一种用于线性运动导螺杆和螺母总成中螺母和螺丝自动对准的悬置轴环夹持装置的制作方法

专利名称：一种用于线性运动导螺杆和螺母总成中螺母和螺丝自动对准的悬置轴环夹持装置的制作方法
一种用于线性运动导螺杆和螺母总成中螺母和螺丝自动对 准的悬置轴环夹持装置
背景技术：
等离子体处理技术的进步已经为半导体工业的成长提供了条件。为了创造一个生 产半导体设备的加工环境，处理室的条件可能必须严格控制。在精密的线性运动处理系统 中，控制过程可以通过改变处理室的构造进行。考虑到其中的状况，例如，基底正在精密线性运动处理系统中的处理室中进行处 理。所述基底位于下电极(例如静电夹头)的顶部。根据所使用的方法，下电极可以垂直 运动，从而调节基底相对于上电极的位置，上电极通常位于下电极的上面。为方便下电极的垂直调节，线性运动仪器(linear motion apparatus)可以连接 到下电极上。线性运动仪器可以包含一根导螺杆。为了使导螺杆能够转动，可以借助一根 轴将电机连接到导螺杆上。电动的导螺杆装置可以借助一对夹具连接到处理室的外壁上， 夹具可以借助一对螺丝固定到处理室壁上。线性运动仪器也可以包括一个螺母装置。螺母装置可以包含一个螺纹螺母 (threaded nut)，螺纹螺母可以环绕导螺杆，并与导螺杆形成同心(concentric)关系。螺 母装置可以连接到支撑板上，支撑板借助于螺母架固定到螺纹螺母上。因此，当导螺杆转动 时，螺母装置沿着垂直方向运动，从而导致支撑板向同一方向运动。由于支撑板连接到下电 极上，因此，可以通过调节线性运动仪器来调节下电极。换言之，电动导螺杆促使螺母装置 产生垂直运动，进而转化成下电极的垂直运动。为最大限度延长线性运动仪器的使用寿命，可能必须保持导螺杆与螺纹螺母之间 的同心性。然而，保持同心性可能是一项挑战，特别是在线性运动仪器的安装可能不正确的 情况下。例如，在精密线性运动处理系统的组装过程中，导螺杆的位置可能轻微偏移轴心。 即使线性运动仪器安装正确，导螺杆可能还是会产生偏离(runout)。如同本文所论述的，导 螺杆偏离还与制造缺陷或者正常的制造公差而造成的导螺杆不直有关。不管是直线运动仪 器被错误组装，还是导螺杆可能有偏离，导螺杆的转动都可能导致螺纹螺母向导螺杆的一 边施加负荷，从而造成导螺杆和/或螺纹螺母的过度摩擦和/或过早磨损。为处理偏差问题，现有的技术方案包括使用一套空隙槽容纳紧固件，紧固件用于 固定任一零配件(例如导螺杆或者螺纹螺母)。例如，夹具可以将导螺杆固定到处理室的 壁上。可以借助螺丝将夹具固定到处理室的壁上，所述螺丝可以插入位于夹具上的空隙槽 里。每一个空隙槽可以是椭圆形(oblong)的形状，从而可以让安装人员能沿X方向安装导 螺杆。不管怎样，通过使用空隙槽进行对准，简单的组装程序变成了一个耗时且复杂的组装 过程。因此，一个高技能的组装人员被要求进行更复杂的组装程序。此外，由于空隙槽没有 纠正导螺杆的偏离，有害侧负荷(side loading)(对着导螺杆一边的磨损)仍然可能产生。另一个现有技术方案包括使用悬置螺母，悬置螺母是一个在其安装孔处有隙距 的螺纹螺母。例如，一个线性运动仪器可以包含一个被螺纹螺母环绕的导螺杆，螺纹螺母 通过带有隙距的孔安装。换言之，一个缝隙可以存在于安装螺丝和螺纹螺母的安装孔之 间。因此，有了缝隙，由于不正确的组装和/或导螺杆的偏离而引起的偏差就可以消解(accommodated)，从而减少有害侧负荷。然而，悬置螺母装置可以导致螺纹螺母沿顺时针和 /或逆时针方向移动。结果，螺纹螺母的移动可能造成位置不再准确，这可能转换成无法为 了刻蚀基底准确控制处理室构造。从如上所述可以理解，由于有害侧负荷而导致的过早磨损可能要求线性运动仪器 的至少部分零配件，例如，导螺杆和螺纹螺母要替换。当磨损的配件替换时，处理基底的工 具基本上不能得到。替换磨损件(可能包括停用操作工具，订购所需零配件，拆卸线性运动 仪，用新的零配件重装线性运动仪器，重新测试处理工具，以及类似的工作)所需要的时间 期限过长，公司因为过早磨损而承受的经济损失可能是相当巨大的。
