專利名稱：一種適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型提供一種磁力耦合真空傳動(dòng)裝置，尤其是一種適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
許多應(yīng)用真空技術(shù)的設(shè)備，特別是等離子體工藝設(shè)備，都涉及到真空環(huán)境中的機(jī)械傳動(dòng)。在真空環(huán)境中傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)，往往不如在大 氣壓環(huán)境中傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡單，這一點(diǎn)可以用圖I作簡要的說明。在真空腔處于大氣壓的條件下，可將一件物體03 (比如硅晶體基片)放置于位置A，然后封閉腔室01，利用真空泵從抽真空口 011對(duì)腔室進(jìn)行抽真空，該物體03就完全處于真空環(huán)境中。在通常的條件下，該物體03還可以放置于某種承載裝置02上，比如托盤、承載的架子或者盒子。那么在真空環(huán)境下，如何將物體從位置A傳動(dòng)移送至位置B 為簡單起見，圖I只顯示了物體03在二維平面的水平運(yùn)動(dòng)，而在實(shí)際應(yīng)用中，這樣的運(yùn)動(dòng)則還可能是其它模式的，比如垂直方向上的運(yùn)動(dòng)，如圖2所示，甚至還可以是三維的。將整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)裝置，包括電機(jī)、傳動(dòng)軸以及傳動(dòng)連桿等，都放置于真空腔室里來實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)的功能，顯然是不太可行的。半導(dǎo)體微電子芯片及LED芯片制造，都要求制造工藝在極端潔凈的環(huán)境下進(jìn)行，即真空腔室內(nèi)不能有金屬顆粒物、無機(jī)物顆粒粉塵或者有機(jī)物蒸氣等污染物。而作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸或傳動(dòng)軸，一般都需要潤滑。如果潤滑介質(zhì)是液體或固體油脂，則潤滑油脂在真空條件下很容易揮發(fā)，從而造成對(duì)真空環(huán)境和芯片表面的嚴(yán)重污染；如果不做潤滑處理，則又極易產(chǎn)生大量的的固體粉狀磨損物，對(duì)真空腔室造成污染。除此之外，還存在其他的一些技術(shù)問題。通常的解決辦法，是將傳動(dòng)裝置部分置于真空腔室內(nèi)，部分置于真空腔室外。傳動(dòng)裝置的動(dòng)力源，即電動(dòng)機(jī)置于真空腔室外；直接連接電機(jī)的傳動(dòng)軸或傳動(dòng)連桿，也置于真空腔室外的大氣壓環(huán)境中。被傳動(dòng)的物體以及直接連接該物體的連桿裝置，則都置于真空腔室內(nèi)。放置于大氣環(huán)境中和真空環(huán)境中的兩套連桿裝置，往往通過直接機(jī)械接觸的方式，實(shí)現(xiàn)將大氣環(huán)境下的機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞到真空環(huán)境中、并在真空腔室內(nèi)傳送物體的功能。圖3示意說明傳統(tǒng)的向真空環(huán)境傳遞水平運(yùn)動(dòng)的解決辦法。通常，通過傳動(dòng)連桿043連接電機(jī)或馬達(dá)04的輸出軸041，輸出軸041連接某種螺旋傳動(dòng)裝置042將電機(jī)或馬達(dá)04的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為傳動(dòng)連桿043的水平運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)連桿043通過傳動(dòng)連桿連接頭044與真空密封波紋管046的活動(dòng)法蘭045連接在一起，從而推動(dòng)真空密封波紋管046作水平方向的伸縮運(yùn)動(dòng)。真空腔室01內(nèi)被傳動(dòng)的物體03，放置在承載裝置02上，其與置于真空腔室01內(nèi)的傳動(dòng)連桿049連接在一起，該真空腔室01內(nèi)的傳動(dòng)連桿049的一端與真空波紋管046上的活動(dòng)法蘭047相連接。這樣，當(dāng)真空腔室01外面的傳動(dòng)連桿04作水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，真空腔室01內(nèi)的傳動(dòng)連桿048就被推動(dòng)，并且?guī)?dòng)被傳動(dòng)的物體03作水平運(yùn)動(dòng)。通過這種方式，真空外面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)被傳送至真空腔室01內(nèi)。在這里，柔性的真空波紋管046和設(shè)置在真空腔室01和波紋管046之間的O形密封圈048 —起，完成真空密封的功能。傳動(dòng)連桿的運(yùn)動(dòng)范圍，即物體在真空腔室中的傳動(dòng)范圍，則受制于軟體真空波紋管的伸縮范圍。圖4示意說明傳統(tǒng)的向真空環(huán)境傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的解決方案。在這里，電機(jī)馬達(dá)05的輸出軸051的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，需要傳送到真空腔室01內(nèi)，人們一般采用磁流體密封裝置052完成對(duì)傳動(dòng)軸051的真空密封。