專利名稱：一種原子層沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種原子層沉積設(shè)備，尤其是涉及一種使用集顯示和控制于一體的嵌入式控制單元作為控制系統(tǒng)主控部件的原子層沉積設(shè)備。
背景技術(shù)：
原子層沉積(ALD)技術(shù)有著獨(dú)特的沉積方式(單原子層低溫逐層沉積)，相對于傳統(tǒng)工藝，用此方法制備的薄膜在均勻性、保形性、臺階覆蓋率以及厚度控制等性能方面有了很大的改進(jìn)，是制備High-K材料和光電子薄膜的重要技術(shù)。原子層沉積設(shè)備一般需要連續(xù)運(yùn)行很長時間，且有些前軀體反應(yīng)物是易燃易爆的，因此對控制系統(tǒng)的可靠性提出了很高的要求?，F(xiàn)有的原子層沉積設(shè)備多采用顯示器+工控機(jī)+PLC (或控制板卡)的控制方式，如圖1所示，在這種控制方式中，三個部件是相互獨(dú)立的，各自都需要占用一定的空間，致使整個設(shè)備體積增大、成本較高，并且工控機(jī)與PLC主機(jī)之間需要通過通信協(xié)議完成通信，加大了編程工作量，且使系統(tǒng)可靠性變差，這種分體式設(shè)計(jì)，容易造成系統(tǒng)性能不穩(wěn)定，有一定的運(yùn)行隱患。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了形式多樣的主控部件，也為原子層設(shè)備提供了多種可選的控制方式，與現(xiàn)有設(shè)備的控制架構(gòu)相比，使用一體化的主控部件，顯然在體積、可靠性、成本方面更具優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種控制系統(tǒng)高度集成的原子層沉積設(shè)備，能夠有效防止設(shè)備運(yùn)行中意外事故的發(fā)生。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種原子層沉積設(shè)備，包括主控部件、電氣控制部件、真空部件、加熱部件和氣路部件，所述主控部件分別與所述電氣控制部件、所述真空部件、所述加熱部件和所述氣路部件連接，所述電氣控制部件分別與所述真空部件、所述加熱部件和所述氣路部件連接，所述主控部件為集顯示與控制于一體的控制設(shè)備。上述方案中，所述主控部件包括顯示器和設(shè)置在所述顯示器內(nèi)部的控制器和內(nèi)置1/0，所述控制器和所述內(nèi)置I/O通過內(nèi)部總線相連，所述內(nèi)置I/O包括模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸出模塊，所述模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和數(shù)字量輸出模塊之間通過內(nèi)部總線相連，可以根據(jù)控制點(diǎn)的種類和數(shù)量進(jìn)行配置。上述方案中，所述電氣控制部件包括斷路器、保險(xiǎn)絲、微型接觸器、繼電器和電源，所述電源分別與所述斷路器、所述微型接觸器和所述繼電器相連，為其進(jìn)行供電，所述保險(xiǎn)絲與所述斷路器相連。上述方案中，所述主控部件的內(nèi)置I/O分別與所述電氣控制部件的微型接觸器和繼電器相連。上述方案中，所述真空部件中的真空計(jì)通過RS232串口與所述主控部件的控制器連接。上述方案中，所述加熱部件中的被加熱源的供電電源直接與所述電氣部件的繼電器相連，所述主控部件的數(shù)字量輸出模塊控制所述繼電器來控制所述被加熱源的溫度。上述方案中，所述氣路部件中的質(zhì)量流量計(jì)由所述主控部件的模擬量輸出模塊控制。與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明采用的技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果如下:
