CN116114056A - 销升降装置 - Google Patents

Abstract

销升降装置(1)，用于在工艺腔室、特别是真空工艺腔室中将衬底(2)降低到衬底载体(15)上并从所述衬底载体(15)提起所述衬底(2)，其中所述销升降装置(1)具有至少一个升降销保持器(4)和至少一个升降驱动器(5)，用于沿线性升降运动轨迹(7)来回运动所述升降销保持器(4)和布置在所述升降销保持器上的升降销(6)，其中借助于补偿轴承(8)将所述升降销保持器(4)放置在所述升降驱动器(5)上，其中所述补偿轴承(8)使得能够在与所述线性升降运动轨迹(7)正交的至少一个方向(9)上进行所述升降驱动器(5)和所述升降销保持器(4)之间的相对运动。(图6)。

Description

销升降装置

技术领域

本发明涉及一种销升降装置，用于在工艺腔室、特别是真空工艺腔室中将衬底降低到衬底载体上以及从所述衬底载体提起所述衬底，其中所述销升降装置具有至少一个升降销保持器和至少一个升降驱动器，用于沿线性升降运动轨迹来回运动所述升降销保持器连同布置在所述升降销保持器上的升降销。

背景技术

在现有技术中，诸如晶片等衬底通常在工艺腔室中，特别是在真空工艺腔室中加以涂覆、装备和/或以其他方式加以处理。为此，所述衬底在加工期间放置在衬底载体上。将衬底引入到工艺腔室中以及从工艺腔室中取出衬底大多借助于合适的机器人臂等穿过工艺腔室的对应腔腔室开口来进行。在此还已知的是，机器人臂将衬底在工艺腔室中放置在通用销升降装置的升降销上。然后借助于所述销升降装置将衬底降低到衬底载体上或放置在衬底载体上。然后在执行了加工步骤之后，由销升降装置借助于相应的升降销再次将衬底提起，以便随后能够借助于机器人臂等再次从工艺腔室中取出。

例如从DE 10 2018 009 871 A1和EP 3 450 809 A1中已知通用的销升降装置。

DE 10 2018 009 871 A1解决了如何能够更好地监视销升降装置的运行准备和磨损的问题。为此，该文献建议使用各种传感器。

EP 3 450 809 A1解决了作为耐磨材料的升降销如何能够尽可能简单地以可更换的方式固定在升降销保持器上的问题。为此，该文献提出了一种特殊类型的升降销离合器。

在现有技术中已知在衬底载体的通孔中放置和引导由升降销装置驱动的升降销。穿过衬底载体的通孔的开口直径在此非常精确地与升降销适配。这又导致在安装期间必须非常精确地调整销升降装置，这导致在安装和维护工作期间对应地增加了工作量。

发明内容

本发明的任务是提出一种改进，以便可以减少在安装销升降装置时的工作量。

为解决该任务，本发明提出了一种如权利要求1所述的销升降装置。

因此，根据本发明规定，借助于补偿轴承将所述升降销保持器放置在所述升降驱动器上，其中所述补偿轴承使得能够在与所述线性升降运动轨迹正交的至少一个方向上进行所述升降驱动器和所述升降销保持器之间的相对运动。

借助于根据本发明在升降销保持器和升降驱动器之间的补偿轴承，在与所述线性升降运动轨迹正交的至少一个方向上可以实现升降销保持器和升降驱动器之间的相对运动，通过所述相对运动产生公差范围，所述公差范围简化了销升降装置的安装和维护。换言之，在安装相应的销升降装置时不再需要如此精确地工作，因为在衬底载体中的通孔与升降销保持器之间可能存在的偏移通过补偿轴承以简单的方式自动补偿。此外，由根据本发明的补偿轴承产生的公差范围还使得可以补偿例如在工艺腔室运行期间销升降装置和/或衬底载体和/或工艺腔室中由温度引起的几何形状变化。

在此特别优选地规定，所述补偿轴承使得能够在与所述线性升降运动轨迹垂直布置的平面中进行升降驱动器和升降销保持器之间的相对运动。这意味着由所述补偿轴承提供的升降驱动器和升降销保持器之间相对运动的可能性不仅可以在与线性升降运动轨迹正交的各个方向上实现，而且可以在与线性升降运动轨迹正交的所有方向上的所述平面中实现。因此，也可以说在该平面内进行升降驱动器和升降销保持器之间全方位相对运动的可能性。

