CN117103202B - 一种多自由度的运动控制平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多自由度的运动控制平台，涉及运动平台技术领域。本发明提供的多自由度运动平台，包括有基台，调整组件，吸附组件以及制动组件等。其中，调整组件能够通过调整第一推杆等以实现装置Z轴方向的运动，同时能够调整晶圆至多个角度进行检测；吸附组件能够装夹固定多种不同直径的晶圆，本发明的装置省去了更换装夹组件的麻烦。

Description

一种多自由度的运动控制平台

技术领域

本发明涉及运动平台技术领域，本发明具体涉及一种多自由度的运动控制平台。

背景技术

多自由度运动平台常用于晶圆检测方面，其中平整度是晶圆最主要的参数之一，主要是因为光刻工艺对局部位置的平整度是非常敏感的，晶圆平整度是指在通过硅片的直线上的厚度变化，现有市面上常见的运动平台，均不具备根据晶圆直径去调整范围的功能，在原有的开孔载物台上测量直径更大的晶圆时，晶圆直径大于其载物台开孔直径，必然导致下光谱聚焦传感器检测不到被载物台遮挡住的范围，平面度检测，至少需要检测出晶圆上呈十字状交的两条直径线，若要测量不同直径的晶圆时，只能更换载物台，非常不方便。

现有技术提供了一些解决方案，例如专利KR1020230101188A，该专利提供了多个第一凸起的中心板，中心板设置于晶片卡盘台上。本发明提供的晶片卡盘台包括了能够调节倾斜角度的驱动单元，进一步地，驱动单元还布置在中心板周围板。本发明通过调整晶片卡盘台实现了装夹不同直径的晶圆的目的，但是该发明在装夹晶圆时容易产生滑移的问题，在此，发明人认为还具有很大的改进空间。

发明内容

为了能够在不更换夹具的情况下装载不同直径的晶圆，同时实现对晶圆进行多角度检测或工序使用的目的，本发明提供了一种多自由度的运动控制平台，该平台包括基台，基台边沿处设置有凹槽，该凹槽处设置有Y轴移动组件，Y轴移动组件侧面连接有第二滑轨，第二滑轨上连接有第二滑板，第二滑板上连接有气浮台，气浮台上安装有调整组件，调整组件包括调整基板，上下两个调整基板之间连接有第二推杆，上下两个调整基板侧面均环绕设有多根第二杆体，第二杆体侧面固定连接有调整架。

本发明中，Y轴移动组件包括第一滑板，第一滑板侧面连接有第一收线组件，第一滑板靠近气浮台一侧固定连接有第二滑轨，第一滑板下方设有第一滑轨，第一滑轨侧面设有支撑台，支撑台设于第二滑轨下方。

进一步地，该装置工作时，其第一滑板可相对于第一滑轨滑动，X轴移动组件包括有设置在气浮台底部的X轴滑移台，该滑移台可相对于第二滑轨移动，其中第二滑轨上设有滑移槽，滑移槽内安装有X轴滑移台，由此实现了气浮台在X和Y轴上进行运动。

本发明中，支撑台之间设置有固定台，固定台上方连接有第二滑轨，第二滑板侧方连接有第二收线组件，第二收线组件一端与基台连接。其中，支撑台与固定台都是为了定位X、Y轴移动组件的安装位置，减少位置偏差。

本发明中，调整组件还包括第一板体，所述调整架为三角结构，该三角结构的夹角处各设有一个第一板体，其中位于上方的第一板体底部铰接有第一杆体，第一杆体一端开槽，该开槽处连接有液压推杆，液压推杆一端通过固定块与位于下方的调整基板固定连接。

进一步地，调整架，第一板体，第二杆体以及调整基板组成了一个稳定的平面，能够确保调整基板与吸附组件平行连接，并且第二推杆与其上部的调整基板之间采用铰接的形式，第二推杆运动带动调整基板以及调整架上下移动，进而能够带动吸附有晶圆的吸附组件上下移动，实现Z轴方向的调整，以便于调整晶圆至合适的角度进行检测。

