[发明专利]质量重心测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种质量重心测量装置及方法。

背景技术

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。

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

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。

为解决上述问题，本发明提供一种质量重心测量装置，

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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：

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。

进一步的，在上述方法中，