CN104465449B - 一种旋转交换手自适应保护装置及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转交换手自适应保护装置及其保护方法，该装置包括吸附单元、保护单元以及安装定位调平单元，其中，所述吸附单元包括吸盘和安装于所述吸盘上，并与所述吸盘相连通的气管接头；所述安装定位调平单元固定于所述吸盘上方，包括Z向升降机构、倾斜机构以及弹性机构，所述Z向升降机构通过所述弹性机构与所述倾斜机构连接，共同控制所述吸盘的Z向运动以及倾斜调节；所述保护单元包括真空系统以及反馈系统，所述反馈系统为所述真空系统提供真空压力的补偿。本发明利用所述安装定位调平单元实现掩模在吸附过程中接触面的自适应接触贴合的问题，同时，在保护单元中设置反馈系统，解决了掩模吸附不牢，真空度不够造成的安全性问题。

Description

一种旋转交换手自适应保护装置及其保护方法

技术领域

本发明涉及掩模传输领域，尤其涉及一种旋转交换手自适应保护装置及其保护方法。

背景技术

在光刻机中，掩模的传输是必不可少的一道程序，在掩模传输过程中对掩模版的吸附方式各有不同，有的吸附掩模的上表面，有的吸附掩模的下表面，目的都是为了使掩模能够安全准确地进行吸附并进行交接，防止掩模传输过程中出现掉落等安全性问题。掩模在交接过程中要达到一定的交接精度，吸附时要保证吸附面与掩模表面的有效贴合才能保证掩模传输的稳定。

为了保证掩模交接精度的问题，掩模的吸附面一般采用刚性或硬度较大的材料，如陶瓷或表面氧化处理的铝。对于下表面吸附方式主要是考虑到各个版叉的共面度，版叉间的共面度达不到要求会给掩模吸附带来问题，在移动掩模时掩模容易出现移动，从而交接精度大幅下降；同时由于掩模和版叉间无自适应的能力，对于水平放置的掩模吸附属于硬碰硬的接触，在多次的吸附后版叉会被磨损，进而影响到掩模的吸附效果；对于倾斜放置的掩模，交接精度就更加无法保证了。

现有一种采用对掩模上下表面进行受力把持的掩模吸附方式，如图1a至1d所示，其过程主要是通过接触块2和3的在与掩模8的接触下，与其相连的弹性装置4和5发生变形，当手臂6和7的上表面位于掩模8的下表面以下之后，由电机16和17分别驱动手臂6和7旋转90度，然后手臂6和7上升，在弹性装置4和5的恢复力下将掩模8固定在手臂6、7和接触块2和3之间，然后通过真空吸附，这种结构及方式虽然可以解决掩模自适应的情况，但吸附过程中存在安全性的问题，不仅对吸附表面的平面度要求高，而且要克服掩模8的重力，在真空气路不稳定的情况下，容易出现掩模8掉落的危险，同时掩模8在倾斜放置时，会给掩模上表面方式的实现带来困难。

发明内容

本发明提供一种旋转交换手自适应保护装置及其保护方法，以实现掩模吸附过程中接触面的自适应接触贴合，以及实现真空压力的恒定，避免吸附不牢而引起的安全问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种旋转交换手自适应保护装置及其保护方法，该装置包括吸附单元、保护单元以及安装定位调平单元，其中，

所述吸附单元包括吸盘和安装于所述吸盘上，并与所述吸盘相连通的气管接头；

所述安装定位调平单元固定于所述吸盘上方，包括Z向升降机构、倾斜机构以及弹性机构，所述Z向升降机构通过所述弹性机构与所述倾斜机构连接，共同控制所述吸盘的Z向运动以及倾斜调节；

所述保护单元包括真空系统以及反馈系统，所述反馈系统为所述真空系统提供真空压力的补偿。

较佳地，所述Z向升降机构包括升降盘、固定盘和悬臂，所述升降盘的顶部穿过所述固定盘与悬臂固定连接；所述倾斜机构包括升降底盘，均布于所述升降底盘上的多个凹槽块，分别与所述多个凹槽块形状匹配、位置对应的多个调节螺柱，所述多个调节螺柱穿过所述固定盘并分别通过多个螺母与所述固定盘连接；所述弹性机构的一端固定于所述升降盘，另一端穿过所述升降底盘与所述吸盘连接。

