專利名稱：一種腔室蓋開/合系統及應用該系統的基片處理設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及基片處理技術，具體地，涉及一種適用于該領域的腔室蓋開/合系統 及應用該系統的基片處理設備。
背景技術：
目前，基片處理技術已被廣泛應用于太陽能電池、TFT面板以及大規模集成電 路等高科技產品的制造工藝中。在基片處理工藝中，基片處理設備的維護腔室通常有固 定的開蓋及合蓋周期，例如，作為一種重要的基片處理設備的PECVD (Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition,等離子體增強化學氣相沉積)設備，其維護腔室的打開/關閉 (即，開蓋/合蓋)的周期通常為兩天。通常，腔室蓋的開/合可以用開/合蓋電機和渦輪絲杠_絲母副來實現，例如圖1 就示出了具有這種結構的開合蓋系統。在該系統中，設置有開/合蓋電機6、渦輪絲杠4和 與之相配合的帶有鉸鏈的絲母5，開/合蓋電機6通過正轉或反轉來驅動渦輪絲杠4進行順 時針或逆時針的旋轉，從而使絲母5相對于渦輪絲杠4向上運動或向下運動，進而使與該絲 母5相連的腔室蓋7可以相對于渦輪絲杠4而上/下移動，以執行合蓋/開蓋動作。如圖所示，為避免腔室蓋7過度合蓋或開蓋，而與渦輪絲杠4大致平行地設置傳感 器支架3，并在支架3的頂部位置處設置上位置傳感器1，在其底部位置處設置下位置傳感 器2。這樣，當上位置傳感器1檢測到絲母5已攜帶腔室蓋7移動到渦輪絲杠4的頂部區域 并判斷出腔室蓋7已合蓋到位時，則指示開/合蓋電機6停機，從而避免腔室蓋7出現過度 合蓋的問題。類似地，當下位置傳感器2檢測到絲母5已攜帶腔室蓋7移動到渦輪絲杠4 的底部區域并判斷出腔室蓋7已開蓋到位時，則指示開/合蓋電機6停機，從而避免腔室蓋 7出現過度開蓋的問題。其中，上位置傳感器1和下位置傳感器2可以采用接近式傳感器， 其利用霍爾效應原理，即，當金屬質地的絲母接近時，該接近式傳感器能感知周圍的磁場變 化，并向控制系統發送信號以使電機停止轉動。為了更為有效地避免腔室蓋7的過度開/合，而沿支架3在上位置傳感器1的上 方和下位置傳感器2的下方分別設置安全限位開關8，如圖2所示。這樣，若因上位置傳感 器1出現故障而導致在腔室蓋7已然完全閉合時絲母5仍帶動著腔室蓋7繼續向上運動； 或者，因下位置傳感器2出現故障而導致在腔室蓋7已然完全開啟時絲母仍帶動著腔室蓋 7繼續向下運動，絲母5會因繼續運動而觸碰到安全限位開關8引發安全報警，并使控制系 統控制電機停機。由此可見，上位置傳感器1或下位置傳感器2同安全限位開關8一起實 現了避免腔室蓋7過度開蓋/合蓋的雙重保護。所謂過度合蓋指的是腔室蓋已經完全閉 合，但是開/合蓋電機依然運行并繼續驅動渦輪絲杠轉動，從而使得腔室蓋依然執行合蓋 動作，這往往會導致開/合蓋電機因電流過大而燒毀；所謂過度開蓋指的是腔室蓋已經完 全打開，但是開/合蓋電機依然運行并繼續驅動渦輪絲杠轉動，從而使得腔室蓋依然執行 開蓋動作，這樣往往也會導致開/合蓋電機因電流過大而燒毀。盡管前述開/合蓋系統能夠在一定程度上避免電機燒毀的問題，但是在實際應用中其仍然存在下述不足其一，前述開/合蓋系統僅能夠避免當絲母位于渦輪絲杠的頂部區域或底部區域 時，因腔室蓋過度開/合而導致電機燒毀的問題，而對于在上位置傳感器和下位置傳感器 之間(或者在頂部安全限位開關和底部安全限位開關之間)的區域內所存在的故障可能， 將無法檢測到，從而也就不能避免因該故障而導致的電機損壞問題。