專利名稱：可切換工位的六自由度精密定位臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種工件臺，特別涉及用于半導體設備或液晶顯示器制造設備 上可切換工位的六自由度精密定位臺。
背景技術：
定位臺主要用于定位精度要求很高的場合，尤其是多個工位下的小行程微 調(diào)和定位，如半導體制造和光學及圖像對準，定位臺作為分系統(tǒng)之一，通常要
和其他分系統(tǒng)集成在一起工作，在安裝空間上十分有限，特別是在高度上，2006 年5月3日中國公開的"一種三自由度精密定位平臺"(公開號CN2777335Y), 其下平臺和運動平臺之間通過平面滑動軸承相接觸，通過安裝于下平臺上的柔 性件支架，用彈性柔性件在三個方向把下平臺和運動平臺連成一個整體，該運 動平臺和X向驅(qū)動凸輪、Y向驅(qū)動凸輪完全緊密接觸，受三個垂向安裝的旋轉 電機驅(qū)動運動平臺相對下平臺在水平向微調(diào)，其整體結構緊湊，易于實現(xiàn)高精 度，但缺少工位切換功能，且電機是豎直安裝的，在高度上占用了較大空間， 此外，其兩層結構之間采用平面滑動軸承連接，很難在垂直方向和水平向之間 解耦，難以裝配和控制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所解決的技術問題是提供一種帶工位切換功能、水平向 微調(diào)功能和垂向調(diào)節(jié)功能，可實現(xiàn)六自由度精密調(diào)節(jié)和定位，并可滿足更多工 作位置要求的精密定位臺。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下技術方案 一種可切換工位的六 自由度精密定位臺，包括吸版臺、氣浮板、水平向微調(diào)機構、底座和垂向調(diào)節(jié) 機構，所述吸版臺通過一工位切換機構安裝在氣浮板的上方，用于承載掩模版， 所述水平向微調(diào)機構和氣浮板連接，用于驅(qū)動氣浮板在水平方向上移動，所述氣浮板下方連接底座，所述垂向調(diào)節(jié)機構安裝在所述底座下方。
所述工位切換機構包括一氣缸和兩條導軌，所述氣缸通過一轉接件固連至 吸版臺，所述導軌固定在氣浮板上表面，所述吸版臺底部還設有兩個滑塊，并 可通過滑塊沿導軌滑動。所述工位切換機構也可以包括電缸和導軌或者直線電 機和導軌。
所述精密定位臺包括三個水平向微調(diào)機構，均水平安裝在底座上，該三個 水平向;f效調(diào)^L構以兩個、 一個為組分別安裝在氣浮斧反上相鄰的兩側，且兩組水 平向微調(diào)機構相互垂直，且所述三個水平向微調(diào)機構的中心與掩模版上所使用 的圖形中心重合。
所述水平向纟效調(diào)機構由旋轉電機、聯(lián)軸器、絲杠和螺桿依次連接而成。所 述旋轉電機與聯(lián)軸器之間還設有一連接板，所述拉簧的一端固定在連接板上， 另一端固定在氣浮板上，通過拉簧的拉力使螺桿前端接觸氣浮板。
進一步地，所述螺桿的前端呈球頭狀，和氣浮板接觸并可在氣浮板側面滑 動。所述螺桿的前端也可以是滾輪結構，可在氣浮板側面滾動。
所述精密定位臺包括三個垂向調(diào)節(jié)機構，按三角形分布于所述底座下方。 所述垂向調(diào)節(jié)機構由凸輪和滾輪構成，所述滾輪的中心軸呈水平向設置，且該 中心軸通過固定件固定至底座，所述滾輪與凸輪相互咬合，且所述凸輪還連接 至一驅(qū)動電機。進一步地，所述滾輪是桶形的。此外，所述垂向調(diào)節(jié)機構也可 以是可4奮磨的墊片。
所述氣浮板通過氣浮和真空與底座相連。
本發(fā)明由于采用了上述的技術方案，使之與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu) 點和積極效果
1、 帶工位切換功能、水平向微調(diào)功能和垂向調(diào)節(jié)功能，可實現(xiàn)六自由度的 精密調(diào)節(jié)和定位，并可滿足更多工作位置的要求；
2、 三個水平向微調(diào)機構在工位切換機構的下一層，使得三個水平向微調(diào)機 構的中心總是在光刻要用掩模版圖形的中心，降低控制方面的誤差，可有效提 高系統(tǒng)的定位精度；
3、 旋轉電機是水平向安裝的，可大大節(jié)省豎直(Z向)的空間；
4、 螺桿與氣浮板之間僅僅靠拉簧的作用連接在一起，沒有其他約束，螺桿前端做成球頭，可以在氣浮板側面滑動，這使得整個調(diào)節(jié)機構不僅在水平向內(nèi)
部解耦，還使得水平向和垂向之間解耦，有利于裝配和控制；
