多轴定位装置制造方法及图纸

本发明专利技术揭示一种可连同检验系统一起使用的多轴定位系统，所述多轴定位系统包含对应于多个轴的多个位置传感器以及也对应于多个轴的多个电机，以为物体在最多6个自由度内的可控制移动提供高准确度、高负载及经扩展行程。所述多轴定位系统的一些实施例可包含x‑y载台组合件、耦合到所述x‑y载台组合件的底板组合件、耦合到所述底板组合件的顶板组合件及紧固到所述顶板组合件的卡盘，其中多个位置传感器经构造以测量所述x‑y载台组合件与所述顶板组合件之间的位移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
多轴定位装置可用于在处理机器(例如半导体晶片检验工具)中调整样本(例如半导体晶片)的高度及平行度。当半导体晶片在半导体处理机器(例如光学检验系统)下方沿x-y方向移动时，多轴定位装置通常控制Z轴位移的定位、围绕X轴的旋转及围绕Y轴的旋转。多轴定位装置可用于动态地补偿晶片的不平整度且应为硬的以提供高带宽定位。当前可获得的一些多轴定位装置可具有某些性能缺陷。举例来说，一些多轴定位装置设计过于复杂且还可因特定几何形状而增加微粒污染的风险。一些多轴定位装置经构造使得其在调整倾斜角及俯仰角时难以维持焦点在x-y平面中处于同一位置。另外，在一些例子中，机械驱动系统可是笨重的工具。需要稳定的、刚性的、使复杂性最小化且具有低质量以允许高吞吐量的多轴定位装置。还需要准确地测量样本被定位的位置以允许沿着各种平移轴及旋转轴的位移同时维持样本上的检验位置的已知定位的多轴定位装置。
技术实现思路
多轴定位系统的一些实施例可包含x-y载台组合件，其包含可紧固到稳定表面的底座及所述x-y载台组合件的上部载台。所述x-y载台组合件还可包含：第一线性致动器，其经构造以产生所述上部载台相对于所述底座沿着第一x-y载台轴的可控制位移；及第二线性致动器，其经构造以产生所述上部载台相对于所述底座沿着第二x-y载台轴的可控制位移，所述第一x-y载台轴基本上垂直于所述第二x-y载台轴。所述x-y载台组合件的所述上部载台可包含所述上部载台的上部表面，所述上部载台包含经构造以滑动地接纳多个相应无源参考表面且各自包含经加压气体端口的多个平坦光滑有源参考表面。所述多轴定位系统还可包含具有底板主体及多个无源参考表面的底板组合件，所述多个无源参考表面紧固到所述底板主体或以其它方式安置在所述底板主体上。明确地说，所述无源参考表面可安置在所述底板主体的底部表面上且定位在所述底板主体的外部分上以与所述x-y载台组合件的相应有源参考表面对准。所述底板组合件还可具有多个弹性悬置部件，所述多个弹性悬置部件安置在所述底板主体的外部分上且从所述底板的顶部部分向上延伸。所述底板组合件还可包含至少一个压电电机，所述至少一个压电电机紧固到所述底板主体且包含压电电机安装表面，借此所述压电电机经构造以使所述安装表面相对于所述底板主体围绕所述底板的中心轴而旋转。所述多轴定位系统还可包含顶板组合件，所述顶板组合件具有顶板主体、包含多个悬置部件安装件，所述多个悬置部件安装件安置在所述顶板主体的外部分上、接纳所述底板的相应弹性悬置部件的上部端。薄的带槽式挠曲组合件可耦合在所述底板与所述顶板之间且包含挠曲主体，所述挠曲主体并入有具有中心轴的中心孔口。所述挠曲组合件还可包含多个槽，所述多个槽从所述中心轴及所述中心孔口径向延伸且在所述挠曲主体的径向外边缘以内终止。所述槽划界出所述挠曲主体的至少一个固定扇形区及所述挠曲主体的至少一个沿圆周邻近的可移动扇形区。所述至少一个固定扇形区的内部分可紧固到所述底板组合件的相应压电电机安装表面，且所述至少一个可移动扇形区的内部分可紧固到所述顶板组合件。所述挠曲组合件可经构造以允许所述底板组合件与所述顶板组合件之间的倾斜轴、俯仰轴及Z轴相对移动且将相对θ位移从所述底板组合件的所述至少一个压电电机传输到所述顶板组合件。多个Z轴电机可安置且操作地耦合在所述底板的对应外部分与所述顶板的相应外部分之间，且经构造以产生所述底板与所述顶板的相应外部分之间的Z轴位移。多个Z轴位置传感器可操作地耦合到所述顶板且经构造以测量所述顶板的Z轴位移。至少一个θ位置传感器可操作地耦合在所述x-y载台组合件的所述上部载台与所述顶板组合件之间，且经构造以测量所述上部载台与所述顶板之间沿θ旋转方向的相对位移。