例如，在開蓋過程中因 腔室蓋上有障礙物而使其根本無法完全開啟，或者合蓋過程中因腔室蓋和腔室之間有阻擋 物而使其根本不能完全閉合等情形。因此，當發生諸如上述障礙物阻擋之類的意外故障時， 采用前述開/合蓋系統將難以檢測到該情形，因而也就難以避免電機因得不到停機信號而 不停地轉動并最終燒毀。其二，若前述開/合蓋系統中的接近式傳感器和安全限位開關同時出現故障而不 能工作，則電機會因得不到停機信號而一直轉動并最終燒毀。也就是說，當接近式傳感器和 安全限位開關同時失效時，前述開/合蓋系統將不能檢測到腔室蓋的運行狀況，因而也就 難以避免因腔室蓋過度開/合而導致電機燒毀的問題。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明提供了一種腔室蓋開/合系統，其能夠實時監控開/ 合蓋電機的工作狀態，并在檢測到電機電流出現異常后及時指示電機停機，從而能夠有效 避免電機燒毀的問題，進而節約了成本并提高了生產效率。為此，本發明提供了一種腔室蓋開/合系統，其包括電流檢測模塊、控制和處理模 塊、電機以及位移傳遞模塊。其中所述電流檢測模塊用于檢測電機的工作電流，并將檢測值 傳輸至控制和處理模塊；所述控制和處理模塊用于接收所述工作電流的檢測值，并將其與 相應的電流閾值進行比較，若前者大于后者，則判定所述電機的工作電流出現異常，并向電 機傳輸指令而指示其停機；反之，則判定電機工作正常；所述電機在控制和處理模塊的控 制下執行運轉或者停機操作，以驅動與該電機相連的位移傳遞模塊運動或者停止運動；以 及所述位移傳遞模塊連接在腔室蓋和電機之間，并在所述電機的驅動下產生位移，以帶動 與之相連的腔室蓋執行開蓋或者合蓋的操作。其中，所述電流檢測模塊包括霍爾式電流傳感器、電阻采樣式電流傳感器、非霍爾 式電流傳感。其中，所述位移傳遞模塊包括絲杠-絲母傳動機構、鏈輪-鏈條傳動機構、齒 輪-齒條傳動機構。其中，所述電流閾值可以按照下述方式獲得即，預先通過破壞性實驗獲取電機燒 毀所對應的電流值，并據此而設定電流閾值；或者，預先通過實驗獲取實驗數據中的最大 值，并據此最大值而設定電流閾值。此外，本發明還提供一種基片處理設備，其包括帶有腔室蓋的腔室以及本發明提 供的上述腔室蓋開/合系統。借助于所述腔室蓋開/合系統而對腔室蓋打開/閉合過程中 電機的工作電流進行監控，以避免所述電機因電流過大而燒毀。本發明具有以下有益效果本發明提供的腔室蓋開/合系統具有電流檢測模塊，其可以檢測開/合蓋電機的 工作電流并將檢測值傳輸至控制和處理模塊，而后由控制和處理模塊根據該電流檢測值判斷電機是否處于異常工作狀態，并在判斷出電機處于異常工作狀態后，向電機發出停機指 令以使電機停止運行，從而避免電機在異常工作狀態下仍然繼續運行而致使其燒毀。換言 之，本發明提供的腔室蓋開/合系統是通過監測開/合蓋電機的工作電流來確定開/合蓋 電機是否應該停機，而非像背景技術中所述的那樣，通過位置傳感器的檢測信號來確定開/ 合蓋電機是否應該停機。因此，采用本發明提供的腔室蓋開/合系統，當開合蓋行程中任意 一點存在使電機電流增大的情況就都可以被檢測到，并可據此及時控制電機工作狀態以避 免其燒毀，而不會像背景技術中所述的那樣，僅可以監控位置傳感器/安全限位開關所在 位置處的腔室蓋開合蓋情況，而對于開合蓋行程中其他位置點則無法監控。而且，當腔室蓋開/合系統中的位置傳感器和安全限位開關同時出現故障時，本 發明提供的腔室蓋開/合系統仍然能夠通過監測開/合蓋電機的電流狀況來避免腔室蓋出 現過度開/合的問題，進而避免因開蓋/合蓋過度而致使電機燒毀，從而提高了電機工作的 可靠性，延長了電機的使用壽命，并且還保證了生產工藝的穩定運行及生產效率的提高。此外，由于本發明提供的基片處理設備具有本發明提供的上述腔室蓋開/合系 統，因此該基片處理設備同樣具有可有效提高電機工作的可靠性、延長其使用壽命及提高 生產效率等特點。