发明概要根据一种实施方式，本发明涉及到一种自动对准线性运动仪器。该仪器包括一根 导螺杆。该仪器还包括一个设置成环绕导螺杆的螺母装置，其中，该螺母装置包括至少一个 螺母、一个螺母架和一个悬置轴环。一个带肩螺丝穿插过该螺母架的螺母架孔和该螺母的 螺母孔，以至少部分安置在悬置轴环里。该螺母架孔的一个尺寸比该带肩螺丝的横断面尺 寸要大，当该导螺杆转动时，该带肩螺丝就能够在该螺母架孔中运动，以调节该螺母装置， 从而保持该螺母装置与该导螺杆之间的同心关系。上述摘要仅仅涉及到本发明公开的许多实施方式中的一个，并且不是有意限制本 发明的保护范围，保护范围在本发明的权利要求书中阐述。本发明的这些以及其他的特征 将在下文本发明的详细说明书中结合附图进行更详细的描述。附图简要说明本发明通过附图中的图片进行例示说明，但不是进行限制说明，附图中类似的参 考标号指的是类似的元件，附图中

图1是根据本发明的一种实施方式所示的一种自动对准线性运动仪器的分解图。图2是根据本发明的一种实施方式所示的一种具有一对插入带肩螺丝的自动对 准线性运动仪器的剖视图。图3是根据本发明的一种实施方式所示的一种具有一对增高垫(raised bosses) 的自动对准线性运动仪器的剖视图。图4是根据本发明的一种实施方式所示的一种自动对准线性运动仪器的分解图 (图1的另一个视图)。图5是根据本发明的一种实施方式所示的一种具有一对插入带肩螺丝的自动对 准线性运动仪器的剖视图(图2的另一个视图)。图6是根据本发明的一种实施方式所示的一种具有一对增高垫的自动对准线性 运动设备的剖视图(图3的另一个视图)。详细描述现根据附图的图示说明，并参考本发明的几种实施方式对本发明进行详细的描 述。在下文的描述中，为了对本发明有一个全面的理解，将对许多具体细节进行描述。然而， 对于本领域的技术人员而言，没有这些具体细节的全部或者部分，本发明可以实施，这一点 是清楚的。在其他的例子中，为防止不必要地弱化本发明的优点，公知的工艺步骤和/或结 构没有详细描述。
各种实施方式在下文描述，包括方法与技术。应当清楚，本发明也覆盖那些计算机 可读介质的制品，执行本发明技术的实施方式的计算机可读说明内容保存在计算机可读介 质里。计算机可读介质可以包括诸如半导体、磁盘、光磁盘、光盘或者其他的保存计算机阅 读码的计算机可读介质。进而言之，本发明也包括执行本发明实施方式的设备。这些设备 可能包括执行与本发明的实施方式有关的专有电路和/或可编程电路。所述设备的例子包 含经适当编程的多用途计算机和/或专用计算机设备，并且可以包含适合执行涉及本发明具体实施方式
的各种任务的计算机/计算设备和专用/可调的电路的组合物。根据本发明的具体实施方式
