CN114706431A - 反应腔室的压力控制方法、装置和半导体工艺设备 - Google Patents

反应腔室的压力控制方法、装置和半导体工艺设备 Download PDF

Info

Publication number
CN114706431A
CN114706431A CN202210319844.7A CN202210319844A CN114706431A CN 114706431 A CN114706431 A CN 114706431A CN 202210319844 A CN202210319844 A CN 202210319844A CN 114706431 A CN114706431 A CN 114706431A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
value
hysteresis
change rate
coefficient
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210319844.7A
Other languages
English (en)
Inventor
郑文宁
赵迪
吴昊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Sevenstar Flow Co Ltd
Original Assignee
Beijing Sevenstar Flow Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Sevenstar Flow Co Ltd filed Critical Beijing Sevenstar Flow Co Ltd
Priority to CN202210319844.7A priority Critical patent/CN114706431A/zh
Publication of CN114706431A publication Critical patent/CN114706431A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2013—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
    • G05D16/2024—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means the throttling means being a multiple-way valve

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)

Abstract

本发明提供一种压力控制方法，包括：获取反应腔室的实际气体压力值；实时计算在预设时间内实际气体压力值的压力变化率，并根据压力变化率，确定与其对应的迟滞转换系数，迟滞转换系数为负数且绝对值大小与压力变化率的绝对值大小成正相关；将迟滞转换系数与初始反馈控制方程的系数相乘，得到修正后的反馈控制方程，根据修正后的反馈控制方程计算压力调节阀的开度调节量，并根据开度调节量调节压力调节阀的开度，直至实际气体压力值达到目标压力。本发明提供的方法能够在气体压力达到目标压力前对压力调节阀的开度进行反向调节，避免发生压力过冲，提高反应腔室的压力稳定性。本发明还提供一种反应腔室的压力控制装置和半导体工艺设备。

Description

反应腔室的压力控制方法、装置和半导体工艺设备
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备领域，具体地，涉及一种反应腔室的压力控制方法、一种用于实现该方法的反应腔室的压力控制装置和一种包括该装置的半导体工艺设备。
背景技术
