CN112713070B - 一种真空机械扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空机械扫描装置，包括真空扫描轴、安装法兰、密封套、扫描轴升降驱动机构以及扫描轴旋转驱动机构，所述密封套与真空扫描轴之间设有密封组件，真空机械扫描装置还包括两组用于使密封套可随真空扫描轴的位置浮动并保持密封套与安装法兰轴向间距不变的导向副，两组所述导向副对称布置于所述密封套的两侧，所述安装法兰与所述密封套之间连接有柔性密封套管。本发明具有结构简单、成本低、有利于提高可靠性和使用寿命等优点。

Description

一种真空机械扫描装置

技术领域

本发明涉及半导体加工设备，尤其涉及一种真空机械扫描装置。

背景技术

半导体设备中使用的真空机械扫描装置，大多采用密封套进行导向，往往要求真空扫描轴与密封套之间具有非常高的配合精度(要求单方向半径间隙在10到15微米)，对密封套和真空扫描轴的加工、工作环境(如温度稳定)等有较高的要求，一般承载密封圈的密封套与安装法兰部分为刚性连接或为同一刚性结构体，这种密封结构一般要求密封真空扫描轴的安装，包括旋转、直线滑动与密封套之间具有很好的位置配合精度，否则容易导致密封失效，或者在使用过程中密封圈产生不均匀磨损，导致密封提前失效，同时由于存在固定的运动间隙，对于密封组件的密封性能也要求较高，特别是对于高真空应用场景，这些因素使得整套系统制造与使用成本相对较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低、有利于提高可靠性和使用寿命的真空机械扫描装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种真空机械扫描装置，包括真空扫描轴、安装法兰、密封套、扫描轴升降驱动机构以及扫描轴旋转驱动机构，所述密封套与真空扫描轴之间设有密封组件，真空机械扫描装置还包括两组用于使密封套可随真空扫描轴的位置浮动并保持密封套与安装法兰轴向间距不变的导向副，两组所述导向副对称布置于所述密封套的两侧，所述安装法兰与所述密封套之间连接有柔性密封套管。

作为上述技术方案的进一步改进：所述导向副包括第一滑块、与第一滑块配合的第一导轨、第二滑块以及与第二滑块配合的第二导轨，所述第一滑块设于密封套上，第一导轨设于第二滑块上，所述第二导轨设于安装法兰上，且第二导轨、第一导轨及真空扫描轴相互垂直。

作为上述技术方案的进一步改进：所述导向副包括第一导向轴、与第一导向轴配合的第一直线轴承、第二导向轴以及与第二导向轴配合的第二直线轴承，所述导向轴设于密封套上，第一直线轴承设于第二导向轴上，所述第二直线轴承设于安装法兰上，且第一导向轴、第二导向轴及真空扫描轴相互垂直。

作为上述技术方案的进一步改进：所述密封组件包括至少两个密封圈，相邻两个所述密封圈之间设有抽气隔环，所述抽气隔环配设有真空抽气接口。

作为上述技术方案的进一步改进：所述密封圈为聚四氟乙烯密封圈。

作为上述技术方案的进一步改进：所述柔性密封套管为波纹管，所述波纹管两端分别与所述安装法兰和所述密封套焊接连接。

作为上述技术方案的进一步改进：所述扫描轴升降驱动机构包括第一旋转驱动件、第一传动组件、丝杆、以及与丝杆配合的螺母座，所述真空扫描轴通过一旋转轴承设于所述螺母座上，所述第一旋转驱动件通过第一传动组件与丝杆相连。

作为上述技术方案的进一步改进：所述扫描轴旋转驱动机构包括第二旋转驱动件及第二传动组件，所述第二旋转驱动件设于所述螺母座上并通过第二传动组件与真空扫描轴相连。

作为上述技术方案的进一步改进：所述螺母座还配设有升降导向组件，所述丝杆与所述升降导向组件相对布置于所述真空扫描轴的两侧。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的真空机械扫描装置，真空扫描轴由扫描轴升降驱动机构驱动升降实现沿Z轴的扫描运动、由扫描轴旋转驱动机构驱动实现绕Z轴的旋转运动，真空扫描轴位于密封套内的部分通过密封组件密封，真空扫描轴位于安装法兰与密封套之间的部分则通过柔性密封套管密封，柔性密封套管在实现密封连接的同时不会阻碍密封套的运动，密封套通过2组导向副实现与安装法兰之间的相对固定，使密封套与安装法兰之间位置Z轴方向相对固定，X轴、Y轴方向可小范围移动和/或绕X、Y轴转动，从而实现由密封套、密封组件等组成的密封主体具有随真空扫描轴位置浮动的特点，因此可以消除真空扫描轴与安装法兰之间的位置偏差，降低真空扫描轴与密封组件之间的位置配合精度要求和密封组件密封性能的要求，减少成本，并避免密封失效或者使用过程中的不均匀磨损等问题。

