課題名稱硅片檢測平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

1

目錄

摘要......................................................1

Abstract..............................................................................................................2

1緒論....................................................4

1.1研究目的及意義.....................................4

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.....................................4

1.2.1硅片檢查運動平臺..............................4

122精密運動平臺結(jié)構(gòu)..............................6

2硅片檢測平臺總體設(shè)計....................................8

2.1設(shè)計要求和技術(shù)參數(shù).................................8

2.1.1硅片檢測運動原理..............................8

2.1.2硅片檢測工作流程..............................8

2.1.3運動參數(shù)要求.................................10

2.2機械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計..................................11

2.2.1總體機械結(jié)構(gòu).................................11

2.2.2硅片托盤設(shè)計.................................12

2.3電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計......................................13

3硅片檢測平臺關(guān)鍵部件的設(shè)計，選擇與分析.................14

3.1驅(qū)動..............................................14

3.1.1驅(qū)動方式選擇.................................14

3.1.2電機選擇.....................................15

2

3.2重力平衡裝置......................................16

3.3導(dǎo)軌的選型與校核..................................18

4硅片檢測平臺Z向測試實驗...............................19

4.1實驗裝置和方法....................................19

4.2實驗結(jié)果及分析....................................19

4.2.1定位精度實驗.................................19

4.2.2Z軸各向跳動實驗............................20

423Z軸補償能力實驗.............................21

5Z方向動態(tài)誤差測試及硅晶圓檢測平臺的結(jié)構(gòu)改進...........22

5.1平臺Z方向動態(tài)誤差測試...........................22

5.2硅片檢測平臺結(jié)構(gòu)改進.............................25

5.3硅片檢測平臺誤差分析和補償.......................26

6總結(jié)...................................................26

參考文獻.................................................28

致謝.....................................................30

3

摘要

當(dāng)今的IC制造業(yè)屬于IC技術(shù)的核心，是吸引設(shè)計制造商最多關(guān)注的部分,

也是企業(yè)投資最多的部分。作為半導(dǎo)體制造的基礎(chǔ)，硅晶圓檢查和制造技術(shù)是最

重要的環(huán)節(jié)。本文以硅片制造技術(shù)為背景，設(shè)計研究了硅片測試工藝的精密測試

設(shè)備。

首先，根據(jù)本主題的硅晶圓檢查平臺的設(shè)計要求和技術(shù)參數(shù)，比較三個自由

度和四個自由度的優(yōu)缺點，選擇并設(shè)計適合該主題的總體平臺方案。并根據(jù)被測

對象提出的精度要求，對運動平臺三軸所采用的驅(qū)動方式進行了分析和選擇。

進行了氣缸，音圈電機，光柵尺，滾動導(dǎo)軌等關(guān)鍵部件的分析，選擇和驗證，

完成了硅片檢測平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計和原型開發(fā)。進行了垂直精密運動機構(gòu)的精密定

位實驗，結(jié)果表明其垂直定位精度達到±0.1um,符合設(shè)計要求。

最后，本文針對硅晶片平臺原型進行了硅晶片檢測平臺的Z方向動態(tài)誤差

測試。通過對Z方向分量的誤差測試，分析了Z方向誤差引起的因素。根據(jù)原

型的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式對硅晶片平臺的結(jié)構(gòu)進行了改進，并針對硅晶片檢測平臺提

出了多個自由度的耦合誤差分析。

關(guān)鍵詞：硅片檢測；機械結(jié)構(gòu)設(shè)計；定位精度；誤差實驗

I

Abstract

Today'sICmanufacturingindustrybelongstothecoreofIC

technology.Itisthepartthatattractsthemostattentionofdesign

manufacturersandthepartthatenterprisesinvestthemost.Asthebasis

ofsemiconductormanufacturing,siliconwaferinspectionand

manufacturingtechnologyarethemostimportantlinks.Basedonthe

siliconwafermanufacturingtechnology,thispaperdesignsandstudies

precisiontestingequipmentforsiliconwafertestingtechnology.

First,accordingtothedesignrequirementsandtechnicalparameters

ofthesiliconwaferinspectionplatformofthissubject,comparethe

advantagesanddisadvantagesofthreedegreesoffreedomandfour

degreesoffreedom,andselectanddesignanoverallplatformsolution

suitableforthesubject.Andaccordingtotheaccuracyrequirementsput

forwardbythemeasuredobject,thedrivingmodeadoptedbythethree

axesofthemotionplatformisanalyzedandselected.

Carriedouttheanalysis,selectionandverificationofkey

componentssuchascylinder,voicecoilmotor,gratingruler,rollingguide,

andcompletedthestructuraldesignandprototypedevelopmentofthe

siliconwaferinspectionplatform.Theprecisionpositioningexperiment

oftheverticalprecisionmotionmechanismhasbeencarriedout,andthe

2

resultsshowthattheverticalpositioningaccuracyreaches+0.1Um,

whichmeetsthedesignrequirements.

Finally,thispaperconductstheZ-directiondynamicerrortestofthe

siliconwaferinspectionplatformforthesiliconwaferplatformprototype.

ThroughtheerrortestoftheZdirectioncomponent,thefactorscausedby

theZdirectionerrorareanalyzed.Accordingtotheprototypestructure

anddrivingmode,thestructureofthesiliconwaferplatformisimproved,

andthecouplingerroranalysisofmultipledegreesoffreedomis

proposedforthesiliconwaferinspectionplatform.

Keywords:siliconwaferinspection;mechanicalstructuredesign;

positioningaccuracy;errorexperiment

3

1緒論

1.1研究目的及意義

當(dāng)今瞬息萬變的IC技術(shù)在硅片研發(fā)和制造中的應(yīng)用也不斷取得突破，其設(shè)

備制造技術(shù)已成為國家科學(xué)技術(shù)的重要力量。每10年左右，硅晶片的主流制造

尺寸將比以前增加一次。首條300mm生產(chǎn)線的外觀距離上一個水平已有11年的

歷史。現(xiàn)在，半導(dǎo)體行業(yè)正慢慢進入450mm硅晶片的時代?；诠杈瑱z查的

過程檢查系統(tǒng)的組裝和技術(shù)也更為重要。

不僅如此，由于超精密技術(shù)在IC制造技術(shù)中的應(yīng)用，美國，日本和一些發(fā)