本发明中，第一杆体侧面连接有滑动块，第一杆体左右两侧设置有第二板体，第二板体上开设有弧形的滑道，滑动块与滑道配合安装，第二板体上下端均与第一板体固定连接。

进一步地，液压推杆能够带动第一杆体在第二板体上的滑道上做弧线的向上或向下运动，进而调整调整架的姿态，以实现调整架相对水平面的角度调整，以及不同方向夹角的调整，实现晶圆的多角度检测以及姿态调整。当液压推杆以及第二推杆全部回位的时候，能够使调整架恢复到水平状态，进而使调整架上的晶圆恢复到水平状态。更进一步地，整个平台的移动可能存在的惯性冲击传递到液压推杆的时候，其向上传递调整架的过程中，可通过滑动块和弧形的滑道起到消耗的作用，弧形的滑道改变了力传递方向，避免力垂直向上传递，也就避免以及降低了吸附组件及其上部的晶圆产生上下颠簸的位移可能性，以及避免晶圆上下位移可能导致吸附组件吸附效果下降的可能性。

本发明中，调整组件上方固定连接有吸附组件，吸附组件包括吸附基盘，吸附基盘上开设有向吸附基盘圆心延伸的第一开槽，吸附基盘圆心处设有一个支撑基体，围绕该支撑基体还依次阵列排布设有多个支撑基体，支撑基体均设于吸附基盘上，支撑基体之间设有至少三个吸附基体。

进一步地，吸附基盘上设有吸附基体对晶圆起到吸附作用，由于不采用大面积吸附，晶圆剩余未被吸附到的表面通过支撑基体进行支撑，当需要吸附的时候，吸附基体吸附，不需要吸附的时候，吸附基体取消吸力后，由于吸附面积较小，后续工步中的机械手等能够较为便捷的取走晶圆，避免残留吸力存在，导致机械手取走晶圆需要很大的力导致晶圆破损。第一开槽的目的是为了使晶圆与吸附基盘下方有一定的间隔，气流流通空间，便于气流流通以及快速实现晶圆的吸附或取消吸附。

本发明中，吸附基体包括吸盘，吸盘外侧套设有挡环，挡环一处开设有缺口，吸盘中心开设有梯形槽口，该槽口内安装有可活动的吸附底板，该槽口中心处开设有第一通气孔，第一通气孔侧面环绕布设有至少四个第二通气孔，第二通气孔出气口处铰接有挡板，吸附基盘底部连接有输气管，输气管一端为第二通气孔的进气口。

进一步地，在吸附基体进行吸附的时候，通过侧方的挡环来实现吸附基体快速抽吸一定空间范围内的气体，避免抽吸气体过大，造成能源浪费；在取消吸附的时候，吸附基体排出的气体能够从挡环侧方缺口排出，避免存在残留吸附力；在吸附基体吸附带动晶圆向下位移的时候，通过挡环来限制晶圆下移距离，确保晶圆的平面度，以及避免吸附基体与晶圆吸附区域被下拉导致晶圆局部变形。更进一步地，通过设置多个通气孔能够快速抽吸气体以及排出气体，提高对晶圆的吸附相应速度。

此外，在装置工作时，通常会在吸附基体表面安装一层透气膜，该透气膜压装在吸附底板下方，吸附底板对透气膜起到限位作用，避免在抽吸气体时发生脱离；并且由于吸附底板是透气的，采用柔性材料，因此其能够在吸附基体吸附晶圆时，受晶圆压力作用影响与晶圆底面产生较大面积的接触，提高了吸附接触的效果，避免晶圆在吸附的过程中发生松脱。同时透气膜还能够对晶圆底面起到保护作用，在抽吸气体的过程中能够截留细小的灰尘颗粒，避免颗粒物污染晶圆表面。

支撑基体包括内柱，内柱侧面环绕布设有多个柔性条，柔性条一端固定连接有柔性柱体，内柱高度高于柔性柱体。

进一步地，柔性条端部连接有一个外凸的内柱，内柱与吸附基盘有一定的距离，当晶圆底面与内柱顶面接触后，由于受到了吸附压力的作用，晶圆下压内柱，内柱带动柔性条向下形变，使晶圆底面与柔性柱体以及内柱同时保持有效接触，扩大接触面积，避免晶圆滑动，同时在吸力取消的时候，柔性条有助于内柱回弹，提供一个向上力来促使晶圆与吸附基体的分离。

