弹性连接组件及应用其的片盒升降装置、半导体加工设备的制作方法

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种弹性连接组件及应用其的片盒升降装置、半导体加工设备。

背景技术：

在半导体制造工艺中，晶片需要从大气环境中传送到真空环境的反应腔中进行工艺处理，待工艺完成后再从反应腔中传送出来，这个传输过程需要一套完整的晶片传输系统。

图1为现有的晶片传输系统的结构示意图。请参阅图1，晶片传输系统包括装载腔101、传输腔107和反应腔108。其中，在装载腔101内设置有片盒102，用以承载晶片。在传输腔107内设置有机械手106，用以自装载腔101中的片盒102内取出晶片，并送入反应腔108内进行工艺，待工艺完成之后，再自反应腔108中取出晶片，并送回片盒102内。

为了提高工艺效率，在片盒102内承载多个晶片，且沿竖直方向间隔放置，在这种情况下，需要在装载腔101的底部设置升降装置105，其与片盒固定板103连接，片盒102固定在该片盒固定板103上。升降装置105用于驱动片盒102上升或下降，以使片盒102中的晶片逐个移动至与机械手106高度相同的位置处，供机械手106取出。

图2为现有的升降装置的结构示意图。请参阅图2，升降装置包括驱动电机203、传动装置204、丝杠205、弹性连接组件206、导轨207和升降柱202。其中，驱动电机203通过传动装置204带动丝杠205转动；在丝杠205上套有螺帽(图中未示出)，该螺帽在丝杠205转动时，沿丝杠205的轴向移动。螺帽通过弹性连接组件206与升降柱202连接，从而带动升降柱202作升降运动。另外，升降柱202还通过弹性连接组件206与导轨207上的滑块连接，以确保运动的垂 直性。弹性连接组件206分别与丝杠205上的螺帽和导轨207上的滑块连接，用于协调丝杠205和导轨207因安装误差或运动振动产生的平行度偏差，避免这两个均具备定向作用的部件相互干扰。

图3为现有的弹性连接组件的结构示意图。请参阅图3，弹性连接组件包括导轨连接块301、中间块302、丝杠连接块303以及四个弹性片304，其中，导轨连接块301与导轨207上的滑块连接、丝杠连接块303与丝杠205上的螺帽连接，并且，导轨连接块301和中间块302通过两个弹性片304连接，中间块302和丝杠连接块303同样通过两个弹性片304连接，每个弹性片304通过螺钉305固定。弹性片304采用很薄(约0.5mm)的弹簧钢片制成，其可通过弹性形变来协调在丝杠205和导轨207之间出现的平行度偏差e，从而保证机构的正常运转，如图4所示。

上述弹性连接组件在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，由于弹性片304受到弯曲变形的角度及方向的限制，其只能补偿在丝杠205和导轨207之间出现的平行度偏差，而无法补偿角度偏差。

其二，由于弹性片304较薄，其在平行度偏差过大时，容易产生永久变形甚至失去弹性，从而失去补偿作用。此外，较薄的弹性片304不适合轴向受力较大时的负载环境。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种弹性连接组件及应用其的片盒升降装置、半导体加工设备，其不仅可以补偿导轨和丝杠之间的水平和角度偏差，而且补偿能力和在垂直方向上的负荷承载能力更大，从而可以扩大适用范围。

为实现本发明的目的而提供一种弹性连接组件，包括由上而下依次间隔设置的导轨连接块、中间块和丝杠连接块，还包括四个万向节和四个旋转轴，其中，其中两个万向节的上部沿第一水平方向相对地分别固定在所述导轨连接块的两侧，下部竖直向下延伸至所述中间块的两侧；其中两个旋转轴沿所述第一水平方向设置，且其一端与所 述中间块固定连接，另一端穿过所述万向节；其余两个万向节的下部沿第二水平方向相对地分别固定在所述丝杠连接块的两侧，上部竖直向上延伸至所述中间块的两侧；其余两个旋转轴沿所述第二水平方向设置，且其一端与所述中间块固定连接，另一端穿过所述万向节；所述第二水平方向与所述第一水平方向相互垂直。

优选的，还包括四个缓冲弹簧，每个缓冲弹簧套设在所述旋转轴上，且位于所述万向节和所述中间块之间。

优选的，所述万向节包括相互垂直、且连为一体的竖直板和水平板，其中，在与所述导轨连接块固定的每个万向节中，所述竖直板的上部固定在所述导轨连接块的侧面；所述水平板叠置在所述导轨连接块的底面；在与所述丝杠连接块固定的每个万向节中，所述竖直板的下部固定在所述丝杠连接块的侧面；所述水平板叠置在所述丝杠连接块的顶面。

