CN107290936B - 一种带机械限位结构的掩模台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带机械限位结构的掩模台，包括粗动模块、微动模块和限位保护件，粗动模块包括粗动滑块，微动模块包括承版台，限位保护件的两侧分别连接粗动滑块和承版台，限位保护件包括限位块、限位销、导向座和弹性元件，限位块与限位销相对的一侧上设有凹槽，限位销一端设有与凹槽相适配的凸起，限位销的另一端与弹性元件连接，限位销可在导向座内弹性运动，使凸起可滑入凹槽或从凹槽内滑出。本发明中当碰撞力大于一定设计值时，粗动模块和微动模块可相互脱离，避免粗动电机带着承版台高速失控行驶，当承版台脱离粗动模块后，慢慢减速最后撞击在设于粗动行程和微动行程两端的缓冲器上，从而有效保护承版台及固定其上的掩模版。

Description

一种带机械限位结构的掩模台

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，具体涉及一种带机械限位结构的掩模台。

背景技术

现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路(IC)或平板显示领域以及其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD板。目前光刻装置主要分为两类：一类是步进光刻装置，其工作原理为：掩模图案一次曝光成像在晶片的其中一个曝光区域，随后晶片相对于掩模移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模图案曝光在晶片的另一曝光区域，重复这一过程直到晶片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像；另一类是步进扫描光刻装置，其工作原理为：掩模图案不是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像，具体的，在掩模图案成像过程中，掩模与晶片同时相对于投影系统和投影光束移动，因此需设置相应的装置分别作为掩模版和硅片的载体，装载有掩模版/硅片的载体产生精确的相互运动来满足光刻需要，其中掩模版的载体称之为承版台，而硅片/基板的载体称之为承片台。

现有的步进扫描光刻装置中，掩模台一般通过微动台和粗动台构成，微动台完成掩模版的精密微调，粗动台完成掩模版的大行程扫描曝光运动。然而随着平板显示行业的飞速发展，基板的尺寸不断增大，已经由原来的G1(基板尺寸300*400)发展到现在的G10(基板尺寸2850*3150)，因此曝光视场大小的需求也随之增大，特别是在IC领域中，单镜头已经难以满足曝光视场不断增大的需求，针对上述问题，业内提出了一种拼接镜头的曝光装置方案，然而对于拼接镜头大视场曝光装置，采用的掩模版尺寸也随之增大，比如：针对基板尺寸在G4.5到G6之间的，一般采用520*610mm或520*800mm的掩模版，基板尺寸在G6以上的，采用850*1200mm或850*1400mm的掩模版，甚至更大。然而随着掩模版尺寸的不断增大，一方面大大提高了掩模版的制造成本，另一方面使承载掩模版的承版台尺寸也不断增大，且为了保证结构的强度及变形精度，承版台一般都采用价格昂贵的陶瓷材料或微晶玻璃制成，且尺寸的加大使原本昂贵的承版台更加昂贵。因此，针对高速、高加速度、大行程运动以及大掩模版的掩模台，对掩模版及承版台的保护至关重要。

现有掩模台的粗微动间的机械限位保护件一般是采用套筒—轴形式。如图1所示，为一种承载大掩模版的掩模台结构示意图，其中Y向为扫描方向，包括粗动模块和微动模块，其中粗动模块1’呈两侧对称分布，包括粗动滑块101’、粗动导轨102’、粗动电机103’等，由于驱动质量大、且需要高速和高加速运动，因此粗动电机103’需采用出力非常大的带铁芯的直线电机。微动模块2’包括承版台201’、掩模版202’、微动电机203’。微动电机203’呈两侧对称分布，用于粗微动间非接触式连接，微动电机203’的定子固定在承版台201’上，微动电机203’的动子固定在粗动滑块101’上。粗微动间的机械限位保护件采用套筒—轴的结构，呈两侧对称分布，包括套筒301’，固定在粗动滑块101’上，限位轴302’固定在承版台201’上，还包括缓冲器4’，分别固定在粗微动行程的两端(即位于Y轴的正反向两侧)，用于粗动和微动过程中的缓冲保护。