本發(fā)明采用集顯示和控制于一體的主控部件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的顯示器+工控機(jī)+PLC(或控制板卡)的控制架構(gòu)，使得設(shè)備結(jié)構(gòu)簡潔清晰、占用體積小、組裝和維護(hù)簡單方便、可靠性高，能夠有效防止設(shè)備運(yùn)行中意外事故的發(fā)生。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中原子層沉積設(shè)備控制系統(tǒng)原理框圖；· 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的原子層沉積設(shè)備的原理框 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的原子層沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種原子層沉積設(shè)備，包括主控部件、電氣控制部件、真空部件、加熱部件和氣路部件，主控部件分別與電氣控制部件、真空部件、加熱部件和氣路部件連接，電氣控制部件分別與真空部件、加熱部件和氣路部件連接，主控部件為集顯示與控制于一體的控制設(shè)備。其中，主控部件主體為一個顯示器，內(nèi)部集成了控制器和內(nèi)置1/0，控制器和內(nèi)置I/o通過內(nèi)部總線相連，內(nèi)置I/O包括模擬量輸入模塊(Al模塊和AT模塊)、模擬量輸出模塊(A0模塊)、數(shù)字量輸出模塊(D0模塊)，模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和數(shù)字量輸出模塊之間通過內(nèi)部總線相連，可以根據(jù)控制點(diǎn)的種類和數(shù)量進(jìn)行配置。上述各模塊可以實(shí)現(xiàn)事件計(jì)數(shù)、觸發(fā)功能以及頻率測量功能，并帶有擴(kuò)展槽，可供擴(kuò)展。電氣控制部件包括斷路器、保險(xiǎn)絲、微型接觸器、繼電器和電源，電源分別與斷路器、微型接觸器和繼電器相連，為其進(jìn)行供電，保險(xiǎn)絲與斷路器相連。主控部件的內(nèi)置I/O分別與電氣控制部件的微型接觸器和繼電器相連。真空部件中的真空計(jì)通過RS232串口與主控部件的控制器連接。加熱部件中的被加熱源的供電電源直接與電氣部件的繼電器相連，主控部件的數(shù)字量輸出模塊控制繼電器來控制被加熱源的溫度。氣路部件中的質(zhì)量流量計(jì)由主控部件的模擬量輸出模塊控制。本實(shí)施例中的主控部件采用貝加萊公司的4P3040.01-490模塊，其分辨率為320X240像素，帶有數(shù)字鍵、光標(biāo)鍵和控制鍵，內(nèi)置處理器典型指令循環(huán)時間為0.5us，具有RS232通信和CAN bus通信功能，有10個通道的數(shù)字量輸入模塊和8個通道的數(shù)字量輸出模塊，可擴(kuò)展2個通道的模擬量輸出模塊和4個通道的模擬量輸入模塊。它為集成了顯示和控制于一體的一體化控制部件，不僅僅具有人機(jī)交互功能，而且具有工控機(jī)和PLC (或控制板卡)的控制功能。它用來顯示系統(tǒng)操作界面、接收外部命令、顯示設(shè)備各部件運(yùn)行中的參數(shù)，用于接收被控部件(包括真空部件、加熱部件和氣路部件)的反饋數(shù)據(jù)，對接收到的各種指令和反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并向電氣部件發(fā)送執(zhí)行指令以控制設(shè)備的被控部件。如圖3所示，真空部件包括真空室11、真空計(jì)12、泵組13、泵組與真空室連接的泵管道14、隔離泵組與真空室的手動閥15和電磁閥16。位于真空室11內(nèi)的反應(yīng)室包括基片臺21、氣體分配器22，反應(yīng)室中，通過進(jìn)氣管道23輸入的氣體與位于反應(yīng)室內(nèi)的樣品進(jìn)行反應(yīng)，氣體分配器22位于反應(yīng)室內(nèi)，以供給反應(yīng)氣體。其中，電磁閥16和泵組13的開啟和關(guān)閉均由主控部件的數(shù)字量輸出模塊控制繼電器的通斷來控制。真空計(jì)12檢測真空室的壓力，通過RS232串口通信將真空室的壓力值反饋給主控程序，顯示在主控界面上。