CN104752292A - 升降针装置和半导体刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种升降针装置，包括升针，其中，所述升降针装置还包括连杆机构和具有传动杆的动力源，所述传动杆能够沿竖直方向往复移动，所述连杆机构连接在所述升针和所述传动杆之间，以带动所述升针沿竖直方向往复移动。本发明还提供一种包括所述升降针装置的半导体刻蚀设备。在本发明中，动力源带动传动杆沿竖直方向往复移动，从而带动升针沿竖直方向往复运动，连杆机构使得升针运动距离大于传动杆运动距离，因而简化了运动过程，进而缩小了设备的体积。

Description

升降针装置和半导体刻蚀设备

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种升降针装置和一种包括该升降针装置的半导体刻蚀设备。

背景技术

在很多半导体刻蚀设备（例如，LED刻蚀设备）中普遍使用升降针装置来实现晶片的取、放过程，使得整体刻蚀过程更加连贯，减少人力输出。

升降针装置固定在半导体刻蚀设备中卡盘的下方，当机械手等传输部件将托盘或晶片传至卡盘上部后，升降针装置开始工作，气缸产生动力通过连杆等连接件带动升针上升，将托盘或晶片托起至机械手上方，脱离机械手，机械手抽出腔室，旋转气缸反向旋转，使升针降下，将托盘或晶片放置在卡盘上。

图1为一种现有的升降针装置，凸轮101在旋转气缸的带动下做旋转运动，带动铰链102做圆周运动，铰链连杆103将铰链102的圆周运动转换为滑套104沿导向杆105的竖直升降运动，从而带动每根与滑套104连接的升针16沿竖直方向做升降运动。

在上述升降针装置中，由于凸轮的旋转需要由旋转气缸的旋转产生动力，而气缸旋转时占用的空间较大，因此升降针装置占用较大空间，从而使得整个半导体刻蚀设备的体积较大。

因此，如何减小升降针装置的体积成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积较小的升降针装置和一种包括该升降针装置的半导体刻蚀设备。

为了实现上述目的，作为发明的一个方面，提供一种升降针装置，该升降针装置包括升针，其中，所述升降针装置还包括连杆机构和具有传动杆的动力源，所述传动杆能够沿竖直方向往复移动，所述连杆机构连接在所述升针和所述传动杆之间，以带动所述升针沿竖直方向往复移动。

优选地，所述升降针装置还包括支撑杆，所述支撑杆的一端与所述传动杆固定连接，所述支撑杆的另一端与所述连杆机构相连。

优选地，所述连杆机构包括连杆、第一滑套铰链和固定铰链，所述第一滑套铰链包括第一铰链部和第一滑套部，所述第一铰链部铰接在所述第一滑套部上，所述连杆的一端与所述升针相连，所述连杆的另一端与所述第一铰链部连接，所述支撑杆的另一端穿过所述第一滑套部，所述连杆的中部通过所述固定铰链铰接在所述升降针装置的安装基础上。

优选地，所述连杆包括第一臂和第二臂，所述第一臂的一端与所述第一滑套部铰接，所述第一臂的另一端与所述第二臂的一端固定连接，所述第二臂的另一端与所述升针连接，所述固定铰链在所述第一臂和所述第二臂的连接处与所述连杆铰接。

优选地，所述第一臂的长度小于所述第二臂的长度。

优选地，所述第一臂和所述第二臂之间的夹角在60°至120°之间。

优选地，所述连杆机构还包括第二滑套铰链，所述第二滑套铰链包括第二铰链部和第二滑套部，所述第二铰链部铰接在所述第二滑套部上，所述第二铰链部与所述连杆的一端铰接，所述升针包括升降部和连接部，所述升降部和所述连接部相互垂直，所述连接部穿过所述第二滑套部。

