CN106406032B - 一种重载基板台的六自由度调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种重载基板台的六自由度调整装置，所述基板台设置在所述吊框上，其特征在于，包括：一水平向微调机构，用于实现所述基板台的X、Y和Rz方向调整；一第一垂向微调机构，用于实现所述基板台的Z、Rx和Ry方向调整；所述水平向微调机构包括第一微调结构、第二微调结构和第二垂向微调机构，所述第二垂向微调机构位于所述第二微调机构的下方；所述第一微调机构与所述基板台连接，所述第二微调机构位于所述吊框的下方。

Description

一种重载基板台的六自由度调整装置

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种种重载基板台的六自由度调整装置。

背景技术

随着科学技术的进步，微电子技术向大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)方向迅速发展，对与之相应的工艺设备（如图形发生器、分步重复照相机、光刻机、电子束和X射线曝光机及检测设备等）提出了更高的精度要求。作为精密机械与精密仪器的关键技术之一——微位移技术，左右着整个设备的性能，直接影响到微电子技术的发展。

在微电子技术中，TFT光刻机作为制造平板显示器的关键设备，其要求精度高，集成技术难度大。基板台是TFT光刻机的关键分系统之一，其运动性能直接影响到光刻机的产率和成像质量。与IC前道光刻机的工件台相比，基板台具有运动行程大，驱动质量大、电机驱动反力大等特点。这也使基板台整机集成的调试难度相应提高，使光刻机整机集成面临着巨大的挑战。

在光刻机设备集成过程中，大量使用了各种机械微调装置，精确微量地调节某一部件的相对位置。如：调节照明顶部的六个自由度，以满足照明相对于物镜的尺寸链需求；整机框架安装时，通过调节地脚螺母实现整机框架的调平；干涉仪测量系统中，调节干涉仪激光器底座，使光束垂直于被测物的反射面……

目前在光刻机集成过程中，摩擦螺旋微调装置被广泛使用，其优点是结构简单，制造比较方便，但缺点是在大于10吨的重载情况下，使用传统的摩擦螺旋微调装置会使工作效率降低、操作时调节困难。如：整机调平时，通过调整地脚螺母的调节方法操作时就非常困难。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种重载工况下实现精密微调功能的重载微调机构。

所述为了实现上述发明目的，本发明公开一种重载基板台的六自由度调整装置，所述基板台设置在所述吊框上，包括：一水平向微调机构，用于实现所述基板台的X、Y和Rz方向调整；一第一垂向微调机构，用于实现所述基板台的Z、Rx和Ry方向调整；所述水平向微调机构包括第一微调结构、第二微调结构和第二垂向微调机构，所述第二垂向微调机构位于所述第二微调机构的下方；所述第一微调机构与所述基板台连接，所述第二微调机构位于所述吊框的下方。

更进一步地，该第一微调机构包括一蜗杆、偏心轮、轴承、蜗轮、轴和手轮，通过手轮驱动主动件蜗杆转动，经过蜗轮蜗杆减速，通过轴承的传动带动偏心轮转动，从而推动基板台实现X、Y和Rz方向调整。

更进一步地，该第二微调机构为一钢珠微调机构。

更进一步地，该第二垂向微调机构为一斜锲式垫铁，该斜锲式垫铁位于该第二微调机构的下方。

更进一步地，所述第二微调结构包括盖板、滑板、钢珠、保持架和底板。

更进一步地，该第一垂向微调机构为一万向调整垫铁，该万向调整垫铁位于该第一微调机构的下方。

与现有技术相比较，本发明提供了一种重载工况下实现精密微调功能的结构设计方案，采用了蜗轮蜗杆微调机构和钢珠微调机构的设计，调整精度高、操作方便、省时省力。

附图说明

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。

图1是本发明所涉及的精密重载六自由度微调机构的结构示意图；

图2是本发明所涉及的微调结构的结构示意图之一；

图3是本发明所涉及的微调结构的结构示意图之二；

图4是本发明所涉及的钢珠微调结构的结构示意图；

图5是本发明所涉及的精密重载六自由度微调机构的结构示意图之二；

图6是本发明所涉及的精密重载六自由度微调机构的六自由度调整流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明提供了一种重载工况下实现精密微调功能的重载微调机构和提供一种精密基板台的六自由度的调整方法。本发明所提供的技术方案既能实现X、Y和Rz方向调整的精密重载微调；也能实现Z、Rx和Ry方向的精密重载低摩擦调整。

如图1所示，图1及图6是本发明所涉及的精密重载六自由度微调机构的结构示意图，其中a是该六自由度微调机构的俯视图，b是该六自由度微调机构的侧视图。本发明的精密重载六自由度微调机构主要包含如下组成部分：微调机构300、钢珠微调机构400、斜锲式垫铁500、万向调整垫铁600等组成。其中微调机构300、钢珠微调机构400和斜锲式垫铁500、万向可调垫铁600三组机构配合使用，实现基板台&吊框组合件200的六自由度的调整，其中基板台&吊框组合件200是基板台与吊框连接但未锁紧的组合体，吊框支撑着基板台。在第一种实施例中，微调机构300位于吊框支架100上，基板台&吊框组合件200的下方是钢珠微调机构400和斜锲式垫铁500。第二实施例下，基板台&吊框组合件200的下方还设有若干万向调整垫铁600，基板台&吊框组合件200与吊框支架100通过万向调整垫铁600连接。

