专利名称：零位传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种为集成电路光刻机的位置测量系统的激光干涉仪提供初始位置的零位传感器。
背景技术：
在集成电路光刻机的位置测量系统中，光刻机的工件台相对于基台的位置测量系统采用激光干涉仪。激光干涉仪是一个增量测量系统，只能提供相对位移的精确测量，因此，在利用激光干涉仪进行位置测量之前，需要用零位传感器为激光干涉仪提供一个初始位置，这个位置为绝对参考位置。在使用激光干涉仪进行位移测量时，以这个绝对参考位置为基准点。现有技术中一般采用一维的位置传感器来确定基准点。被测绝对参考位置一般设置有基准参照物，位置传感器刚刚接触到被测参考位置的基准参照物时，就会记录参考位置的数据信息。而位置传感器记录的这个数据信息由于不是被测参考位置基准参照物的中心位置，因此位置传感器采集的绝对参考位置的数据信息产生偏差，以致位置传感器采集的绝对参考位置不准确。特别是当被测参考位置的基准参照物较大时，由于被测参考位置的基准参照物边沿与其中心的距离相差很大，则位置传感器采集其位置信息时，基准点的数据信息就会产生更大的偏差。由于基准点的数据信息不准确，则激光干涉仪的位移测量也会存在偏差，从而影响了激光干涉仪的精确测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上不足，提供了一种能提高测量精度的零位传感器。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种零位传感器，包括主机模块， 所述的主机模块包括基座，所述的基座上设置有激光准直镜以及光斑位置检测器件；所述光斑位置检测器件接收安装在工件台上的反射模块反射的平行光束；所述的反射模块平行反射所述激光准直镜发出的激光光束，所述的光斑位置检测器件电连接有将其感应的光信号转为电信号的印刷电路板。进一步的，所述的基座包括底板和斜板，所述的底板设置有底孔，所述的斜板上设置有第一开口和第二开口 ；所述斜板的内侧面安装有光斑位置检测器件，所述光斑位置检测器件的感光区域中心对准所述第二开口的中心。进一步的，所述的基座还包括调节板，所述的调节板包括固定板以及一端与所述固定板固定连接的自由壁，所述自由壁的自由端穿过底板的底孔、并且固定板固定在底板上，所述自由壁的自由端固定连接有定位块；所述的定位块设置有定位孔，所述的定位孔内安装有激光准直镜，所述激光准直镜的发射端对准所述的第一开口。进一步的，所述的基座还包括至少一块侧板，所述的侧板均垂直于所述基座的底板和斜板。进一步的，所述的斜板内侧面还设置有定位槽，所述的第二开口设置在所述的定位槽上，所述的光斑位置检测器件安装在定位槽内。进一步的，所述斜板的外侧面还固定安装有遮挡板，所述的遮挡板设置有第三开口和第四开口，所述的第三开口的中心对准所述第一开口的中心，所述的第四开口的中心对准所述的二开口的中心。进一步的，所述定位块的其中一个侧面设置有与所述定位孔的轴向中心线平行的一条缝隙，所述的缝隙与定位孔贯通。进一步的，所述的光斑位置检测器件是二维的。进一步的，所述的反射模块包括一端固定在工件台上的底座，所述底座的另一端设置有固定孔，所述的固定孔内安装有能反射平行光束的角锥镜；所述底座一端到另一端贯穿有第五开口和第六开口，所述的第五开口和第六开口均与所述的固定孔贯通；所述的第五开口能穿过所述激光准直镜发出的激光光束，所述的第六开口能接收角锥镜平行反射激光准直镜发出回来的激光光束。进一步的，所述底座通过端面设置的法兰盘固定安装在工件台上。本发明的技术效果是本发明零位在传感器通过光斑位置检测器件采集反射模块反射由激光准直镜发射出的激光光束的光信号，再通过印刷电路板记录采集的数据信息。 光斑位置检测器件可采用一维的或者二维的。其具体工作过程如下主机模块的激光准直镜发射出激光光束，激光光束穿过基座的第一开口照射到工件台上的反射模块的底座的第五开口，再通过反射模块的角锥镜反射回来的平行光束穿过反射模块的第六开口、基座上的第二开口照射到基座上的光斑位置检测器件上，则光斑位置检测器件上就会采集激光光束的光斑位置，此时，连接光斑位置检测器件的印刷电路板记录光斑位置检测器件采集的数据信息、并将其光信号转换为电信号。上述反射模块的安装位置就是绝对参考位置的基准参照物，反射模块的第五开口为激光光束的入射口，也就是说反射模块的第五开口为被测绝对参考位置基准参照物的中心位置，因此，此种结构的零位传感器采集的位置信息比起现有技术的位置传感器采集的数据信息精确更高。