[发明专利]一种半导体光学设备及其控制系统

说明书

本发明公开了一种半导体光学设备控制系统，该系统包括，上位机；主控制器，与上位机耦接；时序发生单元，与主控制器电连接；驱动单元，用以驱动多路步进电机；主控制器发送步进电机动作控制曲线数据至时序发生单元，由时序发生单元根据所述的动作控制曲线数据生成步进电机控制脉冲波形，并发送驱动单元。动作控制曲线包括3个区段，分别为，第一区段，为加速区段，时间期间为0～t0；第二区段，为平稳区段，时间期间为t0～t1；第三区段，为减速区段，时间期间为t1～t2；第一区段的动作控制曲线的形状为S形，第三区段的动作控制曲线的形状为第一区段的动作控制曲线的形状的镜像。

技术领域

本发明涉及了半导体量测领域，特别涉及半导体光学设备及其控制系统。

背景技术

半导体设备通常由应用于样品的制程中，通过在样品的制程中的各种步骤形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。例如在光刻工艺中，光刻设备会形生半导体晶片上的图案。半导体制造工艺还包含(但不限于)化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。在半导体制造过程期间，通常会在各个步骤使用计量和检测设备过程来检测晶片上的缺陷以促进更高良率。光学计量技术提供了无接触且高处理量的计量和检测方案。

在半导体光学测量和检测设备，尤其是在椭偏量测设备光路、自动聚焦光路、图像识别系统、SWE测量系统中，实现高精度且稳定的控制是保障测量和检测结果精准的前提。而在目前的设备各部件的运动控制，通常是采用电机来实现的。

步进电机工作原理是将脉冲信号转换为位移信号的，给电机一个驱动脉冲，就转一个角度。步进电机具有一些固有缺陷，包括：步进电机在输入驱动脉冲之后，转动时会发生振动；当转子的固有振动频率与驱动频率一致的时候就会发生共振现象就是抖动；如果驱动脉冲频率过快，电机不能转动指定角度，相当于把其中的几个脉冲信号丢掉了，就是丢步；过冲是指电机接到停止命令后，制动转矩使电机停止位置超过了指定位置。

在步进电机控制算法中，为让步进电机尽量不出现丢步和过冲情况，在电机启动和停止过程使用加减速是非常有必要的。譬如，通常采用的是开环控制梯形加速，加速曲线如图1所示的梯形曲线，横轴是一个步长step，纵轴是速度speed曲线,速度曲线包括加速accel段、平缓段和减速段decel。相变处的加加速度是无限的。开环控制梯形加速在恒定减速到零减速的过渡阶段，这种变化导致负载振荡很大，容易造成电机抖动，同时也会导致半导体光学设备的测量和检测结果不精准且不稳定。

然而，对于半导体测量和检测设备这种精密的光学测量设备而言，就需要设备中用于精密控制调整使用的电机能够精准、快速、稳定达到目标位置，并且要求过程中不能抖动。一旦设备中的电机发生的抖动、丢步、过冲等会造成光源抖动测试不准，不能快速找到定标位置，影响测量的效果。因此有必要寻求更稳定的电机控制方法来解决上述问题。

发明内容

为了解决半导体设备尤其是光学测量设备中光路调整电机的控制精度难题，本发明实施例之一提供一种半导体光学设备及控制系统，包括，

计算机控制系统；

测量模块；其中，

测量模块包含光源、检测器、精密光学部件以及电机，计算机控制系统实现对电机的控制以保证各精密光学部件的稳定和精确运动。所述计算机控制系统包括：

上位机；

主控制器；

时序发生单元，与所述主控制器连接；

驱动单元，用以驱动所述多路步进电机。

所述主控制器发送步进电机动作控制曲线数据至所述时序发生单元，由所述时序发生单元根据所述的动作控制曲线数据生成步进电机控制脉冲波形，并发送所述驱动单元。

所述动作控制曲线包括3个区段，分别为，

第一区段，为加速区段，时间期间为0～t0；