CN108345181A - 一种具有二级防撞保护结构的硅片台双台交换系统 - Google Patents

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张鸣
朱煜
杨开明
李鑫
成荣
张利
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胡清平
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    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70733—Handling masks and workpieces, e.g. exchange of workpiece or mask, transport of workpiece or mask

Abstract

一种具有二级防撞保护结构的硅片台双台交换系统，主要应用于半导体光刻设备中。在硅片台双台交换系统中不仅设有气囊装置，在每个硅片台上均配备一套用来保护其内部部件免受碰撞和损害的缓冲装置，共同构成了硅片台的双重安全防撞系统，该双重防撞保护系统具有防撞效果好，质量轻且结构紧凑，避免了硅片台体积过大而造成的行程减小的缺点，以及便于在碰撞发生后迅速恢复等特点；与现有技术相比，大大提高了对硅片台内部结构的安全防护能力，大大减少了碰撞对硅片台零部件造成的损伤。

Description

一种具有二级防撞保护结构的硅片台双台交换系统
技术领域
本发明涉及一种防撞结构，尤其涉及一种六自由度微动台的防撞结构，主要应用于半导体光刻设备中，属于超精密加工和检测设备技术领域。
背景技术
在光刻机磁浮硅片台双台交换系统中，由于两个硅片台没有推杆或是其它限位，完全依靠传感器的位置测量来控制硅片台在平衡块上的位置和姿态；此外，由于硅片台结构精密，所以，若在交换时或者控制系统失灵时，两个硅片台发生碰撞，损失将无法估量，因此，硅片台的防撞结构非常重要。另外，在两个硅片台发生碰撞时，除了会损坏零部件之外，还有可能发生反弹，如果发生这种情况时，测量系统将无法正常工作，必须重新寻向和归零，严重影响生产效率，因此，防撞系统需要安装有稳定的缓冲结构，可使发生碰撞的硅片台迅速停止运动。
现有技术的防撞结构采用在双侧加装悬臂杆，如果两个硅片台距离过近，传感器发生报警，可以快速反应使运动的硅片台迅速停止，但如果控制系统失控，则会先撞坏悬臂杆，再撞到硅片台；在结构设计上，如果在硅片台外围加装防撞杆、距离传感器和缓冲装置等，就会使硅片台的尺寸变得很大，并且增加了大量的零部件和传感器，对于集成度要求极高的设备来说，结构集成会变得非常复杂，无疑是大大增加了设计难度。现有防撞结构的问题是碰撞发生时加速度的下降等级不够，不足以实现所需的保护，因此还需要增加保护装置。
发明内容
本发明旨在提供一种具有二级防撞保护结构的硅片台双台交换系统，使其在具有更好的防撞保护性能的前提下，最大限度的减小硅片台的尺寸和重量，并使其受力均匀。
本发明的技术方案如下：
一种具有二级防撞保护结构的硅片台双台交换系统，该硅片台双台交换系统含有第一硅片台、第二硅片台、线缆台和气囊装置；每个硅片台包含硅片台动子和硅片台定子；所述气囊装置设置在硅片台定子四周的外边缘，其特征在于：在每个硅片台上均配备一套用来保护其内部部件免受碰撞和损害的缓冲装置，并在缓冲装置上安装接收冲击信号的力传感器，所述的缓冲装置设置在硅片台动子和硅片台定子之间，该缓冲装置的外围尺寸应大于气囊装置未充气时的外围尺寸。
本发明所述的缓冲器包括4N根阻尼杆、2N根阻尼杆连接柱和一个防撞连接板组件，其中N为偶数；所述的防撞连接板组件包括一个防撞连接板定子和一个防撞连接板动子；所述的防撞连接板定子固定在硅片台动子下方，2N个阻尼杆连接柱设置在防撞连接板定子下表面；所述的防撞连接板动子设置在防撞连接板定子下方，并通过阻尼杆连接柱与防撞连接板定子连接在一起；所述的4N根阻尼杆中的2N根阻尼杆布置在防撞连接板定子与防撞连接板动子之间，每根阻尼杆的两端分别固定在防撞连接板定子下表面和一个阻尼杆连接柱的上端，另外2N根阻尼杆的每一根阻尼杆的其中一端固定在防撞连接板动子下方，另一端固定在阻尼杆连接柱的下端。
上述技术方案中，所述的力传感器设置在防撞连接板的定子部分和动子部分之间。
本发明的技术特征还在于：所述的阻尼杆由弹性记忆合金材料制成，所述的阻尼杆只能承受拉力。
