有一号X2向导向关节式气浮垫41和二号X2向导向关节式气浮垫42，所述X1向气浮件27的底面为一体式真空预载气浮，所述X2向气浮件26的底面为一体式真空预载气浮。

优选的，Z轴支架包括左立柱2、右立柱4和横梁3，所述左立柱2和右立柱4垂直安装在大理石基座1上，所述横梁3的两端分别固定在左立柱2和右立柱4上，所述横梁3的竖直侧面上通过具有腰型孔的Z轴连接件11连接有Z轴滑台12，所述Z轴滑台12通过周向120°分布有紧定螺钉的上传感器连接件13设置有上光谱共焦传感器14。

本发明的有益效果：采用XY双向双驱气浮导轨，XY导向面均安装关节式气浮垫，可降低加工安装精度，从而实现大尺寸晶圆等检测的运动平台，且可使载物平面跳动1个微米，以满足行业尺寸日愈增大的趋势和日愈严格的检测要求，且维护简单，不污染洁净室。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的前视图；

图3为本发明中关于Y1向气浮导向装置和Y2向气浮导向装置的细节图；

图4为本发明中关于X向气浮导向装置的结构示意图；

图5为本发明中关于X向气浮导向装置的前视图；

图中，

1、大理石基座；2、左立柱；3、横梁；4、右立柱；5、Y2向电机定子；6、Y2向电机动子；7、Y2向大理石导轨；8、Y1向大理石导轨；9、Y1向电机定子；10、Y1向电机动子；11、Z轴连接件；12、Z轴滑台；13、上传感器连接件；14、上光谱共焦传感器；15、下光谱共焦传感器；16、Y1向读数头；17、Y1向光栅尺；18、Y2向光栅尺；19、Y2向读数头；20、Y1向L型气浮件；21、Y1向驱动连接件；22、X1向导轨；23、Y2向驱动连接件；24、Y2向L型气浮件；25、X2向导轨；26、X2向气浮件；27、X1向气浮件；28、载物台；29、一号加强筋；30、二号加强筋；31、一号Y1向导向关节式气浮垫；32、二号Y1向导向关节式气浮垫；33、一号Y2向导向关节式气浮垫；34、二号Y2向导向关节式气浮垫；35、X2向电机定子；36、X1向电机定子；37、X向光栅尺；38、X1向电机动子；39、一号X1向导向关节式气浮垫；40、二号X1向导向关节式气浮垫；41、一号X2向导向关节式气浮垫；42、二号X2向导向关节式气浮垫；43、X2向电机动子；44、大尺寸晶圆；45、X向读数头；46、X向读数头连接件。

具体实施方式

如图1-5所示可知，本发明包括有：大理石基座1，所述大理石基座1上平行设置有Y1向大理石导轨8和Y2向大理石导轨7，Y1向大理石导轨8和Y2向大理石导轨7上分别安装有Y1向气浮导向装置和Y2向气浮导向装置，所述Y1向气浮导向装置和Y2向气浮导向装置之间垂直连接有平行的X1向导轨22和X2向导轨25，所述X1向导轨22和X2向导轨25上通过气浮相互作用设置有X向气浮导向装置，所述X向气浮导向装置上安装有载物台28；

所述X1向导轨22上安装有X向光栅尺37，与所述X向光栅尺37相对应的X向读数头45通过X向读数头连接件46安装在载物台28底部；

Y1向大理石导轨8和Y2向大理石导轨7相互背向的侧面上分别安装有Y1向光栅尺17和Y2向光栅尺18，对应所述Y1向光栅尺17的Y1向读数头16安装在Y1向气浮导向装置的Y1向驱动连接件21上，对应所述Y2向光栅尺18的Y2向读数头19安装在Y2向气浮导向装置的Y2向驱动连接件23上；

所述大理石基座1上通过Z轴支架安装有上光谱共焦传感器14所述大理石基座1上安装有下光谱共焦传感器15，所述下光谱共焦传感器15设置在载物台28正下方，所述上光谱共焦传感器14和下光谱共焦传感器15同轴设置。