展中國家等發(fā)達國家對這種新興技術(shù)給予了更多關(guān)注。IC制造技術(shù)已逐漸成為

衡量一個國家綜合國力的重要指標。標準。

僅對于國內(nèi)而言，硅晶片制造技術(shù)相對落后，重要原因之一是起步較晚。它

的設(shè)計，生產(chǎn)和加工都依賴于進口設(shè)備。先進技術(shù)通常是從國外進口的，其技術(shù)

沒有創(chuàng)新概念。因此，我們必須獨立研究和開發(fā)我們的IC精密測試設(shè)備。

IC制造業(yè)屬于IC技術(shù)的中游，是吸引設(shè)計制造商最多關(guān)注和企業(yè)投入最多

的部分。作為半導(dǎo)體制造的基礎(chǔ)，硅晶圓檢查和制造技術(shù)是最重要的環(huán)節(jié)。

本研究的目的是比較國內(nèi)外各種硅晶圓檢測平臺和類似的精密運動平臺的

結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)本主題的設(shè)計要求和工作流程，可以使用三自由度平臺在硅晶片

表面上獲得顆粒物質(zhì)。檢查，換膜等操作并符合技術(shù)參數(shù)要求。在自主研發(fā)硅晶

片檢測運動平臺結(jié)構(gòu)的同時，在平臺上進行了相應(yīng)的定位精度實驗。考慮到垂直

誤差的影響因素，對硅片檢測平臺的結(jié)構(gòu)進行了相應(yīng)的改進。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在中國，在前端運動平臺領(lǐng)域，與半導(dǎo)體相關(guān)的方面(例如制造技術(shù)和測試

技術(shù))比其他國家要慢。特別是在硅晶片領(lǐng)域，在與運動有關(guān)的檢測設(shè)備的研究

中仍有許多方面可以改進。其中，精密運動平臺領(lǐng)域的研究人員的研究非常有效。

本課題以先進技術(shù)的研究成果和經(jīng)驗為基礎(chǔ)，進行進一步的研究，以達到提高課

題研究速度的目的，這對課題研究也具有重要意義。

1.2.1硅片檢查運動平臺

半導(dǎo)體行業(yè)誕生于1958年9月的美國，當(dāng)時德州儀器(TI)的工程師杰克?基

爾比(JackS.Kilby)發(fā)明了第一塊集成電路，這引發(fā)了第三次工業(yè)革命，影響

4

了世界科學(xué)發(fā)展的歷史。研究人員使用“摩爾定律"（Moore,sLaw）不斷創(chuàng)新半

導(dǎo)體工藝，從而帶動了與半導(dǎo)體相關(guān)的技術(shù)的興起，例如制造領(lǐng)域和精密設(shè)備測

量領(lǐng)域。與中國的半導(dǎo)體技術(shù)相比，國外在研究經(jīng)驗和研究成果方面遙遙領(lǐng)先。

具體而言，對于硅晶片精密檢查設(shè)備，國外的發(fā)展相對較快。其成功的工作包括

美國Kensington實驗室的四自由度硅晶片檢查運動平臺和MicroPrecision

Automation的三自由度超精密平臺。

圖1-1顯示了Kensington精密檢查運動平臺，該精密運動設(shè)備在測試8至

12英寸圓形硅晶片時可以滿足四個自由度的要求。X自由度表示底層的線性運

動；Y自由度是中層運動；Y自由度是中層運動。Z自由度是頂層的垂直運動;

0自由度表示頂層的圓周旋轉(zhuǎn)運動。該平臺的優(yōu)點是頂部圓盤配備了兩個凹槽。

真空吸槽可用來吸附硅片；

圖1-1美國Kensington的四自由度運動平臺

晶圓運動平臺各軸的參數(shù)和精度如下：

（1）Theta軸：采用伺服電機直接驅(qū)動技術(shù)，軸承采用交叉滾珠軸承。Theta

軸的重復(fù)定位精度高達0.0008°,轉(zhuǎn)速范圍為每秒0.003°至200°。

（2）X,Y軸：也采用伺服電機直接驅(qū)動技術(shù)，重復(fù)定位精度為0.2um,最

大移動行程為302mm,移動速度跨度為每秒0.01至U100mm；

（3）Z軸：伺服電機直線驅(qū)動，行程相對較短，為10mm,重復(fù)定位精度

為0.2um,移動速度為每秒30mmo

美國微精密自動化的300mmWaferR-Theta-Z位移臺如圖1-2所示。這是專

門設(shè)計用于300mm硅片檢查的平臺。與Kensington平臺相比，在運動平臺上方

的平臺設(shè)計中使用了銷釘式薄膜更換器，該平臺使用三個圓孔和一個圓柱形頂針

來完成薄膜更換。不僅如此，它的各種參數(shù)（包括每個軸的定位精度和分辨率）

比Kensington更準確。

5

圖1-2MicroPrecisionAutomation公司的三自由度運動平臺

在平臺自由度方面，MPA采用了三自由度的總體設(shè)計方案。R、theta、Z軸

分別指處于最下方的橫向運動、垂直水平面的上下運動、硅片臺的旋轉(zhuǎn)運動。其

各軸的運動參數(shù)和精度如下：

(1)R軸：重復(fù)定位精度30um,分辨率Inm,運動行程180mm；

(2)Z軸：重復(fù)定位精度20um,分辨率Inm,運動行程35mm；

(3)Theta軸：重復(fù)定位精度0.25arcsec,分辨率0.016arcsec,行程360。；

1.2.2精密運動平臺結(jié)構(gòu)

國內(nèi)目前還沒有精密硅片檢運動平臺的優(yōu)秀產(chǎn)品，但是對于XY平面運動平

臺和一些多自由度控制技術(shù)和驅(qū)動方式都有一些進展和研究經(jīng)驗。因此，本小節(jié)

比較國內(nèi)外的精密運動平臺產(chǎn)品。

在國際精密平臺制造領(lǐng)域，日本有著多年的經(jīng)驗，占有重要地位。本課題的

運動裝備與日本精密平臺廠商THK的XY平臺相似,有著類型多樣、多自由度、

多精度自由組合的特點。如圖1-3所示。

6

圖1-3THK精密運動平臺

該設(shè)備使用高精度LM滾動導(dǎo)軌和精密滾珠絲杠，可以無間隙地定位。最大

多沖程選件可以達到500毫米，負載可以達到250千克。它可以重復(fù)定位，精度

為lum至3um,并配有柔軟的可伸縮防塵罩。

與國外精密平臺的優(yōu)秀技術(shù)相比，我國在理論和實踐上有一定差距。然而,

在改革開放的30年中，我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，與國外的學(xué)術(shù)往來日益頻繁，并

