CN103762195B - 双工件台宏微快速交接机构 - Google Patents

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Abstract

双工件台宏微快速交接机构属于夹持抓卡机械，用于光刻机工件台宏动机构和微动台的对接分离，在基体上固装上夹板、第二片簧、杠杆支点和气缸体，动夹头和下夹板配置在上夹板下方，第一片簧将工件台与动夹头连接，可调压力弹簧两端分别与工件台和第一片簧接触配合，在上夹板上配装矩形挡板，在气缸体内配装碟簧、活塞和活塞杆，输气管路将气缸体与常闭二位三通电磁阀连通，在下夹板上固装连接杆，杠杆短臂配装在杠杆支点上，圆弧形凹槽板安装在杠杆短臂一端上，气缸体上的活塞杆外端通过轴承与杠杆长臂一端连接，杠杆长臂的另一端和杠杆短臂的另一端通过伸缩机构连接；本机构具有夹持力大、夹紧快速的特点。

Description

双工件台宏微快速交接机构
技术领域
本发明创造属于夹持抓卡机械，主要涉及一种半导体制造装备技术领域内的双工件台宏微快速交接机构。
背景技术
光刻机是极大规模集成电路制造中重要的超精密装备之一。作为光刻机关键子系统的工件台又在很大程度上决定了光刻机的分辨率、套刻精度和产率。产率是光刻机发展的主要追求目标之一。在满足分辨率和套刻精度的条件下，提高工件台运行效率进而提高提高光刻机产率是工件台技术的发展方向，最直接的方式就是提高工件台的运动加速度和速度，但是为保证原有精度，速度和加速度不能无限制提高。最初的工件台只有一个硅片承载装置，光刻机一次只能处理一个硅片，全部工序串行处理，生产效率低。为此有人提出了双工件台技术，这也是目前提高光刻机生产效率的主流技术手段。双工件台技术设有曝光工位、预处理工位两个工位和两个工件台，曝光和测量调整可并行处理，大大缩短了时间，提高了生产效率。
双工件台宏微快速交接机构在双工件台系统中扮演重要角色，用于宏动机构与工件台的对接分离。交接机构固定在宏动机构上，工作时，工件台与宏动机构连接，由宏动机构带动工件台运动到指定工位；换台时，宏动机构带动工件台运动至换台位置，宏动机构上的交接机构释放工件台，然后由公转机构实现两个工件台的交换；公转机构完成换台操作后，宏动机构与工件台对接后由宏动机构带动工件台运动到指定工位。
作为双工件台系统中的关键设备，双工件台宏微快速交接机构必须有足够 高的定位精度，为了提高光刻机的产率，交接机构必须能够快速实现工件台的快速对接和分离；由于工件台质量很大，并且工件台运动时速度和加速度很大，交接机构必须能够提供大夹持力才能牢固抓紧工件台；另外，由于半导体制造装备价格昂贵，必须充分考虑其安全性能，防止夹紧力失效时对设备造成损坏。
美国专利US5498350B2中提出了一种用于双工件台的夹紧装置，该装置采用V型槽将工件台与夹持机构固定在一起，该装置利用杠杆机构，采用被动夹紧、主动松开的方式完成夹持动作。但是上述装置未考虑夹紧力失效时的安全防护，当夹紧力失效时，工件台会碰撞夹紧机构，从而损坏设备。
中国专利CN102487030中提出了一种用于双工件台的夹持机构，该装置通过作动器控制楔形块水平方向移动，实现工件台的夹紧和松开。该装置考虑了抓紧力失效时的安全防护，在动夹头上有一挂钩，上夹板上有一凸起，当抓紧力失效时，动夹头仍可与上夹板连接在一起，可以有效避免工件台碰撞夹持机构。但是上述装置的夹紧力由拉伸弹簧提供，不能提供足够大的夹持力。
在精密机床领域，夹紧机构也有广泛的应用，常用于工作台或其它移动部件的夹紧定位，以便机床对工件进行加工，夹紧机构的性能直接影响到工件的加工精度。中国专利CN102581627中提出了一种工作台夹紧装置，该装置通过夹紧油缸带动轴运动，将两个主压板的距离拉近，夹紧工作台上的凸起；夹紧油缸不工作时，通过碟簧弹开两个主压板，松开工件台。中国专利CN201970105中提出了一种油缸夹紧机构，该机构采用碟簧机械式夹紧，液压放松的工作方式；该装置采用杠杆原理，将活塞杆的移动转换为压紧板的运动；并且采用双油室，大大缩短了油压松开时间，也提高油压卸载时间，提高机床加工效率。上述装置压紧板与工作台接触部分为平面，两者平面度直接影响夹紧性能，并且上述装置没有考虑夹紧力失效时的安全防护。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，设计提供一种双工件台宏微快速交接机构，达到大夹持力和快速响应的目的。
本发明的目的是这样实现的：