氣路系統(tǒng)包括吹掃氣體氮?dú)庠?1、第一前軀體源47和第二前軀體源44，質(zhì)量流量控制器42、第一前軀體源手動閥49、第二前軀體源手動閥46、第一前軀體源電磁閥48、第二前軀體源電磁閥45和氣路電磁閥43。吹掃氣體氮?dú)庠?1通過質(zhì)量流量控制器42、氣路電磁閥43與真空室11連接。兩路前軀體源47、44分別通過手動閥49、46、電磁閥48、45與真空室11的反應(yīng)室相連。質(zhì)量流量計(jì)42為0-5V電壓控制，由主控部件中的模擬量輸出模塊進(jìn)行流量控制，由模擬量輸入模塊進(jìn)行實(shí)際流量值反饋。主控模塊通過控制各電磁閥的通斷、通斷時間長短以及設(shè)置質(zhì)量流量計(jì)的流量值來控制是否為反應(yīng)室進(jìn)氣，以及進(jìn)氣量的大小。加熱部件包括5路被加熱源和其相應(yīng)的5個熱電偶30-39 (包括泵管道加熱源39和其熱電偶30、第二前軀體源加熱源31和其熱電偶32、進(jìn)氣管道加熱源33和其熱電偶34、真空室加熱源35和其熱電偶36、基片臺加熱源37和其熱電偶38)。主控部件、電氣控制部件中的繼電器、被加熱源和其熱電偶30-39構(gòu)成PID閉環(huán)控制，其中主控部件中的鍵盤為待加熱源設(shè)置溫度值，熱電偶用來實(shí)時反饋各加熱源的實(shí)測溫度值，繼電器為具體指令執(zhí)行模塊，其與被加熱源的供電電源直接相連，主控部件的主控程序根據(jù)溫度設(shè)置值和反饋值進(jìn)行比較，進(jìn)行PID控制算法，對繼電器下達(dá)通斷指令，控制是否對被加熱源進(jìn)行加熱，以此完成溫度控制。
下面結(jié)合圖3所示的原子層沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)對本發(fā)明進(jìn)行說明，具體如下:
(I)打開吹掃氣體氮?dú)庠?，調(diào)至0.25MPa，確保各源瓶手動閥49、46是關(guān)閉的，開啟系統(tǒng)總電源，將手動閥15調(diào)至全開，進(jìn)入設(shè)備控制系統(tǒng)界面，先切換至系統(tǒng)設(shè)置頁面，設(shè)置反應(yīng)壓強(qiáng)、壓力和溫度溫度時間，然后調(diào)至自動頁面，點(diǎn)擊開啟泵組按鈕，隨即泵組13運(yùn)行，真空室和泵組之間的電磁閥16打開，對真空室11和各氣路管道進(jìn)行抽氣，抽到本底真空(約到5X 10_3torr)后，設(shè)置質(zhì)量流量計(jì)42的流量，打開電磁閥43，通入氮?dú)猓皇覊毫_(dá)到穩(wěn)定，調(diào)節(jié)手動閥，使真空室11壓力達(dá)到在系統(tǒng)設(shè)置頁面設(shè)置的工作壓強(qiáng)。(2)從被加熱源中選擇要加熱的部件，設(shè)置加熱溫度，點(diǎn)擊開始加熱按鈕，系統(tǒng)自動為所選加熱源加熱，各加熱源的實(shí)際溫度值由熱電偶反饋回主控頁面。(3)等溫度值和壓力值都達(dá)到設(shè)定值并且穩(wěn)定了一段時間后，系統(tǒng)彈出對話框，提示滿足反應(yīng)條件，可以打開源瓶開始沉積過程。打開源瓶手動閥49、46，點(diǎn)擊開始沉積按鈕，系統(tǒng)便開始運(yùn)行設(shè)定好的工藝配方，開始沉積過程，運(yùn)行完配方設(shè)置的周期數(shù)，系統(tǒng)停止運(yùn)行，同時彈出對話框，提示沉積過程結(jié)束，關(guān)閉源瓶。(4)沉積結(jié)束后需要對系統(tǒng)進(jìn)行吹掃清洗，關(guān)閉各源瓶手動閥49、46，停止對所選被加熱源的加熱，點(diǎn)擊開始清洗配方按鈕，系統(tǒng)自動執(zhí)行事先編寫好的配方程序。清洗過程中，泵組13 —直處于運(yùn)行狀態(tài)，通過交替開啟各源瓶電磁閥48、45和電磁閥16，對真空室11和各氣路管道進(jìn)行清洗。(5)吹掃結(jié)束后，等溫度冷卻到一定溫度，打開電磁閥43，將質(zhì)量流量計(jì)流量42設(shè)置為最大，對真空室11進(jìn)行充氣，充到大氣壓之后，打開真空室門，取片，完成一次原子層沉積的全部工作。