CN101899715B - 一种等离子体处理设备及其顶针升降装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶针升降装置，用于等离子体处理设备，包括上端连接顶针的中心导杆、至少两个支撑中心导杆的支撑臂，和带动支撑臂竖直运动的驱动部件，中心导杆与支撑臂可活动地连接，以便两者在支撑臂的延伸方向上的相对位置能够改变。当支撑臂由于各种原因而在升降过程中产生水平方向的位移时，支撑臂并未限制中心导杆水平方向的自由度，因此，支撑臂在水平方向上的位置改变不会影响中心导杆的竖直运动，使得中心导杆在升降的过程中始终保持竖直，提高了装置的可靠性。

Description

一种等离子体处理设备及其顶针升降装置

技术领域

本发明涉及晶体加工领域，特别涉及一种顶针升降装置。本发明还涉及一种包括上述顶针升降装置的等离子体处理设备。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，市场对于晶体元件的需求量日益增大，由此便带动了晶体加工行业的迅猛发展。

目前，用于加工晶体的工艺腔的内部一般具有静电卡盘，该静电卡盘用于支撑被加工的晶体，且其下部设有升降装置，该升降装置上插有用于支撑晶圆的顶针。加工晶体时，机械手将晶圆送入工艺腔内，并使晶圆高于静电卡盘的上表面一定距离；此时，位于上位的升降装置通过顶针把机械手上的晶圆托起，机械手随后退出工艺腔；升降装置向下移动，把晶圆平稳地放到静电卡盘上表面后开始加工；加工完成后，升降装置向上移动，将晶圆托起到一定高度，机械手重新伸入工艺腔内把晶圆取走。

请参考图1，图1为现有技术中一种典型的顶针升降装置的结构示意图。

在该现有技术中，顶针升降装置包括用以支撑顶针的中心导杆11，该中心导杆11的外圈通过直线轴承套装有波纹管14，且其下端与支撑臂15的外端通过对顶装配的调整螺母16和锁紧螺母17固定连接，支撑臂15的内端与驱动部件（此处为气缸）12的输出轴连接，气缸12通过支架13与工艺腔内的静电卡盘连接。气缸12的输出轴理论上垂直于支撑臂15和静电卡盘，并通过带动支撑臂15竖直运动，进而带动中心导杆11在波纹管14中做竖直方向的运动；波纹管14与中心导杆11之间安装的直线轴承，用以保证中心导杆11相对于波纹管14的运动为精确的直线运动。在机构调平时，旋紧或旋松调整螺母16，以实现对支撑臂15水平度的微调，调平后，通过锁紧螺钉17锁紧。

上述现有技术虽然结构较为简单，但在日常维护与机构运动过程中存在明显的缺陷。

请参考图2和图3，图2为图1所示现有技术中汽缸发生偏移时的结构示意图；图3为现有技术中系统调平的结构示意图。

在机械加工过程中，气缸支架13不可能加工出完全理想化的结构，同时气缸12在装配过程中也可能存在误差，从而导致气缸12的输出轴不完全与支撑臂15垂直。气缸12在竖直方向发生逆时针偏移时，气缸12的输出轴在上升过程中带动支撑臂15向左侧发生微量移动，则位于右侧的波纹管14承受向内的侧向摩擦力F。设置于波纹管14内部的直线轴承不能承受过大的侧向力；并且，当侧向力较大时，中心导杆11表面也会严重磨损，而侧向力过大时，中心导杆11就可能由于承受过大的侧向摩擦力而被锁死，导致装置无法正常工作。

另外，该现有技术中，调整螺母16包括第一调整螺母161和第二调整螺母162，锁紧螺母17包括第一锁紧螺母171和第二锁紧螺母172，并采用双螺母对顶装配的方式。调平时，需要通过数次旋紧或旋松调节螺母16，并且锁紧螺母17在锁紧的过程中会使调节螺母16发生微量的旋转，使已调平的系统产生误差。因此，装置在调平过程中操作复杂且调平效果较差。