引進了先進的部件和先進的理論與技術(shù)，中國的精密設(shè)備研究也取得了巨大的成

就。例如，深圳市漢氏電機技術(shù)有限公司生產(chǎn)了三自由度運動平臺，重復(fù)定位精

度為±2ym。

圖1-4大族公司生產(chǎn)的三軸平臺

如圖1-4所示，LMSU13平臺是三維運動平臺，其結(jié)構(gòu)與硅晶圓檢測平臺相

似。下方的XY平面在XY二維平臺中采用了國內(nèi)先進的直接驅(qū)動技術(shù)，并且使

用DDR系列旋轉(zhuǎn)電機進行旋轉(zhuǎn)。整體尺寸為516mm*650mm*356mm,結(jié)構(gòu)大于

硅晶圓運動平臺。平臺結(jié)構(gòu)的行程為50mm,300mm和360°整圈旋轉(zhuǎn)。垂直移

7

動行程比硅晶片平臺的垂直移動行程長，但是需要提高精度。下面的X和丫方

向的線性重新定位精度可以達到土2pm。

2硅片檢測平臺總體設(shè)計

2.1設(shè)計要求和技術(shù)參數(shù)

2.1.1硅片檢測運動原理

硅片檢查平臺的主要任務(wù)是檢測附著在硅片上的化學(xué)顆粒污染物，使用光學(xué)

透鏡在整個平面上掃描硅片，并使用平臺相對于光學(xué)透鏡的移動來完成檢查工作。

我們可以通過螺旋掃描和逐行掃描對硅晶片的表面進行完整的檢查。螺旋掃描對

應(yīng)于三自由度平臺，而四自由度平臺必須使用逐行描述方法。通過對本課題的比

較,選擇了三自由度運動平臺，因為使用螺旋掃描的三自由度具有以下優(yōu)點：（1）

較小的自由度可以相對降低成本；（2）降低了運動平臺的高度，平臺結(jié)構(gòu)更加緊

湊；（3）螺旋掃描的工作效率較高。

在螺旋掃描過程中，光學(xué)透鏡遵循阿基米德螺旋線，以完成整個圓形平面的

掃描。對于本主題的三自由度平臺，我們可以使用晶圓載體theta軸的均勻旋轉(zhuǎn)

和垂直于載體上下運動的徑向R軸的疊加運動來完成阿基米德螺旋運動。

2.1.2硅片檢測工作流程

已經(jīng)確定該運動平臺是使用螺旋掃描的三自由度硅運動平臺。接下來，我們

需要了解硅晶圓檢查平臺的工作流程，并根據(jù)工作中的動作進行平臺設(shè)計分析。

我們不僅需要考慮移動平臺的掃描過程，還需要考慮移動平臺需要在掃描工作之

前和之后執(zhí)行晶圓更換操作，這需要平臺進行垂直移動（即Z軸）。除了完成掃

描檢查工作外，還需要對硅晶片進行連續(xù)檢查，也就是說，在一次掃描完成后，

將更換下一個晶片以繼續(xù)檢查。該運動平臺的垂直（Z方向）行程要求達到25mm。

但是，此項目需要W3分鐘的時間進行硅晶片檢查。綜上所述，設(shè)計運動平臺的

工作流程，如圖2-2所示。

8

BAC

-1—

鏡

頭-

I③④L械手

硅片托盤

機械臂

150mm

旋轉(zhuǎn)運動

垂直運動直線運動

①

約500mm

②

圖2-2檢測工作流程

除了圖片中的三個水平位置A,B和C,還有兩個垂直位置。上部用于膠片

更換，下部用于檢查工作。對于A,B和C級的三個工位，A是工作的起始工位，

即檢測運動之前的固定工位，B是硅晶片完成螺旋掃描后結(jié)束的工位，C是掃描

完成后，移至機械手上方的工作站以準備換膜。

整個硅片檢測平臺的工作過程分為5個過程：

（1）硅片的水平運動和硅片臺的均勻旋轉(zhuǎn)合成了阿基米德螺旋，以50um/

圓的速度螺旋掃描硅片平臺，硅片被吸附在載體臺上真空吸塵在此過程中，水平

方向（R方向）保持恒定速度，并且速度很慢。

（2）螺旋掃描后，硅晶片在機械手下方水平移動以準備更換晶片。該過程

不需要精確的要求，但是當(dāng)移至晶片更換站時，需要在R方向上進行精確定位。

（3）在R方向達到晶片更換精度定位之后，晶片臺在Z方向上移動到晶片

更換臺，并且晶片臺垂直向下移動，并且機械手立即接觸晶片。此時，真空吸盤

釋放吸力。薄膜離開軸承臺并落在機械手上；

（4）在托盤完成掃描運動之前的工作站上，機器人使用晶圓定位系統(tǒng)將未

檢測到的新晶圓準確地放置在托盤上;

9

（5）用真空吸收新的硅晶片，然后托盤移至檢測開始站A,準備完成下一

次硅晶片檢查。該過程可以快速移動，但是移動后需要很高的定位精度。

2.1.3運動參數(shù)要求

為了進行硅晶片檢測平臺的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，關(guān)鍵部件設(shè)計和選擇，有必要確

定該主題對平臺的參數(shù)要求。本主題的三自由度運動平臺的以下運動參數(shù)要求：

（1）R軸和theta軸旋轉(zhuǎn)的聯(lián)合運動形成了阿基米德螺旋，因此其準確性不

可避免地會影響晶片掃描過程中的檢測工作。螺旋掃描的相對效果較高，水平方

向上檢測點的最大允許誤差為5um,因此其定位精度設(shè)計為2um。參照國外成熟

的硅晶圓檢測平臺的成品，肯辛頓的四自由度平臺和MicroPrecisionAutomation

的三自由度平臺在R方向上分別為302mm和175mm。本主題中的硅晶圓平臺的

結(jié)構(gòu)與美國的MicroPrecision相似。自動化的硅晶圓平臺更相似，因此R方向的

行程必須＞150mm。因此，本文將R方向的行程R設(shè)計為165mm,定位精度設(shè)

