CN112863981B - 载物台移动结构、载物台装置以及真空设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种载物台移动结构、载物台装置以及真空设备，载物台移动结构包括：置于真空腔室内部的机械臂结构，所述机械臂结构的一端安装在密封设计的安装座上；所述安装座设于所述真空腔室的一个面板上，所述安装座通过外置的驱动装置驱动所述机械臂结构转动；所述载物台设于所述机械臂结构的另外一端上，通过所述机械臂结构控制在水平面上移动。该技术方案，采用机械臂结构，降低了载物台移动结构标准件的要求，减少了丝杆和导轨等复杂配件的使用，而且机械臂结构通过外置的驱动装置驱动，减少了驱动装置的条件要求，节省了设备成本。
Description
技术领域
本申请涉及真空设备技术领域，特别是一种载物台移动结构、载物台装置以及真空设备。
背景技术
在真空刻蚀、真空镀膜等真空设备中，其技术主要是利用真空腔和离子源来实现，以真空刻蚀为例，采用物理刻蚀的方式，利用离子源中经过电场加速的离子束对放置在载物台上的材料进行刻蚀，在刻蚀过程中，离子源是固定不动的，由于从离子源发射出来的离子束在水平面上的不同位置有强弱之分，为了达到刻蚀均匀的目的，往往需要将被刻蚀物体在水平面上匀速移动。
为了将被刻蚀物体在水平面上匀速移动，如图1所示，左图为俯视图，右图为侧面视图，传统技术主要是利用两组丝杆导轨搭建XY运动平台，然后控制载物台30按图2的轨迹进行运动。但是，由于在真空室环境内工作， XY运动平台的结构不仅对电机要求高，而且还对丝杆、导轨有高要求，必须选用无油的物料，所以整体成本会比较高。
由此可见，由于需要采用真空电机和相关无油物料，导致载物台的设备成本较高，而且也不利于设备维护。
发明内容
基于此，有必要针对上述载物台的设备成本较高的技术问题，提供一种载物台移动结构、载物台装置以及真空设备。
一种载物台移动结构，包括：置于真空腔室内部的机械臂结构，所述机械臂结构的一端安装在密封设计的安装座上；
所述安装座设于所述真空腔室的一个面板上，所述安装座通过外置的驱动装置驱动所述机械臂结构转动；
所述载物台设于所述机械臂结构的另外一端上，通过所述机械臂结构控制在水平面上移动。
在一个实施例中，所述机械臂结构包括第一摆臂和第二摆臂；其中，所述第一摆臂的一端通过第一转动轴安装在所述安装座上，所述第二摆臂的一端通过第二转动轴连接在所述第一摆臂的另一端；所述第二摆臂的另一端安装所述载物台。
在一个实施例中，所述外置的驱动装置包括第一伺服电机；所述第一伺服电机连接所述第一转动轴，驱动所述第一摆臂在水平面上转动。
在一个实施例中，所述的载物台移动结构还包括内置于真空腔室内的真空伺服电机；
所述真空伺服电机连接所述第二转动轴，驱动所述第二摆臂在水平面上进行转动。
在一个实施例中，所述的载物台移动结构还包括外置于真空腔室外的第二伺服电机；
所述第二伺服电机通过机械传动结构连接所述第二转动轴，驱动所述第二摆臂在水平面上进行转动。
在一个实施例中，所述机械传动结构包括：柔性传动线，螺杆，以及涡轮；
所述第二伺服电机通过所述柔性传动线连接所述螺杆，所述螺杆与所述涡轮咬合，所述涡轮连接所述第二转动轴；
所述第二伺服电机通过所述柔性传动线带动所述螺杆转动，并通过所述螺杆带动所述涡轮转动；
所述涡轮带动所述第二转动轴转动，驱动所述第二摆臂在水平面上进行转动。
在一个实施例中，所述第一伺服电机和真空伺服电机分别连接至控制系统；或者所述第一伺服电机和第二伺服电机分别连接至控制系统；
所述控制系统用于根据输入的载物台运行轨迹计算相应的坐标点，并控制所述第一伺服电机和真空伺服电机的转动、或者控制所述第一伺服电机和第二伺服电机的转动，以控制所述载物台沿所述载物台运行轨迹的坐标点移动。
在一个实施例中，所述机械臂结构包括主摆臂和丝杆结构；
所述主摆臂的一端通过第一转动轴安装在所述安装座上；
