一種基于物料供應系統(tǒng)模型的流量控制方法
【專利摘要】一種基于物料供應系統(tǒng)模型的流量控制方法，該方法具體包括：根據(jù)物料供應系統(tǒng)特點建立傳遞函數(shù)反應模型；其中，物料供應系統(tǒng)包括流量控制機構和被控反應腔室，其中，被控反應腔室有壓力計監(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；獲取物料供應系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制律；通過物料供應系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程式求得反饋控制律參數(shù)；根據(jù)被控反應腔室端的壓力狀態(tài)作為檢測信號，以及反饋控制律參數(shù)，對被控反應腔室進行同步調(diào)節(jié)流量控制機構，實現(xiàn)了物料流量的優(yōu)化控制及反應腔室的壓力穩(wěn)定。
【專利說明】一種基于物料供應系統(tǒng)模型的流量控制方法

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

【背景技術】
[0002]低壓化學氣相沉積(LowPressure Chemical Vapor Deposit1n,簡稱 LPCVD)是半導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]低壓化學氣相沉積的工藝步驟可以分為傳片、進舟、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，物料供應的流量控制是整個工藝階段尤為重要的一個環(huán)節(jié)。
[0004]請參閱圖1，圖1所示為現(xiàn)有技術中，300mm立式LPCVD設備在工藝階段中所采用的一管路工藝物料供應系統(tǒng)。如圖所示，該物料模塊供應系統(tǒng)包括:流量計5,、管路、電磁閥體1'、2'、3'、4'，其中流量計、電磁閥體1'、2'、3'、4'負責物料流量的流通調(diào)節(jié)，壓力計7'用于監(jiān)測反應腔室6'的壓力值。
[0005]根據(jù)上述這種物料流量調(diào)節(jié)控制結構的設計思路，在工藝物料的調(diào)度中多采用開環(huán)方法，在完成指定流量的配置后，主要通過質(zhì)量流量控制器即流量計5'完成流量的調(diào)節(jié)輸出，壓力控制器(包括壓力計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)是一個具有多輸入、多干擾、多耦合、非線性的復雜多變量系統(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后，存在如下缺陷:
[0007]①、由于設備執(zhí)行機構的調(diào)整滯后，實現(xiàn)物料流量及反應腔室的壓力狀況及時根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)進行實時優(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特別容易導致反應腔室的氣流場和壓力的沖擊，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系統(tǒng)模型的流量控制方法，其通過腔室端的壓力狀態(tài)作為檢測信號，通過對物料流量工藝系統(tǒng)的閉環(huán)狀態(tài)方程，實現(xiàn)物料流量的優(yōu)化控制及反應腔室的壓力穩(wěn)定。即根據(jù)物料供應系統(tǒng)特點建立傳遞函數(shù)反應模型，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，設計出狀態(tài)反饋控制律，從而實現(xiàn)物料流量的優(yōu)化控制及反應腔室的壓力穩(wěn)定。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
[0012]一種基于物料供應系統(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)物料供應系統(tǒng)特點建立傳遞函數(shù)反應模型；其中，所述物料供應系統(tǒng)包括流量控制機構和被控反應腔室，被控反應腔室通過壓力計監(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:獲取物料供應系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制律；
[0016]步驟S4:通過物料供應系統(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)所述被控反應腔室端的壓力狀態(tài)作為檢測信號，以及所述反饋控制律參數(shù)，對所述被控反應腔室進行同步調(diào)節(jié)流量控制機構，實現(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，所述流量控制結構包括多個流量通斷執(zhí)行模塊和多個質(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。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述流量通斷執(zhí)行模塊為電磁閥。
[0022]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明一種基于物料供應系統(tǒng)模型的物料供應流量控制方法，通過分析管路物料供應系統(tǒng)的特點，可以作為一個具有并聯(lián)多輸入、單輸出的系統(tǒng)進行分析，即其在建立系統(tǒng)反應模型的基礎上，通過腔室端的壓力狀態(tài)作為檢測信號，設計出狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律，以達到物料流量的優(yōu)化控制。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖2-5，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0029]需要說明的是，適用于本發(fā)明的物料供應系統(tǒng)包括流量控制機構和被控反應腔室，被控反應腔室有壓力計監(jiān)控壓力；流量控制結構可以包括多個流量通斷執(zhí)行模塊和多個質(zhì)量流量控制閥；通常，質(zhì)量流量控制閥可以為電流計，流量通斷執(zhí)行模塊可以為電磁閥。
[0030]在下述實施例中，是以300mm立式LPCVD設備階段中所采用的一管路工藝物料供應系統(tǒng)為例進行說明。
[0031]請參閱圖2，圖2為本發(fā)明物料供應系統(tǒng)一較佳實施例的結構示意圖。如圖所示，該物料模塊供應系統(tǒng)包括:流量計5、管路、電磁閥體1、2、3、4，其中，流量計5、電磁閥體1、
2、3、4負責物料流量的流通調(diào)節(jié)，壓力計7用于監(jiān)測反應腔室6的壓力值。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的設計思路，將圖2所示的管路物料供應系統(tǒng)看成是一個具有多輸入、多干擾、非線性的復雜多變量系統(tǒng)，然后，根據(jù)物料供應系統(tǒng)特點建立傳遞函數(shù)反應模型，引入?yún)⒖驾斎肫罘e分系統(tǒng)，并以腔室端的壓力狀態(tài)作為檢測信號，通過系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程，設計出狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)控制律，從而實現(xiàn)物料的流量的優(yōu)化控制及反應腔室的壓力穩(wěn)定。
[0033]請參閱圖3，圖3為圖2中本發(fā)明一實施例中物料供應系統(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)行機構的傳遞函數(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]為便于問題分析，對上述傳遞函數(shù)進行了變換。請參閱圖4，圖4為圖3中本發(fā)明一實施例中物料供應系統(tǒng)傳遞函數(shù)的等效模型圖。
[0035]根據(jù)管路物料供應系統(tǒng)及氣阻定義可以得到如下等式:
[0036]

【權利要求】
1.一種基于物料供應系統(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)物料供應系統(tǒng)特點建立傳遞函數(shù)反應模型；其中，所述物料供應系統(tǒng)包括流量控制機構和被控反應腔室，被控反應腔室通過壓力計監(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:獲取物料供應系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制律； 步驟S4:通過物料供應系統(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)所述被控反應腔室端的壓力狀態(tài)作為檢測信號，以及所述反饋控制律參數(shù)，對所述被控反應腔室進行同步調(diào)節(jié)流量控制機構，實現(xiàn)物料流量的優(yōu)化控制。
2.如權利要求1所述的流量控制方法，其特征在于，所述步驟S4后還包括:驗證系統(tǒng)控制律是否滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求。
3.如權利要求1所述的流量控制方法，其特征在于，所述流量控制結構包括多個流量通斷執(zhí)行模塊和多個質(zhì)量流量控制閥。
4.如權利要求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。
5.如權利要求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】C23C16/52GK104073785SQ201410307167
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權日:2014年6月30日
【發(fā)明者】劉建濤, 鐘結實, 王春洪, 徐冬 申請人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司