在使用中，通过XY导向侧面采用高刚性关节式气垫，大大降低气浮件和气浮导轨的加工精度及安装调试难易程度且底面采用一体式气浮加工，成本较全气垫式降低，保证大尺寸晶圆等厚度检测平台的研制，载物晶圆在整个运动平面跳动可达1um。此外，下光谱共焦传感器15可以XYZ三向调整，以保证与上光谱共焦传感器14轴，及与工作平面的工作距离；载物台28中空，其上装有承载晶圆微调结构及晶圆边缘限定结构，大尺寸晶圆44直接放在载物台28上的晶圆微调结构上。

在本实施中优选的，Y1向气浮导向装置包括Y1向电机定子9、Y1向电机动子10、Y1向L型气浮件20和Y1向驱动连接件21，所述Y1向电机定子9通过连接件固定在大理石基座1上，所述Y1向电机定子9上活动设置有Y1向电机动子10，所述Y1向电机动子10的顶端连接在Y1向驱动连接件21的一端，所述Y1向驱动连接件21的另一端连接在Y1向L型气浮件20上，所述Y1向L型气浮件20的底面为一体式真空预载式气浮。

设置上述结构，Y1向L型气浮件20底面为真空自重完全预紧形式，与大理石基座1构成一定厚度、刚度的气膜，用于Y轴Z向支撑。

在本实施中优选的，Y1向L型气浮件20与Y1向电机动子10分别设置在Y1向大理石导轨8的两侧，所述Y1向L型气浮件20的侧面上穿设有一号Y1向导向关节式气浮垫31和二号Y1向导向关节式气浮垫32。

设置上述结构，Y1向大理石导轨8的内侧作为Y1向L型气浮件20的气浮导向面；高刚性关节式气浮垫，与大理石导轨8构成一定厚度刚度的气膜，用于Y轴双向导向。关节式气浮垫安装形式，可以根据导轨侧面平面度和垂直度自动调节，从而对L型气浮件侧面设计加工要求降低，导轨平面与垂直度加工要求可降低，且有利于安装调试。

在本实施中优选的，Y2向气浮导向装置包括Y2向电机定子5、Y2向电机动子6、Y2向L型气浮件24和Y2向驱动连接件23，所述Y2向电机定子5通过连接件固定在大理石基座1上，所述Y2向电机定子5上活动设置有Y2向电机动子6，所述Y2向电机动子6的顶端连接在Y2向驱动连接件23的一端，所述Y2向驱动连接件23的另一端连接在Y2向L型气浮件24上，所述Y2向L型气浮件24的底面为一体式真空预载式气浮。

设置上述结构，Y2向L型气浮件24底面为真空自重完全预紧形式，与大理石基座1构成一定厚度、刚度的气膜，用于Y轴Z向支撑。

在本实施中优选的，Y2向L型气浮件24与Y2向电机动子6分别设置在Y2向大理石导轨7的两侧，所述Y2向L型气浮件24的侧面上穿设有一号Y2向导向关节式气浮垫33和二号Y2向导向关节式气浮垫34。

设置上述结构，Y2向大理石导轨7的内侧作为Y2向L型气浮件24的气浮导向面；高刚性关节式气浮垫，与Y2向大理石导轨7构成一定厚度刚度的气膜，用于Y轴双向导向。关节式气浮垫安装形式，可以根据导轨侧面平面度和垂直度自动调节，从而对L型气浮件侧面设计加工要求降低，导轨平面与垂直度加工要求可降低，且有利于安装调试。

在本实施中优选的，X1向导轨22和X2向导轨25的两端同时连接在Y1向L型气浮件20和Y2向L型气浮件24上，所述X1向导轨22和X2向导轨25之间还垂直设置有一号加强筋29和二号加强筋30，所述一号加强筋29和二号加强筋30与Y1向L型气浮件20和Y2向L型气浮件24平行。

