CN105575860B - 托盘的旋转连接组件以及应用其的反应腔室 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种托盘的旋转连接组件以及应用其的反应腔室，包括分别固定在托盘底部中心位置和旋转轴顶部的第一连接件和第二连接件，二者相互配合的两个配合面中的每一个配合面包括至少两个斜面，以及数量与该斜面相同的定位面，斜面和定位面沿旋转轴的周向相间排列，形成一个环形曲折面；其中，每个斜面沿旋转轴的周向呈圆柱螺旋状向下倾斜；每个定位面沿旋转轴的径向延伸，且第一连接件的配合面中的各个定位面一一对应地与第二连接件的配合面中的各个定位面相对。本发明提供的托盘的旋转连接组件，其不仅可以降低安装难度，提高安装效率，而且还可以保证托盘旋转的精确度，从而可以提高机械手的取放片操作成功率和工艺结果。

Description

托盘的旋转连接组件以及应用其的反应腔室

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种托盘的旋转连接组件以及应用其的反应腔室。

背景技术

在集成电路、半导体照明和功率器件等的领域，通常都会使用诸如等离子体刻蚀设备(ETCH)、物理气相沉积(PVD)设备或者化学气相沉积(CVD)设备等的高端工艺设备。典型的高端工艺设备主要包括装卸载系统、温控系统、反应腔系统、气体输运系统和源材料供应系统。其中，装卸载系统和反应腔系统是决定整台设备的工作效率和良品率的关键部分。

例如，在进行工艺和传输晶片的过程中，通常需要使承载晶片的托盘旋转，以使晶片位于指定位置进行相应的工艺或者取放片操作，在这种情况下，能否避免托盘在旋转过程中产生定位误差是影响取放片稳定性以及晶片表面工艺性的重要因素之一。旋转连接组件用于连接托盘与旋转电机，该旋转连接组件的结构设计对避免托盘的定位误差起着至关重要的作用。

图1为现有的旋转连接组件的剖视图。如图1所示，旋转连接组件包括第一连接件1和第二连接件2。其中，第一连接件1固定在托盘3的底部中心位置处，其具体结构如图2A所示，第一连接件1具有内八边形的中心孔11；第二连接件2固定在旋转轴4上，旋转轴4与旋转电机连接。第二连接件2具体结构如图2B所示，其具有外八边形的轴部21，该轴部21套设在中心孔11内，且二者相互配合，从而实现托盘3与旋转轴4对中。在将托盘3安装在反应腔室10内时，首先将装有第一连接件1的托盘3放入反应腔室10中的预设位置处；然后将装有第二连接件2的旋转轴4自反应腔室10的底部伸入反应腔室10，并支撑托盘3，同时使其外八边形的轴部21与旋转连接件1的中心孔11相配合，从而实现在旋转电机的驱动下，旋转轴4能够带动托盘3旋转。

上述旋转连接组件在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，在将托盘3和旋转轴4装配在一起的过程中，安装人员仅能凭感觉伸入和转动旋转轴4，来使其轴部21与旋转连接件1的中心孔11相配合，安装难度较大，且安装效率较低。

其二，为了保证安装，轴部21与中心孔11之间势必会存在间隙，这在托盘启停过程中，往往会影响托盘旋转的精确度，产生定位误差，从而不仅造成机械手的取放片操作成功率降低，而且还会影响工艺结果。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种托盘的旋转连接组件以及应用其的反应腔室，其不仅可以降低安装难度，提高安装效率，而且还可以保证托盘旋转的精确度，从而可以提高机械手的取放片操作成功率和工艺结果。

为实现本发明的目的而提供一种托盘的旋转连接组件，包括固定在所述托盘底部中心位置的第一连接件，和固定在用于带动所述托盘旋转的旋转轴顶部的第二连接件，二者相互配合，以实现所述托盘与所述旋转轴的连接和对中，所述第一连接件和第二连接件相互配合的两个配合面中的每一个配合面包括至少两个斜面，以及数量与所述斜面相同的定位面，所述斜面和定位面沿所述旋转轴的周向相间排列，形成一个环形曲折面；其中，每个斜面沿所述旋转轴的周向呈圆柱螺旋状向下倾斜；每个定位面沿所述旋转轴的径向延伸，且所述第一连接件的配合面中的各个定位面一一对应地与第二连接件的配合面中的各个定位面相对。