，一种自动对准线性运动仪器提供一种让螺母根据导 螺杆的构造进行自我对准的装置。为方便自我对准，螺母可以借助一对带肩螺丝连接到螺 母架和悬置轴环上。例如，螺母可以根据螺母架上设置的螺母架孔的形状沿着X方向滑动。 在一种实施方式中，螺母架孔沿X方向可以呈椭圆形，从而使插入带肩螺丝能够沿X方向运 动。由于带肩螺丝也插入螺母中设置的孔里，带肩螺丝的滑动也可以转换成螺母沿X方向 的自我对准。在另一种实施方式中，螺母借助于带肩螺丝和增高垫与悬置轴环连接，增高垫是 位于悬置轴环上的增高固定装置。在一种实施方式中，增高垫向上插入螺母法兰中设置的 螺母法兰孔里。在一种实施方式中，螺母法兰孔沿Y方向呈椭圆形，从而使螺母能够沿Y方 向滑动。有了经调节的螺母装置，带肩螺丝和/或增高垫就限制螺母的转动，但容许螺母 沿χ/Υ方向自由进行自我对准。例如，电动导螺杆沿χ方向偏向右边。当电动导螺杆转动 时，螺母能够进行自我对准，也通过沿X方向滑动，消解导螺杆的偏差，从而保持螺母与导 螺杆之间的同心性，并且基本上将有害侧负荷降到最小。因此，通常与有害侧负荷有关的过 早磨损也可以大大减少。参考附图和下文的阐述，可以更好地理解本发明的特点和优点。图1是根据本发明的一种实施方式所示的一种自动对准线性运动仪器的分解图， 图4是图1的分解图。如前文所述，精密线性运动处理系统可以包含一个可移动的下电极 (未图示)，其在基底处理过程中可以调节，从而使操作员能够控制下电极的高度。为方便 调节，下电极借助支撑板110与自动对准线性运动仪器100相连。在一种实施方式中，自动 对准线性运动仪器100可以包含一个经调节的环绕导螺杆102的螺母装置。与现有技术类 似，导螺杆102可以连接到电机(未图示)上，从而当电机发动时，导螺杆能够转动。经对准的螺母装置可以包含一个螺母架104、一个螺母106和一个悬置轴环108。 螺母架104是支撑板110的延伸，并且将螺母106 (可能有螺纹)连接到支撑板110上。为 连接两个部件，可以将一对带肩螺丝(112和114)插入一对相对的螺母架孔(116a和116b) 和一对相对的螺母孔(118a和118b)里。在一种实施方式中，每一个带肩螺丝(112和114)可以包含一个螺丝头122、一个 带肩部分124和一个螺丝部分126。在一种实施方式中，带肩部分124的长度可以至少等 于螺母架104的厚度和螺母法兰128的厚度，螺母法兰128是螺母106的较宽的部分。当 带肩螺丝插入孔里时，螺丝部分126就可以延伸到螺母法兰128之上。在一种实施方式中， 通过将螺丝部分126插入悬置轴环108的轴环纹孔120a里，带肩螺丝112就可以固定到经 调节的螺母装置上。如同本文所阐述的，悬置轴环是一个环状的装置，其直接位于螺母法兰128的下面，并且环绕螺母106的螺母体130固定安装。在现有技术中，由于偏差和/或导螺杆的偏离，导螺杆与螺母之间的同心性没有 形成和/或保持时，可能导致过早磨损的有害侧负荷就会产生。在本发明的一个方面，发明 人意识到，假如经调节的螺母装置能够沿着χ/γ方向自动调整以适合导螺杆的构造时，同 心性就可以保持。图2和3将用于说明怎样通过经调节的螺母装置实现自动对准。图2是根据本发明的一种实施方式所示的一种具有一对插入带肩螺丝的自动对 准线性运动仪器的剖视图，图5是图2的分解图。带肩螺丝112和114插入已调整的螺母装 置里。例如，带肩螺丝112插入螺母架孔116a、螺母孔118a(未图示)和轴环纹孔120a(未 图示)中，从而将螺母架104、螺母106以及悬置轴环连接成一个单个的经调整的螺母装置。在一种实施方式中，螺母架孔(116a和116b)其直径可以比带肩螺丝(112和114) 直径大。换言之，当带肩螺丝112插入螺母架孔116a时，带肩部分124与螺母架孔116a的 壁之间可以存在小缝隙。在一种实施方式中，每一个螺母架孔(116a和116b)沿X方向呈 椭圆形，从而当带肩螺丝112固紧时，插入的带肩螺丝能沿着X方向202运动。在一种实施方式中，带肩螺丝的带肩部分可以通过相应的螺母孔。例如，当带肩部 分124紧贴悬置轴环108的顶面时，插入的带肩螺丝112就牢固地固定在悬置轴环108上。 