较佳地，所述凹槽块为V型槽块或U型槽块。

较佳地，所述升降盘底部还均布有多个传感器，检测所述升降盘底部与所述升降底盘之间的位移关系。

较佳地，所述调节螺柱为球头螺柱。

较佳地，所述多个螺母包含固定螺母和调整螺母。

较佳地，所述保护单元还包括辅助保护机构，所述辅助保护机构包括保护叉和气缸，所述保护叉设置于整个保护装置的外围，所述气缸为所述保护叉的张开和闭合提供动力。

较佳地，所述真空系统包括两条真空气路，采用气动控制箱控制所述真空系统对所述两条真空气路进行选择。

较佳地，每条真空气路与一个反馈系统相连，所述反馈系统包括真空传感器、备用真空泵以及备用真空气囊，所述真空传感器与所述备用真空泵相连，所述备用真空泵与所述备用真空气囊相连，所述备用真空气囊与所述真空系统相连。

本发明还提供了一种旋转交换手自适应保护方法，应用于如上所述的旋转交换手自适应保护装置，其步骤包括：

S1：所述保护装置移动至掩模上方；

S2：所述安装定位调平单元带动所述吸盘向下运动；

S3：判断所述掩模与所述吸盘的位置关系，若掩模与吸盘的倾斜角度在所述保护装置的自适应调节范围内，所述吸盘继续向下运动，并进行吸附运动；若掩模与吸盘的倾斜角度在所述保护装置的自适应调节范围以外，所述吸盘停止向下，吸附运动停止。

较佳地，所述吸附运动过程中，利用真空传感器对所述吸盘的真空压力进行检测，若压力无变化，则所述真空系统正常工作；若压力出现变化，则反馈系统启动，为所述真空系统提供真空压力补偿。

与现有技术相比，本发明提供的一种旋转交换手自适应保护装置及其保护方法具有如下优点：

1.对掩模吸附方式采用对掩模上表面进行吸附，采用自适应吸附方式吸附具有一定倾斜角度的掩模，缩短旋转交换手与掩模的吸附过程所用的时间；

2.当真空系统真空不足的情况下，利用反馈系统对所述真空系统提供真空压力的补偿，使得掩模能够被转移到安全位置上，避免由于真空压力不恒定引起的掩模损坏问题；

3.所述采用两条真空气路分别独立地对掩模进行吸附，增加对掩模的吸附能力；

4.利用辅助保护机构对掩模进行进一步的保护，防止掩模从吸盘掉落，造成掩模的损坏。

附图说明

图1a～1d为现有技术的掩模吸附装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1的旋转交换手自适应保护装置的组装结构示意图；

图3为本发明实施例1的旋转交换手自适应保护装置的整体结构示意图；

图4和图5为本发明实施例1的旋转交换手自适应保护装置中安装定位调平单元的局部图；

图6为本发明实施例1的旋转交换手自适应保护装置中保护单元的原理图；

图7为本发明实施例1的旋转交换手自适应保护装置中辅助保护机构的机构示意图；

图8a～8d为本发明实施例1的旋转交换手自适应保护方法的动作流程图；

图9a～9d为本发明实施例1的旋转交换手自适应保护方法中辅助保护机构的动作流程图；

图10为本发明实施例2的旋转交换手自适应保护装置的结构示意图；

图11为本发明实施例2的旋转交换手自适应保护装置中弹性机构的结构示意图；

图12a～12c为本发明实施例2的旋转交换手自适应保护方法的动作流程简图。

图1中：2、3-接触块，4、5-弹性装置，6、7-手臂，8-掩模，16、17-电机；

图2～9中：111-吸盘、112-气管接头、120-Z向升降机构、121-升降盘、122-固定盘、123-悬臂、130-倾斜机构、131-升降底盘、132-V型槽块、133-调节螺柱、134-调整螺母、135-固定螺母、136-传感器、140-弹性机构、150-真空系统、151-气动控制箱、161-真空传感器、162-备用真空泵、163-备用真空气囊、164-真空泵储备气囊、170-辅助保护机构、171-保护叉、172-气缸、173-突起部、200-掩模；

