一种高精度高效率的硅片定向装置的制作方法

本发明涉及集成电路和器件的制造领域，即离子注入机，更具体地讲，涉及一种高精度高效率的硅片定向装置。

背景技术：

当今国内外的集成电路行业发展势头迅猛，离子注入工艺更是集成电路制造中至关重要的技术，一些先进的半导体需要多达三十几步的注入工序，在每次的注入工序中，硅片都要先经过定向装置，完成定向后才会被送至靶台进行离子注入。硅片定向装置作为离子注入机中硅片传输的重要一环，定向过程所用的时间直接影响传片的效率，定向的精准度决定了硅片到达靶台的位置精度，因此硅片定向装置对注入机的产能和产品质量都有着非常重要的影响。目前，国内对硅片定向装置的研究相对较少，实际使用的定向装置多采用同步带传送的方式，在升降运动中，同步带的主动轮位置不变，从动轮会跟随旋转轴升降，导致同步带发生拉扯和松动，因此硅片定向的精度较差，如何提升硅片的定向精度，保证传片效率是设计硅片定向装置要解决的主要问题。

技术实现要素：

为解决上述定向精度和定向效率的问题，本发明提供了一种高精度高效率的硅片定向装置，可用于硅片传输过程中的硅片定向。

所述的一种高精度高效率的硅片定向装置包括安装框架、光源收发组件、运动密封组件、旋转运动组件、升降驱动组件，所述光源收发组件和所述运动密封组件安装于所述安装框架的上部，位于机台的真空腔体中，所述旋转运动组件和升降驱动组件置于所述安装框架的下部，位于大气环境中。

所述光源收发组件包括光源发射器、光源接收器和光源支架，所述光源支架固定于所述安装框架的上部，所述光源发射器和光源接收器的光轴中心对齐后，相隔一定距离固定在光源支架的安装槽内。

所述运动密封组件包括运动密封座、上密封挡圈、上密封垫环、u型密封圈+隔环和下密封挡圈，所述运动密封座固定于所述安装框架上，所述u型密封圈+隔环安装于所述运动密封座的中心孔内，两个密封圈置于隔环的两侧，通过所述上密封垫环和密封挡圈限制竖直方向的向上运动，所述下密封挡圈固定于所述运动密封座，限制竖直方向的向下运动。

所述旋转运动组件包括旋转执行机构、联轴器、旋转驱动机构、固定架和直线运动机构，所述旋转执行机构和旋转驱动机构同轴安装固定于所述固定架上，并通过所述联轴器连接。

所述旋转执行机构包括定向圆盘、旋转轴、轴承、轴承套、编码器法兰和编码器，所述固定架包括旋转套固定板、加强板和旋转驱动固定板，所述旋转轴两端各穿入一个所述轴承，所述轴承同轴安装于所述轴承套内腔，通过固定于所述轴承套下方的所述编码器法兰压紧，所述定向圆盘安装于所述旋转轴的顶端，所述编码器安装于旋转轴的底端，所述轴承套穿过圆孔固定于旋转套固定板，所述旋转驱动机构固定于旋转驱动固定板。

所述直线运动机构包括导轨和滑块，所述导轨固定于所述安装框架，所述滑块固定于所述固定架。

所述升降驱动组件包括升降板、升降传动组件、联轴器、升降电机和电机安装法兰，所述升降传动组件和升降电机同轴安装，并通过所述联轴器连接，所述电机安装法兰安装于所述安装框架。

所述升降板包括消隙螺母和升降法兰，所述升降传动组件包括螺杆、锁紧螺母、轴承挡圈、轴承盖板、轴承和轴承座，所述轴承盖板压紧轴承外环，将所述轴承固定在所述轴承座内，所述螺杆穿过所述轴承，通过所述锁紧螺母和轴承挡圈与轴承内环压紧，所述消隙螺母固定在所述升降法兰上，与所述螺杆套合，随所述螺杆的旋转而升降。

所述旋转套固定板安装在所述升降法兰上，带动所述旋转运动组件整体完成升降运动。

本发明技术方案，具有如下优点：

a.本发明采用减速器配合直线电机的方式，通过联轴器直接将旋转驱动传递到旋转轴，与其他传动方式相比大大提高了定向精度。

b.本发明采用螺杆驱动升降法兰，带动旋转运动组件整体做升降运动，结构紧凑，便于调节升降的高度；多头螺杆保证硅片快速升降，减少取放硅片的时间，提升传片效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种高精度高效率的硅片定向装置示意图；