优选的，在所述第一连接件的底部，且位于所述环形曲折面的内侧设置有中心孔，且所述环形曲折面相对于所述中心孔的底端突出；在所述第二连接件的顶部，且位于所述环形曲折面的内侧设置有中心轴，所述中心轴相对于所述环形曲折面的顶端突出；所述中心孔与所述中心轴相互配合。

优选的，所述中心轴的顶端端面包括锥面，所述锥面的轴线与所述旋转轴的轴线同轴。

优选的，在所述第二连接件的顶部，且位于所述环形曲折面的内侧设置有中心孔，且所述环形曲折面相对于所述中心孔的顶端突出；在所述第一连接件的底部，且位于所述环形曲折面的内侧设置有中心轴，所述中心轴相对于所述环形曲折面的底端突出；所述中心孔与所述中心轴相互配合。

优选的，所述中心轴的底端端面包括锥面，所述锥面的轴线与所述旋转轴的轴线同轴。

优选的，每个斜面沿与所述旋转轴一个指定旋转方向相反的方向呈圆柱螺旋状向下倾斜；并且，所述第二连接件的配合面中的各个定位面的朝向与所述指定旋转方向的切线分矢量一致。

优选的，所述斜面的倾角与摩擦系数之间的函数关系为：

tanα＞μ

其中，α为所述斜面的倾角；μ为所述斜面的摩擦系数。

优选的，所述斜面的倾角的取值范围在15°～60°。

优选的，所述斜面的摩擦系数为0.2～1。

优选的，在所述斜面上设置有润滑涂层，用以减小所述斜面的摩擦系数。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，在所述反应腔室内设置有用于承载被加工工件的托盘，用于带动所述托盘旋转的旋转轴以及用于连接二者的旋转连接组件，所述旋转连接组件采用了本发明提供的上述旋转连接组件。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的托盘的旋转连接组件，其第一连接件和第二连接件相互配合的两个配合面中的每一个配合面包括至少两个斜面以及数量与该斜面相同的定位面。斜面和定位面沿旋转轴的周向相间排列形成一个环形曲折面，其中，每个斜面沿旋转轴的周向呈圆柱螺旋状向下倾斜；每个定位面沿旋转轴的径向延伸，且第一连接件的配合面中的各个定位面一一对应地与第二连接件的配合面中的各个定位面相对。这样，在托盘和旋转轴的装配过程中，第一连接件的配合面中的各个斜面一一对应地沿第二连接件的配合面中的各个斜面转动下滑，直至第一连接件的配合面中的各个定位面一一对应地与第二连接件的配合面中的各个定位面相互贴合，而且在托盘的重力作用下，第一连接件的配合面中的各个斜面始终具有沿第二连接件的配合面中的各个斜面转动下滑的趋势，从而可以使两个配合面的各个定位面之间始终具有使二者紧密贴合的接触力，而不会出现产生配合间隙的情况，进而可以保证托盘旋转的精确度，提高机械手的取放片操作成功率和工艺结果。此外，无论第一连接件和第二连接件以何种角度接触，最终都会借助两个配合面的各个斜面之间的相对转动，使两个配合面的各个定位面紧密贴合，从而无需安装人员手动操作，就可以自动完成托盘与旋转轴的连接和对中，进而可以降低安装难度和对安装人员的要求，提高安装效率。

本发明提供的反应腔室，其通过采用本发明提供的上述托盘的旋转连接组件，不仅可以降低安装难度，提高安装效率，而且还可以保证托盘旋转的精确度，从而可以提高机械手的取放片操作成功率和工艺结果。

附图说明

图1为现有的旋转连接组件的剖视图；

图2A为现有的旋转连接组件所采用的第一连接件的结构示意图；

图2B为现有的旋转连接组件所采用的第二连接件的结构示意图；

图3A为本发明实施例提供的托盘的旋转连接组件的剖视图；

图3B为本发明实施例提供的托盘的旋转连接组件所采用的第一连接件的结构示意图；

图3C为本发明实施例提供的托盘的旋转连接组件所采用的第二连接件的结构示意图；

图4A为图3B中第一连接件的配合面在旋转轴的径向截面上的正投影图；

图4B为图3B中第一连接件的配合面在旋转轴的圆周面上的正投影展开图；

图5A为本发明实施例提供的托盘的旋转连接组件所采用的第一连接件和第二连接件在相互配合过程的结构示意图；

图5B为本发明实施例提供的托盘的旋转连接组件所采用的第一连接件和第二连接件的配合面完全贴合时，在旋转轴的圆周面上的正投影展开图；

图6为斜面倾角与摩擦系数的理论模型的示意图；以及

图7为旋转轴一个指定旋转方向的分解示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的托盘的旋转连接组件以及应用其的反应腔室进行详细描述。

