[發明專利]全自動標準橢偏儀的機械傳動裝置

有效

• 申請號: 201410147778.5
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN104976297B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 李宇;陳星
• 申請（專利權）人: 睿勵科學儀器（上海）有限公司
• 主分類號: F16H25/20
• 分類號: F16H25/20;H01L21/66
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 鄭立柱,邵桂禮

技術領域

本發明涉及橢偏儀，尤其涉及全自動標準橢偏儀的機械傳動裝置及包括該機械傳動裝置的全自動標準橢偏儀。

背景技術

在半導體制程生產線上，通常需要使用橢偏儀來測量半導體晶片表面的薄膜的物理參數，例如厚度、色散曲線等。在測量過程中，會有一束偏振光傾斜照射到半導體晶片表面的薄膜上，它被薄膜反射后偏振狀態會發生改變，通過計算能夠得到該薄膜的物理參數。不同的半導體晶片對光的入射角的靈敏度會有所區別，因此，針對不同的晶片，需要設定不同的入射角。

然而，目前市場上應用于半導體測量技術中的大部分標準橢偏儀的入射角是固定的，如果需要變換角度，則采用手動調整，例如將標準橢偏儀的入射端測量臂和接收端測量臂通過沿圓周方向不同的銷釘孔進行定位，但這種方式僅適用于特定晶片的測量。國外市場上也有全自動式的標準橢偏儀，其入射端測量臂和接收端測量臂都具有多個關節，這些關節類似人的手臂的關節作運動。這種全自動式的標準橢偏儀采用多個旋轉電機和編碼器帶動機械傳動系統工作。然而，這種機械傳動系統由于其懸臂機構較多，且無固定導向，因此長期穩定性差。

發明內容

本發明的目的是提供一種全自動標準橢偏儀的機械傳動裝置，其能夠有效調整入射角和反射角，大大提高橢偏儀的測量效率。

為此，根據本發明的一個方面，提供一種全自動標準橢偏儀的機械傳動裝置，所述全自動標準橢偏儀包括控制裝置、機械傳動裝置、入射端測量臂和接收端測量臂，其特征在于，所述機械傳動裝置包括：

基座，所述基座包括支撐平臺和固定于支撐平臺上的龍門架；

導軌運動副，其固定于龍門架上并具有上導軌、下導軌、以及位于上導軌和下導軌之間的中心槽道；

入射端直線運動副和接收端直線運動副，其分別安裝于中心槽道內并由各自的第一電機可驅動以允許提供沿中心槽道的相向或反向直線運動；

入射端旋轉運動副和接收端旋轉運動副，其皆可滑動地連接至上導軌和下導軌，所述入射端旋轉運動副和接收端旋轉運動副在背面分別連接至入射端直線運動副和接收端直線運動副，在前面分別安裝有入射端測量臂和接收端測量臂，從而使得入射端測量臂和接收端測量臂在入射端直線運動副和接收端直線運動副所提供的相向或反向直線運動的帶動下沿中心槽道方向進行相向或反向直線運動，入射端旋轉運動副和接收端旋轉運動副還分別由各自的第二電機可驅動以允許提供沿所述直線運動所在垂直平面內的旋轉運動從而帶動入射端測量臂和接收端測量臂在該垂直平面內沿其各自的轉軸作相向或反向轉動；

三維運動平臺，其包括平面兩維運動裝置和其上水平支撐有待測晶片的第三維運動裝置，其中平面兩維運動裝置位于支撐平臺上并承載第三維運動裝置，所述平面兩維運動裝置構造成可驅動第三維運動裝置進行平面兩維移動從而允許入射端測量臂和接收端測量臂掃描待測晶片上的任何待測點，第三維運動裝置構造成允許待測晶片沿膜厚方向移動從而配合所述直線運動副和旋轉運動副共同實現對入射端測量臂的入射角和接收端測量臂的反射角的調節。

在本發明的該方面，通過入射端測量臂和接收端測量臂的相向或反向直線運動和轉動以及晶片沿膜厚方向的移動這三方面的運動配合，入射端測量角即入射角和接收端測量角即反射角可實現自由變換，并且角度精度可控。

優選地，所述入射端直線運動副和接收端直線運動副皆為絲杠運動副，所述絲杠運動副的絲杠由所述第一電機驅動在所述中心槽道內作旋轉運動，所述絲杠運動副的螺母受絲杠驅動沿中心槽道平動。

進一步優選地，所述入射端旋轉運動副和接收端旋轉運動副在背面分別連接至各自對應的絲杠運動副的螺母上。

再進一步優選地，所述控制裝置包括用于感測所述螺母的直線位移的線性傳感器。

優選地，所述入射端旋轉運動副和接收端旋轉運動副皆為直角型精密減速器。

進一步優選地，所述直角型精密減速器為蝸輪蝸桿減速器，其中，所述蝸桿與所述第二電機可驅動地連接并布置成能夠帶動所述蝸輪在所述垂直平面內轉動。

再進一步優選地，所述入射端測量臂和接收端測量臂分別連接至各自的所述蝸輪從而能夠在所述蝸輪的帶動下在所述垂直平面內轉動。

又再進一步優選地，所述控制裝置還包括用于感測所述第二電機的速度位移的旋轉編碼器，所述旋轉編碼器安裝成與所述第二電機同軸。

仍再進一步優選地，每個所述蝸輪蝸桿減速器都經由所述上導軌上的一個上滑塊和所述下導軌上的一個下滑塊可滑動地連接至上導軌和下導軌。