CN113830700A - 水平自动调整的升降系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种水平自动调整的升降系统及方法。在本申请的一实施例中，所述水平自动调整的升降系统包括：多个导向支承装置，其连接到被升降装置；多个升降机构，其分别连接到所述多个导向支承装置中的对应一者；多个电机，其分别设置在所述多个升降机构中的对应一者上，用以驱动对应的升降机构带动对应的导向支承装置上升或下降；及水平位置传感器，其设置在所述多个导向支承装置中的一个导向支承装置的顶部上，用以检测所述被升降装置的倾斜度，并传输基于检测结果的信号以控制所述多个电机。

Description

水平自动调整的升降系统及方法

技术领域

本申请大体上涉及半导体加工设备领域，且更具体来说，涉及一种水平自动调整的升降系统及方法。

背景技术

半导体加工设备通常包括反应腔和与其形成真空腔体的盖板。可以通过升降装置来控制盖板的升降。然而，当前半导体加工设备所使用的升降装置无法实现水平自动调整。而工程机械中使用的水平自动调整装置通常结构复杂，调整方式繁琐，难以实现高精度的水平自动调整，并且使用磁块产生磁场来稳固平台，因而不适合应用于半导体加工设备。

发明内容

本申请提供了一种水平自动调整的升降系统，其可以自动调整被升降装置的水平，升降平稳，可重复性高，维护周期长。

在一方面，本申请提供了一种水平自动调整的升降系统，其包括：多个导向支承装置，其连接到被升降装置；多个升降机构，其分别连接到所述多个导向支承装置中的对应一者；多个电机，其分别设置在所述多个升降机构中的对应一者上，用以驱动对应的升降机构带动对应的导向支承装置上升或下降；及水平位置传感器，其设置在所述多个导向支承装置中的一个导向支承装置的顶部上，用以检测所述被升降装置的倾斜度，并传输基于检测结果的信号以控制所述多个电机。

根据本申请的实施例，所述多个升降机构中的每一个升降机构包括传动装置，所述传动装置连接到对应的电机，并通过连接部件连接到对应的导向支承装置。

根据本申请的实施例，所述传动装置包括减速机、丝杠和丝杠螺母。

根据本申请的实施例，所述连接部件包括机械水平调整装置，以调整对应的所述导向支承装置的水平位置和锁紧对应的所述导向支承装置。

根据本申请的实施例，所述机械水平调整装置包括关节轴承和碟形弹簧。

根据本申请的实施例，所述关节轴承包括分别设置在对应的所述导向支承装置两侧的一对关节轴承，所述碟形弹簧包括分别设置在对应的所述导向支承装置两侧的两组碟形弹簧。

根据本申请的实施例，所述升降系统还包括控制模块，所述控制模块连接到所述水平位置传感器和所述多个电机，以设定所述水平位置传感器的初始值以及所述多个电机的输出功率和转速。

根据本申请的实施例，所述被升降装置是半导体加工设备的盖板。

根据本申请的实施例，所述半导体加工设备还包括反应腔，所述多个升降机构固定在所述反应腔上。

根据本申请的实施例，当所述被升降装置的倾斜度超过所述水平位置传感器的设定值时，所述水平位置传感器根据所述被升降装置的倾斜度计算电机脉冲输出数，并将结果传输到所述多个电机中的至少一者。

根据本申请的实施例，所述多个电机中的所述至少一者基于从所述水平位置传感器传输的电机脉冲输出数，独立地调整其输出功率和转速。

在另一方面，本申请还提供了一种使用上述任一升降系统的方法，其包括：控制所述多个电机，使所述多个导向支承装置带动所述被升降装置上升或下降；及在所述被升降装置上升或下降的过程中，通过所述水平位置传感器检测所述被升降装置的倾斜度，并基于检测结果调整所述多个电机中的至少一者的输出。

