CN115602567A - 一种预防晶圆破损的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压力驱动系统及方法,以及采用该系统进行压力驱动的半导体制造设备,在制程开始前通过导入此片晶圆的信息,针对每一片晶圆获取并设定相应的安全驱动压力和安全阈值进行压力控制,并根据压力检测模块实时反馈的数据进行异常判断,从而有效避免当静电释放异常时造成的晶圆破损,能够针对不同晶圆的不同情况对压力进行控制,提高了控制的精确度;通过压力检测模块和压力调节模块的实时反馈,有效避免当静电释放异常时造成的晶圆破损,具有更高的时效性;并且在每一次制程结束都收集该次制程过程中的数据,以提升算法可靠度,增加预估值准确性;该系统为泛用型系统,不局限于特定厂商或机型,适应用于绝大多数晶圆升降装置。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,具体来说,涉及一种预防晶圆破损的系统及方法。
背景技术
半导体蚀刻先进制造设备通常利用惰性气体在静电吸附盘和晶圆之间进行温度的传导。为避免晶圆偏移,对静电吸附盘施加直流电压,产生静电力来吸附晶圆。制程结束前要释放静电力,随后用升降顶针升起晶圆,进行后续的传送。在结束制程前需要释放静电力,但随着生产制造的进行,静电力释放不可避免的会发生异常,晶圆、工艺腔室又存在着的差异,使得升降顶针造成晶圆的破损时有发生,晶圆制造良率下降,生产成本增加。
图1-3中示出了晶圆制造过程的状态,晶圆1被静电吸附盘2产生的静电力所吸附.其中,图1示出了晶圆制造过程中,对静电吸附盘2施加直流电压,产生静电力来吸附晶圆1;图2示出了制程结束前要释放静电力,随后用升降顶针3升起晶圆1,晶圆制造过程正常结束的示意图;图3示出了在用升降顶针3升起晶圆1的过程中,静电力释放发生异常,使得升降顶针3造成晶圆1破损的示意图。
因此,如何解决上述问题,成为本领域的技术人员亟待解决的问题。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种预防晶圆破损的系统及方法,针对每一片晶圆设定相应的安全驱动压力和安全阈值进行压力控制,并根据压力检测模块实时反馈的数据进行异常判断,从而有效避免当静电释放异常时造成的晶圆破损。
(二)技术方案
为解决上述问题,本发明的第一方面提供了一种压力驱动系统,用于给半导体制造设备中的晶圆升降装置提供驱动压力,包括:
压力检测模块,连接到所述升降装置的压力输出端,用于检测所述升降装置的抬升压力并发送至压力控制模块;
压力调节模块,连接到所述升降装置的压力输入端,其根据压力控制模块发送的驱动压力信号调节升降装置的驱动压力;
压力控制模块,用于根据接收的抬升压力生成当前晶圆的驱动压力信号并发送给压力调节模块。
进一步的,云端数据模块,收集晶圆信息及与该晶圆对应的历史驱动压力和安全阈值,据此计算当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值,输出给压力控制模块。
进一步的,压力控制模块根据当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值生成当前晶圆的驱动压力信号,使得所述升降装置输出的抬升压力与所述当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值相匹配。
进一步的,所述压力调节模块反馈实际驱动压力信号至压力控制模块,所述压力控制模块根据接收的抬升压力和实际驱动压力信号进行异常判断。
进一步的,所述晶圆信息包括:晶圆种类、使用次数、膜层种类与厚度、晶圆应力、当站制程。
进一步的,所述驱动压力与晶圆种类、使用次数、膜层种类与厚度、晶圆应力和当站制程相关。
进一步的,所述安全阈值小于使得该晶圆损坏的驱动压力的最小值。
进一步的,所述压力控制模块进行异常判断,包括:
根据所接收的抬升压力,判断晶圆状态是否异常;以及
根据所接收的实际驱动压力信号,判断压力是否异常。
进一步的,所述压力控制模块包括:放大单元,用于将所接收的抬升压力进行放大;
比较单元,用于将所述放大的抬升压力与安全阈值进行比较,当所述放大的抬升压力大于安全阈值时,输出状态异常信号。
进一步的,所述压力控制模块还包括:
供能单元,用于为所述压力检测模块和压力调节模块提供电能;
控制单元,用于对所述压力调节模块进行控制;
信息收发单元,用于通过通信转换模块与设备的主控模块接收和发送数据;
数据存储单元,用于存储数据。
进一步的,所述通信转换模块,用于针对不同的设备与压力控制模块之间的通信进行通信转换。
根据本发明的第二个方面,提供了一种采用如本发明第一个方面所述的系统的压力驱动方法,包括步骤:
检测升降装置的抬升压力;
根据接收的抬升压力生成当前晶圆的驱动压力信号,根据驱动压力信号调节升降装置的驱动压力,进而修正其输出的抬升压力。
