CN104972451A - 一种用于掩模传输的机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于掩模传输的机械手,其特征在于,包括:驱动单元,所述驱动单元包括沿X方向作单自由度的直线运动的X向运动模块以及Z向作单自由度的直线运动的Z向运动模块;夹持机械手模块,用于移动所述掩模,所述夹持机械手模块与所述Z向运动模块耦接;以及防碰撞模块,用于消除碰撞发生时对所述机械手的冲击力,所述防碰撞模块与所述夹持机械手模块耦接。

Description

一种用于掩模传输的机械手
技术领域
[0001] 本发明涉及一种集成电路装备制造领域,尤其涉及一种用于掩模传输的机械手。
背景技术
[0002] 光刻设备是一种将掩模图案曝光成像到硅片或玻璃基板上的设备。掩模传输负责物料在曝光成像单元掩模台和物料接口(版盒)之间的传送,是光刻设备的重要组成部分。随着基板世代的变迁,芯片刻线精度的提高,掩模版的尺寸也随着变大,对于掩模传输的行程及效率都带来新的改变,需要在大行程下高速、高精度的完成传输任务。
[0003] 掩模传输系统主要完成的功能如下:负责将未曝光的掩模从版盒传输到掩模台上,将完成曝光的掩模从掩模台上传输回版盒中。保证上到掩模台的掩模标记在对准系统的捕获范围内。
[0004] 掩模传输系统的工作流程:取放版机械手将未曝光的掩模版取出,送至解锁机构进行解锁,解锁机构打开版盒,交换版机械手取走掩模版,送至掩模台进行交接,曝光后由掩模台交接于交换版机械手,由交换版机械手送至取放版机械手交接位并送至解锁机构,把曝光好的掩模版放回版盒,并送回版库。
[0005] 从上述流程可以发现,掩模版通过交换版机械手快速高效的完成各工位的交接并完成曝光,在整个流程里,如何在大行程下保证机械手定位精度及重复性精度,交换版机械手的设计至关重要。5世代以后,随着掩模版尺寸、重量变大,掩模版的交接工位距离变大。都需要一种新型的低成本、大行程高速的交换版机械手来提高光刻机的上版精度及产率。传统的机械手主要有以下情况:1)高成本、定位精度重复性好,这类机械手主要由成本较高的直线电机驱动、精密导轨导向及绝对式光栅尺组合等组成;但随着行程的加大,直线电机、绝对式光栅尺等也随着行程的加大,成本随之变大,高精度的背后伴随着高成本的代价;2)低成本、定位精度重复性差,这类机械手主要由直流电机驱动,带轮传送带的传输模式或是丝杠导轨组合模式,共同点都是低成本,但精度、重复性差得不到保证。3)交换版的夹持机械手与运动轴的连接方式通常为刚性连接,发生碰撞时,撞击的冲击力直接作用于版叉上,很容易使高精密加工的版叉产生变形,使掩模版发生损坏。4)应用到光刻机的环境下,运动部件容易产生颗粒,会对整机产生颗粒污染。
[0006] 针对传统机械手的现状,很需要发明一种通过一种具有低成本、行程大、运动重复性好、防碰撞、低污染的交换版机械手,结构简单紧凑,使用可靠,控制方便。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷,提供一种大行程、高精度的用于掩模传输的机械手。
[0008] 为了实现上述发明目的,本发明公开一种用于掩模传输的机械手,其特征在于,包括:驱动单元,该驱动单元包括沿X方向作单自由度的直线运动的X向运动模块以及沿Z方向作单自由度的直线运动的Z向运动模块;夹持机械手模块,用于移动该掩模,该夹持机械手模块与该Z向运动模块耦接;以及防碰撞模块,用于消除碰撞发生时对该机械手的冲击力,该防碰撞模块与该夹持机械手模块耦接。
[0009] 更进一步地,该X向运动模块包括直流电机,该直流电机驱动同步带在双导轨上移动。
[0010] 更进一步地,该Z向运动模块包括直流电机,该直流电机驱动同步带在双导轨上移动。