本发明具有以下优点及突出性的技术效果：本发明所提供的防撞结构不仅包括设置了一套气囊防撞装置，还设置了一套用来保护其内部部件免受碰撞和损害的缓冲装置，该装置具有较大的缓冲力，从而构成硅片台的双重安全防撞系统。当发生外部碰撞时，一级防护实现缓冲减速，二级防护加强冲击力卸载且保证不发生直接碰撞接触。双重防撞保护系统具有防撞效果好，质量轻且结构紧凑，避免了硅片台体积过大而造成的行程减小的缺点，以及便于在碰撞发生后迅速恢复等特点；与现有技术相比，大大提高了对硅片台内部结构的安全防护能力，大大减少了碰撞对硅片台零部件造成的损伤。
附图说明
图1为发明提供的一种具有二级防撞保护结构的硅片台的三维结构图。
图2为本发明提供的拆去线缆和线缆台的具有二级防撞保护结构的硅片台的三维爆炸图。
图3为本发明提供的具有二级防撞保护结构的两硅片台发生碰撞前的结构示意图。
图4为本发明提供的具有二级防撞保护结构的两硅片台发生碰撞时的结构示意图。
图5为本发明提供的具有二级防撞保护结构的两硅片台发生碰撞后的结构示意图。
图6为二级防撞保护结构的硅片台缓冲装置阻尼杆位置布置仰视图。
图7为两硅片台正向碰撞时缓冲装置工作原理示意图。
图8为两硅片台斜向碰撞时缓冲装置工作原理示意图。
图9为单硅片台正向碰撞时缓冲装置工作原理示意图。
图10为单硅片台斜向碰撞时缓冲装置工作原理示意图。
图中：1－硅片台动子；2－硅片台定子；3－缓冲装置；3a－防撞连接板定子；3b－防撞连接板动子；4－气囊装置；5－力传感器；7－线缆台；8-阻尼杆；9-阻尼杆连接柱；10-机架；11－第一硅片台；12－第二硅片台；13a－第一硅片台第一阻尼杆；13b－第二硅片台第二阻尼杆；14a－第一硅片台第二阻尼杆；14b－第二硅片台第二阻尼杆；15a－第一硅片台第三阻尼杆；15b－第二硅片台第三阻尼杆；16a－第一硅片台第四阻尼杆；16b－第二硅片台第四阻尼杆；17a－第一硅片台第五阻尼杆；17b－第二硅片台第五阻尼杆；18a－第一硅片台第六阻尼杆；18b－第二硅片台第六阻尼杆；19a－第一硅片台第七阻尼杆；19b－第二硅片台第七阻尼杆；20a－第一硅片台第八阻尼杆；20b－第二硅片台第八阻尼杆。
具体实施方式
防撞结构的设计必须考虑可能的动能和冲击时所包含的力、能传递至硅片台而不引起损害的最大力以及最大允许冲击冲程。理想的是冲击冲程足够小，从硅片台到防撞结构的外沿的距离同时满足更小、更轻的结构。本发明所述的防撞结构同时结合有一套缓冲装置和一套气囊装置，既能确保其在正常工作期间能保持在正确的位置，并在碰撞后不会对硅片台本身的结构造成严重破坏。
如图1所示，本发明提供的一种具有二级防撞保护结构的硅片台双台交换系统含有第一硅片台11、第二硅片台12、线缆台7和气囊装置4；每个硅片台包含硅片台动子1和硅片台定子2；所述气囊装置4设置在硅片台定子2四周的外边缘，在每个硅片台上均配备一套用来保护其内部部件免受碰撞和损害的缓冲装置3，并在缓冲装置上安装接收冲击信号的力传感器5，所述的缓冲装置设置在硅片台动子1和硅片台定子2之间，该缓冲装置3的外围尺寸应大于气囊装置4未充气时的外围尺寸。
图2本发明提供的拆去线缆台的具有二级防撞保护结构的硅片台的三维爆炸图。图3为本发明的一种实施例的具有二级防撞保护结构的硅片台缓冲装置阻尼杆位置布置仰视图。在本实施例中，所述的缓冲装置3包括4N(N为偶数)根阻尼杆8、2N根阻尼杆连接柱9和一个防撞连接板组件；所述的防撞连接板组件包括一个防撞连接板定子3a和一个防撞连接板动子3b；所述的防撞连接板定子3a固定在硅片台动子1下方，防撞连接板定子3a下表面连接四个阻尼杆连接柱9；所述的防撞连接板动子3b设置在防撞连接板定子3a下方，并通过阻尼杆连接柱9与防撞连接板定子3a连接在一起；所述的4N根阻尼杆中的2N根阻尼杆布置在防撞连接板定子3a与防撞连接板动子3b之间，该阻尼杆8的两端分别固定在防撞连接板定子3a上和四个阻尼杆连接柱9的上端，所述的另外2N根阻尼杆8固定在防撞连接板动子3b下方，另一端固定在四个阻尼杆连接柱9的下端；所述的硅片台每条边缘设置至少一根阻尼杆；所述的阻尼杆只能承受拉力；所述的防撞连接板定子3和防撞连接板动子4选用强度高密度小的材质构成，在本实施例中采用碳纤维复合材料制造。
阻尼杆8在压缩载荷的作用下弯折，仅在受到拉伸载荷时才起作用。操作过程中，阻尼杆以类似于预拉紧弹簧的方式工作，仅在冲击力高于预张力时才变形。因为载荷不高于预张力，这就确保力起作用的阻尼杆间均匀分布。在本实施例中，该阻尼杆由极好弹性的记忆合金构成。例如一种选自合金系列的被称为“镍钛合金”的金属，它包括镍和钛大体相等的混合，其它材料也可以，例如油或弹性弹簧缓冲装置或者设计用来在出现冲击时塑性变形的阻尼器。当发生碰撞时，该缓冲装置被压缩，到达硅片台的冲击力就被减小，采用极好弹性的记忆合金使该缓冲装置能够具有比其他可选择缓冲装置减小的尺寸和重量。
