CN102464278B - 一种直线驱动装置及应用该装置的半导体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直线驱动装置，其包括相互连接的中心轴、安装连接部、波纹管、导向连接部、直线动力源以及支撑杆；其中，中心轴在导向连接部及支撑杆的配合作用下进行高精度的直线往复运动，波纹管则用于使中心轴所处的密闭腔室与外界保持密封。由于上述支撑杆及导向连接部均被波纹管隔离在密闭腔室的外部而不会与密闭腔室发生相互影响，从而可有效避免导向部件的润滑物对密闭腔室造成污染的问题，同时也可避免密闭腔室内的高温及真空环境对导向部件的精度及使用寿命产生影响的问题，因而使本发明提供的直线驱动装置具有导线精度高及使用寿命长的优点。此外，本发明还提供一种应用上述直线驱动装置的半导体处理设备。

Description

一种直线驱动装置及应用该装置的半导体处理设备

技术领域

本发明涉及直线传动技术领域，具体地，涉及一种直线驱动装置及应用该装置的基片处理设备。 

背景技术

在微电子生产过程中，需要对基片进行频繁的传递和托举等的操作，这些传递运动多由直线驱动机构来完成。这些机构不但要具有很高的运行精度，而且还要具备能够在高温及真空环境下持续运行的稳定性。 

请参阅图1，即为一种常用的直线驱动装置的结构示意图。该直线驱动装置主要用于在真空环境中实现基片的升降运动。具体的，该装置包括：连接法兰3，用以将该直线驱动装置在半导体处理设备上进行安装及固定；中心轴1，其一端穿过连接法兰3的中心孔并可相对于中心法兰3进行伸缩运动，以带动其端部的载板和/或基片进行同步移动；波纹管2，套装于所述中心轴1的外部，上端与连接法兰3的底部密封连接，下端与中心轴1的底部密封连接，该波纹管2的长度可随中心轴1的伸缩运动而被拉长或压短，从而利用该波纹管2的密封性能仅使中心轴1的主要工作部分与工艺腔室的内部环境相连通，以免其它部件对工艺环境造成污染；直线轴承12，其被设置于连接法兰3的中心孔的孔壁处，上述中心轴1的端部穿过该直线轴承12后进入工艺腔室，从而可保证中心轴1进行直线运动的精度。此外，该直线驱动装置还包括气缸8，其通过连接螺母5与中心轴1固定连接，用以为中心轴1提供动力；固定板7以及支撑杆10，用以将气缸8与连接法兰进行固定连接。 

上述直线驱动装置，由于在中心轴1和连接法兰3之间设置有直线轴承12，从而既能够保证中心轴的直线运动精度、减小误差， 又能够避免波纹管3在运动过程中出现过大的偏摆，保护波纹管。但是，由于直线轴承12与半导体处理设备的内部环境相连通，而高温和真空环境非常容易使直线轴承12中的润滑油进入半导体处理设备内部，从而造成对工艺环境的污染；此外，由于直线轴承12中的润滑油受到高温环境的影响会使其润滑性能发生变化，不仅会导致直线轴承12的导向效果变差，而还会使轴承寿命变短，进而严重影响直线驱动装置的使用寿命及使用效果；另外，为保证导向精度，上述直线轴承12与中心轴1之间的轴孔配合间隙很小，这就造成直线轴承12与波纹管2之间的气体不容易被抽出，进而对半导体处理设备的真空性能造成不良影响。 