本发明中，气浮台侧面还连接有制动组件，制动组件包括第三制动板，第三制动板上部设置有第二制动板，第二制动板上方设置有第一制动板，第一制动板与第二制动板、第二制动板与第三制动板之间均阵列设置有支撑块，所述第一制动板、第二制动板中心均开设有通孔，该通孔处安装有轴承，该轴承中心安装有吸气管道，吸气管道侧面固定连接有制动连杆，该制动连杆一端与气浮台固定连接。进一步地，第三制动板底部安装有两个相对设置的制动条，该制动条一端通过螺杆与第三制动板连接，制动条另一端还设置有抱合爪，此外，在第三制动板底部还开设有多个气孔。

进一步地，支撑块是中空可透气的，第二制动板、第三制动板表面均布气孔，通过吸气管道向下方吸气的形式，在直线电机停止的同时，该吸气方式促使制动组件与第二滑轨接触制动，并且第三制动板底面具有制动条，不容易造成第二滑轨表面磨损，且使得制动组件与第二滑轨之间形成间隔距离，避免完全吸附导致难以分离。其中吸气管道与外界的气泵相连接，吸气管道和第一制动板之间通过轴承连接，这样使得第一、第二、第三制动板能够带动制动条旋转运动，对第二滑轨表面起到清扫作用。如若发生制动组件与第二滑轨接触，在吸力过大的情况下，还能够通过支撑块形变消耗吸力，即支撑块形变排出其内部含有的空气促使制动组件与第二滑轨快速分离。

本发明与现有技术相比，其有益的技术效果为：在该运动平台内配设有调整组件，可通过调整组件实现装置Z轴方向的运动，同时能够调整晶圆至多个角度进行检测；配设有吸附组件，能够装夹固定多种不同直径的晶圆，相比现有市面上的装载台，省去了更换装夹组件的麻烦；配设有制动组件，能够通过制动条、吸气管道等部件实现气浮台即时制动，并且能够避免气浮台与第二滑轨发生贴合。

附图说明

图1为本发明所涉及的多自由度运动平台结构示意图；

图2为本发明去除吸附组件情况下的多自由度运动平台结构示意图；

图3为本发明所涉及的调整组件结构示意图；

图4为本发明所涉及的调整组件另一视角的结构示意图；

图5为图4中B处放大结构示意图；

图6为本发明所涉及的吸附组件结构示意图；

图7为本发明所涉及的吸附基体剖视图；

图8为图7中A处放大结构示意图；

图9为本发明所涉及的支撑基体结构示意图；

图10为本发明所涉及的制动组件结构示意图；

图11为本发明所涉及的制动组件底部结构示意图。

附图标记说明

1-基台；11-Y轴移动组件；111-支撑台；112-第一滑板；113-第一收线组件；114-第一滑轨；12-X轴移动组件；121-第二收线组件；122-固定台；123-第二滑轨；124-第二滑板；13-气浮台；2-调整组件；21-调整基板；22-第一板体；221-第一杆体；222-液压推杆；23-第二杆体；24-第二推杆；25-调整架；26-滑动块；261-滑道；27-第二板体； 3-吸附组件；31-吸附基盘；32-第一开槽；33-吸附基体；331-透气膜；332-挡板；333-第二通气孔；334-吸附底板；335-第一通气孔；336-吸盘；337-挡环；338-输气管；34-支撑基体；341-柔性柱体；342-柔性条；343-内柱；4-制动组件；41-吸气管道；42-制动连杆；43-轴承；44-第一制动板；441-第二制动板；442-第三制动板；45-支撑块；46-制动条；461-抱合爪；462-螺杆。

