CN108193187B - 一种可实现自动翻转的基片架 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了一种可实现自动翻转的基片架，用于在基片上形成溅射层环境下，包括：翻转机构、旋转机构和棘轮机构；所述棘轮机构与夹持所述夹爪相连接，用于传递翻转的动力，从而驱动所述夹爪带动基片翻转。所述旋转机构与设置多个夹爪的圆盘啮合，从而驱动所述转盘旋转带动所述转盘上的夹爪转动。所述翻转机构与所述转盘上的棘轮机构配合，并带动所述棘轮机构翻转所述夹爪。通过设置棘轮和棘爪的配合，同时利用了杠杆的升降和转盘转动的力同时驱动基片卡具的翻转，在保证了翻转稳定可靠的工作的情况下，节约了有限的利用空间。
Description
技术领域
本专利主要半导体设备制造技术领域，尤其涉及一种可实现自动翻转的基片架。
背景技术
真空镀膜设备根据其镀膜原理及形式的不同，主要分为物理气相沉积设备及化学气相沉积设备。其中真空溅射镀膜设备和真空蒸发镀膜设备是最为常见、应用最广的镀膜设备。
随着科技的日益进步及经济的不断发展，真空镀膜设备的应用越来越广泛，特别是真空溅射镀膜设备及真空蒸发镀膜设备在光学、电子等领域的应用。同时，不断创新的镀膜工艺对镀膜设备的性能要求越来越高。
在镀膜设备，无论是真空溅射镀膜设备还是真空蒸发镀膜设备，各部分结构中，基片架的结构是最为重要的。它是被镀产品——基片安装、固定的机构，基片架结构设计的合理性直接关系到镀膜的效果和质量。由于溅射镀膜和蒸发镀膜绕射性差，即基片面对镀膜材料的一面可以沉积上薄膜而背对膜材的一面却不能沉积上薄膜，的特点，然而更多的产品例如精密天文望远镜镜片、晶体膜厚测控仪晶振片等都要求在基片两面上沉积一种或几种相同或不同的薄膜。若采用传统的基片架结构，就只能在完成基片一面的镀膜工作后打开真空室，换成另一面进行镀膜，不但影响了工作效率，而且损害了镀膜质量。
为了保证镀膜质量同时提高工作效率，需设计可实现自动翻转的基片架，使基片两面的镀膜在一次镀膜工作中完成。
发明内容
本专利的目的是提供一种可实现自动翻转的基片架结构形式，通过这种结构来克服真空溅射镀膜设备和真空蒸发镀膜设备绕射性差的特点，实现在镀膜工艺过程中基片的自由翻转，使基片的两个表面在一次镀膜工艺过程中都能均匀、牢固地沉积上薄膜，以达到完成工艺要求、保证镀膜质量同时提高工作效率的目的。
本专利的目的是通过以下方案实现的：
一种可实现自动翻转的基片架，用于溅射镀膜设备和真空蒸发镀膜设备环境下，包括：翻转机构、旋转机构和棘轮机构；所述棘轮机构夹持所述基片，并传递旋转和翻转所述基片的旋转力和翻转力；包括工件、工件卡具、棘轮，卡具支座；所述述工件是通常用于半导体元器件基片；工件卡具整体呈现三方封闭一方开口的形状，所述卡具穿过底壁中心与侧壁平行的轴线倾斜设置，从水平面方向向上延伸；所述工件卡具的底壁外侧，垂直于所述底壁的方向设置有一轴，所述轴穿过卡具支座上的孔轴后，安装上棘轮；所述卡具支座固定设置在所述旋转机构上；旋转机构，所述旋转机构包括转盘、电机和驱动机构，所述转盘上承载多个所述棘轮机构，所述电机通过驱动机构与所述转盘机构相连，驱动所述转盘沿着其中心转动；翻转机构，包括棘爪、轴、拉杆、杠杆、气缸；杠杆与杠杆座连接，杠杆可以以杠杆与杠杆座的连接点为中心旋转；杠杆的一端A与气缸固定，杠杆的另一端B与拉杆固定；拉杆与轴以及与棘爪连接；当气