专利名称：一种电子束曝光机片夹库系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有编码识别的电子束曝光机片夹库系统，主要应用于电子束曝光机中， 可广泛运用于工业自动化固定位置的多层同规格工件的存取。 技术背景十几年前发展起来的纳米科技己成为倍受人们关注、最为活跃的前沿学科领域。而电子束 曝光机是生成纳米图形和制作掩模板的重要手段，发挥着愈来愈重要的作用。在影响电子束曝 光机性能质量的诸多因素中，电子束曝光机片夹库系统起着很重要的作用，它通过传输机构从 片夹库里取片夹，输送片夹到承片台上进行曝光，又对承片台上曝光完的片夹，通过传输机构 取回片夹库。在对片夹进行曝光时，目前传统的方法是(1)片架上有、无片夹时，采用机械碰撞限位 开关控制；(2)齿轮箱传动，没有设计过载打滑保护机构；(3)片架设计时，没有采用偏心 轮结构，在取放片夹时，不松就紧，难于保证无卡无滞。鉴于上述情况，在取放片夹时很容易 损坏机械碰撞限位开关，在不知情时，继续工作，容易造成整个系统工作不正常。传动系统里 没有安全离合器，过载时没有打滑保护机构，容易卡死。用传统方法进行片夹曝光，难于保证 生产周期，而且曝光质量受到限制。因此，创新设计了具有编码识别的电子束曝光机片夹库系 统。发明内容本发明的技术解决问题是为了克服片夹曝光质量受到限制，而出现的生产效率低、取放 片夹定位精度差等中间环节带来的误差问题，提供一种具有编码识别的电子束曝光机片夹库系 统，该系统缩短了送取片的时间，提高了送取片的定位精度，保证了片夹的曝光质量，提高了 生产效率。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是由Z向运动台、用于放置片夹的片架、齿轮 箱、升降台、编码识别组件、计算机控制系统组成；Z向运动台、片架和编码识别组件位于片 夹库内，工作时片架放置于Z向运动台上，编码识别组件安装在片夹库内侧，片夹库的一侧有 曝光阀口。当Z向运动台上下移动时，编码识别组件能辨别出曝光阀口正对于Z向运动台的位 置，从而能准确辨别出曝光阀口位于片架的第几层片夹位置；也能准确辨别出Z向运动台什么 时侯处于X向整体伸缩支承架可平行拉出片夹库外，便于取放片架的准确位置。Z向运动台受计算机控制系统的控制完成Z向运动台的上升、下降及定位功能。齿轮箱安装在片夹库后侧， 工作时与片夹库处于同一真空环境，在计算机控制系统的控制下，通过驱动电机带动齿轮箱内 的主动轮、过渡轮旋转，带动装配在Z向运动台上的滚珠丝杠螺母副上的从动轮旋转，从而带 动Z向运动台上升和下降，使位于Z向运动台上的片架作Z向运动，带动片架上的片夹运动到 曝光阀口处，根据需要有选择地送片夹到承片台上进行曝光，这时曝光阀口和片夹库的门处于 同时关闭状态。在完成一片片夹曝光后，曝光阀口打开，取回片夹至片夹库内保存，取回片夹 后，曝光阀口立即关闭。计算机控制系统再次控制Z向运动台向上或向下运动到下一片夹需要 曝光位置，此时曝光阀口再次打开，根据需要有选择地再次送片夹到承片台上进行下一片片夹 曝光，如此循环下去，根据需要直至片夹库里的片夹全部曝光完为止，整个过程中，片夹库门 一直处于关闭状态。升降台安装在片夹库门的正下方，当片夹库门打开时，可上升到最高位置， 根据需要可从片夹库里取出片架或者从片夹库外放入片架。当需要放入片架时，X向整体伸縮 支承架平行拉出片夹库外，正好放在升高后的升降台上，放上片架，可平行推入片夹库内。同 理，当需要取出片架时，从片夹库内可平行拉出X向整体伸縮支承架到片夹库外，正好放在升 高后的升降台上，从片夹库外可方便取下片架。