所述多轴定位系统还可包含操作地耦合在所述底板组合件与所述x-y载台组合件的所述上部载台之间的至少一个θ电机，其中所述至少一个电机经构造以使所述底板组合件相对于所述上部载台沿θ方向旋转。精密轴承组合件可操作地耦合在所述x-y载台组合件的所述上部载台与所述底板主体之间。所述精密轴承组合件可经构造以将所述底板组合件相对于所述x-y载台组合件的θ旋转限定于围绕所述精密轴承组合件的中心轴的旋转，其中所述中心轴相对于所述上部载台是固定的。所述多轴定位系统还可包含控制器系统，所述控制器系统操作地耦合到所述定位系统的所述电机、所述位置传感器及所述线性致动器。多轴定位系统的一些实施例可包含平移载台，所述平移载台经构造以提供所述平移载台的底座与上部载台之间沿两个维度的位移。底板可是可旋转地耦合到所述平移载台，使得所述底板沿θ旋转方向的旋转轴垂直于由所述平移载台的所述两个位移维度界定的平面。至少一个底板电机可操作地耦合在所述底板与所述平移载台之间，其中所述至少一个底板电机经构造以使所述底板组合件相对于所述平移载台沿所述θ旋转方向旋转。顶板可操作地耦合到所述底板，其中至少三个Z轴电机安置且操作地耦合在所述底板的对应外部分与所述顶板的相应外部分之间。所述Z轴电机可经构造以产生所述底板与所述顶板的相应外部分之间沿基本上平行于所述底板的所述旋转轴的Z轴方向的位移。所述多轴定位系统还可包含卡盘，所述卡盘经构造以可释放地紧固样品、紧固到所述顶板。所述多轴定位系统还可包含至少三个Z轴位置传感器，所述至少三个Z轴位置传感器安置且操作地耦合在所述平移载台的所述上部载台与所述顶板之间，且经构造以测量所述上部载台与所述顶板之间沿所述Z轴方向的相对位移。所述多轴定位系统还可包含至少三个θ位置传感器，所述至少三个θ位置传感器操作地耦合在所述平移载台的所述上部载台与所述顶板之间，且经构造以测量所述上部载台与所述顶板之间沿所述θ旋转方向的相对角位移。控制器系统可操作地耦合到所述Z轴电机、所述至少一个底板电机、所述Z轴位置传感器及所述θ位置传感器。所述控制器系统经构造以控制对所述Z轴电机及所述至少一个底板电机的致动。光学检验系统的一些实施例可包含光学检验工具，所述光学检验工具包含：光源；光学物镜；检测器组合件；光具组，其以光学方式耦合所述光源、所述光学物镜及所述检测器；及检验工具控制器，其经构造以处理由所述检测器组合件所接收的光学信息。所述光学检验系统还可包含多轴定位系统。所述多轴定位系统可包含平移载台，所述平移载台经构造以提供所述平移载台的底座与上部载台之间沿两个维度的位移。所述多轴定位系统还可包含底板组合件，所述底板组合件可旋转地耦合到所述平移载台，使得所述底板沿θ旋转方向的旋转轴垂直于由所述平移载台的所述两个位移维度界定的平面。底板电机可操作地耦合在所述底板与所述平移载台之间，其中所述至少一个底板电机经构造以使所述底板组合件相对于所述平移载台沿所述θ旋转方向旋转。顶板可操作地耦合到所述底板，其中至少三个Z轴电机安置且操作地耦合在所述底板的对应外部分与所述顶板的相应外部分之间。所述Z轴电机可经构造以产生所述底板与所述顶板的相应外部分之间沿基本上平行于所述底板的所述旋转轴的Z轴方向的位移。所述多轴定位系统还可包含卡盘组合件，所述卡盘组合件紧固到所述顶板且经构造以将样品可释放地紧固到其。所述卡盘组合件可经安置与所述光学检验工具的所述光学物镜的光学路径连通。至少三个Z轴位置传感器可安置且操作地耦合在所述平移载台的所述上部载台与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多轴定位系统，其包括：(A)x‑y载台组合件，其包含：(i)底座，其可紧固到稳定表面，(ii)上部载台，(iii)第一线性致动器，其经构造以产生所述上部载台相对于所述底座沿着第一x‑y载台轴的可控制位移，(iv)第二线性致动器，其经构造以产生所述上部载台相对于所述底座沿着第二x‑y载台轴的可控制位移，所述第一x‑y载台轴基本上垂直于所述第二x‑y载台轴，及(v)所述上部载台的上部表面，所述上部载台包含经构造以滑动地接纳多个相应无源参考表面且各自包含经加压气体端口的多个平坦光滑有源参考表面；(B)底板组合件，其包含：(i)底板主体，(ii)多个无源参考表面，其安置在所述底板主体上、安置在所述底板主体的底部表面上且定位