一种双工件台宏微快速交接机构，在基体上分别固装上夹板、第二片簧、杠杆支点和气缸体，动夹头和下夹板从上至下依次可上下移动的配置在上夹板下方，所述上夹板上的圆弧形凹坑与动夹头上的圆弧形凸起呈插入配合，通过含有柔性铰链结构的第一片簧将工件台与动夹头连接，可调压力弹簧的两端分别与工件台和第一片簧接触配合，在所述的上夹板上配装矩形挡板，矩形挡板与工件台上的矩形凹槽呈插入配合；在所述气缸体内配装碟簧、活塞，所述活塞与活塞杆连接，配装压力传感器的输气管路将气缸体与常闭二位三通电磁阀连通，所述常闭二位三通电磁阀的端口I、II分别与大气和气源连通；在所述下夹板上固装连接杆，通过连接杆与第二片簧的固接将下夹板安装在基体上；在杠杆支点上可摆动的配装杠杆短臂，在杠杆短臂的一端安装圆弧形凹槽板，所述圆弧形凹槽板与连接杆一端接触配合，所述短臂的另一端与伸缩机构连接，杠杆长臂的一端与伸缩机构连接，所述杠杆长臂的另一端通过轴承与活塞杆铰连接，至此构成双工件台宏微快速交接机构。
本发明具有以下创新点和突出优点：
快速交接机构的杠杆机构采用柔性结构或伸缩气缸的可解耦杠杆机构，在杠杆运动过程中杠杆臂长度可以实现一定量的伸长或缩短，起到运动解耦的作用，保证了快速交接机构结构紧凑，减小了机构的质量。这是本发明的一个创新点和突出优点之一。
提出了基于碟簧气缸的杠杆放大机构，碟簧的行程小、负荷大的高刚度特 性经过杠杆的放大作用能够提供足够大的夹紧力，相对于其它夹持锁紧机构即减小了体积和夹紧时间，又能保证了所提供的夹紧力，这是本发明的创新点和突出优点之二。
附图说明
图1是双工件台宏微快速交接机构总体结构示意图。
图2是夹持部分松开时的示意图。
图3是夹持部分抓紧时的示意图。
图中件号：1-上夹板；2-下夹板；3-连接杆；4-动夹头；5-第一片簧；6-工件台；7-气缸体；8-活塞；9-碟簧；10-活塞杆；11-压力传感器；12-常闭二位三通电磁阀；13-轴承；14-杠杆长臂；15-伸缩机构；16-杠杆短臂；17-杠杆支点；18-圆弧形凹槽板；19-第二片簧；31-矩形挡板；32-矩形凹槽；41-可调压力弹簧；51-端口I；52-端口II。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施进行详细描述。
一种双工件台宏微快速交接机构，在基体上分别固装上夹板1、第二片簧19、杠杆支点17和气缸体7，动夹头4和下夹板2从上至下依次可上下移动的配置在上夹板1下方，所述上夹板1上的圆弧形凹坑与动夹头4上的圆弧形凸起呈插入配合，通过含有柔性铰链结构的第一片簧5将工件台6与动夹头4连接，可调压力弹簧41的两端分别与工件台6和第一片簧5接触配合，在所述的上夹板1上配装矩形挡板31，矩形挡板31与工件台6上的矩形凹槽32呈插入配合；在所述气缸体7内配装碟簧9、活塞8，所述活塞8与活塞杆10连接，配装压力传感器11的输气管路将气缸体7与常闭二位三通电磁阀12连通，所 述常闭二位三通电磁阀12的端口I、II 51、52分别与大气和气源连通；在所述下夹板2上固装连接杆3，通过连接杆3与第二片簧19的固接将下夹板2安装在基体上；在杠杆支点17上可摆动的配装杠杆短臂16，在杠杆短臂16的一端安装圆弧形凹槽板18，所述圆弧形凹槽板18与连接杆3一端接触配合，所述短臂16的另一端与伸缩机构15连接，杠杆长臂14的一端与伸缩机构15连接，所述杠杆长臂14的另一端通过轴承13与活塞杆10铰连接。
所述气缸体7可用液压缸、电机、电磁驱动装置替代。
所述伸缩机构15包括可伸缩柔性机构和可伸缩气缸。
本发明的工作过程如下：
双工件台宏微快速交接机构有夹紧和松开两种状态。处于夹紧状态时，气缸体7的气体被排净，杠杆长臂14处于缩短状态；处于松开状态时，气缸体7内充有气体，杠杆长臂14处于伸长状态。
双工件台宏微快速交接机构由松开到夹紧状态转换：控制信号切换常闭二位三通电磁阀12的状态，气缸体7开始放气，活塞杆10带动杠杆长臂14移动，杠杆长臂14缩短，圆弧形凹槽板18通过连接杆3拖动下夹板2向上移动，动夹头4向上移动，动夹头4上的圆弧形凸起与上夹板1上的圆弧形凹槽相吻合，交接机构夹紧。
双工件台宏微快速交接机构由夹紧到松开状态转换：控制信号切换常闭二位三通电磁阀12的状态，气泵对气缸体7充气，气缸体7内压强开始增大，开始时要先克服碟簧9的预紧力，当压强增大到一定程度时，活塞杆10带动杠杆长臂14移动，杠杆长臂14伸长，圆弧形凹槽板18向下移动，下夹板2由于自身重力和第二片簧19的回复力，下夹板2向下移动，动夹头4上的圆弧形凸起与上夹板1上的圆弧形凹槽分离，交接机构松开。
本发明的双工件台宏微快速交接机构，采用碟簧缸驱动的可解耦杠杆放大机构，通过可解耦杠杆的等比例放大作用，碟簧的高刚度特性被进一步放大，能够提供大夹持力；由于碟簧行程小负荷大，能够带动活塞快速放气，实现快速夹紧。