原则上，可以将所述升降销固定在所述升降销保持器中，由此所述升降销成为所述销升降装置的一部分。然而，通常有利的是将所述升降销设置为可更换的易损件。在这种情况下，升降销不一定是销升降装置的一部分。更确切地说，由此升降销可以以可更换的方式布置或固定在升降销保持器上。为此在现有技术、例如开头已经提到的EP 3 450809A1中已知对应的升降销离合器。这些升降销离合器可以在实施本发明时用于以可松脱和/或可更换的方式将升降销固定在升降销保持器上。

根据本发明的销升降装置也可称为销举升器或环形举升器。在现有技术中，在工艺腔室中待处理的衬底通常也称为晶圆。衬底也可以称为载体、载体主体、载体板、层载体等。在工艺腔室中可以涉及要对相应衬底执行的各种加工过程。可以想到例如为衬底装备某些部件、涂覆衬底、蚀刻衬底等。如在现有技术中那样，工艺腔室的衬底载体也可以称为卡盘。

所述销钉升降装置的升降驱动器可以是各种类型的线性驱动器。例如可以想到气动或液压活塞缸单元。其他线性驱动器也可以用作升降驱动器。特别有利的是，所述升降驱动器具有电动机和用所述电动机驱动的主轴驱动器，用于产生升降销保持器连同布置在所述升降销保持器上的升降销沿着所述线性升降运动轨迹的来回运动。

通常，建议监视并优选调节由所述销升降装置经由所述升降销施加到所述衬底的压力、所述升降销的定位和/或在降低和提起所述衬底时的运动速度。为此原则上可以使用例如从开头提到的现有技术中已知的传感器系统。当在升降驱动器中使用电动机时，通过监视升降驱动器的电动机的功率消耗并且必要时对应地调节或控制该功率消耗，可以简单地监视由销升降装置经由升降销施加到衬底上的力。这在现有技术中本身是已知的并且不需要在这里进一步解释。

在任何情况下有利的是，将借助于所述补偿轴承实现的升降驱动器和升降销保持器之间的相对运动构造为尽可能低摩擦和平稳运行的。为此，本发明的优选变型提出，所述补偿轴承具有至少一个带滚动体的轴承或至少一个滑动轴承，所述升降销保持器在与所述线性升降运动轨迹正交的至少一个方向上，优选地在与所述线性升降运动轨迹垂直布置的平面中相对于所述升降驱动器可移动地放置在所述轴承或所述滑动轴承上。在此背景下特别有利的是，所述补偿轴承具有至少两个带滚动体的轴承和/或滑动轴承，并且所述升降销保持器放置在所述带滚动体的轴承和/或滑动轴承之间。作为带滚动体的轴承，特别优选地使用所谓的带滚珠的滚珠轴承保持架。滚珠轴承保持架本身是已知的。它们是保持架或载体板，其中可旋转地布置了多个滚珠。这种带滚珠的滚珠轴承保持架的优点是它们一方面非常低摩擦且运行平稳。另一方面，它们允许升降驱动器和升降销保持器之间均匀的并且在与升降运动轨迹正交的所有方向上都带来同样小摩擦的相对运动。

通过补偿轴承实现的公差补偿有利地在0mm和6mm之间的范围内，优选地在0mm和3mm之间的范围内。因此优选地规定，所述补偿轴承使得能够在与线性升降运动轨迹正交的至少一个方向上以0mm至6mm、优选0mm至3mm的间隔进行升降销保持器和升降驱动器之间的相对运动，或者所述补偿轴承使得能够在与线性升降运动轨迹垂直布置的平面中以0mm至6mm、优选0mm至3mm的间隔进行在升降销保持器和升降驱动器之间的相对运动。

为了将补偿轴承在平行于升降运动轨迹的方向上设计为尽可能无间隙，本发明的优选变型规定，所述销升降装置具有预张紧装置，用于在与升降运动轨迹同轴或平行的方向上弹性地预张紧所述补偿轴承中的升降销保持器。

优选地还规定，所述升降驱动器具有升降驱动器运动轴线并且所述升降驱动器运动轴线与布置在所述升降销保持器中的升降销平行偏移地布置。然而，在根据本发明的销升降装置中还可以与此不同地规定，所述升降驱动器运动轴线以及布置在所述升降销保持器中的升降销彼此同轴地布置。