缸收缩时，气缸拉动杠杆以杠杆座为中心转动，杠杆推动拉杆上升，进而实现棘爪的上升；当气缸伸长时，气缸推动杠杆以杠杆座为中心逆时针转动，杠杆拉动拉杆下降，进而实现棘爪的下降；当所述棘爪上升且棘轮机构旋转至棘爪上方时，所述翻转机构上的棘爪与所述棘轮机构上的棘轮接触，同时，由于棘轮本身是随着圆盘旋转的，而棘爪并不随圆盘转动，因此棘轮机构上面的棘轮就会被棘爪拨动；所述棘轮在圆周方向具有四个均匀分布的凹陷，所述棘爪为直线型设置有与所述凹陷配合的棘爪凸起，每一个凸起与棘轮上的凹陷配合拨动棘轮，一个凸起拨动一次棘轮旋转90度，两个凸起两次拨动后，棘轮旋转180度，完成工件翻转。
优选地，所述工件安装在工件卡具上，所述工件卡具整体呈现三方封闭一方开口的“[”形，所述工件卡具的所述轴线与水平面呈20-30度角度。
优选地，所述工件卡具的底壁外侧垂直于所述底壁的方向设置有一轴，所述轴穿过卡具支座上的孔轴后，安装上棘轮；所述棘轮的中部设置有向下延伸的套筒，工件卡具的轴穿过所述套筒设置；在棘轮的所述套筒上设置有螺孔，所述螺孔贯穿所述套筒设置，在所述螺孔中设置有固定螺钉，通过所述固定螺钉抵靠所述工件卡具的轴来将所述工件卡具与所述棘轮固定。
优选地，所述工件卡具与卡具支座的孔轴间隙配合，通过调整螺钉和弹簧28来调整二者之间的松紧程度。
优选地，所述工件盘的上表面设置有向圆盘外侧并向上延伸的臂15，所述卡具支座与所述臂固定。
由上述本专利提供的技术方案可以看出，本专利实施例提供的可实现自动翻转的基片架可以在镀膜过程中实现基片的自由翻转，克服真空溅射镀膜设备和真空蒸发镀膜设备绕射性差的特点，使基片的两个表面在一次镀膜工艺过程中都能均匀、牢固的沉积上薄膜，以达到完成工艺要求、保证镀膜质量同时提高工作效率的目的。
附图说明
图1为具体实施方式中基片架的结构图；
图2为具体实施方式中翻转机构的结构图；
图3为具体实施方式中旋转机构的结构图；
图4为具体实施方式中棘轮机构的结构图；
图5为图1的I部分局部放大图；
图6为图5的N向视图及棘轮翻转示意。
其中，翻转机构1、旋转机构2、棘轮机构3、棘爪4、轴5、套6、拉杆7、动密封装置8、铜套9、杠杆座10、杠杆11、气缸12、安装板13、固定支柱14、臂15、齿圈16、导向机构17、托盘18、齿轮19、转轴20、轴承21、联轴节22、动密封装置23、电机24、支柱25、工件(基片)26、工件卡具27、弹簧28、棘轮29、紧定螺钉30、卡具支座31、调整螺钉32、固定螺钉33。
具体实施方式
可实现自动翻转的基片架，包括翻转机构1、旋转机构2、棘轮机构3等主要部分(见附图1)。
所述棘轮机构3与夹持所述夹爪相连接，用于传递翻转的动力，从而驱动所述夹爪带动基片翻转。所述旋转机构2与设置多个夹爪的圆盘啮合，从而驱动所述转盘旋转带动所述转盘上的夹爪转动。所述翻转机构与所述转盘上的棘轮机构配合，并带动所述棘轮机构翻转所述夹爪。
在本具体实施方式的系统中，通常只设置一个所述翻转机构，通过所述转盘在旋转机构的带动下旋转，从而实现不用的夹爪依次完成翻转。当然也可以设置成多个，这样相当于具有多个实现翻转的工作位置，提高翻转的效率。在本具体实施方式中优选只设置一个翻转工位，因为在有限的反应室空间内，设置多个翻转结构将会产生相关的附加问题，但是一个翻转机构对于翻转机构本身的可靠性和易用性则有较高的要求。