优选地，所述动力源包括直线气缸，所述直线气缸的活塞杆形成为所述传动杆。

优选地，所述升降针装置还包括位置检测机构，所述位置检测机构用于检测所述升针的高度。

优选地，所述位置检测机构包括光电传感器和传感器挡片，所述传感器挡片用于接收并反射所述光电传感器发出的光束，所述光电传感器和传感器挡片中的一者固定在所述升降针装置的安装基础上，所述光电传感器和传感器挡片中的另一者能够随所述传动杆沿竖直方向往复移动。

优选地，所述传感器挡片能够随所述传动杆移动，所述光电传感器为两个，且两个所述光电传感器固定在所述安装基础的不同高度处。

优选地，所述升降针装置包括三个升针和与该三个升针一一对应的三个连杆机构，每个所述连杆机构都与所述传动杆的另一端连接。

作为本发明的另一方面，提供一种半导体刻蚀设备，所述半导体刻蚀设备包括升降针装置，其中，所述升降针装置为本发明所提供的上述升降针装置。

在本发明中，动力源带动传动杆在竖直方向上往复移动，从而带动升针沿竖直方向往复运动，连杆机构使得传动杆移动较小的距离的同时，升针移动较大距离，因而简化了运动过程，进而缩小了设备的体积；每个升针与每个连杆机构一一对应，因而使得各个升针实现独立升降，从而便于设备的维护；同时，设备结构复杂度降低，节约成本。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中的一种升降针装置结构图；

图2是本发明实施例所提供的单根升针的升降针装置结构图；

图3是本发明实施例所提供的三根升针的升降机装置结构图。

附图标记说明

101：凸轮；102：铰链；103：铰链连杆；104：滑套；105：导向杆；10：连杆机构；11：支撑杆；12：连杆；12a：第一臂；12b：第二臂；13：固定铰链；14：第一滑套铰链；14a：第一铰链部；14b：第一滑套部；15：第二滑套铰链；15a：第二铰链部；15b：第二滑套部；16：升针；16a：升降部；16b：连接部；17：动力源；17a：缸筒；17b：传动杆；18：传感器挡片；19：光电传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的一方面，如图2和图3所示，提供一种升降针装置，所述升降针装置包括升针16，其中，所述升降针装置还包括连杆机构10和具有传动杆17b的动力源17，传动杆17b可以沿竖直方向往复移动，连杆机构10连接在升针16和传动杆17b之间，以带动升针16沿竖直方向往复移动。

在本发明中，连杆机构10将传动杆17b沿竖直方向上的往复移动转换为升针16沿竖直方向上的往复移动，从而避免了不同形式的移动之间的转换（例如，避免了转动与直线移动之间的转换），从而使所述升降针装置具有更简单的结构和更小的体积，进而节约了所述升降针装置的安装空间。

在本发明中，对动力源17的具体形式并没有特殊的限定，只要动力源17的传动杆17b可以沿竖直方向往复移动即可。例如，动力源可以包括活塞缸，该活塞缸的活塞杆形成为传动杆17b。下文中还将对动力源17的具体形式作进一步的描述，这里先不赘述。

在本发明中，传动杆17b可以直接与连杆机构10相连，也可以间接与连杆机构10相连。为了便于将动力源17的动力传递给连杆机构10，优选地，动力源17与连杆机构10间接相连。具体地，本发明中所述的升降针装置还可以包括支撑杆11，支撑杆11的一端与传动杆17b固定连接，支撑杆11的另一端与连杆机构10相连。

此处所述的“固定连接”是指支撑杆11的一端与传动杆17b之间没有相对移动。固定连接可以包括不可拆卸的固定连接和可拆卸的固定连接两种形式。具体地，可以将支撑杆11的一端和传动杆17b固定焊接（不可拆卸的固定连接），从而使支撑杆11在传动杆17b的带动下沿竖直方向往复移动。或者，可以通过紧固件（例如，螺栓螺母）（可拆卸的固定连接）将支撑杆11的一端与传动杆17b固定连接。