傳動(dòng)軸051的旋轉(zhuǎn)軸心是固定的，即物體在真空腔室內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸心，是不可能變化的。上述的例子，代表了目前絕大部分通用的向真空環(huán)境傳遞和控制運(yùn)動(dòng)的方式，其缺陷是顯而易見的，即(1)需要真空密封裝置，(2)運(yùn)動(dòng)范圍受到限制。真空密封裝置，一般都涉及到使用橡膠材質(zhì)的密封圈、真空軟管、或者磁流體等密封件。不僅密封部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，增加設(shè)備制造的成本，而且由于密封部件需要作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在使用過程中容易磨損和疲勞失效，橡膠材質(zhì)的密封部件則容易發(fā)生老化失效，因此設(shè)備的長期穩(wěn)定性既不可靠，要求經(jīng)常性的維修。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過磁力耦合進(jìn)行運(yùn)動(dòng)傳遞的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置，其包括設(shè)置在等離子體工藝設(shè)備的真空腔室外面的驅(qū)動(dòng)裝置、設(shè)置在所述真空腔室內(nèi)的承載被傳動(dòng)的物體的承載裝置和成對(duì)的永磁體組對(duì)，該驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力輸出軸上連接傳動(dòng)裝置，在所述傳動(dòng)裝置上設(shè)置所述永磁體組對(duì)中的一組永磁體，在所述承載裝置上的對(duì)應(yīng)位置上設(shè)置另一組永磁體；成組對(duì)的永磁體隔著所述真空腔室的間壁對(duì)應(yīng)設(shè)置。一組永磁體可以是一塊，也可以是多塊。成組對(duì)的永磁體隔著所述真空腔室的間壁對(duì)應(yīng)設(shè)置。所述的一組永磁體在一個(gè)平面上分布。進(jìn)一步地，所述的永磁體組對(duì)中一組永磁體與另一組永磁體的端面相對(duì)設(shè)置，且所述的一組永磁體在一個(gè)平面上分布。所述永磁體是稀土系列的釹磁鐵或釤鈷磁鐵。在所述真空腔室內(nèi)外分別設(shè)置有一運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，在真空腔室外面的所述驅(qū)動(dòng)裝置和/或傳動(dòng)裝置以及在真空腔室內(nèi)的所述承載裝置設(shè)置在相應(yīng)的導(dǎo)軌上，所述真空腔室內(nèi)外的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的相對(duì)位置對(duì)準(zhǔn)；或者，所述驅(qū)動(dòng)裝置為輸出速度為運(yùn)動(dòng)速率低于10米/分鐘的驅(qū)動(dòng)裝置，或者，所述驅(qū)動(dòng)裝置連接的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為輸出速度為運(yùn)動(dòng)速率低于10米/分鐘的裝置。如果速率過高，會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的精確度。在所述運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和所述驅(qū)動(dòng)裝置和/或傳動(dòng)裝置以及所述承載裝置之間設(shè)置以減少摩擦力的運(yùn)動(dòng)輥輪或滾珠或滾柱。本實(shí)用新型是通過利用成組對(duì)的兩塊或多塊永磁體的強(qiáng)磁力耦合，在真空腔室外面的永磁體在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，在真空腔室內(nèi)的永磁體也隨之運(yùn)動(dòng)，繼而實(shí)現(xiàn)將真空外面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞至真空環(huán)境中并且進(jìn)行控制的目的。真空腔室的材料可使用金屬鋁或者鋁合金，也可以是陶瓷、硬質(zhì)塑料等，即使用對(duì)磁鐵的磁力不具有屏蔽、顯著衰減或發(fā)散的材料。真空腔室的壁厚和幾何形狀，也應(yīng)該滿足不對(duì)磁力發(fā)生顯著屏蔽、衰減或發(fā)散的要求。比如，使用鋁或鋁合金材料的真空腔室，腔壁厚度適宜在5-30毫米的范圍內(nèi)，而且在永磁鐵組對(duì)運(yùn)動(dòng)的行程范圍內(nèi)，腔室壁厚不應(yīng)發(fā)生變化。腔壁過薄，比如小于5毫米，在腔室內(nèi)處于真空的條件下，腔體由于承受巨大的壓力而發(fā)生機(jī)械變形；腔壁過厚，比如大于30毫米，則對(duì)磁鐵的磁力有較大的屏蔽作用，從而使耦合的磁力顯著減弱。此外，腔室壁與內(nèi)外的永磁鐵組對(duì)應(yīng)當(dāng)保持相對(duì)恒定的距離，即在永磁鐵組對(duì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁鐵與墻壁間的空隙不應(yīng)該發(fā)生顯著的變化。否則，在永磁鐵組對(duì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)并且傳遞運(yùn)動(dòng)的過程中，實(shí)際耦合的磁力就會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)的傳遞不能平穩(wěn)進(jìn)行。