如图4所示，本具体实施方式中，所述棘轮机构3是工件(基片)的载体，其负责夹持所述基片，与现有技术不同的是，在本具体实施方式中，所述棘轮机构除了夹持基片之外，还辅助完成基片的翻转，更进一步地，在本具体实施方式中，通过简单可靠而且高效的方式来完成上述夹持和翻转的功能，这将正在本具体实施方式的下文中详细描述。
在本具体实施方式中，所述棘轮机构3包括工件26、工件卡具27、棘轮29，卡具支座31以及起到安装固定作用的紧定螺钉30、调整螺钉32和弹簧28。
所述工件26可以是通常用于半导体元器件特别是LED元器件上的基片，例如包括蓝宝石基底或者是碳化硅基底等常用于LED半导体基片上的基体。由于在半导体基体领域，基片的尺寸十分微小，因此对于基片相关的结构的翻转或者是旋转机构需要稳定的传动并且是可靠的操作的。这对于设计基片运动的机构具有较大的挑战，虽然在现有技术的原理下有多种机构在理论上可以完成旋转和翻转，但是如何能够在工程上设计具有较高的可靠性和便捷性则是现有技术中面对的问题。
所述工件26安装在工件卡具27上，所述工件卡具整体呈现三方封闭乙方开口的“[”形，作为变体，一部分开口的圆形或者是多边形也是可以实现的。所述卡具具有两侧壁和一底壁，所述侧壁从所述工件的侧边卡住所述工件，所述底壁从所述工件的底壁上支撑或者卡住所述基片，所述卡具27的壁上可以设置卡槽通过卡槽的方式将所述基片保持在所述卡具上。如图5所示，所述卡具穿过所述底壁中心与侧壁平行的轴线倾斜设置，即从水平面方向向上延伸，优选地，所述轴线与水平面呈20-30度角度，在这种角度下，所述基片能够在溅射过程中由于保持基本水平的方向使得溅射层仍然会保持较为稳定的质量，而由于又有一定的向上倾斜的角度，从而保持在所述基片翻转过程中，对于所述基片具有足够的支撑力，使得所述基片不至于掉下或者晃动。
在本具体实施方式中，所述工件卡具27的底壁外侧，垂直于所述底壁的方向设置有一轴，所述轴穿过卡具支座31上的孔轴后，安装上棘轮29。所述棘轮的中部设置有向下延伸的套筒，工件卡具27的轴即穿过所述套筒设置，在棘轮29的所述套筒上设置有螺孔，所述螺孔贯穿所述套筒设置，在所述螺孔中设置有固定螺钉30，通过所述固定螺钉抵靠所述工件卡具的轴来将所述工件卡具27与所述棘轮29固定。这样使得工件(基片)26及工件卡具27能够随棘轮29(绕棘轮轴心)的转动而转动，即使得工件翻转成为可能。
进一步地，所述工件卡具27与卡具支座的孔轴间隙配合，通过调整螺钉32和弹簧28来调整二者之间的松紧程度，以保证工件(基片)翻转顺畅、到位。因为在本具体实施方式中，除了在后文中描述的工件翻转之外，所述工件卡具还需要在大圆盘上旋转，因此工件卡具与卡具支座之间需要能够稳定地传递旋转的转动力，同时又需要在施加翻转的转动力时不至于太紧而无法翻转。在本具体实施方式中，在所述卡具支座上设置有螺钉或者是螺栓，通孔，所述通孔的至少外侧部分设置有螺纹于设置在所述外侧部分的螺钉32配合，在所述通孔的内侧部分设置弹簧28，所述螺钉32将所述弹簧压向所述工件卡具27的所述轴上，从而调节所述工件卡具与所述卡具支座之间的松紧程度。
如图5所示，所述棘轮机构3的卡具支座31通过固定螺钉33固定在工件盘上，通常，所述棘轮机构固定设置在所述工件盘的圆周面靠外环的边缘，这样可以适当地在同一个工件盘上多设置一些卡具。在本具体实施方式中，所述工件卡具共6组(图中未示出)均匀设置在所述工件盘上。这样使得每个工件(基片)26既能随着工件盘绕其(工件盘)中心旋转(公转)，又能沿着各自棘轮机构的轴心自转(翻转)。
