CN101303532A - 可切换工位的六自由度精密定位台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可切换工位的六自由度精密定位台，所述精密定位台包括吸版台、气浮板、水平向微调机构、底座和垂向调节机构，所述吸版台通过一工位切换机构安装在气浮板的上方，用于承载掩模版，所述水平向微调机构和气浮板连接，用于驱动气浮板在水平方向上移动，所述气浮板下方连接底座，所述垂向调节机构安装在所述底座下方。本发明的精密定位台具有工位切换功能、水平向微调功能和垂向调节功能，可实现六自由度精密调节和定位，并可满足更多工作位置的要求。

Description

可切换工位的六自由度精密定位台
技术领域
本发明涉及一种工件台，特别涉及用于半导体设备或液晶显示器制造设备上可切换工位的六自由度精密定位台。
背景技术
定位台主要用于定位精度要求很高的场合，尤其是多个工位下的小行程微调和定位，如半导体制造和光学及图像对准，定位台作为分***之一，通常要和其他分***集成在一起工作，在安装空间上十分有限，特别是在高度上，2006年5月3日中国公开的“一种三自由度精密定位平台”(公开号：CN2777335Y)，其下平台和运动平台之间通过平面滑动轴承相接触，通过安装于下平台上的柔性件支架，用弹性柔性件在三个方向把下平台和运动平台连成一个整体，该运动平台和X向驱动凸轮、Y向驱动凸轮完全紧密接触，受三个垂向安装的旋转电机驱动运动平台相对下平台在水平向微调，其整体结构紧凑，易于实现高精度，但缺少工位切换功能，且电机是竖直安装的，在高度上占用了较大空间，此外，其两层结构之间采用平面滑动轴承连接，很难在垂直方向和水平向之间解耦，难以装配和控制。
发明内容
有鉴于此，本发明所解决的技术问题是提供一种带工位切换功能、水平向微调功能和垂向调节功能，可实现六自由度精密调节和定位，并可满足更多工作位置要求的精密定位台。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种可切换工位的六自由度精密定位台，包括吸版台、气浮板、水平向微调机构、底座和垂向调节机构，所述吸版台通过一工位切换机构安装在气浮板的上方，用于承载掩模版，所述水平向微调机构和气浮板连接，用于驱动气浮板在水平方向上移动，所述气浮板下方连接底座，所述垂向调节机构安装在所述底座下方。
所述工位切换机构包括一气缸和两条导轨，所述气缸通过一转接件固连至吸版台，所述导轨固定在气浮板上表面，所述吸版台底部还设有两个滑块，并可通过滑块沿导轨滑动。所述工位切换机构也可以包括电缸和导轨或者直线电机和导轨。
所述精密定位台包括三个水平向微调机构，均水平安装在底座上，该三个水平向微调机构以两个、一个为组分别安装在气浮板上相邻的两侧，且两组水平向微调机构相互垂直，且所述三个水平向微调机构的中心与掩模版上所使用的图形中心重合。
所述水平向微调机构由旋转电机、联轴器、丝杠和螺杆依次连接而成。所述旋转电机与联轴器之间还设有一连接板，所述拉簧的一端固定在连接板上，另一端固定在气浮板上，通过拉簧的拉力使螺杆前端接触气浮板。
进一步地，所述螺杆的前端呈球头状，和气浮板接触并可在气浮板侧面滑动。所述螺杆的前端也可以是滚轮结构，可在气浮板侧面滚动。
所述精密定位台包括三个垂向调节机构，按三角形分布于所述底座下方。所述垂向调节机构由凸轮和滚轮构成，所述滚轮的中心轴呈水平向设置，且该中心轴通过固定件固定至底座，所述滚轮与凸轮相互咬合，且所述凸轮还连接至一驱动电机。进一步地，所述滚轮是桶形的。此外，所述垂向调节机构也可以是可修磨的垫片。
所述气浮板通过气浮和真空与底座相连。
本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1、带工位切换功能、水平向微调功能和垂向调节功能，可实现六自由度的精密调节和定位，并可满足更多工作位置的要求；