所述永磁體為剩磁度在O. 5-1. 5特斯拉的永磁體，其可以是稀土系列的釹磁鐵(Nd2Fe14B)和釤鈷(SmCo)磁鐵，它們的剩磁度，分別在O. 6—1. 4特斯拉和O. 8—1. 2特斯 拉。所述永磁體為長條形，該長條形的永磁鐵在排布時(shí)，使其長軸方向沿運(yùn)動(dòng)方向設(shè)置。本實(shí)用新型提供的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置通過使用磁力耦合真空傳動(dòng)裝置使得等離子體工藝設(shè)備的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)變得非常簡單，通過永磁體的特殊排布設(shè)計(jì)和真空腔室的相應(yīng)結(jié)構(gòu)和材料的設(shè)計(jì)和選擇，克服了現(xiàn)有技術(shù)中磁傳動(dòng)的例如間歇式振動(dòng)的難于克服的缺陷，為將磁傳動(dòng)這一古老的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用在等離子體工藝設(shè)備這樣的真空環(huán)境的動(dòng)力傳動(dòng)中開拓出新的道路。下面通過附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖I為在等離子體工藝設(shè)備的真空腔室中水平移動(dòng)基片的示意圖。圖2為在等離子體工藝設(shè)備的真空腔室中垂直移動(dòng)基片的示意圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中在等離子體工藝設(shè)備的真空腔室中水平移動(dòng)基片的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為現(xiàn)有技術(shù)中在等離子體工藝設(shè)備的真空腔室中水平轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意。圖5為本實(shí)用新型提供的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空水平移動(dòng)傳動(dòng)裝置原理示意圖。圖6為本實(shí)用新型提供的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空垂直移動(dòng)傳動(dòng)裝置原理示意圖。圖7為本實(shí)用新型提供的一種適用于等離子體工藝設(shè)備中傳片室的磁力耦合真空垂直移動(dòng)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本實(shí)用新型提供的適用于等離子體工藝設(shè)備中工藝腔室中的磁力耦合移動(dòng)傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本實(shí)用新型提供的一種適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置的一個(gè)具體實(shí)施例如圖5所示，電機(jī)04及其連接在電機(jī)輸出軸041上附屬的螺旋傳動(dòng)裝置042以及與傳動(dòng)裝置042連接的傳動(dòng)連桿043被完全放置于真空腔室01外，其余的傳動(dòng)裝置02部分，則都被放置于真空腔室01內(nèi)，傳動(dòng)裝置設(shè)置在一滑軌上。這兩套傳動(dòng)裝置的連接或者稱為耦合，則是通過一對(duì)永磁體即設(shè)置在傳動(dòng)連桿043上的永磁體11和設(shè)置在傳動(dòng)裝置02上的永磁體12來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，在實(shí)際的應(yīng)用中，也可以使用多對(duì)永磁體。真空腔室01的材料可使用金屬鋁或者鋁合金，也可以使用其他對(duì)磁鐵的磁力不具有屏蔽、顯著衰減或發(fā)散的材料。這樣，當(dāng)一塊永磁體，比如放置于真空腔體01外的那塊永磁體11主動(dòng)發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，在磁力的影響下，另一塊永磁體，比如放置于真空腔體01內(nèi)的那塊永磁體12就會(huì)被動(dòng)“跟進(jìn)”發(fā)生運(yùn)動(dòng)，并且?guī)?dòng)與該永磁體連接在一起的傳動(dòng)連桿02，使之運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)與該傳動(dòng)連桿接觸在一起的被傳送物體03。由此，需要被傳送的物體在 真空腔室里由位置A到位置B的機(jī)械運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)。圖5示意了在二維水平方向上的機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳送。通過永磁體耦合的方式，也可以實(shí)現(xiàn)二維垂直方向上的運(yùn)動(dòng)，如圖6所示，真空腔室01外面，在電機(jī)05的輸出軸051上連接螺旋傳動(dòng)裝置052，該螺旋傳動(dòng)裝置上連接傳動(dòng)連桿053。