阅读说明：本技术 一种用于立式炉的炉门控制装置和立式炉 (Furnace door control device for vertical furnace and vertical furnace ) 是由 光耀华 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于立式炉的炉门控制装置,包括升降组件和旋转组件,升降组件用于驱动炉门沿第一方向运动；旋转组件包括气缸、驱动配合机构和限位机构,旋转组件用于通过气缸驱动炉门沿第二方向旋转,且旋转组件在驱动炉门沿第二方向旋转的过程中,将气缸的伸缩运动转换为驱动配合机构的机械运动,以使驱动配合机构带动炉门沿第二方向旋转,限位机构用于在炉门处在炉门关闭位置时,保持驱动配合机构的位置不变,其中,第一方向与第二方向垂直用于立式炉的炉门控制装置。在本发明提供的用于立式炉的炉门控制装置能够消除炉门意外打开的隐患,提高立式炉的安全性。本发明还提供一种立式炉。(The invention provides a furnace door control device for a vertical furnace, which comprises a lifting assembly and a rotating assembly, wherein the lifting assembly is used for driving a furnace door to move along a first direction; the rotating assembly comprises an air cylinder, a driving matching mechanism and a limiting mechanism, the rotating assembly is used for driving the furnace door to rotate along the second direction through the air cylinder, in the process of driving the furnace door to rotate along the second direction, the telescopic motion of the air cylinder is converted into the mechanical motion of the driving matching mechanism, so that the driving matching mechanism drives the furnace door to rotate along the second direction, the limiting mechanism is used for keeping the position of the driving matching mechanism unchanged when the furnace door is located at the position where the furnace door is closed, and the first direction and the second direction are perpendicular to be used for the furnace door control device of the vertical furnace. The furnace door control device for the vertical furnace can eliminate the hidden trouble of accidental opening of the furnace door and improve the safety of the vertical furnace. The invention also provides a vertical furnace.)

一种用于立式炉的炉门控制装置和立式炉

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，具体地，涉及一种用于立式炉的炉门控制装置和立式炉。

背景技术

垂直扩散炉(俗称立式炉)是半导体生产线中重要的工艺设备之一，由控制系统、进出舟系统、炉体和气体控制系统等组成，其中炉体是整个设备的核心，炉门作为炉体的附属机构，主要功能是隔绝反应腔室对微环境的高温辐射，保护微环境内器件不受高温损坏。

然而，现有的用于驱动立式炉炉门的运动机构可靠性差，使用寿命较短，在高温环境中长时间使用后容易出现炉门意外开启的问题，导致严重的生产事故。因此，如何提供一种安全可靠的炉门运动机构，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在提供一种用于立式炉的炉门控制装置以及立式炉，该用于立式炉的炉门控制装置安全性较高。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种用于立式炉的炉门控制装置，所述炉门控制装置包括升降组件和旋转组件，所述升降组件，用于驱动炉门沿第一方向运动；所述旋转组件包括气缸、驱动配合机构和与所述驱动配合机构连接的限位机构，所述旋转组件，用于通过所述气缸驱动所述炉门沿第二方向旋转，且所述旋转组件在驱动所述炉门沿所述第二方向旋转的过程中，将所述气缸的伸缩运动转换为所述驱动配合机构的机械运动，以使所述驱动配合机构带动所述炉门沿所述第二方向旋转，所述限位机构，用于在所述炉门处在炉门关闭位置时，保持所述驱动配合机构的位置不变，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。

优选地，所述旋转组件还包括旋转轴，所述旋转轴沿所述第一方向延伸，所述旋转轴的一端用于与所述炉门固定连接，所述旋转轴的另一端与所述升降组件连接，所述升降组件通过所述旋转轴带动所述炉门沿所述第一方向运动，所述驱动配合机构包括横向运动件和转动件，所述转动件固定设置在所述旋转轴上，所述横向运动件能够在所述旋转组件的所述气缸驱动下运动并带动所述转动件和所述旋转轴围绕所述旋转轴的轴线旋转。

