CN106548970B - 升降装置及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的升降装置及半导体加工设备，其包括提升轴、波纹管组件和直线轴承，其中，提升轴是可升降的，用以带动被提升件作升降运动；波纹管组件用于保证反应腔室的密封性；直线轴承与提升轴相配合，用以单独约束提升轴在其径向上的自由度；并且，直线轴承和波纹管组件相互嵌套，以形成一体式结构。本发明提供的升降装置，其可以在保证装配精度的前提下，简化设备结构和安装过程、同时节省安装空间，从而既可以提高工艺均匀性，又可以降低加工成本。

Description

升降装置及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种升降装置及半导体加工设备。
背景技术
在制造集成电路(IC)和微机电系统(MEMS)的工艺过程中，特别是在实施物理气相沉积(PVD)的工艺过程中，广泛使用工艺基座承载和固定晶片，以及控制晶片的温度。而且，通常借助升降机构驱动工艺基座作升降直线运动，以配合机械手实现晶片的取放，以及调整晶片与靶材之间的距离等。而为了保证工艺均匀性，就需要保证工艺基座的安装水平度。
图1为现有的一种半导体加工设备的剖视图。如图1所示，半导体加工设备包括反应腔室10，在反应腔室10内设置有基座11，用以在工艺时承载和固定晶片12；而且，在基座11的底部设置有升降机构，其包括波纹管轴13、波纹管14、导轨支架15、直线导轨16、导轨滑块17、提升轴托架18、抱块19和托架驱动源(图中未示出)。其中，导轨支架15固定在反应腔室10的底部，用以支撑直线导轨16；导轨滑块17与直线导轨16滑动连接；托架驱动源用于驱动导轨滑块17沿直线导轨16在竖直方向上滑动；波纹管轴13的上端与基座11的底部固定连接，波纹管轴13的下端朝下伸出反应腔室10，并通过提升轴托架18和抱块19与导轨滑块17固定在一起；波纹管14套制在波纹管轴13上，且其下端与反应腔室10的腔室壁密封连接，上端与波纹管轴13密封连接。在托架驱动源的驱动下，导轨滑块17沿直线导轨16在竖直方向上滑动，并带动波纹管轴13和与之连接的基座11作升降直线运动。
上述半导体加工设备在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：
其一，由于波纹管轴13的升降直线运动轨迹会受到导轨支架15、直线导轨16、提升轴托架18、抱块19以及导轨滑块17等部件的加工精度及彼此之间的装配精度的影响，为了保证基座11表面的水平度，就对上述部件的加工精度和装配精度提出了较高的要求，从而增加了半导体加工设备的加工成本。
其二，由于波纹管轴13、提升轴托架18、抱块19以及导轨滑块17彼此之间的连接均是刚性连接，且存在冗余约束，这不仅很难保证每次装配的一致性，而且还会导致升降机构在装配过程中产生累积误差，造成装配精度较低，从而很难保证基座11表面的水平度，进而降低了工艺均匀性。
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，提出了一种升降装置及半导体加工设备，其可以在保证装配精度的前提下，简化设备结构和安装过程、同时节省安装空间，从而既可以提高工艺均匀性，又可以降低加工成本。
为实现本发明的目的而提供一种升降装置，用于驱动反应腔室内的被提升件作升降运动，其包括提升轴和波纹管组件，所述提升轴是可升降的，用以带动所述被提升件作升降运动；所述波纹管组件用于保证所述反应腔室的密封性；所述升降装置还包括直线轴承，所述直线轴承与所述提升轴相配合，用以单独约束所述提升轴在其径向上的自由度；并且，所述直线轴承和所述波纹管组件相互嵌套，以形成一体式结构。
优选的，所述波纹管组件包括波纹管、底座和固定组件，其中，所述波纹管和所述底座均套设在所述提升轴上，并且所述波纹管位于所述被提升件与所述底座之间，且分别与二者密封连接；所述底座与所述反应腔室底部的腔室壁密封连接；所述直线轴承位于所述提升轴与所述底座之间，且通过所述固定组件与所述底座固定连接。
优选的，所述固定组件包括安装法兰和轴承挡环，其中，所述直线轴承、所述安装法兰和所述底座由内向外依次嵌套，且所述安装法兰与所述底座螺纹连接；所述安装法兰靠近所述波纹管的内端设置有定位部，所述轴承挡环设置在所述安装法兰远离所述波纹管的外端，且与所述安装法兰螺纹连接，所述定位部和所述轴承挡环用于夹持固定所述直线轴承。
优选的，所述升降装置还包括水平调节组件，用于调节所述提升轴的垂直度。
