CN109003925A - 用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，包括升降单元、平板加热单元及保温罩单元，平板加热单元固定在升降单元顶端，用于对掩膜板加热，保温罩单元对应设置在平板加热单元上方，用于对掩膜板进行封闭保温，升降单元用于驱动保温罩单元及掩膜上升或下降。本发明升降动作稳定可靠，加热温度均匀，波动小，控制精度高；保温罩单元可将被加热元件完全罩于其中，最大程度的减少外界对被加热元件的影响；平板加热单元将一整块不锈钢板划分成二十五个独立的加热模块，对每个独立加热模块精确控制，以实现平板加热单元的温度波动范围保持在0.1℃以内。

Description

用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置

技术领域：

本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置。

背景技术：

现有掩膜板在加工时需要对其进行加热处理，现有技术中一般都是将其放入平板加热装置内处理，然而现有的加热装置结构较为单一，加工效率较差，加热装置采用一个加热源的形式进行加热，温度均匀性差，控制精度低，无法满足高精度加热场合。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种操作简单方便、加工效率高、加热温度均匀、波动小、能够最大限度减少外界环境对掩膜板影响的高精密平板加热装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，包括升降单元、平板加热单元及保温罩单元；

所述升降单元包括盒体、托板、若干定位钢针、若干升降杆及升降驱动组件，所述托板设置在盒体内，所述定位钢针垂直固定在托板上，用于定位掩膜板，所述升降杆沿盒体四周顶端均匀分布，所述升降驱动组件设置在盒体内，升降驱动组件可同时驱动托板及升降杆升降，升降驱动组件包括气缸、连杆组件、转动轴、摆杆、托杆及齿轮组件，所述气缸通过连杆组件与转动轴连接，气缸可通过连杆组件驱动转动轴旋转，所述转动轴两端分别连接有齿轮组件，所述齿轮组件分别通过摆杆与升降杆连接，齿轮组件可通过摆杆驱动各升降杆升降，所述摆杆分别通过托杆与托板连接，齿轮组件可通过摆杆及托杆驱动托板升降；

所述平板加热单元包括加热板本体及均匀固定在加热板本体内的加热模块，所述加热板本体固定在盒体顶端，加热板本体上开设有可供定位钢针穿过的通孔；

所述保温罩单元包括保温盖及固定在保温盖上的保温罩，所述保温盖对应设置在平板加热单元上方，保温盖四周分别与升降杆连接，升降杆可带动保温盖升降，所述保温罩对应设置在定位钢针上方，保温罩内开设有用于盖合掩膜板的凹槽。

为了能够驱动转动轴发生旋转，本发明设计了特殊的连杆组件，连杆组件与盒体相配合，连杆组件包括第一连杆、旋转块及第二连杆，所述第一连杆与气缸的伸缩杆连接，所述旋转块固定在盒体内并可水平旋转，旋转块的两端分别与第一连杆、第二连杆连接，所述第二连杆与转动轴连接，气缸可通过第一连杆带动旋转块旋转，旋转块可通过第二连杆带动转动轴轴向旋转。

为了能使转动轴同步带动各升降杆升降，本发明设计了特殊的齿轮组件，所述齿轮组件包括小齿轮及两大齿轮，所述小齿轮固定在转动轴一端，小齿轮与其中一个大齿轮相啮合，所述两大齿轮相啮合，两大齿轮分别通过摆杆与两升降杆连接。

为了能使转动轴在带动升降杆升降的同时还能带动托板升降，本发明在摆杆与托板之间设计了托杆，而不需要重新设计一套升降驱动组件来驱动托板升降，从而大大简化了该装置。所述摆杆中心所对应的盒体上分别开设有滑槽，所述托杆一端穿过滑槽并与摆杆固定连接，托杆另一端与托板固定连接，摆杆可带动托杆沿滑槽上下移动。

为了保证托板升降过程中的稳定性，所述托板四周均布有若干组滑轮组，所述盒体内设置有若干与滑轮组相对应的导轨，所述滑轮组可沿导轨上下滑动。

为了便于定位掩膜板，所述定位钢针通过定位套固定在托板上，所述定位套的直径大于定位钢针的直径，定位钢针穿过掩膜板四周的通孔，定位套用于支撑掩膜板。

为了保证加热的均匀性，所述加热板本体内均匀设置有25块独立的加热模块，按5×5排列，该加热板还含有26个PT100传感器、1组控制器、PT1000监测板，利用pid算法同时调节25个加热区域，每块区域加热均匀误差在0.03℃以内，每个点的加热算法全部独立，互不影响，可能根据每个区域的加热效果来进行自动调节，调到合适的参数，从而使加热均匀。本算法加热速度快，单个区域加热从室温到达设定值并且稳定只需8min，25个区域同时加热，从室温到达设定值并且稳定只需2min，与传统的pid控制方式相比具有更小的温度超调、更快的稳定时间、更好的控温精度等优点。