所述的力传感器5设置在防撞连接板的定子部分和动子部分之间；所述的阻尼杆选用极好弹性的记忆合金构成；所述的防撞连接板的定子和动子选用强度高密度小的材质构成。
图3、图4和图5分别表示具有二级防撞保护结构的两硅片台发生碰撞前、碰撞时和发生碰撞后的结构示意图。如图4所示，如果发生失控，极有可能发生对心碰撞。当两个硅片台发生碰撞时，，第一硅片台11和第二硅片台12发生碰撞时，首先发生接触的是两个防撞装置的缓冲装置3，这就是一级防撞结构，目的是卸载冲击力，如图5所示；但是由于该结构的限制不可能完全使两个硅片台停止运动，因此需要设置二级防撞结构，即防撞气囊。当两个硅片台的缓冲装置相对于该硅片台发生相对运动并达到设定值时，触发力传感器5向气囊防撞装置3发出信号使气囊瞬间膨胀，两个硅片台的气囊就会将碰撞所产生的冲击力卸载，同时根据动量守恒，使两个硅片台分隔开来不发生接触，如图6所示，最终起到保护硅片台结构的作用。
本发明的二级防撞保护结构的工作原理如下：
一级防撞保护：当第一硅片台11和第二硅片台12相向运动而发生碰撞时，两个硅片台的缓冲装置3中的防撞连接板动子3b首先发生接触；使第一硅片台11的防撞连接板动子3b和防撞连接板定子3a发生相对位移，缓冲装置3的阻尼杆受到拉伸，从而抵消了部分碰撞所产生的能量；同时地，第二硅片台12的防撞连接板动子3b和防撞连接板定子3a发生相对位移，缓冲装置3的阻尼杆受到拉伸，从而抵消了部分碰撞所产生的能量；以上为一级防撞保护。
二级防撞保护：当两个硅片台的缓冲装置3的防撞连接板动子3b和防撞连接板定子3a发生相对位移并达到设定值时触发力传感器5向气囊防撞装置4发出信号；气囊防撞装置4接收到力传感器5发出的信号后使气囊瞬间膨胀，此时两个硅片台的膨胀气囊将两个硅片台瞬间分开，并将碰撞所产生的冲击力卸载，同时根据动量守恒，使两个硅片台分隔开来不发生接触，最终起到保护硅片台结构的作用，从而形成二级防撞保护。
如图7至图10是本发明提供的一种具有二级防撞保护结构实施例的硅片台发生碰撞时缓冲装置工作四种主要情况示意图。在本实施例中，阻尼杆采用8根，(如图6所示)。
在双工件台运行过程中，主要会发生的碰撞类型包括：双台正向碰撞(图7)、双台斜向碰撞(图8)、单台与机架正向碰撞(图9)和单台与机架斜向碰撞(图10)。正向碰撞与斜向碰撞的区别主要是相对于防撞部件中心而言的。
图6为二级防撞保护结构的硅片台缓冲装置采用8根阻尼杆实施例的位置布置仰视图，下面分别描述该实施例的两硅片台发生碰撞前、碰撞时和发生碰撞后的工作原理。
图7所示为双台正向碰撞时缓冲装置工作原理示意图。在本实施例中，当第一硅片台11和第二硅片台12发生对心碰撞时，两个硅片台的防撞连接板动子发生碰撞，第一硅片台11的防撞连接板动子相对于其防撞连接板定子沿X负方向运动，则第一硅片台第一阻尼杆13a和第一硅片台第六阻尼杆18a受力拉伸；第二硅片台12的防撞连接板动子相对于其防撞连接板定子沿X正方向运动，则第二硅片台第一阻尼杆13b和第二硅片台第六阻尼杆18b受力拉伸，这四根阻尼杆的拉伸变形就会缓冲部分碰撞的能量，从而减小硅片台的损伤。
图8为双台斜向碰撞时缓冲装置工作原理示意图。在本实施例中，当第一硅片台11的右上角和第二硅片台12的左下角发生斜向(非对心)碰撞时，两个硅片台的防撞连接板动子发生碰撞，第一硅片台11的防撞连接板动子相对于其防撞连接板定子沿X负方向运动并产生逆时针的相对转动，则第一硅片台第一阻尼杆13a、第一硅片台第三阻尼杆15a、第一硅片台第五阻尼杆17a和第一硅片台第七阻尼杆19a受力拉伸；第二硅片台12的防撞连接板动子4相对于其防撞连接板定子沿X正方向运动并产生逆时针的相对转动，则则第二硅片台第一阻尼杆13b、第二硅片台第三阻尼杆15b、第二硅片台第五阻尼杆17b和第二硅片台第七阻尼杆19b受力拉伸，这八根阻尼杆的拉伸变形就会缓冲部分碰撞的能量，从而减小硅片台的损伤。
图9为单台正向碰撞时缓冲装置工作原理示意图。在本实施例中，当第一硅片台11和机架10发生对心碰撞时，该硅片台的防撞连接板动子发生碰撞，第一硅片台11的防撞连接板动子相对于其防撞连接板定子沿X负方向运动，则第一硅片台第一阻尼杆13a和第一硅片台第六阻尼杆18a受力拉伸，这四根阻尼杆的拉伸变形就会缓冲部分碰撞的能量，从而减小硅片台的损伤。
图10为单台斜向碰撞时缓冲装置工作原理示意图。在本实施例中，当第一硅片台11的右上角和机架10的一角发生斜向(非对心)碰撞时，该硅片台的防撞连接板动子相对于其防撞连接板定子沿X负方向运动并产生逆时针的相对转动，则第一硅片台第一阻尼杆13a、第一硅片台第三阻尼杆15a、第一硅片台第五阻尼杆17a和第一硅片台第七阻尼杆19a受力拉伸；这八根阻尼杆的拉伸变形就会缓冲部分碰撞的能量，从而减小硅片台的损伤。

