CN113725144A - 一种顶针升降装置及半导体工艺设备 - Google Patents
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Abstract
一种顶针升降装置及半导体工艺设备，顶针升降装置用于半导体工艺设备中，带动顶针在反应腔室内进行升降，包括固定支架、升降支架、升降驱动装置和多个磁力传动装置；固定支架用于设置于反应腔室的底部；升降驱动装置设于固定支架上；升降支架连接于升降驱动装置；磁力传动装置包括磁力套筒、磁梭导筒和磁梭，磁梭导筒的顶端用于和反应腔室的底部密封连接，磁力套筒套设于磁梭导筒的外部且连接于升降支架，磁梭可滑动地设于磁梭导筒内，顶针连接于磁梭上；升降驱动装置驱动升降支架上下运动，带动磁力套筒运动，磁力套筒41通过磁性吸引磁梭在磁梭导筒内滑动，以带动顶针进行升降运动。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，更具体地，涉及一种顶针升降装置及半导体工艺设备。
背景技术
随着半导体规模的扩大，对快速热处理设备的需求也越来越大。升降机构作为快速热处理设备的反应腔室的重要组成部分，主要实现晶圆的升降功能，使晶圆实现在process位(最高位)、home位(中间位)和exchange位(最低位)三个工位之间的顺利切换。机械手配合升降过程中的三个工位，完成装卸料过程，一般通过Pin针升降机构来进行晶圆的升降和固定。同时，为了保证腔室内部的真空性，通常采用波纹管的形式进行密封，从而达到既能够升降又可以不破坏真空的目的。
如图1所示，波纹管101的两端分别固定在腔室102底部和Pin针升降支架103上，Pin针5穿过波纹管101和Pin针升降支架103固定，Pin针升降支架103通过升降丝杠104和升降电机105的带动而进行上下运动，并使波纹管101被压缩或拉升。而由于升降次数频繁，导致波纹管101被反复拉伸收缩，寿命有限，通常到10000-15000次左右波纹管101就存在损坏的风险；另外，波纹管101压缩过程中会产生较大的反作用力，该反作用力对于升降丝杠104和升降电机105的承载能力具有较高的要求，通常较大的承载能力都伴随着较大的体积，对于布局空间有限的腔室102，十分不友好。
因此，需要一种顶针升降装置，能够解决由于波纹管升降而寿命相对较短、对丝杠和电机承载能力要求较高等问题，满足顶针升降的精度和可靠性要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种顶针升降装置及半导体工艺设备，能够满足顶针升降的精度和可靠性要求。
为了实现上述目的，本发明提供一种顶针升降装置，用于半导体工艺设备中，带动顶针在反应腔室内进行升降，包括固定支架、升降支架、升降驱动装置和多个磁力传动装置；其中，
所述固定支架用于设置于所述反应腔室的底部；
所述升降驱动装置设于所述固定支架上；
所述升降支架连接于所述升降驱动装置；
所述磁力传动装置包括磁力套筒、磁梭导筒和磁梭，所述磁梭导筒的顶端用于和所述反应腔室的底部密封连接，所述磁力套筒套设于所述磁梭导筒的外部且连接于所述升降支架，所述磁梭可滑动地设于所述磁梭导筒内，所述顶针连接于所述磁梭上；
所述升降驱动装置驱动所述升降支架上下运动，带动所述磁力套筒运动，所述磁力套筒通过磁性吸引所述磁梭在所述磁梭导筒内滑动，以带动所述顶针进行升降运动。
优选地，所述磁力套筒包括外套筒和磁性组件，所述外套筒套设于所述磁梭套筒的外部，所述外套筒与所述升降支架固定连接；
所述磁性组件设置于所述外套筒和所述磁梭套筒之间，且所述磁性组件与所述外套筒固定连接，并与所述磁梭磁性配合。
优选地，所述磁性组件包括：多个环形的永磁铁和多个隔离筒，所述永磁铁和所述隔离筒间隔套设于所述磁梭套筒的外周，所述永磁铁沿径向充磁，用于磁性吸引所述磁梭；所述隔离筒用于隔离相邻所述永磁铁，以使多个所述永磁铁形成多段磁场；