更进一步地，为了将动力源17的竖直移动转换为升针16的竖直移动，如图2和图3所示，连杆机构10可以包括连杆12、第一滑套铰链14和固定铰链13。具体地，第一滑套铰链14包括第一铰链部14a和第一滑套部14b，第一铰链部14a铰接在第一滑套部14b上，连杆12的一端与升针16相连，连杆12的另一端与第一铰链部14a连接，支撑杆11的另一端穿过第一滑套部14b，使得第一铰链14a转动时能够带动第一滑套部14b沿支撑杆11水平移动，连杆12的中部通过固定铰链13铰接在升降针装置的安装基础上，使得连杆12能够围绕固定铰链13转动。

当传动杆17b带动支撑杆11沿竖直方向上升时，支撑杆11带动第一滑套部14b向上移动，第一滑套部14b带动第一铰链部14a向上移动。由于连杆12的中部通过固定铰链13铰接在所述升降针装置的安装基础上，因此，连杆12的另一端绕第一铰链部14a转动且上升。此时第一滑套部14b沿支撑杆11朝向传动杆17b滑动（滑动摩擦较小，使动力传动更加顺畅）。连杆12的中部铰接在升降针装置的安装基础上，形成一个杠杆机构。当连杆12的一端上升时，连杆12的另一端下降，从而带动升针16下降。

相反地，当传动杆17b带动支撑杆11沿竖直方向下降时，升针16上升。

如上文中所述，连杆12铰接在所述升降针装置的安装基础上形成为杠杆机构，具体地，如图2和图3所示，本发明中所述的连杆12还可以包括第一臂12a和第二臂12b，第一臂12a的一端与第一滑套部14b铰接，第一臂12a的另一端与第二臂12b的一端固定连接，第二臂12b的另一端与升针16连接，固定铰链13在第一臂12a和第二臂12b的连接处与连杆12铰接，使得第一臂12a与第二臂12b同时绕固定铰链13转动，第一臂12a的一端和第二臂12b的另一端沿相反方向升降。

更进一步地，本发明中所述的第一臂12a的长度可以小于第二臂12b的长度，这样可以使得在连杆12绕固定铰链13转动时，与第一滑套铰链14铰接的第一臂12a的一端移动的距离小于与升针16连接的第二臂12b的另一端移动的距离，即，传动杆17b移动较小的距离就可以使升针16上升或下降较大的距离，从而使得整个升降针装置具有较小的体积。

更进一步地，在本发明中连杆12的第一臂12a与第二臂12b之间的夹角可以在60°至120°之间，这样可以减小第一滑套铰链14和升针16之间的距离，从而减小传动杆17b和升针16之间的距离，进而缩小升降机装置的体积，节约安装空间。

如上所述，连杆机构可以将传动杆17b的沿竖直方向的往复移动传递给升针16。在本发明中，升针16可以直接与连杆12的第二臂12b的另一端相连。

为了使升针16的移动更加顺畅，更进一步地，本发明中的连杆机构10还可以包括第二滑套铰链15。具体地，如图2和图3所示，第二滑套铰链15包括第二铰链部15a和第二滑套部15b，第二铰链部15a铰接在第二滑套部15b上，第二铰链部15a与连杆12的一端铰接，升针16还可以包括升降部16a和连接部16b，升降部16a和连接部16b相互垂直，连接部16b穿过第二滑套部15b。当连杆12的一端沿竖直方向往复移动时，第二铰链部15a发生转动，同时第二滑套部15b沿连接部16b水平滑动，使得在第二铰链部15a转动时，升降部16a保持竖直。当传动杆17b沿竖直方向上升或下降时，通过第一滑套铰链14带动连杆12的另一端上升或下降，固定铰链13发生转动，使得连杆12的一端下降或上升，与连杆12的一端铰接的第二铰链部15a发生转动，同时带动第二滑套部15b在连接部16b上滑动（滑动摩擦较小，使动力传动更加顺畅）。