[0011] 更进一步地,该驱动单元还包括气动驱动模块,该气动驱动模块用于实现Y向定位以及该机械手的开合。
[0012] 更进一步地,该防碰撞模块的压紧件由抗冲击材料组成,该防碰撞模块还包括防碰撞传感器。所述抗冲击材料为弹簧钢。
[0013] 更进一步地,该机械手还包括机械定位模块,该机械定位模块包括V型块、滑轮杆和气动组件,该气动组件驱动该滑轮杆伸入该V型块进行X向微调。
[0014] 更进一步地,该机械手还包括自锁调整模块,用于对所述Z向运动模块与夹持机械手模块连接处微调,进行X向运动补偿。。
[0015] 更进一步地,该机械手还包括环境模块,所述机械手密闭在该环境模块中,该环境模块抽除密闭空间中存在的颗粒。
[0016] 更进一步地,该环境模块包括抽颗粒接口。
[0017] 与现有技术相比较,本发明通过机械定位模块与位置检测器件有效保持物料传输过程中的精度,定位精度可达到1ym;有效的解决机械手碰撞问题,减少夹持版叉的变形问题及掩模版的损坏问题。
附图说明
[0018] 关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
[0019] 图1是本发明所涉及的掩模传输机械手的结构示意图;
图2是本发明所涉及的掩模传输机械手的X向运动模块的结构示意图;
图3是本发明所涉及的掩模传输机械手的Z向运动模块的结构示意图;
图4是本发明所涉及的掩模传输机械手的夹持机械手模块的结构示意图;
图5是本发明所涉及的掩模传输机械手的防碰撞模块的结构示意图;
图6是本发明所涉及的掩模传输机械手的自锁调整模块的结构示意图;
图7是本发明所涉及的掩模传输机械手的机械定位模块的结构示意图;
图8是本发明所涉及的掩模传输机械手的工作流程图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的用于掩模传输的机械手。然而,应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式,并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
[0021] 在以下描述中,为了清楚展示本发明的结构及工作方式,将借助诸多方向性词语进行描述,但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语,而不应当理解为限定性词语。此外,在以下描述中所使用的“X向”一词主要指与水平向平行的方向'“Y向”一词主要指与水平向平行,且与X向垂直的方向;“z向”一词主要指与水平向垂直,且与X、Y向均垂直的方向。
[0022] 本发明所公开的交换版机械手主要由驱动单元、结构单元及辅助单元构成。其中,驱动单元主要由X向运动模块、Z向运动模块及气动驱动模块组成;结构单元由夹持机械手模块及支架模块组成;辅助单元由机械定位模块、防碰撞模块及环境模块组成。
[0023] 驱动单元主要是掩模传输机械手的运动单元,对于TFT5世代之后的发展,掩模版的尺寸变大,X轴的行程也随之变大,目前5世代的掩模板约800X920mm,所以对于交换版机械手X向行程,大约3-5米,如此大的行程,如果运用直线电机及绝对式光栅尺的驱动方案,行程及成本问题会随之产生。本发明机械手X向运动模块采用齿轮及传送带的传动模型,由直流电机直接驱动,并由精密导轨导向的运动模式。很好的保证机械传输的效率问题,这种运动模式所产生的上版精度问题主要由辅助单元中的机械定位模块及各工位传感器保证,利于一种机械定位流程很好的进行上版前的机械粗对准,保证X向运动模块的重复性。Z向运动模块主要完成交换版机械手与交接工位完成交接时Z向补偿,气动驱动模块主要提供给夹持对准结构及辅助单元的机械定位模块的运动驱动。
[0024] 结构单元包括夹持机械手模块和支架模块。其中支架模块主要完成机械手与外界的机械接口及各运动单元的安装;夹持机械手模块完成机械手的夹持动作,夹持过程提供掩模版的X向及Y向定位。
