CN103137412B - 模块化离子注入机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化离子注入机控制系统，包括电源系统，反应腔室、预抽腔室、主控制器、第一真空控制器、送片控制器、压力控制器、第二真空控制器及气体控制器；所述主控制器与所述第一真空控制器、送片控制器、压力控制器、第二真空控制器及气体控制器之间进行串行通信。本发明提供的一种离子注入机控制系统，围绕串行通信网络搭建，主控制器将直接与各分立控制器进行串口通信，大幅度降低了成本，减少了线路连接。

Description

模块化离子注入机控制系统

技术领域

本发明涉及等离子注入技术领域，特别涉及一种模块化离子注入机控制系统。

背景技术

离子注入是IC制造领域的重要环节之一，在太阳能为代表的新能源领域中扮演着重要角色，离子注入机本身是融合了高真空环境、高压环境以及高温环境的复杂系统，尤其特别的是在注入过程中充满了大量毒性特殊气体。随之自动化技术的发展和高效率生产的需求下，充分智能的注入机控制系统日益凸显出了其重要性。随着注入机在功能上不断地趋于复杂，需要集成多套测量设备来满足完整的控制需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种减少耗费时间的模块化离子注入机控制系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种模块化离子注入机控制系统，包括主控制器、第一真空控制器、送片控制器、压力控制器、第二真空控制器及气体控制器；所述主控制器与所述第一真空控制器、送片控制器、压力控制器、第二真空控制器及气体控制器之间进行串行通信；

所述第一真空控制器在所述主控器的控制下，控制分别设在所述反应腔室、预抽腔室的机械泵，使所述反应腔室、预抽腔室达到真空；

所述送片控制器在所述主控器的控制下，控制一真空机械手将硅片穿过所述预抽腔室送达所述反应腔室，并放置在所述反应腔室内设置的一下电极，并控制所述下电极的位置；

所述压力控制器在所述主控器的控制下，通过PID时间-压力控制算法，控制所述预抽腔室机械泵的转速，控制所述反应腔室的调压阀；

所述第二真空控制器在所述主控器的控制下，通过PID算法对所述反应腔室的调压阀的开口大小进行PID控制；

所述气体控制器在所述主控器的控制下，通过反应腔室压力控制算法控制气体对硅片进行吹扫。

进一步地，所述的离子注入机控制系统还包括取硅片控制器，与所述主控制器进行串行通信，并在所述主控制器的控制下，控制所述反应腔室至低真空度，控制所述真空机械手穿过真空门阀进入所述反应腔室，取回所述硅片，并将所述硅片送到所述预抽腔室，控制所述预抽腔室回至大气压下，从而取硅片。

进一步地，所述的离子注入机控制系统还包括送气装置，所述送气装置包括：

气源、质量流量控制器和电磁阀；

所述气源依次通过所述质量流量控制器、电磁阀与所述反应腔室连接。

进一步地，所述离子注入机控制系统还包括真空采集控制器，所述真空采集控制器与所述主控制器之间进行串行通信，所述主控制器通过真空计采集控制器控制真空计采集数据。

进一步地，所述电源系统包括射频电源、射频电源匹配器及脉冲电源；所述脉冲电源与所述反应腔室连接；所述射频电源通过所述射频电源匹配器与所述反应腔室连接。

本发明提供的模块化离子注入机控制系统，由于围绕串行通信网络搭建，主控机将直接与分立控制器进行串口通信，所以在系统搭建中，大幅度降低了成本，减少了线路连接。另外采用通信网络与分离控制板的形式，为仪器提供高了良好的可扩展性，充分适应并发挥了模块化的特点；分离控制器增强了控制元件与系统的统一性，每各不同的控制器在功能上相对单一，提高了其稳定性，在精确的时间控制中也发挥着重要的作用，并且分立式的元件控制器在复用性上体现出了强大的优势。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种模块化离子注入机的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种模块化离子注入机控制系统的结构框图。