此种结构的零位传感器采集的绝对参考初始位置信息能为激光干涉仪提供了一个准确的初始位置基准点。本发明由于采用光斑位置检测器件和激光准直镜，被测绝对参考位置的基准参照物为反射模块，反射模块的第五开口又为基准参照物中心，因此，在测量工件台相对于基台位置初始位置信息时，减小了测量误差，提高了测量精度。本发明零位传感器采用二维的光斑位置检测器件时，光斑位置检测信息可采集X、 Y、Z、Rx, Ry、Rz中任意两个自由度的位置信息，此时，印刷电路板记录的数据信息也是二维的，比起单独测量一个点的数据信息更加准确。当需要采集六个自由度的位置信息时，采用三组安装有二维光斑位置检测器件的零位传感器，将其安装在不同位置就可以进行六自由度位置信息的测量。此种方式，在测量六个自由度时，仅安装三组零位传感器而不是现有技术的六个位置传感器，因此，减小了安装误差，从而提高了测量精度。
图1是本发明零位传感器的安装位置示意图；图2是本发明零位传感器的主机模块的组合结构示意图；图3是本发明零位传感器图2的拆解结构示意图4是本发明零位传感器的图3中A部分的局部放大结构示意图；图5是本发明零位传感器的主机模块的另一角度的组合结构示意图；图6是本发明零位传感器图5的拆解结构示意图；图7是本发明零位传感器的主机模块的基座底板结构示意图；图8是本发明零位传感器的调节板和定位块的组装结构示意图；图9是本发明零位传感器的反射模块的拆解结构示意图；图10是本发明零位传感器的反射模块的组合结构示意图；图11是本发明零位传感器的反射模块的底座结构示意图。图中所示1、主机模块，2、反射模块，3、工件台，11、基座，12、调节板，13、遮挡板， 14、定位块，15、印刷电路板，16、激光准直镜，17、光斑位置检测器件，21、底座，22、角锥镜， 111、底板，112、斜板，113、侧板，121、自由端，122自由壁，123固定板，131、第三开口，132、 第四开口，141、定位孔，142、缝隙，161、发射端，211、固定孔，212、第五开口，213、法兰盘， 214、第六开口，1111、底孔，1121、第一开口，1122第二开口，1123、定位槽。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述如图1-11所示，本发明零位传感器，包括主机模块1，所述的主机模块1包括基座 11，所述的基座11上设置有激光准直镜16以及光斑位置检测器件17 ；所述光斑位置检测器件17接收安装在工件台3上的反射模块2反射的平行光束；所述的反射模块2平行反射所述激光准直镜16发出的激光光束，所述的光斑位置检测器件17电连接有将其感应的光信号转为电信号的印刷电路板15。 如图2、图3、图5、图6、图7、图8所示，所述主机模块1的基座11包括底板111和斜板112，所述的底板111设置有底孔1111，所述的斜板112上设置有第一开口 1121和第二开口 1122 ；它还包括调节板12，所述的调节板12包括固定板123以及一端与所述固定板 123固定连接的自由壁122，所述自由壁122的自由端121穿过底板111的底孔1111、并且固定板123固定在底板111上，所述自由壁122的自由端121固定连接有定位块14 ；所述的定位块14设置有定位孔141，所述的定位孔141内安装有激光准直镜16，所述激光准直镜16的发射端161对准所述的第一开口 1121 ；所述斜板112的内侧面还安装有光斑位置检测器件17，所述光斑位置检测器件17的感光区域中心对准所述第二开口 1122的中心； 所述的光斑位置检测器件17电连接有将光信号转为电信号的印刷电路板15。图8中，在调节板12和定位块14的结合面设置有凹凸相配的凹槽和凸起将调节板12和定位块14定位后，再用螺栓固定连接的。如图2、图3、图5、图6所示，所述的基座11还包括至少一块侧板113，所述的侧板 113均垂直于所述基座11的底板111和斜板112 ；所述基座11的底板111和斜板112可以是一体成型的，也可以是组合的；所述基座11的底板111、斜板112以及至少一块侧板113 可以是一体成型的，也可以是组合的。采用一体成型的方式，能减小组合方式中，底板111、 斜板112、或者侧板113组合时的安装误差，提高了基座11的精确度。如图2、图3所示，所述斜板112的外侧面还固定安装有遮挡板13，所述的遮挡板13设置有第三开口 131和第四开口 132，所述的第三开口 131的中心对准所述第一开口1121的中心，所述的第四开口 132的中心对准所述的二开口 1122的中心。