CN110531794A - 液体压力控制装置和方法、清洗液供给机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液体压力控制装置和方法、清洗液供给机构,该装置包括压力检测单元、执行单元、压力调节阀和控制单元,其中,压力调节阀设置在进液管路上,用于调节进液管路中的液体压力的大小;压力检测单元设置在进液管路上,且位于压力调节阀的输出端一侧,用于检测进液管路中的液体压力的实际值,并将其发送至控制单元;执行单元与压力调节阀连接,用于控制压力调节阀的开度;控制单元用于根据液体压力的实际值和设定值进行计算,并根据计算结果通过执行单元控制压力调节阀的开度,以使进液管路中的液体压力等于所述设定值。本发明提供的液体压力控制装置,其不仅可以提高调节便捷性,而且可以提高喷淋流量的稳定性,进而提高清洗效果。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,具体地,涉及一种液体压力控制装置和方法、清洗液供给机构。
背景技术
集成电路制造过程中的硅片清洗是指在氧化、光刻、外延、扩散等工序前,采用物理或化学方法去除硅片表面的污染物和自身氧化物,以得到符合清洁度要求的硅片表面的过程。在半导体生产工艺中,几乎每道工序中都需要对硅片进行清洗,硅片清洗质量的好坏对器件性能有着重要的影响。
在清洗硅片的过程中,清洗液的流量不稳定会导致化学药液在硅片表面形成的液膜不均匀,从而造成新、旧化学药液在硅片表面的传递速度和化学药液在整张硅片表面的反应速度不均匀,进而造成整张硅片清洗效果的一致性较差,最终影响到芯片的良率。在特定清洗液供给管路中,液体流量与管路压力成正比,因此,只需控制主管路的压力,就可以对各工艺腔室中的支路的清洗液流量进行控制。
现有的控制主管路中的液体压力的控制方法是手动调节主管路上的手动压力阀,直至检测到的主管路的液体压力达到设定值。但是,这种方法在实际应用中不可避免地存在以下问题:
其一,在厂务端液体供应出现压力不稳定的情况时,需要多次手动调节压力阀,耗费人力,调节便捷性较差。
其二,当多个工艺腔室同时进行工艺时,各腔室中的支路上的气动阀的开合会导致主管路的液体压力产生一定变化,进而造成喷淋流量的波动,对清洗效果造成不良影响。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提出了一种液体压力控制装置和方法、清洗液供给机构,其不仅可以提高调节便捷性,而且可以将进液管路中的液体压力稳定在设定值,从而可以提高喷淋流量的稳定性,进而提高清洗效果。
为实现上述目的,本发明提供了一种液体压力控制装置,包括压力检测单元、执行单元、压力调节阀和控制单元,其中,
所述压力调节阀设置在进液管路上,用于调节所述进液管路中的液体压力的大小;
所述压力检测单元设置在所述进液管路上,且位于所述压力调节阀的输出端一侧,用于检测所述进液管路中的液体压力的实际值,并将其发送至所述控制单元;
所述执行单元与所述压力调节阀连接,用于控制所述压力调节阀的开度;
所述控制单元用于根据液体压力的所述实际值和设定值的差值进行计算,并根据计算结果通过所述执行单元控制所述压力调节阀的开度,以使所述进液管路中的液体压力等于所述设定值。
可选的,所述压力调节阀为自动气压阀;所述执行单元为电气比例阀;所述自动气压阀通过所述电气比例阀连接至气源;
所述控制单元用于根据液体压力的所述实际值和设定值的差值计算得到输出至所述自动气压阀的气压值和与之对应的控制信号的电流值,并向所述电气比例阀发送所述控制信号;
所述电气比例阀用于根据所述控制信号向所述自动气压阀输出所述气压值,以将所述自动气压阀的开度调节至与所述气压值相对应的大小。
可选的,所述电流值的取值范围在4mA-20mA;
当所述电流值小于4mA时,所述电气比例阀处于关闭状态;当所述电流值等于20mA时,所述电气比例阀的开度为100%。
可选的,所述气压值的取值范围在0-500KPa。
可选的,所述控制单元为可编程逻辑控制器PLC。
作为另一个技术方案,本发明还提供一种液体压力控制方法,用于本发明提供的上述液体压力控制装置中,所述液体压力控制方法包括:
检测所述进液管路中的液体压力的实际值;
根据液体压力的所述实际值和设定值的差值进行计算,并根据计算结果调节所述压力调节阀的开度,使所述进液管路中的液体压力等于所述设定值。
可选的,所述压力调节阀为自动气压阀;所述执行单元为电气比例阀;所述自动气压阀通过所述电气比例阀连接至气源;