具体实施方式

参见图1、2所示，本发明实施例提供的一种模块化离子注入机控制系统，其包括真空系统、反应腔室25、预抽腔室24、电源系统、主控制器101、第一真空控制器201、送片控制器301、第二真空控制器401、压力控制器501、第二真空控制器、气体控制器601、取硅片控制器701、真空采集控制器801、送气装置及电源系统。主控制器101与第一真空控制器201、送片控制器301、第二真空控制器401、压力控制器501、气体控制器601、取硅片控制器701及真空采集控制器801之间进行串口通信，这种连接方式大幅度降低了成本，减少了线路连接。

电源系统包括射频电源1、射频电源匹配器2以及脉冲电源3。射频电源1为反应提供等离子所需的能量。脉冲电源3为反应提供等离子注入环境。送气装置包括气源9、质量流量控制器10-14和电磁阀15-19。每个气源9依次通过一个质量流量控制器、一个电磁阀与反应腔室25连接。在得到真空环境后，选择即将通入的反应气体，通过质量流量控制器设置气体流量，打开电磁阀，通入适当时间后，腔室压力达到稳定，完成一次送气过程。由于在本系统中反应气体多为特殊气体，在反应一次之后，还要进行必要的吹扫阶段，具体指通入氮气使用机械泵将反应腔室25压强还原为低真空的过程，根据不同的需求，吹扫过程需要反复多次。质量流量控制器由模拟输入(反馈)与模拟输出(输入)功能配合相应外部电路实现。

启动离子注入机控制系统，各控制器将相继启动，在载入界面完成后，系统进入注入机软件，首先注入机将进行自检，主控制器101将通信所有分立控制器，检测所有输入参数，确定无异常状态后，控制所有器件返回安全的初始状态。

待反应硅片放置在机械手上，启动放片过程。主控制器101通过第一真空控制器201控制真空阀门(该真空阀门设置在反应腔室25和预抽腔室24之间)完成腔室隔离，分别通过串行通信控制设在反应腔室25的机械泵6(机械泵6通过电磁阀22后的一支路依次通过分子泵5以及摆阀23与反应腔室25连接，另一支路通过电磁阀21与反应腔室25连接)、设在预抽腔室24的机械泵8(机械泵8通过电磁阀20与预抽腔室24连接)，使预抽腔室24与反应腔室25同时进行真空获得。另外，压力控制器501在主控器101的控制下，通过PID时间-压力控制算法，控制预抽腔室24的机械泵8的转速，控制反应腔室25的调压阀，从而很好的兼顾腔室极限真空与真空保持能力的检测。

主控制器101通过真空计采集控制器801控制真空计7采集数据，在确认达到预设低真空度值(例如，10Pa之内)，两腔室气压达到真空门阀开启要求，控制真空门阀打开，并通过送片控制器301控制机械手穿过预抽腔室24，并放置在反应腔室25内设置的一下电极4，并控制下电极4的位置。

在反应腔室25符合压力条件后，下电极4的传动机构将开始运行。下电极4的持片结构从原位升起，将硅片托起，托盘传感器捕捉到硅片吸附后，下电极传动机构将继续向上运动，硅片离开机械手，完成托片过程。机械手将返回预抽腔室24，下电极4上升到反映腔室25上方，位于腔室上方的微动开关通过送片控制器将开关闭合信号传回主控制器101，并通过弹力结构将硅片固定。

分子泵5启动，通过预设算法控制调压阀，获得反映腔室25的高真空度(例如，高真空度为10^-5Pa)。根据反映腔室25的特性，第二真空控制器在主控器101的控制下，通过预设的PID算法对调压阀开口大小进行PID控制，使压力快速逼近设定压力。

放片结束后，离子注入机控制系统处于待机状态。主控制器101设置的软件包含了状态监测、手动控制与自动化控制三个相对分立的功能划分。状态监测即系统可以实时的得到当前系统中每个测试点的状态，结合界面中仿真注入机系统的简图，直观的体现机器当前运行状态，并与控制功能形成闭环。手动控制提供使用者在实验阶段或其他非正常使用的情况下，可以独立的控制各个部分器件。自动化控制是整个软件的核心部分，通过友好的配方设置界面，向使用者提供了自由的工艺流程选择，分别可以选择欲反映的气体，设定相应的流量，工艺进行的时间，吹扫次数等信息，并且根据需要可以设置多个工艺过程。