根据本发明的销升降装置可以设置在或用在各种类型的工艺腔室中。然而，所述销升降装置特别优选地用在所谓的真空工艺腔室中。真空工艺腔室是指，工艺在那里进行或条件在那里设置时达到压力小于或等于0.001mbar(毫巴)或0.1帕斯卡的运行状态。一般来说，如果被设计用于低于常压、即低于1巴的压力，则可以说是真空工艺腔室，但一般也可以说是欠压工艺腔室。

附图说明

下面以根据本发明的实施变型的形式示例性地解释本发明的优选设计方式的进一步特征和细节。

图1示出了具有根据本发明的销升降装置的真空工艺腔室的示意性外部视图；

图2示出了沿剖切线A-A的纵剖面图；

图3又示出了根据图1的真空工艺腔室的外部视图；

图4示出了沿图3的剖切线B-B的纵向剖面；

图5示出了以处于缩回位置的侧视图示出了根据本发明的销升降装置的第一实施例；

图6示出了销升降装置的沿图5的剖切线C-C的纵向剖面；

图7示出了根据图5和图6的销升降装置的侧视图，但处于伸出位置；

图8示出了沿图7的剖切线D-D的纵向剖面；

图9示出了第一实施例的销升降装置的对本发明重要的部分的放大图；

图10示出了图9所示的部件的分解图；

图11示出了第一实施例的销升降装置的图9所示部分的俯视图；

图12以侧视图示出了销升降装置的根据本发明的第二实施例；

图13示出了根据图12的变型的纵向剖面，以及

图14以放大图示出了图13的区域F。

具体实施方式

在图1和图3中从外部示意性地示出了工艺腔室3，其中可以相应地通过腔室开口16向内看并且在那里看到衬底2放置在销升降装置1的升降销6上。在根据图1的运行位置，衬底2借助于销升降装置1的升降销6从衬底载体15提起。在此，所述衬底位于升降销6上。在根据图3的运行位置，销升降装置的升降销6沿升降运动轨迹7缩回如下程度，即，使得衬底2位于衬底载体15上，如其为在工艺腔室3中加工衬底2而设置的。

图2示出了沿图1的剖切线A-A的纵向剖面，图4示出了沿图3的剖切线B-B的纵向剖面。这种工艺腔室3的在现有技术中已知的各种附加部件为了简单起见没有在这里示出，因为它们对于本发明而言并不重要。这例如可以是用于对工艺腔室3抽空的泵系统。用于关闭腔室开口16的阀也未示出。通过腔室开口16将衬底2引入工艺腔室3和从工艺腔室3中取出可以如现有技术中本身已知的那样进行，并且还在DE 10 2018 009871A1的图1中示意性地示出。这里未示出的机器人臂可以将处于根据图1和图2的伸出位置的衬底2放置在升降销6上并且从升降销6再次取出。借助于根据本发明的销升降装置1和布置在销升降装置1的相应升降销保持器4中的升降销6，将衬底2降低到衬底载体15上以及将衬底2从衬底载体15提起。升降销6在此如图2和图4所示，通过通孔17可移动地放置在衬底载体15中。也可称为穿通开口的通孔17通常非常精确地适配于升降销6的厚度，从而在现有技术中，在安装升降销装置1时必须注意相对窄的公差，这需要对应的安装工作量。

为了消除现有技术的这一缺点，根据本发明的销升降装置1具有至少一个补偿轴承8，借助于该补偿轴承8将升降销保持器4放置在升降驱动器5上，其中补偿轴承8允许在与线性升降运动轨迹7正交的至少一个方向9上进行在升降驱动器5和升降销保持器4之间的相对运动。在该第一实施例中使用的根据本发明的销升降装置1在图5至图8中示出，其中图5和图6示出以下运行位置，其中升降销保持器4和布置在该升降销保持器上的升降销6缩回到衬底2位于衬底载体15上的位置。图7和图8示出了沿着升降运动轨迹7的对应伸出的位置，在其中升降销6将衬底2从衬底载体15提起，如图1和图2所示。