遮挡板13为可选件，设置遮挡板13的目的，是为了调整第三开口 131和第四开口 132的大小，以便激光准直镜16发射的激光光束能顺利的穿过基座11的第一开口 1121、遮挡板13的第三开口 131、 反射模块2的第五开口 212通过反射模块2的角锥镜22上反射的平行光束顺利的穿过反射模块2的第六开口 214、遮挡板13的第四开口 132、基座1的第二开口 1122照射在基座 1的光斑位置检测器件17上。如图4所示，所述定位块14的其中一个侧面设置有与所述定位孔141的轴向中心线平行的一条缝隙142，所述的缝隙142与定位孔141贯通。其优点在于缝隙142能加固定位孔141内的激光准直镜16的安装，使激光准直镜16能紧固地安装在定位块14的定位孔141内。所述的光斑位置检测器件17是可以是一维的，也可以是二维的。采用一维的光斑位置检测器件17只能采集被测绝对参考位置基准参照物的一个自由度的位置信息；采用二维的光斑位置检测器件17，能同时采集被测绝对参考位置基准参照物的两个方向的自由
度位置信息。如图2、图3、图5、图6所示，所述基座11的斜板112的斜度与其相配合的调节板 12自由壁122的斜度范围为大于0度、小于90度或者大于90度、小于180度。具体加工时可以选择15度、30度、45度、60度、75度、105度、120度、135度、150度、165度等便于加工的角度。本实施方式采用45度，因为45度能使调节板12与基座11的调节、安装更加方便。如图9、图10、图11所示，所述的反射模块2包括一端固定在工件台3上的底座21， 所述底座21的另一端设置有固定孔211，所述的固定孔211内安装有能反射平行光束的角锥镜22 ；所述底座21 —端到另一端还贯穿有第五开口 212和第六开口 214，所述的第五开口 212和第六开口 214均与所述的固定孔211贯通；所述的第五开口 212能穿过所述激光准直镜16发出的激光光束，所述的第六开口 214能接收角锥镜22平行反射激光准直镜16 发出的激光光束。此种结构中，将反射模块2作为基准参照物，第五开口 212为基准参照物的中心位置，测量时，激光光束直接发射到第五开口 212内，使本零位传感器的测量数据更加精确。如图9、图10、图11所示，所述底座21通过端面设置的法兰盘213固定安装在工件台3上。其优点在于法兰盘213，能增大反射模块2的底座21与工件台3的接触面积， 使角锥镜22能够更加稳定的安装在工件台3上。如图3、图5、图6、图11所示，所述的第一开口 1121、第二开口 1122、第三开口 131、 第四开口 132、第五开口 212、第六开口 214可以为圆形通孔，也可以是三角形、四角形等多边形通孔。本实施方式均采用圆形通孔，是因为圆形孔制造简单、加工方便。本发明零位在传感器通过光斑位置检测器件17采集反射模块2反射由激光准直镜16发射出的激光光束的光信号，再通过印刷电路板15记录采集的数据信息。光斑位置检测器件17可采用一维的或者二维的。其具体工作过程如下主机模块1的激光准直镜 16发射出激光光束，激光光束穿过基座11的第一开口 1121照射到工件台3上的反射模块 2的底座21的第五开口 212，再通过反射模块2的角锥镜22反射回来的平行光束穿过反射模块2的第六开口 214、基座11上的第二开口 1122照射到基座11上的光斑位置检测器件
617上，则光斑位置检测器件17上就会采集激光光束的光斑位置，此时，连接光斑位置检测器件17的印刷电路板15记录光斑位置检测器件17采集的数据信息、并将其光信号转换为电信号。上述反射模块2的安装位置就是绝对参考位置的基准参照物，反射模块2的第五开口 212为激光光束的入射口，也就是说反射模块2的第五开口 212为被测绝对参考位置基准参照物的中心位置，因此，此种结构的零位传感器采集的位置信息比起现有技术的位置传感器采集的数据信息精确更高。此种结构的零位传感器采集的绝对参考初始位置信息能为激光干涉仪提供了一个准确的初始位置基准点。本发明由于采用光斑位置检测器件17和激光准直镜16，被测绝对参考位置的基准参照物为反射模块2，反射模块2的第五开口 212又为基准参照物中心，因此，在测量工件台3相对于基台位置初始位置信息时，减小了测量误差，提高了测量精度。本发明零位传感器采用二维的光斑位置检测器件17时，光斑位置检测17信息可采集X、Y、Z、Rx, Ry、Rz中任意两个自由度的位置信息，此时，印刷电路板15记录的数据信息也是二维的，比起单独测量一个点的数据信息更加准确。当需要采集六个自由度的位置信息时，采用三组安装有二维光斑位置检测器件17的零位传感器，将其安装在不同位置就可以进行六自由度位置信息的测量。此种方式，在测量六个自由度时，仅安装三组零位传感器而不是现有技术的六个位置传感器，因此，减小了安装误差，从而提高了测量精度。
