CN104140062A - 一种片盒垂直升降装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种片盒垂直升降装置，包括：安装法兰、升降波纹管、升降套筒、连接件和竖直安装的直线电机；所述升降波纹管的上端与片盒连接，所述升降波纹管的下端与所述安装法兰连接；所述升降套筒的上端与所述升降波纹管相连，所述升降套筒的下端与所述连接件相连，所述直线电机与所述连接件相连；所述直线电机驱动所述连接件沿竖直方向做直线运动，所述连接件推动所述升降套筒带动所述升降波纹管运动，进而带动所述片盒沿竖直方向上升或下降。本发明一方面简化了整个升降装置驱动部分的机构，便于拆装，方便维护；另一方面还可以消除中间环节所带来的各种定位误差，提高了装置的定位精度。

Description

一种片盒垂直升降装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种片盒垂直升降装置。

背景技术

在半导体的制备工艺中，需要处理的晶片需要从大气环境中逐步传送到反应腔室中进行工艺处理，比如刻蚀工艺、物理气象沉积等。

如图1所示，给出了半导体设备传输系统示意图，包括片盒垂直升降装置(VCE)、片盒(Cassette)、传输腔和反应腔，传输腔中含有一个真空机械手，其作用是在片盒和反应腔之间传送晶片。片盒垂直升降装置处于整个传输系统的前端，主要作用是通过传动装置推动片盒在竖直方向做直线运动，从而可以在保持机械手高度不变的情况下，可以只通过升降片盒来实现在同一位置取片盒(Cassette)里的任意晶片，方便传输腔中的真空机械手从片盒中取晶片。

目前，片盒垂直升降装置多采用普通的步进电机或者伺服电机进行驱动，通过带轮和丝杠螺母等结构将电机旋转运动转换为需求的竖直直线运动，从而驱动升降片盒上下运动。

目前，片盒垂直升降装置多采用普通的步进电机或者伺服电机进行驱动，如图2所示，给出了采用伺服电机驱动的片盒垂直升降装置的示意图。

该片盒垂直升降装置包括安装法兰101、升降波纹管102、托盘103，片盒定位板104、升降套筒105、伺服电机109、皮带110、带轮111、丝杠螺母108、弹性连接件107、直线导轨滑块112、套筒连接块106和电机制动器113。

整个升降装置通过安装法兰101与装载腔密封连接，为整个系统提供支撑，装载腔内部为真空，升降装置将推动片盒定位板104在竖直方向上升或下降，上升到某个高度时，真空机械手从片盒中取出晶片，传递到反应腔。升降波纹管102的下端与安装法兰101密封连接，上端通过托盘103与片盒定位板104连接，升降套筒105与升降波纹管102上端连接，电机制动器113的作用是抱死装置，在电机断电使丝杠螺母机构抱死。

该垂直升降装置的具体的运动过程为：伺服电机109通过皮带110和带轮111带动丝杠螺母108做旋转运动，丝杠螺母108推动弹性连接件107(由多个部件装配合成)，从而驱动与直线导轨滑块112装配在一起的套筒连接块106沿直线导轨在竖直方向做直线运动，最后实现升降套筒105推动托盘103做垂直升降运动。

在整个装置中，通过上下两个机械限位开关和限位块对装置的上下极限位置进行保护，而且上下两端都有光电传感器来检测装置开始进入晶片传输位置和超出晶片的传输位置。通过光电码盘实现伺服电机的反馈控制。上述片盒垂直升降装置存在的问题是：

1、装置较为复杂，需要采用皮带传动、丝杠螺母以及直线导轨配合使用，装配过程较为繁琐，并且结构拆装维护不方便；

2、对零件的装配精度要求较高，丝杠螺母与弹性连接件装配时对弹性连接件的中性度要求较高；

3、由于传动级数较多，各级传动中会带来误差，导致装置的定位精度较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种片盒垂直升降装置，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种片盒垂直升降装置，包括：

