质量重心测量装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种质量重心测量装置及方法，通过调节水平向调节机构在所述滑槽内的位置；水平测量尺测量待测量部件的支撑点的位置；根据垂向精密测量装置的读数调整每个垂向调节机构的垂向距离；小型力传感器测量待测量部件保持水平时的支撑点的第一垂向力，根据第一垂向力确定所述待测量部件的质量；根据待测量部件的质量、相邻两支撑点之间的距离和第一垂向力确定待测量部件的水平向重心；以待测量部件的其中相邻两个支撑点的连线为轴将待测量部件转动α角；小型力传感器测量待测量部件另外两个支撑点的第二垂向力；确定待测量部件的垂向重心，本发明能够准确测量待测量部件如光刻装置的运动部件的质量及其重心位置，测试时间短且精度高。
【专利说明】质量重心测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种质量重心测量装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体行业的发展，越来越多的先进技术已被应用到这一行业当中。现有的 光刻装置大体上分为两类，一类是步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在镜片的一个曝 光区域；另一类是步进扫描光刻装置，掩模图案不是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫 描移动成像。衡量光刻设备的一个重要的方面就是运动部件的定位精度，所述运动部件包 括：承载掩模图案的掩模台，承载硅片的硅片台。实际中，通常以运动部件电机驱动中心为 重心点，但是测量中心往往取形心点，这样，在实现伺服控制时，就存在控制信号从形心位 置到重心位置的转换，这个转换和重心和形心的位置偏差密切相关，如果重心和形心位置 没有很好的校准，偏差较大的话，控制性能就无法达到需要的纳米级别的精度。为了获得较 好的光刻设备性能，运动部件的重心需要准确标定。
[0003] 在现有技术中，通过给运动部件Rz轴(水平向旋转轴）加入闭环控制，其反馈信号 由检测机构测量变换得到。运动部件的X和Y自由度方向开环不进行控制。当只给Rz向 注入运动轨迹信号，如果运动部件的重心和形心（即测量机构的测量中心）水平向完全重合 时，经测量机构测量变换得到的运动部件Rz自由度的测量值是跟随输入轨迹值，而X和Y 自由度的测量值应该为零。但是，当运动部件重心和形心不重合，即重心相对形心存在X和 (或）Y方向的偏心时，测量变换得到的值的X和(或）Y方向会有一定的位移输出，而该位移 输出的大小与Rz旋转的角度以及重心相对形心X、Y方向的偏心有关，由此可以通过测量传 感器的输出以及Rz的旋转运动量来得到重心相对形心的偏心。这种方法虽然不需要额外 的测量装置，但是由于各种噪声因素，重心测量精度无法保证，同时，这种方法测量步骤比 较麻烦，测试过程冗长。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种质量重心测量装置及方法，能够提供结构简单有效的 质量重心测量装置，利用力矩平衡原理，准确测量待测量部件如光刻装置的运动部件的质 量及其重心位置，测试时间短且精度高。
[0005] 为解决上述问题，本发明提供一种质量重心测量装置，
[0006] 包括基座和多个支撑机构，每个支撑机构包括依次连接的水平向调节机构、垂向 调节机构和小型力传感器，其中，
[0007] 所述基座上设置有多条滑槽和多个水平测量尺；
[0008] 所述水平向调节机构分别设置于所述滑槽内，以使所述水平向调节机构在滑槽内 滑移；
[0009] 所述垂向调节机构用于支撑一待测量部件，每个垂向调节机构上设置有垂向精密 测量装置；
[0010] 所述小型力传感器用于测量所述待测量部件的支撑点的垂向力。
[0011] 进一步的，在上述装置中，每个水平向调节机构上设置有固定螺钉，用于将所述水 平向调节机构固定于所述基座上。
[0012] 进一步的，在上述装置中，所述小型力传感器的顶部设置有球铰机构。
[0013] 进一步的，在上述装置中，每个垂向调节机构上设置有防滑移部件，用于防止所述 待测量部件滑移。
[0014] 进一步的，在上述装置中，所述待测量部件为一光刻装置的运动部件。
[0015] 进一步的，在上述装置中，所述垂向精密测量装置为千分尺或者游标卡尺。
[0016] 进一步的，在上述装置中，所述支撑机构、滑槽和水平测量尺的数量均为四个，所 述滑槽和水平测量尺沿所述基座的对角线设置。
[0017] 根据本发明的另一面，提供一种采用上述质量重心测量装置的质量重心测量方 法，包括：
[0018] 调节所述水平向调节机构在所述滑槽内的位置，以使所述垂向调节机构支撑起所 述待测量部件；