为了保持公转的稳定性以及自转的稳定，本具体实施方式中在所述工件盘的上表面设置有向圆盘外侧并向上延伸的臂15，所述卡具支座与所述臂固定，这样，和前文中描述的保持所述工件卡具夹持工件的方向相对应，从而保持翻转和旋转过程中工件的稳定。此外，向外延伸的臂15还能够隔离开工件盘2和所述棘轮机构之间的距离，使得翻转动作时相互不受影响，并预留出翻转驱动机构的安装空间，这对于在溅射系统中微小的空间而言显得十分有益。
如图1、3所示，在本具体实施方式中旋转机构包括工件盘、齿圈16、导向机构17、托盘18、齿轮19、转轴20、联轴节22、动密封装置23、电机24、支柱25。
托盘18通过支柱25固定在设备(腔体底板)上，是旋转机构的支撑机构。(6组)导向机构17沿圆周方向均匀分布，固定在托盘18上，齿圈16与工件盘15固定在一起，安放在导向机构17上，导向机构17对齿圈16及工件盘15起到支撑、限位、导向作用。
电机24通过安装板和支撑柱安装在设备(腔室底板)上，通过动密封装置23使旋转机构2在工作中保证腔室内的真空。齿轮19固定在转轴20上，转轴20通过联轴节22与电机24连接。齿轮19与齿圈16按照齿轮传动设计原理的要求良好啮合。
旋转机构的具体实现过程：通过电机24转动带动转轴20转动，进而带动齿轮19转动。通过齿轮传动，带动齿圈16转动，进而带动固定在齿圈16上的工件盘15转动，并且通过导向机构的作用，使得工件盘绕其中心匀速、平稳旋转。
工件翻转的实现过程：见图6及图5，全程开启旋转机构2，每个工件(基片)26随着工件盘15绕其(工件盘)中心旋转(公转)。操作气缸12，使气缸12达到伸长状态，根据上面对翻转机构1的描述，气缸12拉动棘爪4下降，即翻转机构降下。当每组棘轮机构3旋转到棘爪4上方时，棘轮29与棘爪4是脱开的，工件(基片)不翻转，来进行每个工件(基片)其中一面的工艺过程。
见附图2，翻转机构包括棘爪4、轴5、套6、拉杆7、动密封装置8、铜套9、杠杆座10、杠杆11、气缸12、安装板13、固定支柱14等主要零部件。通过安装板12及固定支柱14将翻转机构1安装在设备上。通过动密封装置8使翻转机构1在工作中保证腔室内的真空。
通过气缸12、杠杆11、杠杆座10、铜套9、拉杆7的运动过程来实现棘爪4的上升和下降。杠杆11与杠杆座10连接，杠杆11可以以杠杆11与杠杆座10的连接点为中心旋转。杠杆11的一端A与气缸12固定，杠杆11的另一端B与拉杆7固定。拉杆7与轴5棘爪4连接。具体过程是：当气缸12收缩时，气缸12拉动杠杆11以杠杆座10为中心顺时针转动，即杠杆一端A远离腔室底板C,另一端B靠近腔室底板C，杠杆11推动拉杆7上升，进而实现棘爪4的上升；当气缸12伸长时，气缸12推动杠杆11以杠杆座10为中心逆时针转动，即杠杆一端A靠近腔室底板C,另一端B远离腔室底板C，杠杆11拉动拉杆7下降，进而实现棘爪4的下降。铜套9与拉杆7滑配，起到导向作用，保证拉杆7沿竖直方向上升、下降。
当需要进行另一面的工艺过程时，操作气缸12，使气缸12达到收缩状态，根据上面对翻转机构1的描述，气缸12推动棘爪4上升，即翻转机构提升。当每组棘轮机构3旋转至棘爪4上方时，所述翻转机构上的棘爪与所述棘轮机构3上的棘轮接触，同时，由于棘轮本身是随着圆盘转动的，而棘爪并不随圆盘转动，因此棘轮机构上面的棘轮就会被棘爪拨动，沿轴心旋转。在本具体实施方式中设置所述棘轮在圆周方向具有四个均匀分布的凹陷，所述棘爪为直线型设置有与所述凹陷配合的棘爪凸起，每一个凸起与棘轮上的凹陷配合，拨动棘轮，这样一个凸起拨动一次棘轮旋转90度，两个凸起次拨动后，旋转180度，完成工件(基片)翻转，其过程的示意图可见图6。