安装法兰、升降波纹管、升降套筒、连接件和竖直安装的直线电机；

所述升降波纹管的上端与片盒连接，所述升降波纹管的下端与所述安装法兰连接；

所述升降套筒的上端与所述升降波纹管相连，所述升降套筒的下端与所述连接件相连，所述直线电机与所述连接件相连；

所述直线电机驱动所述连接件沿竖直方向做直线运动，所述连接件推动所述升降套筒带动所述升降波纹管运动，进而带动所述片盒沿竖直方向上升或下降。

优选地，所述连接件的第一侧面设置上设置有第一螺纹孔，所述连接件和所述直线电机通过第一螺纹孔上的螺栓相连。

优选地，所述升降套筒通过套筒连接块与所述连接件连接，所述连接件的第二侧面上设置有第二螺纹孔，所述连接件和所述套筒连接块通过所述第二螺纹孔上的螺栓相连。

优选地，所述装置还包括，竖直安装的直线导轨。

优选地，所述套筒连接块与所述直线导轨的滑块连接，所述升降套筒运动时，推动所述套筒连接块所连接的滑块沿直线导轨做竖直方向的直线运动。

优选地，所述连接件为采用45钢加工的柔性连接件。

优选地，所述升降波纹管的上端通过托盘与片盒的定位板连接。

优选地，所述装置还包括位于所述连接件的正下方的位移传感器，用于测量所述连接件在竖直方向的位移。

优选地，所述装置还包括，位于所述装置竖直方向上端的上限位开关触发件和上限位开关，当所述升降套筒在竖直方向运动到上极限位置时，所述上限位开关触发件触发所述上限位开关控制所述升降套筒停止运动；

所述装置还包括，与所述连接件相连的下限位开关触发件和位于所述装置竖直方向下端的下限位开关，当所述连接件在竖直方向运动到下极限位置时，所述下限位开关触发件触发所述下限位开关控制所述连接件停止运动。

优选地，所述连接件的第三侧面上设置有第一凹槽，所述第一凹槽的表面设置有第三螺纹孔，所述下限位开关触发件与所述连接件通过所述第三螺纹孔上的螺栓连接；

所述连接件的第二侧面设置有第二凹槽，以减轻所述连接件的重量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例提供了一种片盒垂直升降装置，包括安装法兰、升降波纹管、升降套筒、连接件和竖直安装的直线电机，所述升降波纹管的上端与片盒连接，所述升降波纹管的下端与所述安装法兰连接；所述升降套筒的上端与升降波纹管相连，所述升降套筒的下端与连接件相连，所述直线电机与所述连接件相连；所述直线电机驱动所述连接件沿竖直方向做直线运动，所述连接件推动所述升降套筒带动升降波纹管运动，进而带动所述片盒沿竖直方向上升或下降。

相比于背景技术，通过直线电机驱动片盒升降，实现直接传动，减少了传动链级数，基本实现了“零级传动”，一方面简化了整个升降装置驱动部分的机构，便于拆装，方便维护；另一方面还可以消除中间环节所带来的各种定位误差，提高了装置的定位精度；并且，由于直线电机机械摩擦损耗几乎为零，因此故障少，工作安全可靠，寿命长。

并且，本发明实施例使用简单的柔性连接件代替需要多个部件装配成的弹性连接件，无需组装，不仅减少了装配和维护的工作，由于结构稳定，还可以更好的保证连接件沿直线运动。

附图说明

图1是半导体设备传输系统示意图；

图2是背景技术中片盒垂直升降装置的示意图；

图3是本发明实施例一种片盒垂直升降装置示意图；

图4是本发明实施例一种片盒垂直升降装置剖面示意图；

图5是本发明实施例中连接件的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

针对背景技术中垂直升降装置所存在的结构较为复杂、安装繁琐、不便拆装维护、安装精度要求较高以及定位精度较低的问题，本发明实施例给出了一种新的垂直升降装置，其核心构思之一在于，通过直线电机驱动片盒升降，减少了传动链级数，基本实现了“零级传动”；使用简单的柔性结构代替需要多个部件装配成的弹性连接件，从而简化了片盒垂直升降装置的结构，便于安装和维护；由于直线电机具有很好的定位精度，可以提高片盒升降装置的定位精度。

