一种基于物料供应系统模型的流量控制方法
【专利摘要】一种基于物料供应系统模型的流量控制方法，该方法具体包括：根据物料供应系统特点建立传递函数反应模型；其中，物料供应系统包括流量控制机构和被控反应腔室，其中，被控反应腔室有压力计监控压力；定义偏差并引入参考输入偏差积分系统，建立增广状态状态方程；获取物料供应系统系统状态反馈控制律；通过物料供应系统的闭环特征方程式求得反馈控制律参数；根据被控反应腔室端的压力状态作为检测信号，以及反馈控制律参数，对被控反应腔室进行同步调节流量控制机构，实现了物料流量的优化控制及反应腔室的压力稳定。
【专利说明】一种基于物料供应系统模型的流量控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造【技术领域】，更具体地说，涉及一种基于物料供应系统模型的流量控制方法。
【背景技术】
[0002]低压化学气相沉积(LowPressure Chemical Vapor Deposit1n,简称 LPCVD)是半导体工艺广泛采用的方法之一；它以装片容量大、粒子(Particle)污染小，均匀性(Uniformity)高、台阶覆盖性(Coverage over steps)好以及高产率而备受青睐,成为制备例如SiNX薄膜的主要方法。
[0003]低压化学气相沉积的工艺步骤可以分为传片、进舟、主工艺、出舟等几个主要阶段。影响薄膜沉积质量及其性质的工艺因素主要包括:腔室温度、环境压力、物料流量、以及环境微粒(Particle)等。其中，物料供应的流量控制是整个工艺阶段尤为重要的一个环节。
[0004]请参阅图1，图1所示为现有技术中，300mm立式LPCVD设备在工艺阶段中所采用的一管路工艺物料供应系统。如图所示，该物料模块供应系统包括:流量计5,、管路、电磁阀体1'、2'、3'、4'，其中流量计、电磁阀体1'、2'、3'、4'负责物料流量的流通调节，压力计7'用于监测反应腔室6'的压力值。
[0005]根据上述这种物料流量调节控制结构的设计思路，在工艺物料的调度中多采用开环方法，在完成指定流量的配置后，主要通过质量流量控制器即流量计5'完成流量的调节输出，压力控制器(包括压力计6')完成腔室压力7'的调整。
[0006]然而，物料传输工艺阶段的环境压力调节系统是一个具有多输入、多干扰、多耦合、非线性的复杂多变量系统，以上述立式炉的物料流量调节控制系统，在完成流量输出及压力检测后，存在如下缺陷:
[0007]①、由于设备执行机构的调整滞后，实现物料流量及反应腔室的压力状况及时根据系统状态进行实时优化调整变得不可能；
[0008]②、在这种状态下，使多种物料快速切换时特别容易导致反应腔室的气流场和压力的冲击，这些环节成为影响产品工艺质量不可忽略的因素。
[0009]因此，随着先进制备工艺的发展，为取得更加精良的工艺效果，精确控制规定时间内的物料流量，已成为目前业界急需研究的课题。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种基于物料供应系统模型的流量控制方法，其通过腔室端的压力状态作为检测信号，通过对物料流量工艺系统的闭环状态方程，实现物料流量的优化控制及反应腔室的压力稳定。即根据物料供应系统特点建立传递函数反应模型，并引入参考输入偏差积分系统，通过系统的闭环特征方程，设计出状态反馈控制律，从而实现物料流量的优化控制及反应腔室的压力稳定。
[0011]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0012]一种基于物料供应系统模型的流量控制方法，所述方法包括如下步骤:
[0013]步骤S1:根据物料供应系统特点建立传递函数反应模型；其中，所述物料供应系统包括流量控制机构和被控反应腔室，被控反应腔室通过压力计监控压力；
[0014]步骤S2:定义偏差并引入参考输入偏差积分系统，建立增广状态状态方程；
[0015]步骤S3:获取物料供应系统系统状态反馈控制律；
[0016]步骤S4:通过物料供应系统的闭环特征方程式求得反馈控制律参数；
[0017]步骤S5:根据所述被控反应腔室端的压力状态作为检测信号，以及所述反馈控制律参数，对所述被控反应腔室进行同步调节流量控制机构，实现物料流量的优化控制。
[0018]优选地，所述步骤S4还包括:验证系统控制律是否满足稳态误差要求。
[0019]优选地，所述流量控制结构包括多个流量通断执行模块和多个质量流量控制阀。