优选的，在与所述导轨连接块固定的每个万向节中，所述竖直板的上部通过两个螺钉固定在所述导轨连接块的侧面；所述两个螺钉沿所述第二水平方向间隔设置；在与所述丝杠连接块固定的每个万向节中，所述竖直板的下部通过两个螺钉固定在所述丝杠连接块的侧面；所述两个螺钉沿所述第一水平方向间隔设置。

优选的，还包括四个轴承，所述四个轴承一一对应地固定在四个所述万向节中，且套设在所述四个旋转轴上。

优选的，还包括四个顶丝，所述四个旋转轴的一端插入所述中间块中，并一一对应地通过所述顶丝与所述中间块固定连接。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种片盒升降装置，包括升降轴、垂直导轨、滑块、螺帽、丝杠、旋转电机和弹性连接组件，其中，所述升降轴的上端与片盒连接，下端通过所述弹性连接组件与所述螺帽连接；所述螺帽与所述丝杠相配合；所述旋转电机用于驱动所述丝杠旋转；所述垂直导轨竖直设置，且与所述滑块滑动连接，所述滑块与所述螺帽通过所述弹性连接组件连接，所述弹性连接组件采用本发明提供的上述弹性连接组件。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包 括装载腔室、片盒和片盒升降装置，其中，所述片盒设置在所述装载腔室内；所述片盒升降装置固定在所述装载腔室底部，用以驱动所述片盒上升或下降；所述片盒升降装置采用了本发明提供的上述片盒升降装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的弹性连接组件，其借助四个万向节和四个旋转轴，分别实现了导轨连接块与中间块的连接、丝杠连接块与中间块的连接，同时可以使导轨连接块和丝杠连接块分别相对于中间块水平移动或者围绕旋转轴转动，从而不仅可以补偿导轨和丝杠之间的水平和角度偏差，而且与现有技术中的薄片弹性片相比，补偿能力和在垂直方向上的负荷承载能力更大，从而可以扩大适用范围。

本发明提供的片盒升降装置，其通过采用本发明提供的上述弹性连接组件，不仅可以补偿导轨和丝杠之间的水平和角度偏差，而且与现有技术中的薄片弹性片相比，补偿能力和在垂直方向上的负荷承载能力更大，从而可以扩大适用范围。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述片盒升降装置，不仅可以补偿导轨和丝杠之间的水平和角度偏差，而且与现有技术中的薄片弹性片相比，补偿能力和在垂直方向上的负荷承载能力更大，从而可以扩大适用范围。

附图说明

图1为现有的晶片传输系统的结构示意图；

图2为现有的升降装置的结构示意图；

图3为现有的弹性连接组件的结构示意图；

图4为现有的弹性连接组件在协调偏差时的结构示意图；

图5A为本发明实施例提供的弹性连接组件的结构示意图；

图5B为图5A中在X方向上的侧视图；

图6A为图5A中的弹性连接组件在出现水平度偏差时的结构示意图；以及

图6B为图5A中的弹性连接组件在出现角度偏差时的结构示意 图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的弹性连接组件及应用其的片盒升降装置、半导体加工设备进行详细描述。

图5A为本发明实施例提供的弹性连接组件的结构示意图。图5B为图5A中在X方向上的侧视图。请一并参阅图5A和图5B，弹性连接组件包括由上而下依次间隔设置的导轨连接块401、中间块402和丝杠连接块403，其中，导轨连接块401分别和垂直导轨上的滑块以及升降轴(图中未示出)连接，丝杠连接块403和丝杠上的螺帽(图中未示出)连接，在螺帽带动升降轴作升降运动的同时，升降轴沿垂直导轨移动，从而保证升降轴运动的垂直性。

弹性连接组件还包括四个万向节404和四个旋转轴405。其中，在第一水平方向上，即图5B中的X方向，其中两个万向节404的上部相对地分别固定在导轨连接块401的两侧，下部竖直向下延伸至中间块402的两侧。其中两个旋转轴405沿第一水平方向(X方向)设置，每个旋转轴405的一端与中间块402固定连接，另一端穿过万向节404，旋转轴405与万向节404之间的连接满足以下条件：旋转轴405用于支撑万向节404及导轨连接块401，同时可相对于万向节404沿第一水平方向移动。

在第二水平方向上，即图5A中的Y方向，其与第一水平方向相互垂直。与上述相类似的，其余两个万向节404的下部相对地分别固定在丝杠连接块403的两侧，上部竖直向上延伸至中间块402的两侧。其余两个旋转轴405沿第二水平方向(Y方向)设置，每个旋转轴405的一端与中间块402固定连接，另一端穿过万向节404，旋转轴405与万向节404之间的连接满足以下条件：旋转轴405用于支撑中间块402及其上的所有部件，同时可相对于万向节404沿第二水平方向移动。

优选的，弹性连接组件还包括四个缓冲弹簧407，每个缓冲弹簧 407套设在旋转轴405上，且位于万向节404和中间块402之间，用以在旋转轴405与万向节404产生相对移动时，起到缓冲作用，避免二者之间产生运动冲击，从而可以提高结构的运动稳定性。

