CN116479411B - 一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置，包括：密封组件，套接在主轴上部，实现Z向密封和旋转密封；旋转机构，与主轴下部连接，用于获取旋转量实现主轴旋转运动；Z向升降机构，分别与密封组件、旋转机构连接，实现主轴升降运动；该Z向升降机构包括用于获取升降量的测量部件。所述旋转机构包括位于搬运壳体下部的DD马达、圆光栅、读数头，所述Z向升降机构，包括音圈电机、Z向滑块主体、滑块和导轨，所述测量部件包括直线光栅尺和Z向读数头。本装置结构紧凑，采用垂直驱动方式，重心与动力在同一条垂直线上，能够保证往复旋转和升降移动的稳定性，且能够获知旋转量和升降量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片制造设备技术领域，具体涉及一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置。
背景技术
在半导体领域，硅片作为最常用的基材被广泛应用在芯片、集成电路和电子器件的制造上，硅片整个加工过程中需要使用镀膜设备对硅片的表面进行镀膜。目前镀膜设备中的硅片搬运装置多数采用纯机械方式控制硅片搬运位置，其缺陷是搬运精度低、响应慢、结构复杂、整体比较大、占空间。且硅片搬运装置密封方式采用树脂轴环叠加密封圈密封，其缺陷是轴环和密封圈容易磨损，密封不严，造成腔室泄漏。
现有硅片搬运装置都是针对工艺腔室单工位进行设计的，其体积庞大、不好安装，并且采用侧面驱动方式，重心与动力不在同一条垂直线上，无法保证往复旋转、升降移动的稳定性，也不能对旋转量和升降量进行准确控制。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置，其结构紧凑，采用垂直驱动方式，重心与动力在同一条垂直线上，能够保证往复旋转和升降移动的稳定性，且能够获知旋转量和升降量。
为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置，包括：
密封组件，套接在主轴上部，实现Z向密封和旋转密封；
旋转机构，与主轴下部连接，用于获取旋转量实现主轴旋转运动；
Z向升降机构，分别与密封组件、旋转机构连接，实现主轴升降运动；该Z向升降机构包括用于获取升降量的测量部件。
作为上述方案的改进，所述密封组件包括用于实现Z向密封的波纹管组件和用于实现旋转密封的磁流体真空密封空心轴，所述磁流体真空密封空心轴位于波纹管组件与主轴之间，在波纹管组件与磁流体真空密封空心轴端部设有磁流体防护盖。
作为上述方案的改进，所述波纹管组件卡接在搬运壳体上部内，且与套接在主轴上的Z向滑块端盖顶部连接，在搬运壳体上部外侧凹槽中设有壳体冷却用循环水铜管，在Z向滑块端盖外周设有磁流体冷却用循环水铜管。
作为上述方案的改进，所述旋转机构包括位于搬运壳体下部的DD马达、圆光栅、读数头，所述读数头安装在Z向滑块端盖底部，所述DD马达内圈顶部连接有底座，该底座上面安装有圆光栅，底座内侧通过免键轴套与主轴张紧连接，在底座下面设有固定在主轴根部的限位件，当主轴向上移动至最高点时，所述限位件与底座底部内侧卡台接触。
作为上述方案的改进，所述Z向升降机构，包括音圈电机、Z向滑块主体、滑块和导轨，位于防护罩内的音圈电机输出轴顶部连接有支撑架，该支撑架插入音圈电机中且与上面的Z向滑块主体相连，所述Z向滑块主体侧面连接有滑块，所述滑块沿着导轨上下移动，所述导轨固定在搬运壳体侧壁上，Z向滑块主体上固定有DD马达。
作为上述方案的改进，所述音圈电机输出轴下方设有Z向电磁抱闸，该Z向电磁抱闸固定在防护罩底部。
作为上述方案的改进，所述测量部件包括直线光栅尺和Z向读数头，所述直线光栅尺位于Z向滑块主体外壁上，Z向读数头位于直线光栅尺一侧且通过立板固定在搬运壳体下部。
作为上述方案的改进，所述Z向滑块主体顶部与Z向滑块端盖相连，所述Z向滑块端盖内侧设有套接在主轴上的双列向心球轴承，该双列向心球轴承底部内侧设有轴承内挡圈，在轴承内挡圈下面设有主轴锁紧螺母，在底座上开有锁紧螺母避让槽，所述双列向心球轴承底部外侧设有轴承外挡圈。
作为上述方案的改进，在搬运壳体底部外周设有防护围挡，所述搬运壳体位于防护罩上，所述防护罩内设有与读数头、Z向读数头、DD马达、音圈电机相连的控制器，在防护罩下面连接有缓冲地脚。