本發(fā)明采用集顯示和控制于一體的主控部件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的顯示器+工控機(jī)+PLC(或控制板卡)的控制架構(gòu)，使得設(shè)備結(jié)構(gòu)簡潔清晰、占用體積小、組裝和維護(hù)簡單方便、可靠性高，能夠有效防止設(shè)備運(yùn)行中意外事故的發(fā)生。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改 進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種原子層沉積設(shè)備，其特征在于:包括主控部件、電氣控制部件、真空部件、加熱部件和氣路部件，所述主控部件分別與所述電氣控制部件、所述真空部件、所述加熱部件和所述氣路部件連接，所述電氣控制部件分別與所述真空部件、所述加熱部件和所述氣路部件連接，所述主控部件為集顯示與控制于一體的控制設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的原子層沉積設(shè)備，其特征在于:所述主控部件包括顯示器和設(shè)置在所述顯示器內(nèi)部的控制器和內(nèi)置1/0，所述控制器和所述內(nèi)置I/O通過內(nèi)部總線相連，所述內(nèi)置I/O包括模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸出模塊，所述模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和數(shù)字量輸出模塊之間通過內(nèi)部總線相連。
3.如權(quán)利要求2所述的原子層沉積設(shè)備，其特征在于:所述電氣控制部件包括斷路器、保險(xiǎn)絲、微型接觸器、繼電器和電源，所述電源分別與所述斷路器、所述微型接觸器和所述繼電器相連，所述保險(xiǎn)絲與所述斷路器相連。
4.如權(quán)利要求3所述的原子層沉積設(shè)備，其特征在于:所述主控部件的內(nèi)置I/O分別與所述電氣控制部件的微型接觸器和繼電器相連。
5.如權(quán)利要求2所述的原子層沉積設(shè)備，其特征在于:所述真空部件中的真空計(jì)通過RS232串口與所述主控部件的控制器連接。
6.如權(quán)利要求3所述的原子層沉積設(shè)備，其特征在于:所述加熱部件中的被加熱源的供電電源直接與所述 電氣部件的繼電器相連，所述主控部件的數(shù)字量輸出模塊控制所述繼電器來控制所述被加熱源的溫度。
7.如權(quán)利要求2所述的原子層沉積設(shè)備，其特征在于:所述氣路部件中的質(zhì)量流量計(jì)由所述主控部件的模擬量輸出模塊控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種原子層沉積設(shè)備，尤其是涉及一種使用集顯示和控制于一體的嵌入式控制單元作為控制系統(tǒng)主控部件的原子層沉積設(shè)備。所述原子層沉積設(shè)備，包括主控部件、電氣控制部件、真空部件、加熱部件和氣路部件，主控部件分別與電氣控制部件、真空部件、加熱部件和氣路部件連接，電氣控制部件分別與真空部件、加熱部件和氣路部件連接，主控部件為集顯示與控制于一體的控制設(shè)備。本發(fā)明采用集顯示和控制于一體的主控部件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的顯示器+工控機(jī)+PLC(或控制板卡)的控制架構(gòu)，使得設(shè)備結(jié)構(gòu)簡潔清晰、占用體積小、組裝和維護(hù)簡單方便、可靠性高，能夠有效防止設(shè)備運(yùn)行中意外事故的發(fā)生。
文檔編號C23C16/44GK103194733SQ20121000194
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者張艷清, 夏洋, 李超波, 萬軍, 呂樹玲, 陳波, 石莎莉, 李楠 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所