通过云端数据提供精准控制,所述云端数据包括当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值。
进一步的,还包括:根据当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值生成当前晶圆的驱动压力信号,使得所述升降装置输出的抬升压力与所述当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值相匹配。
进一步的,根据接收的抬升压力和实际驱动压力信号进行异常判断。
进一步的,所述异常判断包括:
根据所接收的抬升压力,判断晶圆状态是否异常;以及
根据所接收的实际驱动压力信号,判断压力是否异常。
根据本发明的第三个方面,提供了一种半导体制造设备,包括升降装置、静电吸附装置,以及本发明第一个方面所述的压力驱动系统,其中,
所述静电吸附装置上放置晶圆,用于在制程中产生吸附晶圆的吸附力;
所述升降装置位于静电吸附装置的下方,其包括升降顶针,在制程结束时,所述升降装置产生抬升压力,通过升降顶针将晶圆从静电吸附装置上抬升;
压力驱动系统与该升降装置连接,用于检测所述升降装置的抬升压力,根据该抬升压力生成当前晶圆的驱动压力信号,以调节升降装置的驱动压力。
进一步的,所述升降装置包括气动升降装置。
综上所述,本发明提供了一种压力驱动系统及方法,以及采用该系统预防晶圆破损的半导体制造设备,利用大数据技术,在制程开始前通过导入此片晶圆的信息,针对每一片晶圆获取并设定相应的安全驱动压力和安全阈值进行压力控制,并根据压力检测模块实时反馈的数据进行异常判断,从而有效避免当静电释放异常时造成的晶圆破损;并且在每一次制程结束都收集该次制程过程中的数据,以提升算法可靠度,增加预估值准确性。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果:
(1)在制程开始前通过导入本次制程所涉及晶圆的信息,针对每一片晶圆获取并设定相应的安全驱动压力和安全阈值,针对不同晶圆的不同情况对压力进行控制,提高了控制的精确度
(2)通过压力检测模块和压力调节模块的实时反馈,及时获取反馈信息,有效避免当静电释放异常时造成的晶圆破损,具有更高的时效性。
(3)反馈每次制程中升降过程的数据至云端数据模块,通过不断数据收集,提升算法可靠度,增加预估值准确性。
(4)本发明提供的系统为泛用型系统,不局限于特定厂商或机型,适应用于绝大多数晶圆升降装置。
附图说明
在附图中,除非另外规定,否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解,这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式,而不应将其视为是对本发明范围的限制。
图1是静电吸附盘产生静电力吸附晶圆的示意图;
图2是升降顶针升起晶圆时制程正常结束的示意图;
图3是升降顶针升起晶圆时造成晶圆破损的示意图;
图4是约翰逊-拉别克类型静电吸附盘的示意图;
图5是库仑力类型静电吸附盘的示意图;
图6是本发明预防晶圆破损的系统的构成框图;
图7是本发明压力控制模块的构成框图;
图8是本发明预防晶圆破损的方法的流程图;
图9是本发明升降装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式并参照附图,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
半导体制造中常用的两类静电吸附盘为约翰逊-拉别克(JR,Johnsen-Rahbek,以下简称“JR”)型以及库仑力(CB,Coulombic-type,以下简称“CB”)型:
JR类型的静电吸附盘,如图4所示,示出了内部电极4,由于静电吸附盘2的绝缘层中加入掺杂,电子受到静电力影响聚集在静电吸附盘2尖端。该种类型的静电吸附盘优点是吸附力更强,仅需要较低的吸附电压,缺点是尖端电子较难释放,静电力释放不完全,从而在升降顶针顶起晶圆1时容易造成晶圆1破片。
CB类型的静电吸附盘,如图5所示,示出了内部电极4,由于绝缘层的高阻值,电子难以移动,并不会出现电子在静电吸附盘2尖端聚集。但是在长期的生产过程中聚合物在静电吸附盘2上吸附,造成电子的聚集,静电力释放不完全,从而在升降顶针顶起晶圆1时容易造成晶圆1破片。
本发明通过利用大数据技术,制程开始前,通过向云端导入此片晶圆的信息,获取当前晶圆的安全阈值与安全驱动压力,避免静电释放异常时升降顶针对晶圆造成损坏,提高晶圆制造良率。以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