图10～12中：211-吸盘、220-Z向升降机构、230-倾斜机构、240-弹性机构、241-A气室、242-B气室、243-压力传感器、244-弹性密封件、400-掩模。

具体实施方式

为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。

实施例1

本发明提供的一种旋转交换手自适应保护装置，如图2至图6所示，包括吸附单元、保护单元以及安装定位调平单元，其中，

所述吸附单元包括吸盘111和安装于所述吸盘111上，并与所述吸盘111相连通的气管接头112；

所述安装定位调平单元固定于所述吸盘111上方，包括Z向升降机构120、倾斜机构130以及弹性机构140，所述Z向升降机构120通过所述弹性机构140与所述倾斜机构130连接，共同控制所述吸盘111的Z向运动以及倾斜调节；

所述保护单元包括真空系统150以及反馈系统，所述反馈系统为所述真空系统150提供真空压力的补偿。具体地，所述真空系统150与所述气管接头112相连通，为所述吸盘111提供真空压力。本发明利用所述安装定位调平单元实现掩模200在吸附过程中接触面的自适应接触贴合的问题，同时，在保护单元中设置反馈系统，解决了掩模200吸附不牢，真空度不够造成的安全性问题。

较佳地，请重点参考图2至图5，所述Z向升降机构120包括升降盘121、固定盘122和悬臂123，所述升降盘121的顶部穿过所述固定盘122与悬臂123固定连接；所述倾斜机构130包括升降底盘131，均布于所述升降底盘131上的多个V型槽块132，分别与所述多个V型槽块132形状匹配、位置对应的多个调节螺柱133，本实施例中，所述V型槽块132的数量为三个，相应的，所述调节螺柱133以及与调节螺柱133配合的螺母的数量也分别为三个。所述三个调节螺柱133穿过所述固定盘122并分别通过三个螺母与所述固定盘122连接，较佳地，本实施例中的弹性机构140采用弹簧，所述弹簧的一端固定于所述升降盘121，另一端穿过所述升降底盘131与所述吸盘111接触，所述弹簧在所述Z向升降机构120的重力作用下保持被压缩的状态，当所述吸盘111下降与所述掩模200接触，并继续下降时，所述弹簧继续被压缩，直至达到弹簧的弹力大于所述Z向升降机构120的重力时，所述调节螺柱133与所述V型槽块132脱离接触，较佳地，所述升降盘121底部还均布有多个传感器136，检测所述升降盘121底部与所述升降底盘131之间的位移关系，当所述升降盘121底部与所述升降底盘131之间的距离过大时，所述传感器136无法输出信号，以提示操作人员信号异常，同时停止吸附动作，当然，所述传感器136选取的距离上的临界值应该根据所述弹簧的弹力、掩模200的规格等具体实际情况而定，此处不做具体的限定。

较佳地，请参考图2和图5，所述调节螺柱133为球头螺柱，具体地，所述球头螺柱与所述V型槽块132配合使用，也就是说，所述球头螺柱在所述V型槽块132的限制内，可以沿所述V型槽块132的槽进行滑动，进而使所述吸盘111产生一定角度的倾斜，当吸附完成，所述吸盘111带动所述掩模200上升时，所述球头螺柱会沿所述V型槽块132回复至初始位置，实现掩模200的自动调平。需要说明的是，所述V型槽块132也可以用U型槽块等其他形状的槽块来替代，只要能够用于限制所述调节螺柱133的运动，从而达到此处所需的技术效果即可。

较佳地，所述三个螺母包含一个固定螺母135和两个调整螺母136，在本发明的旋转交换手自适应保护装置开始工作之前，调节所述的两个调整螺母136，将三个调节螺柱133的下端所确定的平面调至水平。