作为上述方案的改进，所述波纹管组件包括波纹管主体、波纹管和波纹管底座，磁流体真空密封空心轴位于波纹管主体内，所述波纹管主体外侧套接有波纹管底座，在波纹管底座与波纹管主体卡台之间设有波纹管，所述波纹管底座固定在搬运壳体顶部。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本申请通过旋转机构和Z向升降机构集成实现适用于多工位的往复旋转及升降运动，整体紧凑合理，并采用波纹管组件进行Z向密封及磁流体进行旋转真空密封的组合形式，其密封性极好，不会出现腔室泄漏现象。双列向心球轴承可以承受较大的径向和轴向负载，增加了主轴承载性，提高了稳定性；采用垂直驱动方式，重心与动力在同一条垂直线上，并且通过读数头与圆光栅的配合精准获知旋转量、直线光栅尺与Z向读数头的配合精准获知升降量，实现晶圆准确、稳定的换位，便于多工位协同工作。
附图说明
图1为一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置剖视图；
图2为一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置内部结构图；
图3为波纹管组件示意图；
图中序号说明：1.波纹管组件；2.主轴；3.磁流体真空密封空心轴；4.磁流体防护盖；5.搬运壳体；6.壳体冷却用循环水铜管；7.磁流体冷却用循环水铜管；8.Z向滑块端盖；9.双列向心球轴承；10.轴承内挡圈；11.轴承外挡圈；12.主轴锁紧螺母；13.读数头；14.圆光栅；15.底座；16.免键轴套；17.导轨；18.滑块；19.Z向滑块主体；20.DD马达主体；21.音圈电机输出轴；22.音圈电机；23.Z向电磁抱闸；24.防护围挡；25.缓冲地脚；26.防护罩；27.Z向读数头；28.直线光栅尺；111.波纹管主体；112.波纹管；113.波纹管底座。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合实施例和附图，对本发明作进一步的描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
实施例1
如图1～2所示，本实施例提供一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置，包括主轴、密封组件、旋转机构和Z向升降机构；
在该实施例中，限定了一种密封组件，该密封组件包括用于实现Z向密封的波纹管组件和用于实现旋转密封的磁流体真空密封空心轴，所述磁流体真空密封空心轴位于波纹管组件与主轴之间，在波纹管组件与磁流体真空密封空心轴端部设有磁流体防护盖。所述波纹管组件卡接在搬运壳体上部内，且与套接在主轴上的Z向滑块端盖顶部连接，在搬运壳体上部外侧凹槽中设有壳体冷却用循环水铜管，在Z向滑块端盖外周设有磁流体冷却用循环水铜管。
具体的，如图3所示，所述波纹管组件包括波纹管主体、波纹管和波纹管底座，磁流体真空密封空心轴位于波纹管主体内，所述波纹管主体外侧套接有波纹管底座，在波纹管底座与波纹管主体卡台之间设有波纹管，所述波纹管底座固定在搬运壳体顶部。
需要说明的是：波纹管Z向密封的结构设计，以及通过磁流体实现旋转真空密封的组合应用，在本搬运装置使用，也可以在本行业、同类设备中使用。
在该实施例中，限定了一种旋转机构，该旋转机构包括位于搬运壳体下部的DD马达、圆光栅、读数头，所述读数头安装在Z向滑块端盖底部，所述DD马达内圈顶部连接有底座，该底座上面安装有圆光栅，底座内侧通过免键轴套与主轴张紧连接，在底座下面设有固定在主轴根部的限位件，当主轴向上移动至最高点时，所述限位件与底座底部内侧卡台接触。
在该实施例中，限定了一种Z向升降机构，该Z向升降机构，包括音圈电机、Z向滑块主体、滑块和导轨，位于防护罩内的音圈电机输出轴顶部连接有支撑架，该支撑架插入音圈电机中且与上面的Z向滑块主体相连，所述Z向滑块主体侧面连接有滑块，所述滑块沿着导轨上下移动，所述导轨固定在搬运壳体侧壁上，Z向滑块主体上固定有DD马达。所述Z向滑块主体顶部与Z向滑块端盖相连，所述Z向滑块端盖内侧设有套接在主轴上的双列向心球轴承，该双列向心球轴承底部内侧设有轴承内挡圈，在轴承内挡圈下面设有主轴锁紧螺母，在底座上开有锁紧螺母避让槽，所述双列向心球轴承底部外侧设有轴承外挡圈。
具体的，Z向升降机构包括测量部件，该测量部件包括直线光栅尺和Z向读数头，所述直线光栅尺位于Z向滑块主体外壁上，Z向读数头位于直线光栅尺一侧且通过立板固定在搬运壳体下部。在搬运壳体底部外周设有防护围挡，所述搬运壳体位于防护罩上，所述防护罩内设有与读数头、Z向读数头、DD马达、音圈电机相连的控制器，在防护罩下面连接有缓冲地脚。本发明通过力矩电机和高精度的光栅反馈，实现硅片换位的准确和稳定。
为了防止音圈电机断电后，其输出轴直接接触防护罩底面造成损坏，在所述音圈电机输出轴下方设有Z向电磁抱闸，断电后能够将输出轴抱住。
需要说明的是：设置双列向心球轴承的优点是可以降低旋转部件之间的摩擦，从而减少热量的产生，提高了主轴的转动精度，延长主轴的使用寿命，节省了维修和更换成本，减少了噪音；最重要的是可以承受较大的径向和轴向负载，增加了主轴承载性，提高了稳定性。