为解决上述问题，技术人员采用一种自润滑轴承代替上述直线轴承的方案。该自润滑轴承以金属合金为基体材料，并且其工作面具有嵌入的固体润滑剂，在中心轴与之发生相对滑动的过程中，上述固体润滑剂能够在滑动表面生成一层固体润滑膜层，利用该膜层将两个相对滑动的表面分隔开，从而实现自润滑。虽然自润滑轴承可在无油状态下正常运转，从而在一定程度上可以缓解高温下直线轴承所存在的问题；但是，自润滑轴承并不能完全克服上述各种问题，比如：随着运动次数的累加，其固体润滑剂同样会向工艺环境中扩散并造成污染；而且由于工艺状态时中心轴的温度要远高于自润滑轴承的温度，导致中心轴的热膨胀量大于自润滑轴承的中心孔的热膨胀量，随着温差变大，轴孔之间配合将逐渐变紧而影响运动的润滑性能；而要想使自润滑轴承在高温下能正常工作，在设计时就需要留出足够的配合间隙；但是间隙过大，在温度较低的状态下又无法保证运动精度，进而可能导致波纹管因出项偏摆而损坏。 

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种直线驱动装置，其在有效避免污染密闭腔室内部环境的同时，具有导向精度高及使用寿命长等的优点。 

为解决上述问题，本发明还提供一种半导体处理设备，该设备 中的直线驱动装置同样能够在避免污染密闭腔室内的环境的同时，具有导向精度高及使用寿命长等的优点。 

为此，本发明提供一种直线驱动装置，用于在密闭腔室中提供直线运动的驱动力，包括中心轴、安装连接部、波纹管、直线动力源以及支撑杆，其中：安装连接部将直线驱动装置固定于密闭腔室的外部，安装连接部上具有安装孔；中心轴的一端穿过安装孔而进入密闭腔室的内部，并可在密闭腔室内进行直线往复运动；中心轴的另一端与直线动力源相连接，以获得来自直线动力源的直线驱动力；波纹管套装于中心轴的外部，且波纹管的两端分别与安装孔及中心轴上的远离密闭腔室的端部进行密封连接，以将密闭腔室与波纹管外部的空间相互隔离；支撑杆将直线动力源与安装连接部固定连接在一起；并且，支撑杆的数量至少为2个且相互平行，中心轴上设置有导向连接部，导向连接部可滑动地套装在支撑杆的外部，中心轴在导向连接部及支撑杆的配合作用下沿支撑杆的轴向方向进行直线往复运动；直线驱动装置还包括定位部，定位部包括设置于安装连接部和导向连接部其中之一上的固定定位杆，以及设置于二者中另一个上的与固定定位杆相对设置的可调定位杆；在中心轴向外伸长的过程中，可调定位杆和固定定位杆的其中之一随中心轴同步移动并在接触可调定位杆和固定定位杆的另一个后使中心轴停止移动。 

优选地，连接支撑杆的数量为3个。 

其中，导向连接部上设置有直线轴承，直线轴承套装在支撑杆的外部。 

其中，安装连接部包括连接法兰。 

其中，在中心轴与直线动力源之间设置有使二者连接在一起的连接螺母。 

其中，直线动力源为气缸、液压缸、直线电机或电动缸。 

其中，可调定位杆包括可调定位螺钉和液压缓冲器。 

此外，本发明还提供一种半导体处理设备，包括密闭腔室，在 密闭腔室上设置有上述本发明所提供的直线驱动装置，用以提供直线往复运动的驱动力。 

其中，密闭腔室包括工艺腔室、传输腔室。 

本发明具有下述有益效果： 

本发明所提供的直线驱动装置，借助相互平行的至少2个支撑杆以及套装在支撑杆外部的导向连接部而实现对中心轴的导向作用，并且借助波纹管的密封功能而将上述导向连接部以及支撑杆隔离在密闭腔室的外部。因此，本发明所提供的直线驱动装置在保证中心轴运动精度的同时，能够有效避免导向连接部与密闭腔室内部环境之间产生相互影响的问题；具体为，既可避免导向连接部中的润滑物污染密闭腔室内的真空环境的问题，又可避免密闭腔室内的高温对导向连接部的导向精度所造成的不利影响；而且，中心轴在运动过程中不会与诸如直线轴承等的导向部件发生滑动摩擦，因而不会产生磨损的问题，进而能够有效延长直线驱动装置的使用寿命；此外，在需要对密闭腔室进行抽真空的操作时，由于安装连接部的安装孔与中心轴之间没有任何零件，因此能够很容易地将处于波纹管与中心轴之间的间隙内的气体抽出，从而有效提高了抽真空的效率。 