优选地，所述横向运动件为齿条，所述转动件为齿轮，所述齿轮环绕设置在所述旋转轴上，所述齿条与所述齿轮啮合，当所述齿条运动时，所述齿条带动所述齿轮和所述旋转轴转动。

优选地，所述限位机构包括与所述横向运动件连接的至少一个弹力限位机构，所述弹力限位机构用于在所述炉门处在炉门关闭位置时，保持所述横向运动件的位置不变。

优选地，当所述弹力限位机构的数量为两个时，两个所述弹力限位机构分别设置在所述横向运动件的两端，当所述横向运动件处在所述炉门关闭位置时，两个所述弹力限位机构对所述横向运动件施加的力大小相等且方向相反。

优选地，每个所述弹力限位机构均包括一端与所述横向运动件连接的弹簧导向柱、环绕所述弹簧导向柱设置的弹簧、设置在所述弹簧导向柱上的位置调节件以及位于所述弹簧导向柱另一端的限位块，其中，所述弹簧位于所述位置调节件与所述限位块之间，所述位置调节件在所述弹簧导向柱上的位置可调。

优选地，所述旋转组件还包括转轴座，所述转轴座具有转轴孔，所述转轴孔沿所述第一方向贯穿所述转轴座，所述旋转轴设置在所述转轴孔中且能够在所述转轴孔中转动，所述限位块固定设置在所述转轴座上。

优选地，所述限位块上形成有导向孔，所述限位块通过所述导向孔穿在所述弹簧导向柱上，当所述横向运动件运动时，所述弹簧导向柱始终穿过所述导向孔。

优选地，一个所述限位块上设置有关门限位件，当所述横向运动件的一端与所述关门限位件接触，所述炉门处在所述炉门关闭位置。

优选地，所述升降组件包括升降机构和牵引机构，所述升降机构通过所述牵引机构与所述旋转轴连接，且带动所述旋转轴沿所述第一方向运动。

作为本发明的第二个方面，提供一种立式炉，包括炉门控制装置、炉体、炉门，所述炉门控制装置用于驱动所述炉门相对于所述炉体运动，其特征在于，所述炉门控制装置为前面所述的炉门控制装置，所述第一方向与所述炉体的高度方向一致。

在本发明提供的用于立式炉的炉门控制装置和立式炉中，升降组件与旋转组件分别独立运作，升降组件负责驱动炉门沿第一方向(垂直方向)的升降运动，旋转组件负责驱动炉门沿第二方向(水平方向)旋转，并且在本发明实施例中，采用限位机构与驱动配合机构配合，使驱动配合机构的位置在炉门处在炉门关闭位置时保持不变，从而防止炉门被意外打开，提高了立式炉的安全性。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的

具体实施方式

一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的用于立式炉的炉门控制装置以及立式炉的结构示意图；

图2是图1所示用于立式炉的炉门控制装置在另一视角下的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的用于立式炉的炉门控制装置中第一导向机构的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的用于立式炉的炉门控制装置中限位机构在用于立式炉的炉门控制装置中的位置示意图；

图5(a)是图4所示限位机构的剖视图；

图5(b)是图5(a)所示限位机构的俯视图；

图6至图8是本发明实施例提供的用于立式炉的炉门控制装置中旋转组件驱动炉门摆动的原理示意图；

图9至图10是本发明实施例提供的用于立式炉的炉门控制装置中升降组件驱动炉门升降的原理示意图；

图11是本发明实施例提供的用于立式炉的炉门控制装置中牵引机构的结构示意图。

附图标记说明

100：升降组件 110：升降机构

120：牵引机构 121：第一连接器

122：第二连接器 123：滑动连接件

123a：滑动连接部 130：升降座

140：第一导向机构 141：导向杆

142：导向座 200：旋转组件

210：驱动配合机构 211：齿条

212：齿轮 220：旋转轴

230：连接件 231：旋转部

232：摆臂 240：转轴座

250：弹力限位机构 251：限位块

252：弹簧导向柱 253：位置调节件

254：弹簧 261：开门限位件

262：关门限位件 270：轴向定位机构

281：气缸 282：拉杆

290：第二导向机构 291：滑块

292：导轨 300：炉体

400：炉门

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

炉门的关闭运动主要分为两个动作，首先炉门摆动至炉口位置并与炉口同心，然后提升炉门以封住炉口，并且保证锁紧状态。在现有技术中，炉门的运动机构是通过旋转气缸带动炉门摆臂沿着螺旋上升的运动轨迹实现炉门的开闭。具体地，旋转气缸通过花键轴与炉门连接，炉门随花键轴一同转动或升降，当旋转气缸驱动花键轴沿其轴线转动时，花键轴上的花键在轴承座内壁上的螺旋引导槽中运动，进而带动花键轴整体沿垂直方向往复升降运动，通过水平运动与垂直运动的叠加，花键轴带动炉门同时完成升降和旋转运动。上述炉门运动机构占用空间小、耗能低，因此被广泛应用在现有的立式炉设备中。