在所述底板主体的外部分上，以与所述x‑y载台组合件的相应有源参考表面对准，(iii)多个弹性悬置部件，其安置在所述底板主体的外部分上且从所述底板的顶部部分向上延伸，及(iv)至少一个压电电机，其紧固到所述底板主体且包含压电电机安装表面，借此所述压电电机经构造以使所述安装表面相对于所述底板主体围绕所述底板的中心轴而旋转；(C)顶板组合件，其包含：(i)顶板主体，(ii)多个悬置部件安装件，其安置在所述顶板主体的外部分上、接纳所述底板的相应弹性悬置部件的上部端；及(D)薄的带槽式挠曲组合件，其耦合在所述底板与所述顶板之间且包含挠曲主体，所述挠曲主体包括(i)中心轴，(ii)中心孔口，及(iii)多个槽，其从所述中心轴及中心膛孔径向延伸且在所述挠曲主体的径向外边缘以内终止，以划界出所述挠曲主体的至少一个固定扇形区及所述挠曲主体的至少一个沿圆周邻近的可移动扇形区，且其中所述至少一个固定扇形区的内部分紧固到所述底板组合件的相应压电电机安装表面且所述至少一个可移动扇形区的内部分紧固到所述顶板，其中所述挠曲组合件经构造以允许所述底板组合件与所述顶板组合件之间的倾斜轴、俯仰轴及Z轴相对移动且将相对θ位移从所述底板组合件的所述至少一个压电电机传输到所述顶板组合件；(E)多个Z轴电机，其安置且操作地耦合在所述底板的对应外部分与所述顶板的相应外部分之间，且经构造以产生所述底板与所述顶板的所述相应外部分之间的Z轴位移；(F)多个Z轴位置传感器，其操作地耦合到所述顶板且经构造以测量所述顶板的Z轴位移；及(G)至少一个θ位置传感器，其安置且操作地耦合在所述x‑y载台组合件的所述上部载台与所述顶板之间，且经构造以测量所述上部载台与所述顶板之间沿θ旋转方向的相对位移；(H)至少一个θ电机，其操作地耦合在所述底板组合件与所述x‑y载台组合件的所述上部载台之间，所述至少一个电机经构造以使所述底板组合件相对于所述上部载台沿θ方向旋转；(I)精密轴承组合件，其操作地耦合在所述x‑y载台组合件的所述上部载台与所述底板主体之间，且经构造以将所述底板组合件相对于所述x‑y载台组合件的θ旋转限定于围绕所述精密轴承组合件的中心轴的旋转，其中所述中心轴相对于所述上部载台是固定的；及(J)控制器系统，其操作地耦合到所述定位系统的所述电机、所述位置传感器及所述线性致动器。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多轴定位系统，其包括：(A)x-y载台组合件，其包含：(i)底座，其可紧固到稳定表面，(ii)上部载台，(iii)第一线性致动器，其经构造以产生所述上部载台相对于所述底座沿着第一x-y载台轴的可控制位移，(iv)第二线性致动器，其经构造以产生所述上部载台相对于所述底座沿着第二x-y载台轴的可控制位移，所述第一x-y载台轴基本上垂直于所述第二x-y载台轴，及(v)所述上部载台的上部表面，所述上部载台包含经构造以滑动地接纳多个相应无源参考表面且各自包含经加压气体端口的多个平坦光滑有源参考表面；(B)底板组合件，其包含：(i)底板主体，(ii)多个无源参考表面，其安置在所述底板主体上、安置在所述底板主体的底部表面上且定位在所述底板主体的外部分上，以与所述x-y载台组合件的相应有源参考表面对准，(iii)多个弹性悬置部件，其安置在所述底板主体的外部分上且从所述底板的顶部部分向上延伸，及(iv)至少一个压电电机，其紧固到所述底板主体且包含压电电机安装表面，借此所述压电电机经构造以使所述安装表面相对于所述底板主体围绕所述底板的中心轴而旋转；(C)顶板组合件，其包含：(i)顶板主体，(ii)多个悬置部件安装件，其安置在所述顶板主体的外部分上、接纳所述底板的相应弹性悬置部件的上部端；及(D)薄的带槽式挠曲组合件，其耦合在所述底板与所述顶板之间且包含挠曲主体，所述挠曲主体包括(i)中心轴，(ii)中心孔口，及(iii)多个槽，其从所述中心轴及中心膛孔径向延伸且在所述挠曲主体的径向外边缘以内终止，以划界出所述挠曲主体的至少一个固定扇形区及所述挠曲主体的至少一个沿圆周邻近的可移动扇形区，且其中所述至少一个固定扇形区的内部分紧固到所述底板组合件的相应压电电机安装表面且所述至少一个可移动扇形区的内部分紧固到所述顶板，其中所述挠曲组合件经构造以允许所述底板组合件与所述顶板组合件之间的倾斜轴、俯