圖1為現有的一種腔室蓋開/合系統的結構示意圖；圖2為現有的一種帶有安全限位開關的腔室蓋開/合系統的結構示意圖；圖3為本發明一個具體實施例提供的腔室蓋開/合系統的原理框圖；以及圖4為本發明中所采用的信號調理模塊的電路原理圖。
具體實施例方式為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明 提供的腔室蓋開/合系統及應用該系統的基片處理設備進行詳細描述。請參閱圖3，本發明第一實施例提供的腔室蓋開/合系統包括電流檢測模塊410、 控制和處理模塊420、開/合蓋電機430、位移傳遞模塊440以及腔室蓋(圖未示)。其中，電流檢測模塊410設置在開/合蓋電機430的電源接線附近，用以檢測開/ 合蓋電機430的工作電流，并將檢測值傳輸至控制和處理模塊420。通常，電流檢測模塊410 可以為霍爾式電流傳感器、電阻采樣式電流傳感器或非霍爾式電流傳感器。控制和處理模塊420接收來自電流檢測模塊410的檢測結果，并將其與開/合蓋 電機430正常工作狀態下的電流閾值進行比較，若前者大于后者，則判定開/合蓋電機430 的電流出現異常，并向該開/合蓋電機430傳輸指令而指示其停機；否則，則判定開/合蓋 電機430工作正常，并使其繼續工作。實際應用中，該控制和處理模塊可以為具有相應功能 的工控機、CPU、單片機，也可以采用普通工控機、CPU、單片機并配置相應功能的控制板來實 現。開/合蓋電機430在控制和處理模塊420的控制下執行轉動或者停機操作，以帶 動與開/合蓋電機430的轉軸相連的位移傳遞模塊440運動或者停止運動。其中，開/合 蓋電機430可以進行正轉或反轉，以帶動位移傳遞模塊440向兩個相反方向運動，進而帶動腔室蓋執行開蓋或合蓋的操作。本實施例中，開/合蓋電機可以采用三相異步電機。位移傳遞模塊440在開/合蓋電機430的帶動下產生位移，以帶動與之相連的腔 室蓋執行開蓋或者合蓋的操作，也就是說，使腔室蓋的開口角度變大或變小。通常，位移 傳遞模塊440可以包括絲杠-絲母傳動機構，或者包括鏈輪_鏈條傳動機構，或者包括齒 輪_齒條傳動機構，或者包括凸輪傳動機構。也就是說，開/合蓋電機430通過正轉或反轉 而驅動絲杠、鏈輪、齒輪沿順時針或逆時針方向旋轉，以使相應的絲母、鏈條或齒條產生上/ 下位移，進而使與之相連的腔室蓋的開口角度隨之發生變化，從而實現合蓋/開蓋操作。具體地，對于絲杠-絲母傳動機構，開/合蓋電機430的轉軸連接絲杠，腔室蓋可 活動地連接絲母，絲杠在電機430的驅動下轉動以使與之相配合的絲母產生位移以帶動腔 室蓋執行開蓋或合蓋操作。對于鏈輪_鏈條傳動機構，開/合蓋電機430的轉軸連接鏈輪， 腔室蓋則可活動地連接鏈條，鏈輪在電機430的驅動下轉動，以使與之相配合的鏈條產生 位移并帶動腔室蓋運動，從而執行開蓋或合蓋操作。對于齒輪-齒條傳動機構，開/合蓋電 機430的轉軸連接齒輪，腔室蓋則可活動地連接齒條，齒輪在電機430的驅動下轉動，以使 與之相配合的齒條產生位移并帶動腔室蓋運動，從而執行開蓋或合蓋操作。在實際應用中，為了及時提示電機電流出現異常，可以在本發明提供的腔室蓋開/ 合系統中設置報警模塊，用以在控制和處理模塊的控制下，對開/合蓋電機的異常工作狀 態(電流過大)發出聲、光、電、語音等形式的報警。