本发明提供的半导体处理设备，由于在其密闭腔室上设置有上述本发明所提供的直线导向装置，因此其同样可避免直线运动的导向装置对密闭腔室内的环境造成污染的问题，而且具有导向精度高、使用寿命长以及易于抽真空等的优点。 

附图说明

图1为一种常用的直线驱动装置的剖视图； 

图2为本发明提供的直线驱动装置一个具体实施例的结构示意图； 

图3为图2所示直线驱动装置的剖视图；以及 

图4为本发明提供的半导体处理设备一个具体实施例的结构示意图。 

具体实施方式

本发明所提供的直线驱动装置的关键发明点在于将中心轴的导向结构与密闭腔室内部环境相互隔离，从而彻底解决了现有的直线驱动装置中所存在的诸多问题。 

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的直线驱动装置及应用该装置的半导体处理设备进行详细描述。 

请一并参阅图2和图3，图2为本发明提供的直线驱动装置一个具体实施例的结构示意图；图3为图2所示直线驱动装置的剖视图。本实施例提供的直线驱动装置，主要包括中心轴1、安装连接部3、波纹管2、直线动力源8以及支撑杆10等部件。 

具体地，本实施例中，采用连接法兰作为安装连接部3，该连接法兰的法兰盘的周向上分布有多个通孔，用以将直线驱动装置固定于密闭腔室的外部以及与支撑杆10相连接；连接法兰的大致中心位置设有贯通的安装孔，用以安装上述中心轴1，该安装孔与中心轴1之间为间隙配合，以使二者之间留有一定的间隙，从而允许中心轴1可相对安装连接部3进行往复运动。 

中心轴1的一端穿过上述安装孔而进入上述密闭腔室的内部，另一端与直线动力源8相连接，从而在直线动力源8的带动下，中心轴1可在密闭腔室内进行直线往复运动。这里，中心轴1与直线动力源8之间可通过螺接、焊接、卡接等多种方式而实现二者的连接，本实施例中，在中心轴1的下端部和直线动力源8的上端部分别设置螺纹，并采用一种连接螺母5而将二者连接在一起。 

波纹管2套装于中心轴1的外部并且其上端(本说明书中，所有关于“上、下”的方向均是按照图2及图3所示方向为准)与安装连接部3的下端密封连接，波纹管2的下端与中心轴1的下端密封连接，即：波纹管2的两端分别与安装孔及中心轴1上的远离密闭腔室的端部进行密封连接，当中心轴1进行直线往复运动时，波纹管2将被同步拉长或压短；同时，波纹管2的内部空间与密闭腔 室相连通，而波纹管2的外部则与密闭腔室相互隔离，且该密封状态不因其受压缩或受拉伸的作用而改变，从而利用波纹管2的动态密封特性而保持上述密闭腔室的密封性。这里，可以通过焊接、卡接、螺接等方式而分别将波纹管2的两端与安装连接部3及中心轴1进行密封连接。 

直线动力源8与中心轴1的下端相连接，用以为中心轴1进行直线往复运动提供相应的动力。本实施例中，直线动力源8为气缸，但其并不局限于此，例如，还可以采用液压缸、直线电机、电动缸等可输出直线运动的驱动力的装置或机构作为上述直线动力源8使用。 