計為2um。

（2）theta軸的旋轉(zhuǎn)和R軸的復(fù)合運動形成阿基米德螺旋，因此對精度的要

求也很高。像R方向一樣，最大允許誤差為5um,光斑中心的最大偏移為2um。

根據(jù)公式S=0*R,可獲得theta軸的精度要求：9＜2um/150mm=0.048arcsec,theta

的行程需要360°的整圈旋轉(zhuǎn)。

（3）除了完成R軸和theta軸的疊加以完成螺旋掃描外，還必須考慮在進

行晶片更換操作的掃描工作之前和之后移動平臺的移動，即平臺在垂直方向（即

Z軸）上的移動。Z方向的移動要求鏡頭與平臺之間的距離不能超過某個范圍，

因此設(shè)計垂直方向（Z方向）的最大允許誤差為±5ym。根據(jù)異物的垂直精度，

為了完成聚焦的準備工作，Z方向的定位精度要求很高，因此Z方向的運動定位

精度的設(shè)計要求為0.5umo因此,該對象的運動平臺的Z方向行程計劃為25mm,

定位精度要求達到0.5umo

（4）平臺的總體參數(shù)要求如下：

晶圓檢測效率：20pics/h；

R方向加速度最大為0.5g；

定位精度：R方向土2Pm,Z方向±0.5|im,。方向±0.048arcsec；

行程：R方向±165mm,Z方向25mm,0方向360°;

外形尺寸：長（R方向）＜600mm,寬（Y方向）＜400mm,高（Z方向）＜320mm;

10

2.2機械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計

2.2.1總體機械結(jié)構(gòu)

根據(jù)本主題運動平臺的總體要求，雖然平臺需要具有三個自由度的高精度定

位，但平臺的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能緊湊，并且平臺的整體三維尺寸平臺不應(yīng)超過

650mm*400mm*300mm。

因此，首先要基于運動平臺各軸的行程和精度進行設(shè)計（上面已完成），然

后根據(jù)設(shè)計參數(shù)要求，根據(jù)目標平臺的情況選擇合適的驅(qū)動模式。除了平臺的結(jié)

構(gòu)設(shè)計外，工作時還需要控制系統(tǒng)，因此還需要選擇每個軸上的移動測量設(shè)備。

此外，該支撐導(dǎo)軌的每個軸的運動也需要適當(dāng)?shù)剡x擇，這需要考慮的基本原則和

各軸的移動的精度要求。最后，應(yīng)開始搭建平臺設(shè)備，并考慮平臺搭建時的空間

結(jié)構(gòu)和安裝問題，然后進行硅片檢測平臺的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖2-3所示。

圖2-3整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖所示，為了選擇在每個軸上需要考慮的驅(qū)動模式，可以看出Z軸的上

下移動需要克服軸承平臺的重力才能移動。相反，R軸和theta軸在工作期間沒

有額外的負載。因此，在本主題的設(shè)計中，我們將R軸視為其他運動方向的載

體，并且需要完成的第一部分是第一運動水平。以Z軸為旋轉(zhuǎn)載體是優(yōu)先于theta

旋轉(zhuǎn)的運動，因此將其定義為第二運動水平。最后，0軸被視為運動的第三級，

直接完成了載物臺旋轉(zhuǎn)的功能。

11

對于本主題的運動平臺，整體機械結(jié)構(gòu)保持在480mm*360mm*300mm以內(nèi)，

完全滿足平臺緊湊結(jié)構(gòu)的要求。完成平臺各個角度的總體規(guī)劃后，我們需要分析

并選擇每個軸上的導(dǎo)軌，驅(qū)動器和控制組件：對于theta軸，我們需要較高的運

動精度，因此我們選擇了高精度氣動浮動軸承保證了工作條件下的全向跳動，以

及由于多個自由度而引起的俯仰和傾斜。在驅(qū)動模式下，我們選擇使用永磁同步

伺服電機直接驅(qū)動。軸，由于平臺控制系統(tǒng)的補償，能力也需要補償結(jié)構(gòu)誤差，

因此我們使用高精度光柵尺來在原件的控制和檢測中定位并測量theta軸旋轉(zhuǎn)位

置；對于Z軸，由于采用高精度音圈電機直接驅(qū)動，而Z軸最容易出現(xiàn)跳動和

傾斜，因此我們使用SP精密滾珠導(dǎo)板，使用高精度導(dǎo)板可以確保Z軸和R軸具

有良好的垂直度，這與Z方向氣體一致。浮動導(dǎo)軌要求更高的精度并具有相同

的含義，并且檢測控制元件使用像theta軸這樣的光柵尺，可以確保運動和運動。

Z方向的定位精度；對于R軸的第一級運動，同樣需要使用高精度的滾珠導(dǎo)軌，

因為R軸直接位于整個晶圓臺下方，并且需要承載整個平臺的重力，因此選擇

導(dǎo)軌的位置非常重要。在這里，我們還選擇了SP精度等級與Z軸不同的滾珠導(dǎo)

軌。行程比較大，不需要精確的移動，但是需要在工作站上達到定位精度?？紤]

到我們選擇使用線性電動機驅(qū)動方法來驅(qū)動R軸，控制反饋設(shè)備仍然使用高精

度光柵尺來確保其運動精度。

2.2.2硅片托盤設(shè)計

根據(jù)第一章硅晶圓平臺的發(fā)展?fàn)顩r，我們知道由于我國沒有成熟的硅晶圓平

臺設(shè)計產(chǎn)品，因此晶圓托盤（即晶圓臺）的設(shè)計主要依靠國外產(chǎn)品。在本節(jié)中，

我們將通過分析不同國外晶圓托盤的工作原理來分析該平臺的托盤設(shè)計，并選擇

最合適的托盤結(jié)構(gòu)。

在本文的第一章中，提到了Kensington的四自由度硅晶片平臺使用具有卡

盤結(jié)構(gòu)的卡盤式轉(zhuǎn)換器，卡盤式晶片更換的主要過程包括以下三個過程：①檢查

工作狀態(tài)時硅晶片被吸附在晶片臺上；對于四自由度硅晶圓臺，逐行掃描完成;

②掃描工作完成后，真空吸盤釋放晶片平臺的吸力。分離硅晶片，并且操縱器

從被測硅晶片下方通過卡盤的凹槽立即接觸硅晶片。這時，驅(qū)動硅晶片在Z方

向上垂直向下移動，最后操縱器接觸硅晶片并從水平方向完成硅晶片。更換晶

圓的全過程；③更換晶片的工作與取出晶片的過程相反。新晶片沿水平方向移

動到托盤頂部。平臺在Z方向上使用向上移動來接觸晶圓，然后在吸附晶圓后

移動。打開機械臂。

12

2.3電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)以上設(shè)計，通過直接電機驅(qū)動技術(shù)選擇了本主題的運動平臺的三軸驅(qū)