此外，本發明提供的腔室蓋開/合系統還可以包括信號調理模塊，其設置在電流 檢測模塊與控制和處理模塊之間，用以對來自電流檢測模塊的檢測信號進行整流、放大等 處理，而后再將處理后的信號傳輸至控制和處理模塊，由控制和處理模塊執行后續的判斷 及處理。下面結合圖4對信號調理模塊進行詳細說明。圖4示出了本發明所采用的信號調理模塊的電路原理圖。其中，Ul表示電流傳感 器，其端口 1和2之間連接有電阻R1，電流傳感器Ul所檢測到的電流值經由該電阻Rl轉換 成電壓信號，而后傳輸至整流電路I。在實際應用中，電阻Rl也可以內置于電流傳感器，并 且電流傳感器可以采用LA100-P、LA205-S等型號的傳感器。整流電路I包括放大器U2A及其外圍電路，具體地，放大器U2A的正相輸入端3經 由電阻R3接地，反相輸入端2經由電阻R2與電阻1和Ul的端口 1相連，放大器U2A的輸 出端1連接二極管D 1的負極，并且在該放大器U2A的反相輸入端2和二極管D 1的正極 之間并聯有電阻R4和二極管D2，且二極管D2的負極連接放大器U2A的反相輸入端2。放 大器U2A的管腳4和管腳11分別接放大器U2A的電源+/-12V，并且在管腳11還連接有電 容Cl，Cl的另一端接+12V。整流電路I用以對經由電阻Rl轉換而來電壓信號進行整流， 并將整流后的直流電壓信號傳輸至放大電路II。放大電路II包括放大器U2B及其外圍電路，具體地，放大器U2B的正相輸入端10 經由電阻R7接地，反相輸入端9經由電阻R5與二極管Dl的正極相連，放大器U2B的輸出 端8作為整個調理電路的輸出端OUT，并且在該放大器U2B的反相輸入端9和輸出端8之間 連接有電阻R6。放大器U2B的管腳4和管腳11分別接放大器U2B的電源+/-12V。放大電 路II對來自整流電路I的直流電壓信號進行放大，以將其變換為與系統相匹配的信號，例 如轉換為0 5V的電壓信號，并將該信號傳輸至控制和處理模塊。具體的放大倍數可以通 過改變有關電阻值來確定。
7
圖4中的放大器U2A和U2B可以為兩個單路放大器；也可以為一個雙路或多路放 大器，整流電路I和放大電路II分別使用其中1路即可。在實際應用中，放大器可以選用 LM324、0PA2132PA等型號的運算放大器。需要指出的是，圖4僅僅示出了信號調理模塊的一個具體實施方式
，在實際應用 中，可以根據實際情況而采用其他方法來實現上述信號調理模塊的功能，例如，在無需整流 的情況下將圖5所示電路中的整流電路I去掉；或者在無需放大信號的情況下將放大電路 II去掉；或者采用兩級整流電路相串聯的方式和/或兩級放大電路II相串聯的方式來替 代圖5中的單級整流電路I和單級放大電路II ；再或者，直接采集交流電壓信號并通過軟 件算法變換為符合標準的數值，等等。下面通過實例詳細說明如何判斷所檢測到的電機的工作電流是否異常。首先，預先確定電機正常工作狀態下的電流閾值。眾所周知，電機啟動階段以及穩定運行階段的電流值并不相同，電機啟動階段的 電流值通常較大，而電機進入穩定運行階段后的電流值相對較小。根據經驗設定電機啟動 階段的延續時間為10秒鐘，也就是說，在電機剛啟動的前10秒鐘為電機啟動階段，此時電 流值通常較大，而在這10秒鐘之后電機便進入穩定運行階段，此時的電流值比啟動階段的 電流值要小。因此，需要分段給出電機正常工作狀態下的電流閾值。通常可以通過實驗來獲得電機正常工作狀態下的電流閾值，例如，對于電機啟動 階段，對正常工作狀態下的電機測量其10次啟動電流，取其中的最大值，并將該最大值增 大30%后作為該電機啟動階段的電流閾值，比如，10次測得的電機啟動階段電流中的最大 值為50A，將該值增大30%后得到65A，以65A作為電機在正常工作狀態下的啟動階段電流 閾值。