一種基于物料供應(yīng)系統(tǒng)模型的流量控制方法
【專利摘要】一種基于物料供應(yīng)系統(tǒng)模型的流量控制方法，該方法具體包括：根據(jù)物料供應(yīng)系統(tǒng)特點(diǎn)建立傳遞函數(shù)反應(yīng)模型；其中，物料供應(yīng)系統(tǒng)包括流量控制機(jī)構(gòu)和被控反應(yīng)腔室，其中，被控反應(yīng)腔室有壓力計(jì)監(jiān)控壓力；定義偏差并引入?yún)⒖驾斎肫罘e分系統(tǒng)，建立增廣狀態(tài)狀態(tài)方程；獲取物料供應(yīng)系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制律；通過(guò)物料供應(yīng)系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程式求得反饋控制律參數(shù)；根據(jù)被控反應(yīng)腔室端的壓力狀態(tài)作為檢測(cè)信號(hào)，以及反饋控制律參數(shù)，對(duì)被控反應(yīng)腔室進(jìn)行同步調(diào)節(jié)流量控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了物料流量的優(yōu)化控制及反應(yīng)腔室的壓力穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】一種基于物料供應(yīng)系統(tǒng)模型的流量控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，涉及一種基于物料供應(yīng)系統(tǒng)模型的流量控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]低壓化學(xué)氣相沉積(LowPressure Chemical Vapor Deposit1n,簡(jiǎn)稱 LPCVD)是半導(dǎo)體工藝廣泛采用的方法之一；它以裝片容量大、粒子(Particle)污染小，均勻性(Uniformity)高、臺(tái)階覆蓋性(Coverage over steps)好以及高產(chǎn)率而備受青睞,成為制備例如SiNX薄膜的主要方法。
[0003]低壓化學(xué)氣相沉積的工藝步驟可以分為傳片、進(jìn)舟、主工藝、出舟等幾個(gè)主要階段。影響薄膜沉積質(zhì)量及其性質(zhì)的工藝因素主要包括:腔室溫度、環(huán)境壓力、物料流量、以及環(huán)境微粒(Particle)等。其中，物料供應(yīng)的流量控制是整個(gè)工藝階段尤為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
[0004]請(qǐng)參閱圖1，圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中，300mm立式LPCVD設(shè)備在工藝階段中所采用的一管路工藝物料供應(yīng)系統(tǒng)。如圖所示，該物料模塊供應(yīng)系統(tǒng)包括:流量計(jì)5,、管路、電磁閥體1'、2'、3'、4'，其中流量計(jì)、電磁閥體1'、2'、3'、4'負(fù)責(zé)物料流量的流通調(diào)節(jié)，壓力計(jì)7'用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)腔室6'的壓力值。
[0005]根據(jù)上述這種物料流量調(diào)節(jié)控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，在工藝物料的調(diào)度中多采用開(kāi)環(huán)方法，在完成指定流量的配置后，主要通過(guò)質(zhì)量流量控制器即流量計(jì)5'完成流量的調(diào)節(jié)輸出，壓力控制器(包括壓力計(jì)6')完成腔室壓力7'的調(diào)整。
[0006]然而，物料傳輸工藝階段的環(huán)境壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)具有多輸入、多干擾、多耦合、非線性的復(fù)雜多變量系統(tǒng)，以上述立式爐的物料流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，在完成流量輸出及壓力檢測(cè)后，存在如下缺陷:
[0007]①、由于設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)整滯后，實(shí)現(xiàn)物料流量及反應(yīng)腔室的壓力狀況及時(shí)根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整變得不可能；
[0008]②、在這種狀態(tài)下，使多種物料快速切換時(shí)特別容易導(dǎo)致反應(yīng)腔室的氣流場(chǎng)和壓力的沖擊，這些環(huán)節(jié)成為影響產(chǎn)品工藝質(zhì)量不可忽略的因素。