仰轴及Z轴相对移动且将相对θ位移从所述底板组合件的所述至少一个压电电机传输到所述顶板组合件；(E)多个Z轴电机，其安置且操作地耦合在所述底板的对应外部分与所述顶板的相应外部分之间，且经构造以产生所述底板与所述顶板的所述相应外部分之间的Z轴位移；(F)多个Z轴位置传感器，其操作地耦合到所述顶板且经构造以测量所述顶板的Z轴位移；及(G)至少一个θ位置传感器，其安置且操作地耦合在所述x-y载台组合件的所述上部载台与所述顶板之间，且经构造以测量所述上部载台与所述顶板之间沿θ旋转方向的相对位移；(H)至少一个θ电机，其操作地耦合在所述底板组合件与所述x-y载台组合件的所述上部载台之间，所述至少一个电机经构造以使所述底板组合件相对于所述上部载台沿θ方向旋转；(I)精密轴承组合件，其操作地耦合在所述x-y载台组合件的所述上部载台与所述底板主体之间，且经构造以将所述底板组合件相对于所述x-y载台组合件的θ旋转限定于围绕所述精密轴承组合件的中心轴的旋转，其中所述中心轴相对于所述上部载台是固定的；及(J)控制器系统，其操作地耦合到所述定位系统的所述电机、所述位置传感器及所述线性致动器。2.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中多个Z轴编码器组合件包括三个Z轴编码器组合件，所述三个Z轴编码器组合件操作地耦合在所述x-y载台组合件的所述上部载台与所述顶板组合件之间，且经构造以测量所述上部载台与所述顶板组合件之间沿Z轴方向的相对位移。3.根据权利要求2所述的多轴定位系统，其中所述三个Z轴编码器组合件被安置成彼此相距约120度。4.根据权利要求2所述的多轴定位系统，其中所述三个Z轴编码器组合件包括经构造而以最多约5mm的间隔准确地测量位移的大标度光学编码器。5.根据权利要求4所述的多轴定位系统，其中所述大标度光学编码器包括具有约5μm到约20μm的标度间距的编码器条带。6.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中操作地耦合到所述顶板的所述多个Z轴位置传感器包括三个Z轴光学编码器组合件，所述三个Z轴光学编码器组合件操作地耦合在所述底板组合件与所述顶板组合件之间，且经构造以测量所述底板组合件与所述顶板组合件之间沿Z轴方向的相对位移。7.根据权利要求6所述的多轴定位系统，其中所述三个Z轴编码器组合件被安置成彼此相距约120度。8.根据权利要求6所述的多轴定位系统，其中所述三个Z轴编码器包括经构造而以最多约5mm的间隔准确地测量位移的大标度光学编码器。9.根据权利要求8所述的多轴定位系统，其中所述大标度光学编码器包括具有约5μm到约20μm的标度间距的编码器条带。10.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中所述上部载台的每一有源参考表面包含真空端口。11.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中所述上部载台包括三个有源参考表面，所述三个有源参考表面距所述精密轴承组合件的中心轴等距地安置且彼此基本上等距地沿圆周间隔开。12.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中所述底板组合件包括三个无源参考表面，所述三个无源参考表面距所述底板主体的中心轴等距地安置且彼此基本上等距地沿圆周间隔开。13.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中所述底板组合件的所述弹性悬置部件包括弹性螺旋弹簧。14.根据权利要求13所述的多轴定位系统，其中所述弹性螺旋弹簧包括锥形弹性螺旋弹簧。15.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中所述弹性悬置部件包括三对锥形弹性螺旋弹簧，其中每一对锥形弹性螺旋弹簧距所述底板主体的中心轴等距地安置且彼此基本上等距地沿圆周间隔开。16.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中所述底板组合件包括三个压电电机，所述三个压电电机距所述底板主体的中心θ轴等距地安置且彼此基本上等距地沿圆周间隔开。