一種基于串級控制的微環(huán)境壓力調(diào)度方法
【專利摘要】一種基于串級控制的微環(huán)境壓力調(diào)度方法包括根據(jù)物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)特點建立傳遞函數(shù)反應(yīng)模型；引入?yún)⒖驾斎肫罘e分系統(tǒng)，建立增廣狀態(tài)狀態(tài)方程；獲取該環(huán)境系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律；通過物料供應(yīng)系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程式求得控制律參數(shù)；檢測并接收環(huán)境壓力和氧氣指標(biāo)信號，根據(jù)反饋誤差以及狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律參數(shù)，動態(tài)調(diào)節(jié)輸入物料流量和風(fēng)機(jī)功率機(jī)構(gòu)，以控制環(huán)境壓力指標(biāo)。因此，本發(fā)明的環(huán)境系統(tǒng)排氣終端接入真空泵系統(tǒng)，以環(huán)境壓力為主環(huán)路調(diào)節(jié)指標(biāo)，環(huán)境氧氣為外環(huán)調(diào)節(jié)指標(biāo)，組成雙閉環(huán)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，并基于系統(tǒng)反應(yīng)模型，把環(huán)境壓力和氧氣指標(biāo)作為檢測信號，根據(jù)設(shè)計出的控制律和反饋誤差動態(tài)調(diào)節(jié)輸入物料流量和風(fēng)機(jī)功率，快速實現(xiàn)環(huán)境指標(biāo)。
【專利說明】—種基于串級控制的微環(huán)境壓力調(diào)度方法【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，涉及一種基于串級控制的微環(huán)境壓力調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]低壓化學(xué)氣相沉積(LowPressure Chemical Vapor Deposition,簡稱 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，在物料傳輸階段，對周圍環(huán)境的潔凈狀況要求尤為關(guān)鍵。
[0004]請參閱圖1，圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中，300mm立式LPCVD設(shè)備在硅片傳輸階段的環(huán)境控制模塊。如圖所示，該環(huán)境控制模塊部分包括:流量計4、管路、電磁閥體1、2和3、風(fēng)機(jī)(圖未示)、壓力檢測儀5和氧氣分析儀6。其中，流量計4和電磁閥體1、2和3負(fù)責(zé)物料流量的流通調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)環(huán)境系統(tǒng)的循環(huán)。
[0005]腔室微環(huán)境7的指標(biāo)主要包括壓力狀態(tài)與氧氣含量；目前，調(diào)節(jié)壓力狀態(tài)與氧氣含量方法是采用控制手段維持風(fēng)機(jī)功率，來滿足根據(jù)運(yùn)行階段的不同調(diào)節(jié)壓力或氧氣指標(biāo)要求。
[0006]然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，物料傳輸工藝階段的環(huán)境壓力系統(tǒng)是一個具有多輸入、多干擾、多耦合、非線性的復(fù)雜多變量系統(tǒng)，根據(jù)上述這種設(shè)計思路，由于腔室微環(huán)境7在裝滿硅片產(chǎn)品后的風(fēng)阻影響，各個部分的壓力狀態(tài)不盡一致，從而導(dǎo)致壓力或氧氣指標(biāo)調(diào)節(jié)變換緩慢，延長了硅片在反應(yīng)腔外停留的時間，這樣，既影響了生產(chǎn)效率，也增加了環(huán)境中Particle對娃片產(chǎn)品的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種基于串級控制的微環(huán)境壓力調(diào)度方法，其物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)的排氣(Exhaust)終端接入真空泵系統(tǒng)，以環(huán)境壓力為主環(huán)路調(diào)節(jié)指標(biāo)，環(huán)境氧氣為外環(huán)調(diào)節(jié)指標(biāo)，組成雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并在建立系統(tǒng)反應(yīng)模型的基礎(chǔ)上，把環(huán)境壓力和氧氣指標(biāo)作為檢測信號，設(shè)計出狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律，根據(jù)反饋誤差動態(tài)調(diào)節(jié)輸入物料流量和風(fēng)機(jī)功率，從而快速實現(xiàn)環(huán)境指標(biāo)。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種基于串級控制的微環(huán)境壓力調(diào)度方法，其特征在于，所述方法具體包括如下步驟:
[0010]步驟S1:根據(jù)物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)特點建立傳遞函數(shù)反應(yīng)模型；其中，所述物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)包括兩個串級控制的環(huán)境壓力調(diào)節(jié)模塊和環(huán)境氧氣調(diào)節(jié)模塊，以環(huán)境壓力為主環(huán)路調(diào)節(jié)指標(biāo)，環(huán)境氧氣為外環(huán)調(diào)節(jié)指標(biāo)，組成雙閉環(huán)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)；所述環(huán)境系統(tǒng)排氣終端接入真空泵系統(tǒng)；
[0011]步驟S2: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；
[0012]步驟S3:獲取物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律；
[0013]步驟S4:通過物料供應(yīng)系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程式求得所述狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律參數(shù)；
[0014]步驟S5:檢測并接收環(huán)境壓力和氧氣指標(biāo)信號，根據(jù)反饋誤差以及所述狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律參數(shù)，動態(tài)調(diào)節(jié)輸入物料流量和風(fēng)機(jī)功率機(jī)構(gòu)，以控制環(huán)境壓力指標(biāo)。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟S4還包括:驗證系統(tǒng)控制律是否滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求。
[0016]優(yōu)選地，所述輸入物料流量和風(fēng)機(jī)功率結(jié)構(gòu)為分別串接在環(huán)境壓力調(diào)節(jié)模塊和環(huán)境氧氣調(diào)節(jié)模塊中的質(zhì)量流量控制閥、電磁閥和/或真空泵環(huán)節(jié)。
[0017]優(yōu)選地,所述質(zhì)量流量控制閥為電流計。