更进一步地，本发明中所述的动力源17可以包括直线气缸，该直线气缸的活塞杆为传动杆17b。具体地，如图2和图3所示，动力源17可以包括缸筒17a、设置在缸筒17a内的活塞以及与该活塞相连的传动杆17b。传动杆17b向下移动时，带动连杆机构10，使得升针16上升；传动杆17b向下移动时，带动连杆机构10，使得升针16下降。和现有技术中的旋转气缸通过旋转产生动力相比，所述直线气缸占用的空间较小，从而使得升降机装置具有较小的体积。

所述升针具有两个高度：第一预定高度和低于该第一预定高度的第二预定高度。当升针达到第一预定高度时，停止上升，机械手可以将升针支撑的托盘取出；当升针达到第二预定高度时，升针不再继续下降。为了检测升针的高度，优选地，本发明中所述的升降针装置还可以包括位置检测机构。此处，所述位置检测机构既可以检测升针任意位置的高度。例如，可以利用所述位置检测机构检测所述升针顶端的高度，也可以利用所述位置检测机构检测所述升针底端的高度。

本发明中对位置检测机构的具体形式不作限定，只要可以检测升针的高度即可。例如，如图2和图3中所示，所述位置检测机构可以包括光电传感器19和传感器挡片18，光电传感器19和传感器挡片18中的一者固定在所述升降针装置中的安装基础上，光电传感器19和传感器挡片18中的另一者能够随传动杆11沿竖直方向往复移动。光电传感器19的发送器发射的光束经过传感器挡片18反射，光电传感器19的接收器接收到传感器挡片18反射的光束时会输出一个控制信号，与所述接收器电连接的检测电路可以根据所述控制信号确定传感器挡片18的高度，从而确定升针16的高度。

由于光电传感器19上通常设置有为该光电传感器供电的电线，因此，优选地，可以将光电传感器19设置在安装基础上，而将挡片18设置为随传动杆移动。

优选地，为了降低装置的成本，光电传感器19可以为不包括光纤的普通光电传感器。为了简化升降针装置的电路结构，优选地，所述位置检测机构可以包括两个光电传感器19，该两个光电传感器19分别固定在所述安装基础的不同高度处（一个对应于所述升针的第一预定高度，另一个对应于所述升针的第二预定高度）。传感器挡片18可以固定在传动杆17b上或者固定在第一滑套14b上，从而可以随传动杆17b沿竖直方向往复移动。处在不同高度的两个光电传感器19的发送器均持续发射光束，当传感器挡片18达到与位置较高的光电传感器19相同的高度时，所述光束经过传感器挡片18反射，位置较高的光电传感器19的接收器接收光束时会输出一个控制信号，检测电路接收到该控制信号，从而确定升针16此时处于第二预定高度（即，较低的位置）。同样的，当传感器挡片18达到与位置较低的光电传感器19相同的高度时，所述光束经过传感器挡片18反射，位置较低的光电传感器19的接收器接收光束时会输出一个控制信号，检测电路接收到该控制信号，从而确定升针16此时处于第一预定高度（即，较高的位置），此时可以控制机械手将托盘取出。

在本发明中，所述升降针装置可以包括一个升针16和一套与该升针16对应的连杆机构10（如图2所示）。为了更稳定地支撑承载基片的托盘，所述升降针装置可以包括多个升针和与该多个升针一一对应的多套连杆机构10。

作为本发明的一种具体实施方式，本发明中的升降针装置可以包括三个升针16和与该三个升针16一一对应的三个连杆机构10，每个连杆机构10都与传动杆17b的另一端连接。当传动杆17b沿竖直方向往复移动时，带动三个连杆机构10同时沿竖直方向往复移动，从而带动三个升针16同时沿竖直方向往复移动。在本发明中，每组升针和连杆机构都是互相独立的，通过调节每个连杆机构10中间的固定铰链13在固定装置上的位置，能够调节每个升针16的位置，保证三个升针处于同一高度，从而便于升降针装置的维护。