根据本发明的第一个实施例,提供了一种压力驱动系统,该系统的构成框图如图6所示,包括压力检测模块11、压力调节模块12、压力控制模块13、以及云端数据模块15,其中,压力检测模块11、压力调节模块12、压力控制模块13依次连接,压力控制模块13通过其中的通信转换模块1361与设备主控模块16以及云端数据模块15连接。压力检测模块11连接到所述升降装置21的压力输出端,用于检测所述升降装置21的抬升压力并发送至压力控制模块13。该压力检测模块11可采用压电式传感器以进行抬升力的测量。压电式传感器是一种基于压电效应的传感器,是一种自发电式和机电转换式传感器。压电式传感器的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器的材料可以选择传统的多晶压电陶瓷材料,例如,可以采用聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜,聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜较传统压电陶瓷具有更薄的厚度、更高的压电常数、更易加工等优点。
压力调节模块12连接到所述升降装置21的压力输入端,其根据压力控制模块13发送的驱动压力信号调节升降装置21的驱动压力。压力调节模块12接受压力控制模块13的控制,实现自动压力调节,并具有双端压力侦测反馈的功能。压力调节模块12根据压力控制模块13输出的压力控制信号对升降装置21的驱动压力信号进行调节,并反馈实际驱动压力信号至压力控制模块13。例如,采用电子压力控制装置(UPC)作为压力调节模块12,电子压力控制装置(UPC)具有高精度的压力调节能力和优良的稳定性。压力调节模块12还反馈实际驱动压力信号至压力控制模块13,由压力控制模块13根据接收的抬升压力和实际驱动压力信号进行异常判断。
压力控制模块13用于根据接收的抬升压力生成当前晶圆的驱动压力信号并发送给压力调节模块12。压力控制模块13根据当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值生成当前晶圆的驱动压力信号,使得所述升降装置21输出的抬升压力与所述当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值相匹配。压力控制模块13接收压力检测模块11采集的抬升压力,以及压力调节模块12反馈的实际驱动压力信号,并将整个升降过程的数据通过通信转换模块1361发送至设备主控模块16。所述数据包括抬升压力和实际驱动压力信号,还包括该升降过程对应的晶圆种类、使用次数、膜层种类与厚度、晶圆应力、当站制程等数据。
具体来说,压力控制模块13进一步包括:放大单元131、比较单元132、供能单元133、控制单元134、数据存储单元135和信息收发单元136。图7示出了压力控制模块的构成框图,以下结合图7对上述各单元进行详细说明。
放大单元131,用于将所接收的抬升压力进行放大。当采用聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜作为压力检测模块11时,由于聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜的电荷变化无法直接测量,因此设置放大单元131,以对压电式传感器输出的电荷信号进行放大。
比较单元132的一输入端连接放大单元131的输出端,另一输入端连接安全阈值,用于将所述放大的抬升压力与安全阈值进行比较,当所述放大的抬升压力大于安全阈值时,输出状态异常信号。
供能单元133,用于为所述压力检测模块11和压力调节模块12提供电能。
控制单元134,用于对所述压力调节模块12进行控制。
数据存储单元135,用于存储数据。
信息收发单元136,用于通过通信转换模块1361与设备主控模块16接收和发送数据。
通信转换模块1361用于针对不同的设备与压力控制模块13之间的通信进行通信转换。
云端数据模块15收集晶圆信息及与该晶圆对应的历史驱动压力和安全阈值,据此计算当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值,输出给压力控制模块13。其中,晶圆信息包括:晶圆种类、使用次数、膜层种类与厚度、晶圆应力、当站制程等数据。该云端数据模块15通过收集每次升降过程的数据样本进行学习,以提高对不同状态的晶圆及设备的晶圆提升力度的安全阈值的准确性。其中,所述安全驱动压力与晶圆种类、使用次数、膜层种类与厚度、晶圆应力和当站制程相关。所述安全阈值小于使得该晶圆损坏的驱动压力的最小值。
云端数据模块15在晶圆制程开始前,根据该晶圆的信息获取当前晶圆的安全阈值和安全驱动压力,并将其发送至压力控制模块13,所述压力控制模块13根据该安全阈值和安全驱动压力向压力调节模块12发送压力控制信号,并结合其接收的抬升压力和实际驱动压力信号进行异常判断。该异常判断具体可以包括以下内容:根据所接收的抬升压力,判断晶圆状态是否异常;以及根据所接收的实际驱动压力信号,判断压力是否异常。例如可以通过获得的抬升压力或者实际驱动压力等信号数值突然的增大、减小,来判断晶圆状态是否异常。