在傳動(dòng)連桿053上設(shè)置永磁體22，在真空腔室01內(nèi)，置于滑軌(圖中未示出)上的承載裝置02上設(shè)置永磁體21，其與永磁體22構(gòu)成耦合永磁體組對(duì)，如圖6所示，電機(jī)05轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以使得真空腔室01內(nèi)的被移動(dòng)物體03垂直運(yùn)動(dòng)。圖7和圖8給出了一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例，詳細(xì)說明通過磁力耦合方式實(shí)現(xiàn)真空傳動(dòng)裝置的構(gòu)造。在圖7中，首先可以看到由鋁合金材料加工而成上部敞口的真空傳片室腔體7h，由整塊鑄錠鋁“掏空”而成，所有腔壁都具有良好的真空密封性能。在腔體的最上面敞口上，有一塊活動(dòng)蓋板7m，打開這塊蓋板，可以向安裝在腔室的用于傳片的機(jī)械手臂7k上放置需要傳動(dòng)的基片7j ;關(guān)閉這塊蓋板，就可以通過傳片的真空腔室底板上的抽真空口 7g對(duì)傳片腔室進(jìn)行抽真空。當(dāng)然，在這塊活動(dòng)蓋板與傳片腔室豎壁的結(jié)合處，還需要安裝一條完整的O-形橡膠密封圈7n，以實(shí)現(xiàn)和保證傳片真空腔室里的高真空度。在如圖7所示的這個(gè)截面圖中，還可以看到的部件有在真空腔室7h的外面下底面上設(shè)置兩個(gè)滑軌支架7a，在該滑軌支架7a上設(shè)置導(dǎo)軌7e。在該導(dǎo)軌7e上設(shè)有一步進(jìn)電機(jī)7b，步進(jìn)電機(jī)7b啟動(dòng)可以在導(dǎo)軌7e上水平移動(dòng)。位置傳感器7f安裝在滑軌7e上；一對(duì)釹永磁體7c，其中一塊與步進(jìn)電機(jī)7b固定連接在一起，另一塊與設(shè)置在真空腔體內(nèi)的一導(dǎo)軌7d上的傳片機(jī)械手7k的底座固定在一起，與固定在步進(jìn)電機(jī)上的永磁體對(duì)應(yīng)；為了減少摩擦力、增加傳動(dòng)的平穩(wěn)性，機(jī)械手的底座與導(dǎo)軌7d之間安裝可運(yùn)動(dòng)的滑輪71 ;傳片真空腔室與工藝腔室之間的通道7i與機(jī)械手7k的移動(dòng)路線對(duì)應(yīng)。在該圖7中沒有顯示出來的部件，還有安裝在傳片腔室內(nèi)可以裝載多個(gè)基片的片盒、安裝在傳片腔室底部抽真空口 7g上的真空泵、真空壓力傳感器和真空閥門等。上述這些部件，構(gòu)成一個(gè)整體，具備在傳片腔室處于真空的條件下實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的功能。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)在傳片腔室外的導(dǎo)軌7e上進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)，安裝在步進(jìn)電機(jī)上的永磁體7c也隨之運(yùn)動(dòng)。由于磁力的耦合，安裝在傳片真空腔內(nèi)的另一塊永磁體就發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。傳片腔內(nèi)的這一塊磁鐵與安裝在腔內(nèi)的機(jī)械手下端固定在一起，那么，通過滑輪的輔助，這一塊永磁體就有效地帶動(dòng)機(jī)械手，沿著傳片腔內(nèi)的導(dǎo)軌7d進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)，并通過通道7i將基片從傳片室送到工藝腔室中。在圖7所示的設(shè)計(jì)中存在但是沒有在該圖7中顯示出來的，是在傳片真空腔室的右端，還有另外一套“步進(jìn)電機(jī)+永磁體對(duì)+導(dǎo)軌”的傳動(dòng)裝置。這一套裝置實(shí)現(xiàn)片盒產(chǎn)生垂直方向機(jī)械運(yùn)動(dòng)的功能，其工作原理與前面描述的水平方向運(yùn)動(dòng)傳遞幾乎相同，原理結(jié)構(gòu)可參考圖6，在此不再贅述。上述兩套傳動(dòng)裝置，通過互相配合，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的傳片功能，比如從片盒里取出某一片基片，將此基片通過傳片腔室與工藝腔室之間的通道傳送到工藝腔室內(nèi)，并安放在工藝腔室的電極上，以經(jīng)受等離子體工藝；在等離子體工藝完成之后，再將該基片通過傳片室與工藝腔室之間的通道傳回到傳片腔室內(nèi)，并且放回到片盒中的原位置。上述這個(gè)例子，說明了在等離子體設(shè)備的傳片腔室，以及在傳片腔室和工藝腔室之間是如何通過磁力耦合實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下的機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞。圖8所示的截面圖，說明在等離子體設(shè)備的工藝腔室是如何通過磁力耦合實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下的機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的。