一種基于物料供應系統模型的流量控制方法
【專利摘要】一種基于物料供應系統模型的流量控制方法，該方法具體包括：根據物料供應系統特點建立傳遞函數反應模型；其中，物料供應系統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控壓力；定義偏差并引入參考輸入偏差積分系統，建立增廣狀態狀態方程；獲取物料供應系統系統狀態反饋控制律；通過物料供應系統的閉環特征方程式求得反饋控制律參數；根據被控反應腔室端的壓力狀態作為檢測信號，以及反饋控制律參數，對被控反應腔室進行同步調節流量控制機構，實現了物料流量的優化控制及反應腔室的壓力穩定。
【專利說明】一種基于物料供應系統模型的流量控制方法

【技術領域】
[0001]本發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。影響薄膜沉積質量及其性質的工藝因素主要包括:腔室溫度、環境壓力、物料流量、以及環境微粒(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節。
[0004]請參閱圖1，圖1所示為現有技術中，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。如圖所示，該物料模塊供應系統包括: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節，壓力計7'用于監測反應腔室6'的壓力值。
[0005]根據上述這種物料流量調節控制結構的設計思路，在工藝物料的調度中多采用開環方法，在完成指定流量的配置后，主要通過質量流量控制器即流量計5'完成流量的調節輸出，壓力控制器(包括壓力計6')完成腔室壓力7'的調整。
[0006]然而，物料傳輸工藝階段的環境壓力調節系統是一個具有多輸入、多干擾、多耦合、非線性的復雜多變量系統，以上述立式爐的物料流量調節控制系統，在完成流量輸出及壓力檢測后，存在如下缺陷:
[0007]①、由于設備執行機構的調整滯后，實現物料流量及反應腔室的壓力狀況及時根據系統狀態進行實時優化調整變得不可能；
[0008]②、在這種狀態下，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，這些環節成為影響產品工藝質量不可忽略的因素。
[0009]因此，隨著先進制備工藝的發展，為取得更加精良的工藝效果，精確控制規定時間內的物料流量，已成為目前業界急需研究的課題。


【發明內容】

[0010] 本發明的目的在于提供一種基于物料供應系統模型的流量控制方法，其通過腔室端的壓力狀態作為檢測信號，通過對物料流量工藝系統的閉環狀態方程，實現物料流量的優化控制及反應腔室的壓力穩定。即根據物料供應系統特點建立傳遞函數反應模型，并引入參考輸入偏差積分系統，通過系統的閉環特征方程，設計出狀態反饋控制律，從而實現物料流量的優化控制及反應腔室的壓力穩定。
[0011]為實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0012]一種基于物料供應系統模型的流量控制方法，所述方法包括如下步驟:
[0013]步驟S1:根據物料供應系統特點建立傳遞函數反應模型；其中，所述物料供應系統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控壓力；
[0014]步驟S2:定義偏差并引入參考輸入偏差積分系統，建立增廣狀態狀態方程；
[0015]步驟S3:獲取物料供應系統系統狀態反饋控制律；
[0016]步驟S4:通過物料供應系統的閉環特征方程式求得反饋控制律參數；
[0017]步驟S5:根據所述被控反應腔室端的壓力狀態作為檢測信號，以及所述反饋控制律參數，對所述被控反應腔室進行同步調節流量控制機構，實現物料流量的優化控制。
[0018]優選地，所述步驟S4還包括:驗證系統控制律是否滿足穩態誤差要求。
[0019]優選地，所述流量控制結構包括多個流量通斷執行模塊和多個質量流量控制閥。
[0020]優選地,所述質量流量控制閥為電流計。
[0021 ] 優選地，所述流量通斷執行模塊為電磁閥。
[0022]從上述技術方案可以看出，本發明一種基于物料供應系統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的特點，可以作為一個具有并聯多輸入、單輸出的系統進行分析，即其在建立系統反應模型的基礎上，通過腔室端的壓力狀態作為檢測信號，設計出狀態反饋調節控制律，以達到物料流量的優化控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為現有技術物料供應系統的結構示意圖
[0024]圖2為本發明物料供應系統一較佳實施例的結構示意圖
[0025]圖3為圖2中本發明一實施例中物料供應系統的傳遞函數模型示意圖
[0026]圖4為圖3中本發明一實施例中物料供應系統傳遞函數的等效模型圖
[0027]圖5為本發明基于物料供應系統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，適用于本發明的物料供應系統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控壓力；流量控制結構可以包括多個流量通斷執行模塊和多個質量流量控制閥；通常，質量流量控制閥可以為電流計，流量通斷執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為例進行說明。
[0031]請參閱圖2，圖2為本發明物料供應系統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節，壓力計7用于監測反應腔室6的壓力值。
[0032]根據本發明的設計思路，將圖2所示的管路物料供應系統看成是一個具有多輸入、多干擾、非線性的復雜多變量系統，然后，根據物料供應系統特點建立傳遞函數反應模型，引入參考輸入偏差積分系統，并以腔室端的壓力狀態作為檢測信號，通過系統的閉環特征方程，設計出狀態反饋調節控制律，從而實現物料的流量的優化控制及反應腔室的壓力穩定。
[0033]請參閱圖3，圖3為圖2中本發明一實施例中物料供應系統的傳遞函數模型示意圖。如圖所示，其中，X(S)為系統輸入傳遞函數；Y (S)為系統輸出傳遞函數^1(S)、G2 (S)、G3(s),G4(S)為執行機構的傳遞函數；Gm(s)為質量流量控制閥的傳遞函數而。(8)為被控腔室傳遞函數。
[0034]為便于問題分析，對上述傳遞函數進行了變換。請參閱圖4，圖4為圖3中本發明一實施例中物料供應系統傳遞函數的等效模型圖。
[0035]根據管路物料供應系統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:根據物料供應系統特點建立傳遞函數反應模型；其中，所述物料供應系統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控壓力； 步驟S2:定義偏差并引入參考輸入偏差積分系統，建立增廣狀態狀態方程； 步驟S3:獲取物料供應系統系統狀態反饋控制律； 步驟S4:通過物料供應系統的閉環特征方程式求得反饋控制律參數； 步驟S5:根據所述被控反應腔室端的壓力狀態作為檢測信號，以及所述反饋控制律參數，對所述被控反應腔室進行同步調節流量控制機構，實現物料流量的優化控制。
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:驗證系統控制律是否滿足穩態誤差要求。
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行模塊和多個質量流量控制閥。
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 優先權日:2014年6月30日
【發明者】劉建濤, 鐘結實, 王春洪, 徐冬 申請人:北京七星華創電子股份有限公司