如何避免支撑臂的水平移动对中心导杆竖直运动的影响，使顶针升降装置在升降过程中避免发生横向偏移，从而具有较高的可靠性，就成为本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于等离子体处理设备的顶针升降装置，能够避免中心导杆在升降过程中发生横向偏移，从而具有较高的可靠性。本发明的另一目的是提供一种包括上述顶针升降装置的等离子体处理设备。

为解决上述技术问题，本发明提供一种顶针升降装置，用于等离子体处理设备，包括连接顶针的中心导杆、至少两个支撑所述中心导杆的支撑臂，和带动所述支撑臂竖直运动的驱动部件；所述中心导杆与所述支撑臂可活动地连接，以便两者在所述支撑臂的延伸方向上的相对位置能够改变；所述中心导杆搭接于所述支撑臂的外端；所述中心导杆的第一支撑面为向下的表面，所述支撑臂通过第二支撑面支撑所述第一支撑面；所述第一支撑面和所述第二支撑面两者中的一者为朝向另一支撑面凸出的弧形面，另一者为平面；所述支撑臂的外端部设有两个具有适当水平间距的连接块，所述第二支撑面形成于所述连接块的顶部；所述中心导杆的下端部的侧壁具有两个开口方向相反的凹槽，所述第一支撑面具体为所述凹槽的顶面。

优选地，所述中心导杆能够绕其轴向自转，且其底部设有大体呈长方体的定位块，所述定位块的顶面形成所述凹槽的底面；所述定位块的宽度小于两所述连接块的水平间距，其长度大于两所述连接块的水平间距。

优选地，所述连接块的形状为圆柱体，且其轴线大体水平设置并大体与所述支撑臂的延伸方向相垂直。

优选地，所述支撑臂进一步包括与所述驱动部件固定连接的主体部，和以其内端固定连接于所述主体部上方或者下方的弹性悬臂，所述第二支撑面形成于所述弹性悬臂的外端；所述顶针升降装置进一步包括调整部件，以便调整所述弹性悬臂的外端相对于所述主体部的竖直位置。

优选地，所述调整部件为沿竖直方向穿过所述主体部的外端和所述弹性悬臂的调节螺栓。

优选地，所述弹性悬臂与所述主体部具有一体结构。

优选地，所述弹性悬臂与所述主体部通过紧固螺钉可拆卸地连接。

本发明还提供一种等离子体处理设备，包括上述任一项所述的顶针升降装置。

本发明所提供的顶针升降装置其中心导杆与支撑臂可活动地连接，二者之间能够产生大致沿水平方向的位移，以便两者在支撑臂的延伸方向上的相对位置能够改变。由于制造或者装配等原因，支撑臂未完全与气缸的输出轴垂直，则在升降过程中，支撑臂会受到某一方向的侧向力，从而发生横向偏移。由于支撑臂与中心导杆之间为活动连接，支撑臂并未限制中心导杆水平方向的自由度，则中心导杆在水平方向上不受力或者只受很小的摩擦力。从而，中心导杆的竖直运动不受支撑臂水平偏移的影响，保证了中心导杆竖直运动的精确性，避免了中心导杆在升降的过程中由于过定位而造成的锁死，提高了装置的可靠性。

在一种优选的实施方式中，中心导杆通过第一支撑面和第二支撑面搭接于支撑臂的外端，第一支撑面为中心导杆的下平面，第二支撑面位于支撑臂的外端且为向上凸出的弧形面。这样，只需将第二支撑面加工为弧面，不仅能够避免支撑臂的水平移动对中心导杆竖直运动的影响，提高了装置的可靠性，而且结构简单，加工方便；并且，在升降过程中，能够始终保持中心导杆与支撑臂之间为线接触或者点接触，支撑臂对中心导杆的作用力的方向始终竖直向上，从而进一步避免中心导杆受到侧向力的影响，保证了中心导杆的竖直运动的精确性。