2、三个水平向微调机构在工位切换机构的下一层，使得三个水平向微调机构的中心总是在光刻要用掩模版图形的中心，降低控制方面的误差，可有效提高***的定位精度；
3、旋转电机是水平向安装的，可大大节省竖直(Z向)的空间；
4、螺杆与气浮板之间仅仅靠拉簧的作用连接在一起，没有其他约束，螺杆前端做成球头，可以在气浮板侧面滑动，这使得整个调节机构不仅在水平向内部解耦，还使得水平向和垂向之间解耦，有利于装配和控制；
5、气浮板和底座之间通过气浮和真空连接起来，使得装配和调节水平向时将水平向与垂向解耦，在工作过程中几乎没有摩擦，提高了整体机构的效率，不产生污染，并且维护方便；
6、垂向调节机构采用凸轮加滚轮的结构，可达到亚微米的Z向调节精度。
附图说明
本发明的可切换工位的六自由度精密定位台的具体结构由以下的实施例及
附图给出。
图1为本发明定位台的侧视结构示意图；
图2为本发明定位台的俯视结构示意图；
图3为本发明定位台的气浮板结构示意图；
图4为本发明定位台的另一种结构的侧视示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的可切换工位的六自由度精密定位台进行详细描述。
参见图1和图2，本发明的可切换工位的六自由度精密定位台，从上而下包括吸版台34、气浮板21、底座22和垂向调节机构。吸版台34用于承载掩模版35，掩模版35上印有用于曝光的图形，如图2所示，该掩模版35上具有两个不同的图形41和42，当然也可以是一个或多个图形，正常工作时会分别用到这些图形，整个定位台的作用就是承载掩模版并将要曝光的图形定位到指定的位置。吸版台34用真空吸附来固定掩模版35，以尽量减小固定掩模版35时产生的应变。
吸版台34通过工位切换机构安装在气浮板21的上方，于本实施例中，由于掩模版35上只有两个图形，故只要求两个工位，精度和重复精度要求不高。因此，该工位切换机构采用双作用气缸31和导轨33来实现，气缸31通过一转接件32在一侧与吸版台34固连，吸版台34下方与滑块固连，并通过滑块沿两条导轨33滑动，实现沿Y向的掩模版图形切换。气缸31和导轨33的定子都固定在气浮板21上，导轨33对吸版台34起到支撑和导向的作用。通过调节气缸31两个行程末端的缓冲器来限定切换图形的行程，如50mm，并最终保证在两端的重复定位精度。根据不同的精度要求，也可选用直线电机或电缸来代替气缸。
气浮板21位于底座22上方，其水平向移动通过固定在底座22上的三个水平向微调机构23实现，该三个水平向微调机构23的布局如图2所示，以两个、一个为组分别安装在气浮板21的X向和Y向侧边上，且三个水平向微调机构23的中心总是在要用的掩模版35图形的中心，以降低控制方面的误差，可有效提高***的定位精度。每个水平向微调机构23由旋转电机11、连接板12、联轴器13、丝杠15、螺杆16依次连接而成，且连接板12与气浮板21之间通过两条拉簧14连接，因此螺杆16与气浮板21之间仅仅靠拉簧14靠在一起，没有其他约束，螺杆16前端做成球头，可以在气浮板21侧面滑动，这使得整个调节机构不仅在水平向内部解耦，还使得水平向和垂向之间解耦，有利于装配和控制。螺杆前端还可做成滚轮，在气浮板21侧面滚动，这样能够进一步减小磨损。需要注意的是，本发明的水平向微调机构23是水平安装的，这样可以大大节省高度方向(Z向)的空间。
旋转电机11直接驱动的是承载着气缸31和导轨33的气浮板21，当图形切换动作完成后，掩模版35、气缸31、吸版台34和导轨33相对气浮板21固定不动，随着气浮板21被驱动着在X、Y、Rz三个方向上微调，掩模版35也就被同步调节。
水平向调节时要将气浮板21在垂向解耦，故采用气浮结构将气浮板21浮起，水平向微调完毕后，气浮板21被用真空紧紧吸附在定位台的底座22上，气浮板21上的真空和气浮结构布局如图3所示。采用真空气浮方式，使得在装配和调节水平向时这两个方向之间可以解耦，在工作过程中几乎没有摩擦，提高了整体机构的效率，不产生污染，并且维护方便。