在這里可以看到的部件有由鋁合金加工而成的工藝腔體上半部Sn和工藝腔體下半部8j，以及在這兩部分腔體間實(shí)現(xiàn)真空密封的O-形圈Sm ;工藝腔室里與所述工藝腔體下半部8j固連的下電極Sb以及與下電極連接在一起的射頻系統(tǒng)8d ；工藝腔室里與所述工藝腔體上半部8n固連的上電極8q，與上電極連接在一起的射頻系統(tǒng)8p,以及開設(shè)在工藝腔體上半部8n上的氣體導(dǎo)入口 8o和安裝在氣體導(dǎo)入口上的氣體噴淋頭Sr ;設(shè)置了基片8a的在水平方向上傳送基片的機(jī)械手8k是有通過通道81由傳片室進(jìn)入工藝腔室的，該機(jī)械手的移動(dòng)在圖7中已經(jīng)述明；在工藝腔室的外面下方設(shè)置有承接基片的升降頂針8c，其密封地穿過工藝腔體的腔壁伸入工藝腔體，升降頂針Sc位于工藝腔體外部的下端固定在作上下運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)連桿Se上；釹永磁體對(duì)8f，其中一個(gè)與一步進(jìn)電機(jī)Si固定在一起，另一個(gè)與驅(qū)動(dòng)連桿8e固定在一起,在兩塊永磁體之間,有一塊金屬板8g將步進(jìn)電機(jī)8i與射頻環(huán)境隔尚開來，以減少射頻信號(hào)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的干擾；步進(jìn)電機(jī)8i安裝在一運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌8h上。在該圖8中沒有顯示出來的裝置，還有安裝在工藝腔體內(nèi)的基片卡盤、安裝在工藝腔室底部的真空泵、真空壓力傳感器和真空閥門等。上述這些部件，構(gòu)成一個(gè)整體，完成在工藝腔室處于真空的條件下實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的功能。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)在真空腔室外裝有螺紋桿的導(dǎo)軌8h上進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)，安裝在步進(jìn)電機(jī)上的永磁體8f也隨之運(yùn)動(dòng)。由于磁力的耦合，另一塊永磁體8f就發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)升降頂針Sc的驅(qū)動(dòng)連桿Se，在真空工藝腔內(nèi)發(fā)生垂直方向的向上機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以從機(jī)械手8k上承接基片8a，并使基片脫離機(jī)械手8k。在機(jī)械手退離工藝腔室后，升降頂針隨驅(qū)動(dòng)連桿在垂直方向上向下運(yùn)動(dòng)，將基片落放在下電極的表面。還可以通過本實(shí)用新型提供的裝置實(shí)現(xiàn)二維方向上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如圖9所示，真空腔室01外面，在電機(jī)06的輸出軸上連接傳動(dòng)連桿061，在該傳動(dòng)連桿061上設(shè)置支座062，在該支座上設(shè)置永磁體31，永磁體設(shè)置在支座062上的平面上。在真空腔室01內(nèi)，在通過軸承設(shè)置在支架(圖中未示出)的承載裝置02上設(shè)置永磁體32，與永磁體31對(duì)應(yīng)，當(dāng)電機(jī)06轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，真空腔室01內(nèi)的承載裝置02即可隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)然，在這一種傳動(dòng)情形下，使用多塊永磁體配對(duì)的方式，會(huì)更加有效。[0043]有了二維的水平運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)二維的復(fù)合運(yùn)動(dòng)和三維運(yùn)動(dòng)。由此，只要在真空腔室01內(nèi)外的兩套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有足夠的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的空間和自由度，可以實(shí)現(xiàn)的機(jī)械傳動(dòng)模式就會(huì)很多，機(jī)械傳動(dòng)的自由度就會(huì)很大?，F(xiàn)有技術(shù)中通過在間壁兩側(cè)設(shè)置磁鐵，使得一側(cè)的運(yùn)動(dòng)通過磁場作用帶動(dòng)另一側(cè)的運(yùn)動(dòng)件隨之運(yùn)動(dòng)是有的，但是，現(xiàn)有技術(shù)中的傳遞運(yùn)動(dòng)一般都不是向真空腔室傳遞運(yùn)動(dòng)，多有使用電磁鐵，而沒有使用永磁體的情況。而且現(xiàn)有技術(shù)中很多磁力傳遞運(yùn)動(dòng)都是傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，間壁一般為筒形，沒有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的腔室的直徑要小于外側(cè)磁鋼的內(nèi)孔徑。使用永磁體構(gòu)成磁場傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，可以使得裝置的結(jié)構(gòu)變得非常簡單，同時(shí)，可以方便地實(shí)現(xiàn)空間多維方向的運(yùn)動(dòng)。通過永磁體的磁力耦合傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)的原理，在于兩塊相互吸引的磁鐵會(huì)在磁力線的作用下保持在某種穩(wěn)定的相對(duì)位置。