[0025] 辅助单元主要由机械定位模块、防碰撞模块以及环境模块三个模块构成。其中,机械定位模块采用机械定位结构定位,结合气动,可以补偿X向的运动,解决大行程、低成本带来的定位精度不高等问题。
[0026] 防碰撞模块主要防止夹持机械手在发生碰撞时,产生的冲击力对夹持机械手的加工件的变形,及破坏机械手的运动重复性。针对防碰撞的思路,主要由主动及被动相结合的设计思想,主动方式是,增加测距手段,达到碰撞前的提前制动,直接保证机械手安全;被动方式是,采用一种耦合结构方式,并且连接件采用抗冲击材料,如弹簧钢等,利用耦合结构很好的吸收撞击带来的冲击力。当稱合机构由冲击产生碰撞移动时,增加一组防碰撞传感器,当移动时产生信号,使驱动电机停机保护机械手。
[0027] 机械手在整体设计时,注意整体内部空间的密闭,结构件与结构件增加密闭件,利用本机械结构关系保证运动单元的密闭性,使运动单元产生的颗粒在内部不污染外部环境;各运动轴增加抽颗粒接口,及时的通过抽颗粒通道把颗粒排除整机之外,保证环境的清洁。
[0028] 本发明的技术方案包括以上3个单元组成,基本运动单元为基础,与防碰撞方式结合的交换版机械手具体实施方案。
[0029] 如图1所示,图1所示的是该机械手的基本组成。该机械手包括夹持机械手模块101,主要负责夹持掩模版完成交接工位的进行。气动驱动模块102,主要负责Y向定位、夹持机械手模块101的开合,主要以正压气体为主。X向运动模块103沿X方向作单自由度的直线运动。Z向运动模块104沿Z向作单自由度的直线运动。机械定位模块105,主要由机械定位件配合气动组件达到机械定位效果。支架模块106,主要负责X向运动模块的安装及调整,及其整个机械手的对外安装接口。环境模块107,主要由各运动轴及抽颗粒接口组成。自锁调整模块108 (见图6),在Z向运动模块与夹持机械手模块连接环节,方便进行X向运动的微调,补偿由于X向的高速,带来的低重复性。
[0030]图2是本发明所涉及的掩模传输机械手的X向运动模块的结构示意图。如图2中所示,该X向运动模块包括:伺服电机103a,同步带轮103b,同步带103c,双导轨103d, Z向运动模块安装底座103e以及惰轮103f。
[0031]图3是本发明所涉及的掩模传输机械手的Z向运动模块的结构示意图。如图3所示,该Z向运动模块包括:直流电机104a,导轨104b,惰轮104c,抽颗粒接口 104d,同步带104e以及调节机构导轨安装面104f。
[0032] 图4是本发明所涉及的掩模传输机械手的气动驱动模块102的结构示意图。如图4所示,开合版叉102a主要完成掩模版的夹持动作。夹紧组件(Plunger)102b完成定位后的掩模版锁紧功能。Y向定位结构102c、位置检测传感器102d,用于检测掩模版状态。夹持机械手安装座103e,与稱合机构相连。该气动驱动模块102还包括一防碰撞模块110。发生碰撞时,利用耦合结构件的材料特性,可以有效的缓解碰撞所带来的冲击,防止版叉因为碰撞产生的不必要的硬性伤害。
[0033] 如图5所示,图5所示的是防碰撞模块110的组成。该防碰撞模块110进一步包括:防碰撞传感器110a,夹持机械手版叉110b,调平顶丝110c,压紧件110d,压紧顶丝110e,防碰撞传感器挡片IlOf以及Z轴连接件110g。压紧件IlOd采用抗冲击材料制成。
[0034] 图6是本发明所涉及的掩模传输机械手的自锁调整模块108的结构示意图,该自锁调整模块108由自锁组件108a,气缸组件108b,夹持机械手连接件108c,滚动导轨108d及Z向运动模块连接件108e组成。当到达工位时,气缸打开所连接的自锁组件解锁,X向的滚动导轨即可运动,配合机械定位模块进行X向的运动补偿。