具体实施方式

实施例1：

参考附图1，图2所示，本发明提供了一种多自由度的运动控制平台，该平台包括基台1，基台1边沿处设置有凹槽，该凹槽处设置有Y轴移动组件11，Y轴移动组件11侧面连接有第二滑轨123，第二滑轨123上连接有第二滑板124，第二滑板124上连接有气浮台13，气浮台13上安装有调整组件2，调整组件2包括调整基板21，上下两个调整基板21之间连接有第二推杆24，上下两个调整基板21侧面均环绕设有多根第二杆体23，第二杆体23侧面固定连接有调整架25。

本发明中，Y轴移动组件11包括第一滑板112，第一滑板112侧面连接有第一收线组件113，第一滑板112靠近气浮台13一侧固定连接有第二滑轨123，第一滑板112下方设有第一滑轨114，第一滑轨114侧面设有支撑台111，支撑台111设于第二滑轨123下方。

进一步地，该装置工作时，其第一滑板112可相对于第一滑轨114滑动，X轴移动组件12包括有设置在气浮台13底部的X轴滑移台，该滑移台可相对于第二滑轨123移动，其中第二滑轨123上设有滑移槽，滑移槽内安装有X轴滑移台，由此实现了气浮台13在X和Y轴上进行运动。

本发明中，支撑台111之间设置有固定台122，固定台122上方连接有第二滑轨123，第二滑板124侧方连接有第二收线组件121，第二收线组件121一端与基台1连接。其中，支撑台111与固定台122都是为了定位X、Y轴移动组件的安装位置，减少位置偏差。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，参考附图3，图4，图5所示，本发明中，调整组件2还包括第一板体22，调整架25为三角结构，该三角结构的夹角处各设有一个第一板体22，其中位于上方的第一板体22底部铰接有第一杆体221，第一杆体221一端开槽，该开槽处连接有液压推杆222，液压推杆222一端通过固定块与位于下方的调整基板21固定连接。

进一步地，调整架25，第一板体22，第二杆体23以及调整基板21组成了一个稳定的平面，能够确保调整基板21与吸附组件3平行连接，并且第二推杆24与其上部的调整基板21之间采用铰接的形式，第二推杆24运动带动调整基板21以及调整架25上下移动，进而能够带动吸附有晶圆的吸附组件3上下移动，实现Z轴方向的调整，以便于调整晶圆至合适的角度进行检测。

参考附图3，图4所示本发明中，第一杆体221侧面连接有滑动块26，第一杆体221左右两侧设置有第二板体27，第二板体27上开设有弧形的滑道261，滑动块26与滑道261配合安装，第二板体27上下端均与第一板体22固定连接。

参考附图5所示，进一步地，液压推杆222能够带动第一杆体221在第二板体27上的滑道261上做弧线的向上或向下运动，进而调整调整架25的姿态，以实现调整架25相对水平面的角度调整，以及不同方向夹角的调整，实现晶圆的多角度检测以及姿态调整。当液压推杆222以及第二推杆24全部回位的时候，能够使调整架25恢复到水平状态，进而使调整架25上的晶圆恢复到水平状态。更进一步地，整个平台的移动可能存在的惯性冲击传递到液压推杆222的时候，其向上传递调整架25的过程中，可通过滑动块26和弧形的滑道261起到消耗的作用，弧形的滑道261改变了力传递方向，避免力垂直向上传递，也就避免以及降低了吸附组件3及其上部的晶圆产生上下颠簸的位移可能性，以及避免晶圆上下位移可能导致吸附组件3吸附效果下降的可能性。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，参考附图6,图7所示，本发明中，调整组件2上方固定连接有吸附组件3，吸附组件3包括吸附基盘31，吸附基盘31上开设有向吸附基盘31圆心延伸的第一开槽32，吸附基盘31圆心处设有一个支撑基体34，围绕该支撑基体34还依次阵列排布设有多个支撑基体34，支撑基体34均设于吸附基盘31上，支撑基体34之间设有至少三个吸附基体33。