支撑杆10设置于安装连接部3与直线动力源8之间，用以将二者固定连接为一个整体。为便于安装，在直线动力源8的上端设置有安装板7，支撑杆10的下端通过螺钉与该安装板7固定连接在一起，支撑杆10的上端同样通过螺钉与安装连接部3连接在一起。本实施例中，在安装连接部3与直线动力源8之间设置有3个相互平行的支撑杆10，在中心轴1进行直线往复运动的过程中，该支撑杆10具有为中心轴1进行导向的作用。具体方案为，在中心轴1的下端附近设置有导向连接部4，该导向连接部4具有与支撑杆10数量与位置均相互对应的多个导向孔，通过上述多个导向孔而将导向连接部4可滑动地套装在支撑杆10的外部，从而借助上述导向连接部4及支撑杆10的相互配合作用而对中心轴1的运动方向进行精确导向，使中心轴1进行直线往复运动的方向限定在上述支撑杆10的轴向方向上。优选地，在上述导向连接部4的各个导向孔中嵌入直线轴承，之后使直线轴承套装在所述支撑杆10的外部，以精确控制所述中心轴1的运动方向。这里，上述直线轴承可以是润滑油式直线轴承，也可以采用自润滑式直线轴承，还可以采用其它类型的直线轴承；由于直线轴承不与密闭腔室的内部环境接触，从而不存在润滑油污染上述内部环境的问题，因此，优选采用润滑油式的直线轴承，其相对自润滑式直线轴承具有更好的润滑效果。此外，上述支撑杆10的数量也并不局限于3个，在精度允许的情况下，还可以将 支撑杆10的数量设置为2个或3个以上，而无论支撑杆10的数量如何，均应保证所有支撑杆10的轴向相互平行。 

上述直线驱动装置的工作过程为：直线动力源8受外部控制并进行相应动作；以气缸为例，气缸的阀芯向外推进，从而推动中心轴1沿支撑杆10的轴向而向外伸出，中心轴1的顶端进而带动相应的设备或工件进行直线运动。在此过程中，如果没有导向连接部4及支撑杆10的导向作用，中心轴1的直线运行精度仅仅取决于气缸阀芯的运行精度；而安装导向连接部4之后，可使中心轴1的运动精度大幅提高，从而满足高精度传输的需要。 

综上所述，上述实施例所提供的直线驱动装置中，利用波纹管的动态密封特性而仅使中心轴的主要工作部分置于密闭腔室的内部空间中，而将直线驱动装置的动力部分及导向部分隔离在密闭腔室的外部，从而无论所述直线驱动装置处于静止状态还是工作运行状态，均能有效避免导向部分的润滑物污染密闭腔室内的工艺环境的问题，同时也能避免密闭腔室内的高温及真空环境对中心轴导向的精度造成不良影响的问题，从而可有效延长导向部件的使用寿命；并且，由于中心轴在运动过程中不会与导向部件发生摩擦，从而可延长中心轴及整个直线驱动装置的使用寿命；此外，在对密闭腔室抽真空时，由于中心轴与安装连接部之间没有诸如直线轴承等导向部件的干扰，因而可轻易地将波纹管与中心轴的间隙内的气体抽出，从而提高设备整体的抽气效率。 

优选地，上述直线驱动装置上还设有定位部，用以精确控制中心轴向外伸长的长度。上述定位部包括分别设置于安装连接部3和导向连接部4上的两组固定定位杆17和可调定位杆。其中，可调定位杆进一步包括可调定位螺钉18和液压缓冲器16，上述可调定位螺钉18和液压缓冲器16上设置有紧定螺母，在调节好所需高度后，旋紧该紧定螺母即可。上述定位部的工作过程具体如下：在中心轴1向外伸长的过程中，作为可调定位杆的可调定位螺钉18和液压缓冲器16随中心轴1同步移动，其中，使液压缓冲器16略高于可调定位螺钉18以使其首先接触与之对应的固定定位杆17，从而起到一定 的缓冲作用；之后，可调定位螺钉18和与之对应的固定定位杆17发生硬性接触，从而对中心轴1的直线伸长量进行精确定位。 