在以下附图及描述中阐述本申请的一或多个实例的细节。其他特征、目标及优势将根据所述描述及附图以及权利要求书而显而易见。

附图说明

本说明书中的公开内容提及且包含以下各图：

图1是根据本申请的一些实施例的水平自动调整的升降系统的总体示意图；

图2是图1中的升降机构和导向支承装置沿虚线a-a'的剖视图的一部分；

图3是图1中的导向支承装置沿虚线b-b'的剖视图；

图4A是图3中用虚线圈出部分的局部放大图；

图4B是图4A中的碟形弹簧和关节轴承的示意图。

根据惯例，图示中所说明的各种特征可能并非按比例绘制。因此，为了清晰起见，可任意扩大或减小各种特征的尺寸。图示中所说明的各部件的形状仅为示例性形状，并非限定部件的实际形状。另外，为了清楚起见，可简化图示中所说明的实施方案。因此，图示可能并未说明给定设备或装置的全部组件。最后，可贯穿说明书和图示使用相同参考标号来表示相同特征。

具体实施方式

为更好地理解本发明的精神，以下结合本发明的部分实施例对其作进一步说明。

本说明书内使用的词汇“在一实施例”或“根据一实施例”并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的“在其他(一些/某些)实施例”或“根据其他(一些/某些)实施例”并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。本文所指“上”和“下”的意义并不限于图式所直接呈现的关系，其应包含具有明确对应关系的描述，例如“左”和“右”，或者是“上”和“下”的相反。本文所称的“连接”应理解为涵盖“直接连接”以及“经由一或多个中间部件连接”。本说明书中所使用的各种部件的名称仅出于说明的目的，并不具备限定作用，不同厂商可使用不同的名称来指代具备相同功能的部件。

以下详细地讨论本发明的各种实施方式。尽管讨论了具体的实施，但是应当理解，这些实施方式仅用于示出的目的。相关领域中的技术人员将认识到，在不偏离本发明的精神和保护范围的情况下，可以使用其他部件和配置。

图1展示了根据本申请的一些实施例的水平自动调整的升降系统10的总体示意图。在图1中，升降系统10可控制被升降装置(例如，盖板500)的升降，盖板500可与反应腔600贴合形成密封腔体以用于半导体加工。

升降系统10包括多个导向支承装置100、多个升降机构200、多个电机300和水平位置传感器400。尽管图1中示出了特定数量的升降机构、导向支承装置和电机，本领域技术人员将会理解水平自动调整的升降系统10可包括更少或更多数量的升降机构、导向支承装置和电机。

导向支承装置100通过第一连接部件101连接到盖板500，以带动盖板500随其上升和下降。在上升和下降过程中，导向支承装置100和盖板500彼此相对固定。

升降机构200通过第二连接部件201连接到对应的导向支承装置100。升降机构200的一端固定在反应腔600上。

电机300设置在升降机构200的顶部上。每个电机300对应于一个单独的升降机构200。电机300可驱动对应的升降机构200以使其通过第二连接部件201带动对应的导向支承装置100上升和下降，从而实现盖板500的上升和下降。

水平位置传感器400设置在一个导向支承100的顶部上。水平位置传感器400可以设置在任意一个导向支承100的顶部上。水平位置传感器400可检测盖板500的倾斜度，并传输基于检测结果的信号以控制各个电机300。水平位置传感器400的种类不受限制，可以是任意适合类型的水平位置传感器。

在一些实施例中，水平自动调整的升降系统10还可以包括控制模块(未示出)，控制模块连接到水平位置传感器400和电机300，以设定水平位置传感器400的初始值以及电机300的输出功率和转速。在一实施例中，控制模块可以是工控机(PMC)控制模块。根据一些实施例，水平位置传感器400可将基于检测结果的信号直接传输到电机300以控制电机300。根据另一些实施例，水平位置传感器400可将基于检测结果的信号传输到控制模块，再由控制模块产生相应的控制信号以控制电机300。

水平自动调整的升降系统10可以应用于各种被升降装置。在一些实施例中，水平自动调整的升降系统10可以应用于等离子体化学增强气相沉积设备、原子层沉积设备或3D真空设备。

图2示出了图1中的升降机构200和导向支承装置100沿虚线a-a’的剖视图的一部分。如图2所示，升降机构200可以包括传动装置210，传动装置210设置在升降机构200的内部。传动装置210(例如，上端)连接到对应的电机300，并通过第二连接部件201连接到对应的导向支承装置100，以将电机300的动力传输到所述对应的导向支承装置100。在一实施例中，传动装置210可以包括减速机、丝杠和丝杠螺母。