然而，本发明的发明人经实验研究后发现，由于其升降和旋转均通过同一旋转气缸驱动，炉门保持关门位置仅通过封闭旋转气缸的气路实现，一旦气管老化或者接头松动等情况导致旋转气缸的气密性降低，则气缸内部泄压，不足以承受炉门的重量，使炉门自动打开，引发严重的生产事故。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种用于立式炉的用于立式炉的炉门控制装置，如图1、图2、图9所示，该用于立式炉的炉门控制装置包括升降组件100和旋转组件200，升降组件100用于驱动炉门400沿第一方向(即图1中双箭头所示方向)运动，旋转组件200包括气缸281、驱动配合机构210和与驱动配合机构210连接的限位机构。旋转组件200用于通过气缸281驱动炉门400沿第二方向旋转，且旋转组件200在驱动炉门400沿第二方向旋转的过程中，将气缸281的伸缩运动转换为驱动配合机构210的机械运动，以使驱动配合机构210带动炉门400沿第二方向旋转。该限位机构用于在炉门400处在炉门关闭位置时，保持驱动配合机构210的位置不变，其中，第一方向与第二方向垂直(理想情况下升降组件100驱动炉门400沿竖直方向运动，旋转组件200驱动炉门400沿水平延伸的弧形路径旋转)。

在本发明实施例提供的用于立式炉的炉门控制装置中，升降组件100与旋转组件200分别独立运作，升降组件100负责驱动炉门400沿垂直方向(第一方向)的升降运动，旋转组件200负责驱动炉门400沿水平面旋转，并且在本发明实施例中，采用限位机构与驱动配合机构配合，使驱动配合机构的位置在炉门处在炉门关闭位置时保持不变，从而防止炉门被意外打开，提高了立式炉的安全性。

本发明实施例对旋转组件200和升降组件100如何分别与炉门400连接不作具体限定，例如，如图2、图6所示，旋转组件200还包括旋转轴220，旋转轴220沿第一方向延伸，旋转轴220的一端用于与炉门400固定连接，旋转轴220的另一端与升降组件100连接，升降组件100通过旋转轴220带动炉门沿第一方向运动。

为增大炉门400的摆动幅度，优选地，如图2、图6所示，旋转组件200还包括连接件230，连接件230的一端与旋转轴220固定连接，连接件230的另一端用于与立式炉的炉门400固定连接。

本发明实施例对连接件230的结构不做具体限定，例如，为降低连接件230的惯性矩，保证旋转轴220轴线位置的精确性，如图1、图9所示，连接件230包括相互连接的旋转部231和摆臂232，其中旋转部231与旋转轴220固定连接，摆臂232与炉门400固定连接。

本发明实施例对如何保持旋转轴220的轴线位置不做具体限定，例如，如图1、图2、图9所示，旋转组件200还包括转轴座240，转轴座240具有转轴孔，该转轴孔沿第一方向贯穿转轴座240，旋转轴220设置在转轴孔中且能够在转轴孔中转动。

本发明实施例对驱动配合机构210的结构不做具体限定，只要其能够将气缸281的运动转化为旋转运动即可，例如，驱动配合机构210可以包括横向运动件和转动件，该转动件固定设置在旋转轴220上，该横向运动件能够在旋转组件200的气缸驱动下沿第二方向运动并带动该转动件和旋转轴220围绕旋转轴220的轴线旋转。在本发明的一些实施例中，该横向运动件可以为沿第二方向延伸的皮带或其他具有一定粗糙度的长条状物体，在沿水平方向运动的过程中能够摩擦该转动件，以使得该转动件带动旋转轴220旋转。

