立式炉晶舟升降系统及闭环控制方法与流程

本发明属于半导体设备，具体而言，涉及一种立式炉晶舟升降系统及闭环控制方法。

背景技术：

1、立式炉热处理设备是半导体制造工艺制程中的重要的工艺处理设备。将晶圆叠放于晶舟6内，通过晶舟6升降装置将晶舟6提升至炉管7内，并通过炉门4密封炉管7，以实现镀膜工艺。由于工艺种类的多样性，炉管7内温度由400℃至1200℃不等。当工艺完成，晶舟升降组件驱动炉门4和晶舟6缓慢下降，从炉管7离开，进入晶圆传输区域。在晶圆传输区域完成晶圆交换。然后由晶舟升降组件驱动炉门4和晶舟6缓慢提升，晶舟6进入炉管7，炉门4密封炉管7，开始镀膜工艺。为保证镀膜工艺的进行，炉管7需要完全密封，因此炉管7与炉门4之间，需要密封圈5，通过挤压密封圈5，来实现密封。为保护密封圈5，压缩密封圈5的这段行程，需要相对较低的速度来完成。

2、现有技术中，通过绝对值伺服电机1内部的伺服控制系统，来控制升降距离，以实现晶舟6的升降和炉门4的密封，存在以下缺点：1、无法形成闭环控制，伺服电机1显示到达某个位置时，没有外部检测来二次确认。一旦伺服电机1内部逻辑发生错误，或者传动组件如同步带、齿轮等发生跳齿现象，所有位置将发生错乱，造成严重后果。2、无法感知密封圈压缩过程，仅靠伺服控制系统的反馈，难以确保压缩过程的低速与稳定。因此，需要一种外部检测装置来确认晶舟升降位置，以形成闭环控制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种立式炉晶舟升降系统及闭环控制方法，伺服控制系统确认运动过程，外部检测单元确认运动结果，形成闭环控制。为实现上述目的，采用的技术方案如下：

2、一种立式炉晶舟升降系统，包括：

3、晶舟升降单元，用于密封炉管7，其包括炉门4、晶舟6和晶舟升降组件；所述晶舟6至于炉门4的上表面，所述炉门4与晶舟升降组件的输出端连接；

4、外部检测单元，用于检测晶舟升降单元是否到达点位的真实位置，其包括：下部检测装置8和上部检测装置9；

5、所述下部检测装置8，用于检测零点位和下限位，其包括：

6、原点光电位传感器8a和下限位光电传感器8b，均固定于晶舟升降组件的晶舟升降底座10，由上到下分布，其均为凹槽型对射传感器；原点光电位传感器8a的发射端和接收端位于传感器感应片8c的两侧；下限位光电传感器8b的发射端和接收端位于传感器感应片8c的两侧；