较佳地，请重点参考图7，所述保护单元还包括辅助保护机构170，所述辅助保护机构170包括保护叉171和气缸172，所述保护叉171设置于整个保护装置的外围，具体地，所述保护叉171上带有向内突出的突起部173，保护叉171张开时，突起部173的距离大于掩模200的距离；保护叉171闭合时，突起部173的距离小于掩模200的距离，本实施例中，所述保护叉171的数量为4个，4个保护叉171分别位于整个保护装置的四个角处，所述气缸172为所述保护叉171的张开和闭合提供动力，本发明增加辅助保护机构170，为掩模200提供辅助保护，在掩模200吸附上升过程中，若因吸附不牢、震动过大等突发原因导致掩模200从吸盘111脱落，所述保护叉171将接住下落的掩模200，避免掩模200摔落损坏。

较佳地，请重点参考图6，所述真空系统包括两条真空气路，也就是说，采用两条真空气路独立地为所述吸盘111提供真空压力，采用气动控制箱151控制所述真空系统150对所述两条真空气路进行选择，换句话说，所述真空系统150为所述两条真空气路中的一条气路提供真空压力，而该选择由所述气动控制箱151控制所述真空系统150选择完成，当其中一条真空气路故障，另一条真空气路仍然能够为吸盘111提供真空压力，提高系统的可靠性。

较佳地，请继续参考图6，每条真空气路与一个反馈系统相连，所述反馈系统包括真空传感器161、备用真空泵162以及备用真空气囊163，所述真空传感器161与所述备用真空泵162相连（由于只是信号的传递，图中未做标示），所述备用真空泵162与所述备用真空气囊163相连，所述备用真空气囊163与所述真空系统150相连，具体地，真空传感器161对气路中的真空度的情况进行实时跟踪监测，当改真空度数值发生变化，则所述备用真空泵162启动，通过所述备用真空气囊163为所述真空系统150提供补偿，使所述真空传感器161检测到的真空度数值回复至初始数值并始终保持恒定，较佳地，所述真空传感器161安装在管路中靠近所述吸盘111的一侧，以提高检测的准确度，另外，所述两条真空气路可以选用同一个备用真空泵162，如图6所示，所述管路中还设有一真空泵储备气囊164，对所述备用真空泵162提供的真空压力进行储存并合理分配至两条真空气路的备用真空气囊163内。

请重点参考图8a至8d，本发明还提供了一种旋转交换手自适应保护方法，应用于如上所述的旋转交换手自适应保护装置，其步骤包括：

S1：所述的保护装置移动至掩模200上方；

S2：所述安装定位调平单元带动所述吸盘111向下运动；

S3：判断所述掩模200与所述吸盘111的位置关系，若掩模200与吸盘111的倾斜角度在所述保护装置的自适应调节范围内，所述吸盘111继续向下运动，并进行吸附运动；若掩模200与吸盘111的倾斜角度在所述保护装置的自适应调节范围以外，所述吸盘111停止向下，吸附运动停止。

具体地，本发明的保护装置对掩模200的吸附分为三种情况，掩模200水平放置吸附情况、掩模200小角度倾斜放置吸附情况、掩模大角度倾斜放置吸附情况。

1.掩模200水平放置吸附情况：接触时吸盘111与掩模200水平接触，为了保证吸盘111对掩模200的吸附，Z向升降机构120稍微往下移动，使吸盘111对掩模200施加一定的挤压，此时三个传感器136均有信号，且调节螺柱133未脱离V型槽块132，当吸盘111完成对掩模200的吸附后升起，Z向升降机构120和倾斜机构130通过弹性机构140的拉力和调节螺柱133以及V型槽块132的定位实现吸盘111的恢复。