[0035] 掩模传输机械手的X向运动模块采用伺服电机103a驱动并通过减速器进行减速,为保证断电安全电机组件包括了制动器。传动系统采用同步带103c传动双导轨103d进行导向,光栅测量,在行程内精度可以达到2um。Z向运动模块安装底座103e上设计Z向运动模块的机械接口 ;由于运动摩擦会产生金属颗粒,进行了环境模块设计,X向运动模块的整体的接有抽颗粒接口,进行颗粒抽取工作,使产生的金属颗粒能第一时间排除,为保持内部清洁还设计了密封防护罩最大限度保证装置内部清洁。
[0036] 掩膜传输机械手的Z向运动模块采用直流电机104a进行驱动;传动系统采用同步带104e传动及双导轨104b进行导向。由于Z向运动模块的运动行程大,传输速度快。传统系统下很难保证运动的重复性,所以结合图6所示的108自锁调整模块及图7所示的105机械定位模块进行X向运动补偿,提高传输的交接精度,达到良好的运动重复性。105机械定位模块主要由机械定位V型块105c、气动组件105a以及V型块调节件105b构成,当达到需求工位,105a组件中伸出滑轮杆105d。随着气动组件105a中气缸的运动,滑轮杆105d伸入V型块105c中,靠V型块105c已调整好的机械位置,进行夹持机械手的X向微调。
[0037] 图8是本发明所涉及的掩模传输机械手的工作流程图。如图8所示,S901夹持机械手夹持掩模板;S902X轴运动,位置传感器检测工位;S903自锁结构解锁;S904机械定位模块气缸伸出进行导向槽进行粗定位;S905自锁结构自锁;S906完成工位交接。
[0038] 与现有技术相比较,本发明通过机械定位模块与位置检测器件有效保持物料传输过程中的精度,定位精度可达到1ym;有效的解决机械手碰撞问题,减少夹持版叉的变形问题及掩模版的损坏问题。
[0039] 本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于掩模传输的机械手,其特征在于,包括: 驱动单元,所述驱动单元包括沿X方向作单自由度的直线运动的X向运动模块以及Z向作单自由度的直线运动的Z向运动模块; 夹持机械手模块,用于移动所述掩模,所述夹持机械手模块与所述Z向运动模块耦接;以及 防碰撞模块,用于消除碰撞发生时对所述机械手的冲击力,所述防碰撞模块与所述夹持机械手|吴块f禹接。
2.如权利要求1所述的用于掩模传输的机械手,其特征在于,所述X向运动模块包括直流电机,所述直流电机驱动同步带在双导轨上移动。
3.如权利要求1所述的用于掩模传输的机械手,其特征在于,所述Z向运动模块包括直流电机,所述直流电机驱动同步带在双导轨上移动。
4.如权利要求1所述的用于掩模传输的机械手,其特征在于,所述驱动单元还包括气动驱动模块,所述气动驱动模块用于实现Y向定位以及所述机械手的开合。
5.如权利要求1所述的用于掩模传输的机械手,其特征在于,所述防碰撞模块的压紧件由抗冲击材料组成,所述防碰撞模块还包括防碰撞传感器。
6.如权利要求5所述的用于掩模传输的机械手,其特征在于,所述抗冲击材料为弹簧钢。
7.如权利要求1所述的用于掩模传输的机械手,其特征在于,所述机械手还包括机械定位模块,所述机械定位模块包括V型块、滑轮杆和气动组件,所述气动组件驱动所述滑轮杆伸入所述V型块进行X向微调。
8.如权利要求1所述的用于掩模传输的机械手,其特征在于,还包括自锁调整模块,用于对所述Z向运动模块与夹持机械手模块连接处微调,进行X向运动补偿。
9.如权利要求1所述的用于掩模传输的机械手,其特征在于,还包括环境模块,所述机械手密闭在所述环境模块中,所述环境模块抽除密闭空间中存在的颗粒。
10.如权利要求9所述的用于掩模传输的机械手,其特征在于,所述环境模块包括抽颗粒接口。
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