17.根据权利要求16所述的多轴定位系统，其中每一压电电机包括积分位置测量装置，所述积分位置测量装置经构造以测量所述压电电机安装表面相对于所述底板主体围绕所述底板的所述中心轴的位置。18.根据权利要求17所述的多轴定位系统，其中所述积分位置测量装置包括线性编码器。19.根据权利要求16所述的多轴定位系统，其中所述压电电机各自包括压电元件，所述压电元件经构造以相对于所述底板主体的所述中心轴沿圆周方向扩展与收缩。20.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中所述顶板组合件的所述顶板主体包括大体三角形构造，其中每一处安置有弹性悬置部件安装件21.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中所述顶板组合件进一步包括多个卡盘安装件。22.根据权利要求20所述的多轴定位系统，其中所述顶板主体包括具有至少一个径向延伸部的中心孔口，所述至少一个径向延伸部经构造以允许用于所述至少一个压电电机的所述至少一个压电电机安装表面的空隙。23.根据权利要求22所述的多轴定位系统，其中所述顶板主体的所述中心孔口包含三个径向延伸部，所述三个径向延伸部经构造以允许用于彼此基本上等距地沿圆周间隔开的三个压电电机安装表面的空隙。24.根据权利要求21所述的多轴定位系统，其进一步包括卡盘组合件，所述卡盘组合件包含紧固到所述顶板主体的所述卡盘安装件的卡盘主体。25.根据权利要求24所述的多轴定位系统，其进一步包括举升销顶出器组合件，所述举升销顶出器组合件相对于所述底板主体紧固在所述卡盘组合件下方、包含顶出器电机及耦合到所述顶出器电机的至少一个举升销，且经构造以相对所述卡盘主体沿向上Z轴方向可控制地提升所述至少一个举升销，以举起安置在所述卡盘的顶部表面上方的件。26.根据权利要求25所述的多轴定位系统，其中所述举升销顶出器组合件包含包括三个举升销的举升销组合件、紧固到所述举升销组合件的电磁顶出器电机的线圈，及相对于所述底板主体紧固的所述顶出器电机的磁体。27.根据权利要求26所述的多轴定位系统，其中所述顶出器电机的所述磁体紧固到所述精密轴承组合件。28.根据权利要求25所述的多轴定位系统，其中所述举升销顶出器组合件进一步包括操作地耦合到所述顶出器电机的线性编码器组合件。29.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中所述带槽式挠曲部包括具有多个不同材料层的多层带槽式挠曲部。30.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中所述带槽式挠曲部包括在三个可移动扇形区之间交错的三个固定扇形区。31.根据权利要求29所述的多轴定位系统，其中所述多层带槽式挠曲部的材料包括选自由金属、聚合物或织物组成的群组的材料。32.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中安置且操作地耦合在所述底板主体的对应外部分与所述顶板主体的相应外部分之间的所述多个Z轴电机包括三个电磁电机。33.根据权利要求32所述的多轴定位系统，其中安置且操作地耦合在所述底板主体的对应外部分与所述顶板主体的相应外部分之间的所述多个Z轴电磁电机包括三个电磁音圈电机。34.根据权利要求33所述的多轴定位系统，其中安置且操作地耦合在所述底板主体的对应外部分与所述顶板主体的相应外部分之间的所述三个音圈电机中的每一者的磁体紧固到所述底板主体，且安置且操作地耦合在所述底板主体的对应外部分与所述顶板主体的相应外部分之间的所述三个音圈电机的线圈紧固到所述顶板主体。35.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中安置且操作地耦合在所述底板主体的对应外部分与所述顶板主体的相应外部分之间的所述多个电机经构造以允许所述顶板主体与所述底板主体之间最多约5度的相对θ旋转位移。36.根据权利要求1所述的多轴定位系统，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·让娜，S·巴尤，L·库特芒希，
申请(专利权)人：新港公司，
类型：发明
国别省市：美国;US