本发明的片盒垂直升降装置具体可以包括：

安装法兰、升降波纹管、升降套筒、连接件和竖直安装的直线电机；

所述升降波纹管的上端与片盒连接，所述升降波纹管的下端与所述安装法兰连接；

所述升降套筒的上端与所述升降波纹管相连，所述升降套筒的下端与所述连接件相连，所述直线电机与所述连接件相连；

所述直线电机驱动所述连接件沿竖直方向做直线运动，所述连接件推动所述升降套筒带动所述升降波纹管运动，进而带动所述片盒沿竖直方向上升或下降。

本发明的片盒垂直升降装置采用直线电机作为驱动，直线电机又称线性马达。把传统旋转电机沿轴线方向切开后，将旋转电机的初级展开作为直线电机的定子，次级线圈通电后在电磁力的作用下沿着初级做直线运动，称为直线电机转子。

本发明的片盒垂直升降装置的设计原理为，片盒垂直升降装置包括安装法兰、升降波纹管，升降波纹管的上端与片盒相连，升降波纹管的下端与安装法兰连接，从而进一步与装载腔密封相连时，可以使整个装置更为稳固，该片盒垂直升降装置通过升降波纹管推动片盒，通过升降装置内的结构来推动升降波纹管运动。

具体而言，升降装置内包括升降套筒、连接件和竖直安装的直线电机。连接顺序依次为：升降套筒的上端与升降波纹管相连，升降套筒的下端与连接件相连，连接件与直线电机相连。

采用该结构推动升降波纹管运动的过程为：直线电机开动后，驱动连接件在竖直方向运动，连接件带动与之相连的升降套筒运动，升降套筒进一步带动与之相连的升降波纹管运动，连接件、升降套筒和升降波纹管均是沿竖直方向做直线运动，升降波纹管推动片盒也沿竖直方向做直线运动。

由于直线电机作为一种传动装置，能够将电能直接转换成直线运动机械能，实现直接传动，不需要任何中间转换机构，取消了从电动机到工作台之间的一切机械中间传动环节，实现了“零传动”，可以消除中间环节所带来的各种定位误差，因此在简化了装置驱动部分复杂度的同时，还可以提高装置的定位精度。

由于直线电机可以实现无接触传递力，因此机械摩擦损耗几乎为零，可以避免丝杠螺母传动中的反向间隙、惯性、摩擦力和刚性不足缺点，所以本发明的片盒垂直升降装置故障少，工作安全可靠，寿命长。此外，直线电机还具有速度性能好、动作灵敏、自锁性能好、噪音低等优点。

背景技术的连接件是由多个片状部件和螺钉装配而成，装配比较麻烦，且对装配的精度要求较高。在本发明的一种优选实施例中，连接件可以为采用45钢加工的柔性连接件，结构简单，一次整体成型，无需组装，不仅减少了装配和维护的工作，由于结构稳定，还可以更好的保证连接件只受竖直方向力的作用，不受弯矩，更好的保证了连接件沿直线运动。

在本发明的一种优选实施例中，所述连接件的第一侧面设置上可以设置有第一螺纹孔，所述连接件和所述直线电机通过第一螺纹孔上的螺栓相连，当直线电机上下运动时，可以带动连接件上下运动。

在本发明的一种优选实施例中，所述升降套筒通过套筒连接块与所述连接件连接。具体而言，在连接件的第二侧面上可以设置有第二螺纹孔，连接件和套筒连接块通过第二螺纹孔上的螺栓相连。

如此，直线电机上下运动时，可以带动连接件上下运动，从而进一步推动套筒连接块上下运动。

进一步，所述装置内还可以设置有直线导轨，直线导轨与直线电机沿竖直方向平行安装，直接导轨上设置有可以沿直线导轨方向运动的滑块。将套筒连接块与直线导轨的滑块连接，从而使得升降套筒运动时，推动与升降套筒连接的套筒连接块运动，带动与套筒连接块连接的滑块运动，由于滑块运动时沿直线导轨做竖直方向的直线运动，因而可以进一步保证升降套筒的运动方向更加稳定。

在本发明的一种优选实施例中，升降波纹管的上端可以通过托盘与片盒的定位板连接。

本发明优选实施例的垂直升降装置还可以包括位于连接件的正下方的位移传感器，位移传感器可以用于测量所述连接件在竖直方向的位移，从而可以控制直线电机的启动和停止，实现直线电机点动、间隔动作以及不同运动精度的要求。