为了便于加热板本体与盒体安装拆卸，所述加热板本体四周分别固定有插接块，所述盒体顶端四周分别开设有插槽，所述插接块与插槽卡接。

为了便于保温盖与升降杆安装拆卸，所述保温盖四周分别固定有插板，所述插板上开设有插孔，所述升降杆可插入所述插孔内。

为了防止钢针由于发生弯曲而导致掩膜板定位时偏离固定位置，所述保温罩上开设有若干与定位钢针相对应的定位槽，所述定位钢针可插入所述定位槽内，只有当钢针全部插入所述定位槽内才可对掩膜板进行加热，防止其加热不均匀。

本发明用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置的有益效果是：

(1)本发明升降动作稳定可靠，加热温度均匀，波动小，控制精度高；

(2)保温罩单元可将被加热元件完全罩于其中，最大程度的减少外界对被加热元件的影响；

(3)平板加热单元将一整块不锈钢板划分成二十五个独立的加热模块，对每个独立加热模块精确控制，以实现平板加热单元的温度波动范围保持在0.1°C以内；

(4)升降单元以压缩空气为动力源，气缸、连杆机构、齿轮机构为传动方式，支撑被加热元件的四个钢针和保温罩单元可实现完全同步以及平稳的上下运动。

附图说明：

图1为本发明的用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置的立体结构示意图；

图2为本发明的升降单元的立体结构示意图；

图3为本发明的升降单元的俯视图；

图4为本发明的升降单元的侧视图；

图5为本发明的加热模块的结构示意图；

图6为本发明的保温罩单元的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

如图1所示，一种用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，包括升降单元1、平板加热单元2及保温罩单元3，平板加热单元2固定在升降单元1顶端，用于对掩膜板加热，保温罩单元3对应设置在平板加热单元2上方，用于对掩膜板进行封闭保温，升降单元1用于驱动保温罩单元3及掩膜上升或下降。

如图2-4所示的升降单元1，包括盒体11、托板12、若干定位钢针13、若干升降杆14及升降驱动组件，所述托板12设置在盒体11内，所述托板12四周均布有若干组滑轮组121，盒体11内设置有若干与滑轮组121相对应的导轨112，所述滑轮组121可沿导轨112上下滑动，所述定位钢针13通过定位套131垂直固定在托板12上，所述定位套131的直径大于定位钢针13的直径，定位钢针13为4根，可分别插入掩膜板四周的通孔中，用于定位掩膜板，所述升降杆14为4根，沿盒体11四周顶端均匀分布，所述升降驱动组件设置在盒体11内的四周，升降驱动组件可同时驱动托板12及升降杆14升降，升降驱动组件包括气缸16、连杆组件、转动轴17、摆杆15、托杆151及齿轮组件，所述气缸16通过连杆组件与转动轴17连接，连杆组件包括第一连杆181、旋转块182及第二连杆183，所述第一连杆181与气缸16的伸缩杆连接，所述旋转块182固定在盒体11内并可水平旋转，旋转块182的两端分别与第一连杆181、第二连杆183连接，所述第二连杆183与转动轴17连接，气缸16可通过第一连杆181带动旋转块182旋转，旋转块182可通过第二连杆183带动转动轴17轴向旋转，所述转动轴17两端分别连接有齿轮组件，所述齿轮组件包括小齿轮192及两大齿轮191，所述小齿轮192固定在转动轴17一端，小齿轮192与其中一个大齿轮191相啮合，所述两大齿轮191相啮合，两大齿轮191分别通过摆杆15与两升降杆14连接，转动轴17通过小齿轮192带动大齿轮191转动，大齿轮191通过摆杆15带动升降杆14升降，所述摆杆15分别通过托杆151与托板12连接，摆杆15中心所对应的盒体11上分别开设有滑槽113，所述托杆151一端穿过滑槽113并与摆杆15固定连接，托杆151另一端与托板12固定连接，摆杆15可带动托杆151沿滑槽113上下移动，从而带动托板12升降。

如图1、图5所示的所述平板加热单元2，所述平板加热单元包括加热板本体及均匀固定在加热板本体内的加热模块21，所述加热板本体固定在盒体11顶端，加热板本体四周分别固定有插接块，盒体11顶端四周分别开设有插槽111，所述插接块与插槽111卡接，加热板本体上开设有可供定位钢针13穿过的通孔，所述加热板本体内均匀设置有25块独立的加热模块21，按5×5排列。第一次使用时，只需设置好设定温度，然后在软件上选择粗调节或者精调节，就可以进行自整定功能，调节合适自己的加热pid参数，无需像其他加热控制器，要凭经验来进行调试pid参数，这样既可以省下很多的时间并且无需任何调试经验就可以有非常准确的pid参数。自整定完成后，待加热器冷却到室温后，即可进行正常温度调节。当然，也可根据需要，设计36块或更多的加热模块21，加热模块的形状也可采用圆形或者其他形状。