设置结束后，启动自动控制，反应气体将通入反映腔室25，通过反应腔室25压力控制算法，达到稳定的气压后，反应气体在射频电源的输出后起辉，此时打开脉冲电源，等离子将注入反应硅片，反映设定时间后，完成一次反应过程，吹扫气体，完成多部工艺后，将进入取片流程。

吹扫结束后，取硅片控制器，与主控制器进行串行通信，并在主控制器的控制下，控制反应腔室25至低真空度(此时，下电极下降至托片位置，真空门阀将打开)，控制真空机械手穿过真空门阀进入所述反应腔室25，取回硅片，并将硅片送到预抽腔室24，控制预抽腔室24回至大气压下，从而取硅片，即完成一次完整的离子注入过程。

本发明的信号采集系统分离性高，为控制提供了灵活的外界条件；采用通信网络与分离控制板的形式，为仪器提供高了良好的可扩展性，充分适应并发挥了模块化的特点；分离控制器增强了控制元件与系统的统一性，每各不同的控制器在功能上相对单一，提高了其稳定性，在精确的时间控制中也发挥着重要的作用，并且分立式的元件控制器在复用性上体现出了强大的优势。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种模块化离子注入机控制系统，包括电源系统，反应腔室、预抽腔室、其特征在于，还包括：

主控制器、第一真空控制器、送片控制器、压力控制器、第二真空控制器及气体控制器；所述主控制器与所述第一真空控制器、送片控制器、压力控制器、第二真空控制器及气体控制器之间进行串行通信；

所述第一真空控制器在所述主控制器的控制下，控制分别设在所述反应腔室、预抽腔室的机械泵，使所述反应腔室、预抽腔室达到真空；

所述送片控制器在所述主控制器的控制下，控制一真空机械手将硅片穿过所述预抽腔室送达所述反应腔室，并放置在所述反应腔室内设置的一下电极，并控制所述下电极的位置；

所述压力控制器在所述主控制器的控制下，通过PID时间-压力控制算法，控制所述预抽腔室机械泵的转速，控制所述反应腔室的调压阀；

所述第二真空控制器在所述主控制器的控制下，通过PID算法对所述反应腔室的调压阀的开口大小进行PID控制；

所述气体控制器在所述主控制器的控制下，通过反应腔室压力控制算法控制气体对硅片进行吹扫；所述主控制器设置的软件包含了状态监测、手动控制与自动化控制三个相对分立的功能划分；所述状态监测能实时得到当前系统中每个测试点的状态，结合界面中仿真注入机系统的简图，直观的体现机器当前运行状态，并与控制功能形成闭环；所述手动控制提供使用者在实验阶段或其他非正常使用的情况下，可以独立的控制各个部分器件；所述自动化控制是通过友好的设置界面，向使用者提供了自由的工艺流程选择，所述自由的工艺流程选择包括选择欲反映的气体，设定相应的流量，工艺进行的时间，吹扫次数；还包括：

取硅片控制器，与所述主控制器进行串行通信，并在所述主控制器的控制下，控制所述反应腔室至低真空度，控制所述真空机械手穿过真空门阀进入所述反应腔室，取回所述硅片，并将所述硅片送到所述预抽腔室，控制所述预抽腔室回至大气压下，从而取硅片；还包括送气装置，所述送气装置包括：

气源、质量流量控制器和电磁阀；

所述气源依次通过所述质量流量控制器、电磁阀与所述反应腔室连接；还包括：

真空采集控制器，所述真空采集控制器与所述主控制器之间进行串行通信，所述主控制器通过真空计采集控制器控制真空计采集数据。

2.根据权利要求1所述的离子注入机控制系统，其特征在于，所述电源系统包括：

射频电源、射频电源匹配器及脉冲电源；

所述脉冲电源与所述反应腔室连接；所述射频电源通过所述射频电源匹配器与所述反应腔室连接。