Claims (3)

1.一种双工件台宏微快速交接机构，其特征在于：在基体上分别固装上夹板(1)、第二片簧(19)、杠杆支点(17)和气缸体(7)，动夹头(4)和下夹板(2)从上至下依次可上下移动的配置在上夹板(1)下方，所述上夹板(1)上的圆弧形凹坑与动夹头(4)上的圆弧形凸起呈插入配合，通过含有柔性铰链结构的第一片簧(5)将工件台(6)与动夹头(4)连接，可调压力弹簧(41)的两端分别与工件台(6)和第一片簧(5)接触配合，在所述的上夹板(1)上配装矩形挡板(31)，矩形挡板(31)与工件台(6)上的矩形凹槽(32)呈插入配合；在所述气缸体(7)内配装碟簧(9)、活塞(8)，所述活塞(8)与活塞杆(10)连接，配装压力传感器(11)的输气管路将气缸体(7)与常闭二位三通电磁阀(12)连通，所述常闭二位三通电磁阀(12)的端口I、II(51、52)分别与大气和气源连通；在所述下夹板(2)上固装连接杆(3)，通过连接杆(3)与第二片簧(19)的固接将下夹板(2)安装在基体上；在杠杆支点(17)上可摆动的配装杠杆短臂(16)，在杠杆短臂(16)的一端安装圆弧形凹槽板(18)，所述圆弧形凹槽板(18)与连接杆(3)一端接触配合，所述短臂(16)的另一端与伸缩机构(15)连接，杠杆长臂(14)的一端与伸缩机构(15)连接，所述杠杆长臂(14)的另一端通过轴承(13)与活塞杆(10)铰连接。
2.根据权利要求1所述的双工件台宏微快速交接机构，其特征在于：所述气缸体(7)可用液压缸或电磁驱动装置替代。
3.根据权利要求1所述的双工件台宏微快速交接机构，其特征在于：所述伸缩机构(15)包括可伸缩柔性机构和可伸缩气缸。
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