7、所述传感器感应片8c，固定于炉门4；

8、所述上部检测装置9，用于检测关键点位，并实现区间段检测，其包括：

9、传感器支架9d，固定于晶舟升降底座10，用于安装转盘9b和光纤传感器9c；

10、转盘9b，转动安装于传感器支架9d，其上开设弧形孔，弧形孔沿转盘9b的厚度方向贯穿转盘9b；

11、光纤传感器9c，为对射传感器，包括发射传感器和接收传感器，两者均设置于转盘9b，沿转盘9b的厚度方向，两者位于转盘9b的不同侧。

12、优选地，上部检测装置9还包括机械式触点开关9a，用于检测上限位，当传感器感应片8c向上移动至抵压机械式触点开关9a时，机械式触点开关9a触发。

13、优选地，晶舟升降组件包括：

14、晶舟升降底座10；

15、伺服电机1、线轨3均安装于晶舟升降底座10；

16、滚珠丝杠副2转动安装于晶舟升降底座10；

17、伺服电机1的输出端与滚珠丝杠副2的丝杠连接，滚珠丝杠副2的螺母与炉门4连接；炉门4可沿着线轨3移动。

18、优选地，所述伺服电机1与控制器信号连接，控制器的输出端连接上位机控制系统的输入端。

19、优选地，所述弧形孔为腰孔。

20、一种立式炉晶舟升降的闭环控制方法，包括以下步骤：

21、步骤1、在伺服电机1的控制下，传感器感应片8c向上运动时，在此运动过程中，下限位传感器8b和原点位传感器8a均输出第一电平信号；

22、继续向上运动，在此运动过程中，机械式触点开关9a未触发，光纤传感器9c输出第二电平信号；

23、步骤2、当传感器感应片8c在伺服电机1的控制下，继续向上运动第三设定距离时，密封圈5开始接触炉管7；

24、此时，控制器认为晶舟升降单元已经达到减速位，将反馈信号至上位机控制系统；

25、在此状态下，传感器感应片8c撞击转盘9b，转盘9b旋转，弧形孔旋转至位置a，此时光纤传感器9c的发射传感器发出的脉冲信号透过弧形孔，接收传感器发出第一电平信号，确认晶舟升降单元已经实际到达减速位；

26、步骤3、晶舟升降单元在伺服电机1的控制下，继续向上运动第四设定距离；

27、此状态下，炉门4和炉管7持续压缩密封圈5；此时，控制器将反馈信号至上位机控制系统，认为晶舟升降单元已经达到关键点位；

28、在向上运动第四设定距离的过程中，传感器感应片8c推动转盘9b，转盘9b旋转，弧形孔由位置a继续旋转，光纤传感器9c将透过弧形孔，持续发出第一电平信号，确认晶舟升降单元上升，确认到达了关键点位的实际位置。

29、优选地，步骤3之后还包括以下步骤：

30、当光纤传感器9再次发出第二电平信号时，如果晶舟升降单元到关键点位仍然没有停止，即晶舟升降单元在伺服电机1的控制下，继续向上运动第五设定距离时，控制器认为晶舟升降单元已经达到上限位，将反馈信号至上位机控制系统；

31、同时机械式触点开关9a被传感器感应片8c触发，同时光纤传感器9c持续发出第二电平信号，确认上限位已经实际达到。

32、与现有技术相比，本发明的优点为：

33、1、伺服控制系统确认运动过程，外部检测单元确认运动结果，形成闭环控制。

34、2、能确认运动点位位置和区间段位置。具体的：

35、包含下限位检测，当伺服电机1驱动晶舟升降单元到达下限位时，可以确认位置是否真实达到。

36、包含上限位检测，当伺服电机1驱动晶舟升降单元到达上限位时，可以确认位置是否真实达到。

37、包含原点位检测，每当伺服电机1驱动晶舟升降单元经过原点位时，可以确认实际偏差值，并确认是否需要位置补偿。

38、包含区间段检测，当炉门通过压缩密封圈，密封炉管的时候，整个运动区间段都有检测信号。

技术特征：

1.一种立式炉晶舟升降系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的立式炉晶舟升降系统，其特征在于，上部检测装置(9)还包括机械式触点开关(9a)，用于检测上限位，当传感器感应片(8c)向上移动至抵压机械式触点开关(9a)时，机械式触点开关(9a)触发。

3.根据权利要求1所述的立式炉晶舟升降系统，其特征在于，晶舟升降组件包括：

4.根据权利要求1所述的立式炉晶舟升降系统，其特征在于，所述伺服电机(1)与控制器信号连接，控制器的输出端连接上位机控制系统的输入端。

5.根据权利要求1所述的立式炉晶舟升降系统，其特征在于，所述弧形孔为腰孔。

6.一种立式炉晶舟升降的闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的立式炉晶舟升降的闭环控制方法，其特征在于，步骤3之后还包括以下步骤：

技术总结
本发明提出了一种立式炉晶舟升降系统及闭环控制方法，该系统包括：晶舟升降单元，用于密封炉管，其包括炉门、晶舟和晶舟升降组件；晶舟至于炉门的上表面，炉门与晶舟升降组件的输出端连接；外部检测单元，用于检测晶舟升降单元是否到达点位的真实位置，其包括：下部检测装置和上部检测装置；下部检测装置，用于检测零点位和下限位；上部检测装置，用于检测关键点位，并实现区间段检测。本发明中，伺服控制系统确认运动过程，外部检测装置确认运动结果，形成闭环控制。

技术研发人员：刘强,杨平
受保护的技术使用者：上海稷以科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4