動模式，以滿足硅片檢測平臺的精度要求。這種直接驅(qū)動可以避免由傳輸裝置

引入的非線性誤差，并且還可以使硅晶片平臺保持在良好的環(huán)境中并且在合適

的溫度下工作，這相對地增加了平臺的使用壽命。與傳動系統(tǒng)相比，雖然電動

機的直接驅(qū)動可以避免上述問題，但是對于反饋控制來說這是一個主要且困難

的問題。同時，對象是一個多自由度的運動平臺，因此每個軸上的誤差耦合都

不能忽略。因此，我們需要嚴格設(shè)計平臺的電氣結(jié)構(gòu)，從硅晶圓檢測平臺到結(jié)

構(gòu)設(shè)計與控制系統(tǒng)。標準，使整體設(shè)計可以滿足設(shè)計要求。

圖2-7控制系統(tǒng)示意圖

如圖2-7所示，這是本主題中設(shè)計的電氣結(jié)構(gòu)?？刂圃硎侵鳈C完成與PAMC

的通信協(xié)議，然后主控卡發(fā)出指令?？刂瓶刂葡鄳?yīng)的電動機，驅(qū)動器實現(xiàn)R,

Z和theta軸的電動機驅(qū)動。其中，PMAC（可編程多軸控制器）是當(dāng)今所有控

制系統(tǒng)組件中最出色的運動控制卡。它的可靠性，可編程性，速度和相應(yīng)的參數(shù)

已達到世界一流。使用PMAC運動控制卡時，可以完成多軸同時驅(qū)動控制，非

常適合多軸驅(qū)動多自由度運動平臺。這是該主題的非常合適的選擇，并且可以在

良好的操作下很好地使用。完成其控制精度要求。

13

3硅片檢測平臺關(guān)鍵部件的設(shè)計，選擇與分析

3.1驅(qū)動

根據(jù)第2章的總體設(shè)計，此運動平臺的Z方向運動具有以下特征：負載小，

精度高和需要考慮重力平衡。因此，我們需要詳細設(shè)計其運動裝置。當(dāng)前的主流

驅(qū)動方式如下：

（1）永磁同步直線電動機：這種直接驅(qū)動避免了傳動引起的誤差，結(jié)構(gòu)緊

湊，驅(qū)動力大，定位精度高。如果與合適的驅(qū)動控制設(shè)備匹配，則誤差可以小于

lum；

（2）音圈電機：根據(jù)安培力原理設(shè)計，是一種非常穩(wěn)定的電磁驅(qū)動裝置，

協(xié)調(diào)良好的控制反饋分量可使誤差達到10nm以下，甚至達到超精密水平；

（3）滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)電機：一種發(fā)展歷史比較長的驅(qū)動方式，一般用于大中

型設(shè)備，由于技術(shù)成熟，而且由于設(shè)備精密，精度可以達到微米級；

（4）旋轉(zhuǎn)伺服電機和滑動螺釘：這種驅(qū)動方法的最大優(yōu)點是可以完成自鎖，

并在相對特殊的工作環(huán)境中使用。易磨損和傳動效率低的缺點使其通常無法在工

作環(huán)境中被采用；

（5）壓電陶瓷驅(qū)動執(zhí)行器：這是一種相對較新的驅(qū)動方法，通常用于高精

度設(shè)備，但由于其工作行程只有幾毫米，因此僅用于超高精度和小型設(shè)備中使用，

而且成本比較高。

在對以上五種驅(qū)動方式進行比較和分析的基礎(chǔ)上，本文從Z方向機構(gòu)的驅(qū)

動方式中選擇了兩種：帶滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)伺服電動機和音圈電動機。

3.1.1驅(qū)動方式選擇

旋轉(zhuǎn)伺服電動機和滾珠絲杠驅(qū)動的驅(qū)動方法已有一定的發(fā)展歷史，其應(yīng)用十

分廣泛。由于其滾珠絲杠加工技術(shù)日趨成熟和準確，因此這種驅(qū)動方法現(xiàn)在可以

應(yīng)用于微米級設(shè)備。然而，其傳輸效率一直是一個缺點。從電機輸出原始功率后，

必須通過各種旋轉(zhuǎn)對將其傳輸?shù)阶罱K運動傳輸對象。對于傳動鏈條，可能會產(chǎn)生

以下影響：（1）滾珠絲杠和螺母的相對運動會產(chǎn)生摩擦，從而影響整個驅(qū)動系統(tǒng)

的壽命；（2）部件之間的傳動摩擦?xí)绊憴C構(gòu)的可靠性。，系統(tǒng)需要不斷地調(diào)試

和修復(fù)，這相對增加了成本；（3）與傳動系統(tǒng)中的直接驅(qū)動相比，中間環(huán)節(jié)必定

會出現(xiàn)，這在一定程度上會影響機構(gòu)的精度，并且由于它是一個非線性誤差，因

此也很難對付。誤差補償分析；（4）與直接驅(qū)動技術(shù)相比，這種傳統(tǒng)的傳動系統(tǒng)

14

的整體結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，在設(shè)計整體設(shè)備時整體設(shè)備的尺寸將受到限制；（5）傳輸

系統(tǒng)比較復(fù)雜。與直接驅(qū)動模式相比，在工作狀態(tài)下產(chǎn)生的噪音也是不可避免的

因素。

與后置語音線圈電動機相比，這種相對現(xiàn)代的線性驅(qū)動機構(gòu)具有以下優(yōu)點:

（1）由于避免了中間環(huán)節(jié)，因此系統(tǒng)響應(yīng)能力大大提高，并且由于沒有摩擦等

因素，因此具有更高的可靠性。靈敏度；（2）無傳動機構(gòu)，系統(tǒng)由電機直接驅(qū)動，

結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，節(jié)省空間。（3）音圈電機的直接驅(qū)動是由于沒有傳動裝置引起