在半导体制造领域，氧化炉是最重要的设备之一，进入氧化炉反应腔室的氢气(H2)、氯气(HCL)、过量的氧气(O2)、少量的二氯乙烯(C2H2Cl2)以及氮气(N2)需要在恒定的压力下进行化学反应，以确保镀层的厚度，反应腔室内的压力大于或小于设定的压力都将影响镀层的厚度，因此必须确保反应腔室内压力的稳定。
在现有的半导体工艺设备中，通常采用比例积分微分(Proportion IntegralDifferential，PID)调节的方式对反应腔室内的压力进行调节，然而，该调节方式虽然能够根据工艺腔室内部的实时压力迅速作出反应，但由于压力系统普遍存在着一定的迟滞特性，快速的调节容易产生过冲现象，导致反应腔室内压力波动较大，影响半导体工艺的稳定性，而如果减小比例积分微分公式中的控制系数，又会导致压力调节效率过低。
因此，如何提供一种能够提高反应腔室压力稳定性的压力控制方法，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在提供一种反应腔室的压力控制方法、反应腔室的压力控制装置和半导体工艺设备，该方法能够解决反应腔室压力控制过程中的过冲问题，提高反应腔室压力的稳定性。
为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种反应腔室的压力控制方法，所述反应腔室的进气管路或排气管路上设置有压力调节阀，所述方法包括：
获取所述反应腔室的实际气体压力值；
实时计算在预设时间内所述实际气体压力值的压力变化率，并根据所述压力变化率，确定与其对应的迟滞转换系数，所述迟滞转换系数为负数且所述迟滞转换系数的绝对值大小与所述压力变化率的绝对值大小成正相关；
将所述迟滞转换系数与所述初始反馈控制方程的系数相乘，得到修正后的反馈控制方程，根据所述修正后的反馈控制方程计算所述压力调节阀的开度调节量，并根据所述开度调节量调节所述压力调节阀的开度，直至所述实际气体压力值达到所述目标压力。
可选地，所述方法具体包括：
获取所述反应腔室的实际气体压力值；
在所述实际气体压力值与所述目标压力之间差值的绝对值大于或等于预设阈值时，基于初始反馈控制方程调节所述压力调节阀的开度，使所述实际气体压力值趋近所述目标压力；
在所述实际气体压力值与目标压力之间差值的绝对值小于所述预设阈值且所述实际气体压力值未达到所述目标压力时，根据所述修正后的反馈控制方程计算所述压力调节阀的开度调节量；
在所述实际气体压力值达到所述目标压力后，继续基于所述初始反馈控制方程调节所述压力调节阀的开度。
可选地，所述根据所述压力变化率，确定与其对应的迟滞转换系数，包括：
根据所述压力变化率计算迟滞性系数；
将所述迟滞性系数与预设系数相乘，得到所述迟滞转换系数；
其中，所述迟滞性系数小于0，且所述迟滞性系数的绝对值随着所述压力变化率的绝对值由1至0逐渐变化，所述预设系数为正数。
可选地，所述根据所述压力变化率，确定与其对应的迟滞转换系数，包括：
根据所述压力变化率计算迟滞性系数和所述压力变化率的一阶导数值；
将所述迟滞性系数与所述压力变化率的一阶导数值的绝对值相乘，得到所述迟滞转换系数；
其中，所述迟滞性系数小于0，且所述迟滞性系数的绝对值随着所述压力变化率的绝对值由1至0逐渐变化。
可选地，所述迟滞性系数为关于所述压力变化率的线性函数。
可选地，所述根据所述压力变化率，确定与其对应的迟滞转换系数，包括：
基于预存的对照表，选取与所述压力变化率对应的所述迟滞转换系数。
可选地，所述对照表的建立方法包括：
基于不同的压力控制系统，通过调节气体压力或者气体流量，获取不同的压力变化率；
调节所述迟滞转换系数，以使实际气体压力值在目标时间内达到目标压力值；
记录不同压力变化率所对应的所述迟滞转换系数，以形成每个所述压力控制系统对应的所述对照表。
可选地，所述初始反馈控制方程为比例积分微分控制方程，所述迟滞转换系数与所述初始反馈控制方程的比例项系数相乘，得到所述修正后的反馈控制方程。
可选地，所述预设阈值为目标压力的0.5～1％。