Claims (4)

1.一种具有二级防撞保护结构的硅片台双台交换系统，该硅片台双台交换系统含有第一硅片台(11)、第二硅片台(12)、线缆台(7)和气囊装置(4)；每个硅片台包含硅片台动子(1)和硅片台定子(2)；所述气囊装置(4)设置在硅片台定子(2)四周的外边缘，其特征在于：在每个硅片台上均配备一套用来保护其内部部件免受碰撞和损害的缓冲装置(3)，并在缓冲装置上安装接收冲击信号的力传感器(5)，所述的缓冲装置设置在硅片台动子(1)和硅片台定子(2)之间，该缓冲装置(3)的外围尺寸应大于气囊装置(4)未充气时的外围尺寸。
2.如权利要求1所述的一种具有二级防撞保护结构的硅片台双台交换系统，其特征在于：所述的缓冲器(3)包括4N根阻尼杆(8)、2N根阻尼杆连接柱(9)和一个防撞连接板组件，其中N为偶数；所述的防撞连接板组件包括一个防撞连接板定子(3a)和一个防撞连接板动子(3b)；所述的防撞连接板定子(3a)固定在硅片台动子(1)下方，2N个阻尼杆连接柱(9)设置在防撞连接板定子(3a)下表面；所述的防撞连接板动子(3b)设置在防撞连接板定子(3a)下方，并通过阻尼杆连接柱(9)与防撞连接板定子(3a)连接在一起；所述的4N根阻尼杆中的2N根阻尼杆布置在防撞连接板定子(3a)与防撞连接板动子(3b)之间，每根阻尼杆(8)的两端分别固定在防撞连接板定子(3a)下表面和一个阻尼杆连接柱(9)的上端，另外2N根阻尼杆(8)的每一根阻尼杆(8)的其中一端固定在防撞连接板动子(3b)下方，另一端固定在阻尼杆连接柱(9)的下端。
3.如权利要求2所述的一种具有二级防撞保护结构的硅片台双台交换系统，其特征在于：所述的力传感器(5)设置在防撞连接板的定子部分和动子部分之间。
4.如权利要求2所述的一种具有二级防撞保护结构的硅片台双台交换系统，其特征在于：所述的阻尼杆由弹性记忆合金材料制成，所述的阻尼杆只能承受拉力。
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