权利要求
1.一种零位传感器，其特征在于包括主机模块(1)，所述的主机模块(1)包括基座(11)，所述的基座(11)上设置有激光准直镜(16)以及光斑位置检测器件(17)；所述光斑位置检测器件(17)接收安装在工件台(3)上的反射模块(2)反射的平行光束；所述的反射模块( 平行反射所述激光准直镜(16)发出的激光光束，所述的光斑位置检测器件(17) 电连接有将其感应的光信号转为电信号的印刷电路板(15)。
2.根据权利要求1所述的零位传感器，其特征在于所述的基座(11)包括底板(111) 和斜板(112)，所述的底板(111)设置有底孔(1111)，所述的斜板(11 上设置有第一开口 (1121)和第二开口(112 ；所述斜板(11 的内侧面安装有光斑位置检测器件(17)，所述光斑位置检测器件(17)的感光区域中心对准所述第二开口(112 的中心。
3.根据权利要求1所述的零位传感器，其特征在于所述的基座(11)还包括调节板(12)，所述的调节板(12)包括固定板(113)以及一端与所述固定板(113)固定连接的自由壁(122)，所述自由壁(122)的自由端(121)穿过底板(111)的底孔(1111)、并且固定板 (123)固定在底板(111)上，所述自由壁(122)的自由端(121)固定连接有定位块(14)；所述的定位块(14)设置有定位孔(141)，所述的定位孔(141)内安装有激光准直镜(16)，所述激光准直镜(16)的发射端(161)对准所述的第一开口(1121)。
4.根据权利要求2所述的零位传感器，其特征在于所述的基座(11)还包括至少一块侧板(113)，所述的侧板(113)均垂直于所述基座(11)的底板(111)和斜板(112)。
5.根据权利要求2所述的零位传感器，其特征在于所述的斜板(112)内侧面还设置有定位槽(1123)，所述的第二开口(1122)设置在所述的定位槽(112 上，所述的光斑位置检测器件(17)安装在定位槽(1123)内。
6.根据权利要求2所述的零位传感器，其特征在于所述斜板(11 的外侧面还固定安装有遮挡板(13)，所述的遮挡板(13)设置有第三开口(131)和第四开口(132)，所述的第三开口(131)的中心对准所述第一开口(1121)的中心，所述的第四开口(132)的中心对准所述的二开口(1122)的中心。
7.根据权利要求3所述的零位传感器，其特征在于所述定位块(14)的其中一个侧面设置有与所述定位孔(141)的轴向中心线平行的一条缝隙(142)，所述的缝隙(142)与定位孔(141)贯通。
8.根据权利要求1所述的零位传感器，其特征在于所述的光斑位置检测器件(17)是二维的。
9.根据权利要求1所述的零位传感器，其特征在于所述的反射模块(2)包括一端固定在工件台( 上的底座(21)，所述底座的另一端设置有固定孔011)，所述的固定孔011)内安装有能反射平行光束的角锥镜02)；所述底座—端到另一端贯穿有第五开口(212)和第六开口 014)，所述的第五开口(212)和第六开口(214)均与所述的固定孔011)贯通；所述的第五开口 012)能穿过所述激光准直镜(16)发出的激光光束，所述的第六开口(214)能接收角锥镜0 平行反射激光准直镜(16)发出的激光光束。
10.根据权利要求9所述的零位传感器，其特征在于所述底座通过端面设置的法兰盘013)固定安装在工件台(3)上。
全文摘要
本发明公开了一种零位传感器，包括主机模块(1)，所述的主机模块(1)包括基座(11)，所述的基座(11)上设置有激光准直镜(16)以及光斑位置检测器件(17)；所述光斑位置检测器件(17)接收安装在工件台(3)上的反射模块(2)反射的平行光束；所述的反射模块(2)平行反射所述激光准直镜(16)发出的激光光束，所述的光斑位置检测器件(17)电连接有将其感应的光信号转为电信号的印刷电路板(15)。本发明零位传感器用于位置测量系统，其优点是测量精度高。
文档编号G01B11/00GK102455169SQ201010530550
公开日2012年5月16日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者王凯 申请人:上海微电子装备有限公司