附图说明

图1是本发明真空机械扫描装置的结构示意图。

图2是本发明中的密封组件实施例二的结构示意图。

图中各标号表示：1、真空扫描轴；2、安装法兰；3、密封套；4、密封组件；41、密封圈；42、抽气隔环；43、真空抽气接口；5、导向副；51、第一滑块；52、第一导轨；53、第二滑块；54、第二导轨；6、柔性密封套管；7、扫描轴升降驱动机构；71、第一旋转驱动件；72、第一传动组件；73、丝杆；74、螺母座；75、旋转轴承；76、升降导向组件；8、扫描轴旋转驱动机构；81、第二旋转驱动件；82、第二传动组件；9、真空腔。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1示出了本发明真空机械扫描装置的一种实施例，本实施例的真空机械扫描装置，包括真空扫描轴1、安装法兰2、密封套3、扫描轴升降驱动机构7以及扫描轴旋转驱动机构8，密封套3与真空扫描轴1之间设有密封组件4，真空机械扫描装置还包括两组用于使密封套3可随真空扫描轴1的位置浮动并保持密封套3与安装法兰2轴向间距不变的导向副5，两组导向副5对称布置于密封套3的两侧，安装法兰2与密封套3之间连接有柔性密封套管6。

该真空机械扫描装置，真空扫描轴1由扫描轴升降驱动机构7驱动升降实现沿Z轴的扫描运动、由扫描轴旋转驱动机构8驱动实现绕Z轴的旋转运动，真空扫描轴1位于密封套3内的部分通过密封组件4密封，位于安装法兰2与密封套3之间的部分则通过柔性密封套管6密封，柔性密封套管6在实现密封连接的同时不会阻碍密封套3相对安装法兰2的运动，密封套3通过2组导向副5实现与安装法兰2之间的相对固定，使密封套3与安装法兰2之间位置Z轴方向相对固定，X轴、Y轴方向可小范围移动和/或绕X、Y轴转动，从而实现由密封套3、密封组件4等组成的密封主体具有随真空扫描轴1位置浮动的特点，因此可以消除真空扫描轴1与安装法兰2之间的位置偏差，适当降低真空扫描轴1与密封组件4之间的位置配合精度要求和密封组件4密封性能的要求，减少成本，并避免密封失效或者使用过程中的不均匀磨损等问题。

进一步地，本实施例中，导向副5包括第一滑块51、与第一滑块51配合的第一导轨52、第二滑块53以及与第二滑块53配合的第二导轨54，第一滑块51设于密封套3上，第一导轨52设于第二滑块53上，第二导轨54设于安装法兰2上，且第二导轨54、第一导轨52及真空扫描轴1相互垂直，也即本实施例中仅采用直线导向副，浮动效果仅限于X方向和Y方向的平移浮动。当然在其他实施例中，导向副5也可以是：包括第一导向轴、与第一导向轴配合的第一直线轴承、第二导向轴以及与第二导向轴配合的第二直线轴承，导向轴设于密封套3上，第一直线轴承设于第二导向轴上，第二直线轴承设于安装法兰2上，且第一导向轴、第二导向轴及真空扫描轴1相互垂直。也可以采用类似陀螺仪的结构，具备滑动和旋转双功能的导向结构，使得浮动效果既有X方向和Y方向的平移又有绕X轴、Y轴的转动，具备最大的浮动能力。

进一步地，本实施例中，密封组件4包括两个密封圈41，相邻两个密封圈41之间设有抽气隔环42，抽气隔环42配设有真空抽气接口43，真空抽气接口43可连接真空泵，抽出两个密封圈41之间的空气形成真空区，该种密封组件4密封性能好、可靠性高。参考图2，在其他实施例中，也可设置更多密封圈41并配套设置抽气隔环42，进一步提升密封效果。