图3A为本发明实施例提供的旋转连接组件的剖视图。请参阅图3A，托盘的旋转连接组件8包括第一连接件81和第二连接件82。其中，第一连接件81固定在托盘6底部的中心位置处；第二连接件82固定在旋转轴7顶部，第一连接件81和第二连接件82相互配合，以实现托盘6与旋转轴7的连接和对中，并且，旋转轴7与旋转电机(图中未示出)连接，用于通过旋转连接组件8带动托盘6旋转，从而使由托盘6承载的被加工工件能够位于指定位置。在托盘6和旋转轴7的装配过程中，首先将装有第一连接件81的托盘6放入反应腔室5中的预设位置处；然后将装有第二连接件82的旋转轴7自反应腔室5的底部伸入反应腔室5，并托起托盘6。在旋转轴7托起托盘6的过程中，第一连接件81和第二连接件82通过相互配合，而自动实现托盘6与旋转轴7的连接和对中。

下面对第一连接件81和第二连接件82的配合部分的结构进行详细描述。具体地，图3B为本发明实施例提供的托盘的旋转连接组件所采用的第一连接件的结构示意图。图3C为本发明实施例提供的托盘的旋转连接组件所采用的第二连接件的结构示意图。请一并参阅图3B和图3C，第一连接件81和第二连接件82相互配合的两个配合面中的每一个配合面包括至少两个斜面，以及数量与该斜面相同的定位面，每个斜面沿旋转轴7的周向呈圆柱螺旋状向下倾斜；每个定位面沿旋转轴7的径向延伸，且第一连接件81的配合面中的各个定位面一一对应地与第二连接件82的配合面中的各个定位面相对。

进一步说，第一连接件81的配合面包括四个斜面812和四个定位面813，第二连接件82的配合面包括四个斜面822和四个定位面823。其中，对于第一连接件81，四个斜面812和四个定位面813沿旋转轴7的周向相间排列，形成一个环形曲折面，该环形曲折面的具体结构如图4A和图4B所示，该环形曲折面在旋转轴7的径向截面上的正投影形状为一个完整的圆环面，如图4A所示。当将旋转轴7的圆周面展开时，第一连接件81的配合面在旋转轴7的圆周面上的正投影形状为一条曲折的直线，如图4B所示。换言之，四个斜面812和四个定位面813交替设置，且首尾相接，从而在整体上形成一个环形曲折面，且该环形曲折面呈锯齿状(类似于单向棘轮的齿)，每个齿的齿面由一个斜面和一个定位面构成。第二连接件82的配合面结构与上述第一连接件81的配合面结构相对应，在此不再重复描述。

图5A为本发明实施例提供的托盘的旋转连接组件所采用的第一连接件和第二连接件在相互配合过程的结构示意图。图5B为本发明实施例提供的托盘的旋转连接组件所采用的第一连接件和第二连接件的配合面完全贴合时，在旋转轴的圆周面上的正投影展开图。如图5A和图5B所示，在托盘6和旋转轴7的装配过程中，第一连接件81的配合面中的各个斜面812一一对应地沿第二连接件82的配合面中的各个斜面822转动下滑，如图5A所示，直至第一连接件81的配合面中的各个定位面813一一对应地与第二连接件82的配合面中的各个定位面823相互贴合，如图5B所示。

而且，在托盘6的重力作用下，第一连接件81的配合面中的各个斜面812始终具有沿第二连接件82的配合面中的各个斜面822转动下滑的趋势，从而可以使两个配合面的各个定位面(813，823)之间始终具有使二者紧密贴合的接触力，而不会出现产生配合间隙的情况，进而可以保证托盘旋转的精确度，提高机械手的取放片操作成功率和工艺结果。此外，无论第一连接件81和第二连接件82以何种角度接触，最终都会借助两个配合面的各个斜面(812，822)之间的相对转动，使两个配合面的各个定位面(813，823)紧密贴合，从而无需安装人员手动操作，就可以自动完成托盘与旋转轴的连接和对中，进而可以降低安装难度和对安装人员的要求，提高安装效率。