当升降台下降到最低位置时，可对片夹库门进 行打开或关闭。本发明与现有技术相比的有益效果是-(1) 本发明通过计算机控制系统，通过驱动电机旋转带动齿轮箱内齿轮旋转，带动Z向运 动台作Z向运动，使位于Z向运动台上的片架作Z向运动，带动片架上的片夹也同时运动到阀 口接片处，根据需要有选择地送片到承片台上进行曝光，縮短了送取片的时间，提高了送取片 的定位精度，保证了片夹的曝光质量，提高了生产效率。(2) 本发明在片夹库里设计有编码识别组件，保证了系统的正常运行，同时具有定位准确、 操作简便、安装调整方便等优点，也保证了片夹库所需的真空度要求。
图1为本发明的主视结构图；图2为本发明的俯视结构图；图3为图1中Z向运动台结构示意图；图4为图1中片架结构的主视图； '图5为图1中片架结构的侧视图；图6为图1中片架结构从第5层向下的剖视图；图7为图1中片架结构的仰视图；图8为图1中齿轮箱结构的主视图-，图9为图1中齿轮箱结构的俯视图； 图10为图1中升降台结构的右视图； 图11为图1中升降台结构的主视图 图12为图1中升降台结构的俯视图； 图13为图1中编码识别组件结构的俯视图； 图14为图1中编码组件中编码标准板外形结构的示意图。
具体实施方式
如图l、 2、 13、 14所示，本发明由Z向运动台ll、用于放置片夹的片架12、齿轮箱13、 升降台14、编码识别组件15、计算机控制系统16组成。Z向运动台11、片架12和编码识别组 件15位于片夹库17内，工作时片架12放置于Z向运动台11上，编码识别组件15安装在片夹 库17内侧，片夹库17的一侧有曝光阀口 18。当Z向运动台11上下移动时，编码识别组件15 能辨别出曝光阀口 18正对于Z向运动台11的位置，从而能准确辨别出曝光阀口 18位于片架 12的第几层片夹位置；也能准确辨别出Z向运动台11什么时侯处于X向整体伸縮支承架23可 平行拉出片夹库17夕卜，便于取放片架12的准确位置。Z向运动台11受计算机控制系统16的 控制完成Z向运动台11的上升、下降及定位功能。齿轮箱13安装在片夹库17后侧，工作时与 片夹库17处于同一真空环境。在计算机控制系统16的控制下，通过驱动电机45带动齿轮箱13 内的主动轮47、过渡轮46旋转，带动装配在Z向运动台11上的滚珠丝杠螺母副22上的从动 轮48旋转，从而带动Z向运动台11上升和下降，使位于Z向运动台11上的片架12作Z向运 动，带动片架12上的片夹运动到曝光阀口 18处，根据需要有选择地送片夹到承片台19上进行 曝光。在完成一片片夹曝光后，曝光阀口18打开，取回片夹至片夹库17内保存，取回片夹后， 曝光阀口 18立即关闭。计算机控制系统16再次控制Z向运动台11向上或向下运动到下一片夹 需要曝光位置，此时曝光阀口 18再次打开，根据需要有选择地再次送片夹到承片台19上进行 下一片片夹曝光，如此循环下去，根据需要直至片夹库17里的片夹全部曝光完为止。升降台14 安装在片夹库17门的正下方，当片夹库17门打开时，可上升到最高位置，根据需要可从片夹 库17里取出片架12或者从片夹库17外放入片架12。当需要放入片架12时，X向整体伸縮支 承架23平行拉出片夹库17外，正好放在升高后的升降台14上，放上片架12，可平行推入片夹 库I7内。同理，当需要取出片架12时，从片夹库17内可平行拉出X向整体伸缩支承架23到 片夹库17夕卜，正好放在升高后的升降台14上，从片夹库17外可方便取下片架12。当升降台 14下降到最低位置时，可对片夹库17门进行打开或关闭。