所述根据液体压力的所述实际值和设定值的差值进行计算,并根据计算结果调节所述压力调节阀的开度,包括:
根据液体压力的所述实际值和设定值的差值进行计算得到输出至所述自动气压阀的气压值和与之对应的控制信号的电流值;
将所述控制信号输出至所述电气比例阀,控制所述电气比例阀向所述自动气压阀输出所述气压值,将所述自动气压阀的开度调节至与所述气压值相对应的大小。
可选的,所述根根据液体压力的所述实际值和设定值的差值进行计算得到输出至所述自动气压阀的气压值和与之对应的控制信号的电流值包括:
采用下述PID算法公式计算获得所述气压值;
P=Kp×error+Ki×∑error+Kd×Δerror
其中,P为所述气压值;Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数;error为液体压力的所述实际值与所述设定值的差值;∑error为error的累积值;Δerror为error的变化值;
根据预设的所述气压值与所述电流值的对应关系,确定所述电流值。
作为另一个技术方案,本发明还提供一种清洗液供给机构,包括至少一条用于喷淋清洗液的喷淋支路和用于向各条所述喷淋支路提供清洗液的供液管路,还包括本发明提供的上述液体压力控制装置,用于控制所述进液管路中的液体压力。
本发明的有益效果:
本发明提供的液体压力控制装置和方法的技术方案中,通过压力检测单元检测进液管路中的液体压力的实际值,并通过控制单元根据液体压力的实际值和设定值进行计算,并根据计算结果通过执行单元控制压力调节阀的开度,以调节进液管路中的液体压力的大小,使进液管路中的液体压力等于设定值。这样,不仅可以实现液体压力的闭环控制,从而在厂务端供应出现压力不稳定的情况时,可以自动调节液体压力,使之始终稳定在设定值,进而可以提高调节便捷性;同时,还可以在受到各腔室中的支路上的气动阀开合的影响,导致进液管路中的液体压力产生一定变化时,自动快速调节液体压力,使之恢复至设定值,从而可以提高喷淋流量的稳定性,进而提高清洗效果。
本发明提供的清洗液供给机构,其通过采用本发明提供的上述液体压力控制装置,不仅可以提高调节便捷性,而且可以将进液管路中的液体压力稳定在设定值,从而可以提高喷淋流量的稳定性,进而提高清洗效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的清洗液供给机构的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的液体压力控制方法的流程框图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明提供的液体压力控制装置和方法、清洗液供给机构进行详细描述。
请参阅图1,本发明实施例提供的清洗液供给机构,其包括四条用于喷淋清洗液的喷淋支路(71-74)、用于向各条喷淋支路提供清洗液的供液管路1,以及本发明实施例提供的液体压力控制装置100。其中,液体压力控制装置100用于控制进液管路1中的液体压力,以达到控制各条喷淋支路中液体的喷淋流量的目的。具体地,进液管路1中的液体压力与各条喷淋支路中液体的喷淋流量呈正比。
在本实施例中,液体压力控制装置100包括压力检测单元5、执行单元3、压力调节阀4和控制单元6,其中,压力调节阀4设置在进液管路1上,用于通过改变其开度来调节进液管路1中的液体压力的大小。压力调节阀4的开度,即为阀启闭件的开启程度,例如对于蝶阀来说,开度即为圆盘状阀板的旋转角度。
压力检测单元5设置在进液管路1上,且位于压力调节阀4的输出端一侧,用于检测进液管路1中的液体压力的实际值,并将其发送至控制单元6。该压力检测单元5例如为压力传感器。
执行单元3与压力调节阀4连接,用于控制压力调节阀4的开度。
控制单元6用于根据来自压力检测单元5反馈的液体压力的实际值和输入的设定值进行计算,以获得执行单元3的驱动参数输出值和与之对应的控制信号的电流值,该驱动参数输出值为向压力调节阀4输出的用于控制其开度的参数值。然后,控制单元6向执行单元3发送该控制信号;执行单元3根据该控制信号向压力调节阀4输出上述驱动参数输出值,以使压力调节阀4的开度调节至与该驱动参数输出值相对应的大小,从而达到使进液管路1中的液体压力等于设定值的目的。可选的,控制单元6为微处理器,例如可编程逻辑控制器PLC。