图6示出了第一实施例的根据本发明的销升降装置1沿图5的剖切线C-C的纵向剖面。图8示出了沿图7的剖切线D-D的对应纵向剖面。

如开头已经解释的，对于在根据本发明的销升降装置1中使用的升降驱动器5存在各种变型，以借助于升降驱动器5实现沿着升降运动轨迹7的线性移动。在所示的实施例中，升降驱动器5具有电动机13和主轴驱动器14。电动机13使主轴驱动器14的主轴20围绕其与升降驱动器运动轴线12同轴布置的纵向轴线旋转。主轴20以其外螺纹以本身已知的方式啮合到主轴驱动器14的主轴螺母21的内螺纹中。主轴螺母21又固定在主轴驱动器14的升降驱动杆22上，使得借助于电动机13在相应旋转方向上旋转主轴20导致升降驱动杆22的缩回或伸出，并且因此导致布置在升降销保持器4中的升降销6沿着线性移动轨道7的对应运动。

在本实施例中，本发明所必需的补偿轴承8安置在轴承壳体23中。轴承壳体23用固定螺钉19固定在升降驱动杆22上并因此固定在升降驱动器5上。升降销保持器4借助于补偿轴承8在与升降运动轨迹7正交的方向9上相对于轴承壳体23并且因此也相对于升降驱动器5可移动地安装。参考图9和图10来更详细地解释在第一实施例中这是如何构造的。

图9示出了处于组装状态的轴承壳体23和销升降装置1的布置在轴承壳体1中的部件。图10以分解图示出了这些部件。

在第一实施例中，补偿轴承8具有两个带滚动体的轴承10，其具有带滚珠的滚珠轴承保持架的形式。升降销保持器4位于这两个带滚动体的轴承10之间。带滚动体的轴承10确保升降销保持器4可以在与升降运动轨迹7正交的方向9上几乎没有摩擦地或至少只有很小的摩擦地相对于升降驱动器5移动。在升降销保持器4上存在用于升降销6的容纳部。在该实施例中，该容纳部被构造为本身已知的升降销离合器18。在该升降销离合器18中，升降销6可以可更换地固定在升降销保持器4上。升降销离合器18可以例如如EP 3 450 809 A1中那样设计。当然也可以想到升降销离合器18的其他设计形式。如果升降销6不必被视为易损件，则升降销6甚至可以永久固定在升降销保持器4上。

代替以带滚珠的滚珠轴承保持架的形式设计的带滚动体的轴承10，还可以使用其他带滚动体的轴承10或滑动轴承，然而对应的带滚珠的滚珠轴承保持架或带滚动体的轴承10确保特别低的摩擦值。

为了在平行于升降运动轨迹7的方向上无间隙地预张紧升降销保持器4和带滚动体的轴承10或整个补偿轴承8，在该实施例中设置预张紧装置11。该预张紧装置具有预张紧螺钉24、预张紧盘26、预张紧杯28以及布置在预张紧盘26和预张紧杯28之间的盘形弹簧27。借助于拧入轴承壳体23中的对应螺孔29中的预张紧螺钉24，可以调节由预张紧装置11施加到补偿轴承8上的预张紧力。

已经提到的固定螺钉19以及布置在该固定螺钉19和轴承壳体23之间的垫片25也在图9和图10中示出。还示出了与升降运动轨迹7正交的方向9，补偿轴承8根据本发明允许升降销保持器4和升降驱动器5之间在所述方向上的相对运动。

在诸如这里所示的优选设计形式中，补偿轴承8提供的这种移动可能性不仅是在垂直于升降运动轨迹7的各个方向9上运动的可能性，而且是在垂直于升降运动轨迹7的平面中升降销保持器4和升降驱动器5或轴承壳体23之间全方位相对运动的可能性。这通过示例性挑选出的不同方向9来说明，这些方向在图11中示出并且位于所述平面中。图11中所示的剖切线E-E说明了以下剖平面，图9和图10沿着该剖平面剖开。

在根据图1至图11的销升降装置1的第一实施例中，升降驱动器5的升降驱动运动轴线12与布置在升降销保持器4中的升降销6平行偏移。不一定是这种情况，这基于下面根据图12至图14描述的根据本发明的销升降装置1的第二实施例来说明。根据本发明的销升降装置1的该第二实施例可以以与基于图1至图4针对销升降装置1的根据本发明的第一实施例所示相同的方式用在工艺腔室3中。

在该第二实施例中，升降销6或升降运动轨迹7与升降驱动运动轴线12同轴布置。升降驱动器5以及升降销离合器18基本上如在第一实施例中那样构造，从而可以省去对此的进一步解释。