對于電機穩定運行階段，對正常工作狀態下的電機測量其10次電流，取其中的最大 值，并將該最大值增大30%后作為該電機穩定運行階段的電流閾值，比如，10次測得的電 機穩定運行階段電流中的最大值為30A，將該值增大30%后得到39A，以39A作為電機在正 常工作狀態下的穩定運行階段的電流閾值。在實際應用中，也可以這樣獲得電機正常工作狀態下的電流閾值，S卩，對于每一型 號的電機，通過破壞性實驗來確定該型號電機在啟動階段和穩定運行階段的電流閾值。例 如，在電機啟動階段和穩定運行階段通過逐漸增大電流的方式來分別得到當電流增大到何 值時電機燒毀，并且為穩妥起見，將可導致電機燒毀的電流值向下浮動一定程度，例如將其 向下浮動20%后得到的電流值分別作為電機在正常工作狀態下的啟動階段電流閾值和穩 定運行階段電流閾值。然后，判斷電流檢測值與電流閾值的關系。控制和處理模塊接收到來自電流檢測模塊的電流檢測值，并確定該電流檢測值對 應于電機哪個工作階段，也就是確定電機處于啟動階段還是穩定運行階段。而后，將該電流 檢測值同與相應階段的電流閾值進行比較，若控制和處理模塊判斷出電機啟動階段的電流 檢測值大于該階段的電流閾值，例如大于前述65A;或者判斷出電機穩定運行階段的電流 檢測值大于該階段的電流閾值，例如大于前述39A，則控制和處理模塊向開/合蓋電機傳輸 停機指令，這樣，開/合蓋電機便可根據該指令停機，從而可以避免因電流過大而燒毀電機 的問題。可以理解的是，盡管前述實施例中以電機剛啟動的前10秒鐘為電機啟動階段，而過了上述10秒鐘之后的階段為電機穩定運行階段，然而在實際應用中，電機由啟動進入穩 定運行階段的時間可以不是10秒鐘，而是根據各個型號電機的實際情況而定。需要指出的是，在實際應用中，如果位移傳遞模塊缺少潤滑油將會使其運動費力， 這也會導致電機工作電流增大。為此，就需要在電機停止轉動后分析電流增大的原因，并將 其消除以避免電機被燒毀等問題。可導致電機工作電流增大的原因例如有缺少潤滑油、腔 室蓋過度開/合、障礙物阻擋等等。此外，本發明還提供一種基片處理設備，其包括帶有腔室蓋的腔室，并且還包括本 發明提供的上述腔室蓋開/合系統，借助于該腔室蓋開/合系統可以對腔室蓋打開/閉合 過程中電機的工作電流進行監控，并在電機電流大于相應電流閾值的情況下使電機停機， 從而以避免電機因電流過大而燒毀。可以理解的是，盡管前述實施例中以維護腔室的腔室蓋開/合系統為例對本發明 進行了詳細描述，然而在實際應用中，本發明提供的腔室蓋開/合系統并不局限于此，而是 也可以應用在其他適宜的腔室。還可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實 施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的 精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。
權利要求
一種腔室蓋開/合系統，其特征在于包括電流檢測模塊、控制和處理模塊、電機以及位移傳遞模塊，其中所述電流檢測模塊用于檢測電機的工作電流，并將檢測值傳輸至控制和處理模塊；所述控制和處理模塊用于接收所述工作電流的檢測值，并將其與相應的電流閾值進行比較，若前者大于后者，則判定所述電機的工作電流出現異常，并向電機傳輸指令而指示其停機；反之，則判定電機工作正常；所述電機在控制和處理模塊的控制下執行運轉或者停機操作，以驅動與該電機相連的位移傳遞模塊運動或者停止運動；以及所述位移傳遞模塊連接在腔室蓋和電機之間，并在所述電機的驅動下產生位移，以帶動與之相連的腔室蓋執行開蓋或者合蓋的操作。