作为优选的技术方案，本实施例中，密封圈41为聚四氟乙烯密封圈。聚四氟乙烯密封圈滑动摩擦系数小、耐磨性好且具有较好的弹性，可以保证密封性能和使用寿命。

作为优选的技术方案，本实施例中，柔性密封套管6为波纹管，波纹管两端分别与安装法兰2和密封套3焊接连接。采用波纹管并焊接连接，密封性好，结构可靠。

进一步地，本实施例中，扫描轴升降驱动机构7包括第一旋转驱动件71(例如电机等)、第一传动组件72(例如齿轮传动、带传动等)、丝杆73、以及与丝杆73配合的螺母座74，真空扫描轴1通过一旋转轴承75设于螺母座74上，第一旋转驱动件71通过第一传动组件72与丝杆73相连。工作时，第一旋转驱动件71启动，通过第一传动组件72带动丝杆73旋转，进而实现螺母座74、旋转轴承75、真空扫描轴1及扫描轴旋转驱动机构8整体的升降运动，结构简单、可靠。

更进一步地，本实施例中，扫描轴旋转驱动机构8包括第二旋转驱动件81(例如电机等)及第二传动组件82(例如齿轮传动、带传动等)，第二旋转驱动件81设于螺母座74上并通过第二传动组件82与真空扫描轴1相连。扫描轴旋转驱动机构8整体由螺母座74带动升降，真空扫描轴1需要旋转时，第二旋转驱动件81启动，通过第二传动组件82带动真空扫描轴1在螺母座74上旋转。

更进一步地，本本实施例中，螺母座74还配设有升降导向组件76(也可以是上述的导轨加滑块、直线轴承加导向轴等)，丝杆73与升降导向组件76相对布置于真空扫描轴1的两侧，可以使得真空扫描轴1的扫描运动更平稳、精确。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种真空机械扫描装置，包括真空扫描轴(1)、安装法兰(2)、密封套(3)、扫描轴升降驱动机构(7)、以及扫描轴旋转驱动机构(8)，所述密封套(3)与真空扫描轴(1)之间设有密封组件(4)，其特征在于：真空机械扫描装置还包括两组用于使密封套(3)可随真空扫描轴(1)的位置浮动并保持密封套(3)与安装法兰(2)轴向间距不变的导向副(5)，两组所述导向副(5)对称布置于所述密封套(3)的两侧，所述安装法兰(2)与所述密封套(3)之间连接有柔性密封套管(6)，所述导向副(5)包括第一滑块(51)、与第一滑块(51)配合的第一导轨(52)、第二滑块(53)以及与第二滑块(53)配合的第二导轨(54)，所述第一滑块(51)设于密封套(3)上，第一导轨(52)设于第二滑块(53)上，所述第二导轨(54)设于安装法兰(2)上，且第二导轨(54)、第一导轨(52)及真空扫描轴(1)相互垂直；或，所述导向副(5)包括第一导向轴、与第一导向轴配合的第一直线轴承、第二导向轴以及与第二导向轴配合的第二直线轴承，所述导向轴设于密封套(3)上，第一直线轴承设于第二导向轴上，所述第二直线轴承设于安装法兰(2)上，且第一导向轴、第二导向轴及真空扫描轴(1)相互垂直。

2.根据权利要求1所述的真空机械扫描装置，其特征在于：所述密封组件(4)包括至少两个密封圈(41)，相邻两个所述密封圈(41)之间设有抽气隔环(42)，所述抽气隔环(42)配设有真空抽气接口(43)。

3.根据权利要求2所述的真空机械扫描装置，其特征在于：所述密封圈(41)为聚四氟乙烯密封圈。

4.根据权利要求1所述的真空机械扫描装置，其特征在于：所述柔性密封套管(6)为波纹管，所述波纹管两端分别与所述安装法兰(2)和所述密封套(3)焊接连接。

5.根据权利要求1所述的真空机械扫描装置，其特征在于：所述扫描轴升降驱动机构(7)包括第一旋转驱动件(71)、第一传动组件(72)、丝杆(73)、以及与丝杆(73)配合的螺母座(74)，所述真空扫描轴(1)通过一旋转轴承(75)设于所述螺母座(74)上，所述第一旋转驱动件(71)通过第一传动组件(72)与丝杆(73)相连。

6.根据权利要求5所述的真空机械扫描装置，其特征在于：所述扫描轴旋转驱动机构(8)包括第二旋转驱动件(81)及第二传动组件(82)，所述第二旋转驱动件(81)设于所述螺母座(74)上并通过第二传动组件(82)与真空扫描轴(1)相连。

7.根据权利要求5所述的真空机械扫描装置，其特征在于：所述螺母座(74)还配设有升降导向组件(76)，所述丝杆(73)与所述升降导向组件(76)相对布置于所述真空扫描轴(1)的两侧。

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