设置上述结构，利用一号加强筋29和二号加强筋30增加X方向上的刚性。

在本实施中优选的，一号加强筋29和二号加强筋30上设置有多个通孔。

设置上述结构，对一号加强筋29和二号加强筋30进行结构优化减重，但不限于孔减重，其他减重方式均可。

在本实施中优选的，X向气浮导向装置包括X1向气浮件27、X2向气浮件26，所述X1向气浮件27和X2向气浮件26分别安装在载物台28的底部两侧，所述载物台28的底部分别设置有X1向电机动子38和X2向电机动子43，所述X1向导轨22和X2向导轨25上分别沿着其长边设置有X1向电机定子36和X2向电机定子35，所述X1向电机定子36和X1向电机动子38位置对应，所述X2向电机定子35和X2向电机动子43位置对应。

设置上述结构，X轴铝制气浮导轨上表面横放安装有X向电机定字，可在相同外观尺寸上尽可能增大铝制导轨尺寸，可增加整体刚性，有利于导轨机加工。

在本实施中优选的，X1向气浮件27的侧面安装有一号X1向导向关节式气浮垫39和二号X1向导向关节式气浮垫40，所述X2向气浮件26的侧面安装有一号X2向导向关节式气浮垫41和二号X2向导向关节式气浮垫42，所述X1向气浮件27的底面为一体式真空预载气浮，所述X2向气浮件26的底面为一体式真空预载气浮。

设置上述结构，X1向气浮件27和X2向气浮件26底面为真空自重完全预紧型气浮，与大理石基座1相互作用，形成一定厚度刚度的气膜，用于X轴承载；高刚性关节式气浮垫分别与X1向导轨22和X2向导轨25侧面相互作用，形成一定厚度刚度的气膜，用于X向导向。

在本实施中优选的，Z轴支架包括左立柱2、右立柱4和横梁3，所述左立柱2和右立柱4垂直安装在大理石基座1上，所述横梁3的两端分别固定在左立柱2和右立柱4上，所述横梁3的竖直侧面上通过具有腰型孔的Z轴连接件11连接有Z轴滑台12，所述Z轴滑台12通过周向120°分布有紧定螺钉的上传感器连接件13设置有上光谱共焦传感器14。

设置上述结构，上光谱共焦传感器14可以在XY方向上调整。

上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，其特征在于，包括大理石基座(1)，所述大理石基座(1)上平行设置有Y1向大理石导轨(8)和Y2向大理石导轨(7)，Y1向大理石导轨(8)和Y2向大理石导轨(7)上分别安装有Y1向气浮导向装置和Y2向气浮导向装置，所述Y1向气浮导向装置和Y2向气浮导向装置之间垂直连接有平行的X1向导轨(22)和X2向导轨(25)，所述X1向导轨(22)和X2向导轨(25)上通过气浮相互作用设置有X向气浮导向装置，所述X向气浮导向装置上安装有载物台(28)；所述X1向导轨(22)上安装有X向光栅尺(37)，与所述X向光栅尺(37)相对应的X向读数头(45)通过X向读数头连接件(46)安装在载物台(28)底部；Y1向大理石导轨(8)和Y2向大理石导轨(7)相互背向的侧面上分别安装有Y1向光栅尺(17)和Y2向光栅尺(18)，对应所述Y1向光栅尺(17)的Y1向读数头(16)安装在Y1向气浮导向装置的Y1向驱动连接件(21)上，对应所述Y2向光栅尺(18)的Y2向读数头(19)安装在Y2向气浮导向装置的Y2向驱动连接件(23)上；所述大理石基座(1)上通过Z轴支架安装有上光谱共焦传感器(14)所述大理石基座(1)上安装有下光谱共焦传感器(15)，所述下光谱共焦传感器(15)设置在载物台(28)正下方，所述上光谱共焦传感器(14)和下光谱共焦传感器(15)同轴设置。