需要指出的是，在实际应用中，上述固定定位杆17及可调定位杆的设置位置可以互换，即在安装连接部3上设置可调定位杆，对应地，在导向连接部4上设置固定定位杆17；此外，可以仅使用可调定位螺钉18和液压缓冲器16的其中一种作为可调定位杆；另外，还可以仅设置一组固定定位杆17及可调定位杆。 

作为另一种技术方案，本发明还提供一种半导体处理设备，包括密闭腔室，在密闭腔室上设置有上述本发明提供的直线驱动装置，用以提供直线往复运动的驱动力。 

请参阅图4，为本发明提供的半导体处理设备一个具体实施例的结构示意图。该半导体处理设备具有至少一个密闭腔室20，该密闭腔室具体包括工艺腔室和/或传输腔室。其中，在密闭腔室20的至少一个侧壁上设置有上述本发明提供的直线驱动装置30，该直线驱动装置30借助其安装连接部而与密闭腔室20的腔壁进行定位并固定；在直线驱动装置30的中心轴的伸入腔室内部的端部上连接有诸如载板等的执行部件40，该执行部件40在直线驱动装置30的带动下可进行垂直或水平方向的直线运动，从而进一步带动置于其上的设备或工件同步移动。 

由于本发明提供的半导体处理设备，在其密闭腔室上设置有上述本发明提供的直线驱动装置，因此，其同样能够有效避免直线驱动装置的导向部件污染密闭腔室内环境的问题，而且具有导向精度高、使用寿命长以及易于抽真空等的优点。 

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种直线驱动装置，用于在密闭腔室中提供直线运动的驱动力，包括中心轴、安装连接部、波纹管、直线动力源以及支撑杆，其中

所述安装连接部将所述直线驱动装置固定于所述密闭腔室的外部，所述安装连接部上具有安装孔；所述中心轴的一端穿过所述安装孔而进入所述密闭腔室的内部，并可在所述密闭腔室内进行直线往复运动；所述中心轴的另一端与所述直线动力源相连接，以获得来自所述直线动力源的直线驱动力；所述波纹管套装于所述中心轴的外部，且波纹管的两端分别与所述安装孔及中心轴上的远离所述密闭腔室的端部进行密封连接，以将所述密闭腔室与波纹管外部的空间相互隔离；所述支撑杆将所述直线动力源与所述安装连接部固定连接在一起；

其特征在于，所述支撑杆的数量至少为2个且相互平行，所述中心轴上设置有导向连接部，所述导向连接部可滑动地套装在所述支撑杆的外部，所述中心轴在所述导向连接部及支撑杆的配合作用下沿所述支撑杆的轴向方向进行直线往复运动；

所述直线驱动装置还包括定位部，所述定位部包括设置于所述安装连接部和所述导向连接部其中之一上的固定定位杆，以及设置于二者中另一个上的与所述固定定位杆相对设置的可调定位杆；在所述中心轴向外伸长的过程中，所述可调定位杆和所述固定定位杆的其中之一随中心轴同步移动并在接触所述可调定位杆和所述固定定位杆的另一个后使所述中心轴停止移动。

2.根据权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，所述连接支撑杆的数量为3个。

3.根据权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，所述导向连接部上设置有直线轴承，所述直线轴承套装在所述支撑杆的外部。

4.根据权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，所述安装连接部包括连接法兰。

5.根据权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，在所述中心轴与所述直线动力源之间设置有使二者连接在一起的连接螺母。

6.根据权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，所述直线动力源为气缸、液压缸、直线电机或电动缸。

7.根据权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，所述可调定位杆包括可调定位螺钉和液压缓冲器。

8.一种半导体处理设备，包括密闭腔室，其特征在于，在所述密闭腔室上设置有权利要求1-7中任意一项所述的直线驱动装置，用以提供直线往复运动的驱动力。

9.根据权利要求8所述的半导体处理设备，其特征在于，所述密闭腔室包括工艺腔室、传输腔室。