一种用于离子注入机大气端和真空端交互的二维开关门装置

技术领域

本发明涉及一种半导体制造工艺中的核心装备，即离子注入机，具体的说涉及一种用于离子注入机大气端和真空端交互的二维开关门装置。

背景技术

离子注入工艺在真空端的靶室内进行，而待注入硅片首先位于大端的晶圆盒内，片库位于靶室和晶圆盒之间，其作用就是在不破坏靶室真空状态的情况下，通过位于其前端的开关门装置和后端的传输阀按一定顺序动作，将待注入硅片由晶圆盒过渡到靶室，或者将注入完成的硅片由靶室过渡到晶圆盒，实现离子注入机大气端和真空端的交互。

参阅图1，为现有技术的离子注入机大气端和真空端交互的开关门装置示意图，活动门组件2安置于开关门组件3上；开关门组件3安置于片库腔室1上，其中连杆31上端与片库腔室1侧面转动连接，与横杆12组成平行四边形铰链机构，锁紧气缸33与片库腔室1底面固定连接。片库自动关门过程：锁紧气缸33保持缩回状态(图1所示状态)，升降气缸34(固定在横杆32上)伸出，通过绕过两个定滑轮35的钢丝绳36牵引活动门21向上滑动(导轨22与滑块23的相对滑动)，直至升降气缸34到达伸出限位，此时锁紧气缸33伸出，驱动平行四边形铰链机构使活动门21与片库腔室1紧密贴合。片库自动开门过程：锁紧气缸33首先伸出使活动门21与片库腔室1脱离，然后升降气缸34缩回，通过绕过两个定滑轮35的钢丝绳36牵引活动门21向下滑动，直至升降气缸34到达缩回限位。

从实际使用效果来看，这种开关门装置结构比较复杂，不易拆卸维修，对各零部件的安装精度要求较高，而且钢丝绳16容易出现磨损、断裂、脱离定滑轮15等问题，其开关门效率和成功率、以及使用寿命已不能满足当下离子注入机发展的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种高可靠性的离子注入机大气端和真空端交互的二维开关门装置，以解决上述问题。

本发明的技术方案是提供一种用于离子注入机大气端和真空端交互的二维开关门装置，至少包括片库腔室、片库门组件和至少一个二维气缸组件，所述二维气缸组件的运动输出方向包括第一方向和第二方向，所述第一方向与所述第二方向不平行。

所述片库腔室位于离子注入机大气端和离子注入机真空端之间，所述片库腔室切换成大气状态与所述离子注入机大气端连接，所述片库腔室切换成真空状态与所述离子注入机真空端连接。

所述二维气缸组件安置于所述片库腔室上，至少包括第一方向气缸、分气块和至少一个第二方向气缸，所述第一方向气缸至少包括第一方向缸体、第一方向输出机构和导气管，所述第一方向缸体包括第一方向缸筒，所述第一方向缸体至少开设有第一通气孔和第二通气孔、相连通的第一方向杆侧腔和第一方向无杆侧腔，所述第一通气孔连接所述第一方向无杆侧腔，所述第二通气孔连接所述第一方向杆侧腔，所述第一方向输出机构至少包括第一方向活塞和第一方向输出轴，所述第一方向活塞至少开设有第一节流孔，所述第一节流孔连接所述第一方向无杆侧腔，所述第一方向输出轴安置于所述第一方向活塞上，所述第一方向输出轴与所述第一方向平行，所述第一方向输出轴至少开设有第三通气孔和第四通气孔，所述第三通气孔连接所述第一方向杆侧腔和所述第四通气孔，所述导气管至少开设有第五通气孔，所述第五通气孔连接所述第一节流孔；所述分气块安置于所述第一方向输出轴上，所述分气块至少开设有第六通气孔、第七通气孔、第二节流孔和第三节流孔，所述第六通气孔直径大于所述第七通气孔，所述第六通气孔连接所述第四通气孔和所述第二节流孔，所述第七通气孔连接所述第五通气孔和所述第三节流孔；所述第二方向气缸至少包括第二方向缸体、第二方向输出机构和弹性机构，所述第二方向缸体至少开开设有设有第八通气孔和第九通气孔、相连通的第二方向杆侧腔和第二方向无杆侧腔，所述第八通气孔连接所述第二节流孔和所述第二方向杆侧腔，所述第九通气孔连接所述第三节流孔和所述第二方向无杆侧腔，所述第二方向输出机构至少包括第二方向活塞和第二方向输出轴，所述第二方向输出轴安置于所述第二方向活塞上，所述第二方向输出轴与所述第二方向平行，所述弹性机构位于所述第二方向无杆侧腔内。