這樣，當(dāng)這一對(duì)磁鐵中的某一塊磁鐵塊一旦發(fā)生運(yùn)動(dòng)并且偏離那個(gè)相對(duì)位置時(shí)，磁力線就會(huì)推動(dòng)這一塊磁鐵或者另一塊磁鐵發(fā)生運(yùn)動(dòng)，以求恢復(fù)到那個(gè)穩(wěn)定的相對(duì)位置。由此，兩塊永磁體的耦合的效率和耦合力的大小便成為實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)有效地傳遞的關(guān)鍵指標(biāo)?！0046]首先，從理論上講，耦合的磁力需要足夠大，而永磁體的體積又不宜過大，磁力在穿過真空腔室時(shí)不能有過大的衰減或者發(fā)散，等等。在上世紀(jì)八十年代，人類實(shí)用新型和發(fā)現(xiàn)了具有超強(qiáng)磁力的稀土系列的釹磁鐵(Nd2Fe14B)和釤鈷(SmCo)磁鐵，它們的剩磁度，分別在O. 6—1. 4特斯拉和O. 8—1. 2特斯拉的水平，大約是普通鐵鎳磁鐵的5 —10倍或者更高，該剩磁度為一個(gè)衡量磁力強(qiáng)度的指標(biāo)。在今天，具有起強(qiáng)磁力并且體積緊湊的釹磁鐵已經(jīng)成為通用的產(chǎn)品，可以在市場上以較適宜的價(jià)格廣泛獲得。當(dāng)一塊具有一定厚度的材料置于兩塊永磁體之間時(shí)，磁力線會(huì)穿越這片材料，磁場的強(qiáng)度也會(huì)受到不同程度的衰減或者發(fā)散。因此，要達(dá)到有效地將機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞于真空腔室的目的，真空腔體的材料不應(yīng)是不銹鋼系列材料，比如304或316系列的不銹鋼材料，因?yàn)殍F質(zhì)材料會(huì)在磁力線的作用下發(fā)生磁化，導(dǎo)致磁力耦合失效，但可以是鋁、鋁合金、陶瓷、硬質(zhì)塑料等任何不易磁化并且具有良好真空密封性能的任何材料。在今天，人們一般多采用鋁或者鋁合金材料作為等離子體工藝設(shè)備的腔體材料。為減少磁場的衰減程度，材料的厚度不宜過厚。使用鋁或鋁合金材料的真空腔室，腔壁厚度應(yīng)在5-30毫米的范圍內(nèi)，而且在永磁鐵組對(duì)運(yùn)動(dòng)的行程范圍內(nèi)，腔室壁厚不能顯著發(fā)生變化，以免實(shí)際耦合的磁力在磁鐵的行程范圍內(nèi)發(fā)生較大的變化。其次，在一定的耦合條件下，需要傳動(dòng)的有效負(fù)荷應(yīng)當(dāng)與磁力強(qiáng)度匹配。換言之，如果耦合的永磁體磁力較弱，不足以推動(dòng)過重的傳動(dòng)負(fù)荷，則通過磁力耦合傳遞運(yùn)動(dòng)的有效性就會(huì)降低。因此，在設(shè)計(jì)和使用本實(shí)用新型所描述的傳動(dòng)裝置時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮兩個(gè)因素(I)永磁體的磁力強(qiáng)度需要足夠大，(2)被傳遞的有效負(fù)荷需要盡量小。舉一個(gè)例子，在半導(dǎo)體微電子芯片制造工藝中，一般的傳片機(jī)構(gòu)(如機(jī)械手)都盡量通過設(shè)計(jì)減輕重量，基片和基片盒自重一般在5-10公斤以下，水平運(yùn)動(dòng)還可以通過使用導(dǎo)軌加上滑輪以來減少摩擦力，垂直運(yùn)動(dòng)也可以通過適當(dāng)?shù)厥褂幂S承來減輕重力負(fù)荷。在使用磁力耦合的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)傳遞時(shí)，被傳動(dòng)裝置可能在運(yùn)動(dòng)過程出現(xiàn)間歇式的振動(dòng)，而這種間歇式得振動(dòng)現(xiàn)象，在等離子體真空傳動(dòng)的應(yīng)用中是要盡量避免的。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因大致有以下幾個(gè)(1)在磁鐵對(duì)相對(duì)于金屬腔體發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在腔體表面引起感應(yīng)電流，其方向與磁鐵的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，符合右手定則，大小與磁鐵的運(yùn)動(dòng)速度成正t匕，該電流會(huì)反過來又與磁鐵的磁場作用產(chǎn)生電磁阻尼力，增加磁鐵運(yùn)動(dòng)的阻力；(2)安裝于真空腔外的引導(dǎo)電機(jī)和磁鐵運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌，與安裝于真空腔內(nèi)的引導(dǎo)磁鐵運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌沒有完全對(duì)應(yīng)平行放置，妨礙磁鐵的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)；(3)引導(dǎo)磁鐵運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌上存在較大的摩擦力，影響磁鐵的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)；(4)耦合磁力偏弱，不足以平穩(wěn)地傳輸運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型針對(duì)解決上述引發(fā)間歇振動(dòng)的問題，特別作了技術(shù)上的處理，包括(O長條形的永磁鐵在排布時(shí)需要使其長軸方向沿導(dǎo)軌方向，以盡量減小磁鐵在以一定的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)磁力線與金屬腔體發(fā)生剪切的面積變化速率，從而減少感應(yīng)電流；(2)步進(jìn)電機(jī)的水平或垂直運(yùn)動(dòng)速率應(yīng)低于10米/分鐘，以減少感應(yīng)電流；(3)真空腔室的內(nèi)外運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的相對(duì)位置，在設(shè)計(jì)上保證對(duì)準(zhǔn)；(4)在導(dǎo)軌上采用運(yùn)動(dòng)滑輪，以減少摩擦力；(5)根據(jù)有效載荷及腔室壁厚，挑選具有足夠剩磁度的磁鐵，以保證耦合的磁力足以平穩(wěn)地傳輸運(yùn)動(dòng)。