下面结合图3描述本发明所提供的优选实施方式的具体工作方式。如图3所示，所述升降针装置包括三个升针16、与三个升针16一一对应的连杆机构和具有传动杆17b的动力源，所述动力源包括直线气缸，活塞杆作为传动杆17b沿竖直方向往复移动，所述升降针装置还包括三个支撑杆11，三个支撑杆11的一端分别与传动杆17b固定连接，另一端分别与三个连杆机构10一一对应连接，连杆机构10包括连杆12、第一滑套铰链14和固定铰链13，第一滑套铰链14包括第一铰链部14a和第一滑套部14b，第一铰链部14a铰接在第一滑套部14b上，连杆12的一端与升针16相连，连杆12的另一端与第一铰链部14a铰接，支撑杆11的另一端穿过第一滑套部14b，连杆12的中部通过固定铰链13铰接在所述升降针装置的安装基础上。连杆12包括第一臂12a和第二臂12b，第一臂12a的一端与第一铰链部12a铰接，第一臂12a的另一端与第二臂12b的一端固定连接，第二臂12b的另一端与升针16连接，固定铰链13在第一臂12a和第二臂12b的连接处与连杆12铰接，且第一臂12a的长度小于第二臂12b的长度，第一臂12a与第二臂12b之间的夹角为90°。连杆机构10还包括第二滑套铰链15，第二滑套铰链15包括第二铰链部15a和第二滑套部15b，第二铰链部15a铰接在第二滑套部15b上，第二铰链部15a与连杆12的一端铰接，升针16包括升降部16a和连接部16b，升降部16a和连接部16b相互垂直，连接部16b穿过第二滑套部15b，升降机装置还包括传感器挡片18和两个普通光电传感器19，两个光电传感器19固定在安装基础的不同高度处，传感器挡片18固定在第一滑套部14b的一端，能够随所述传动杆17b沿竖直方向往复移动。

当传动杆17b沿竖直方向上升时，带动三个支撑杆11同时上升，对于每个连杆机构10而言，支撑杆11下降带动连杆12的第一臂12a的一端上升，同时带动第一滑套铰链14上升。由于连杆12的中部通过固定铰链13铰接在所述升降机装置的安装基础上，因此，第一臂12a的一端绕第一铰链部14a转动且上升，同时第一滑套部14b沿支撑杆11朝向传动杆17b滑动。第一臂12a的另一端与第二臂12b的一端绕固定铰链13转动，第二臂12b的另一端下降，同时绕第二铰链部15a转动，第二滑套部15b沿连接部16b远离升降部16a水平移动，进而使得升降部16a沿竖直方向下降。两个光电传感器19持续发射光束，当升针16下降至第二预定高度时，传感器挡片18达到与处于较低位置的光电传感器19相同的高度，处于较低位置的光电传感器19的发送器发射的光线被传感器挡片18反射，处于较低位置的光电传感器19的接收器接收光束时会输出一个控制信号，与处于较低位置的光电传感器19的接收器电连接的检测电路根据所述控制信号确定升针16下降至第二预定高度，从而将托盘放在卡盘上。相反的，当传动杆17b沿竖直方向下降时，升针16上升，处于较高位置的光电传感器19的检测电路根据控制信号，确定升针16与达到第一预定位置，从而托起托盘。

上述实施方式中，体积较小的直线气缸带动传动杆17b在竖直方向上往复移动，从而带动升针16沿竖直方向往复运动，连杆机构10使得升针16运动距离大于传动杆17b运动距离，缩小了升降针装置的体积；每个升针16与每个连杆机构10一一对应，因而使得各个升针16实现独立升降，从而便于设备的维护；同时，铰接部分采用结构简单的固定铰链13、第一滑套铰链14和第二滑套铰链15进行连接，设备结构复杂度降低，节约成本。