如图3所示，所述的Z向运动台11由精密直线导轨副21、滚珠丝杠螺母副22、 X向整体 伸縮支撑架23、片架固定轴24、片夹库后盖板25、 Z向运动台直板26组线导轨副21分别位于滚珠丝杠螺母副22的两侧，与滚珠丝杠螺母副22等距，2根精密直线导轨211 及3件支承座212装配在片夹库后盖板25上，其中三个直线导轨滑座213分别装在Z向运动 台直板26上；同理，滚珠丝杠螺母副22中2件支承座221装在片库后盖板25上，其丝杠螺母 副螺母滑座222装在Z向运动台直板26上；片夹库后盖板25与Z向运动直板26之间靠精密直 线导轨副21和滚珠丝杠螺母副22相连接。装在片夹库后盖板25上的部件是不动的，装在Z向 运动直板26上的部件通过计算机控制系统16能沿Z方向上下移动，带动X向整体伸缩支撑架 23、片架固定轴24上下移动。X向整体伸縮支撑架23，主要由两个滑动轴套231、组合板232、中间小轴233组成。通过 两个片架固定轴24—端与片夹库后盖板25联接，另一端外圆直径上装有滑动轴套231， 2件滑 动轴套231外圆与组合板232内孔间隙配合，通过中间小轴233固定为一体。若拉动(或推动) 中间小轴233在X方向移动，就同时拉动(或推动)2件滑动轴套231及组合板232在X方向 沿片架固定轴24同时移动，即完成X向整体伸縮支撑架23在X方向从片夹库17里到外的移 动(或从片夹库17外到里的移动)。如图4、 5、 6、 7所示，片架12是由底板31、支承柱32、等高轴套33、偏心轮34、把手 35、 V行导轨36、平面导轨37组成，其功能是在片夹库17里(在真空环境)和片夹库17外(无 真空环境)均可存放片夹。它采用偏心轮结构，放入片夹时，偏心轮34挤向片夹，使片夹运行 中始终与偏心轮34接触，不晃不卡。四个支承柱32固定在底板31四角位置，等高轴套33分 别装在支承柱上，中间由间隔板38—层一层(等距离30mm)间隔开，偏心轴套34靠间隙配合 套装在等高轴套33外圆上，这样，当片架12某一层有片夹装入或取出时，偏心轮34各自由中 心往外侧转动，把片夹夹紧。如图8、 9所示，齿轮箱13由齿轮箱体41、联轴节42、轴流密封轴43、安全离合器44、 电机45、过渡轮46、主动轮47、从动轮48组成，齿轮箱体41最下端电机45直接与安全离合 器44相连，安全离合器44与轴流密封轴43相连，轴流密封轴43通过联轴节42与主动轮47 相连，主动轮47通过过渡轮46与从动轮48啮合。计算机控制系统16控制电机45转动，通过 安全离合器44、轴流密封轴43、联轴节42带动主动轮47、过渡轮46、从动轮48转动，带动 滚珠丝杠转动，从而带动滚珠丝杠螺母副螺母滑座222的移动完成Z向运动台11上下移动。主 动轮47、从动轮48与过渡轮46之间采用偏心结构，偏心角为12°±15'。如图IO、 11、 12所示，升降台机构14由转动支点轴51、承力板52、直线轴承53、导向轴 54、升力轴55、摇板56、承力轴57、横板58、侧板59组成。转动支点轴51上端安装在横板 58上，下端通过深沟球轴承与摇板56联接，升力轴55与摇板56靠升力轴55外圆与摇板56 侧面轮廓V型槽定位通过螺钉联接成一体，通过旋转摇板'56'绕转动支点输5T转动，可带动升力轴55旋转。横板58通过两件导向轴54及直线轴承53可带动升力轴55沿垂直方向上下移动。 转动摇板56绕转动支点轴51旋转的同时又往上方(或下方)移动，可带动升力轴55旋转又上 升(或下降)，完成升力轴55与承力轴57正对或离开。当打开片夹库17的门，上移横板58， 当旋转摇板56到升力轴55与承力轴57正对时，升降台14上升到最高位置，此时可支撑从片 夹库17内平行拉出的X向整体升缩支撑架23，方便取放片架12。
权利要求