所述磁梭设有多个沿径向凸出的凸出部，所述凸出部和所述永磁铁一一对应设置。
优选地，所述磁性组件还包括导向套，所述导向套套设于所述磁梭套筒的外周，与所述磁梭套筒滑动配合；所述外套筒和所述磁性组件均套设于所述导向套的外周，与所述导向套固定连接。
优选地，所述导向套为薄壁圆筒结构，所述导向套的两端均设有挂台，所述外套筒和所述磁性组件均卡设于两个所述挂台之间。
优选地，所述升降支架上有阶梯安装孔，所述外套筒的底端设有向外伸出的凸缘，通过锁紧件将所述凸缘卡接于所述阶梯安装孔内。
优选地，所述永磁铁为汝铁硼材质，所述隔离筒为铝合金材质，所述磁梭为铁镍合金材质。
优选地，还包括吹扫接头，所述吹扫接头设于一个所述磁梭导筒的底部，用于对所述磁梭导筒进行吹扫。
优选地，所述固定支架为U型，包括顶板、底板和立板，所述立板的两端分别连接于所述顶板和所述底板，所述顶板连接于所述反应腔室；
所述升降驱动装置包括丝杠、导轨、电机和导轨转接件；其中，
所述电机连接于所述底板的底端；
所述丝杠的一端穿过所述底板与所述电机的输出轴通过联轴器连接，另一端转动连接于所述顶板；
所述导轨沿竖直方向设于所述立板上；
所述导轨转接件滑动连接于所述导轨，且螺纹连接于所述丝杠，所述升降支架连接于所述导轨转接件；
所述电机驱动所述丝杠转动，带动所述导轨转接件沿所述导轨滑动，从而带动所述升降支架进行升降运动。
本发明还提供一种半导体工艺设备，包括反应腔室和顶针升降装置，所述顶针升降装置设置于所述反应腔室的底部，驱动所述顶针在所述反应腔室内升降，，所述顶针升降装置为上述的顶针升降装置。
本发明涉及的顶针升降装置，其有益效果在于，通过磁力套筒和磁梭之间的磁性吸引带动顶针进行升降运动，满足顶针的升降精度和可靠性要求；能够有效解决波纹管升降系统寿命较短、对动力部件的承载能力要求较高的弊端。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了现有技术中顶针升降装置的结构示意图；
图2示出了根据本发明的示例性实施例的顶针升降装置的结构示意图；
图3示出了根据本发明的示例性实施例的顶针升降装置的剖视图；
图4示出了根据本发明的示例性实施例的顶针升降装置中磁力传动装置的结构示意图；
图5示出了图4中A处的放大示意图。
附图标记说明：
1、固定支架，2、升降支架，21、阶梯安装孔，3、升降驱动装置，31、丝杠，32、导轨，321、滑块，33、电机，34、联轴器，35、导轨转接件，4、磁力传动装置，41、磁力套筒，411、导向套，412、永磁铁，413、隔离筒，414、端部保持筒，415、外套筒，42、磁梭导筒，43、磁梭，44、导向衬套，5、顶针，6、反应腔室，7、固定螺帽，8、密封圈，9、吹扫接头；
101、波纹管，102、腔室，103、顶针升降支架，104、升降丝杠，105、升降电机。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种顶针升降装置，用于半导体工艺设备中，带动顶针5在反应腔室6内进行升降，如图2和图3所示，顶针升降装置包括固定支架1、升降支架2、升降驱动装置3和多个磁力传动装置4；其中，
固定支架1用于设置于反应腔室6的底部；
升降驱动装置3设于固定支架1上；
升降支架2连接于升降驱动装置3；
磁力传动装置4包括磁力套筒41、磁梭导筒42和磁梭43，磁梭导筒42的顶端用于和反应腔室6的底部密封连接，磁力套筒41套设于磁梭导筒42的外部且连接于升降支架2，磁梭43可滑动地设于磁梭导筒42内，顶针5连接于磁梭43上；
升降驱动装置3驱动升降支架2上下运动，带动磁力套筒41运动，磁力套筒41通过磁性吸引磁梭43在磁梭导筒42内滑动，以带动顶针5进行升降运动。