底座22的下方是垂向调节机构。如图1所示，有三个垂向调节机构20按三角形分布在底座22下方的三点，该垂向调节机构20由凸轮202、电机和滚轮201组成，凸轮202被电机驱动，转动时通过摩擦滚轮201来抬升底座22，三点处的驱动结构可在Z向独立抬升和降低底座22至一定的高度，三点联动即可达到最终调节掩模版35 Rx、Ry和Z向位置的目的，并可达到亚微米的调节精度。此外，由于调节Rx和Ry时，滚轮201和凸轮202会相对倾斜，故滚轮201的外形做成桶形。
参见图4，在本发明的另一个实施例中，也可将图1所示的三个垂向调节机构换成三个调节垫片20’，通过分别修磨三个垫片20’的厚度达到调节整个定位台Z、Rx和Ry三个自由度的目的。在满足功用的前提下，使结构简单，更容易实现。
由上述结构可以看出，该定位台带工位切换功能、水平向微调功能和垂向调节功能，可实现六自由度的精密调节和定位，包括可以满足更多工作位置的要求。
以上介绍的仅仅是基于本发明的一个个较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的方法作本技术领域内熟知的步骤的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims (14)

1、一种可切换工位的六自由度精密定位台，其特征在于：包括吸版台、气浮板、水平向微调机构、底座和垂向调节机构，所述吸版台通过一工位切换机构安装在气浮板的上方，用于承载掩模版，所述水平向微调机构和气浮板连接，用于驱动气浮板在水平方向上移动，所述气浮板下方连接底座，所述垂向调节机构安装在所述底座下方。
2、如权利要求1所述的精密定位台，其特征在于：所述工位切换机构包括一气缸和两条导轨，所述气缸通过一转接件固连至吸版台，所述导轨固定在气浮板上表面，所述吸版台底部还设有两个滑块，并可通过滑块沿导轨滑动。
3、如权利要求1所述的精密定位台，其特征在于：所述工位切换机构包括电缸和导轨或者直线电机和导轨。
4、如权利要求1所述的精密定位台，其特征在于：所述精密定位台包括三个水平向微调机构，均水平安装在底座上，该三个水平向微调机构以两个、一个为组分别安装在气浮板上相邻的两侧，且两组水平向微调机构相互垂直。
5、如权利要求4所述的精密定位台，其特征在于：所述三个水平向微调机构的中心与掩模版上所使用的图形中心重合。
6、如权利要求4所述的精密定位台，其特征在于：所述水平向微调机构由旋转电机、联轴器、丝杠和螺杆依次连接而成。
7、如权利要求6所述的精密定位台，其特征在于：所述旋转电机与联轴器之间还设有一连接板，所述拉簧的一端固定在连接板上，另一端固定在气浮板上，通过拉簧的拉力使螺杆前端接触气浮板。
8、如权利要求6所述的精密定位台，其特征在于：所述螺杆的前端呈球头状，和气浮板接触并可在气浮板侧面滑动。
9、如权利要求6所述的精密定位台，其特征在于：所述螺杆的前端是滚轮结构，可以在气浮板侧面滚动。
10、如权利要求1所述的精密定位台，其特征在于：所述精密定位台包括三个垂向调节机构，按三角形分布于所述底座下方。
11、如权利要求1所述的精密定位台，其特征在于：所述垂向调节机构由凸轮和滚轮构成，所述滚轮的中心轴呈水平向设置，且该中心轴通过固定件固定至底座，所述滚轮与凸轮相互咬合，且所述凸轮还连接至一驱动电机。
12、如权利要求11所述的精密定位台，其特征在于：所述滚轮是桶形的。
13、如权利要求1所述的精密定位台，其特征在于：所述垂向调节机构是可修磨的垫片。
14、如权利要求1所述的精密定位台，其特征在于：所述气浮板通过气浮和真空与底座相连。
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