本发明实施例提供的液体压力控制装置100,不仅可以实现液体压力的闭环控制,从而在厂务端供应出现压力不稳定的情况时,可以自动调节液体压力,使之始终稳定在设定值,进而可以提高调节便捷性;同时,还可以在受到各腔室中的喷淋支路上的气动阀开合的影响,导致进液管路1中的液体压力产生一定变化时,自动快速调节液体压力,使之恢复至设定值,从而可以提高喷淋流量的稳定性,进而提高清洗效果。
需要说明的是,在实际应用中,液体压力控制装置100并不局限于应用于本实施例采用的上述清洗液供给机构,其还可以应用到其他任意结构的液体供给机构。
可选的,压力调节阀4为自动气压阀;执行单元3为电气比例阀。自动气压阀通过电气比例阀连接至气源。在此基础上,控制单元6用于根据液体压力的实际值和设定值的差值计算得到输出至自动气压阀的气压值和与之对应的控制信号的电流值,并向电气比例阀发送该电流值的控制信号;电气比例阀用于根据该控制信号向自动气压阀输出对应的气压值,以将自动气压阀的开度调节至与气压值相对应的大小。
可选的,电流值的取值范围在4mA-20mA。当电流值小于4mA时,电气比例阀处于关闭状态;当电流值等于20mA时,电气比例阀的开度为100%,即,处于全开状态。
可选的,气压值的取值范围在0-500KPa。
可选的,上述控制单元6采用PID算法进行计算自动气压阀输出的气压值。在实际应用中,利用PID算法,可以根据压力控制效果调节PID算法公式中的比例系数、积分系数和微分系数,以缩短液体压力的稳定时间和震荡幅度,从而可以进一步提高控制稳定性和可靠性。
在本实施例中,在每条喷淋支路上还设置有气动阀9、流量计10和流量调节阀8,其中,流量计10用于检测喷淋支路中的液体流量;气动阀9用于控制其所在喷淋支路的通断;流量调节阀8用于调节喷淋支路中的液体流量大小。
在利用本实施例提供的上述液体压力控制装置100调节进液管路1中液体压力,使之稳定在设定值之后,各个工艺腔室开始进行喷淋工艺;在此过程中,若某个腔室开启气动阀9开始喷淋作业时,喷淋总流量瞬时增大,此时压力检测单元5反馈至控制单元6的液体压力的实际值会瞬时减小,控制单元6将迅速调整控制信号的电流值,以使执行单元3输出的驱动参数输出值相应的改变,以使压力调节阀的开度增大,以达到增大液体压力,提高喷淋流量的目的,从而可以避免腔室中的喷淋流量产生较大的波动,并能够迅速恢复至稳定状态,进而可以提高清洗效果。
另外,控制单元6还可以在控制发生异常时及时发出报警,以提示工作人员及时进行相应的处理。
请一并参阅图1和图2,作为另一个技术方案,本发明实施例还提供一种液体压力控制方法,其用于本发明实施例提供的上述液体压力控制装置中。该液体压力控制方法包括:
步骤S1,检测进液管路1中的液体压力的实际值;
步骤S2,根据液体压力的实际值和设定值的差值进行计算,并根据计算结果调节压力调节阀4的开度,使进液管路1中的液体压力等于设定值。
本发明实施例提供的液体压力控制方法,不仅可以提高调节便捷性,而且可以将进液管路中的液体压力稳定在设定值,从而可以提高喷淋流量的稳定性,进而提高清洗效果。
可选的,压力调节阀4为自动气压阀;执行单元3为电气比例阀。自动气压阀通过电气比例阀连接至气源。上述步骤S2,进一步包括以下步骤:
S21,根据液体压力的实际值和设定值的差值进行计算得到输出至自动气压阀的气压值和与之对应的控制信号的电流值;
S22,将控制信号输出至电气比例阀,控制所述电气比例阀向自动气压阀输出气压值,将自动气压阀的开度调节至与气压值相对应的大小。
可选的,上述步骤S21包括:
S211,采用下述PID算法公式计算获得上述气压值;
P=Kp×error+Ki×∑error+Kd×Δerror
其中,P为气压值;Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数;error为液体压力的实际值与设定值的差值;∑error为error的累积值;Δerror为error的变化值。PID算法公式为本领域技术人员所知悉,在此不再赘述。
S212,根据预设的气压值与电流值的对应关系,确定电流值。
可选的,在上述步骤S2之后,还包括:
调节Kp、Ki和Kd的大小,以获得新的PID算法公式,并替换原来的PID算法公式。
这样,可以根据上一次的压力控制效果调节PID算法公式中的Kp、Ki和Kd,以在下一次压力控制过程中,能够缩短液体压力的稳定时间和震荡幅度,从而可以进一步提高控制稳定性和可靠性。