减速机是一种减速传动装置，其用于匹配转速和传递转矩。本申请的减速机不受限制，可以使用任意适合类型的减速机。

丝杠和丝杠螺母主要用于旋转运动和直线运动之间的变换。丝杠和丝杠螺母可以根据需要选择任何合适的类型。例如，如图2所示，丝杠螺母可以选用梯形丝杠螺母211。在一实施例中，电机300通过减速机使丝杠旋转，从而使丝杠螺母向上或向下移动，连接到丝杠螺母的第二连接部件201亦随之向上或向下移动，进而带动对应的导向支承装置100上升或下降，连接到导向支承装置100的被升降装置即可随之上升或下降。

图3示出了图1中的导向支承装置100沿虚线b-b’的剖视图，同时示出了连接到导向支承装置100的升降机构200的外部轮廓。图4A为图3中用虚线圈出部分的局部放大图。图4B是图4A中的碟形弹簧221和关节轴承222的示意图。如图3所示，将升降机构200连接到导向支承装置100的第二连接部件201可以包括机械水平调整装置220，其可用以调整导向支承装置100的水平位置和锁紧导向支承装置100。机械水平调整装置220设置在升降机构200的连接有导向支承装置100的一侧上。如图3和图4A所示，机械水平调整装置220可以包括碟形弹簧221和关节轴承222。连接件的下端可穿过碟形弹簧221的中心而安置于关节轴承222中，从而实现升降机构200与导向支承装置100的连接。在一些实施例中，关节轴承222包括分别设置在导向支承装置100两侧的一对关节轴承，碟形弹簧221包括分别设置在导向支承装置100两侧的两组碟形弹簧。

如图4B所示，碟形弹簧221呈圆锥形盘状，其被压缩后可以产生变形，承受一定的载荷。为实现较好的调整效果，碟形弹簧221可以成对设置。例如，在导向支承装置100的每一侧可以设置5对碟形弹簧221。碟形弹簧221的数量可根据载荷大小来选择。碟形弹簧221可以进行一定程度的位移补偿并锁紧导向支承装置100。在一些实施例中，在使盖板500下降的过程中，为保证盖板500与反应腔600紧密贴合，盖板500的下落位移小于升降机构200中的丝杠输出的当量位移。丝杠输出的当量位移是指电机输出一定功率时，丝杠螺母移动的位移。碟形弹簧221可以吸收位移过盈量并且因变形而锁紧导向支承装置100，以防止电机300过载，从而保护电机300。

关节轴承222具有弧面，允许发生一定的轴向偏移。当多个电机300不同步或者导向支承装置100发生较小的倾斜时，关节轴承222可以对导向支承装置100的位置进行微调，并通过碟形弹簧221进行位移补偿和锁紧，以保证导向支承装置100和升降机构200不会出现卡死现象。

在盖板500上升或下降的过程中，水平位置传感器400可以检测盖板500的倾斜度。当盖板500的倾斜度超出水平位置传感器400的设定值时，需要进行水平调整，水平位置传感器400或其他装置可基于水平位置传感器400的检测结果生成控制信号，以调整电机300中的至少一者的输出(例如，输出功率或转速)。在一实施例中，水平位置传感器400按照公式(1)计算电机300的电机脉冲输出数，并将计算结果传输给需要调整的电机300，电机300根据电机脉冲输出数自动调整其输出功率及转速，从而使得盖板500平稳上升和下降。本领域技术人员可以理解，水平位置传感器400也可以采用其他形式的公式或计算方式。

在公式(1)中，电机距离L为电机之间的距离，倾角为由水平位置传感器400检测的盖板相对于水平面的倾角，导程为丝杠的导程，减速比为减速机的减速比，步距角为电机300的步距角。各个电机可基于从水平位置传感器400传输的电机脉冲输出数，独立地调整其输出功率和转速。