2.根据权利要求1所述的用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，其特征在于：所述Y1向气浮导向装置包括Y1向电机定子(9)、Y1向电机动子(10)、Y1向L型气浮件(20)和Y1向驱动连接件(21)，所述Y1向电机定子(9)通过连接件固定在大理石基座(1)上，所述Y1向电机定子(9)上活动设置有Y1向电机动子(10)，所述Y1向电机动子(10)的顶端连接在Y1向驱动连接件(21)的一端，所述Y1向驱动连接件(21)的另一端连接在Y1向L型气浮件(20)上。

3.根据权利要求2所述的用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，其特征在于：所述Y1向L型气浮件(20)与Y1向电机动子(10)分别设置在Y1向大理石导轨(8)的两侧，所述Y1向L型气浮件(20)的侧面上穿设有一号Y1向导向关节式气浮垫(31)和二号Y1向导向关节式气浮垫(32),所述Y1向L型气浮件(20)的底面为一体式真空预载式气浮。

4.根据权利要求3所述的用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，其特征在于：所述Y2向气浮导向装置包括Y2向电机定子(5)、Y2向电机动子(6)、Y2向L型气浮件(24)和Y2向驱动连接件(23)，所述Y2向电机定子(5)通过连接件固定在大理石基座(1)上，所述Y2向电机定子(5)上活动设置有Y2向电机动子(6)，所述Y2向电机动子(6)的顶端连接在Y2向驱动连接件(23)的一端，所述Y2向驱动连接件(23)的另一端连接在Y2向L型气浮件(24)上。

5.根据权利要求4所述的用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，其特征在于：所述Y2向L型气浮件(24)与Y2向电机动子(6)分别设置在Y2向大理石导轨(7)的两侧，所述Y2向L型气浮件(24)的侧面上穿设有一号Y2向导向关节式气浮垫(33)和二号Y2向导向关节式气浮垫(34)，所述Y2向L型气浮件(24)的底面为一体式真空预载式气浮。

6.根据权利要求5所述的用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，其特征在于：所述X1向导轨(22)和X2向导轨(25)的两端同时连接在Y1向L型气浮件(20)和Y2向L型气浮件(24)上，所述X1向导轨(22)和X2向导轨(25)之间还垂直设置有一号加强筋(29)和二号加强筋(30)，所述一号加强筋(29)和二号加强筋(30)与Y1向L型气浮件(20)和Y2向L型气浮件(24)平行。

7.根据权利要求6所述的用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，其特征在于：所述一号加强筋(29)和二号加强筋(30)上设置有多个通孔。

8.根据权利要求7所述的用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，其特征在于：所述X向气浮导向装置包括X1向气浮件(27)、X2向气浮件(26)，所述X1向气浮件(27)和X2向气浮件(26)分别安装在载物台(28)的底部两侧，所述载物台(28)的底部分别设置有X1向电机动子(38)和X2向电机动子(43)，所述X1向导轨(22)和X2向导轨(25)上分别沿着其长边设置有X1向电机定子(36)和X2向电机定子(35)，所述X1向电机定子(36)和X1向电机动子(38)位置对应，所述X2向电机定子(35)和X2向电机动子(43)位置对应。

9.根据权利要求8所述的用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，其特征在于：所述X1向气浮件(27)的侧面安装有一号X1向导向关节式气浮垫(39)和二号X1向导向关节式气浮垫(40)，所述X2向气浮件(26)的侧面安装有一号X2向导向关节式气浮垫(41)和二号X2向导向关节式气浮垫(42)，所述X1向气浮件(27)的底面为一体式真空预载气浮，所述X2向气浮件(26)的底面为一体式真空预载气浮。

10.根据权利要求9所述的用于大尺寸晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，其特征在于：所述Z轴支架包括左立柱(2)、右立柱(4)和横梁(3)，所述左立柱(2)和右立柱(4)垂直安装在大理石基座(1)上，所述横梁(3)的两端分别固定在左立柱(2)和右立柱(4)上，所述横梁(3)的竖直侧面上通过具有腰型孔的Z轴连接件(11)连接有Z轴滑台(12)，所述Z轴滑台(12)通过周向120°分布有紧定螺钉的上传感器连接件(13)设置有上光谱共焦传感器(14)。

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