本发明涉及的顶针升降装置，通过磁力套筒41和磁梭43之间的磁性吸引带动顶针5进行升降运动，满足精度和可靠性要求；能够有效解决波纹管升降系统寿命较短、对动力部件的承载能力要求较高的问题；其中，磁梭套筒42与反应腔室密封连接，磁力套筒41在磁梭套筒42外上下移动，利用磁性驱动磁梭43同步移动，进而实现顶针5在升降过程中，保持与反应腔室密封连接，满足使用要求；磁力传动装置4与顶针5一一对应，可以同时驱动多个顶针5进行升降运动。
如图4和5所示，磁力套筒41包括外套筒415和磁性组件，外套筒415套设于磁梭套筒42的外部，外套筒415与升降支架2固定连接；
磁性组件设置于外套筒415和磁梭套筒42之间，且磁性组件与外套筒415固定连接，并与磁梭43磁性配合。
本实施例中，磁力套筒41还包括端部保持筒414，端部保持筒414设于外套筒415的底部，用于支撑固定磁性组件，使磁性组件更好地固定在外套筒415内。
本实施例中，升降支架2上有阶梯安装孔21，外套筒415的底端设有向外伸出的凸缘，通过锁紧件7将凸缘卡接于阶梯安装孔21内。
本实施例中，升降支架2包括多个支臂，多个支臂沿轴向均布，且一端相互连接，另一端向外伸出，每个阶梯安装孔21设于一个支臂的另一端，用于安装一个磁力传动装置4；阶梯安装孔21包括连通的大孔和小孔，小孔在大孔之上，小孔和大孔之间形成卡台，磁力套筒41穿过小孔伸入至大孔内，锁紧件7可以为固定螺母，固定螺母通过螺纹连接于大孔内，磁力套筒41的底部被固定螺母和卡台夹持固定。
本实施例中，磁力传动装置4为三个，对应的升降支架3的支臂也为三个。本申请并不以此为限，本领域技术人员在具体实施过程中，可根据具体的需要，对传动装置的数量进行增减。
本实施例中，磁性组件包括：多个环形的永磁铁412和多个隔离筒413，永磁铁412和隔离筒413间隔套设于磁梭套筒42的外周，永磁铁412沿径向充磁，用于磁性吸引磁梭43；隔离筒413用于隔离相邻永磁铁412，以使多个永磁铁412形成多段磁场；
磁梭43设有多个沿径向凸出的凸出部，凸出部和永磁铁412一一对应设置。凸出部和永磁铁412相互吸引，从而将磁梭43的位置与磁力套筒41相对固定。设置多个间隔的永磁铁412形成多个独立的多段磁场，可使整个外套筒内的磁场强弱区分明显，通过使对应的凸出部分别与磁性组件磁力最强的部分吸引，可提高对顶针升降的控制精度。对于仅设置一个单独的永磁铁方案，同样可起到磁性吸引磁梭运动的目的，同样应在本申请保护范围内。磁性组件还包括导向套411，导向套411套设于磁梭套筒42的外周，与磁梭套筒42滑动配合；外套筒415和磁性组件以及端部保持筒414均套设于导向套411的外周，与导向套411固定连接。
导向套411为薄壁圆筒结构，导向套411的两端均设有挂台，外套筒415和磁性组件以及端部保持筒414均卡设于两个挂台之间。
导向套411的截面呈两个相背离的C字形，材质可以为聚四氟乙烯，该材质具备一定的弹性，便于外套筒415和磁性组件以及端部保持筒414塞装，通过挂台使导向套411塞装后挂在外套筒415的内壁，保证在磁力套筒41相对于磁梭导筒42运动时不会滑出，且在磁力套筒41相对于磁梭导筒42运动时，能够进行导向和减小摩擦。
本实施例中，永磁铁412为汝铁硼材质，隔离筒413为铝合金材质，磁梭43为铁镍合金材质。
本实施例中，永磁铁412的数量为三个，永磁铁412为环形，且径向充磁，在径向方向可以吸引铁磁材料，即磁梭43。永磁铁412安装于外套筒415内部，通过胶水粘结固定于外套筒415的内壁。隔离筒413为环形，数量为两个且间隔的设于三个永磁铁412之间，由于材质为铝合金而不会被磁铁磁化，从而能够分隔三块永磁铁412形成三段磁场。使用三块永磁铁412建立三段磁场，整个磁力套筒41内磁场强弱区分明显，这样磁梭43只会被固定在磁力最强的三段，相对于一整块磁铁，磁场没有明显的强弱区分，导致磁梭43仍有窜动的可能，三段磁场的磁性吸引效果更好，使磁梭43的固定更稳定。在升降支架2被升降驱动装置3驱动而上下运动时，磁力套筒41也随之同步进行升降运动，通过磁性吸引带动磁梭43进行升降，达到顶针5升降的目的，升降精度和可靠性都比较好。