的。中間鏈路的誤差大大降低，與之配合的控制反饋系統(tǒng)的誤差補償能力也大大

提高。（4）與傳動裝置相比，沒有力相互接觸和傳遞，因此可靠性和使用壽命是

相對的。（5）在精度方面，音圈電動機的驅(qū)動技術(shù)可以很容易地使定位精度達到

微米級。

3.1.2電機選擇

音圈電動機主要有以下三種分類方法：根據(jù)音圈電動機中磁體的位置，分為

內(nèi)磁和外磁。按其運動部位，可分為動圈結(jié)構(gòu)和動磁鋼結(jié)構(gòu)。并根據(jù)氣隙長度分

為兩種類型：長音圈和短音圈。具體優(yōu)缺點如表3-2所示。

表3-2音圈電機三種分類方式

分類方法分類優(yōu)缺點比較

磁鋼在音圈電機中內(nèi)磁式與外磁式結(jié)構(gòu)相比，內(nèi)磁式結(jié)構(gòu)的磁路較短，

所處的位萱外磁式漏磁小，容易產(chǎn)生較大的磁力。

動音圈結(jié)構(gòu)動音圈結(jié)構(gòu)中固定的磁場系統(tǒng)可嘆比較大，

音圈電機運動部分因而能夠得到較強的磁場（高Bg值）;固定音

固定音圈結(jié)構(gòu)圈結(jié)構(gòu)可嘆有較大的工作電流。

音圈相對于工作氣長音圈結(jié)構(gòu)長音圈結(jié)構(gòu)體和比較小，短音圈結(jié)構(gòu)功耗較

隙的長唐短音圈結(jié)構(gòu)小.可以有較大丁作由浦C

垂直（Z軸）移動主要是在換片過程中垂直向上和向下移動。整個膠片更換

過程并非以均勻的速度移動，因此我們需要分析加速和減速的指針：

F-f=ma（3-1）

其中F是電動機的輸出力；f是Z上下運動的摩擦阻力，力約為47N；m

是垂直移動部分的質(zhì)量，約21kg；a是其最大加速度，從第2章出0.1g獲得。

因此，可以計算出F268N。

根據(jù)表3-2中各種類型的音圈電動機的分類特性，針對本主題運動平臺的Z

方向運動精度要求，本文最終選擇了如圖所示的AVM系列音圈電動機。3-lo

15

對于AVM系列音圈電機，具有以下功能：

（1）直接驅(qū)動，零齒槽定位，零間隙音圈電機；

（2）動子重量輕，響應(yīng)速度快，帶寬大；

（3）線圈與磁鐵運動無接觸，無磨損；

（4）低速平穩(wěn)運動和無限分辨率取決于反饋設(shè)備。

3.2重力平衡裝置

考慮到該對象的運動平臺的垂直機構(gòu)的重力，在更換膠片的過程中z軸的

垂直運動包括克服重力的向上運動和與方向相同的向下運動引力因此，我們需要

在z方向上平衡重力，以避免音圈電機由于克服重力而被迫選擇更大驅(qū)動力的

型號，這會增加整體結(jié)構(gòu)并降低整體效率。同時，重力平衡裝置的使用還可以相

對減輕音圈電機的負荷，確保其可靠性和相對壽命。而且，當(dāng)控制系統(tǒng)停止工作

時，重力平衡裝置可以防止。軸平臺的機構(gòu)由于重力而損壞。

我們列舉了幾種當(dāng)前的重力平衡，分析了它們各自的特性，并為此運動平臺

選擇了最合適的重力平衡方法。當(dāng)前的重力平衡方法如下：

（1）機械配重平衡

重力平衡是利用配重的重力來實現(xiàn)機構(gòu)的重力平衡，這種方法常用于大型運

動機構(gòu)中。機械育種的重力平衡法原理簡單，可靠性高，一般用于不需要頻繁維

護的機械設(shè)備中。這種平衡方式的最大缺點是，平衡重需要占據(jù)一定的空間，不

適合結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)構(gòu)簡單的機械設(shè)備，并且在設(shè)備工作時其運動加速度不能太大。

不可避免地會影響運動平臺的性能。設(shè)計要求。鑒于集成重力平衡育種的上述缺

點，我們在此硅晶圓檢測平臺上不選擇此方法。

（2）液壓平衡

液壓平衡的工作原理是利用液壓作用向相反方向施加等于重力的液壓。重力

平衡法可以承載較大的重力，并且設(shè)備的重力相對較小。它廣泛用于各種大型設(shè)

備中，并且是加工中心。重力平衡法經(jīng)常使用。但是它最大的缺點是靈活性不高。

液壓平衡器必須確保工作狀態(tài)下的低速行駛，以避免諸如因過大的速度和加速度

而引起的液壓沖擊之類的問題。因此，液壓平衡通常適用于低速運動機構(gòu)。由于

本主題的運動平臺不需要支撐過多的負載，因此不需要使用液壓平衡方法。此外,

運動平臺需要保持清潔的工作環(huán)境，因此排除了這種重力平衡的方法。

（3）氣壓平衡

氣壓平衡的工作原理是利用氣壓產(chǎn)生一個與對應(yīng)機構(gòu)重力相反的氣壓力。相

比與液壓平衡，其承載力比液壓平衡方法小一些，但氣壓平衡可以使整個機構(gòu)在

較高速度和加速度下工作，具有一定的靈活性，而且可以使工作環(huán)境相對潔凈。

16

對于氣壓平衡而言，最大的缺點是由于氣壓和氣膜的作用，會有一定的噪音產(chǎn)生，

這是本課題運動平臺的一個難題。

（4）制動器已鎖定

與上述三種重力平衡方法相比，制動器鎖定的區(qū)別在于利用垂直摩擦力進行

重力平衡是一種相對先進的重力平衡方法，即利用制動器的響應(yīng)時間來控制運動

和停止。對于制動器鎖定，其響應(yīng)時間是影響整個設(shè)備的關(guān)鍵，而由其產(chǎn)生的摩

擦的大小和準確性則取決于其響應(yīng)時間。但是，制動鎖的重力平衡裝置對安裝環(huán)

境比較苛刻，并且我們認為重力平衡高于該對象的運動，因此在調(diào)試過程中，制

動鎖的裝置很可能會損壞平臺下的機構(gòu)。過程，因此排除了此方法。

考慮Z方向上的重力平衡可以避免音圈馬達被迫選擇具有更大驅(qū)動力的型

號，這將導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的增加。同時，重力平衡裝置的使用還可以相對減輕音圈

電機的負荷，確保其可靠性和相對壽命。通過對以上四種重力平衡方法的比較分

析，我們認為氣壓平衡具有一定程度的靈活性，其支撐力足以平衡平臺的重力機

制。不僅如此，所使用的氣壓比其他方法更容易清洗。對于工作條件下的噪音的

缺點，我們考慮安裝消聲器來處理。

圖3-2是氣壓平衡的示意圖。該圖顯示了其工作原理:減壓閥調(diào)節(jié)空氣壓力，

溢流閥的壓力調(diào)節(jié)范圍大于減壓閥的壓力調(diào)節(jié)范圍。在工作狀態(tài)下，Z方向機構(gòu)