优选的，所述升降装置还包括提升轴托架、轴向定位件和升降机构，其中，所述提升轴托架套设在所述提升轴的下部，且二者间隙配合，并且所述提升轴托架与所述升降机构连接；所述轴向定位件用于限定所述提升轴托架在所述提升轴的轴向上的位置；所述升降机构用于通过所述提升轴托架带动所述提升轴作升降运动。
优选的，所述水平调节组件包括第一调整块和第一紧定螺钉，其中，所述第一调整块固定在所述升降机构上，且在所述第一调整块上沿所述提升轴的径向设置有第一螺纹通孔；所述第一紧定螺钉与所述第一螺纹通孔相配合，并顶住所述轴向定位件。
优选的，所述水平调节组件包括两个第二调整块和第二紧定螺钉，其中，所述两个第二调整块与所述轴向定位件连接，且所述两个第二调整块和所述第一调整块沿所述提升轴的轴线对称分布，并且在每个第二调整块上设置有至少一个第二螺纹通孔，且各个第二螺纹通孔和所述第一螺纹通孔分别在所述提升轴的不同径向上；所述第二紧定螺钉与所述第二螺纹通孔相配合，并顶住所述提升轴托架。
优选的，所述轴向定位件包括上抱块和下抱块，其中，所述上抱块和下抱块夹持固定在所述提升轴上，且将所述提升轴托架夹持在中间。
优选的，在所述提升轴的外周壁上，且位于其下部设置有环形凹槽；所述轴向定位件包括上挡块和下挡块，其中，所述上挡块和下挡块设置在所述环形凹槽内，且将所述提升轴托架夹持在中间。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，以及用于驱动该反应腔室内的被提升件作升降运动的升降装置，其特征在于，所述升降装置采用了权利要求1-9任意一项所述的升降装置。所述升降装置采用了本发明提供的上述升降装置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的升降装置，其通过借助与提升轴相配合的直线轴承，单独约束该提升轴在其径向上的自由度，即，提升轴在作升降运动时，其运动轨迹完全由直线轴承独立约束，这与现有技术相比，可以消除冗余约束，从而不仅可以保证每次装配的一致性，而且还会避免升级装置在装配过程中产生累积误差，进而可以保证装配精度、提高工艺均匀性。与此同时，通过使直线轴承和波纹管组件相互嵌套而形成一体式结构，不仅可以节省安装空间、简化设备结构，而且无需再单独安装直线轴承，而仅安装波纹管组件即可，从而可以降低安装难度、简化安装过程，进而可以降低加工成本。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述升降装置，可以在保证装配精度的前提下，简化设备结构和安装过程、同时节省安装空间，从而既可以提高工艺均匀性，又可以降低加工成本。
附图说明
图1为现有的一种半导体加工设备的剖视图；
图2A为本发明实施例提供的升降装置的剖视图；
图2B为图2A中I区域的剖视图；
图2C为本发明实施例所采用的固定组件的仰视图；
图3为本发明实施例采用的水平调节组件的作用示意图；以及
图4为本发明实施例所采用的另一种轴向定位件的局部剖视图。
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升降装置及半导体加工设备进行详细描述。
本发明提供的升降装置，用于驱动反应腔室内的被提升件作升降运动，该升降装置可以应用于驱动诸如基座或者顶针等的被提升件。升降装置包括提升轴、波纹管组件和直线轴承。其中，提升轴是可升降的，用以带动被提升件作升降运动；波纹管组件用于保证反应腔室的密封性；直线轴承与提升轴相配合，用以单独约束提升轴在其径向上的自由度，即，提升轴在作升降运动时，其运动轨迹完全由直线轴承独立约束，这与现有技术相比，可以消除冗余约束，从而不仅可以保证每次装配的一致性，而且还会避免升级装置在装配过程中产生累积误差，进而可以保证装配精度、提高工艺均匀性。此外，直线轴承和波纹管组件相互嵌套，以形成一体式结构，这不仅可以节省安装空间、简化设备结构，而且无需再单独安装直线轴承，而仅安装波纹管组件即可，从而可以降低安装难度、简化安装过程，进而可以降低加工成本。
图2A为本发明实施例提供的升降装置的剖视图。图2B为图2A中I区域的剖视图。请一并参阅图2A和图2B，本实施例以驱动反应腔室内的基座作升降运动为例，对升降装置的具体实施方式进行详细描述。具体地，升降装置包括提升轴23、波纹管组件和直线轴承26。其中，提升轴23的上端与反应腔室内的基座21连接，下端竖直向下延伸，并自反应腔室底部的腔室壁20延伸至反应腔室的外部。波纹管组件用于对提升轴23与腔室壁20之间的间隙进行密封，以保证反应腔室的密封性。