再参照图1，根据本申请的一些实施例，一种使用升降系统10的方法可以包括：控制多个电机300，使多个导向支承装置100带动被升降装置(例如盖板500)上升或下降；在所述被升降装置上升或下降的过程中，通过水平位置传感器400检测所述被升降装置的倾斜度，并基于检测结果调整至少一个电机300的输出(例如输出功率或转速)。

在一些实施例中，一种使用本申请的升降系统的方法可以包括：通过控制模块设定水平位置传感器的初始值以及电机的输出功率和转速；在电机的驱动下，升降机构通过传动装置带动导向支承装置上升或下降，以使被升降装置随着导向支承装置上升或下降；水平位置传感器检测被升降装置的水平度，并把检测结果传输给电机；电机基于所述检测结果独立地自动调整其各自的输出功率和转速。当电机不同步或导向支承装置发生较小倾斜时，机械水平调整装置调整导向支承的水平位置。

相较于现有的升降系统，本申请的水平自动调整的升降系统可以自动调整被升降装置的水平，升降平稳，可重复性高，维护周期长，具有生产经济价值。并且，本申请的水平自动调整的升降系统可以允许电机的同步出现一定偏移量，并且在多个电机不同步时使电机根据水平位置传感器的检测结果自动调整其输出功率和转速，以实现电机同步。另外，本申请的水平自动调整的升降系统可以使盖板在下落后和反应腔紧密贴合，从而保证真空腔体。

本文中的描述经提供以使所述领域的技术人员能够进行或使用本发明。所属领域的技术人员将易于显而易见对本发明的各种修改，且本文中所定义的一般原理可应用于其它变化形式而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明不限于本文所述的实例和设计，而是被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (12)

1.一种水平自动调整的升降系统，其包括：

多个导向支承装置，其连接到被升降装置；

多个升降机构，其分别连接到所述多个导向支承装置中的对应一者；

多个电机，其分别设置在所述多个升降机构中的对应一者上，用以驱动对应的升降机构带动对应的导向支承装置上升或下降；及

水平位置传感器，其设置在所述多个导向支承装置中的一个导向支承装置的顶部上，用以检测所述被升降装置的倾斜度，并传输基于检测结果的信号以控制所述多个电机。

2.根据权利要求1所述的升降系统，其中所述多个升降机构中的每一个升降机构包括传动装置，所述传动装置连接到对应的电机，并通过连接部件连接到对应的导向支承装置。

3.根据权利要求2所述的升降系统，其中所述传动装置包括减速机、丝杠和丝杠螺母。

4.根据权利要求2所述的升降系统，其中所述连接部件包括机械水平调整装置，以调整对应的所述导向支承装置的水平位置和锁紧对应的所述导向支承装置。

5.根据权利要求4所述的升降系统，其中所述机械水平调整装置包括关节轴承和碟形弹簧。

6.根据权利要求5所述的升降系统，其中所述关节轴承包括分别设置在对应的所述导向支承装置两侧的一对关节轴承，所述碟形弹簧包括分别设置在对应的所述导向支承装置两侧的两组碟形弹簧。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的升降系统，其还包括控制模块，所述控制模块连接到所述水平位置传感器和所述多个电机，以设定所述水平位置传感器的初始值以及所述多个电机的输出功率和转速。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的升降系统，其中所述被升降装置是半导体加工设备的盖板。

9.根据权利要求8所述的升降系统，其中所述半导体加工设备还包括反应腔，所述多个升降机构固定在所述反应腔上。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的升降系统，其中当所述被升降装置的倾斜度超过所述水平位置传感器的设定值时，所述水平位置传感器根据所述被升降装置的倾斜度计算电机脉冲输出数，并将结果传输到所述多个电机中的至少一者。

11.根据权利要求10中所述的升降系统，其中所述多个电机中的所述至少一者基于从所述水平位置传感器传输的电机脉冲输出数，独立地调整其输出功率和转速。

12.一种使用根据权利要求1至11中任一项所述的升降系统的方法，其包括：

控制所述多个电机，使所述多个导向支承装置带动所述被升降装置上升或下降；及

在所述被升降装置上升或下降的过程中，通过所述水平位置传感器检测所述被升降装置的倾斜度，并基于检测结果调整所述多个电机中的至少一者的输出。

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