在该实施例中，提供了一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置旋转升降运动方法，具体包括：
旋转运动：控制器控制DD马达内圈旋转，DD马达通过底座、免键轴套带动主轴旋转，主轴驱动晶圆传输托盘从而达到搬运晶圆的目的，读数头捕捉高精度的直线光栅尺位置反馈信号后传输至控制器，控制器根据工作需要控制主轴的旋转精度。
升降运动：控制器控制音圈电机工作，其输出轴通过支撑架驱动Z向滑块主体沿着导轨做直线运动，Z向滑块主体通过Z向滑块端盖带动主轴做升降运动；在Z向滑块主体运动时，Z向读数头捕捉高精度的直线光栅尺位置反馈信号后传输至控制器，控制器根据工作需要控制主轴的升降精度。
上述紧凑合理的整体结构设计，旋转结构和Z向升降结构的实现原理，所选元器件、部件在该结构中的布局方式，高精度的定位实现方法，在本行业、同类设备上均可应用。本行业指的是半导体行业，半导体芯片的制造。同类设备是芯片制造所需的核心设备之一：薄膜沉积设备，等离子体增强CVD(PECVD)本发明为PECVD工艺腔室多硅片工位的搬运装置：多硅片同时沉积，按工艺换位，保证沉积薄膜的均匀性所必须的搬运装置。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置，其特征在于，包括：
密封组件，套接在主轴上部，实现Z向密封和旋转密封；
旋转机构，与主轴下部连接，用于获取旋转量实现主轴旋转运动；
Z向升降机构，分别与密封组件、旋转机构连接，实现主轴升降运动；该Z向升降机构包括用于获取升降量的测量部件；
所述密封组件包括用于实现Z向密封的波纹管组件和用于实现旋转密封的磁流体真空密封空心轴，所述磁流体真空密封空心轴位于波纹管组件与主轴之间，在波纹管组件与磁流体真空密封空心轴端部设有磁流体防护盖；
所述波纹管组件卡接在搬运壳体上部内，且与套接在主轴上的Z向滑块端盖顶部连接，在搬运壳体上部外侧凹槽中设有壳体冷却用循环水铜管，在Z向滑块端盖外周设有磁流体冷却用循环水铜管；
所述旋转机构包括位于搬运壳体下部的DD马达、圆光栅、读数头，所述读数头安装在Z向滑块端盖底部，所述DD马达内圈顶部连接有底座，该底座上面安装有圆光栅，底座内侧通过免键轴套与主轴张紧连接，在底座下面设有固定在主轴根部的限位件，当主轴向上移动至最高点时，所述限位件与底座底部内侧卡台接触。
2.根据权利要求1所述一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置，其特征在于，所述Z向升降机构，包括音圈电机、Z向滑块主体、滑块和导轨，位于防护罩内的音圈电机输出轴顶部连接有支撑架，该支撑架插入音圈电机中且与上面的Z向滑块主体相连，所述Z向滑块主体侧面连接有滑块，所述滑块沿着导轨上下移动，所述导轨固定在搬运壳体侧壁上，Z向滑块主体上固定有DD马达。
3.根据权利要求2所述一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置，其特征在于，所述音圈电机输出轴下方设有Z向电磁抱闸。
4.根据权利要求1或2所述一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置，其特征在于，所述测量部件包括直线光栅尺和Z向读数头，所述直线光栅尺位于Z向滑块主体外壁上，Z向读数头位于直线光栅尺一侧。
5.根据权利要求2所述一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置，其特征在于，所述Z向滑块主体顶部与Z向滑块端盖相连，所述Z向滑块端盖内侧设有套接在主轴上的双列向心球轴承，该双列向心球轴承底部内侧设有轴承内挡圈，在轴承内挡圈下面设有主轴锁紧螺母，在底座上开有锁紧螺母避让槽，所述双列向心球轴承底部外侧设有轴承外挡圈。
6.根据权利要求4所述一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置，其特征在于，在搬运壳体底部外周设有防护围挡，所述搬运壳体位于防护罩上，所述防护罩内设有与读数头、Z向读数头、DD马达、音圈电机相连的控制器，在防护罩下面连接有缓冲地脚。
7.根据权利要求1所述一种化学气相沉积设备用的多工位硅片搬运装置，其特征在于，所述波纹管组件包括波纹管主体、波纹管和波纹管底座，磁流体真空密封空心轴位于波纹管主体内，所述波纹管主体外侧套接有波纹管底座，在波纹管底座与波纹管主体卡台之间设有波纹管，所述波纹管底座固定在搬运壳体顶部。
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