2.根據權利要求1所述的腔室蓋開/合系統，其特征在于所述電流檢測模塊包括霍 爾式電流傳感器、電阻采樣式電流傳感器、非霍爾式電流傳感。
3.根據權利要求1所述的腔室蓋開/合系統，其特征在于所述電流傳感器靠近所述 電機的電源接線位置而設置。
4.根據權利要求1所述的腔室蓋開/合系統，其特征在于所述位移傳遞模塊包括絲 杠-絲母傳動機構、鏈輪_鏈條傳動機構、齒輪_齒條傳動機構。
5.根據權利要求4所述的腔室蓋開/合系統，其特征在于所述絲母與腔室蓋可活動 地連接，所述絲杠與電機轉軸相連并在電機的驅動下轉動，以使與之相配合的絲母產生位 移并帶動腔室蓋執行開蓋或合蓋操作。
6.根據權利要求4所述的腔室蓋開/合系統，其特征在于所述鏈條與腔室蓋可活動 地連接，所述鏈輪與電機轉軸相連并在電機的驅動下轉動，以使與之相配合的鏈條產生位 移并帶動腔室蓋執行開蓋或合蓋操作。
7.根據權利要求4所述的腔室蓋開/合系統，其特征在于所述齒條與腔室蓋可活動 地連接，所述齒輪與電機轉軸相連并在電機的驅動下轉動，以使與之相配合的齒條產生位 移并帶動腔室蓋執行開蓋或合蓋操作。
8.根據權利要求1所述的腔室蓋開/合系統，其特征在于在所述電流檢測模塊與控 制和處理模塊之間還包括信號調理模塊，用以對來自電流檢測模塊的檢測信號進行處理， 使其轉換為控制和處理模塊可接收并可處理的信號。
9.根據權利要求1所述的腔室蓋開/合系統，其特征在于所述信號調理模塊包括整 流電路和/或放大電路，其中所述整流電路用于將來自電流檢測模塊的表示電機電流檢測值的交流檢測信號轉換 為相應的直流檢測信號；所述放大電路用于對所述檢測信號進行放大，使其幅值符合控制和處理模塊的標準。
10.根據權利要求1所述的腔室蓋開/合系統，其特征在于按照下述方式獲得所述電 流閾值即，預先通過破壞性實驗獲取電機燒毀所對應的電流值，并據此而設定電流閾值； 或者，預先通過實驗獲取實驗數據中的最大值，并據此最大值而設定電流閾值。
11.根據權利要求1所述的腔室蓋開/合系統，其特征在于還包括報警模塊，用以通 過聲、光、語音的方式對電機電流檢測值過大的情形發出警報。
12.—種基片處理設備，包括帶有腔室蓋的腔室，其特征在于還包括權利要求1-11中任意一 項所述的腔室蓋開/合系統，借助于所述腔室蓋開/合系統而對腔室蓋打開/閉合 過程中電機的工作電流進行監控，以避免所述電機因電流過大而燒毀。
全文摘要
本發明提供一種腔室蓋開/合系統，包括電流檢測模塊、控制和處理模塊、電機以及位移傳遞模塊。所述電流檢測模塊檢測電機的工作電流；控制和處理模塊接收所述工作電流的檢測值，據此判斷該工作電流是否出現異常，并在確定其出現異常時，向電機傳輸指令而指示其停機；電機在控制和處理模塊的控制下執行運轉或者停機操作，以驅動與該電機相連的位移傳遞模塊運動或者停止運動；位移傳遞模塊在電機的驅動下產生位移，以帶動與之相連的腔室蓋執行開蓋或者合蓋的操作。此外，本發明還提供一種基片處理設備。本發明提供的腔室蓋開/合系統和基片處理設備具有可有效提高電機工作的可靠性、延長其使用壽命及提高生產效率等特點。
文檔編號C23C16/00GK101944474SQ200910089230
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月9日 優先權日2009年7月9日
發明者趙輝 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司