[0019] 选择所述待测量部件上的一个位置作为原点，建立以所述原点为中心的X和Y向 坐标轴，所述水平测量尺测量所述待测量部件的支撑点的位置，从而获得相邻两支撑点之 间的距离；
[0020] 根据所述垂向精密测量装置的读数调整每个垂向调节机构的垂向距离，以使所述 待测量部件保持水平；
[0021] 所述小型力传感器测量所述待测量部件保持水平时的支撑点的第一垂向力，根据 所述第一垂向力确定所述待测量部件的质量；
[0022] 根据所述待测量部件的质量、相邻两支撑点之间的距离和第一垂向力确定所述待 测量部件的水平向重心；
[0023] 以所述待测量部件的其中相邻两个支撑点的连线为轴将所述待测量部件转动α 角；
[0024] 所述小型力传感器测量所述待测量部件另外两个支撑点的第二垂向力；
[0025] 根据所述待测量部件的质量、相邻两支撑点之间的距离、第一垂向力、水平向重 心、α角和第二垂向力确定所述待测量部件的垂向重心。
[0026] 进一步的，在上述方法中，
[0027] 所述待测量部件为长方体，所述支撑机构、滑槽和水平测量尺的数量为四个，确定 所述待测量部件的水平向重心的步骤中，根据下述公式获取所述待测量部件的水平向重 心：
[0028]
【权利要求】
1. 一种质量重心测量装置，其特征在于，包括基座和多个支撑机构，每个支撑机构包括 依次连接的水平向调节机构、垂向调节机构和小型力传感器，其中， 所述基座上设置有多条滑槽和多个水平测量尺； 所述水平向调节机构分别设置于所述滑槽内，以使所述水平向调节机构在滑槽内滑 移； 所述垂向调节机构用于支撑一待测量部件，每个垂向调节机构上设置有垂向精密测量 装置； 所述小型力传感器用于测量所述待测量部件的支撑点的垂向力。
2. 如权利要求1所述的质量重心测量装置，其特征在于，每个水平向调节机构上设置 有固定螺钉，用于将所述水平向调节机构固定于所述基座上。
3. 如权利要求1所述的质量重心测量装置，其特征在于，所述小型力传感器的顶部设 置有球铰机构。
4. 如权利要求1所述的质量重心测量装置，其特征在于，每个垂向调节机构上设置有 防滑移部件，用于防止所述待测量部件滑移。
5. 如权利要求1所述的质量重心测量装置，其特征在于，所述待测量部件为一光刻装 置的运动部件。
6. 如权利要求1所述的质量重心测量装置，其特征在于，所述垂向精密测量装置为千 分尺或者游标卡尺。
7. 如权利要求1所述的质量重心测量装置，其特征在于，所述支撑机构、滑槽和水平测 量尺的数量均为四个，所述滑槽和水平测量尺沿所述基座的对角线设置。
8. -种采用如权利要求1至7任一项所述的质量重心测量装置的质量重心测量方法， 其特征在于，包括 ： 调节所述水平向调节机构在所述滑槽内的位置，以使所述垂向调节机构支撑起所述待 测量部件； 选择所述待测量部件上的一个位置作为原点，建立以所述原点为中心的X和Y向坐标 轴，所述水平测量尺测量所述待测量部件的支撑点的位置，从而获得相邻两支撑点之间的 距离； 根据所述垂向精密测量装置的读数调整每个垂向调节机构的垂向距离，以使所述待测 量部件保持水平； 所述小型力传感器测量所述待测量部件保持水平时的支撑点的第一垂向力，根据所述 第一垂向力确定所述待测量部件的质量； 根据所述待测量部件的质量、相邻两支撑点之间的距离和第一垂向力确定所述待测量 部件的水平向重心； 以所述待测量部件的其中相邻两个支撑点的连线为轴将所述待测量部件转动α角； 所述小型力传感器测量所述待测量部件另外两个支撑点的第二垂向力； 根据所述待测量部件的质量、相邻两支撑点之间的距离、第一垂向力、水平向重心、α 角和第二垂向力确定所述待测量部件的垂向重心。
9. 如权利要求8所述的质量重心测量方法，其特征在于，所述待测量部件为长方体，所 述支撑机构、滑槽和水平测量尺的数量为四个，确定所述待测量部件的水平向重心的步骤 中，根据下述公式获取所述待测量部件的水平向重心：
其中，（X。，y。）表示所述水平向重心，m表示所述待测量部件的质量，a表示连线平行于 X向坐标轴的两个支撑点之间的距离，b表示连线平行于Y向坐标轴的两个支撑点之间的距 离，F1、F2、F3和F4分别表示四个支撑点的第一垂向力。
10.如权利要求9所述的质量重心测量方法，其特征在于，确定所述待测量部件的垂向 重心的步骤中，根据下述公式确定所述待测量部件的垂向重心：
其中，FI 1和F22分别表示另外两个支撑点的第二垂向力，z。表示所述待测量部件的垂 向重心。
【文档编号】G01M1/12GK104142209SQ201310167089
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月8日 优先权日:2013年5月8日
【发明者】夏海 申请人:上海微电子装备有限公司, 上海微高精密机械工程有限公司