在本实施例中，波纹管组件包括波纹管22、底座25和固定组件，其中，波纹管22和底座25均套设在提升轴23上，并且波纹管22位于基座21与底座25之间，且分别与二者密封连接，例如焊接密封；底座25与反应腔室底部的腔室壁20密封连接，从而反应腔室内位于波纹管22外部的空间处于真空状态。直线轴承26与提升轴23相配合，且位于提升轴23与底座25之间，并通过固定组件与底座25固定连接。
图2C为本发明实施例所采用的固定组件的仰视图。请一并参阅图2A和图2C，固定组件包括安装法兰24和轴承挡环28，其中，直线轴承26、安装法兰24和底座25由内向外依次嵌套，且安装法兰24与底座25利用螺钉29螺纹连接；安装法兰24靠近波纹管22的内端(图2A中安装法兰24的上端)设置有定位部241，该定位部241可以为设置在安装法兰24的内周壁上的凸缘。轴承挡环28设置在安装法兰24远离波纹管22的外端(图2A中安装法兰24的下端)，轴承挡环28与安装法兰24利用螺钉27螺纹连接，定位部241和轴承挡环28用于夹持固定直线轴承26。
上述波纹管组件的装配方式具体为：首先将波纹管组件安装在反应腔室内；然后将直线轴承26插入至安装法兰24中，而后将安装法兰24连同直线轴承26安装到底座25与提升轴23之间的间隙中，并安装螺钉29，以将安装法兰24与底座25固定在一起；最后将轴承挡环28安装在安装法兰24的下端面上，并安装螺钉27，以将轴承挡环28与安装法兰24固定在一起。需要说明的是，在实际应用中，直线轴承、安装法兰和底座的加工精度和装配精度应满足要求，以保证直线轴承的垂直度。
由上可知，直线轴承26是嵌套在波纹管组件中，二者形成一体式结构，这不仅可以节省安装空间、简化设备结构，而且无需再单独安装直线轴承26，而仅安装波纹管组件即可，从而可以降低安装难度、简化安装过程，进而可以降低加工成本。
如图2A和图2B所示，升降装置还包括提升轴托架32、轴向定位件和升降机构30。其中，提升轴托架32套设在提升轴23的下部，且二者间隙配合，并且提升轴托架32与升降机构30连接；轴向定位件包括上抱块31和下抱块35，其中，上抱块31和下抱块35夹持固定在提升轴23上，且将提升轴托架32夹持在中间，从而限定了提升轴托架32在提升轴23的轴向上的位置。升降机构30用于通过提升轴托架32带动提升轴23作升降运动。在本实施例中，上抱块31或下抱块35由可开合的两个半环体(图中未示出)组成，两个半环体通过对合套在提升轴23上，之后利用螺钉紧固，螺钉的紧固力可以使两个半环体抱紧提升轴23，从而利用彼此之间的摩擦力实现相对固定。
优选的，为了进一步提高基座21的水平度，从而提高工艺均匀性，升降装置还包括水平调节组件，用于调节提升轴23的垂直度。
下面对水平调节组件的结构进行详细描述。如图2A所示，水平调节组件包括第一调整块33和第一紧定螺钉34，其中，第一调整块33固定在升降机构30上，且在第一调整块33上沿提升轴23的径向设置有第一螺纹通孔(图中未示出)；第一紧定螺钉34与第一螺纹通孔相配合，并顶住下抱块35。通过旋紧第一紧定螺钉34，可以使第一紧定螺钉34向下抱块35施加沿提升轴23的一个径向(图2A中朝向左边的方向)的推力，由于下抱块35与提升轴23夹持固定，这使得提升轴23可以在第一紧定螺钉34的推动下偏移一定的角度，从而可以实现在一个径向上对提升轴23的垂直度进行微调。
优选的，为了能够实现在多个径向上对提升轴23的垂直度进行调节，图3为本发明实施例采用的水平调节组件的作用示意图。如图3所示，水平调节组件还包括两个第二调整块37和第二紧定螺钉36，其中，两个第二调整块37与下抱块35连接，且两个第二调整块37和第一调整块33沿提升轴23的轴线对称分布；并且，在每个第二调整块37上设置有至少一个第二螺纹通孔(图中未示出)，且各个第二螺纹通孔和第一螺纹通孔分别在提升轴23的不同径向上；第二紧定螺钉36与第二螺纹通孔相配合，并顶住提升轴托架32。通过旋紧第二紧定螺钉36，可以使第二紧定螺钉36向提升轴托架32施加沿提升轴23的一个径向的推力，同时提升轴托架32会向第二紧定螺钉36施加一个反向的推力，从而可以推动下抱块35和被其抱紧的提升轴23偏移一定的角度。
在本实施例中，每个第二调整块37上设置有四个第二螺纹通孔，且平均分成上、下两排，如图2A所示。而且，在提升轴23的周向上平均分成三个等分线，如图3所示，第一紧定螺钉34沿其中一个等分线所在径向(图2A中朝向左边的方向)顶住下抱块35；同一排的两个第二紧定螺钉36对称分布在其余两个等分线中的任意一个的两侧，由此，可以实现全方位地对提升轴23的垂直度进行调节。当然，在实际应用中，各个第二螺纹通孔和第一螺纹通孔还可以采用其他方式分布在提升轴的不同径向上。