所述丝杆结构通过转动臂设于主摆臂的另一端上，所述转动臂与传动杆一端铰接，所述传动杆的另一端铰接在一个固定柱上；其中，所述传动杆长度等于第一转动轴与转动臂的圆心距离，所述固定柱离第一转动轴的圆心距离等于转动臂的长度；
所述载物台设于所述丝杆结构上，通过丝杆结构在水平面上平移移动。
一种载物台装置，包括：上述的载物台移动结构以及所述载物台；
所述载物台通过旋转轴安装所述载物台移动结构上；所述载物台移动结构驱动所述载物台在真空腔室内水平移动；
所述载物台通过所述旋转轴进行转动。
一种真空设备，包括：真空腔室，离子源，以及上述的载物台装置；
所述载物台装置在所述真空腔室内转动，将载物台置于所述离子源的覆盖范围内匀速运动。
本申请的技术方案具有如下有益效果：
载物台移动结构通过机械臂结构，将机械臂结构的一端安装在密封设计的安装座上，安装座设于所述真空腔室的一个面板上，安装座通过外置的驱动装置驱动机械臂结构转动，以实现载物台在真空腔室内的水平面上移动；该技术方案，采用机械臂结构，降低了载物台移动结构标准件的要求，减少了丝杆和导轨等复杂配件的使用，而且机械臂结构通过外置的驱动装置(电机)驱动，减少了驱动装置的条件要求，节省了设备成本。
附图说明
图1是载物台移动结构采用的XY运动平台示意图；
图2是运动轨迹示意图；
图3和图4是本申请一种载物台移动结构示意图；
图5是一个实施例的机械臂结构的结构示意图；
图6是载物台移动结构移动轨迹示意图；
图7是另一个实施例的机械臂结构的结构示意图；
图8是机械传动结构的结构示意图；
图9是又一个实施例的机械臂结构的结构示意图；
图10是电机控制电路图；
图11是一个实施例的真空设备结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例的术语“包括”以及其他任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
参考图3和图4所示，图3和图4是本申请一种载物台移动结构示意图，图 3是侧面视图，图4是俯视图。
本申请的载物台移动结构，包括：置于真空腔室1内部的机械臂结构10，机械臂结构10的一端安装在密封设计的安装座20上；安装座20设于真空腔室1的一个面板上，本实施例中，以真空腔室1的底板11进行举例描述，安装座20通过外置的驱动装置40驱动机械臂结构10转动；载物台30设于机械臂结构10的另外一端上，通过机械臂结构10控制在水平面上移动；对于载物台30，其也可以通过旋转轴31连接到机械臂结构10上。
如图中所示，真空腔室1外部的驱动装置40可以驱动机械臂结构10转动，从而实现了载物台30在真空腔室1内进行移动。对于驱动装置40，一般是采用电机进行驱动。
本实施例的技术方案，采用机械臂结构10，降低了载物台移动结构的标准件的要求，减少了丝杆和导轨等复杂配件的使用，而且机械臂结构10通过外置的驱动装置40(电机)驱动，减少了驱动装置40的条件要求，节省了设备成本；而且只占用底板11的安装位置，底板11其余的位置可布置其它接口，节省了设备空间。
在本申请的技术方案中，机械臂结构10可以采用多种形式，下面结合附图阐述机械臂结构的多个实施例。
在一个实施例中，参考图5，图5是一个实施例的机械臂结构的结构示意图；机械臂结构10可以包括第一摆臂101和第二摆臂102；第一摆臂101 的一端通过第一转动轴1010安装在所述安装座20上，第二摆臂102的一端通过第二转动轴1020连接在第一摆臂101的另一端；第二摆臂102的另一端安装所述载物台30。
进一步的，外置的驱动装置40包括第一伺服电机401；第一伺服电机401 连接第一转动轴1010，驱动第一摆臂101在水平面上转动；另外还可以包括内置于真空腔室1内的真空伺服电机403；真空伺服电机403连接第二转动轴1020，驱动第二摆臂102在水平面上进行转动。