2.掩模小角度倾斜放置吸附情况（也就是掩模200与吸盘111的倾斜角度在所述保护装置的自适应调节范围内），如图8a至8d所示的情况：接触时吸盘111与掩模200存在小倾斜角，为了保证吸盘111对掩模200的吸附，所述倾斜机构130进行倾斜，也就是说，所述弹性机构140由于受力不均衡导致一定角度的倾斜，导致所述调节螺柱133在所述V型槽块132内倾斜，进而带动所述吸盘111倾斜，等到吸盘111的倾斜角度与掩模200本身的倾斜角度相同时，此时使得吸附面贴合，Z向升降机构120稍微往下移动，使吸盘111对掩模200施加一定的挤压，在吸附过程中三个传感器136均有信号，且调节螺柱133未脱离V型槽块132，当吸盘111完成对掩模200的吸附后升起，Z向升降机构120和倾斜机构130通过弹性机构140的拉力和调节螺柱133以及V型槽块132的定位实现吸盘111的恢复，也就是说，吸盘111在上升过程中即可自动回复至水平位置。

3.掩模较大角度倾斜放置吸附情况（也就是掩模200与吸盘111的倾斜角度在所述保护装置的自适应调节范围以外）：接触时吸盘111与掩模200存在较大倾斜角，为了保证吸盘111对掩模200的吸附，所述倾斜机构130进行倾斜，在倾斜过程中，只要三个传感器136中任意一个传感器无信号，此时Z向升降机构120停止下降，吸附运动停止。若继续向下运动，调节螺柱133脱离V型槽块132，Z向升降机构120和倾斜机构130不能通过弹性机构140的拉力和调节螺柱133以及V型槽块132的定位实现吸盘111的恢复，也就是说，所述调节螺柱133脱离所述V型槽块132后，无法确保其在所述V型槽块132的导向作用下回复至初始位置，所述吸盘111可能无法回复至水平，影响后续的工作流程。

较佳地，请重点参考图6，所述的吸附运动过程中，利用真空传感器161对所述吸盘111的真空压力进行检测，若压力无变化，则所述真空系统150正常工作；若压力出现变化，则反馈系统启动，为所述真空系统150提供真空压力补偿。从而确保吸盘111具有恒定的真空压力，避免由于真空压力不稳定造成掩模200脱离等安全问题。

当然，请重点参考图9a至9d，S1步骤中，保护叉171为初始状态；S2步骤中，气缸172控制保护叉171张开；吸附完成后，气缸172控制保护叉171闭合。也就是说，保护装置移动至掩模200上方时，保护叉171一直保持初始状态，本实施例中为闭合状态；所述吸盘111向下运动时，所述保护叉171张开，为所述掩模200提供足够的让位，避免保护叉171与所述掩模200发生碰撞；当吸盘111完成对所述掩模200的吸附后，所述保护叉171闭合，也就是说，所述保护叉171的一部分置于所述掩模200的下方，在掩模200上升过程中为掩模200提供辅助保护，若掩模200从所述吸盘111上脱落，保护叉171能够接住所述掩模200，避免掩模200直接从高处掉落进而损坏。

实施例2

本实施例与实施例1的区别点在于，所述的弹性机构240采用气压结构，只要使得所述升降底盘和升降盘之间存在一定的间隙，进而达到对吸盘211的倾斜角度进行调节的目的即可。

具体地，请参考图10和图11，所述弹性机构240包括相互连通的A气室241和B气室242，所述A气室241包括弹性密封件244，所述弹性密封件244连接于所述Z向升降机构220和所述倾斜机构230之间，所述B气室242内还设有压力传感器243，具体地，当Z向升降机构220与倾斜机构230之间的位置发生变化，所述A气室241的容积发生变化，使得与之连通的B气室242内的压力值发生变化，此时所述压力传感器243检测到该压力值，有信号输出，吸盘正常吸附；若检测到的压力值过大，说明调节螺柱与V型槽块接触面脱离无法回复至初始位置，则吸附动作停止；当吸附完成时，掩模400上升的过程中，A气室241的空间恢复，压力值也逐渐恢复，当调节螺柱和V型槽块回复至初始位置时，A气室241的空间也回复至初始状态。