[0018]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明基于串級控制的微環(huán)境壓力調(diào)度方法，可以將環(huán)境壓力指標(biāo)和氧氣指標(biāo)組成雙閉環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)反應(yīng)機(jī)理建立了物料系統(tǒng)的一種近似數(shù)學(xué)模型，從而可以根據(jù)模型設(shè)計出狀態(tài)反饋控制律，以實現(xiàn)環(huán)境指標(biāo)的快速穩(wěn)定，減少物料系統(tǒng)在環(huán)境中的等待時間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為300mm立式LPCVD設(shè)備中物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)圖
[0020]圖2為圖1中本發(fā)明實施例中物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型示意圖
[0021]圖3為圖2中本發(fā)明實施例中物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)傳遞函數(shù)的等效模型圖
[0022]圖4為本發(fā)明基于串級控制的微環(huán)境壓力調(diào)度方法一較佳實施例的流程示意圖
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖1-4，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0024]需要說明的是，在下述實施例中，是以圖1中300mm立式LPCVD設(shè)備中物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)圖為例進(jìn)行說明。
[0025]請參閱圖2，如圖所示，現(xiàn)有技術(shù)相同的是，該物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)部分包括:流量計4、管路、電磁閥體1、2和3、風(fēng)機(jī)(圖未示)、壓力檢測儀5和氧氣分析儀6。其中，流量計4和電磁閥體1、2和3負(fù)責(zé)物料流量的流通調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)環(huán)境系統(tǒng)的循環(huán)。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)不同，該物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)包括兩個串級控制的環(huán)境壓力調(diào)節(jié)模塊和環(huán)境氧氣調(diào)節(jié)模塊，以環(huán)境壓力為主環(huán)路調(diào)節(jié)指標(biāo)，環(huán)境氧氣為外環(huán)調(diào)節(jié)指標(biāo)，組成雙閉環(huán)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。
[0027]請參閱圖2，圖2為圖1中本發(fā)明一實施例中物料供應(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)；Gl (S)、G2 (S)、G3(s)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳遞函數(shù)；K1、Κ2為變換函數(shù)；Gm(s)、為質(zhì)量流量控制閥的傳遞函數(shù)；Go(S)為被控腔室傳遞函數(shù)。
[0028]在本實施例中，環(huán)境系統(tǒng)排氣終端接入真空泵系統(tǒng)環(huán)節(jié)，這樣就可以把物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)作為一個具有多輸入、多輸出的系統(tǒng)進(jìn)行分析，然后通過根據(jù)物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)特點建立傳遞函數(shù)反應(yīng)模型，并引入?yún)⒖驾斎肫罘e分系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程，設(shè)計出系統(tǒng)狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律。
[0029]為便于問題分析，對上述傳遞函數(shù)進(jìn)行了變換。請參閱圖3，圖3為圖3為圖2中本發(fā)明實施例中物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)傳遞函數(shù)的等效模型圖。
[0030]為便于問題分析，對上述傳遞函數(shù)進(jìn)行了變換。請參閱圖4，圖4為圖3中本發(fā)明一實施例中物料供應(yīng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的等效模型圖。
[0031]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:
[0032](1)
【權(quán)利要求】
1.一種基于串級控制的微環(huán)境壓力調(diào)度方法，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)環(huán)境系統(tǒng)特點建立傳遞函數(shù)反應(yīng)模型；其中，所述物料供應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)包括兩個串級控制的環(huán)境壓力調(diào)節(jié)模塊和環(huán)境氧氣調(diào)節(jié)模塊，以環(huán)境壓力為主環(huán)路調(diào)節(jié)指標(biāo)，環(huán)境氧氣為外環(huán)調(diào)節(jié)指標(biāo)，組成雙閉環(huán)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)；所述環(huán)境系統(tǒng)排氣終端接入真空栗系統(tǒng)； 步驟S2: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)環(huán)境系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律； 步驟S4:通過物料供應(yīng)系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程式求得所述狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律參數(shù)；步驟S5:檢測并接收環(huán)境壓力和氧氣指標(biāo)信號，根據(jù)反饋誤差以及所述狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律參數(shù)，動態(tài)調(diào)節(jié)輸入物料流量和風(fēng)機(jī)功率機(jī)構(gòu)，以控制環(huán)境壓力指標(biāo)。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝環(huán)境壓力調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟S4后還包括:驗證系統(tǒng)控制律是否滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝環(huán)境壓力調(diào)度方法，其特征在于，所述輸入物料流量和風(fēng)機(jī)功率結(jié)構(gòu)為分別串接在環(huán)境壓力調(diào)節(jié)模塊和環(huán)境氧氣調(diào)節(jié)模塊中的質(zhì)量流量控制閥、電磁閥和/或真空泵環(huán)節(jié)。
4.如權(quán)利要求1所述的工藝環(huán)境壓力調(diào)度方法，其特征在于，所述質(zhì)量流量控制閥為電流計。
【文檔編號】C23C16/52GK103757609SQ201410042944
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】劉建濤, 鐘結(jié)實, 王春洪, 徐冬 申請人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司