作为本发明的第二个方面，提供一种反应腔室的压力控制装置，所述压力控制装置包括压力检测模块、压力输入模块、压力调节阀和控制器，所述压力检测模块与所述压力调节阀用于设置在所述反应腔室的进气管路或排气管路上，所述压力输入模块用于响应于用户输入操作，向所述控制器提供目标压力；所述控制器用于通过所述压力检测模块获取所述反应腔室的实际气体压力值，并基于前面所述的反应腔室的压力控制方法调节所述压力调节阀的开度。
作为本发明的第三个方面，提供一种半导体工艺设备，包括反应腔室和压力控制装置，所述压力控制装置为前面所述的反应腔室的压力控制装置。
在本发明提供的反应腔室的压力控制方法、反应腔室的压力控制装置和半导体工艺设备中，压力控制装置能够根据实际气体压力值的压力变化率，确定与其对应的迟滞转换系数，将迟滞转换系数与初始反馈控制方程的系数相乘，得到修正后的反馈控制方程，并根据修正后的反馈控制方程计算压力调节阀的开度调节量，直至实际气体压力值达到目标压力。从而在实际气体压力值即将达到目标压力前使压力控制装置对压力调节阀的开度进行反向调节，进而避免发生压力过冲，提高反应腔室的压力稳定性。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例提供的半导体工艺设备的结构示意图；
图2是不同的系统对应的迟滞曲线的示意图；
图3是本发明实施例提供的反应腔室的压力控制方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的反应腔室的压力控制装置的结构示意图；
图5是本发明一种实施例提供的反应腔室的压力控制方法的部分流程的示意图；
图6是本发明另一种实施例提供的反应腔室的压力控制方法的部分流程的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种反应腔室的压力控制方法，反应腔室1的进气管路或排气管路上设置有压力调节阀3，(例如，如图1所示，反应腔室1通过排气管路排气，排气管路上设置有压力调节阀3)，该压力控制方法(由控制器5实现)包括：
获取反应腔室1的实际气体压力值P；
实时计算在预设时间内实际气体压力值P的压力变化率VP，并根据压力变化率VP，确定与其对应的迟滞转换系数τn(VP)，迟滞转换系数τn(VP)为负数且迟滞转换系数τn(VP)的绝对值大小与压力变化率VP的绝对值大小成正相关；
将迟滞转换系数τn(VP)与初始反馈控制方程的系数相乘，得到修正后的反馈控制方程，根据修正后的反馈控制方程计算压力调节阀3的开度调节量，并根据开度调节量调节压力调节阀3的开度，直至实际气体压力值P达到目标压力(即气体压力的设定点(SetPoint，S.P.))。
在本发明提供的反应腔室的压力控制方法中，控制器5能够根据实际气体压力值P的压力变化率VP，确定与其对应的迟滞转换系数τn(VP)，将迟滞转换系数τn(VP)与初始反馈控制方程的系数相乘，得到修正后的反馈控制方程，并根据修正后的反馈控制方程计算压力调节阀3的开度调节量，直至实际气体压力值P达到目标压力，从而在实际气体压力值P即将达到目标压力S.P.前使控制器5对压力调节阀3的开度进行反向调节，进而避免发生压力过冲。
具体地，压力变化率VP为实际气体压力值P的一阶导数(即VP＝dP/dt)，实际气体压力值P发生变化的速率越大(即压力变化率VP的绝对值|VP|越大)，则实际气体压力值P达到目标压力S.P.后越容易发生过冲(即超过目标压力S.P.后继续增大或减小)，因此迟滞转换系数τn(VP)的绝对值随压力变化率VP绝对值|VP|的增大而增大。即，实际气体压力值P的实时变化速率越大，则将绝对值越大的小于零的迟滞转换系数τn(VP)与初始反馈控制方程的系数相乘，以加强根据修正后的反馈控制方程计算开度调节量时对压力调节阀3开度进行反向调节的力度，使实际气体压力值P在达到目标压力S.P.前的变化速率快速趋于零(即，使压力变化率VP趋于零)，从而能够有效防止气体压力过冲，提高反应腔室的压力稳定性。
作为本发明的一种可选实施方式，初始反馈控制方程为比例积分微分(Proportion Integral Differential，PID)控制方程，表达式为f＝P+I+D，其中f为PID输出，P表示比例项(比例环节)，I表示积分项(积分环节)，D表示微分项(微分环节)。迟滞转换系数τn(VP)与初始反馈控制方程的比例项系数相乘，得到修正后的反馈控制方程。