在另一种优选的实施方式中，支撑臂的外端部设有两个具有适当水平间距的连接块，该两个连接块的顶面即为上述第二支撑面；中心导杆的下端部的侧壁具有两个开口方向相反的凹槽，两凹槽的顶面即为上述第一支撑面。采用连接块与凹槽相连接的方式，增加了中心导杆的轴向约束，进一步提高了装置的可靠性，并且制造简单、安装方便、易于实现。

在另一种优选的实施方式中，支撑臂包括弹性悬臂和主体部，还包括调整部件，该调整部件可以为沿竖直方向穿过主体部的外端和弹性悬臂的调节螺栓。通过旋紧或者旋松调节螺栓改变主体部与弹性悬臂之间的竖直距离，从而实现系统调平的目的，这种调平方式简单方便，且效果较好。

在另一种优选的实施方式中，弹性悬臂和主体部可拆分地连接，在使用过程中，当弹性悬臂和主体部的其中一部分损坏时，可以分别更换，便于设备的维修和维护。

附图说明

图1为现有技术中一种典型的顶针升降装置的结构示意图；

图2为图1所示现有技术中汽缸发生偏移时的结构示意图；

图3为现有技术中系统调平的结构示意图；

图4为本发明所提供顶针升降装置第一种具体实施方式的结构示意图；

图5为本发明所提供顶针升降装置第二种具体实施方式的结构示意图；

图6为本发明所提供顶针升降装置第三种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种顶针升降装置，能够避免中心导杆在升降过程中发生横向偏移，从而具有较高的可靠性。本发明的另一核心是提供一种包括上述顶针升降装置的等离子体处理设备。

请参考图4，图4为本发明所提供顶针升降装置第一种具体实施方式的结构示意图。

在第一种具体实施方式中，本发明所提供的顶针升降装置包括用于连接顶针（图中未示出）的中心导杆21，且其下端可活动地连接于支撑臂22的外端，该支撑臂22的内端与驱动部件（图中未示出）的输出轴固定连接，且其延伸方向与上述输出轴的方向垂直，驱动装置带动支撑臂22上下运动，从而带动中心导杆21做竖直方向的运动。

上述驱动部件可以为固定在气缸支架上的气缸，且其输出轴大体垂直于支撑臂22，气缸的输出轴与支撑臂22固定连接并带动支撑臂22上下运动，从而带动中心导杆21在竖直方向运动。

在中心导杆21的外部可以套装有波纹管，用以实现安装盘上下的真空密封，该波纹管的材料可以为具有足够韧性和强度的金属材料，例如黄铜等。

上述波纹管的内圈与中心导杆21的外圈之间可以装有直线轴承，通过直线轴承的精确配合以保证中心导杆21相对于波纹管的运动的直线性。该直线轴承可以为符合要求的标准轴承，也可以为特制的直线轴承，其材料可以为常规使用的具有足够强度和耐磨性的金属材料，例如轴承钢等。

上述支撑臂22的数量至少为两个，但是不局限为两个，可以是三个或者更多，各个支撑臂22的内端均与驱动装置的输出轴连接，其外端均与中心导杆21的下端可活动地连接。与支撑臂22的数量相对应，中心导杆21的数量也不局限于两个，其数目应与支撑臂22的数目相应。设置三个甚至更多支撑臂22以及与之相应的中心导杆21能够对静电卡盘起到更好的支撑作用。一般三点支撑具有较好的稳定性和可行性，因此，通常可以选择三个支撑臂22以及三个中心导杆21的形式。

上述中心导杆21与支撑臂22之间可活动地连接可以具体为中心导杆21的下端搭接于支撑臂22的外端，中心导杆21的下表面为第一支撑面231，支撑臂22的外端具有向上凸出并呈弧形的第二支撑面232，上述第一支撑面231位于第二支撑面232之上，并由第二支撑面232支撑。中心导杆21搭接于连接臂22的外端，支撑臂22对中心导杆21的作用力的方向始终保持竖直向上，不仅能够避免中心导杆21的竖直运动受到连接臂22水平方向偏移的影响，提高中心导21杆竖直运动的精度，而且，结构简单、加工方便，能够节省生产成本和劳动时间。