如图2所示，为图1中套筒-轴结构的A-A剖视图，其中转接件5’用于将限位轴302’固定到承版台201’上，套筒301’与限位轴302’的单边间隙s需满足微动模块的行程要求。然而该种结构存在以下缺点：当粗动电机103’出现高速失控暴走时，粗微动间的不同步会引起粗微动间的机械限位保护件发生强烈碰撞，这种碰撞完全由微动模块2’的承版台201’直接承担，缓冲性能差，与此同时，粗动电机103’会带着承版台201’高速失控行驶，而对于极其昂贵的承版台201’及大掩模版来说，不仅容易导致安全隐患，增大光刻成本，大大降低了光刻效率和光刻效果。

发明内容

本发明提供了一种带机械限位结构的掩模台，以克服现有技术中存在的承版台和掩模版的安全性低、稳定性差、成本高等问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种带机械限位结构的掩模台，包括粗动模块、微动模块和限位保护件，所述粗动模块包括粗动滑块，所述微动模块包括承版台，所述限位保护件的两侧分别连接所述粗动滑块和承版台，其特征在于，所述限位保护件包括限位块、限位销、导向座和弹性元件，所述限位块与所述限位销相对的一侧上设有凹槽，所述限位销一端设有与所述凹槽相适配的凸起，所述限位销的另一端与所述弹性元件连接，所述限位销可在所述导向座内弹性运动，使所述凸起可滑入所述凹槽或从所述凹槽内滑出。

进一步的，所述凹槽沿粗动行程方向的内壁呈斜面结构。

进一步的，所述限位块与从所述凹槽内滑出或滑入所述凹槽内的限位销接触时的接触面均为斜面，所述接触面的倾斜方向与所述凹槽内壁的倾斜方向相反。

进一步的，所述限位块远离所述限位销的一端与所述粗动滑块连接，所述限位销通过所述导向座与所述承版台连接。

进一步的，所述限位块远离所述限位销的一端与所述承版台连接，所述限位销通过所述导向座与所述粗动滑块连接。

进一步的，所述弹性元件远离所述限位销的一端与所述导向座连接，为所述限位销提供预紧力。

进一步的，所述弹性元件远离所述限位销的一端与所述承版台连接，为所述限位销提供预紧力。

进一步的，所述弹性元件远离所述限位销的一端与所述粗动滑块连接，为所述限位销提供预紧力。

进一步的，弹性元件为限位弹簧。

进一步的，所述导向座内设有分别与所述限位销和弹性元件相适配的第一空腔和第二空腔，所述弹性元件限位于所述第二空腔内，所述限位销穿过所述第一空腔后与所述弹性元件连接。

进一步的，所述限位销与所述弹性元件连接的一侧的外径大于所述第一空腔的内径。

进一步的，所述导向座与所述限位销之间设有直线轴承。

进一步的，所述直线轴承套设于所述限位销的外周，且限位于所述第一空腔内，所述直线轴承远离所述弹性元件一侧的外径大于所述第一空腔的内径。

进一步的，所述限位销的凸起采用缓冲材料制成。

进一步的，所述限位销的凸起上设有滚动轴承。

进一步的，所述滚动轴承采用缓冲材料制成。

进一步的，所述缓冲材料为橡胶。

进一步的，还包括设于粗动行程和微动行程两端的缓冲器。

本发明提供的带机械限位结构的掩模台，通过在粗动滑块和承版台之间设置包括限位块、限位销和弹性元件的限位件，在限位块上设置内壁具有正斜面结构的凹槽，在限位销上设置与所述凹槽相适配的凸起，并在限位销远离所述限位块的一侧连接弹性元件，用于提供顶紧力，当碰撞力大于一定设计值时，粗动模块和微动模块可相互脱离，避免粗动电机带着承版台高速失控行驶，当承版台脱离粗动模块后，慢慢减速最后撞击在设于粗动行程和微动行程两端的缓冲器上，从而有效保护承版台及固定其上的掩模版。当粗动电机故障消除后，将承版台重新推入凹槽处便可正常工作。本发明结构简单、安全性好、稳定性高、成本低廉，效果可靠。