由于插入的带肩螺丝112能够沿X方向202滑动，那么，悬置轴环108也可以跟随这一特性， 能够沿着同一方向进行自动对准。因此，借助于相对增高垫(302和304)，螺母106相对于 悬置轴环108限制在X方向上。图3是根据本发明的一种实施方式所示的一种具有增高垫的自动对准线性运动 仪器的剖视图，图6是其分解图。在一种实施方式中，悬置轴环108可以包含一对相对增高 垫(302和304)。增高垫302和304可以位于悬置轴环118的顶部，并且每一个可以位于一 对相对的轴环纹孔(见图1的120a和120b)之间。在一种实施方式中，增高垫(302和304)可以向上插入螺母法兰孔(306a和306b) 中，螺母法兰孔(306a和306b)可以凹进螺母法兰128中。在一种实施方式中，螺母法兰孔 (306a和306b)可以稍微大于增高垫(302和304)。在一种实施方式中，当增高垫302插入 螺母法兰孔306a时，增高垫与孔之间可以存在小缝隙，从而使螺母106能相对于增高垫302 进行自动对准。在一种实施方式中，螺母法兰孔(306a和306b)沿Y方向308可以呈椭圆 形，从而让螺母106能够相对于悬置轴环108沿Y方向进行调节。在一种实施方式中，对螺母104的调节行不通或者不容许开凿一对椭圆形的孔 (即一对螺母法兰孔)，以便增高垫能够向上伸进椭圆形孔，并且沿着Y方向平移，那么可以 在螺母法兰128和悬置轴环108之间安置一个转接环(adapter ring)。转接环可以有一对 椭圆形孔，以促进增高垫对沿Y方向的平移运动的引导功能。根据图2和图3可以理解，当带肩螺丝和增高垫防止螺母转动时，经调节的螺母装 置使螺母能够沿着χ/γ方向自动进行自我对准，从而限制螺母与螺母架之间的转动，以确 保在具备沿X/Y方向进行自我调整的能力时，不影响定位的精确性。换言之，螺母能够根据 导螺杆的构造进行自我对准，从而使螺母和导螺杆之间能够保持同心关系。例如，在保持线 性运动仪器的位置高度精确时，因为错误组装或者制造公差而造成的螺母与导螺杆之间没 有同心关系，导致导螺杆产生偏差，螺母能够消解这种偏差。又例如，当电动导螺杆转动时， 经调整的螺母装置可以沿着X或Y方向滑动以便与导螺杆的位置相适应。类似地，经调整的螺母装置沿X/Y方向进行自我对准的能力也可以处理由于导螺杆的偏离而造成的有害 侧负荷。根据本发明的一种或者多种实施方式可以理解，自动对准线性运动仪器提供了垂 直调节下电极，同时基本消除了导螺杆螺母的有害侧负荷。因此，通过基本消除有害侧负 荷，也可以相应防止导螺杆和螺母的过早磨损。有了经调节的螺母装置，没有复杂的组装程 序，导螺杆和螺母之间的同心性也可以保持。由于螺母装置所需零配件非常便宜，没有产生 昂贵成本的情况下，同心性也能保持。因此，自动对准线性运动仪器提供了一种将因为缺乏 同心性而产生的经济损失降到最低的成本有效控制方法。当根据几种优选的实施方式对本发明进行描述时，其更改、置换和等同形式，都落 在本发明的范围之内。尽管本发明提供了各种实施例，提供这些实施例的目的是例示说明 本发明，而不是限制本发明。题目和概要部分也仅为方便之目的而提供，不应当用于解释本发明的权利要求的 保护范围。此外，摘要部分用高度简略的形式编写，也仅是为了方便而为，不应当用于解释 或者限制整个发明，本发明的保护范围在权利要求中进行表述。如果本发明使用术语“套 (set)”，该术语有其所通常理解的数学意义，包括零、壹、或者大于壹个单位。还应当注意， 实施本发明的方法和设备有许多替换方法。因此，下文所附权利要求应当解释为包含落入 本发明范围，并且反应本发明实质的所有更改、置换和等同形式。