图6为斜面倾角与摩擦系数的理论模型的示意图。如图6所示，在物体只受重力G作用的情况下，若保证物体能够沿斜面自由下滑，斜面的倾角与摩擦系数之间的函数关系应满足以下条件：

tanα＞μ

其中，α为所述斜面的倾角；μ为所述斜面的摩擦系数。由此可知，各个斜面(812，822)的倾角与摩擦系数之间的函数关系只要满足上述条件，就能够使第一连接件81的配合面中的各个斜面812自动沿第二连接件82的配合面中的各个斜面822转动下滑，从而可以保证两个配合面的各个定位面(813，823)之间始终具有使二者紧密贴合的接触力。优选的，在满足上述条件的前提下，每个斜面的倾角的取值范围可以在15°～60°；斜面的摩擦系数可以为0.2～1。例如，若第一连接件和第二连接件采用石英材料制作，石英材料之间摩擦系数为0.7，在这种情况下，斜面的倾角只要大于35°即可满足条件。进一步优选的，可以在各个斜面上设置润滑涂层，用以减小该斜面的摩擦系数，从而使该斜面的摩擦系数满足上述条件。

需要说明的是，斜面的摩擦系数也不宜过小，否则在托盘启动、急停或反转时，容易出现第一连接件81的配合面中的各个斜面812自动沿第二连接件82的配合面中的各个斜面822转动上滑，造成两个配合面相互脱离。因此，应根据具体情况选择适合的斜面倾角与摩擦系数，并且只要斜面的倾斜和摩擦系数设计理想，无论旋转轴的旋转方向是正转或反转，也无论托盘是匀速、加速或减速，均能够保证两个配合面的各个定位面(813，823)之间始终具有使二者紧密贴合的接触力，退一步说，即使存在两个配合面产生间隙的情况，在托盘重力的作用下，第一连接件81的配合面中的各个斜面812还是会自动沿第二连接件82的配合面中的各个斜面822转动下滑，直至两个配合面的各个定位面(813，823)之间重新贴合。

优选的，每个斜面的倾斜方向以及定位面的朝向可以根据旋转轴的旋转方向而设定，即，每个斜面沿与旋转轴7的一个指定旋转方向(顺时针或逆时针)相反的方向呈圆柱螺旋状向下倾斜；并且，第二连接件82的配合面中的各个定位面823的朝向与该指定旋转方向的切线分矢量一致。如图7所示，将旋转轴7的指定旋转方向分解为两个方向上的分矢量，其中一个分矢量在该指定旋转方向的切线方向上，称为切线分矢量；其中另一个分矢量在该指定旋转方向的法线方向上，称为法线分矢量。

通过使第二连接件82的配合面中的各个定位面823的朝向与该指定旋转方向的切线分矢量一致，在旋转轴7带动托盘6旋转时，可以使得各个定位面823一一对应地阻挡第一连接件81的配合面中的各个定位面813朝该指定旋转方向相反的方向旋转的趋势，也就是说，定位面823与定位面813之间具有相互阻挡的趋势，从而实现二者的紧密贴合。以图5A为例，若旋转轴7逆时针旋转(如图7所示旋转轴7的旋转方向)，则每个斜面的圆周螺旋结构应为右旋，即，每个斜面的右端高于左端。

优选的，在第一连接件81的底部，且位于环形曲折面的内侧(即，配合面所括空间内)设置有中心孔811，且该环形曲折面相对于中心孔811的底端突出，如图3B所示。并且，在第二连接件82的顶部，且位于环形曲折面的内侧设置有中心轴821，中心轴821相对于环形曲折面的顶端突出，如图3C所示；中心孔811与中心轴821相互配合。借助中心孔811与中心轴821，可以在两个配合面相接触之前，预先对托盘6与旋转轴7进行一次对中，从而可以更容易地找准两个配合面的配合位置。进一步地，中心轴821的顶端端面包括锥面824，该锥面824的轴线与旋转轴7的轴线同轴，借助锥面824，可以在两个配合面相接触之前，预先对托盘6与旋转轴7进行一次较为精确的对中。