综上所述,本发明实施例提供的液体压力控制装置和方法的技术方案中,通过压力检测单元检测进液管路中的液体压力的实际值,并通过控制单元根据液体压力的实际值和设定值进行计算,并根据计算结果通过执行单元控制压力调节阀的开度,以调节进液管路中的液体压力的大小,使进液管路中的液体压力等于设定值。这样,不仅可以实现液体压力的闭环控制,从而在厂务端供应出现压力不稳定的情况时,可以自动调节液体压力,使之始终稳定在设定值,进而可以提高调节便捷性;同时,还可以在受到各腔室中的支路上的气动阀开合的影响,导致进液管路中的液体压力产生一定变化时,自动快速调节液体压力,使之恢复至设定值,从而可以提高喷淋流量的稳定性,进而提高清洗效果。
本发明实施例提供的清洗液供给机构,其通过采用本发明实施例提供的上述液体压力控制装置100,不仅可以提高调节便捷性,而且可以将进液管路中的液体压力稳定在设定值,从而可以提高喷淋流量的稳定性,进而提高清洗效果。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种液体压力控制装置,其特征在于,包括压力检测单元、执行单元、压力调节阀和控制单元,其中,
所述压力调节阀设置在进液管路上,用于调节所述进液管路中的液体压力的大小;
所述压力检测单元设置在所述进液管路上,且位于所述压力调节阀的输出端一侧,用于检测所述进液管路中的液体压力的实际值,并将其发送至所述控制单元;
所述执行单元与所述压力调节阀连接,用于控制所述压力调节阀的开度;
所述控制单元用于根据液体压力的所述实际值和设定值的差值进行计算,并根据计算结果通过所述执行单元控制所述压力调节阀的开度,以使所述进液管路中的液体压力等于所述设定值。
2.根据权利要求1所述的液体压力控制装置,其特征在于,所述压力调节阀为自动气压阀;所述执行单元为电气比例阀;所述自动气压阀通过所述电气比例阀连接至气源;
所述控制单元用于根据液体压力的所述实际值和设定值的差值计算得到输出至所述自动气压阀的气压值和与之对应的控制信号的电流值,并向所述电气比例阀发送所述控制信号;
所述电气比例阀用于根据所述控制信号向所述自动气压阀输出所述气压值,以将所述自动气压阀的开度调节至与所述气压值相对应的大小。
3.根据权利要求2所述的液体压力控制装置,其特征在于,所述电流值的取值范围在4mA-20mA;
当所述电流值小于4mA时,所述电气比例阀处于关闭状态;当所述电流值等于20mA时,所述电气比例阀的开度为100%。
4.根据权利要求3所述的液体压力控制装置,其特征在于,所述气压值的取值范围在0-500KPa。
5.根据权利要求1-4任一项所述的液体压力控制装置,其特征在于,所述控制单元为可编程逻辑控制器PLC。
6.一种液体压力控制方法,其特征在于,用于权利要求1-5任意一项所述的液体压力控制装置中,所述液体压力控制方法包括:
检测所述进液管路中的液体压力的实际值;
根据液体压力的所述实际值和设定值的差值进行计算,并根据计算结果调节所述压力调节阀的开度,使所述进液管路中的液体压力等于所述设定值。
7.根据权利要求6所述的液体压力控制方法,其特征在于,所述压力调节阀为自动气压阀;所述执行单元为电气比例阀;所述自动气压阀通过所述电气比例阀连接至气源;
所述根据液体压力的所述实际值和设定值的差值进行计算,并根据计算结果调节所述压力调节阀的开度,包括:
根据液体压力的所述实际值和设定值的差值进行计算得到输出至所述自动气压阀的气压值和与之对应的控制信号的电流值;
将所述控制信号输出至所述电气比例阀,控制所述电气比例阀向所述自动气压阀输出所述气压值,将所述自动气压阀的开度调节至与所述气压值相对应的大小。
8.根据权利要求7所述的液体压力控制方法,其特征在于,所述根根据液体压力的所述实际值和设定值的差值进行计算得到输出至所述自动气压阀的气压值和与之对应的控制信号的电流值包括:
采用下述PID算法公式计算获得所述气压值;
P=Kp×error+Ki×∑error+Kd×Δerror
其中,P为所述气压值;Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数;error为液体压力的所述实际值与所述设定值的差值;∑error为error的累积值;Δerror为error的变化值;
根据预设的所述气压值与所述电流值的对应关系,确定所述电流值。
9.一种清洗液供给机构,包括至少一条用于喷淋清洗液的喷淋支路和用于向各条所述喷淋支路提供清洗液的供液管路,其特征在于,还包括权利要求1-5任意一项所述的液体压力控制装置,用于控制所述进液管路中的液体压力。
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