进一步地，吸附基盘31上设有吸附基体33对晶圆起到吸附作用，由于不采用大面积吸附，晶圆剩余未被吸附到的表面通过支撑基体34进行支撑，当需要吸附的时候，吸附基体33吸附，不需要吸附的时候，吸附基体33取消吸力后，由于吸附面积较小，后续工步中的机械手等能够较为便捷的取走晶圆，避免残留吸力存在，导致机械手取走晶圆需要很大的力导致晶圆破损。第一开槽32的目的是为了使晶圆与吸附基盘下方有一定的间隔，气流流通空间，便于气流流通以及快速实现晶圆的吸附或取消吸附。

参考附图8所示，本发明中，吸附基体33包括吸盘336，吸盘336外侧套设有挡环337，挡环337一处开设有缺口，吸盘336中心开设有梯形槽口，该槽口内安装有可活动的吸附底板334，该槽口中心处开设有第一通气孔335，第一通气孔335侧面环绕布设有至少四个第二通气孔333，第二通气孔333出气口处铰接有挡板332，吸附基盘31底部连接有输气管338，输气管338一端为第二通气孔333的进气口。

进一步地，在吸附基体33进行吸附的时候，通过侧方的挡环337来实现吸附基体33快速抽吸一定空间范围内的气体，避免抽吸气体过大，造成能源浪费；在取消吸附的时候，吸附基体33排出的气体能够从挡环337侧方缺口排出，避免存在残留吸附力；在吸附基体33吸附带动晶圆向下位移的时候，通过挡环337来限制晶圆下移距离，确保晶圆的平面度，以及避免吸附基体33与晶圆吸附区域被下拉导致晶圆局部变形。更进一步地，通过设置多个通气孔能够快速抽吸气体以及排出气体，提高对晶圆的吸附相应速度。

此外，在装置工作时，通常会在吸附基体33表面安装一层透气膜331，该透气膜331压装在吸附底板334下方，吸附底板334对透气膜331起到限位作用，避免在抽吸气体时发生脱离；并且由于吸附底板334是透气的，采用柔性材料，因此其能够在吸附基体33吸附晶圆时，受晶圆压力作用影响与晶圆底面产生较大面积的接触，提高了吸附接触的效果，避免晶圆在吸附的过程中发生松脱。同时透气膜331还能够对晶圆底面起到保护作用，在抽吸气体的过程中能够截留细小的灰尘颗粒，避免颗粒物污染晶圆表面。

参考附图9所示，支撑基体34包括内柱343，内柱343侧面环绕布设有多个柔性条342，柔性条342一端固定连接有柔性柱体341，内柱343高度高于柔性柱体341。

进一步地，柔性条342端部连接有一个外凸的内柱343，内柱343与吸附基盘31有一定的距离，当晶圆底面与内柱343顶面接触后，由于受到了吸附压力的作用，晶圆下压内柱343，内柱343带动柔性条342向下形变，使晶圆底面与柔性柱体341以及内柱343同时保持有效接触，扩大接触面积，避免晶圆滑动，同时在吸力取消的时候，柔性条342有助于内柱343回弹，提供一个向上力来促使晶圆与吸附基体33的分离。

实施例4：

本实施例与实施例1的区别在于，参考附图10，图11所示，本发明中，气浮台13侧面还连接有制动组件4，制动组件4包括第三制动板442，第三制动板442上方从下到上依次设置有第二制动板441以及第一制动板44，第一制动板44与第二制动板441、第二制动板441与第三制动板442之间均阵列设置有支撑块45，第一制动板44、第二制动板441中心均开设有通孔，该通孔处安装有轴承43，该轴承43中心安装有吸气管道41，吸气管道41侧面固定连接有制动连杆42，该制动连杆42一端与气浮台13固定连接。进一步地，第三制动板442底部安装有两个相对设置的制动条46，该制动条46底部通过螺杆462与第三制动板442连接，制动条46另一端还设置有抱合爪461，此外，在第三制动板442底部还开设有多个气孔。