在本发明的其他实施例中，磁性组件还可以仅包括一个环形磁铁，环形磁铁套设于磁梭套筒42的外周，且沿径向充磁，用于磁性吸引磁梭43，当升降支架2进行升降运动时，能够带动磁力套筒41沿磁梭套筒42轴向运动，从而使环形磁铁磁性吸引磁梭43同步移动。
磁梭导筒42的顶端设有法兰盘，通过螺钉将法兰盘固定于反应腔室6的底部，磁梭导筒42的顶端设有密封圈8，密封圈8位于法兰盘上，用于将磁梭导筒42与反应腔室6密封；
磁梭43的顶部设有长孔，顶针5插接于长孔内，通过顶针5的本身重力实现和磁梭43连接；
磁梭43的上下两端分别通过导向衬套44滑动连接于磁梭导筒42内。
本实施例中，导向衬套44为环形，材质可以为聚四氟乙烯，一对导向衬套44分别套设于磁梭43的上下两端，且外周与磁梭导筒42接触，当磁梭43被磁力套筒41磁性吸引而在磁梭导筒42内运动时，导向衬套44能够进行导向和减小摩擦。
本发明涉及的顶针升降装置还包括吹扫接头9，吹扫接头9设于磁梭导筒42的底部，用于对磁梭导筒42进行吹扫。
本实施例中，固定支架1为U型，包括顶板、底板和立板，立板沿竖直方向设置，立板的两端分别连接于顶板和底板，顶板通过螺栓连接于反应腔室6；固定支架1用于整个装置的支撑和固定，升降驱动装置3能够驱动升降支架在顶板和底板之间进行升降运动。
升降驱动装置3包括丝杠31、导轨32、电机33和导轨转接件35；其中，
电机33连接于底板的底端；
丝杠31的一端穿过底板与电机33的输出轴通过联轴器34连接，另一端转动连接于顶板；
导轨32沿竖直方向设于立板上；
导轨转接件35滑动连接于导轨32，且螺纹连接于丝杠31，升降支架2连接于导轨转接件35；
电机33驱动丝杠31转动，带动导轨转接件35沿导轨32滑动，从而带动升降支架2进行升降运动。
当电机33旋转并通过丝杠31和导轨32以及导轨转接件35转换为升降支架2的升降运动时，磁力套筒41固定在升降支架2上和升降支架2一起升降运动，磁梭43又被磁力套筒41磁性吸引，在磁力作用下和磁力套筒41同步移动，从而带动位于磁梭43上的顶针5和磁梭43一起移动，以此达到顶针5升降的目的，通过有效的磁力传动，能够满足顶针5升降的精度和可靠性要求。
本实施例中，丝杠31可以为梯形丝杠，梯形丝杠是现有产品，具有自锁功能，其结构和原理不再赘述。
本实施例中，升降驱动装置3中还包括一对滑块321，导轨32为一对，每个滑块321的一侧设有滑槽，用于滑动连接于一个导轨32；
导轨转接件32的两侧分别设有凸出的连接板，每个滑块321的另一侧通过螺钉连接于一个连接板，导轨转接件35的中部设有沿竖直方向设置的螺纹连接孔，导轨转接件35通过螺纹安装孔与丝杠31传动连接；
当电机33驱动丝杠31转动时，导轨转接件35沿丝杠31升降运动，并且带动一对滑块321沿一对导轨32进行滑动。
本发明设涉及的顶针升降装置，采用电机33和丝杠31的传动方式作为动力产生装置，将电机33的旋转运动转换为直线运动，用于带动升降支架2的上升和下降，运动过程稳定可靠。
本发明还包括一种半导体设备，包括反应腔室和顶针升降装置，顶针升降装置设置于反应腔室的底部，驱动顶针5在反应腔室内升降，该顶针升降装置为上述的顶针升降装置。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种顶针升降装置，用于半导体工艺设备中，带动顶针(5)在反应腔室(6)内进行升降，其特征在于，包括固定支架(1)、升降支架(2)、升降驱动装置(3)和多个磁力传动装置(4)；其中，
所述固定支架(1)用于设置于所述反应腔室(6)的底部；
所述升降驱动装置(3)设于所述固定支架(1)上；
所述升降支架(2)连接于所述升降驱动装置(3)；