5、 氣浮板和底座之間通過氣浮和真空連接起來，使得裝配和調(diào)節(jié)水平向時 將水平向與垂向解耦，在工作過程中幾乎沒有摩擦，提高了整體機構的效率， 不產(chǎn)生污染，并且維護方^_;
6、 垂向調(diào)節(jié)機構采用凸輪加滾輪的結構，可達到亞微米的Z向調(diào)節(jié)精度。


本發(fā)明的可切換工位的六自由度精密定位臺的具體結構由以下的實施例及 附圖主合出。
圖1為本發(fā)明定位臺的側視結構示意圖2為本發(fā)明定位臺的俯視結構示意圖3為本發(fā)明定位臺的氣浮板結構示意圖4為本發(fā)明定位臺的另一種結構的側視示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發(fā)明的可切換工位的六自由度精密定位臺進行詳細描述。
參見圖1和圖2,本發(fā)明的可切換工位的六自由度精密定位臺，從上而下包 括吸版臺34、氣浮板21、底座22和垂向調(diào)節(jié)機構。吸版臺34用于承載掩模版 35,掩模版35上印有用于曝光的圖形，如圖2所示，該掩模版35上具有兩個 不同的圖形41和42，當然也可以是一個或多個圖形，正常工作時會分別用到這 些圖形，整個定位臺的作用就是承載掩模版并將要曝光的圖形定位到指定的位 置。吸版臺34用真空吸附來固定掩模版35，以盡量減小固定掩模版35時產(chǎn)生 的應變。
吸版臺34通過工位切換機構安裝在氣浮板21的上方，于本實施例中，由 于掩模版35上只有兩個圖形，故只要求兩個工位，精度和重復精度要求不高。 因此，該工位切換機構采用雙作用氣缸31和導軌33來實現(xiàn)，氣缸31通過一轉 接件32在一側與吸版臺34固連，吸版臺34下方與滑塊固連，并通過滑塊沿兩條導軌33滑動，實現(xiàn)沿Y向的掩模版圖形切換。氣缸31和導軌33的定子都固 定在氣浮板21上，導軌33對吸版臺34起到支撐和導向的作用。通過調(diào)節(jié)氣缸 31兩個行程末端的緩沖器來限定切換圖形的行程，如50mm，并最終保證在兩 端的重復定位精度。根據(jù)不同的精度要求，也可選用直線電機或電缸來代替氣缸。
氣浮板21位于底座22上方，其水平向移動通過固定在底座22上的三個水 平向微調(diào)機構23實現(xiàn)，該三個水平向微調(diào)機構23的布局如圖2所示，以兩個、 一個為組分別安裝在氣浮板21的X向和Y向側邊上，且三個水平向微調(diào)機構 23的中心總是在要用的掩模版35圖形的中心，以降低控制方面的誤差，可有效 提高系統(tǒng)的定位精度。每個水平向微調(diào)機構23由旋轉電機11、連接板12、聯(lián) 軸器13、絲杠15、螺桿16依次連接而成，且連接板12與氣浮板21之間通過 兩條拉簧14連接，因此螺桿16與氣浮板21之間僅僅靠拉簧14靠在一起，沒 有其他約束，螺桿16前端做成球頭，可以在氣浮板21側面滑動，這使得整個 調(diào)節(jié)機構不僅在水平向內(nèi)部解耦，還使得水平向和垂向之間解耦，有利于裝配 和控制。螺桿前端還可做成滾輪，在氣浮板21側面滾動，這樣能夠進一步減小 磨損。需要注意的是，本發(fā)明的水平向微調(diào)機構23是水平安裝的，這樣可以大 大節(jié)省高度方向(Z向)的空間。
旋轉電機11直接驅(qū)動的是承載著氣缸31和導軌33的氣浮板21，當圖形切 換動作完成后，掩^f莫版35、氣缸31、吸版臺34和導軌33相對氣浮板21固定 不動，隨著氣浮板21被驅(qū)動著在X、 Y、 Rz三個方向上微調(diào)，掩模版35也就 被同步調(diào)節(jié)。
水平向調(diào)節(jié)時要將氣浮板21在垂向解耦，故采用氣浮結構將氣浮板21浮 起，水平向微調(diào)完畢后，氣浮板21被用真空緊緊吸附在定位臺的底座22上， 氣浮板21上的真空和氣浮結構布局如圖3所示。采用真空氣浮方式，佳_得在裝 配和調(diào)節(jié)水平向時這兩個方向之間可以解耦，在工作過程中幾乎沒有摩擦，提 高了整體機構的效率，不產(chǎn)生污染，并且維護方^f更。
底座22的下方是垂向調(diào)節(jié)機構。如圖1所示，有三個垂向調(diào)節(jié)機構20按 三角形分布在底座22下方的三點，該垂向調(diào)節(jié)機構20由凸輪202、電機和滾庫侖 201組成，凸輪202 ^皮電機驅(qū)動，轉動時通過摩4察滾4侖201來抬升底座22，三點處的驅(qū)動結構可在Z向獨立抬升和降低底座22至一定的高度，三點聯(lián)動即可 達到最終調(diào)節(jié)掩模版35 Rx、 Ry和Z向位置的目的，并可達到亞微米的調(diào)節(jié)精 度。此外，由于調(diào)節(jié)Rx和Ry時，滾輪201和凸輪202會相對傾斜，故滾輪201 的外形做成桶形。