上述第一支撑面231可以为向下凸出的弧形面，在其下方的第二支撑面232可以为平面，两个支撑面相配合也可以实现本发明的发明目的。

在上述具体实施方式中，由于支撑臂22的外端与中心导杆21的下端为可活动地连接，则二者之间能够产生大体沿水平方向的位移。在升降的过程中，支撑臂22受到某一方向的侧向力时能够相对于中心导杆21沿该侧向力的方向运动，由于支撑臂22与中心导杆21之间为活动连接，二者不存在水平方向的相互约束，则支撑臂22的横向偏移不会影响中心导杆21的竖直运动，中心导杆21在升降过程中不会发生横向偏移，这样就保证了中心导杆21竖直运动的精确性，避免了其在升降的过程中由于过定位而造成的锁死，提高了装置的可靠性。

在上述第一种具体实施方式的基础上，还可以对升降装置做进一步的改进。

请参考图5，图5为本发明所提供顶针升降装置第二种具体实施方式的结构示意图。

在第二种具体实施方式中，支撑臂22的外端还可以设置连接块24。该连接块24可以为两个，即位于支撑臂22外端部且具有适当水平距离的第一连接块241和第二连接块242，上述第二支撑面232（示于图4中）形成于第一连接块241和第二连接块242的顶部。中心导杆21的下端部的侧壁上具有两个开口方向相反的凹槽（图中未示出），且第一支撑面231（示于图4中）具体为两个槽的顶面。第一连接块241和第二连接块242分别位于两个凹槽中，以实现中心导杆21与支撑臂22的连接。

上述连接块24的形状可以为圆柱体，两个圆柱体的轴线均大体水平设置并均大体与支撑臂22的延伸方向相垂直。支撑臂22的高度可以略小于两圆柱体的直径，以避免在使用过程中支撑臂22和中心导杆21之间产生干涉。连接块24与中心导杆21相接触的部分为圆弧，在机构的升降过程中，当支撑臂22由于某种原因而偏离水平面时，连接块24可以通过其圆弧面的转动来调节与中心导杆21的接触位置，从而保证中心导杆21竖直运动的精确性。

连接块的形状不局限于圆柱体，还可以是与中心导杆之间为线接触或者点接触的其它形状，例如半球体等。

上述中心导杆的下端部可以开设有连接孔，支撑臂的外端部具有连接块，其数目可以为一个，该连接块位于连接孔中从而实现中心导杆与支撑臂的连接。该连接块的形状可以为圆柱体或者半球体等，连接孔的形状可以为圆形或者方形。

上述中心导杆21的底部可以设有定位块25，该定位块25可以大体呈长方体，且其顶面为上述凹槽的底面；该定位块25的宽度小于第一连接块241和第二连接块242之间的水平距离，以便在安装时定位块25能够在第一连接块241和第二连接块242之间通过，其长度大于两连接块的水平距离。中心导杆21能够绕其轴向自转，定位块25通过两连接块24后，将中心导杆21旋转90度，将两连接块24分别置于两凹槽中。

上述具体实施方式中，当支撑臂22发生大体水平方向的偏移时，由于支撑臂22外端的第一连接块241和第二连接块242与凹槽的连接并没有限制中心导杆21水平方向的自由度，支撑臂22水平方向的偏移不会影响中心导杆21竖直方向的直线运动；并且，连接块24与中心导杆21之间为线接触或者点接触，支撑臂对中心导杆的作用力的方向始终竖直向上，从而进一步避免中心导杆受到侧向力的影响，保证了中心导杆竖直运动的精确性。同时，连接块24与定位块25增加了对中心导杆21的轴向约束，通过连接块24和定位块25带动中心导杆21在竖直方向的运动，提高了装置在升降过程中的稳定性。