所述磁力传动装置(4)包括磁力套筒(41)、磁梭导筒(42)和磁梭(43)，所述磁梭导筒(42)的顶端用于和所述反应腔室(6)的底部密封连接，所述磁力套筒(41)套设于所述磁梭导筒(42)的外部且连接于所述升降支架(2)，所述磁梭(43)可滑动地设于所述磁梭导筒(42)内，所述顶针(5)连接于所述磁梭(43)上；
所述升降驱动装置(3)驱动所述升降支架(2)上下运动，带动所述磁力套筒(41)运动，所述磁力套筒(41)通过磁性吸引所述磁梭(43)在所述磁梭导筒(42)内滑动，以带动所述顶针(5)进行升降运动。
2.根据权利要求1所述的顶针升降装置，其特征在于，所述磁力套筒(41)包括外套筒(415)和磁性组件，所述外套筒(415)套设于所述磁梭套筒(42)的外部，所述外套筒(415)与所述升降支架(2)固定连接；
所述磁性组件设置于所述外套筒(415)和所述磁梭套筒(42)之间，且所述磁性组件与所述外套筒(415)固定连接，并与所述磁梭(43)磁性配合。
3.根据权利要求2所述的顶针升降装置，其特征在于，所述磁性组件包括：多个环形的永磁铁(412)和多个隔离筒(413)，所述永磁铁(412)和所述隔离筒(413)间隔套设于所述磁梭套筒(42)的外周，所述永磁铁(412)沿径向充磁，用于磁性吸引所述磁梭(43)；所述隔离筒(413)用于隔离相邻所述永磁铁(412)，以使多个所述永磁铁(412)形成多段磁场；
所述磁梭(43)设有多个沿径向凸出的凸出部，所述凸出部和所述永磁铁(412)一一对应设置。
4.根据权利要求2所述的顶针升降装置，其特征在于，所述磁性组件还包括导向套(411)，所述导向套(411)套设于所述磁梭套筒(42)的外周，与所述磁梭套筒(42)滑动配合；所述外套筒(415)和所述磁性组件均套设于所述导向套(411)的外周，与所述导向套(411)固定连接。
5.根据权利要求4所述的顶针升降装置，其特征在于，所述导向套(411)为薄壁圆筒结构，所述导向套(411)的两端均设有挂台，所述外套筒(415)和所述磁性组件均卡设于两个所述挂台之间。
6.根据权利要求2所述的顶针升降装置，其特征在于，所述升降支架(2)上有阶梯安装孔(21)，所述外套筒(415)的底端设有向外伸出的凸缘，通过锁紧件(7)将所述凸缘卡接于所述阶梯安装孔(21)内。
7.根据权利要求3所述的顶针升降装置，其特征在于，所述永磁铁(412)为汝铁硼材质，所述隔离筒(413)为铝合金材质，所述磁梭(43)为铁镍合金材质。
8.根据权利要求1所述的顶针升降装置，其特征在于，还包括吹扫接头(9)，所述吹扫接头(9)设于所述磁梭导筒(42)的底部，用于对所述磁梭导筒(42)进行吹扫。
9.根据权利要求1所述的顶针升降装置，其特征在于，所述固定支架(1)为U型，包括顶板、底板和立板，所述立板的两端分别连接于所述顶板和所述底板，所述顶板连接于所述反应腔室(6)；
所述升降驱动装置(3)包括丝杠(31)、导轨(32)、电机(33)和导轨转接件(35)；其中，
所述电机(33)连接于所述底板的底端；
所述丝杠(31)的一端穿过所述底板与所述电机(33)的输出轴通过联轴器(34)连接，另一端转动连接于所述顶板；
所述导轨(32)沿竖直方向设于所述立板上；
所述导轨转接件(35)滑动连接于所述导轨(32)，且螺纹连接于所述丝杠(31)，所述升降支架(2)连接于所述导轨转接件(35)；
所述电机(33)驱动所述丝杠(31)转动，带动所述导轨转接件(35)沿所述导轨(32)滑动，从而带动所述升降支架(2)进行升降运动。
10.一种半导体工艺设备，包括反应腔室和顶针升降装置，所述顶针升降装置设置于所述反应腔室的底部，驱动所述顶针(5)在所述反应腔室内升降，其特征在于，所述顶针升降装置为权利要求1-9中任一项所述的顶针升降装置。
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