本实施例中，第一摆臂101和第二摆臂102构成了两个转轴的机械臂，在工作时，外置的第一伺服电机401驱动第一摆臂101进行摆动，真空伺服电机403驱动第二摆臂102摆动，利用两个机械臂摆臂构成的关节摆动功能，结合相应的算法可以使得载物台30按照设定的轨迹进行移动。
参考图6，图6是载物台移动结构移动轨迹示意图；图6(a)中所示是机械臂在起点位置的俯视图，图6(b)中所示是机械臂在终点位置的俯视图；通过相应算法控制机械臂按照输入的载物台运行轨迹的坐标点进行移动，从而实现了将载物台30上的样品在离子源70的覆盖范围内进行均匀刻蚀。
在另一个实施例中，本申请的载物台移动结构中，还可以包括外置于真空腔室1外的第二伺服电机402；相对于上述实施例的在真空腔室1内置真空伺服电机403驱动第二摆臂102，本实施例可以进一步将驱动第二摆臂102 的伺服电机移至真空腔室1外，从而可以进一步降低对伺服电机的要求，从而降低设备成本。
参考图7，图7是另一个实施例的机械臂结构的结构示意图；第二伺服电机402通过机械传动结构41连接第二转动轴1020，驱动第二摆臂102在水平面上进行转动。在本实施例中，提供一种机械传动结构41的实施方案，参考图8所示，图8是机械传动结构的结构示意图；在该实施方案中，机械传动结构41主要包括柔性传动线411，螺杆412，以及涡轮413；第二伺服电机402通过柔性传动线411连接螺杆412，螺杆412与涡轮413咬合，涡轮413连接第二转动轴1020；第二伺服电机402通过所述柔性传动线411带动螺杆412转动，并通过螺杆412带动涡轮413转动；涡轮413带动第二转动轴1020转动，驱动第二摆臂102在水平面上进行转动。
在一个实施例中，参考图9所示，图9是又一个实施例的机械臂结构的结构示意图；本申请的载物台移动结构中，机械臂结构10还可以采用主摆臂 111和丝杆结构112的组合方案；主摆臂111的一端通过第一转动轴1010安装在安装座20上；丝杆结构112通过转动臂121设于主摆臂111的另一端上，转动臂121与传动杆122一端铰接，传动杆122的另一端铰接在一个固定柱 123上；传动杆122长度L等于第一转动轴1010与转动臂121的圆心距离，固定柱123离第一转动轴1010的圆心距离d等于转动臂121的长度r；载物台30设于丝杆结构112上，通过丝杆结构112在水平面上平移移动。
在使用过程中，当主摆臂111摆动的时候，传动杆122的连接固定柱123 的一端是固定的，因此，在转动臂121上产生推力，推动控制丝杆结构112 转动，使得丝杆结构112可以始终保持平行状态，从而实现了主摆臂111在 Y轴方向上移动，丝杆结构112推动载物台30在水平上移动的功能，从而可以按照图2所示的轨迹进行移动。
在一个实施例中，本申请的载物台移动结构，还可以通过控制系统50 来控制电机的运行，以实现控制机械臂摆动，参考图10，图10是电机控制电路图，第一伺服电机401和真空伺服电机403(或第二伺服电机402)分别连接至控制系统50；控制系统50用于根据输入的载物台运行轨迹计算相应的坐标点，并控制第一伺服电机401和真空伺服电机403(或第二伺服电机 402)的转动，以控制载物台30沿所述载物台运行轨迹的坐标点移动。
在此处，控制系统50可以根据需求，输入载物台30所需的运行轨迹，然后利用机械臂的算法控制机械臂摆动将载物台30按照运行轨迹进行移动。
下面阐述载物台装置的实施例。
本申请的载物台装置，包括：上述任意实施例的载物台移动结构以及载物台30；载物台30通过旋转轴31安装所述载物台移动结构上；载物台移动结构驱动所述载物台30在真空腔室1内水平移动；载物台30通过所述旋转轴31进行转动。
本实施例的载物台装置，采用机械臂结构10，降低了载物台移动结构标准件的要求，减少了丝杆和导轨等复杂配件的使用，而且机械臂结构10通过外置的驱动装置40驱动，减少了驱动装置40的条件要求，节省了设备成本。