完成印版更換的向下運動，并且平衡缸也向下運動。此時，儲氣袋的容積變大，

并且溢流閥打開以減小氣壓，從而控制了整個氣壓平衡機構(gòu)的壓力。在一定范圍

內(nèi)。氣囊在圖中的作用不容忽視，它是用來調(diào)節(jié)液壓不足的情況，也就是說，它

起到一定的緩沖作用。圖片左側(cè)的消聲器是為了避免氣壓平衡過程中產(chǎn)生的噪音,

并使硅晶片檢查保持在清潔良好的工作環(huán)境中。

17

Z軸運動部件

儲氣包

溢流閥

。平衡氣缸

消聲器

壓閥

圖3-2氣壓平衡示意圖

3.3導(dǎo)軌的選型與校核

在選擇和檢查滑道時，首先要了解在國內(nèi)市場上廣泛使用的滾動導(dǎo)軌的品牌

和型號。目前，來自臺灣的HIWIN,來自日本的THK和來自德國的力士樂是各

自的精密設(shè)備中使用最廣泛的導(dǎo)軌品牌。為了這個主題的平臺定位精度，這里選

擇了THK的SHS導(dǎo)軌，該系列導(dǎo)軌的優(yōu)點如下：1.維修方便，使用壽命長；2.

噪音小，摩擦消耗低；3,可以滿足較高的垂直運動速度；4.能承受較大的負

荷；5.導(dǎo)軌剛性高，可保持機芯的垂直度或水平度；6,按照世界標準進行設(shè)

計開發(fā)，適用于各種驅(qū)動機構(gòu)。7.安裝簡便，安裝誤差很小。根據(jù)Z向設(shè)計參

數(shù)要求和結(jié)構(gòu)特點，選擇了SHS15C1的SP-IV型滾動導(dǎo)軌。

在分析滾動導(dǎo)軌時，我們需要考慮由于每個垂直機構(gòu)的相對位置，速度和加

速度而產(chǎn)生的載荷。

18

4硅片檢測平臺Z向測試實驗

4.1實驗裝置和方法

如上所述，硅晶圓檢查平臺的Z方向機構(gòu)的精度要求較高，其控制反饋的

補償能力也很嚴格。因此，我們使用激光位移傳感器和高精度光柵尺來測試Z

軸的定位精度。激光位移傳感器和光柵尺都是非接觸式傳感器，可以測量的精度

和分辨率很高，并且結(jié)構(gòu)簡單且易于安裝。它們通常用于精密檢測和反饋控制設(shè)

備中。

對于本主題的硅片檢查平臺，我們可以使用光柵來測量定位誤差并測試平臺

的準確性，并可以使用激光位移傳感器來測量運動平臺中某些平面的相對位置和

位移。對于激光位移傳感器，我們可以使用其簡單的結(jié)構(gòu)來測量平臺各部分的相

對位置，這對于平臺的誤差分析具有重要意義。

4.2實驗結(jié)果及分析

4.2.1定位精度實驗

定位誤差是指在電機輸出后，對象的理想運動位置與其實際位置之間的位置

偏差。對于硅晶片檢查平臺，定位誤差基于三個軸上的位移誤差。考慮到光柵尺

的安裝不能保證其測量方向可以與z軸的垂直移動方向完全相同，我們還需要

補償其定位誤差。根據(jù)第2章中Z方向運動的設(shè)計參數(shù)要求，可以看出，在Z

方向運動中，僅在更換膠片時才需要一定的定位精度。因此，在實際使用中，我

們只需要預(yù)先測量光柵尺上的定位位置的對應(yīng)雕刻即可。線。因此，如果某個特

定位置的穩(wěn)態(tài)誤差和該位置的單向重復(fù)定位精度不大于上一節(jié)中分析的參數(shù)要

求，則可以認為Z軸的精度滿足以下要求：使用要求。如圖4-2所示，指令位置

與實際位置之間的絕對偏差為Z軸的定位精度。從圖中可以看出，輸入指令位

置后,Z軸在0.6秒后移動到該位置并達到穩(wěn)定狀態(tài)，在此過程中移動相對穩(wěn)定。

19

—一命令位鑿

-----實際位置

2

■

nu

o0

j

?

阜0

6[][111I1[1

00511.522.533544.55

時間⑸

圖4-2Z軸定位精度

422Z軸各向跳動實驗

盡管在晶片檢查過程中僅通過R和theta軸的疊加運動即可完成螺旋掃描,

而Z軸不會移動，但是theta的旋轉(zhuǎn)會影響檢查過程中Z軸的定位精度。相反，

R軸的直線僅影響Z軸承板的傾斜，與theta軸對Z軸的干擾相比，誤差可以忽

略不計。因此，在旋轉(zhuǎn)的情況下，我們對0軸的z軸全向跳動進行了實驗測量。

Z方向跳變分為兩個方向，即R方向和垂直于R方向。所以我們使用激光

位移傳感器在theta軸旋轉(zhuǎn)的干擾下測量Z軸的跳變：

E《

E

》

后

送

(a)R向跳動(b)垂直于R向跳動

圖4-4theta軸轉(zhuǎn)動時Z軸的各向跳動數(shù)據(jù)

如圖4-4所示，當(dāng)theta軸旋轉(zhuǎn)時，Z軸在R方向上且垂直于R方向的跳動

值小于lum,因此滿足設(shè)計參數(shù)要求?？紤]到加工，設(shè)備和安裝的因素，Z軸會

20

因0軸的旋轉(zhuǎn)和R軸的聯(lián)合驅(qū)動而引起一定的誤差。該誤差導(dǎo)致振幅在載波臺

邊緣達到5um。對于光學(xué)透鏡，聚焦是非常不利的因素。在這方面，我們需要驅(qū)