1、一种具有编码识别的电子束曝光机片夹库系统，其特征在于由Z向运动台(11)、用于放置片夹的片架(12)、齿轮箱(13)、升降台(14)、编码识别组件(15)、计算机控制系统(16)组成；Z向运动台(11)、片架(12)和编码识别组件(15)位于片夹库(17)内，工作时片架(12)放置于Z向运动台(11)上，编码识别组件(15)安装在片夹库(17)内侧，片夹库(17)的一侧有曝光阀口(18)，当Z向运动台(11)上下移动时，编码识别组件(15)能辨别出曝光阀口(18)正对于Z向运动台(11)的位置，从而能准确辨别出曝光阀口(18)位于片架(12)的第几层片夹位置，也能准确辨别出Z向运动台(11)何时处于片夹库(17)外，便于取放片架(12)的准确位置；Z向运动台(11)受计算机控制系统(16)的控制完成Z向运动台(11)的上升、下降及定位功能；齿轮箱(13)安装在片夹库(17)后侧，工作时与片夹库(17)处于同一真空环境；在计算机控制系统(16)的控制下，通过电机带动齿轮箱(13)旋转，从而带动Z向运动台(11)上升和下降，使位于Z向运动台(11)上的片架(12)作Z向运动，带动片架(12)上的片夹运动到曝光阀口(18)处，根据需要有选择地送片夹到承片台(19)上进行曝光，这时曝光阀口(18)和片夹库(17)的门处于同时关闭状态，在完成一片片夹曝光后，曝光阀口(18)打开，取回片夹至片夹库(17)内保存，取回片夹后，曝光阀口18立即关闭，计算机控制系统(16)再次控制Z向运动台(11)向上或向下运动到下一片夹需要曝光位置，此时曝光阀口(18)再次打开，根据需要有选择地再次送片夹到承片台(19)上进行下一片片夹曝光，如此循环下去，根据需要直至片夹库(17)里的片夹全部曝光完为止，整个过程中，片夹库(17)门一直处于关闭状态；升降台(14)安装在片夹库(17)门的正下方，当片夹库(17)门打开时，可上升到最高位置，根据需要可从片夹库(17)里取出片架(12)或者从片夹库(17)外放入片架(12)，当需要放入片架(12)时，Z向运动台(11)部份件位于片夹库(17)外，正好置于升高后的升降台(14)上，放上片架(12)，可平行推入片夹库(17)内；同理，当需要取出片架(12)时，使Z向运动台(11)部份件位于片夹库(17)外，正好放在升高后的升降台(14)上，从片夹库(17)外可方便取下片架(12)。当升降台(14)下降到最低位置时，可对片夹库(17)门进行打开或关闭。
2、根据权利要求l所述的具有编码识别的电子束曝光机片夹库系统，其特征在于所述的 编码识别组件(15)由绝缘垫块(151)、编码线路板(152)、四对组合编码光电开关(153)、 编码标准板(154)、单个光电开关(155)、编码弯板(156)构成，编码标准板(154)安装 在Z向运动台(11)上，随Z向运动台(11)上下移动，编码识别组件15的其余组件固定在片夹库(17)内不动，四对组合编码开关(153)与单个光电开关(155)正对位置装配，编码标 准板(154)正好安装在四对组合编码开关(153)与单个光电开关(155)之间的凹槽内，编码 标准板(154) —边与单个光电开关(155)正对装配，另一边异形槽与四对组合编码开关(153) 正对装配，四对组合编码开关(153)安装在编码线路板(152)上，通过三个绝缘垫块(151) 与编码弯板(156)组合在一起；单个光电开关(155)开口槽正对组合编码开关(153)开口槽， 单独装配在编码弯板(156)上；当单个光电开关(155)挡光位置与编码标准板(154)标识的 第1片位置重合时，此位置若正好正对阀口 (18)送第1片夹的位置，即'为编码弯板(156)整 体安装在片夹库(17)内的固定位置；当Z向运动台(11)上下移动时，带动编码标准板(154) 上下移动，这样使编码标准板(154)与四对组合编码光电开关(153)和单个光电开关(155) 之间产生相对移动，就能判别出Z向运动台(11)正处于第几层片夹位置。