图2为本发明的安装框架示意图；

图3为本发明的光源收发组件示意图；

图4为本发明的运动密封组件示意图；

图5为本发明的旋转运动组件示意图；

图6为本发明的升降驱动组件示意图。

其中，附图标记对应关系为：

1-安装框架；

11-安装法兰，12-左侧板，13-后侧板，14-右侧板，15-把手；

2-光源收发组件；

21-光源发射器，22-光源接收器，23-光源支架；

3-运动密封组件；

31-运动密封座，32-上密封挡圈，33-上密封垫环，34-u型密封圈+隔环，35-下密封挡圈；

4-旋转运动组件；

41-旋转执行机构；

411-定向圆盘，412-旋转轴，413-轴承，414-轴承套，415-编码器法兰，416-编码器；

42-联轴器；

43-旋转驱动机构；

431-电机减速器，432-旋转电机；

44-固定架；

441-旋转套固定板，442-加强板，443-旋转驱动固定板；

45-直线运动机构；

451-导轨，452-滑块；

5-升降驱动组件；

51-升降板；

511-消隙螺母，512-升降法兰；

52-升降传动组件；

521-螺杆，522-锁紧螺母，523-轴承挡圈，524-轴承盖板，525-轴承，526-轴承座；

53-联轴器，54-升降电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于部分发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1所示，本发明提供了一种高精度高效率的硅片定向装置，定向装置包括安装框架1、光源收发组件2、运动密封组件3、旋转运动组件4、升降驱动组件5。光源收发组件2和运动密封组件3安装在安装框架1的上部，位于机台的真空腔体中，其中光源收发组件2用于发射和接收光源，运动密封组件3为旋转运动和升降运动提供密封的保证。旋转运动组件4和升降驱动组件5置于安装框架下部的空间，位于大气环境中。

图2所示为安装框架1，包括安装法兰11，左侧板12，后侧板13，右侧板14，把手15，当定向装置安装于机台时，安装法兰11上部处于真空环境，下部为大气环境。

图3为光源收发组件的示意图，光源支架23固定于安装法兰11上，光源发射器21和光源接收器22安装在光源支架23的安装槽内，可以有效的保证光轴中心对齐，照射到硅片的边缘。

参见图4，运动密封组件3包括运动密封座31、上密封挡圈32、上密封垫环33、u型密封圈+隔环34和下密封挡圈35，两个u型密封圈位于隔环两侧，安装在运动密封座31的中心孔中，通过上密封挡圈32和上密封垫环33限制向上的运动，通过下密封挡圈35限制项下的运动，保证u型密封圈+隔环34的位置相对不变。

由图5可知，旋转运动组件4包括旋转执行机构41、联轴器42、旋转驱动机构43、固定架44和直线运动机构45，旋转执行机构41和旋转驱动机构43同轴安装固定于所述固定架44上，并通过所述联轴器42连接。旋转执行机构41包括定向圆盘411、旋转轴412、轴承413、轴承套414、编码器法兰415和编码器416，定向圆盘411安装在旋转轴412的顶部，旋转轴412两端各安装一个轴承413后，穿入轴承套414，通过固定于所述轴承套414下方的编码器法兰415固定在轴承套414的内腔中，编码器416安装于旋转轴412的下部。旋转驱动机构43包括旋转电机432和电机减速器431。固定架44包括旋转套固定板441、加强板442和旋转驱动固定板443，为旋转执行机构41和旋转驱动机构43提供固定空间，轴承套414穿过圆孔固定于旋转套固定板441，旋转驱动机构43固定于旋转驱动固定板443，可保证一定的同轴度。直线运动机构45包括滑轨451和滑块452，滑块452与固定架44直接连接，当滑块452沿滑轨451做升降运动时，将带动固定架44、旋转执行机构41以及旋转驱动机构43整体同时运动。

如图6所示，升降驱动组件5包括升降板51、升降传动组件52、联轴器53、升降电机54和电机安装法兰55，升降传动组件52和升降电机54同轴安装，并通过联轴器53连接，电机安装法兰55安装于安装框架1。升降板51包括消隙螺母511和升降法兰512，升降传动组件52包括螺杆521、锁紧螺母522、轴承挡圈523、轴承盖板524、轴承525和轴承座526。轴承盖板524压紧轴承外环，轴承525固定在轴承座526内，螺杆521穿过轴承525，通过锁紧螺母522和轴承挡圈523与轴承内环压紧，消隙螺母(511)固定在升降法兰512上，其中心螺纹与所述螺杆521套合，当螺杆521旋转时，会对消隙螺母511产生向下或向上的推力，带动升降法兰512上升或下降，而升降法兰512与旋转运动组件4中的旋转套固定板441固定连接，进而带动旋转运动组件4整体运动。

在工作过程中，硅片主要包括上升过程，旋转过程和下降过程，定向装置的初始位置应该是下降时的位置(down位置)，即旋转运动组件4的位置相对靠下，硅片被送至定向装置，与定向圆盘同心，升降驱动组件5中的升降电机54通过联轴器53带动升降传动组件52做旋转运动，消隙螺母511将旋转运动转化为直线运动，带动升降法兰512上升，与升降法兰512固定连接的旋转运动组件4整体一同上升，定向圆盘411与硅片平稳接触，并顶起一定高度后，定向装置处于上升时的位置(up位置)。进而开始旋转过程，在旋转过程中，光源收发组件2将持续发射和接收光源，旋转电机432通过电机减速器431和联轴器42将旋转动力传递到旋转执行机构41中的旋转轴412，在轴承413的支撑和定位作用下，旋转轴412和定向圆盘411一起绕中心轴旋转，被顶起的硅片也会跟随定向圆盘411做旋转运动，在旋转过程中硅片的边缘会遮挡住部分光源，当硅片的缺口到达光源发射器和光源接收器的光轴位置时，遮挡面积突然间小，在光源发射器21发射光源强度不变的情况下，光源接收器22接收的光强会突然增大，由此可确定缺口的位置，将缺口转至工艺要求的方向，完成定向。之后与上升过程同理，升降驱动组件5驱动旋转运动组件4落下，硅片下降后被取走，定向装置整个工作过程完成。在工作过程中，运动密封组件3在压差的帮助下，依靠u型密封圈+隔环34持续为定向装置提供密封保证。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。