请参考图6，图6为本发明所提供顶针升降装置第三种具体实施方式的结构示意图。

在第三种具体实施方式中，支撑臂22可以包括弹性悬臂221和主体部222两部分，弹性悬臂221的材料可以为具有一定弹性的常规金属材料，例如铝或者不锈钢等，也可以为塑料或者其它弹性材料。

在弹性悬臂221和主体部222之间还可以包括调整部件和锁紧部件，用以调整弹性悬臂221的外端相对于主体部222的竖直位置。调整部件可以为沿竖直方向穿过主体部222的外端和弹性悬臂221的调节螺栓26；锁紧部件可以为沿竖直方向穿过主体部222，且末端与弹性悬臂221的下表面相接触的锁紧螺钉27。在机构调平时，首先将锁紧螺钉27向下旋松，使其离开弹性悬臂221的下表面一段距离，然后旋紧或者旋松调节螺栓26，使弹性悬臂221相对于主体部222向上或者向下微量移动，以实现调平。调节螺栓26和锁紧螺钉27分别位于弹性悬臂221的不同位置，消除了锁紧时对机构调平效果的影响，使调平更为方便和精准。

弹性悬臂221和主体部222可以为分体式结构，二者通过固定螺钉28可拆卸地连接。这样，可以将弹性悬臂221和主体部222分开加工，以便降低加工难度和生产成本，并且，当二者其一损坏时，旋下固定螺钉28，便可以将破损部件更换，使维修装置和更换部件更加方便。

弹性悬臂221和主体部222也可以为整体式结构，取消了固定螺钉的使用，减少了螺钉松动带来的不稳定性，提高了机构的安全性。

除了上述顶针升降装置，本发明还提供一种包括上述顶针升降装置的等离子体处理设备，该等离子体处理设备其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的等离子体处理设备及其顶针升降装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种顶针升降装置，用于等离子体处理设备，包括连接顶针的中心导杆、至少两个支撑所述中心导杆的支撑臂，和带动所述支撑臂竖直运动的驱动部件；其特征在于，所述中心导杆与所述支撑臂可活动地连接，以便两者在所述支撑臂的延伸方向上的相对位置能够改变；所述中心导杆搭接于所述支撑臂的外端；所述中心导杆的第一支撑面为向下的表面，所述支撑臂通过第二支撑面支撑所述第一支撑面；所述第一支撑面和所述第二支撑面两者中的一者为朝向另一支撑面凸出的弧形面，另一者为平面；所述支撑臂的外端部设有两个具有适当水平间距的连接块，所述第二支撑面形成于所述连接块的顶部；所述中心导杆的下端部的侧壁具有两个开口方向相反的凹槽，所述第一支撑面具体为所述凹槽的顶面。

2.根据权利要求1所述的顶针升降装置，其特征在于，所述中心导杆能够绕其轴向自转，且其底部设有大体呈长方体的定位块，所述定位块的顶面形成所述凹槽的底面；所述定位块的宽度小于两所述连接块的水平间距，其长度大于两所述连接块的水平间距。

3.根据权利要求2所述的顶针升降装置，其特征在于，所述连接块的形状为圆柱体，且其轴线大体水平设置并大体与所述支撑臂的延伸方向相垂直。

4.根据权利要求1所述的顶针升降装置，其特征在于，所述支撑臂进一步包括与所述驱动部件固定连接的主体部，和以其内端固定连接于所述主体部上方或者下方的弹性悬臂，所述第二支撑面形成于所述弹性悬臂的外端；所述顶针升降装置进一步包括调整部件，以便调整所述弹性悬臂的外端相对于所述主体部的竖直位置。

5.根据权利要求4所述的顶针升降装置，其特征在于，所述调整部件为沿竖直方向穿过所述主体部的外端和所述弹性悬臂的调节螺栓。

6.根据权利要求5所述的顶针升降装置，其特征在于，所述弹性悬臂与所述主体部具有一体结构。

7.根据权利要求6所述的顶针升降装置，其特征在于，所述弹性悬臂与所述主体部通过紧固螺钉可拆卸地连接。

8.一种等离子体处理设备，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的顶针升降装置。

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