为提高控制炉门400旋转角度的精确性，优选地，如图1、图2、图9所示，该横向运动件为齿条211，该转动件为齿轮212，齿轮212环绕设置在旋转轴220上，且齿条211与齿轮212啮合，当齿条211运动时，可以带动齿轮212和旋转轴220转动。

在本发明实施例中，驱动配合机构210包括齿条211和齿轮212，通过齿条211与齿轮212之间的啮合作用将齿条211在水平面(即图2中双箭头方向)的运动转化为齿轮212和旋转轴220的旋转运动，从而能够通过控制齿条211沿直线方向运动的距离(即气缸281的伸缩距离)精确控制旋转轴220的旋转角度，进而提高控制炉门运动位置的精确性。

本发明实施例对气缸281如何驱动齿条211运动不做具体限定，例如，如图2、图6至图8所示，驱动配合机构210还可以包括拉杆282，气缸281的输出杆通过拉杆282与齿条211连接，以带动齿条211沿水平方向往复运动，进而驱动齿轮212、旋转轴220转动并带动炉门400在水平面内旋转摆动。

为进一步提高立式炉的安全性，如图2、图4、图5(a)和图5(b)所示，该限位机构包括与横向运动件连接的至少一个弹力限位机构250，弹力限位机构250用于当炉门处在炉门关闭位置时，保持横向运动件的位置不变。

本发明对弹力限位机构250如何保持炉门400处在炉门关闭位置不做具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图2、图4、图5(a)和图5(b)所示，旋转组件200包括两个弹力限位机构250，两个弹力限位机构250分别设置在横向运动件的两端，当该横向运动件处在炉门关闭位置时，两个弹力限位机构250对横向运动件施加的力大小相等且方向相反。

本发明对弹力限位机构250的结构不做具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图2、图4、图5(a)和图5(b)所示，每个弹力限位机构250均包括一端与横向运动件连接的弹簧导向柱252、环绕弹簧导向柱252设置的弹簧254、设置在弹簧导向柱252上的位置调节件253以及位于弹簧导向柱252另一端的限位块251，其中，弹簧254位于位置调节件253与限位块251之间，位置调节件253在弹簧导向柱252上的位置可调。

需要说明的是，限位块251与气缸281的缸体之间位置固定，例如，在旋转组件200还包括转轴座240的情况下，限位块251固定设置在转轴座240上。

在本发明实施例中，横向运动件的两端均设置有弹簧254，且横向运动件的两侧均设置有限位块251，在该横向运动件处在炉门关闭位置时，两个弹力限位机构250中的弹簧254与限位块251相配合，对横向运动件的两侧施加大小相等且方向相反的力。

位置调节件253用于调节弹簧的伸缩长度以实现本实施例的效果，例如，在炉门控制装置安装后，操作人员可将炉门400转动至炉门关闭位置，并调节位置调节件253在弹簧254导向柱252上的位置，使得两侧弹簧的伸缩程度满足二者弹力大小相等且方向相反。

本发明实施例对弹簧导向柱252如何与该横向运动件(齿条211)连接不做具体限定，例如，弹簧导向柱252的一端可以具有外螺纹，通过旋入横向运动件(齿条211)上的螺纹孔实现与横向运动件固定连接。在本发明实施例中，横向运动件向限位块251移动时，位置调节件253与限位块251之间的距离缩小并压缩弹簧254，使弹簧254产生反向的弹力，以驱使横向运动件返回原位。

为提高结构的可靠性，如图4、图5(a)和图5(b)所示，限位块251上形成有导向孔，限位块251通过导向孔穿在弹簧254导向柱252上，当横向运动件运动时，弹簧导向柱252始终穿过导向孔，以避免弹簧254脱离弹簧导向柱252。

为提高弹力限位机构250对炉门的控制力，优选地，弹簧254的一端固定在对应的限位块251上，从而在齿条211端部与限位块251之间的距离超过弹簧254的自然长度时，弹簧254能够产生反向拉力，促使齿条211进行回程运动。

为进一步提高控制炉门位置的精确性，如图2所示，优选地，一个限位块251上设置有关门限位件262，当横向运动件的一端与关门限位件262接触，炉门400处在炉门关闭位置。