图2图3是本发明所涉及的XY向微调结构的结构示意图。如图2、图3所示，微调机构300由：蜗杆1，偏心轮2，轴承3，蜗轮4，轴5和手轮6组成。为使工件台调整方便可在X、Y方向成对对称布置微调机构300。微调机构300的微动调节的原理：通过手轮6驱动主动件蜗杆1转动，经过蜗轮蜗杆减速，通过轴承3的传动带动偏心轮2转动，从而推动基板台实现微位移。该机构实现的功能如下：

1.实现微调功能

设蜗轮蜗杆减速比为i=60，偏心轮D=50mm，偏心距a=10mm，读数手轮一周分为60格，偏心轮转动半周，假设以与短轴相切处为起点，则基板台的位移曲线函数为：

S=25(1-（2sinφ/5)^2）^0.5-10*COSφ-15

φ取值为0~180°

读数手轮转1格，偏心轮转动角度为：

φ=360/i/60=0.1°

此时，基板台位移值为：

S =S(0.1°)=0.03mm

通过改变减速比i、偏心距a可改变调节精度。

2.重载省力功能

偏心轮2外安装滑动或滚动轴承3，由于极小的摩擦力，输入轴5的输入扭矩很小就可以水平推动大质量基板台。

如图4所示，钢珠微调机构400由：盖板7，滑板8，钢珠9，保持架10和底板11组成。该机构实现的功能如下：

1. 实现重载微调功能

按照承载的质量，钢珠微调机构400选用钢珠的直径与数量，分别布置于所承载的基板台&吊框组合件四个角。

2. 钢珠微调机构400与斜锲式垫铁500组合使用，减少摩擦力，实现垂向负载。

本发明提供了一种精密基板台的六自由度的调整方法，如图6所示。下面详细阐述精密基板台的六自由度的调整方法和所使用的调整装置。

S10、安装基板台&吊框组合件200（约16吨）到吊框支架，使用专用重载搬运工装和专用安装工装。

S20、调整基板台&吊框组合件200的Rx、Ry和Z向精度。为了实现基板台&吊框组合件200Rx、Ry和Z向精度调整，使用8件万向调整垫铁600。其中3件万向调整垫铁600为主要支撑，另外5件万向调整垫铁600为辅助支撑。通过调整万向调整垫铁600能保持基板台与吊框支架之间的解耦关系，始终保持基板台&吊框组合件200与吊框支架的面面接触，保证基板台垂向Z、Rx、Ry安装精度，万向调整垫铁600具有13mm的调整量、分辨率为0.25mm。通过调整万向调整垫铁600调整吊框上表面的水平度Rx、Ry和吊框上表面基准到物镜基准的Z向尺寸。使用水平仪和内径千分尺检测。通过修磨吊框支架上的垫块实现Rx、Ry和Z向精度要求。

S30、提升基板台&吊框组合件。使用加长杆扳手拧动斜锲式垫铁500，使基板台&吊框组合件200和吊框支架接口的万向调整垫铁600脱离。使基板台&吊框组合件200的底部与一种精密重载低摩擦机构接触，如：钢珠微调机构400和斜锲式垫铁500组合机构。

S40、调整基板台&吊框组合件的X、Y和Rz向精度。安装微调机构300（对称布置4件微调机构300 ，4件钢珠微调机构400和斜锲式垫铁500组合机构）至吊框支架，在基板台&吊框组合件200上成对对称安装和使用，如图1所示。基板台&吊框组合件200的底部由一种精密重载低摩擦机构支撑，如：钢珠微调机构B和斜锲式垫铁500组合机构。转动手轮6驱动主动件蜗杆1转动，经过蜗轮蜗杆减速，带动偏心轮2转动，通过轴承3推动基板台实现X、Y和Rz向微位移的调整。

S50、下降基板台&吊框组合件200。使用加长杆扳手拧动钢珠微调机构400和斜锲式垫铁500组合机构，使基板台&吊框组合件200的底部与钢珠微调机构400脱开。使基板台&吊框组合件200和吊框支架接口的万向调整垫铁600接触。通过万向调整垫铁600能保持基板台与吊框支架之间的解耦关系。复测吊框上表面的水平度Rx、Ry向精度和吊框上表面基准到物镜基准的Z向尺寸，保证基板台垂向Z、Rx、Ry向的安装精度。

S60、连接紧固基板台&吊框组合件200的连接螺栓。拆除基板台&吊框组合件200的底部的一种精密重载低摩擦机构，如：钢珠微调机构400和斜锲式垫铁500组合机构。

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 (6)

1.一种重载基板台的六自由度调整装置，所述基板台设置在吊框上，其特征在于，包括：

一水平向微调机构，用于实现所述基板台的X、Y和Rz方向调整；

一第一垂向微调机构，用于实现所述基板台的Z、Rx和Ry方向调整；

所述水平向微调机构包括第一微调结构、第二微调结构和第二垂向微调机构，所述第二垂向微调机构位于所述第二微调机构的下方；

所述第一微调机构与所述基板台连接，所述第二微调机构位于所述吊框的下方。

2.如权利要求1所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述第一微调机构包括一蜗杆、偏心轮、轴承、蜗轮、轴和手轮，通过手轮驱动主动件蜗杆转动，经过蜗轮蜗杆减速，通过轴承的传动带动偏心轮转动，从而推动基板台实现X、Y和Rz方向调整。

3.如权利要求1所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述第二微调机构为一钢珠微调机构。

4.如权利要求1所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述第二垂向微调机构为一斜锲式垫铁，所述斜锲式垫铁位于所述第二微调机构的下方。

5.如权利要求3所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述第二微调机构包括盖板、滑板、钢珠、保持架和底板。

6.如权利要求1所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述第一垂向微调机构为万向调整垫铁，该万向调整垫铁位于所述第一微调机构的下方。