需要说明的是，在本实施例中，轴向定位件是采用抱块夹持的结构限定提升轴托架在提升轴的轴向上的位置，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，轴向定位件还可以采用其他任意结构限定提升轴托架在提升轴的轴向上的位置。例如，图4为本发明实施例所采用的另一种轴向定位件的局部剖视图。请参阅图4，在提升轴23的外周壁上，且位于其下部设置有环形凹槽；轴向定位件包括上挡块41和下挡块42，其中，上挡块41和下挡块42设置在环形凹槽内，且将提升轴托架32夹持在中间。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，以及用于驱动该反应腔室内的被提升件作升降运动的升降装置，该升降装置采用了本发明实施例提供的上述升降装置。
本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述升降装置，可以在保证装配精度的前提下，简化设备结构和安装过程、同时节省安装空间，从而既可以提高工艺均匀性，又可以降低加工成本。
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)

1.一种升降装置，用于驱动反应腔室内的被提升件作升降运动，其包括提升轴和波纹管组件，所述提升轴是可升降的，用以带动所述被提升件作升降运动；所述波纹管组件用于保证所述反应腔室的密封性；其特征在于，所述升降装置还包括直线轴承，所述直线轴承与所述提升轴相配合，用以单独约束所述提升轴在其径向上的自由度；并且，所述直线轴承和所述波纹管组件相互嵌套，以形成一体式结构；
所述波纹管组件包括波纹管、底座和固定组件，其中，
所述波纹管和所述底座均套设在所述提升轴上，并且所述波纹管位于所述被提升件与所述底座之间，且分别与二者密封连接；
所述底座与所述反应腔室底部的腔室壁密封连接；
所述直线轴承位于所述提升轴与所述底座之间，且通过所述固定组件与所述底座固定连接。
2.根据权利要求1所述的升降装置，其特征在于，所述固定组件包括安装法兰和轴承挡环，其中，
所述直线轴承、所述安装法兰和所述底座由内向外依次嵌套，且所述安装法兰与所述底座螺纹连接；
所述安装法兰靠近所述波纹管的内端设置有定位部，所述轴承挡环设置在所述安装法兰远离所述波纹管的外端，且与所述安装法兰螺纹连接，所述定位部和所述轴承挡环用于夹持固定所述直线轴承。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的升降装置，其特征在于，所述升降装置还包括水平调节组件，用于调节所述提升轴的垂直度。
4.根据权利要求3所述的升降装置，其特征在于，所述升降装置还包括提升轴托架、轴向定位件和升降机构，其中，
所述提升轴托架套设在所述提升轴的下部，且二者间隙配合，并且所述提升轴托架与所述升降机构连接；
所述轴向定位件用于限定所述提升轴托架在所述提升轴的轴向上的位置；
所述升降机构用于通过所述提升轴托架带动所述提升轴作升降运动。
5.根据权利要求4所述的升降装置，其特征在于，所述水平调节组件包括第一调整块和第一紧定螺钉，其中，
所述第一调整块固定在所述升降机构上，且在所述第一调整块上沿所述提升轴的径向设置有第一螺纹通孔；
所述第一紧定螺钉与所述第一螺纹通孔相配合，并顶住所述轴向定位件。
6.根据权利要求5所述的升降装置，其特征在于，所述水平调节组件包括两个第二调整块和第二紧定螺钉，其中，
所述两个第二调整块与所述轴向定位件连接，且所述两个第二调整块和所述第一调整块沿所述提升轴的轴线对称分布，并且在每个第二调整块上设置有至少一个第二螺纹通孔，且各个第二螺纹通孔和所述第一螺纹通孔分别在所述提升轴的不同径向上；
所述第二紧定螺钉与所述第二螺纹通孔相配合，并顶住所述提升轴托架。
7.根据权利要求4所述的升降装置，其特征在于，所述轴向定位件包括上抱块和下抱块，其中，
所述上抱块和下抱块夹持固定在所述提升轴上，且将所述提升轴托架夹持在中间。
8.根据权利要求4所述的升降装置，其特征在于，在所述提升轴的外周壁上，且位于其下部设置有环形凹槽；
所述轴向定位件包括上挡块和下挡块，其中，
所述上挡块和下挡块设置在所述环形凹槽内，且将所述提升轴托架夹持在中间。
9.一种半导体加工设备，包括反应腔室，以及用于驱动该反应腔室内的被提升件作升降运动的升降装置，其特征在于，所述升降装置采用了权利要求1-8任意一项所述的升降装置。
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