利用永磁體的磁力將機(jī)械運(yùn)動(dòng)從大氣環(huán)境下傳送到真空環(huán)境中的傳動(dòng)方式，與傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式相比，具有有效、簡便和可靠等特點(diǎn)，具體的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn) —，實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)的自由度大、靈活性強(qiáng)。傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式受制于真空與大氣界面的連接與密封，因此不具有較大靈活性與自由度；而通過磁力耦合的方式，只要真空腔室內(nèi)外的物理空間許可，運(yùn)動(dòng)的模式與自由度就幾乎不受限制。二，實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)自動(dòng)化的程度更高。在大氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制比較簡便易行，而此實(shí)用新型所涉及的傳動(dòng)方式，其控制動(dòng)作都可以在大氣環(huán)境下完成，因此，機(jī)械傳動(dòng)可以完全自動(dòng)化。三，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在加工、組裝、維護(hù)等方面的要求大大地簡化。與傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式相比，通過磁力耦合的方式進(jìn)行傳動(dòng)，可以完全省略掉大氣與真空界面上的機(jī)械結(jié)構(gòu)，尤其是真空密封結(jié)構(gòu)。眾所周知，真空密封結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要使用真空密封波紋管、O-形密封圈及磁流體密封圈等部件，因此制造成本增加。四，通過磁力耦合的方式進(jìn)行傳動(dòng)，具有較高的使用性能和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式，而且因?yàn)樯婕暗竭\(yùn)動(dòng)部件和密封件，在使用過程中會(huì)發(fā)生磨損和老化，導(dǎo)致使用性能的可靠性降低，需要定期的人工維護(hù)。而使用磁力耦合的方式進(jìn)行傳動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的這些問題可以得到極大的避免。在等離子體工藝中傳送的物體有(I)基片或器皿，包括硅晶體基片、化合物半導(dǎo)體基片、藍(lán)寶石基片、玻璃基片或器皿、陶瓷基片或器皿、金屬基片或器皿等，在基片或器皿上，可以存在有其他的材料，比如薄膜；單片或多片的基片或器皿也可以放置在單獨(dú)存在的、便于傳送的托盤上作為傳送的物體；(2)裝載多個(gè)基片或基片托盤的基片盒或者類似的機(jī)械結(jié)構(gòu)件；(3)裝載多個(gè)器皿或器皿托盤的器皿盒或者類似的機(jī)械結(jié)構(gòu)件；(4)卡制基片或基片托盤的卡盤或者類似的機(jī)械結(jié)構(gòu)件；(5)卡制器皿或器皿托盤的卡鉗或者類似的機(jī)械結(jié)構(gòu)件；(4)承載和升降基片或基片托盤的頂針，或者承載和升降器皿或器皿托盤的頂針，或者類似的機(jī)械結(jié)構(gòu)件?？梢詫?duì)于驅(qū)動(dòng)裝置以及與驅(qū)動(dòng)裝置連接的傳動(dòng)裝置連接控制裝置，對(duì)傳動(dòng)裝置的控制裝置，可以包括手動(dòng)、半自動(dòng)或者全自動(dòng)模式的控制。所述真空腔室，也就是承載裝置工作的真空環(huán)境，定義為任何氣體壓力低于760毫米汞柱的環(huán)境。在上述的例子中，我們使用了諸如“傳片腔室”、“工藝腔室”、“傳片室與工藝腔室之間的通道”這樣的名稱來描述等離子體設(shè)備上的真空環(huán)境。稍具專業(yè)知識(shí)的人都知道，描述等離子體工藝設(shè)備上的這些真空環(huán)境，完全可以使用其它的名稱。我們還使用了諸如“基片”、“基片盒”、“機(jī)械手”、“卡盤”、“升降頂針”等名稱來描述傳動(dòng)裝置中的一些要件。同樣的道理，稍具專業(yè)知識(shí)的人，也許會(huì)使用其他的名稱來描述那些要件。但是不論使用什么樣的名稱，本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題，就是如 何更加有效地實(shí)現(xiàn)在真空環(huán)境中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的問題。上述例子僅為舉例，并不是對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍的限定。