參見圖4，在本發(fā)明的另一個實施例中，也可將圖1所示的三個垂向調(diào)節(jié)機 構換成三個調(diào)節(jié)墊片20，，通過分別修磨三個墊片20，的厚度達到調(diào)節(jié)整個定位 臺Z、 Rx和Ry三個自由度的目的。在滿足功用的前提下，使結構簡單，更容易 實現(xiàn)。
由上述結構可以看出，該定位臺帶工位切換功能、水平向微調(diào)功能和垂向 調(diào)節(jié)功能，可實現(xiàn)六自由度的精密調(diào)節(jié)和定位，包括可以滿足更多工作位置的 要求。
以上介紹的僅僅是基于本發(fā)明的一個個較佳實施例，并不能以此來限定本 發(fā)明的范圍。任何對本發(fā)明的方法作本技術領域內(nèi)熟知的步驟的替換、組合、 分立，以及對本發(fā)明實施步驟作本技術領域內(nèi)熟知的等同改變或替換均不超出 本發(fā)明的揭露以及保護范圍。
權利要求
1、一種可切換工位的六自由度精密定位臺，其特征在于包括吸版臺、氣浮板、水平向微調(diào)機構、底座和垂向調(diào)節(jié)機構，所述吸版臺通過一工位切換機構安裝在氣浮板的上方，用于承載掩模版，所述水平向微調(diào)機構和氣浮板連接，用于驅(qū)動氣浮板在水平方向上移動，所述氣浮板下方連接底座，所述垂向調(diào)節(jié)機構安裝在所述底座下方。
2、 如權利要求1所述的精密定位臺，其特征在于所述工位切換機構包括 一氣缸和兩條導軌，所述氣缸通過一轉接件固連至吸版臺，所述導軌固定在氣 浮板上表面，所述吸版臺底部還設有兩個滑塊，并可通過滑塊沿導軌滑動。
3、 如權利要求1所述的精密定位臺，其特征在于所述工位切換機構包括 電缸和導軌或者直線電^)L和導軌。
4、 如權利要求1所述的精密定位臺，其特征在于所述精密定位臺包括三 個水平向樣B周^L構，均水平安裝在底座上，該三個水平向^f敖調(diào)機構以兩個、一 個為組分別安裝在氣浮板上相鄰的兩側，且兩組水平向微調(diào)機構相互垂直。
5、 如權利要求4所述的精密定位臺，其特征在于所述三個水平向微調(diào)機 構的中心與掩模版上所使用的圖形中心重合。
6、 如權利要求4所述的精密定位臺，其特征在于所述水平向^效調(diào)機構由 旋轉電機、聯(lián)軸器、絲杠和螺桿依次連接而成。
7、 如權利要求6所述的精密定位臺，其特征在于所述旋轉電機與聯(lián)軸器 之間還設有一連接板，所述拉簧的一端固定在連接板上，另一端固定在氣浮板 上，通過拉簧的拉力使螺桿前端接觸氣浮板。
8、 如權利要求6所述的精密定位臺，其特征在于所述螺桿的前端呈球頭 狀，和氣浮板接觸并可在氣浮板側面滑動。
9、 如權利要求6所述的精密定位臺，其特征在于所述螺桿的前端是滾壽侖 結構，可以在氣浮板側面滾動。
10、 如權利要求1所述的精密定位臺，其特征在于所述精密定位臺包括 三個垂向調(diào)節(jié)機構，按三角形分布于所述底座下方。
11、 如權利要求1所述的精密定位臺，其特征在于所述垂向調(diào)節(jié)機構由凸輪和滾輪構成，所述滾輪的中心軸呈水平向設置，且該中心軸通過固定件固 定至底座，所述滾輪與凸輪相互咬合，且所述凸輪還連接至一驅(qū)動電機。
12、 如權利要求11所述的精密定位臺，其特征在于所述滾輪是桶形的。
13、 如權利要求1所述的精密定位臺，其特征在于所述垂向調(diào)節(jié)機構是 可修磨的墊片。 .
14、 如權利要求1所述的精密定位臺，其特征在于所述氣浮板通過氣浮 和真空與底座相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可切換工位的六自由度精密定位臺，所述精密定位臺包括吸版臺、氣浮板、水平向微調(diào)機構、底座和垂向調(diào)節(jié)機構，所述吸版臺通過一工位切換機構安裝在氣浮板的上方，用于承載掩模版，所述水平向微調(diào)機構和氣浮板連接，用于驅(qū)動氣浮板在水平方向上移動，所述氣浮板下方連接底座，所述垂向調(diào)節(jié)機構安裝在所述底座下方。本發(fā)明的精密定位臺具有工位切換功能、水平向微調(diào)功能和垂向調(diào)節(jié)功能，可實現(xiàn)六自由度精密調(diào)節(jié)和定位，并可滿足更多工作位置的要求。
文檔編號G03F7/20GK101303532SQ200810038759
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月10日 優(yōu)先權日2008年6月10日
發(fā)明者鋒 張, 李志龍, 李生強 申請人:上海微電子裝備有限公司;上海微高精密機械工程有限公司