所述片库门组件安置于所述第二方向输出轴上，所述第一方向输出轴和所述第二方向输出轴完全缩回时，所述片库门组件与所述片库腔室贴合，所述第一方向输出轴和所述第二方向输出轴完全缩回时，所述片库门组件与所述片库腔室分离。

与现有技术相比，本发明的益处在于：

A.本发明的用于离子注入机大气端和真空端交互的开关门装置将第一方向气缸直接安置于片库腔室上，将第二方向气缸直接安置于第一方向输出轴上，将片库门组件直接安置于第二方向输出轴上，省去了诸多中间执行机构，不仅结构简单，而且集成度高。

B.本发明的用于离子注入机大气端和真空端交互的开关门装置只需通过第一方向气缸和第二方向气缸的直接配合即可实现，无其他机械结构，且气缸内设置有缓冲和润滑装置，显著减弱了开关门过程中的冲击和磨损，且提高了装置的使用寿命和可靠性。

C.本发明所包含的二维气缸组件将第二方向气缸的气路布置在第一方向输出轴内，通过开设的第一节流孔、第二节流孔和第三节流孔的流量控制，可在同一路压缩空气控制下按顺序实现两个不平行方向的伸出或缩回动作，不仅精简了动力气路走线，而且显著提高了片库自动开关门的效率和成功率。

附图说明

图1是现有技术的离子注入机大气端和真空端交互的开关门装置示意图。

图2是本发明提供的一种用于离子注入机大气端和真空端交互的二维开关门装置门关闭状态的立体视图。

图3是图2的平面侧视图。

图4是本发明提供的一种用于离子注入机大气端和真空端交互的二维开关门装置在门打开状态的立体视图。

图5是图4的平面侧视图。

图6是本发明所包含的二维气缸组件立体视图。

图7是图6在平面后视图。

图8是图7沿A-A剖面的剖视图。

图9是图8的局部视图。

图10是图6的平面上视图。

图11是图10沿B-B剖面的剖视图。

图12是图11的局部视图。

图13是图10沿C-C剖面的剖视图。

图14是图10沿D-D剖面的剖视图。

附图序号说明：

名称 序号

片库腔室 1

活动门组件 2

活动门 21

导轨 22

滑块 23

开关门组件 3

连杆 31

横杆 32

锁紧气缸 33

升降气缸 34

定滑轮 35

钢丝绳 36

片库腔室 4

贯通腔 401

门口 402

片库门组件 5

片库门 501

名称 序号

连接板 502

二维气缸组件 6

第一方向气缸 61

第一方向缸体 611

第一方向缸筒 6111

第一端盖 6112

第二端盖 6113

第一通气孔 6114

第二通气孔 6115

第一缓冲区 6116

第二缓冲区 6117

第一方向无杆侧腔 6118

第一方向杆侧腔 6119

第一方向输出机构 612

第一方向活塞 6121

第一节流孔 6122

第一缓冲套 6123

第二缓冲套 6124

第一方向输出轴 6125

第三通气孔 6126

第四通气孔 6127

导气管 613

第五通气孔 6131

分气块 62

第六通气孔 6201

第七通气孔 6202

第二节流孔 6203

第三节流孔 6204

第二方向气缸 63

第二方向缸体 631

第二方向缸筒 6311

第三端盖 6312

第二方向无杆侧腔 6313

第二方向杆侧腔 6314

第八通气孔 6315

第九通气孔 6316

第二方向输出机构 632

第二方向活塞 6321

第二方向输出轴 6322

弹性机构 633

第一方向 A

第二方向 B

第一方向气缸行程 E

第二方向气缸行程 F

片库门关闭状态 CLO

片库门打开状态 OPN

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。

需要说明的是，当一个元件被认为是”连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中设置的元件。当一个元件被认为是“安置于”另一个元件，它可以是直接安置于另一个元件或者可能存在居中设置的元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理来的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