需要说明的是，在实际应用中，与上述实施例相反的，也可以在第二连接件的顶部，且位于环形曲折面的内侧设置有中心孔，且环形曲折面相对于该中心孔的顶端突出；并且在第一连接件的底部，且位于环形曲折面的内侧设置有中心轴，该中心轴相对于环形曲折面的底端突出；中心孔与中心轴相互配合。在这种情况下，优选的，中心轴的底端端面也可以包括锥面，该锥面的轴线与旋转轴的轴线同轴。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，在该反应腔室内设置有用于承载被加工工件的托盘，用于带动托盘旋转的旋转轴以及用于连接二者的旋转连接组件，该旋转连接组件采用本发明实施例提供的上述旋转连接组件。

本发明实施例提供的反应腔室，其通过采用本发明实施例提供的上述托盘的旋转连接组件，不仅可以降低安装难度，提高安装效率，而且还可以保证托盘旋转的精确度，从而可以提高机械手的取放片操作成功率和工艺结果。

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 (10)

1.一种托盘的旋转连接组件，包括固定在所述托盘底部中心位置的第一连接件，和固定在用于带动所述托盘旋转的旋转轴顶部的第二连接件，二者相互配合，以实现所述托盘与所述旋转轴的连接和对中，其特征在于，所述第一连接件和第二连接件相互配合的两个配合面中的每一个配合面包括至少两个斜面，以及数量与所述斜面相同的定位面，所述斜面和定位面沿所述旋转轴的周向相间排列，形成一个环形曲折面；其中，

每个斜面沿所述旋转轴的周向呈圆柱螺旋状向下倾斜，每个斜面沿与所述旋转轴一个指定旋转方向相反的方向呈圆柱螺旋状向下倾斜；并且，

所述第二连接件的配合面中的各个定位面的朝向与所述指定旋转方向的切线分矢量一致，且所述第一连接件的配合面中的各个定位面一一对应地与第二连接件的配合面中的各个定位面相对。

2.根据权利要求1所述的托盘的旋转连接组件，其特征在于，在所述第一连接件的底部，且位于所述环形曲折面的内侧设置有中心孔，且所述环形曲折面相对于所述中心孔的底端突出；

在所述第二连接件的顶部，且位于所述环形曲折面的内侧设置有中心轴，所述中心轴相对于所述环形曲折面的顶端突出；

所述中心孔与所述中心轴相互配合。

3.根据权利要求2所述的托盘的旋转连接组件，其特征在于，所述中心轴的顶端端面包括锥面，所述锥面的轴线与所述旋转轴的轴线同轴。

4.根据权利要求1所述的托盘的旋转连接组件，其特征在于，在所述第二连接件的顶部，且位于所述环形曲折面的内侧设置有中心孔，且所述环形曲折面相对于所述中心孔的顶端突出；

在所述第一连接件的底部，且位于所述环形曲折面的内侧设置有中心轴，所述中心轴相对于所述环形曲折面的底端突出；

所述中心孔与所述中心轴相互配合。

5.根据权利要求4所述的托盘的旋转连接组件，其特征在于，所述中心轴的底端端面包括锥面，所述锥面的轴线与所述旋转轴的轴线同轴。

6.根据权利要求1所述的托盘的旋转连接组件，其特征在于，所述斜面的倾角与摩擦系数之间的函数关系为：

tanα＞μ

其中，α为所述斜面的倾角；μ为所述斜面的摩擦系数。

7.根据权利要求6所述的托盘的旋转连接组件，其特征在于，所述斜面的倾角的取值范围在15°～60°。

8.根据权利要求6所述的托盘的旋转连接组件，其特征在于，所述斜面的摩擦系数为0.2～1。

9.根据权利要求1所述的托盘的旋转连接组件，其特征在于，在所述斜面上设置有润滑涂层，用以减小所述斜面的摩擦系数。

10.一种反应腔室，在所述反应腔室内设置有用于承载被加工工件的托盘，用于带动所述托盘旋转的旋转轴以及用于连接二者的旋转连接组件，其特征在于，所述旋转连接组件采用权利要求1-9任意一项所述的旋转连接组件。