[0009]因此，隨著先進(jìn)制備工藝的發(fā)展，為取得更加精良的工藝效果，精確控制規(guī)定時(shí)間內(nèi)的物料流量，已成為目前業(yè)界急需研究的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于物料供應(yīng)系統(tǒng)模型的流量控制方法，其通過(guò)腔室端的壓力狀態(tài)作為檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)對(duì)物料流量工藝系統(tǒng)的閉環(huán)狀態(tài)方程，實(shí)現(xiàn)物料流量的優(yōu)化控制及反應(yīng)腔室的壓力穩(wěn)定。即根據(jù)物料供應(yīng)系統(tǒng)特點(diǎn)建立傳遞函數(shù)反應(yīng)模型，并引入?yún)⒖驾斎肫罘e分系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程，設(shè)計(jì)出狀態(tài)反饋控制律，從而實(shí)現(xiàn)物料流量的優(yōu)化控制及反應(yīng)腔室的壓力穩(wěn)定。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0012]一種基于物料供應(yīng)系統(tǒng)模型的流量控制方法，所述方法包括如下步驟:
[0013]步驟S1:根據(jù)物料供應(yīng)系統(tǒng)特點(diǎn)建立傳遞函數(shù)反應(yīng)模型；其中，所述物料供應(yīng)系統(tǒng)包括流量控制機(jī)構(gòu)和被控反應(yīng)腔室，被控反應(yīng)腔室通過(guò)壓力計(jì)監(jiān)控壓力；
[0014]步驟S2:定義偏差并引入?yún)⒖驾斎肫罘e分系統(tǒng)，建立增廣狀態(tài)狀態(tài)方程；
[0015]步驟S3:獲取物料供應(yīng)系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制律；
[0016]步驟S4:通過(guò)物料供應(yīng)系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程式求得反饋控制律參數(shù)；
[0017]步驟S5:根據(jù)所述被控反應(yīng)腔室端的壓力狀態(tài)作為檢測(cè)信號(hào)，以及所述反饋控制律參數(shù)，對(duì)所述被控反應(yīng)腔室進(jìn)行同步調(diào)節(jié)流量控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)物料流量的優(yōu)化控制。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟S4還包括:驗(yàn)證系統(tǒng)控制律是否滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求。
[0019]優(yōu)選地，所述流量控制結(jié)構(gòu)包括多個(gè)流量通斷執(zhí)行模塊和多個(gè)質(zhì)量流量控制閥。
[0020]優(yōu)選地,所述質(zhì)量流量控制閥為電流計(jì)。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述流量通斷執(zhí)行模塊為電磁閥。
[0022]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明一種基于物料供應(yīng)系統(tǒng)模型的物料供應(yīng)流量控制方法，通過(guò)分析管路物料供應(yīng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以作為一個(gè)具有并聯(lián)多輸入、單輸出的系統(tǒng)進(jìn)行分析，即其在建立系統(tǒng)反應(yīng)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)腔室端的壓力狀態(tài)作為檢測(cè)信號(hào)，設(shè)計(jì)出狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律，以達(dá)到物料流量的優(yōu)化控制。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)物料供應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
[0024]圖2為本發(fā)明物料供應(yīng)系統(tǒng)一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖
[0025]圖3為圖2中本發(fā)明一實(shí)施例中物料供應(yīng)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型示意圖
[0026]圖4為圖3中本發(fā)明一實(shí)施例中物料供應(yīng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的等效模型圖
[0027]圖5為本發(fā)明基于物料供應(yīng)系統(tǒng)模型的物料供應(yīng)流量控制方法一較佳實(shí)施例的流程示意圖

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖2-5，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]需要說(shuō)明的是，適用于本發(fā)明的物料供應(yīng)系統(tǒng)包括流量控制機(jī)構(gòu)和被控反應(yīng)腔室，被控反應(yīng)腔室有壓力計(jì)監(jiān)控壓力；流量控制結(jié)構(gòu)可以包括多個(gè)流量通斷執(zhí)行模塊和多個(gè)質(zhì)量流量控制閥；通常，質(zhì)量流量控制閥可以為電流計(jì)，流量通斷執(zhí)行模塊可以為電磁閥。