權(quán)利要求1.一種適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置，其特征在于包括設(shè)置在等離子體工藝設(shè)備的真空腔室外面的驅(qū)動(dòng)裝置、設(shè)置在所述真空腔室內(nèi)的承載被傳動(dòng)的物體的承載裝置和成對(duì)永磁體組對(duì)，該驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力輸出軸上連接傳動(dòng)裝置，在所述傳動(dòng)裝置上設(shè)置所述永磁體組對(duì)中的一組永磁體，在所述承載裝置上的對(duì)應(yīng)位置上設(shè)置另一組永磁體；成組對(duì)的永磁體隔著所述真空腔室的間壁對(duì)應(yīng)設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置，其特征在于所述的一組永磁體在一個(gè)平面上分布；和/或， 一組所述永磁體是一塊，或者是多塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置，其特征在于所述真空腔室的材料可使用金屬鋁或者鋁合金，或者是陶瓷，或者是硬質(zhì)塑料；或者， 所述真空腔室的腔壁厚度在5-30毫米的范圍內(nèi)；或者， 在所述永磁鐵組對(duì)運(yùn)動(dòng)的行程范圍內(nèi)，所述真空腔室的腔室壁厚等厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置，其特征在于所述永磁體是稀土系列的釹磁鐵或釤鈷磁鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置，其特征在于所述的永磁體組對(duì)中一組永磁體與另一組永磁體的端面相對(duì)設(shè)置，且所述的一組永磁體在一個(gè)平面上分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置，其特征在于在所述真空腔室內(nèi)外分別設(shè)置有一運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，在真空腔室外面的所述驅(qū)動(dòng)裝置和/或傳動(dòng)裝置以及在真空腔室內(nèi)的所述承載裝置設(shè)置在相應(yīng)的導(dǎo)軌上，所述真空腔室內(nèi)外的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的相對(duì)位置對(duì)準(zhǔn)；或者， 所述驅(qū)動(dòng)裝置為輸出速度為運(yùn)動(dòng)速率低于10米/分鐘的驅(qū)動(dòng)裝置，或者，所述驅(qū)動(dòng)裝置連接的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為輸出速度為運(yùn)動(dòng)速率低于10米/分鐘的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置，其特征在于在所述運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和所述驅(qū)動(dòng)裝置和/或傳動(dòng)裝置以及所述承載裝置之間設(shè)置以減少摩擦力的運(yùn)動(dòng)輥輪或滾珠或滾柱。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7之一所述的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置，其特征在于所述永磁體為長條形，該長條形的永磁鐵在排布時(shí)，使其長軸方向沿運(yùn)動(dòng)方向設(shè)置；和/或， 所述永磁體為剩磁度在O. 5-1. 5特斯拉的永磁體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置，其特征在于所述永磁體為釹磁鐵，其剩磁度在O. 6一 I. 4特斯拉；或者，所述永磁體為衫鈷磁鐵，其剩磁度在O. 8—1. 2特斯拉。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種適用于等離子體工藝設(shè)備的磁力耦合真空傳動(dòng)裝置，其包括設(shè)置在等離子體工藝設(shè)備的真空腔室外面的驅(qū)動(dòng)裝置、設(shè)置在所述真空腔室內(nèi)的承載被傳動(dòng)的物體的承載裝置和承兌的永磁體組對(duì)，該驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力輸出軸上連接傳動(dòng)裝置，在所述傳動(dòng)裝置上設(shè)置所述永磁體組對(duì)中的一組永磁體，在所述承載裝置上的對(duì)應(yīng)位置上設(shè)置另一組永磁體；成組對(duì)的永磁體隔著所述真空腔室的間壁對(duì)應(yīng)設(shè)置。本真空傳動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便靈活的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16H49/00GK202628990SQ20122013466
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
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