权利要求
一种自动对准线性运动仪器，包含导螺杆；和设置成环绕所述导螺杆的螺母装置，其中所述螺母装置包含至少一个螺母、一个螺母架和一个悬置轴环，其中一个带肩螺丝穿插过所述螺母架的螺母架孔和所述螺母的螺母孔，以至少部分安置在所述悬置轴环里，其中所述螺母架孔的一个尺寸大于所述带肩螺丝的横断面尺寸，当所述导螺杆转动时，所述带肩螺丝就能够在所述螺母架孔中运动，以调节所述螺母装置，从而保持所述螺母装置与所述导螺杆之间的同心关系。
2.权利要求1所述的自动对准线性运动仪器，其中所述的导螺杆与电机耦合，其中所 述电机在其发动时，能带动所述导螺杆转动。
3.权利要求1所述的自动对准线性运动仪器，其中所述的螺母是一个螺纹螺母。
4.权利要求1所述的自动对准线性运动仪器，还包括一块支撑板，其中所述螺母架是 所述支撑板的一部分，其中所述支撑板设置成与处理系统的处理室中的下电极耦合，所述 支撑板设置成在基底处理过程中至少方便所述下电极的垂直调节。
5.权利要求1所述的自动对准线性运动仪器，其中所述螺母包括一个螺母体和一个螺 母法兰，所述螺母法兰位于所述螺母体的上面，并且其直径大于所述螺母体的直径。
6.权利要求5所述的自动对准线性运动仪器，其中所述悬置轴环设置成环绕所述螺母 体，并布置在所述螺母法兰下面。
7.权利要求6所述的自动对准线性运动仪器，其中所述悬置轴环设置成包含位于螺母 法兰表面位置的一对增高固定器件，其中所述增高固定器件对中的每一个增高固定器件插 入所述螺母法兰中设置的一个螺母法兰孔里，其中所述螺母法兰孔的一个尺寸大于所述增 高固定器件的横断面尺寸，当所述导螺杆转动时，所述增高固定器件就能够在所述螺母法 兰孔中运动，以调节所述螺母装置，从而保持所述螺母装置与所述导螺杆之间的所述同心 关系。
8.权利要求6所述的自动对准线性运动仪器，其中所述螺母装置包含一个位于所述螺 母法兰和所述悬置轴环之间的转接环，其中位于所述悬置轴环上面的螺母法兰表面处的一 对增高固定器件插入所述转接环里设置的一对转接环孔中，其中所述转接环孔对中的每一 个转接环孔的尺寸大于所述增高固定器件对中的每一个增高固定器件的横断面尺寸，当所 述导螺杆转动时，所述增高固定器件就能够在所述环孔中运动，以调节所述的螺母装置，从 而保持所述螺母装置与所述导螺杆之间的所述同心关系。
9.一种带有处理室的进行基底处理的处理系统，包含一根导螺杆；一个设置成环绕所述导螺杆的螺母装置，其中所述螺母装置包含至少一个螺母、一个 螺母架和一个悬置轴环，其中一个带肩螺丝穿插过所述螺母架的一个螺母架孔和所述螺母 的一个螺母孔，以至少部分安置在所述悬置轴环里，其中所述螺母架孔的尺寸大于所述带 肩螺丝的横断面尺寸，当所述导螺杆转动时，所述带肩螺丝就能够在所述螺母架孔中运动， 以调节所述螺母装置，从而保持所述螺母装置与所述导螺杆之间的同心关系；和一块连接到所述螺母架上的支撑板，其中所述支撑板设置成与所述处理室中的下电极 耦合，其中所述支撑板设置成在基底处理过程中至少方便所述下电极的垂直调节。
10.权利要求9所述的处理系统，其中所述导螺杆耦合到电机上，其中所述电机在其发动时，能带动所述导螺杆转动。
11.权利要求9所述的处理系统，其中所述螺母是一个螺纹螺母。
12.权利要求9所述的处理系统，其中所述螺母包括一个螺母体和一个螺母法兰，其中 所述螺母法兰位于所述螺母体的上面，并且其直径大于所述螺母体的直径。
13.权利要求12所述的处理系统，其中所述悬置轴环设置成环绕所述螺母体，并布置 在所述螺母法兰下面。