如图6所示的保温罩单元3，包括保温盖31及固定在保温盖31上的保温罩32，所述保温盖13对应设置在平板加热单元2上方，保温盖31四周分别通过插板33与升降杆14连接，插板33上开设有插孔，升降杆14可插入所述插孔内，升降杆14可带动保温盖31升降，所述保温罩32对应设置在定位钢针13上方，保温罩32内开设有用于盖合掩膜板的凹槽321，保温罩32上开设有若干与定位钢针13相对应的定位槽322，所述定位钢针13可插入所述定位槽322内。

使用时，掩膜板通过机械手放置于升降单元1的四个定位钢针13上，此时定位钢针13处于上升的位置，然后升降单元1开始动作，气缸16的伸缩杆伸出，通过第一连杆181、旋转块182及第二连杆183带动转动轴17旋转，转动轴17通过小齿轮192、大齿轮191转动带动各摆杆15同时向内移动，摆杆15则带动各升降杆14缓缓下降，同时摆杆15通过托杆151带动托板12缓缓下降，保温罩单元3缓缓下降，定位钢针13顶端插接入保温罩32的定位槽322内，保温罩32将掩膜板罩住，此时平板加热单元2开始加热，平板加热单元2被划分成二十五个独立的加热模块21，实现整个平板加热单元2的温度误差不超过±0.1℃，加热完成之后，升降单元1开始动作，气缸16的伸缩杆回缩，放置于升降单元1的定位钢针13之上的掩膜板和保温罩单元3缓缓升起，再通过机械手将掩膜板取出，完成加热工艺。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，其特征在于：包括升降单元、平板加热单元及保温罩单元；

所述升降单元包括盒体、托板、若干定位钢针、若干升降杆及升降驱动组件，所述托板设置在盒体内，所述定位钢针垂直固定在托板上，用于定位掩膜板，所述升降杆沿盒体四周顶端均匀分布，所述升降驱动组件设置在盒体内，升降驱动组件可同时驱动托板及升降杆升降，升降驱动组件包括气缸、连杆组件、转动轴、摆杆、托杆及齿轮组件，所述气缸通过连杆组件与转动轴连接，气缸可通过连杆组件驱动转动轴旋转，所述转动轴两端分别连接有齿轮组件，所述齿轮组件分别通过摆杆与升降杆连接，齿轮组件可通过摆杆驱动各升降杆升降，所述摆杆分别通过托杆与托板连接，齿轮组件可通过摆杆及托杆驱动托板升降；

所述平板加热单元包括加热板本体及均匀固定在加热板本体内的加热模块，所述加热板本体固定在盒体顶端，加热板本体上开设有可供定位钢针穿过的通孔；

所述保温罩单元包括保温盖及固定在保温盖上的保温罩，所述保温盖对应设置在平板加热单元上方，保温盖四周分别与升降杆连接，升降杆可带动保温盖升降，所述保温罩对应设置在定位钢针上方，保温罩内开设有用于盖合掩膜板的凹槽。

2.根据权利要求1所述的用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，其特征在于：所述连杆组件包括第一连杆、旋转块及第二连杆，所述第一连杆与气缸的伸缩杆连接，所述旋转块固定在盒体内并可水平旋转，旋转块的两端分别与第一连杆、第二连杆连接，所述第二连杆与转动轴连接，气缸可通过第一连杆带动旋转块旋转，旋转块可通过第二连杆带动转动轴轴向旋转。

3.根据权利要求2所述的用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，其特征在于：所述齿轮组件包括小齿轮及两大齿轮，所述小齿轮固定在转动轴一端，小齿轮与其中一个大齿轮相啮合，所述两大齿轮相啮合，两大齿轮分别通过摆杆与两升降杆连接。

4.根据权利要求3所述的用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，其特征在于：所述摆杆中心所对应的盒体上分别开设有滑槽，所述托杆一端穿过滑槽并与摆杆固定连接，托杆另一端与托板固定连接，摆杆可带动托杆沿滑槽上下移动。

5.根据权利要求1所述的用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，其特征在于：所述托板四周均布有若干组滑轮组，所述盒体内设置有若干与滑轮组相对应的导轨，所述滑轮组可沿导轨上下滑动。

6.根据权利要求1所述的用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，其特征在于：所述定位钢针通过定位套固定在托板上，所述定位套的直径大于定位钢针的直径。

7.根据权利要求1所述的用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，其特征在于：所述加热板本体内均匀设置有25块独立的加热模块。

8.根据权利要求7所述的用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，其特征在于：所述加热板本体四周分别固定有插接块，所述盒体顶端四周分别开设有插槽，所述插接块与插槽卡接。

9.根据权利要求1所述的用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，其特征在于：所述保温盖四周分别固定有插板，所述插板上开设有插孔，所述升降杆可插入所述插孔内。

10.根据权利要求9所述的用于半导体掩膜板的高精密平板加热装置，其特征在于：所述保温罩上开设有若干与定位钢针相对应的定位槽，所述定位钢针可插入所述定位槽内。