进一步地，支撑块45是中空可透气的，第二制动板441、第三制动板442表面均布气孔，通过吸气管道41向下方吸气的形式，在直线电机停止的同时，该吸气方式促使制动组件4与第二滑轨123接触制动，并且第三制动板442底面具有制动条46，不容易造成第二滑轨123表面磨损，且使得制动组件4与第二滑轨123之间形成间隔距离，避免完全吸附导致难以分离。其中吸气管道41与外界的气泵相连接，吸气管道41和第一制动板44之间通过轴承43连接，这样使得第一、第二、第三制动板能够带动制动条46旋转运动，对第二滑轨123表面起到清扫作用。如若发生制动组件4与第二滑轨123接触，在吸力过大的情况下，还能够通过支撑块45形变消耗吸力，即支撑块45形变排出其内部含有的空气促使制动组件4与第二滑轨123快速分离。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (6)

1.一种多自由度的运动控制平台，包括：基台（1），所述基台（1）边沿处设置有凹槽，该凹槽处设置有Y轴移动组件（11），所述Y轴移动组件（11）侧面连接有第二滑轨（123），所述第二滑轨（123）上连接有第二滑板（124），所述第二滑板（124）上连接有气浮台（13），其特征在于，所述气浮台（13）上安装有调整组件（2），所述调整组件（2）包括至少两个调整基板（21），上下两个调整基板（21）之间连接有第二推杆（24），上下两个所述调整基板（21）侧面均环绕设有多根第二杆体（23），所述第二杆体（23）侧面固定连接有调整架（25）；

所述调整组件（2）还包括第一板体（22），所述调整架（25）为三角结构，该三角结构的夹角处各设有一个第一板体（22），其中位于上方的第一板体（22）底部铰接有第一杆体（221），所述第一杆体（221）一端开槽，该开槽处连接有液压推杆（222），所述液压推杆（222）一端通过固定块与位于下方的调整基板（21）固定连接；

所述第一杆体（221）侧面连接有滑动块（26），所述第一杆体（221）左右两侧设置有第二板体（27），所述第二板体（27）上开设有弧形的滑道（261），所述滑动块（26）与滑道（261）配合安装，所述第二板体（27）上下端分别与第一板体（22）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度的运动控制平台，其特征在于，所述Y轴移动组件（11）包括第一滑板（112），所述第一滑板（112）侧面连接有第一收线组件（113），所述第一滑板（112）靠近气浮台（13）一侧固定连接第二滑轨（123），所述第一滑板（112）下方设有第一滑轨（114），所述第一滑轨（114）侧面设有支撑台（111），所述支撑台（111）设于第二滑轨（123）下方。

3.根据权利要求2所述的一种多自由度的运动控制平台，其特征在于，所述支撑台（111）之间设置有固定台（122），所述固定台（122）上方连接有第二滑轨（123），所述第二滑板（124）侧方连接有第二收线组件（121），所述第二收线组件（121）一端与基台（1）连接。

4.根据权利要求1所述的一种多自由度的运动控制平台，其特征在于，所述调整组件（2）上方固定连接有吸附组件（3），所述吸附组件（3）包括吸附基盘（31），所述吸附基盘（31）上开设有第一开槽（32），所述吸附基盘（31）上均布设有支撑基体（34），所述支撑基体（34）之间设有至少三个吸附基体（33）。

5.根据权利要求4所述的一种多自由度的运动控制平台，其特征在于，所述吸附基体（33）包括吸盘（336），所述吸盘（336）外侧套设有挡环（337），所述挡环（337）一处开设有缺口，所述吸盘（336）中心开设有梯形槽口，该槽口内安装有可活动的吸附底板（334），该槽口中心处开设有第一通气孔（335），所述第一通气孔（335）侧面环绕布设有至少四个第二通气孔（333），所述第二通气孔（333）出气口处铰接有挡板（332），所述吸附基盘（31）底部连接有输气管（338），所述输气管（338）与吸附基体（33）同轴设置，所述输气管（338）能够分别与所述第一通气孔（335）和所述第二通气孔（333）连通。

6.根据权利要求4所述的一种多自由度的运动控制平台，其特征在于，所述支撑基体（34）包括内柱（343），所述内柱（343）侧面环绕布设有多个柔性条（342），所述柔性条（342）一端固定连接有柔性柱体（341），所述内柱（343）高度高于柔性柱体（341）。