下面阐述真空设备的实施例。
参考图11，图11是一个实施例的真空设备结构示意图；本申请的真空设备包括：真空腔室1，离子源70，以及上述的载物台装置；载物台装置在真空腔室1内转动，将载物台30置于离子源70的覆盖范围内匀速运动。
本实施例的真空设备，由于采用机械臂结构10，降低了载物台移动结构标准件的要求，减少了丝杆和导轨等复杂配件的使用，而且机械臂结构10 通过外置的电机驱动，减少了电机的条件要求，节省了设备成本。而且机械臂结构10只占用真空设备底板11的安装位置，底板11其余的位置可布置其它接口，节省了真空设备的整机设备空间，在实际使用中具有更好应用效果。另外，本申请的技术方案可以用于真空刻蚀，真空镀膜等真空设备中。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种载物台移动结构，其特征在于，包括：置于真空腔室内部的机械臂结构，所述机械臂结构的一端安装在密封设计的安装座上；
所述安装座设于所述真空腔室的一个面板上，所述安装座通过外置的驱动装置驱动所述机械臂结构转动；
所述机械臂结构包括第一摆臂和第二摆臂；其中，所述第一摆臂的一端通过第一转动轴安装在所述安装座上，所述第二摆臂的一端通过第二转动轴连接在所述第一摆臂的另一端；所述第二摆臂的另一端安装所述载物台；
所述外置的驱动装置包括第一伺服电机；所述第一伺服电机连接所述第一转动轴，驱动所述第一摆臂在水平面上转动；
所述的载物台移动结构还包括外置于真空腔室外的第二伺服电机；
所述第二伺服电机通过机械传动结构连接所述第二转动轴，驱动所述第二摆臂在水平面上进行转动。
2.根据权利要求1所述的载物台移动结构，其特征在于，所述机械传动结构包括：柔性传动线，螺杆，以及涡轮；
所述第二伺服电机通过所述柔性传动线连接所述螺杆，所述螺杆与所述涡轮咬合，所述涡轮连接所述第二转动轴；
所述第二伺服电机通过所述柔性传动线带动所述螺杆转动，并通过所述螺杆带动所述涡轮转动；
所述涡轮带动所述第二转动轴转动，驱动所述第二摆臂在水平面上进行转动。
3.根据权利要求1或2所述的载物台移动结构，其特征在于，所述第一伺服电机和第二伺服电机分别连接至控制系统；
所述控制系统用于根据输入的载物台运行轨迹计算相应的坐标点，并控制所述第一伺服电机和第二伺服电机的转动，以控制所述载物台沿所述载物台运行轨迹的坐标点移动。
4.一种载物台移动结构，其特征在于，包括：置于真空腔室内部的机械臂结构，所述机械臂结构的一端安装在密封设计的安装座上；
所述安装座设于所述真空腔室的一个面板上，所述安装座通过外置的驱动装置驱动所述机械臂结构转动；
所述机械臂结构包括主摆臂和丝杆结构；
所述主摆臂的一端通过第一转动轴安装在所述安装座上；
所述丝杆结构通过转动臂设于主摆臂的另一端上，所述转动臂与传动杆一端铰接，所述传动杆的另一端铰接在一个固定柱上；其中，所述传动杆长度等于第一转动轴与转动臂的圆心距离，所述固定柱离第一转动轴的圆心距离等于转动臂的长度；
所述载物台设于所述丝杆结构上，通过丝杆结构在水平面上平移移动。
5.一种载物台装置，其特征在于，包括：权利要求1-4任一项所述的载物台移动结构以及所述载物台；
所述载物台通过旋转轴安装所述载物台移动结构上；所述载物台移动结构驱动所述载物台在真空腔室内水平移动；
所述载物台通过所述旋转轴进行转动。
6.一种真空设备，其特征在于，包括：真空腔室，离子源，以及权利要求5所述的载物台装置；
所述载物台装置在所述真空腔室内转动，将载物台置于所述离子源的覆盖范围内匀速运动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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