本发明优选实施例的垂直升降装置还可以包括，位于所述装置竖直方向上端的上限位开关触发件和上限位开关，当所述升降套筒在竖直方向运动到上极限位置时，所述上限位开关触发件触发所述上限位开关控制所述升降套筒停止运动，从而对所述装置的上极限位置进行保护。

本发明优选实施例的垂直升降装置还可以包括，与所述连接件相连的下限位开关触发件和位于所述装置竖直方向下端的下限位开关，当所述连接件在竖直方向运动到下极限位置时，所述下限位开关触发件触发所述下限位开关控制所述连接件停止运动，从而对所述装置的下极限位置进行保护。

本发明优选实施例的垂直升降装置还可以包括位于所述装置两端的光电传感器，用于检测晶片开始进入传输的位置和已经超出晶片的传输位置。

参考图3和图4，图3示出了本发明实施例一种片盒垂直升降装置示意图，图4示出了本发明实施例一种片盒垂直升降装置剖面示意图，该片盒垂直升降装置具体可以包括：

位于顶端的安装法兰201、升降波纹管202、升降套筒205、套筒连接块209、连接件207和竖直安装的直线电机206、直线导轨208和位移传感器210；

升降波纹管202的上端与托盘204密封连接，并通过托盘204与片盒定位板203连接；升降波纹管202的下端与安装法兰201与装载腔密封相连；

其中，升降套筒205的上端与升降波纹管202相连，升降套筒205的下端通过套筒连接块209与连接件207相连；

直线电机206与直线导轨208对称平行，沿竖直方向安装。

直线电机206通过螺钉与连接件207相连；

套筒连接块209与直线导轨208的滑块固定连接；

直线电机206驱动连接件207沿竖直方向做直线运动，连接件207推动升降套筒205运动，升降套筒205运动时，推动套筒连接块209所连接的滑块沿直线导轨208做竖直方向的直线运动，进而带动升降波纹管202运动，进而带动片盒定位板203沿竖直方向上升或下降。

位移传感器210安装在整个装置的下端中心位置，正好位于连接件207的正下方，用于测量连接件207在竖直方向的位移。

其中，212为位移传感器固定件，用于固定位移传感器，下限位开关触发件211与连接件207相连，用于在连接件207运动到下极限位置时触发下限位开关，下限位开关被触发时通知直线电机206停止运动。下限位开关位于下限位开关触发件211和位移传感器210之间，或是和位移传感器210位于同一平面上。

所述装置还可以包括上限位开关触发件213，上限位开关触发件213和上限位开关214连接，上限位开关214与安装法兰201连接，上限位开关触发件213用于在升降套筒205在竖直方向运动到上极限位置时触发上限位开关214，上限位开关214被触发时通知直线电机206停止运动。

所述装置还可以包括上极限位保护件215，上极限位保护件215用于对上极限位置进行保护，当升降套筒205运动到上极限位置，但上限位开关触发件213和上限位开关214没有阻止升降套筒205继续运动时，阻止升降套筒205继续运动，从而对上极限位置进行保护。

参考图5，示出了本发明实施例连接件的示意图。

在连接件207的第一侧面上设置有第一螺纹孔2071，连接件207和直线电机206通过第一螺纹孔2071上的螺栓连接，优选地，如图所示，在本发明实施例中，在连接件207上设置有六个第一螺纹孔2071。

连接件207的第二侧面上设置有第二螺纹孔2072，连接件207和套筒连接块209通过第二螺纹孔2072上的螺栓连接，优选地，如图所示，在本发明实施例中，在连接件207上设置有四个第二螺纹孔2072。

如此，直线电机206上下运动时，可以带动连接件207上下运动，从而进一步推动套筒连接块209上下运动。

优选地，在本发明实施例中，在连接件207的第三侧面可以设置有第一凹槽2073，用于安装下限位开关触发件211，当所述连接件在竖直方向运动到下极限位置时，下限位开关触发件211会触发下限位开关，以进一步控制连接件207停止运动，对所述装置的下极限位置进行保护，如图所示第一凹槽2073为长方体的形状。

优选地，第一凹槽2073的表面可以设置有第三螺纹孔2074，下限位开关触发件211和连接件207通过第三螺纹孔2074上的螺栓连接，优选地，如图所示，在本发明实施例中，在连接件207上设置有两个第三螺纹孔2074。