14.权利要求13所述的处理系统，其中所述悬置轴环设置成包含位于螺母法兰表面位 置的一对增高固定器件，其中所述增高固定器件对的每一个增高固定器件插入所述螺母法 兰里设置的一个螺母法兰孔中，其中所述螺母法兰孔的尺寸大于所述增高固定器件的横断 面尺寸，当所述导螺杆转动时，所述增高固定器件就能够在所述螺母法兰孔中运动，以调节 所述的螺母装置，从而保持所述螺母装置与所述导螺杆之间的所述同心关系。
15.权利要求12所述的处理系统，其中所述的螺母装置包含一个位于所述螺母法兰和 所述悬置轴环之间的转接环，其中位于所述悬置轴环上面螺母法兰表面处的一对增高固定 器件插入所述转接环里设置的一对转接环孔中，其中所述转接环孔对中的每一个转接环孔 的尺寸大于所述增高固定器件对中的每一个增高固定器件的横断面尺寸，当所述导螺杆转 动时，所述增高固定器件就能够在所述环孔中运动，以调节所述的螺母装置，从而保持所述 螺母装置与所述导螺杆之间的所述同心关系。
16.一种制造带有处理室的进行基底处理的处理系统的方法，包含提供一根导螺杆；提供一个环绕所述导螺杆的螺母装置，其中制造所述螺母装置至少要提供一个螺母，提供一个螺母架，提供一个悬置轴环，和提供一个带肩螺丝，其中所述带肩螺丝穿插过所述螺母架的螺母架孔和所述螺母的螺 母孔，以至少部分安置在所述悬置轴环里，所述螺母架孔的尺寸大于所述带肩螺丝的横断 面尺寸，当所述导螺杆转动时，所述带肩螺丝就能够在所述螺母架孔中运动，以调节所述螺 母装置，从而保持所述螺母装置与所述导螺杆之间的同心关系；将所述螺母装置连接到支撑板上；和将所述支撑板耦合到所述处理室的下电极上，其中所述支撑板设置成在基底处理过程 中至少方便所述下电极的垂直调节。
17.权利要求16所述的方法，其中所述螺母包括一个螺母体和一个螺母法兰，所述螺 母法兰位于所述螺母体的上面，并且其直径大于所述螺母体的直径。
18.权利要求17所述的方法，还包含将位于螺母法兰表面位置的一对增高固定器件插 入所述螺母法兰中设置的一对螺母法兰孔里，其中所述螺母法兰孔对中的每一个螺母法兰 孔的尺寸大于所述增高固定器件对中的每一个所述增高固定器件的横断面尺寸，当所述导 螺杆转动时，所述增高固定器件就能够在所述螺母法兰孔中运动，以调节所述的螺母装置， 从而保持所述螺母装置与所述导螺杆之间的所述同心关系。
19.权利要求17所述的方法，还包含在所述螺母法兰和所述悬置轴环之间安装一个转 接环，其中位于所述悬置轴环上面螺母法兰表面处的一对增高固定器件分别插入所述转接环里设置的一对转接环孔中，其中所述转接环孔对中的每一个转接环孔的尺寸大于所述增 高固定器件对中的每一个增高固定器件的横断面尺寸，当所述导螺杆转动时，所述增高固 定器件就能够在所述环孔中运动，以调节所述的螺母装置，从而保持所述螺母装置与所述 导螺杆之间的所述同心关系。
20.权利要求16所述的方法，还包含将电机耦合到所述的导螺杆上，以便所述电机在 其发动时，能带动所述导螺杆转动。
全文摘要
本发明提供一种自动对准线性运动仪器。该仪器包含一根导螺杆。该仪器还包含一个设置成环绕该导螺杆的螺母装置，其中该螺母装置包含至少一个螺母、一个螺母架和一个悬置轴环。一个带肩螺丝穿过该螺母架的螺母架孔以及该螺母的螺母孔，以至少部分安置在该悬置轴环里。该螺母架孔的一个尺寸大于该带肩螺丝的横断面尺寸，当该导螺杆转动时，该带肩螺丝就能够在该螺母架孔中运动，以对准该螺母装置，从而保持该螺母装置与该导螺杆之间的同心关系。
文档编号F16H25/20GK101970905SQ200980104996
公开日2011年2月9日 申请日期2009年2月6日 优先权日2008年2月8日
发明者詹姆斯·E·塔潘 申请人:朗姆研究公司