附图说明

图1是现有技术中承载大掩模版的掩模台结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖视图；

图3是本发明实施例1带机械限位结构的掩模台的结构示意图；

图4-6是本发明实施例1限位销脱离限位块流程图；

图7是本发明实施例1限位销碰撞限位块时的受力分析图；

图8是本发明实施例1中将限位销推入凹槽的受力分析图；

图9是本发明实施例2带机械限位结构的掩模台的结构示意图。

图1-2中所示：1’、粗动模块；101’、粗动滑块；102’、粗动导轨；103’、粗动电机；2’、微动模块；201’、承版台；202’、掩模版；203’、微动电机；301’、套筒；302’、限位轴；4’、缓冲器；5’、转接件；

图3-9中所示：1、粗动模块；11、粗动滑块；2、微动模块；21、承版台；3、限位保护件；31、限位块；311、凹槽；32、限位销；321、凸起；33、弹性元件；34、导向座；341、第一空腔；342、第二空腔；35、直线轴承；36、滚动轴承；4、缓冲器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述。

如图3-8所示，本发明一种带机械限位结构的掩模台，包括粗动模块1、微动模块2和限位保护件3，所述粗动模块1包括粗动滑块11、粗动导轨和粗动电机(图中均未标出)，所述微动模块2包括掩模版和承版台21，所述限位保护件3的两侧分别连接所述粗动滑块11和承版台21，粗动电机带动粗动滑块11沿粗动导轨运动，对掩模版进行粗动调整，所述限位保护件3包括限位块31、限位销32、导向座34和弹性元件33，所述限位块31与所述限位销32相对的一侧上设有凹槽311，所述限位销32一端设有与所述凹槽311相适配的凸起321，所述限位销32的另一端与所述弹性元件33连接，所述限位销32可在所述导向座34内弹性运动，使所述凸起321可滑入所述凹槽311或从所述凹槽311内滑出。本实施例中，弹性元件33位于导向座34内远离所述限位块31的一侧。

优选的，所述凹槽311沿粗动行程方向的内壁呈斜面结构。优选的，所述限位块31与从所述凹槽311内滑出或滑入所述凹槽311内的限位销32接触时的接触面均为斜面，所述接触面的倾斜方向与所述凹槽311内壁的倾斜方向相反。需要说明的是，本实施例中粗动行程即粗动模块1中的粗动电机带动粗动滑块11沿粗动导轨(即沿Y向)运动而产生行程，当粗动电机出现故障时，限位销32与限位块31发生碰撞，并相对限位块31沿斜面结构向上或向下运动(根据粗动电机的暴走方向确定)，从而脱离限位块31，避免承版台21跟着粗动电机高速失控行驶，有效保护承版台21及固定其上的掩模版，免于受到损伤，当粗动电机故障消除后，可将承版台21重新推入凹槽处，便可正常工作，操作方便，安全性好，效果可靠。

优选的，所述限位销32的凸起321采用缓冲材料制成，用于在与限位块31发生碰撞时起到缓冲的效果，所述缓冲材料为橡胶，也可以为其他材料，只要能达到相应的作用即可。

请继续参照图3，所述掩模台还包括设于粗动行程和微动行程两端的缓冲器4，即缓冲器4位于粗动模块1和微动模块2沿Y向的两侧，图中仅标出位于微动行程两侧的缓冲器4，粗动行程两端的缓冲器4省略，缓冲器4用于粗动和微动过程中的缓冲保护。

如图3-6所示，所述限位块31远离所述限位销32的一端与所述粗动滑块11连接，也即所述限位销32通过所述导向座34与所述承版台21连接，本实施例中，所述弹性元件33远离所述限位块31的一侧与所述承版台21连接，优选的，该弹性元件33为限位弹簧，刚度较大，用于提供X方向的顶紧力，顶紧限位销32，同时在碰撞后有较强的缓冲吸收能力。该种情况下，限位块31与粗动电机同步运动，当粗动电机发生故障而暴走时，限位销32带着承版台21相对限位块31沿粗动电机的暴走的相反方向运动，并顺着凹槽311内的斜面滑出，从而脱离限位块31，避免承版台21与粗动电机一起高速失控行驶。