在本发明的另一种实施方式中，齿条211仅有一侧设置有弹力限位机构250时，该侧弹力限位机构250可以与关门限位件262配合，如利用齿条211一侧的弹簧254将齿条211顶在另一侧的关门限位件262上。

为进一步提高立式炉的安全性，优选地，如图2所示，另一限位块251上还可以设置有开门限位件261，当横向运动件的一端与开门限位件261接触，炉门400处在开门位置，从而避免炉门400在开启时旋转过量、碰撞设备机架或外壳引发安全事故。

本发明实施例对升降组件100的结构不做具体限定，例如，如图1、图3、图4、图9至图10所示，升降组件100包括升降机构110和牵引机构120，升降机构110通过牵引机构120与旋转轴220连接，且带动旋转轴220沿第一方向运动。

需要说明的是，升降机构110与炉体300固定连接，例如，如图1、图3、图4、图9所示，升降组件100还可以包括升降座130，用于将升降机构110与炉体300固定连接，升降机构110做功时，牵引机构120带动旋转轴220和炉门400沿第一方向靠近或远离升降座130。

本发明实施例对牵引机构120的结构不做具体限定，例如，如图1、图3、图4、图9、图11所示，牵引机构120包括第一连接器121、第二连接器122和多个滑动连接件123，第一连接器121与升降机构110连接，第二连接器122与旋转轴220连接。

第二连接器122背离旋转轴220的一端具有连接头，连接头朝向旋转轴220的一侧具有第一滑动面A，多个滑动连接件123环绕第一连接器121和第二连接器122的连接头设置，多个滑动连接件123的一端与第一连接器121固定连接，多个滑动连接件123的另一端向其环绕中心弯曲形成滑动连接部123a，滑动连接部123a背离旋转轴220的一侧具有第二滑动面B，第一滑动面A与第二滑动面B接触。

本发明实施例对升降机构110的结构具体限定，例如升降机构110可以为气缸。在本发明实施例中，滑动连接件123形成为L形块，通过滑动连接部123a兜住第二连接器122的连接头，从而将升降机构110的输出轴与旋转轴220活动连接。

为提高旋转组件200驱动旋转轴220转动的稳定性，优选地，如图1、图3、图9所示，旋转组件200还可以包括轴向定位机构270，轴向定位机构270与转轴座240上的转轴孔匹配设置，用于将旋转轴220活动连接在转轴座240上。具体地，如图1所示，轴向定位机构270中设置有两组轴承，旋转轴220依次穿过两组轴承，旋转轴220上还设置有定位轴套，该定位轴套位于两组轴承之间，从而保持旋转轴220与转轴座240在第一方向上的相对位置不变。

为提高旋转轴220沿第一方向运动的方向精确性，优选地，如图3、图9所示，升降组件100还包括至少一个第一导向机构140，第一导向机构140包括导向杆141和导向座142，导向座142与转轴座240固定连接，导向杆141与升降座130固定连接，导向座142中形成有沿第一方向延伸的导向孔，导向杆141匹配***该导向孔中，且能够在该导向孔中运动。

本发明实施例对第一导向机构140的数量不作具体限定，例如，为了在保证旋转轴220运动方向精确性的同时简化设备结构，优选地，如图3、图9所示，升降组件100包括两个第一导向机构140，两个第一导向机构140分别设置在旋转轴220相对的两侧。

为提高齿条211运动方向的精确性，优选地，如图4所示，旋转组件200还包括第二导向机构290，第二导向机构290包括滑块291和导轨292，导轨292与转轴座240固定连接且沿水平方向延伸，滑块291与齿条211固定连接，且能够在导轨292上沿水平方向运动。本发明实施例对滑块291的数量不做具体限定，例如，图4所示，第二导向机构290包括两个滑块291。

作为本发明的第二个方面，提供一种立式炉，如图1、图9所示，包括用于立式炉的炉门控制装置、炉体300、炉门400，该用于立式炉的炉门控制装置用于驱动炉门400相对于炉体300运动，且该用于立式炉的炉门控制装置为前面实施例中提供的用于立式炉的炉门控制装置，第一方向与炉体300的高度方向一致。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。