优选地，在本发明实施例中，在第二螺纹孔2072所在的第二侧面可以进一步设置第二凹槽2075，以减轻连接件207的重量，如图所示，第二凹槽2075为圆柱形凹槽。

综上所述，本发明实施例提供了一种片盒垂直升降装置，包括安装法兰、升降波纹管、升降套筒、连接件和竖直安装的直线电机，与所述升降波纹管的上端与片盒连接，所述升降波纹管的下端与所述安装法兰连接；所述升降套筒的上端与升降波纹管相连，所述升降套筒的下端与连接件相连，所述直线电机与所述连接件相连；所述直线电机驱动所述连接件沿竖直方向做直线运动，所述连接件推动所述升降套筒带动升降波纹管运动，进而带动所述片盒沿竖直方向上升或下降。

相比于背景技术，通过直线电机驱动片盒升降，实现直接传动，减少了传动链级数，基本实现了“零级传动”，一方面简化了整个升降装置驱动部分的机构，便于拆装，方便维护；另一方面还可以消除中间环节所带来的各种定位误差，提高了装置的定位精度；并且，由于直线电机机械摩擦损耗几乎为零，因此故障少，工作安全可靠，寿命长。

并且，本发明实施例使用简单的柔性连接件代替需要多个部件装配成的弹性连接件，无需组装，不仅减少了装配和维护的工作，由于结构稳定，还可以更好的保证连接件沿直线运动。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种片盒垂直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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种片盒垂直升降装置，其特征在于，包括：

安装法兰、升降波纹管、升降套筒、连接件和竖直安装的直线电机；

所述升降波纹管的上端与片盒连接，所述升降波纹管的下端与所述安装法兰连接；

所述升降套筒的上端与所述升降波纹管相连，所述升降套筒的下端与所述连接件相连，所述直线电机与所述连接件相连；

所述直线电机驱动所述连接件沿竖直方向做直线运动，所述连接件推动所述升降套筒带动所述升降波纹管运动，进而带动所述片盒沿竖直方向上升或下降。

2.根据权利要求1所述的片盒垂直升降装置，其特征在于，所述连接件的第一侧面设置上设置有第一螺纹孔，所述连接件和所述直线电机通过第一螺纹孔上的螺栓相连。

3.根据权利要求1所述的片盒垂直升降装置，其特征在于，所述升降套筒通过套筒连接块与所述连接件连接，所述连接件的第二侧面上设置有第二螺纹孔，所述连接件和所述套筒连接块通过所述第二螺纹孔上的螺栓相连。

4.根据权利要求3所述的片盒垂直升降装置，其特征在于，所述装置还包括，竖直安装的直线导轨。

5.根据权利要求4所述的片盒垂直升降装置，其特征在于，所述套筒连接块与所述直线导轨的滑块连接，所述升降套筒运动时，推动所述套筒连接块所连接的滑块沿直线导轨做竖直方向的直线运动。

6.根据权利要求1所述的片盒垂直升降装置，其特征在于，所述连接件为采用45钢加工的柔性连接件。

7.根据权利要求1所述的片盒垂直升降装置，其特征在于，所述升降波纹管的上端通过托盘与片盒的定位板连接。

8.根据权利要求1所述的片盒垂直升降装置，其特征在于，所述装置还包括位于所述连接件的正下方的位移传感器，用于测量所述连接件在竖直方向的位移。

9.根据权利要求1所述的片盒垂直升降装置，其特征在于，所述装置还包括，位于所述装置竖直方向上端的上限位开关触发件和上限位开关，当所述升降套筒在竖直方向运动到上极限位置时，所述上限位开关触发件触发所述上限位开关控制所述升降套筒停止运动；

所述装置还包括，与所述连接件相连的下限位开关触发件和位于所述装置竖直方向下端的下限位开关，当所述连接件在竖直方向运动到下极限位置时，所述下限位开关触发件触发所述下限位开关控制所述连接件停止运动。

10.根据权利要求9所述的片盒垂直升降装置，其特征在于，所述连接件的第三侧面上设置有第一凹槽，所述第一凹槽的表面设置有第三螺纹孔，所述下限位开关触发件与所述连接件通过所述第三螺纹孔上的螺栓连接；

所述连接件的第二侧面设置有第二凹槽，以减轻所述连接件的重量。

。