[0030]在下述實(shí)施例中，是以300mm立式LPCVD設(shè)備階段中所采用的一管路工藝物料供應(yīng)系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0031]請(qǐng)參閱圖2，圖2為本發(fā)明物料供應(yīng)系統(tǒng)一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該物料模塊供應(yīng)系統(tǒng)包括:流量計(jì)5、管路、電磁閥體1、2、3、4，其中，流量計(jì)5、電磁閥體1、
2、3、4負(fù)責(zé)物料流量的流通調(diào)節(jié)，壓力計(jì)7用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)腔室6的壓力值。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路，將圖2所示的管路物料供應(yīng)系統(tǒng)看成是一個(gè)具有多輸入、多干擾、非線性的復(fù)雜多變量系統(tǒng)，然后，根據(jù)物料供應(yīng)系統(tǒng)特點(diǎn)建立傳遞函數(shù)反應(yīng)模型，引入?yún)⒖驾斎肫罘e分系統(tǒng)，并以腔室端的壓力狀態(tài)作為檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程，設(shè)計(jì)出狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律，從而實(shí)現(xiàn)物料的流量的優(yōu)化控制及反應(yīng)腔室的壓力穩(wěn)定。
[0033]請(qǐng)參閱圖3，圖3為圖2中本發(fā)明一實(shí)施例中物料供應(yīng)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型示意圖。如圖所示，其中，X(S)為系統(tǒng)輸入傳遞函數(shù)；Y (S)為系統(tǒng)輸出傳遞函數(shù)^1(S)、G2 (S)、G3(s),G4(S)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳遞函數(shù)；Gm(s)為質(zhì)量流量控制閥的傳遞函數(shù)而。(8)為被控腔室傳遞函數(shù)。
[0034]為便于問(wèn)題分析，對(duì)上述傳遞函數(shù)進(jìn)行了變換。請(qǐng)參閱圖4，圖4為圖3中本發(fā)明一實(shí)施例中物料供應(yīng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的等效模型圖。
[0035]根據(jù)管路物料供應(yīng)系統(tǒng)及氣阻定義可以得到如下等式:
[0036]

【權(quán)利要求】
1.一種基于物料供應(yīng)系統(tǒng)模型的流量控制方法，其特征在于，所述方法具體包括如下步驟: 步驟S1:根據(jù)物料供應(yīng)系統(tǒng)特點(diǎn)建立傳遞函數(shù)反應(yīng)模型；其中，所述物料供應(yīng)系統(tǒng)包括流量控制機(jī)構(gòu)和被控反應(yīng)腔室，被控反應(yīng)腔室通過(guò)壓力計(jì)監(jiān)控壓力； 步驟S2:定義偏差并引入?yún)⒖驾斎肫罘e分系統(tǒng)，建立增廣狀態(tài)狀態(tài)方程； 步驟S3:獲取物料供應(yīng)系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制律； 步驟S4:通過(guò)物料供應(yīng)系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程式求得反饋控制律參數(shù)； 步驟S5:根據(jù)所述被控反應(yīng)腔室端的壓力狀態(tài)作為檢測(cè)信號(hào)，以及所述反饋控制律參數(shù)，對(duì)所述被控反應(yīng)腔室進(jìn)行同步調(diào)節(jié)流量控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)物料流量的優(yōu)化控制。
2.如權(quán)利要求1所述的流量控制方法，其特征在于，所述步驟S4后還包括:驗(yàn)證系統(tǒng)控制律是否滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求。
3.如權(quán)利要求1所述的流量控制方法，其特征在于，所述流量控制結(jié)構(gòu)包括多個(gè)流量通斷執(zhí)行模塊和多個(gè)質(zhì)量流量控制閥。
4.如權(quán)利要求3所述的流量控制方法，其特征在于，所述質(zhì)量流量控制閥為電流計(jì)。
5.如權(quán)利要求3所述 的流量控制方法，其特征在于，所述流量通斷執(zhí)行模塊為電磁閥。
【文檔編號(hào)】C23C16/52GK104073785SQ201410307167
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】劉建濤, 鐘結(jié)實(shí), 王春洪, 徐冬 申請(qǐng)人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司