优选的，所述限位块31远离所述限位销32的一端与所述承版台21连接，所述限位销32通过所述导向座34与所述粗动滑块11连接，所述弹性元件33远离所述限位块31的一侧与所述粗动滑块11连接，优选的，该弹性元件33为限位弹簧，刚度较大，用于提供X方向的顶紧力，顶紧限位销32，同时在碰撞后有较强的缓冲吸收能力。该种情况下，限位销32与粗动电机同步运动，当粗动电机发生故障而暴走时，限位销32相对限位块31沿粗动电机暴走方向的相同方向运动，并顺着凹槽311内的斜面滑出，从而脱离限位块31，避免承版台21与粗动电机一起高速失控行驶。

请继续参照图3，所述导向座34套设在所述限位销32和所述弹性元件33的外周，优选的，所述导向座34内设有分别与所述限位销32和弹性元件33相适配的第一空腔341和第二空腔342，所述弹性元件33限位于所述第二空腔内342，所述限位销32穿过所述第一空腔341后与所述弹性元件33连接。优选的，所述限位销32与所述弹性元件33连接的一侧(即远离凸起321的一侧)的外径大于所述第一空腔341的内径，以免限位销32从第一空腔341中脱出，稳定可靠。

优选的，所述凹槽311外沿粗动行程的正反两侧的限位块31具有斜面结构，当限位销32从凹槽311中脱离之后首先滑入该斜面结构中，最终与限位块31脱离。

针对限位块31与粗动滑块11连接的情况，粗动模块1和微动模块2的脱离过程如图4-6所示。如图4所示，当粗动电机出现故障，高速失控并朝Y正向暴走时，限位块31中凹槽311的斜面结构a先与限位销32发生碰撞。其中斜面结构a的倾斜角度为β。对该碰撞过程进行受力分析，以限位销32为分析对象(忽略摩擦力)，如图7所示，F为碰撞时粗动模块1对微动模块2产生的碰撞力，Fx、Fy为碰撞力F分别在X、Y方向上的分力，其中Fx＝Fcosβ，Fy＝Fsinβ。N为限位弹簧提供的对限位销32的顶紧力。当碰撞力F力达到一定设计值，即满足Fx＝Fcosβ＞N时，能驱动限位销32沿X正向运动，压缩限位弹簧。此时，粗动模块1仍以高速沿Y正向运动，致使限位销32逐渐脱离限位块31的凹槽311，滑入斜面结构b，斜面结构b的倾斜方向与斜面结构a的倾斜方向在相对粗动行程方向上相反，最终脱离高速行驶的粗动模块1，脱离后，限位弹簧又将限位销32沿X向顶紧，如图5-6所示。因此，针对一定的F设计值，只要使斜面结构a的倾斜角度β与弹簧力N满足一定关系，就能使承版台21脱离粗动模块1，从而大大减小承版台21损坏的风险。当承版台21脱离粗动模块1后，慢慢减速最后撞击在微动模块2两端的缓冲器4上，从而进一步保护承版台21。

当粗动电机故障消除后，需将承版台21重新推入凹槽311内，其中，斜面结构b的倾斜角度为θ，在推入过程中，限位销32先与限位块3的斜面结构b接触，此时以限位销32为分析对象进行受力分析(忽略摩擦力)，如图8所示中，M为推入过程中施加于限位销32上的力，M的方向竖直向上，N为限位弹簧对限位销32提供的顶紧力。Z为粗动模块1对微动模块2产生的反作用力，Zx、Zy为反作用力Z分别在X、Y方向上的分力，其中Zy＝Zx tanθ。由受力分析可知，当满足Zx＞N，且M＞Zy，即M＞Zx tanθ＞N tanθ时，即可将承版台21推入限位块31的凹槽311中。根据M＞N tanθ，在结构允许条件下，尽可能减小限位块31的斜面结构b的角度θ，则通过较小的力即可将承版台21推入凹槽311中，使限位保护件3正常工作。

实施例2

如图9所示，与实施例1中不同的是，本实施例中，所述导向座34与所述限位销32之间设有直线轴承35，从而减小限位销32与导向座34之间的摩擦力，在粗动电机发生故障时，使限位销32与限位块31更快的脱离，进一步提高安全性能。优选的，所述直线轴承35套设于所述限位销32的外周，且限位于所述第一空腔341内，所述直线轴承35远离所述弹性元件33一侧的外径大于所述第一空腔341的内径。