图6A为图5A中的弹性连接组件在出现水平度偏差时的结构示意图。请参阅图6A，当垂直导轨与丝杠之间存在水平度偏差e时，在第一水平方向上，导轨连接块401相对于中间块402水平偏移距离e，此时万向节404随导轨连接块401水平偏移，同时与旋转轴405产生相对移动，从而可以补偿垂直导轨和丝杠之间的水平度偏差。与此同时，图6A中右侧的缓冲弹簧407产生压缩变形，对旋转轴405与万向节404的相对移动起到缓冲作用。

图6B为图5A中的弹性连接组件在出现角度偏差时的结构示意图。请参阅图6B，当垂直导轨与丝杠之间存在角度偏差θ时，在第一水平方向上，导轨连接块401相对于中间块402围绕旋转轴405旋转角度θ，从而可以补偿垂直导轨和丝杠之间的角度偏差。

在本实施例中，每个万向节404包括相互垂直、且连为一体的竖直板和水平板，其中，在与导轨连接块401固定的每个万向节404中，竖直板的上部固定在导轨连接块401的侧面；水平板叠置在导轨连接块401的底面，从而可以更稳定地支撑导轨连接块401。与之相类似的，在与丝杠连接块403固定的每个万向节404中，竖直板的下部固定在丝杠连接块403的侧面；水平板叠置在丝杠连接块403的顶面。

优选的，在与导轨连接块401固定的每个万向节404中，竖直板的上部通过两个螺钉406固定在导轨连接块401的侧面；两个螺钉406沿第二水平方向间隔设置，这可以限制万向节404的旋转自由度，避免万向节404与导轨连接块401之间发生相对旋转。与之相类似的，在与丝杠连接块403固定的每个万向节404中，竖直板的下部通过两个螺钉406固定在丝杠连接块403的侧面；两个螺钉406沿第一水平方向间隔设置。

在本实施例中，弹性连接组件还包括四个轴承408，四个轴承408一一对应地固定在四个万向节404中，且套设在四个旋转轴405 上，从而可以使旋转轴405与万向节404之间的连接满足以下条件：旋转轴405用于在起到支撑作用的同时，可相对于万向节404水平移动。当然，在实际应用中，旋转轴405与万向节404之间的连接还可以采用其他任意方式，只要能够满足上述条件即可。

在本实施例中，弹性连接组件还包括四个顶丝409，四个旋转轴405的一端插入中间块402中，并一一对应地通过顶丝409与中间块402固定连接。当然，在实际应用中，旋转轴405与中间块402之间的连接还可以采用其他任意方式，本发明对此没有特别的限制。

综上所述，本发明实施例提供的弹性连接组件，其借助四个万向节和四个旋转轴，分别实现了导轨连接块与中间块的连接、丝杠连接块与中间块的连接，同时可以使导轨连接块和丝杠连接块分别相对于中间块水平移动或者围绕旋转轴转动，从而不仅可以补偿导轨和丝杠之间的水平和角度偏差，而且与现有技术中的薄片弹性片相比，补偿能力和在垂直方向上的负荷承载能力更大，从而可以扩大适用范围。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种片盒升降装置，其包括升降轴、垂直导轨、滑块、螺帽、丝杠、旋转电机和弹性连接组件。其中，升降轴的上端与片盒连接，下端通过弹性连接组件与螺帽连接；螺帽与丝杠相配合。旋转电机用于驱动丝杠旋转，此时螺帽沿丝杠的轴向作直线运动，从而带动升降轴及片盒上升或下降。垂直导轨竖直设置，且与滑块滑动连接，该滑块与螺帽通过弹性连接组件连接，从而在螺帽作直线运动时，滑块随螺帽沿垂直导轨同步位移，从而可以起到在垂直方向上的导向作用，以保证升降轴运动的垂直性。上述弹性连接组件采用了本发明实施例提供的上述弹性连接组件。

本发明实施例提供的片盒升降装置，其通过采用本发明实施例提供的上述弹性连接组件，不仅可以补偿导轨和丝杠之间的水平和角度偏差，而且与现有技术中的薄片弹性片相比，补偿能力和在垂直方向上的负荷承载能力更大，从而可以扩大适用范围。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其包括装载腔室、片盒和片盒升降装置。其中，片盒设置在装载 腔室内。片盒升降装置固定在装载腔室底部，用以驱动片盒上升或下降。该片盒升降装置采用了本发明实施例提供的上述片盒升降装置。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述片盒升降装置，不仅可以补偿导轨和丝杠之间的水平和角度偏差，而且与现有技术中的薄片弹性片相比，补偿能力和在垂直方向上的负荷承载能力更大，从而可以扩大适用范围。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。