或者，在本发明的一些实施例中，该初始反馈控制方程可以仅包括比例积分微分控制方程中的部分项，例如，仅包括比例项P和积分项I，或仅包括比例项P和微分项D，由于在比例积分微分控制方程中主要决定调节量大小的是比例项，因此选择将迟滞转换系数τn(VP)与初始反馈控制方程的比例项系数相乘。
为保证反应腔室压力调节效率，作为本发明的一种优选实施方式，该修正反馈控制方程的步骤可以仅在实际气体压力值P接近目标压力S.P.后进行，具体地，如图3所示，该压力控制方法具体包括：
步骤S1、获取反应腔室1的实际气体压力值P；
步骤S2、在实际气体压力值P与目标压力之间差值ΔP的绝对值|ΔP|大于或等于预设阈值时，基于初始反馈控制方程(并根据差值ΔP)调节压力调节阀3的开度，使实际气体压力值P趋近目标压力；
步骤S3、在实际气体压力值P与目标压力之间差值ΔP的绝对值|ΔP|小于预设阈值且实际气体压力值P未达到目标压力时，根据修正后的反馈控制方程计算压力调节阀3的开度调节量，并根据开度调节量调节压力调节阀3的开度，直至实际气体压力值P达到目标压力；
步骤S4、在实际气体压力值P达到目标压力后，继续基于初始反馈控制方程调节压力调节阀3的开度。
在本发明实施例中，控制器5在实际气体压力值P与目标压力S.P.之间差值ΔP的绝对值|ΔP|缩小至预设阈值后，再将迟滞转换系数τn(VP)与初始反馈控制方程的系数相乘，得到修正后的反馈控制方程，并根据修正后的反馈控制方程计算压力调节阀3的开度调节量，从而在实际气体压力值P与目标压力S.P.差距较大(|ΔP|大于预设阈值)时仍采用初始反馈控制方程，对流体流量进行高效调节，在实际气体压力值P即将达到目标压力S.P.时使控制器5对压力调节阀3的开度进行反向调节，避免发生压力过冲，进而在保证反应腔室压力调节效率的同时，提高反应腔室的压力稳定性。
为保证反应腔室的压力调节效率，预设阈值不应设置得过大，例如，作为本发明的一种可选实施方式，预设阈值可以为目标压力的0.5～1％，即0.5～1％S.P.。
例如，预设阈值取1％，则在实际气体压力值P与目标压力S.P.之间差值ΔP的绝对值|ΔP|大于预设阈值1％S.P.的时段内基于初始反馈控制方程对压力调节阀3的开度进行反馈调节，使实际气体压力值P快速接近目标压力S.P.，在实际气体压力值P与目标压力S.P.之间差值ΔP的绝对值|ΔP|缩小至1％S.P.后，采用修正后的反馈控制方程对压力调节阀3的开度进行反向调节，使实际气体压力值P的变化速率快速趋近于零，从而避免过冲。
作为本发明的一种可选实施方式，压力调节阀3包括步进电机与活塞阀，活塞阀设置在相应的进气管路或出气管路上，步进电机的输出轴与活塞阀的活塞连接，控制器5用于在每一控制周期中计算出压力调节阀3的开度调节量后，将与开度调节量对应的控制信号发送至步进电机，以使步进电机将活塞由活塞阀的套筒内抽出或者将活塞推入套筒中，以使活塞阀(压力调节阀3)的开度增大或减小。
作为本发明的一种优选实施方式，步进电机的输出轴通过弹性件(例如弹簧)与活塞阀的活塞连接。弹性件具有伸缩性，从而在弹簧的弹力作用下，可实现在系统对压力变化率VP的控制能力较差甚至无控制的情况下进行自动缓冲调节，降低过冲的影响。
在本发明的其他实施例中，压力调节阀3也可采用步进电机带动其他类型阀门的结构，例如，蝶阀、针阀、球阀等结构。
作为本发明的一种可选实施方式，如图4所示，压力调节阀3对应的排气管路(或进气管路)上还设置有压力检测模块2，用于检测排气管路(或进气管路)中的气体压力得到气压模拟信号。控制器5用于根据气压模拟信号(进行模数转换)实时确定实际气体压力值P，并根据实际气体压力值P实时确定实际气体压力值P的变化速率VP。
作为本发明的一种可选实施方式，压力检测模块2可以为真空压力规，通过真空压力规直接测量反应腔室内的压力得到实际气体压力值P。
作为本发明的一种可选实施方式，实际气体压力值P达到目标压力的判定条件为：实际气体压力值P与目标压力一致，即在压力检测模块2检测到的实际气体压力值P与目标压力相等时，则认为实际气体压力值P已增大至目标压力或缩小至目标压力。