動和控制音圈電機，以便可以補償Z軸誤差。但是，當(dāng)0軸旋轉(zhuǎn)并導(dǎo)致平臺沿Z

方向跳動時，Z軸的誤差補償頻率應(yīng)25HZ。因此，為了測量音圈電機在Z方向

上的及時補償能力，我們向Z軸施加了頻率為5HZ,振幅為8um的激勵命令，

以測量Z軸的跳變。在音圈電機補償狀態(tài)下。如上所述，Z方向跳動條件分別是

R方向跳動和垂直于R方向跳動。因此，測量數(shù)據(jù)如圖4-5所示?？梢钥闯觯?/p>

音圈電機的補償下，R方向的跳動在±2um以內(nèi)。垂直于R方向的水平方向相

對較小，在±lum之內(nèi)。

時間(s)

(a)R向跳動(b)垂直于R向跳動

圖4-5Z軸在補償時的跳動情況

423Z軸補償能力實驗

上述實驗僅驗證了音圈電機補償情況下Z方向和抖動的穩(wěn)態(tài)定位精度，而

沒有驗證Z軸的誤差補償能力。Z軸的補償對于Z軸跳動引起的誤差具有重要

意義，因此有必要驗證其補償能力。與上述實驗環(huán)境相同，在Z軸上輸入相同

的頻率(5HZ)和幅度(10um)激勵信號，測量結(jié)果如圖4-6所示。從4-6可

以看出，在補償Z軸誤差之后，誤差保持在±160個計數(shù)內(nèi)，即3.2um。

21

1200

圖4-6Z軸補償能力

實驗結(jié)果表明，在Z軸定位精度達到設(shè)計參數(shù)標準的同時，也驗證了音圈

電機及其控制反饋選擇的正確性。

5Z方向動態(tài)誤差測試及硅晶圓檢測平臺的結(jié)構(gòu)改進

5.1平臺Z方向動態(tài)誤差測試

該平臺是一種承載工具，可與檢查工具工業(yè)相機一起使用，以檢查硅片。在

圖5-2所示的工作狀態(tài)下，R軸筆直，。軸旋轉(zhuǎn)。工業(yè)相機具有焦點。如果此

點偏離太大，圖像將變得模糊。因此，應(yīng)該控制工作狀態(tài)下的膠片臺沿Z方向

的變動范圍。

22

工業(yè)照像機

圖5-2樣機與工業(yè)照相機配合檢測硅片

這項工作的工作方法是：相機不動，平臺不動。為了確保平臺始終處于相

機的對焦范圍內(nèi)，在工作狀態(tài)下沿膠片臺Z方向的抖動應(yīng)盡可能小。

根據(jù)可能影響原型Z方向跳變的因素，進行了以下錯誤測試：

（1）電機驅(qū)動不穩(wěn)定并引起向上波動

在Z方向上移動的部件有兩個，一個是由音圈電機和氣缸驅(qū)動的平臺，并

由垂直導(dǎo)軌引導(dǎo)，另一個是由空氣與平臺隔開的平臺。上平臺通過氣浮膜與下

平臺分離，旋轉(zhuǎn)電機以300r/min的速度旋轉(zhuǎn)。測量下面平臺的波動，如圖5-3

所示。

圖5-3下方平臺的波動情況

可以看出，下部平臺的波動范圍很小，與托架相比微不足道，因此可以排除

“由于Z軸電機驅(qū)動器的不穩(wěn)定性引起的上部波動”的原因。

（1）晶圓臺身度不符合要求

23

如果空氣軸承未垂直放置，則可將軸心看做是傾斜地放置在軸套中，這會影

響軸旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。本文從底部到頂部測試大理石工作臺，承重板和支承臺的水

平。

對于大理石桌子，四個角處的水平高度約為0.02mm/m；承重板的高度約

為0.1mm/m。

軸承臺上的測量高度約為0.7mm/m,因此可以確定軸承板上方的高度存在

問題。主要的水平問題是Z方向上的可移動部分。由于導(dǎo)軌負責(zé)引導(dǎo)功能，因

此有必要檢測安裝導(dǎo)軌的四個立柱的支撐情況。

觀察四個立柱是否放置到位，音圈馬達是否可以上下往復(fù)運動，以及立柱是

否足夠穩(wěn)定，使用激光位移傳感器測量四個立柱沿x方向的位移。放置位置如圖

5-4所示。

圖5-4測量立柱x方向傾斜檢測頭擺放方位示意

這里是測量立柱的中部偏上的偏移，四根立柱底部用螺釘固定在承重板上,

不會移動，所以若測出的位移偏大，就是立柱向內(nèi)部收縮，或是向外擴張。Z軸

在0與-18mm間往復(fù)運動（0為高位，-18為低位），測得數(shù)據(jù)如圖5-5所示:

24

-rpi-Jw<rr

2

10

0

506070砥

圖5-5四個立柱沿x方向傾斜情況

從檢測的結(jié)果來看，當(dāng)電機從低位運動到高位時，四個立柱有這樣一個動作,

即沿x方向向外側(cè)傾斜，有個向外擴張的動作。傾斜量從2個um到13個um不

等。

5.2硅片檢測平臺結(jié)構(gòu)改進

綜合誤差測試中三點，平臺樣機在產(chǎn)生的誤差主要是由于立柱的剛性不夠、

安裝不精確及電機出力偏心引起的。因此為了提高硅片檢測平臺的精確度，應(yīng)當(dāng)

對平臺結(jié)構(gòu)做出一定的改進，改進結(jié)構(gòu)模型如圖5-3：

圖5-3改進后的硅片結(jié)構(gòu)模型

將電機偏心驅(qū)動改成雙邊驅(qū)動，減小單邊驅(qū)動造成的誤差。而且，分別將兩

邊的立柱連接在一起，提高剛度。同時將硅片平臺的整體高度適當(dāng)降低，最大限

度減小由立柱的剛性不夠及電機出力偏心引起的誤差。

(a)改進前Z軸側(cè)視圖(b)改進后Z軸側(cè)視圖

25

5.3硅片檢測平臺誤差分析和補償

本課題的運動平臺是一個多自由度的平臺，因此，由各軸的誤差引起的整體

誤差是該課題的運動平臺的研究與開發(fā)設(shè)計中必須解決的難題。

平臺的整體誤差分析必須考慮R，Z和theta三個軸的誤差耦合問題。為了

提高平臺的整體精度，必須在結(jié)構(gòu)和控制方面將錯誤最小化。誤差分析與控制補

償有著不可分割的關(guān)系。止匕外，對平臺誤差耦合問題的分析將對平臺控制反饋產(chǎn)

生非常積極的影響。為了建立具有較高運動精度的硅晶圓檢查平臺，在建立整機

誤差模型的同時，還需要通過大量的誤差測量比較和分析。在此基礎(chǔ)上，可