图14放大地示出了图13的剖视图的子区域F。这里也设置了补偿轴承18，其中升降销保持器4安置在两个带滚动体的轴承10之间，所述轴承10呈带滚珠的滚珠轴承保持架的形式。该补偿轴承8也确保了升降销保持器4在与升降运动轨迹7正交的方向9上相对于升降驱动器5相对运动的可能性。这里在与升降运动轨迹7垂直的对应平面中也涉及公差补偿的全面可能性。在该实施例中，预张紧也由预张紧装置11负责，该预张紧装置11又由预张紧盘26和预张紧杯28以及布置在它们之间的盘形弹簧27形成。该预张紧装置11也负责在平行于升降运动轨迹7的方向上为补偿轴承8提供对应的弹性预张紧并且因此在该方向上提供对应的无间隙位置。

附图标记的文字说明

1销升降装置

2衬底

3工艺腔室

4升降销保持器

5升降驱动器

6升降销

7升降运动轨迹

8补偿轴承

9方向

10带滚动体的轴承

11预张紧装置

12升降驱动运动轴线

13电动机

14主轴驱动器

15衬底载体

16腔室开口

17通孔

18升降销离合器

19固定螺钉

20主轴

21主轴螺母

22升降驱动杆

23轴承壳体

24预张紧螺钉

25垫片

26预张紧盘

27盘形弹簧

28预张紧杯

29螺孔。

Claims (10)

1.一种销升降装置(1)，用于在工艺腔室、特别是真空工艺腔室中将衬底(2)降低到衬底载体(15)上并从所述衬底载体(15)提起所述衬底(2)，其中所述销升降装置(1)具有至少一个升降销保持器(4)和至少一个升降驱动器(5)，用于沿线性升降运动轨迹(7)来回运动所述升降销保持器(4)连同布置在所述升降销保持器上的升降销(6)，其特征在于，借助于补偿轴承(8)将所述升降销保持器(4)放置在所述升降驱动器(5)上，其中所述补偿轴承(8)使得能够在与所述线性升降运动轨迹(7)正交的至少一个方向(9)上进行所述升降驱动器(5)和所述升降销保持器(4)之间的相对运动。

2.根据权利要求1所述的销升降装置(1)，其特征在于，所述补偿轴承(8)使得能够在与所述线性升降运动轨迹(7)垂直布置的平面中进行升降驱动器(5)和升降销保持器(4)之间的相对运动。

3.根据权利要求1或2所述的销升降装置(1)，其特征在于，所述补偿轴承(8)具有至少一个带滚动体的轴承(10)或至少一个滑动轴承，所述升降销保持器(4)在与所述线性升降运动轨迹(7)正交的至少一个方向上、优选地在与所述线性升降运动轨迹(7)垂直布置的平面中相对于所述升降驱动器(5)可移动地放置在所述轴承或所述滑动轴承上。

4.根据权利要求3所述的销升降装置(1)，其特征在于，所述补偿轴承(8)具有至少两个带滚动体的轴承(10)和/或滑动轴承，并且所述升降销保持器(4)放置在所述带滚动体的轴承(10)和/或滑动轴承之间。

5.根据权利要求3或4所述的销升降装置(1)，其特征在于，所述带滚动体的轴承(10)是一个带滚珠的滚珠轴承保持架或多个带滚珠的滚珠轴承保持架。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的销升降装置(1)，其特征在于，所述补偿轴承(8)使得能够在与线性升降运动轨迹(7)正交的至少一个方向(9)上以0mm至6mm、优选0mm至3mm的间隔进行在升降销保持器(4)和升降驱动器(5)之间的相对运动。

7.根据权利要求2至5中任一项所述的销升降装置(1)，其特征在于，所述补偿轴承(8)使得能够在与线性升降运动轨迹(7)垂直布置的平面中以0mm至6mm、优选0mm至3mm的间隔进行在升降销保持器(4)和升降驱动器(5)之间的相对运动。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的支撑杆(1)，其特征在于，所述销升降装置(1)具有预张紧装置(11)，用于在与升降运动轨迹(7)同轴或平行的方向上弹性地预张紧所述补偿轴承(8)中的升降销保持器(4)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的销升降装置(1)，其特征在于，所述升降驱动器(5)具有升降驱动器运动轴线(12)并且所述升降驱动器运动轴线(12)与布置在所述升降销保持器(4)中的升降销(6)平行偏移地布置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的升降装置(1)，其特征在于，所述升降驱动器(5)具有电动机(13)和由所述电动机(13)驱动的主轴驱动器(14)。

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