为便于技术人员理解，以下提供采用本发明实施例提供的压力控制方法对反应腔室1的气路前端开度(即排气管路上压力调节阀3的开度)进行调节的两种情况的原理解析：
当初始的实际气体压力值P低于目标压力S.P.(且差值ΔP的绝对值|ΔP|大于预设阈值)时，先基于初始反馈控制方程调节压力调节阀3的开度，即根据实际气体压力值P与目标压力之间的差值ΔP大小确定每一控制周期对应的压力调节阀3的开度调节量，并对压力调节阀3的开度进行周期性调节，控制压力调节阀3的开度减小，使实际气体压力值P快速升高以趋近于目标压力；
当实际气体压力值P升高至足够接近目标压力S.P.(即|ΔP|缩小至小于预设阈值)时，控制器5根据实际气体压力值P实时确定迟滞转换系数τn(VP)并在每一控制周期中基于修正后的反馈控制方程对压力调节阀3的开度进行反向调节，使压力调节阀3的开度增大，实际气体压力值P的升高速率越大(即压力变化率VP的绝对值|VP|越大)，则控制压力调节阀3打开的反向调节量越大，从而快速降低实际气体压力值P的上升速率，使实际气体压力值P的变化曲线(压力-时间曲线)逐渐趋于平缓。在反应腔室1中的气体压力升高至压力检测模块2检测到的实际气体压力值P与目标压力相等时，则认为实际气体压力值P已增大至目标压力，重新基于初始反馈控制方程对压力调节阀3的开度进行反馈调节，以将实际气体压力值P保持在目标压力。
同理，当初始的实际气体压力值P高于目标压力S.P.(且差值ΔP的绝对值|ΔP|大于预设阈值)时，先基于初始反馈控制方程调节压力调节阀3的开度，即根据实际气体压力值P与目标压力之间的差值ΔP大小确定每一控制周期对应的压力调节阀3的开度调节量，并对压力调节阀3的开度进行周期性调节，控制压力调节阀3的开度增大，使实际气体压力值P快速降低以趋近于目标压力；
当实际气体压力值P降低至足够接近目标压力S.P.(即|ΔP|缩小至小于预设阈值)时，控制器5根据实际气体压力值P实时确定迟滞转换系数τn(VP)并在每一控制周期中基于修正后的反馈控制方程对压力调节阀3的开度进行反向调节，使压力调节阀3的开度减小，实际气体压力值P的降低速率越大(即压力变化率VP的绝对值|VP|越大)，则控制压力调节阀3关闭的反向调节量越大，从而快速降低实际气体压力值P的下降速率，使实际气体压力值P的变化曲线逐渐趋于平缓。在反应腔室1中的气体压力降低至压力检测模块2检测到的实际气体压力值P与目标压力相等时，则认为实际气体压力值P已减小至目标压力，重新基于初始反馈控制方程对压力调节阀3的开度进行反馈调节，以将实际气体压力值P保持在目标压力。
采用本发明实施例提供的压力控制方法对反应腔室1的气路后端开度(即进气管路上压力调节阀3的开度)进行调节的原理与之相似，此处不再赘述。
作为本发明的一种可选实施方式，如图5所示，步骤S3中根据压力变化率VP确定与其对应的迟滞转换系数τn(VP)的步骤具体包括：
步骤S301、根据压力变化率VP计算迟滞性系数K(VP)；
步骤S302、将迟滞性系数K(VP)与预设系数相乘，得到迟滞转换系数τn(VP)；
其中，迟滞性系数K(VP)小于0，且迟滞性系数K(VP)的绝对值随着压力变化率VP的绝对值由1至0逐渐变化，预设系数为正数。即，压力变化率VP的绝对值|VP|越大，则比例项的系数越接近初始比例系数与预设系数的乘积，压力变化率VP的绝对值|VP|越小，则比例项的系数越接近零。
作为本发明的一种可选实施方式，预设系数可以为实际气体压力值P与目标压力之间差值ΔP的绝对值|ΔP|达到预设阈值时的压力变化率VP。也就是说，选取进行反向调节的步骤S3的开始时刻对应的压力变化率VP(即反向调节过程中绝对值最大的压力变化率VP)作为预设系数。
为进一步优化对压力变化率VP的反向调节效果，作为本发明的一种优选实施方式，如图6所示，步骤S3中根据压力变化率VP确定与其对应的迟滞转换系数τn(VP)的步骤具体包括：
步骤S31、根据压力变化率VP计算迟滞性系数K(VP)和压力变化率VP的一阶导数值(即，d(VP)/dt)；