根据本发明的第二个实施例,提供了一种压力驱动方法,该方法采用本发明第一个发明所述的系统,该方法的流程图如图8所示,包括如下步骤:
压力检测模块11检测升降装置21的抬升压力并发送至压力控制模块13;
压力控制模块13根据接收的抬升压力生成当前晶圆的驱动压力信号并发送给压力调节模块12;
压力调节模块12根据压力控制模块13发送的驱动压力信号调节升降装置21的驱动压力。
在晶圆制程开始前,根据该晶圆的信息获取当前晶圆的安全阈值和安全驱动压力。其中,晶圆的信息包括晶圆种类、使用次数、膜层种类与厚度、晶圆应力、和当站制程等。晶圆的安全阈值和安全驱动压力对应上述晶圆的信息,是由系统中的云端数据模块,将每次制程中采集的整个升降过程中的数据作为样本,通过样本学习得到。
制程中根据该安全阈值和安全驱动压力对半导体制造设备中的升降装置进行控制。在制程中,将该学习得到的安全阈值和安全驱动压力用于对升降装置的驱动压力的控制,以防止当静电释放异常时造成的晶圆破损。
实时采集升降装置的抬升压力和实际驱动压力信号,结合安全阈值和所采集的抬升压力及实际驱动压力信号进行异常判断;
当判断有异常发生时,输出状态异常信号。
以上各步骤可以通过本发明第一个实施例中提供的各个模块实现。
根据本发明的第三个实施例,提供了一种半导体制造设备,包括升降装置、静电吸附装置、以及本发明第一个实施例所述的压力驱动系统,所述静电吸附装置上放置晶圆,用于在制程中产生吸附晶圆的吸附力,该静电吸附装置可以采用现有技术中已有的静电吸附装置。所述升降装置位于静电吸附装置的下方,例如可以通过气动升降装置实现。在本实施例中,采用单腔气缸实现该气动升降装置。其包括升降顶针,在制程结束时,所述升降装置产生抬升压力,通过升降顶针将晶圆从静电吸附装置上抬升。
压力驱动系统与该升降装置连接,用于检测所述升降装置的抬升压力,根据该抬升压力生成当前晶圆的驱动压力信号,以调节升降装置的驱动压力。
图9示出了本实施例中升降装置的构成示意图。如图9所示,单腔气缸214用于提供抬升晶圆的驱动压力,单腔气缸214包括第一进气口215和第二进气口216,单腔气缸214通过升降杆连接勾爪式传动装置213,勾爪式传动装置213通过波纹管212连接有升降顶针211,以将单腔气缸214产生的驱动压力传递给升降顶针211,第一进气口215提供压力,推动升降杆向下移动,收回升降顶针211复位;而第二进气口216是为了推动升降杆上移,抬升勾爪式传动装置213,进而抬升升降顶针211,以对晶圆实现抬升。进气阶段需要上移升降顶针211抬升晶圆的过程进行进气,压力大小则由压力控制模块13输出的压力控制信号反馈给压力调节模块12进行压力调节。升降顶针211对晶圆的影响主要是在抬升过程中,所以着重控制第二进气口216的进气情况,而第一进气口215主要是使升降顶针下降复位,无需精确控制压力大小,只需保证在顶针上升时,第一进气口215的压力小于第二进气口216的压力,反之,顶针下降复位时,第一进气口215的压力大于第二进气口216的压力即可。
本发明第一个实施例提供的系统与该升降装置连接,以避免抬升过程中静电释放异常使升降顶针211对晶圆造成损坏,系统的压力检测模块11连接至单腔气缸214的升降杆处,以采集抬升压力,并将该抬升压力发送至压力控制模块13进行处理。系统的压力调节模块12也与该升降装置21连接,根据压力控制模块13输出的压力控制信号对升降装置21进行控制,并实时反馈实际压力驱动信号至压力控制模块13。
综上所述,本发明提供了一种压力驱动系统及方法,以及采用该系统预防晶圆破损的半导体制造设备,利用大数据技术,在制程开始前通过导入此片晶圆的信息,针对每一片晶圆获取并设定相应的安全驱动压力和安全阈值进行压力控制,并根据压力检测模块实时反馈的数据进行异常判断,从而有效避免当静电释放异常时造成的晶圆破损;并且在每一次制程结束都收集该次制程过程中的数据,以提升算法可靠度,增加预估值准确性。本发明提供的技术方案,通过在制程开始前通过导入本次制程所涉及晶圆的信息,针对每一片晶圆获取并设定相应的安全驱动压力和安全阈值,针对不同晶圆的不同情况对压力进行控制,提高了控制的精确度;通过压力检测模块和压力调节模块的实时反馈,及时获取反馈信息,有效避免当静电释放异常时造成的晶圆破损,具有更高的时效性;反馈每次制程中升降过程的数据至云端数据模块,通过不断数据收集,提升算法可靠度,增加预估值准确性;本发明提供的系统为泛用型系统,不局限于特定厂商或机型,适应用于绝大多数晶圆升降装置。
应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例设备中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
Claims (18)
1.一种压力驱动系统,用于给半导体制造设备中的晶圆升降装置提供驱动压力,包括:
压力检测模块,连接到所述升降装置的压力输出端,用于检测所述升降装置的抬升压力并发送至压力控制模块;