这里以两个二维气缸组件以及每个二维气缸组件中包含一个第一方向气缸气缸和两个第二方向气缸气缸，且第一方向与第二方向相互垂直为例。

参阅图2至图5，本发明提供一种用于离子注入机大气端和真空端交互的二维开关门装置，包括片库腔室4、片库门组件5和二维气缸组件6：片库腔室4开设有贯通腔401和门口402，门口402与贯通腔401相连通，片库腔室4与机台高真空靶室(图中未画出)连接；两个二维气缸组件6分别安置于片库腔室4的两侧；片库门组件5包括片库门501和连接板502，片库门501安置于连接板502上，连接板502与二维气缸组件6连接。

参阅图6和图7，二维气缸组件6包括第一方向气缸61、分气块62和两个第二方向气缸63。

参阅图8和图9，第一方向气缸61包括第一方向缸体611、第一方向输出机构612和导气管613：第一方向缸体611包括第一方向缸筒6111和分别盖于第一方向缸筒6111两端的第一端盖6112和第二端盖6113，第一端盖6112开设有第一通气孔6114和第一缓冲区6116，第二端盖6113开设有第二通气孔6115和第二缓冲区6117，第一方向缸筒6111内开设有连通的第一方向无杆侧腔6118和第一方向杆侧腔6119，第一通气孔6114连接第一缓冲区6116和第一方向无杆侧腔6118，第二通气孔6115连接第二缓冲区6117和第一方向杆侧腔6119；第一方向输出机构612包括第一方向活塞6121和第一方向输出轴6125，第一方向输出轴6125通过螺纹连接于活塞6121，第一方向活塞6121开设有第一节流孔6122、第一缓冲套6123和第二缓冲套6124，第一节流孔6122连接第一方向无杆侧腔6118，第一缓冲套6123位于第一方向无杆侧腔6118内，所述第二缓冲套6124位于所述第一方向杆侧腔6119内，第一方向输出轴6125开设有第三通气孔6126和第四通气孔6127，第三通气孔6126连接第一方向杆侧腔6119和第四通气孔6127；导气管613开设有第五通气孔6131，第五通气孔6131连接第一节流孔6122。

参阅图10、图11和图12，分气块62安置于第一方向输出轴6125上，分气块62开设有第六通气孔6201、第七通气孔6202、第二节流孔6203和第三节流孔6204，第六通气孔6201直径大于第七通气孔6202，第六通气孔6201连接第四通气孔6127和第二节流孔6203，第七通气孔6202连接第五通气孔6131和第三节流孔6204。

参阅图8、图10、图13和图14，第二方向气缸63安置于分气块61上，包括第二方向缸体631、两套第二方向输出机构632和弹性机构633，第二方向缸体631包括第二方向缸筒6311和盖于第二方向缸筒6311底部的两个第三端盖6312，第二方向缸筒6311内贯穿开设有两套连通的第二方向无杆侧腔6313和第二方向杆侧腔6314，第二方向缸筒6311开设有第八通气孔6315和第九通气孔6316，第八通气孔6315连接第二节流孔6203和所述第二方向杆侧腔6314，第九通气孔6316连接第三节流孔6204和第二方向无杆侧腔6313，第二方向输出机构包括第二方向活塞6321、第二方向输出轴6322和弹性机构633，弹性机构633位于第二方向无杆侧腔6313内。