综上所述，本发明提供的一种旋转交换手自适应保护装置及其保护方法，该装置包括吸附单元、保护单元以及安装定位调平单元，其中，所述吸附单元包括吸盘和安装于所述吸盘上，并与所述吸盘相连通的气管接头；所述安装定位调平单元固定于所述吸盘上方，包括Z向升降机构、倾斜机构以及弹性机构，所述Z向升降机构通过所述弹性机构与所述倾斜机构连接，共同控制所述吸盘的Z向运动以及倾斜调节；所述保护单元包括真空系统以及反馈系统，所述反馈系统为所述真空系统提供真空压力的补偿。本发明利用所述安装定位调平单元实现掩模在吸附过程中接触面的自适应接触贴合的问题，同时，在保护单元中设置反馈系统，解决了掩模吸附不牢，真空度不够造成的安全性问题。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种旋转交换手自适应保护装置，其特征在于，包括吸附单元、保护单元以及安装定位调平单元，其中，

所述吸附单元包括吸盘和安装于所述吸盘上，并与所述吸盘相连通的气管接头；

所述安装定位调平单元固定于所述吸盘上方，包括Z向升降机构、倾斜机构以及弹性机构，所述Z向升降机构通过所述弹性机构与所述倾斜机构连接，共同控制所述吸盘的Z向运动以及倾斜调节；

所述保护单元包括真空系统以及反馈系统，所述反馈系统为所述真空系统提供真空压力的补偿。

2.如权利要求1所述的一种旋转交换手自适应保护装置，其特征在于，所述Z向升降机构包括升降盘、固定盘和悬臂，所述升降盘的顶部穿过所述固定盘与悬臂固定连接；所述倾斜机构包括升降底盘，均布于所述升降底盘上的多个凹槽块，分别与所述多个凹槽块形状匹配、位置对应的多个调节螺柱，所述多个调节螺柱穿过所述固定盘并分别通过多个螺母与所述固定盘连接；所述弹性机构的一端固定于所述升降盘，另一端穿过所述升降底盘与所述吸盘连接。

3.如权利要求2所述的一种旋转交换手自适应保护装置，其特征在于，所述升降盘底部还均布有多个传感器，检测所述升降盘底部与所述升降底盘之间的位移关系。

4.如权利要求2所述的一种旋转交换手自适应保护装置，其特征在于，所述调节螺柱为球头螺柱。

5.如权利要求2所述的一种旋转交换手自适应保护装置，其特征在于，所述多个螺母包含固定螺母和调整螺母。

6.如权利要求2所述的一种旋转交换手自适应保护装置，其特征在于，所述凹槽块为V型槽块或U型槽块。

7.如权利要求1所述的一种旋转交换手自适应保护装置，其特征在于，所述保护单元还包括辅助保护机构，所述辅助保护机构包括保护叉和气缸，所述保护叉设置于整个保护装置的外围，所述气缸为所述保护叉的张开和闭合提供动力。

8.如权利要求1所述的一种旋转交换手自适应保护装置，其特征在于，所述真空系统包括两条真空气路，采用气动控制箱控制所述真空系统对所述两条真空气路进行选择。

9.如权利要求8所述的一种旋转交换手自适应保护装置，其特征在于，每条真空气路与一个反馈系统相连，所述反馈系统包括真空传感器、备用真空泵以及备用真空气囊，所述真空传感器与所述备用真空泵相连，所述备用真空泵与所述备用真空气囊相连，所述备用真空气囊与所述真空系统相连。

10.一种旋转交换手自适应保护方法，应用于如权利要求1～9中任一项所述的旋转交换手自适应保护装置，其特征在于，其步骤包括：

S1：所述保护装置移动至掩模上方；

S2：所述安装定位调平单元带动所述吸盘向下运动；

S3：判断所述掩模与所述吸盘的位置关系，若掩模与吸盘的倾斜角度在所述保护装置的自适应调节范围内，所述吸盘继续向下运动，并进行吸附运动；若掩模与吸盘的倾斜角度在所述保护装置的自适应调节范围以外，所述吸盘停止向下，吸附运动停止。

11.如权利要求10所述的一种旋转交换手自适应保护方法，其特征在于，所述吸附运动过程中，利用真空传感器对所述吸盘的真空压力进行检测，若压力无变化，则所述真空系统正常工作；若压力出现变化，则反馈系统启动，为所述真空系统提供真空压力补偿。