作为本发明的另一个方面，提供一种半导体刻蚀设备，该半导体刻蚀设备包括升降机装置，其中，所述升降针装置为本发明中所提供的升降针装置。升降针装置固定在半导体刻蚀设备中卡盘的下方，当机械手等传输部件将托盘或晶片传入卡盘上部后，升降针装置开始工作，传动杆下降带动三个升针上升，将托盘或晶片托起至机械手上方，脱离机械手，传动杆上升带动三个升针下降，将托盘或晶片放置在卡盘上。

在所述半导体刻蚀设备中，升降针装置体积较小，结构简单且成本较低从而使得半导体刻蚀设备具有较小的体积，便于维护且成本较低。

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 (13)

1.一种升降针装置，所述升降针装置包括升针，其特征在于，所述升降针装置还包括连杆机构和具有传动杆的动力源，所述传动杆能够沿竖直方向往复移动，所述连杆机构连接在所述升针和所述传动杆之间，以带动所述升针沿竖直方向往复移动。

2.根据权利要求1所述的升降针装置，其特征在于，所述升降针装置包括支撑杆，所述支撑杆的一端与所述传动杆固定连接，所述支撑杆的另一端与所述连杆机构相连。

3.根据权利要求2所述的升降针装置，其特征在于，所述连杆机构包括连杆、第一滑套铰链和固定铰链，所述第一滑套铰链包括第一铰链部和第一滑套部，所述第一铰链部铰接在所述第一滑套部上，所述连杆的一端与所述升针相连，所述连杆的另一端与所述第一铰链部连接，所述支撑杆的另一端穿过所述第一滑套部，所述连杆的中部通过所述固定铰链铰接在所述升降针装置的安装基础上。

4.根据权利要求3所述的升降针装置，其特征在于，所述连杆包括第一臂和第二臂，所述第一臂的一端与所述第一滑套铰接，所述第一臂的另一端与所述第二臂的一端固定连接，所述第二臂的另一端与所述升针连接，所述固定铰链在所述第一臂和所述第二臂的连接处与所述连杆铰接。

5.根据权利要求4所述的升降针装置，其特征在于，所述第一臂的长度小于所述第二臂的长度。

6.根据权利要求4所述的升降针装置，其特征在于，所述第一臂和所述第二臂之间的夹角在60°至120°之间。

7.根据权利要求3至6中任意一项所述的升降针装置，其特征在于，所述连杆机构还包括第二滑套铰链，所述第二滑套铰链包括第二铰链部和第二滑套部，所述第二铰链部铰接在所述第二滑套部上，所述第二铰链部与所述连杆的一端铰接，所述升针包括升降部和连接部，所述升降部和所述连接部相互垂直，所述连接部穿过所述第二滑套部。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的升降针装置，其特征在于，所述动力源包括直线气缸，所述直线气缸的活塞杆形成为所述传动杆。

9.根据权利要求1至6中任意一项所述的升降针装置，其特征在于，所述升降针装置还包括位置检测机构，所述位置检测机构用于检测所述升针的高度。

10.根据权利要求9所述的升降针装置，其特征在于，所述位置检测机构包括光电传感器和传感器挡片，所述传感器挡片用于接收并反射所述光电传感器发出的光束，所述光电传感器和传感器挡片中的一者固定在所述升降针装置的安装基础上，所述光电传感器和传感器挡片中的另一者能够随所述传动杆沿竖直方向往复移动。

11.根据权利要求10所述的升降针装置，其特征在于，所述传感器挡片能够随所述传动杆移动，所述光电传感器为两个，且两个所述光电传感器固定在所述安装基础的不同高度处。

12.根据权利要求1至6中任意一项所述的升降针装置，其特征在于，所述升降针装置包括三个升针和与该三个升针一一对应的三个连杆机构，每个所述连杆机构都与所述传动杆的另一端连接。

13.一种半导体刻蚀设备，所述半导体刻蚀设备包括升降针装置，其特征在于，所述升降针装置为权利要求1至12中任意一项所述的升降针装置。