压力调节模块,连接到所述升降装置的压力输入端,其根据压力控制模块发送的驱动压力信号调节升降装置的驱动压力;
压力控制模块,用于根据接收的抬升压力生成当前晶圆的驱动压力信号并发送给压力调节模块。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,进一步包括:
云端数据模块,收集晶圆信息及与该晶圆对应的历史驱动压力和安全阈值,据此计算当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值,输出给压力控制模块。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,
压力控制模块根据当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值生成当前晶圆的驱动压力信号,使得所述升降装置输出的抬升压力与所述当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值相匹配。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,
所述压力调节模块反馈实际驱动压力信号至压力控制模块,所述压力控制模块根据接收的抬升压力和实际驱动压力信号进行异常判断。
5.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述晶圆信息包括:晶圆种类、使用次数、膜层种类与厚度、晶圆应力、当站制程。
6.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述驱动压力与晶圆种类、使用次数、膜层种类与厚度、晶圆应力和当站制程相关。
7.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述安全阈值小于使得该晶圆损坏的驱动压力的最小值。
8.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述压力控制模块进行异常判断,包括:
根据所接收的抬升压力,判断晶圆状态是否异常;以及
根据所接收的实际驱动压力信号,判断压力是否异常。
9.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述压力控制模块包括:
放大单元,用于将所接收的抬升压力进行放大;
比较单元,用于将所述放大的抬升压力与安全阈值进行比较,当所述放大的抬升压力大于安全阈值时,输出状态异常信号。
10.根据权利要求9所述的系统,其特征在于,所述压力控制模块还包括:
供能单元,用于为所述压力检测模块和压力调节模块提供电能;
控制单元,用于对所述压力调节模块进行控制;
信息收发单元,用于通过通信转换模块与设备主控模块接收和发送数据;
数据存储单元,用于存储数据。
11.根据权利要求10所述的系统,其特征在于,所述通信转换模块,用于针对不同的设备与压力控制模块之间的通信进行通信转换。
12.一种采用如权利要求1-11中任意一项的所述系统的压力驱动方法,其特征在于,包括步骤:
检测升降装置的抬升压力;
根据接收的抬升压力生成当前晶圆的驱动压力信号,根据驱动压力信号调节升降装置的驱动压力,进而修正其输出的抬升压力。
13.根据权利要求12所述系统的压力驱动方法,其特征在于,通过云端数据提供精准控制,所述云端数据包括当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值。
14.根据权利要求13所述系统的压力驱动方法,其特征在于,还包括:根据当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值生成当前晶圆的驱动压力信号,使得所述升降装置输出的抬升压力与所述当前晶圆对应的驱动压力和安全阈值相匹配。
15.根据权利要求14所述系统的压力驱动方法,其特征在于,根据接收的抬升压力和实际驱动压力信号进行异常判断。
16.根据权利要求15所述系统的压力驱动方法,其特征在于,所述异常判断包括:
根据所接收的抬升压力,判断晶圆状态是否异常;以及
根据所接收的实际驱动压力信号,判断压力是否异常。
17.一种半导体制造设备,包括升降装置、静电吸附装置,以及权利要求1-11中任意一项所述的压力驱动系统,其特征在于,
所述静电吸附装置上放置晶圆,用于在制程中产生吸附晶圆的吸附力;
所述升降装置位于静电吸附装置的下方,其包括升降顶针,在制程结束时,所述升降装置产生抬升压力,通过升降顶针将晶圆从静电吸附装置上抬升;
压力驱动系统与该升降装置连接,用于检测所述升降装置的抬升压力,根据该抬升压力生成当前晶圆的驱动压力信号,以调节升降装置的驱动压力。
18.根据权利要求17所述的设备,其特征在于,所述升降装置包括气动升降装置。
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