3、 根据权利要求l所述的具有编码识别的电子束曝光机片夹库系统，其特征在于所述的 Z向运动台(11)由精密直线导轨副(21)、滚珠丝杠螺母副(22) 、 X向整体伸縮支撑架(23)、 片架固定轴(24)、片夹库后盖板(25) 、 Z向运动台直板(26)组成；两根精密直线导轨副(21)分别位于滚珠丝杠螺母副(22)的两侧，与滚珠丝杠螺母副(22)等距；两根精密直线 导轨(211)及三件支承座(212)装配在片夹库后盖板(25)上，其三件直线导轨滑座(213 ) 分别装在Z向运动台直板(26)上；同理，滚珠丝杠螺母副(22)的两个支承座(221)装在片 库后盖板(25)上，其滚珠丝杠螺母副螺母滑座(222)装在Z向运动台直板(26)上；片夹库 后盖板(25)与Z向运动直板(26)之间靠精密直线导轨副(21)和滚珠丝杠螺母副(22)相 连接，装在片夹库后盖板(25)上的部件是不动的，装在Z向运动直板(26)上的部件通过计 算机控制系统(16)的控制能沿Z方向上下移动；X向整体伸縮支撑架(23)，由两件滑动轴 套(231)、组合板(232)、中间小轴(233)组成，通过两个片架固定轴(24) —端与片夹库 后盖板(25)联接，另一端外圆直径上装有X向整体伸縮支撑架(23)中的滑动轴套(231)， 两个滑动轴套(231)外圆与组合板(232)内孔在直径方向上间隙配合，通过中间小轴(233) 固定为一体；中间小轴(233)位于两个片架固定轴(24)中间位置，若拉动或推动中间小轴(233) 在X方向移动，就同时拉动或推动两个滑动轴套(231)及组合板(232)在X方向沿片架固定 轴(24)同时移动，即完成X向整体伸縮支撑架(23)在X方向从片夹库(17)里到片夹库(17) 外的移动或是从片夹库(17)外到片夹库(17)里的移动。
4、 根据权利要求l所述的具有编码识别的电子束曝光机片夹库系统，其特征在于所述的 片架(12)为开放式的框架，它由底板(31)、支承柱(32)、等高轴套(33)、偏心轮(34)、 把手(35) 、 V行导轨(36)、平面导轨(37)、间隔板(38)组成；四个支承柱(32)固定 在底板(31)四角位置，等高轴套(33),分别套装在支承柱(32)外圆上，等高轴套(33)为台阶瓶等高轴套(33)内孔与支承柱(32)外圆直径方向为间隙配合，在等高轴套(33)外圆 直径处再套装聚四氟乙烯的偏心轮(34)，偏心轮工作状态时为偏心，实际零件形状为同心； 等高轴套(33)的两端分别由间隔板(38)将每层隔开，当片架(12)某一层有片夹装入或取 出时，偏心轮(34)各自由中心往外侧转动，把片夹夹紧。V行导轨(36)、平面导轨(37) 装在底板(31)下面，与X向整体伸縮支撑架(23)中，两个件滑动轴套中心距相同；当把片 架(12)放入Z向运动台(11) ， V行导轨(36)、平面导轨(37)分别与两个滑动轴套(231) 接触，靠V-平结构定位；两个把手(35)分别安装在片架(12)的正前方和片架(12)的正上 方，方便左右手同时用力。