当各组工件(基片)全部完成翻转后，操作气缸12，使其达到伸长状态，拉动棘爪4下降，是翻转机构达到降下状态，进行每组工件(基片)另一面的工艺过程。
通过上述实施方式，通过设置棘轮和棘爪的配合，同时利用了杠杆的升降和转盘转动的力同时驱动基片卡具的翻转，在保证了翻转稳定可靠的工作的情况下，节约了有限的利用空间。
Claims (4)
1.一种可实现自动翻转的基片架，用于溅射镀膜设备和真空蒸发镀膜设备环境下，其特征在于，包括：翻转机构、旋转机构和棘轮机构；
所述棘轮机构夹持所述基片，并传递旋转和翻转所述基片的旋转力和翻转力；包括工件、工件卡具、棘轮，卡具支座；所述工件是用于半导体元器件的基片；工件卡具整体呈现三方封闭一方开口的形状，所述卡具穿过底壁中心与侧壁平行的轴线倾斜设置，从水平面方向向上延伸；所述工件卡具的底壁外侧，垂直于所述底壁的方向设置有一轴，所述轴穿过卡具支座上的孔轴后，安装上棘轮；所述卡具支座固定设置在所述旋转机构上；
旋转机构，所述旋转机构包括转盘、电机和驱动机构，所述转盘上承载多个所述棘轮机构，所述电机通过驱动机构与所述转盘机构相连，驱动所述转盘沿着其中心转动；
翻转机构，包括棘爪、轴、拉杆、杠杆、气缸；杠杆与杠杆座连接，杠杆以杠杆与杠杆座的连接点为中心旋转；杠杆的一端A与气缸固定，杠杆的另一端B与拉杆固定；拉杆与轴以及与棘爪连接；当气缸收缩时，气缸拉动杠杆以杠杆座为中心转动，杠杆推动拉杆上升，进而实现棘爪的上升；当气缸伸长时，气缸推动杠杆以杠杆座为中心逆时针转动，杠杆拉动拉杆下降，进而实现棘爪的下降；
当所述棘爪上升且棘轮机构旋转至棘爪上方时，所述翻转机构上的棘爪与所述棘轮机构上的棘轮接触，同时，由于棘轮本身随着圆盘旋转，而棘爪并不随圆盘转动，因此棘轮机构上面的棘轮就会被棘爪拨动沿轴心旋转；
所述棘轮在圆周方向具有四个均匀分布的凹陷，所述棘爪为直线型设置有与所述凹陷配合的棘爪凸起，每一个凸起与棘轮上的凹陷配合拨动棘轮，一个凸起拨动一次棘轮旋转90度，两个凸起两次拨动后，棘轮旋转180度，完成工件翻转；
所述工件安装在工件卡具上，所述工件卡具的底壁外侧垂直于所述底壁的方向设置有一轴，所述轴穿过卡具支座上的孔轴后，安装上棘轮；所述工件卡具的所述轴与水平面呈20-30度角度。
2.根据权利要求1所述的一种可实现自动翻转的基片架，其特征在于：所述棘轮的中部设置有向下延伸的套筒，工件卡具的轴穿过所述套筒设置；在棘轮的所述套筒上设置有螺孔，所述螺孔贯穿所述套筒设置，在所述螺孔中设置有固定螺钉，通过所述固定螺钉抵靠所述工件卡具的轴来将所述工件卡具与所述棘轮固定。
3.根据权利要求2所述的一种可实现自动翻转的基片架，其特征在于：所述工件卡具与卡具支座的孔轴间隙配合，通过调整螺钉和弹簧来调整二者之间的松紧程度。
4.根据权利要求2所述的一种可实现自动翻转的基片架，其特征在于：所述转盘的上表面设置有向圆盘外侧并向上延伸的臂，所述卡具支座与所述臂固定。
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