参阅图8，为便于后续描述，定义第一方向，即第一方向气缸61运动输出方向为A，定义第二方向，即第二方向气缸63运动输出方向为B，且A垂直于B；定义第一方向气缸61的行程，即向第一方向输出轴6125能够伸出第一方向缸体611的最大距离为E，定义第二方向气缸63的行程，即第二方向输出轴6322能够伸出第二方向缸体631的最大距离为F。

参阅图2和图3，第二通气孔6115与气源管路保持连接，第二通气孔6114与排废管路保持连接，此时弹性机构633被压缩，第一方向输出轴6125和第二方向输出轴6322保持在缩回状态，使片库门501保持关闭状态，为便于后续描述，定义其为CLO。

参阅图4和图5，第一通气孔6114与气源管路保持连接，第二通气孔6115与排废管路保持连接，此时弹性机构633被释放，第一方向输出轴6125和第二方向输出轴6322保持在伸出状态，使片库门501保持打开状态，为便于后续描述，定义其为OPN。

片库门打开过程：即由片库门501状态由CLO切换到OPN，将片库腔室4切换成大气状态，通过气路切换使第一通气孔6114与气源管路保持连接，第二通气孔6115与排废管路保持连接，此时第二方向杆侧腔6314依次通过第八通气孔6315、第二节流孔6203、第四通气孔6127、第三通气孔6126、第一方向杆侧腔6119、第二通气孔6115与排废管路连接，首先弹性机构633迅速推动第二方向活塞6321向前移动，使第二方向输出轴6322伸出到行程F，使片库门501与片库腔室4分开距离F，然后第一通气孔6114通入的气体进入第一缓冲区6116推动第一方向活塞6121缓慢伸出，待第一缓冲套6123完全离开第一缓冲区6116后，第一方向活塞6121开始加速伸出，至第二缓冲套6124进入第二缓冲区6117，第一方向活塞6121又开始缓慢伸出，直至第一方向活塞6121与第二端盖6113接触，使第一方向输出轴6125伸出到行程E，即片库门501下落距离E，且保持在此状态；同时第一通气孔6114通入的气体又依次通过第一节流孔6122、第五通气孔6131、第七通气孔、第三节流孔6204和第九通气孔6316进入第二方向无杆侧腔6313，起使第二方向输出轴6322保持在伸出状态；最终使片库门501状态保持在OPN，即实现离子注入机与大气端交互。

片库门关闭过程；即由片库门501状态由OPN切换到CLO，通过气路切换使第二通气孔6115与气源管路保持连接，第一通气孔6114与排废管路保持连接，第二方向无杆侧腔6313依次通过第九通气孔6316、第三节流孔6204、第七通气孔、第五通气孔6131、第一节流孔6122、第一方向无杆侧腔6118、第一通气孔6114与排废管路连接。第二通气孔6115通入的气体进入第二缓冲区6115推动第一方向活塞6121缓慢缩回，待第二缓冲套6124完全离开第二缓冲区6115后，第一方向活塞6121开始加速缩回，至第一缓冲套6123进入第一缓冲区6116，第一方向活塞6121又开始缓慢缩回，直至第一方向活塞6121与第一端盖6112接触，使第一方向输出轴6125完全缩回，即片库门501上升距离E，且保持在此状态；同时第二通气孔6113通入的气体又依次通过第一方向杆侧腔6119、第三通气孔6126、第四通气孔6127、第二节流孔6203、第八通气孔6315进入第二方向杆侧腔6314，但是由于第二节流孔6203的节流作用和第一方向杆侧腔6119的体积不断变大，只有少量气体进入第二方向杆侧腔6314，无法克服弹性机构633弹力使第二方向输出轴6322缩回，至第一方向输出轴6125完全缩回以后，第一方向杆侧腔6119的体积不再变大，第二通气孔6113通入的气体开始集中进入第二方向杆侧腔6314，使第二方向输出轴6322缩回至片库门501与片库腔室4紧密贴合，最终使片库门501状态保持在CLO，最后将片库腔室4切换成真空状态，即实现离子注入机与真空端交互。

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。