步骤S32、将迟滞性系数与压力变化率VP的一阶导数值的绝对值相乘，得到迟滞转换系数τn(VP)，即，τn(VP)＝K(VP)*|d(VP)/dt|；
其中，迟滞性系数K(VP)小于0，且迟滞性系数K(VP)的绝对值随着压力变化率VP的绝对值由1至0逐渐变化。在步骤S3中随着反向调节的持续，压力变化率VP趋近于0的同时压力变化率VP的一阶导数值d(VP)/dt也随之逐渐趋近于零，因此本发明实施例中将迟滞性系数K(VP)与压力变化率VP的一阶导数值d(VP)/dt相乘，以加强通过迟滞转换系数τn(VP)修正反馈控制方程后对压力变化率VP的反向调节效果。
作为本发明的一种可选实施方式，迟滞性系数K(VP)为关于压力变化率VP的线性函数。
为提高确定迟滞转换系数τn(VP)的效率，作为本发明的一种优选实施方式，步骤S3中根据压力变化率VP确定与其对应的迟滞转换系数τn(VP)的步骤具体包括：
基于预存的对照表，选取与压力变化率VP对应的迟滞转换系数τn(VP)。
需要说明的是，不同的压力控制系统的迟滞特性(以预定流量向反应腔室1中通入气体或以预定流量由反应腔室1中排出气体时，反应腔室1中气体压力的变化速率。即，VP＝dp/dt，其中p表示反应腔室1中气体的实时压力，t表示时间)不同，例如，如图2所示为不同的压力控制系统在相同进气流量F下气体压力发生变化对应的压力-时间曲线(即迟滞曲线)的示意图。不同的压力系统，即使进气流量相同，其腔体体积、厂务排气能力等参数之间仍存在差异，便导致这些系统的压力状态之间也产生差异，充气过程中，腔体较大的系统，压力上升的就慢(例如Sn等右侧曲线对应的压力控制系统与S1等左侧曲线对应的压力控制系统相比)，腔体小的系统，压力上升的就快(例如S1等左侧曲线对应的压力控制系统与Sn等右侧曲线对应的压力控制系统相比)。
因此，需要对每个压力控制系统单独进行实验确定其对应的对照表。具体地，作为本发明的一种可选实施方式，对照表的建立方法包括：
步骤S10、基于不同的压力控制系统，通过调节气体压力或者气体流量，获取不同的压力变化率VP；
步骤S20、调节迟滞转换系数τn(VP)，以使实际气体压力值P在目标时间内达到目标压力值；
步骤S30、记录不同压力变化率VP所对应的迟滞转换系数τn(VP)，以形成每个压力控制系统对应的对照表。
作为本发明的第二个方面，提供一种反应腔室的压力控制装置，如图1所示，该压力控制装置包括压力检测模块2、压力输入模块6、压力调节阀3和控制器5，压力检测模块2与所述压力调节阀3用于设置在所述反应腔室1的进气管路或排气管路上(压力调节阀3设置在排气管路上时压力检测模块2需位于压力调节阀3的上游，压力调节阀3设置在进气管路上时压力检测模块2需位于压力调节阀3的下游，以确保实际气体压力值P的精确性)，所述压力输入模块6用于响应于用户输入操作，向所述控制器5提供目标压力；所述控制器5用于通过所述压力检测模块2获取所述反应腔室1的实际气体压力值P，并基于本发明实施例提供的压力控制方法调节压力调节阀3的开度。
在本发明提供的压力控制装置中，控制器5能够根据实际气体压力值P的压力变化率VP，确定与其对应的迟滞转换系数τn(VP)，将迟滞转换系数τn(VP)与初始反馈控制方程的系数相乘，得到修正后的反馈控制方程，并根据修正后的反馈控制方程计算压力调节阀3的开度调节量，直至实际气体压力值P达到目标压力，从而在实际气体压力值P即将达到目标压力S.P.前使控制器5对压力调节阀3的开度进行反向调节，进而避免发生压力过冲，提高反应腔室的压力稳定性。
作为本发明的一种可选实施方式，如图4所示，控制器5包括阀开度调节模块55和迟滞补偿控制策略模块56，迟滞补偿控制策略模块56用于根据实际气体压力值P确定压力变化率VP，并根据压力变化率VP实时确定迟滞转换系数τn(VP)，即执行步骤S3；阀开度调节模块55用于将迟滞转换系数τn(VP)与初始反馈控制方程中的比例项相乘，得到修正后的反馈控制方程，以及根据实际气体压力值P与目标压力之间的差值ΔP以及修正后的反馈控制方程，计算压力调节阀3的开度调节量，并根据开度调节量调节压力调节阀3的开度，即执行步骤S4。