[0020]优选地,所述质量流量控制阀为电流计。
[0021 ] 优选地，所述流量通断执行模块为电磁阀。
[0022]从上述技术方案可以看出，本发明一种基于物料供应系统模型的物料供应流量控制方法，通过分析管路物料供应系统的特点，可以作为一个具有并联多输入、单输出的系统进行分析，即其在建立系统反应模型的基础上，通过腔室端的压力状态作为检测信号，设计出状态反馈调节控制律，以达到物料流量的优化控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为现有技术物料供应系统的结构示意图
[0024]图2为本发明物料供应系统一较佳实施例的结构示意图
[0025]图3为图2中本发明一实施例中物料供应系统的传递函数模型示意图
[0026]图4为图3中本发明一实施例中物料供应系统传递函数的等效模型图
[0027]图5为本发明基于物料供应系统模型的物料供应流量控制方法一较佳实施例的流程示意图
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图2-5，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0029]需要说明的是，适用于本发明的物料供应系统包括流量控制机构和被控反应腔室，被控反应腔室有压力计监控压力；流量控制结构可以包括多个流量通断执行模块和多个质量流量控制阀；通常，质量流量控制阀可以为电流计，流量通断执行模块可以为电磁阀。
[0030]在下述实施例中，是以300mm立式LPCVD设备阶段中所采用的一管路工艺物料供应系统为例进行说明。
[0031]请参阅图2，图2为本发明物料供应系统一较佳实施例的结构示意图。如图所示，该物料模块供应系统包括:流量计5、管路、电磁阀体1、2、3、4，其中，流量计5、电磁阀体1、
2、3、4负责物料流量的流通调节，压力计7用于监测反应腔室6的压力值。
[0032]根据本发明的设计思路，将图2所示的管路物料供应系统看成是一个具有多输入、多干扰、非线性的复杂多变量系统，然后，根据物料供应系统特点建立传递函数反应模型，引入参考输入偏差积分系统，并以腔室端的压力状态作为检测信号，通过系统的闭环特征方程，设计出状态反馈调节控制律，从而实现物料的流量的优化控制及反应腔室的压力稳定。
[0033]请参阅图3，图3为图2中本发明一实施例中物料供应系统的传递函数模型示意图。如图所示，其中，X(S)为系统输入传递函数；Y (S)为系统输出传递函数^1(S)、G2 (S)、G3(s),G4(S)为执行机构的传递函数；Gm(s)为质量流量控制阀的传递函数而。(8)为被控腔室传递函数。
[0034]为便于问题分析，对上述传递函数进行了变换。请参阅图4，图4为图3中本发明一实施例中物料供应系统传递函数的等效模型图。
[0035]根据管路物料供应系统及气阻定义可以得到如下等式:
[0036]
【权利要求】
1.一种基于物料供应系统模型的流量控制方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤: 步骤S1:根据物料供应系统特点建立传递函数反应模型；其中，所述物料供应系统包括流量控制机构和被控反应腔室，被控反应腔室通过压力计监控压力； 步骤S2:定义偏差并引入参考输入偏差积分系统，建立增广状态状态方程； 步骤S3:获取物料供应系统系统状态反馈控制律； 步骤S4:通过物料供应系统的闭环特征方程式求得反馈控制律参数； 步骤S5:根据所述被控反应腔室端的压力状态作为检测信号，以及所述反馈控制律参数，对所述被控反应腔室进行同步调节流量控制机构，实现物料流量的优化控制。
2.如权利要求1所述的流量控制方法，其特征在于，所述步骤S4后还包括:验证系统控制律是否满足稳态误差要求。
3.如权利要求1所述的流量控制方法，其特征在于，所述流量控制结构包括多个流量通断执行模块和多个质量流量控制阀。
4.如权利要求3所述的流量控制方法，其特征在于，所述质量流量控制阀为电流计。
5.如权利要求3所述 的流量控制方法，其特征在于，所述流量通断执行模块为电磁阀。
【文档编号】C23C16/52GK104073785SQ201410307167
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】刘建涛, 钟结实, 王春洪, 徐冬 申请人:北京七星华创电子股份有限公司