优选的，所述限位销32的凸起321上设有滚动轴承36，用于减少凸起321与凹槽311之间的摩擦力，所述滚动轴承36采用缓冲材料制成，用于在与限位块31发生碰撞时起到缓冲的效果，所述缓冲材料为橡胶，也可以为其他材料，只要能达到相应的作用即可。

综上所述，本发明提供的带机械限位结构的掩模台，通过在粗动滑块11和承版台21之间设置包括限位块31、限位销32和弹性元件33的限位件3，在限位块31上设置内壁具有斜面结构的凹槽311，在限位销32上设置与所述凹槽311相适配的凸起321，并在限位销32远离所述限位块31的一侧连接弹性元件33，用于提供顶紧力，当碰撞力大于一定设计值时，粗动模块1和微动模块2可相互脱离，避免粗动电机带着承版台21高速失控行驶，当承版台21脱离粗动模块1后，慢慢减速最后撞击在设于粗动行程和微动行程两端的缓冲器4上，从而有效保护承版台21及固定其上的掩模版。当粗动电机故障消除后，将承版台21重新推入凹槽处便可正常工作。本发明结构简单、安全性好、稳定性高、成本低廉，效果可靠。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (18)

1.一种带机械限位结构的掩模台，其特征在于，包括粗动模块、微动模块和限位保护件，所述粗动模块包括粗动滑块，所述微动模块包括承版台，所述限位保护件的两侧分别连接所述粗动滑块和承版台，其特征在于，所述限位保护件包括限位块、限位销、导向座和弹性元件，所述限位块与所述限位销相对的一侧上设有凹槽，所述限位销一端设有与所述凹槽相适配的凸起，所述限位销的另一端与所述弹性元件连接，所述限位销可在所述导向座内弹性运动，使所述凸起可滑入所述凹槽或从所述凹槽内滑出。

2.根据权利要求1所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述凹槽沿粗动行程方向的内壁呈斜面结构。

3.根据权利要求2所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述限位块与从所述凹槽内滑出或滑入所述凹槽内的限位销接触时的接触面均为斜面，所述接触面的倾斜方向与所述凹槽内壁的倾斜方向相反。

4.根据权利要求1所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述限位块远离所述限位销的一端与所述粗动滑块连接，所述限位销通过所述导向座与所述承版台连接。

5.根据权利要求1所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述限位块远离所述限位销的一端与所述承版台连接，所述限位销通过所述导向座与所述粗动滑块连接。

6.根据权利要求1所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述弹性元件远离所述限位销的一端与所述导向座连接，为所述限位销提供预紧力。

7.根据权利要求3所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述弹性元件远离所述限位销的一端与所述承版台连接，为所述限位销提供预紧力。

8.根据权利要求4所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述弹性元件远离所述限位销的一端与所述粗动滑块连接，为所述限位销提供预紧力。

9.根据权利要求1所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述弹性元件为限位弹簧。

10.根据权利要求1所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述导向座内设有分别与所述限位销和弹性元件相适配的第一空腔和第二空腔，所述弹性元件限位于所述第二空腔内，所述限位销穿过所述第一空腔后与所述弹性元件连接。

11.根据权利要求10所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述限位销与所述弹性元件连接的一侧的外径大于所述第一空腔的内径。

12.根据权利要求9所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述导向座与所述限位销之间设有直线轴承。

13.根据权利要求12所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述直线轴承套设于所述限位销的外周，且限位于所述第一空腔内，所述直线轴承远离所述弹性元件一侧的外径大于所述第一空腔的内径。

14.根据权利要求1所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述限位销的凸起采用缓冲材料制成。

15.根据权利要求1所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述限位销的凸起上设有滚动轴承。

16.根据权利要求15所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述滚动轴承采用缓冲材料制成。

17.根据权利要求14或16所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，所述缓冲材料为橡胶。

18.根据权利要求1所述的带机械限位结构的掩模台，其特征在于，还包括设于粗动行程和微动行程两端的缓冲器。