5、 根据权利要求l所述的具有编码识别的电子束曝光机片夹库系统，其特征在于所述的 齿轮箱(13)包括齿轮箱体(41)、联轴节(42)、轴流密封轴(43)、安全离合器(44)、 电机(45)、过渡轮(46)、主动轮(47)、从动轮(48)构成，齿轮箱体(41)安装在片夹 库(17)的后面，与片夹库(17)处在同一真空环境中，齿轮箱体(41)最下端电机(45)直 接与安全离合器(44)相连，安全离合器(44)与轴流密封轴(43)相连，轴流密封轴(43) 通过联轴节(42)与主动轮(47)相连，主动轮(47)通过过渡轮(46)与从动轮(48)啮合； 计算机控制系统(16)控制电机(45)转动，通过安全离合器(44)、轴流密封轴(43)、联 轴节(42)带动主动轮(47)转动，主动轮(47)通过过渡轮(46)带动从动轮(48)转动， 通过丝杠螺母副(22)带动Z向运动台(11)上下移动。
6、 根据权利要求5所述的具有编码识别的电子束曝光机片夹库系统，其特征在于所述的 主动轮(47)与过渡轮(46),及从动轮(48)与过渡轮(46)之间采用偏心结构，其偏心角 为120±15'。
7、 根据权利要求l所述的具有编码识别的电子束曝光机片夹库系统，其特征在于所述的升降台(14)包括转动支点轴(51)、承力板(52)、直线轴承(53)、导向轴(54)、升力 轴(55)、摇板56、承力轴(57),横板(58)、侧板(59):转动支点轴(51)上端安装在 横板(58)上，下端通过深沟球轴承与摇板(56)联接，升力轴(55)与摇板(56)靠升力轴 (55)外圆与摇板(56)侧面轮廓V型槽定位通过螺钉联接成一体，升力轴(55)位于支承力 的中心位置，与两导向轴(54)等距，转动支点轴(51)位于右侧导向轴(54)的延长线上， 通过旋转摇板(56)绕转动支点轴(51)旋转，可带动升力轴55旋转两个直径大小、长短相 同的导向轴(54)上端安装在横板(58)上，靠顶丝与横板(58)固定为一体，下端通过直线 轴承53与侧板(59)联接，横板(58)通过两件导向轴(54)及直线轴承53可带动升力轴55 沿垂直方向上下移动；当转动摇板(56)绕转动支点轴(51)旋转的同时又往上方或下方移动， 可带动升力轴(55)旋转又上升或下降，可完成升力轴(55)与承力轴'(57)正对或离开；当打开片夹库(17)门，上移横板(58)，当旋转摇板(56)到升力轴(55)与承力轴.(57)正 对时，升降台(14)升到最高位置，此时可从片夹库(17)内取放片架(12);当旋转摇板(56) 到升力轴(55)与承力轴(57)离开时，与承力轴(57)接触的是横板(58)的下表面，升降 台(14)下降到最低位置，此时可打开或关闭片夹库(17)门；升降台(14)通过侧板(59) 与片夹库(17)联接，安装在片夹库(17)门的正下方位置。
全文摘要
一种具有编码识别的电子束曝光机片夹库系统，由Z向运动台、用于放置片夹的片架、齿轮箱、升降台、计算机控制系统组成，在计算机控制系统的控制下，通过驱动电机带动齿轮箱内齿轮旋转，带动Z向运动台作Z向运动，使片架作Z向运动，带动片架上的片夹向上或向下运动到阀口接片处，根据需要有选择地送片夹到承片台上进行曝光，这时阀口和片夹库门同时关闭，在完成一片片夹曝光后，阀口打开，取回片夹至片夹库内保存，曝光阀口立即关闭；计算机控制系统再次控制Z向运动台向上或向下运动到下一片夹需要曝光的位置，此时阀口再次打开，进行下一片片夹曝光，如此循环下去，直至片夹全部曝光完为止。本发明缩短了送取片的时间，提高了送取片的定位精度，保证了片夹的曝光质量。
文档编号G03F7/20GK101261453SQ20081010277
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月26日 优先权日2008年3月26日
发明者唐小萍, 张正荣, 王淑蓉, 王肇志, 松 胡, 赵立新, 薇 邢 申请人:中国科学院光电技术研究所