作为本发明的一种可选实施方式，压力检测模块2用于检测排气管路(或进气管路)中的实际气体压力值得到气压模拟信号(即，实际气体压力值P以模拟量形式发送至)，如图4所示，控制器5还包括压力计算模块51和实时压力变化率计算模块52，压力计算模块51用于根据气压模拟信号(进行模数转换)实时确定实际气体压力值P，实时压力变化率计算模块52用于根据压力计算模块51确定的实际气体压力值P实时确定实际气体压力值P的变化速率dP/dt(具体为将实际气体压力值P在预设时间Δt前后的差值与预设时间Δt相除，得到预设时间Δt内实际气体压力值P的变化速率dP/dt)，即压力变化率VP。
作为本发明的一种可选实施方式，压力检测模块2可以为真空压力规，通过真空压力规直接测量反应腔室内的压力得到该实际气体压力值P(并生成相应的模拟量信号)。
可选地，反应腔室1的排气管路上位于压力调节阀3的下游位置还设置有真空发生器4，用于提供负压并调节下游的气体抽力，以辅助压力控制系统正常工作。
上述方案为绝对式控压方案，即真空压力规直接测量反应腔室内的压力，压力计算模块1进行模数转换确定实际气体压力值P。在本发明的其他实施例中，该控制器5也可以兼容相对式控压方案，即，压力检测模块2测量反应腔室内压力与大气压之间的差值，并就该差值进行后续计算。
作为本发明的一种可选实施方式，如图4所示，控制器5还包括压力设定接收模块53，用于接收目标压力。
具体地，如图1所示，控制器5通过压力设定接收模块53与压力输入模块6连接，由用户通过压力输入模块6(例如可以是键盘等输入装置)进行目标压力的输入设定，再由压力输入模块6将目标压力传输至压力设定接收模块53，以便用户能够根据工艺流程适宜地改变目标压力。
可选地，如图4所示，控制器5还包括控制系数部分54，用于存储初始反馈控制方程的参数，例如，在初始反馈控制方程为比例积分微分控制方程时，控制系数部分54可用于存储该比例积分微分控制方程的比例系数、积分系数和微分系数，以便阀开度调节模块55调取。
作为本发明的第三个方面，提供一种半导体工艺设备，包括反应腔室1和压力控制装置，其中，该压力控制装置为本发明实施例提供的反应腔室的压力控制装置。
在本发明提供的半导体工艺设备中，控制器5能够根据实际气体压力值P的压力变化率VP，确定与其对应的迟滞转换系数τn(VP)，将迟滞转换系数τn(VP)与初始反馈控制方程的系数相乘，得到修正后的反馈控制方程，并根据修正后的反馈控制方程计算压力调节阀3的开度调节量，直至实际气体压力值P达到目标压力，从而在实际气体压力值P即将达到目标压力S.P.前使控制器5对压力调节阀3的开度进行反向调节，进而避免发生压力过冲，提高反应腔室的压力稳定性。
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 (11)

1.一种反应腔室的压力控制方法，所述反应腔室的进气管路或排气管路上设置有压力调节阀，其特征在于，所述方法包括：
获取所述反应腔室的实际气体压力值；
实时计算在预设时间内所述实际气体压力值的压力变化率，并根据所述压力变化率，确定与其对应的迟滞转换系数，所述迟滞转换系数为负数且所述迟滞转换系数的绝对值大小与所述压力变化率的绝对值大小成正相关；
将所述迟滞转换系数与所述初始反馈控制方程的系数相乘，得到修正后的反馈控制方程，根据所述修正后的反馈控制方程计算所述压力调节阀的开度调节量，并根据所述开度调节量调节所述压力调节阀的开度，直至所述实际气体压力值达到所述目标压力。
2.根据权利要求1所述的反应腔室的压力控制方法，其特征在于，所述方法具体包括：
获取所述反应腔室的实际气体压力值；
在所述实际气体压力值与所述目标压力之间差值的绝对值大于或等于预设阈值时，基于初始反馈控制方程调节所述压力调节阀的开度，使所述实际气体压力值趋近所述目标压力；
在所述实际气体压力值与目标压力之间差值的绝对值小于所述预设阈值且所述实际气体压力值未达到所述目标压力时，根据所述修正后的反馈控制方程计算所述压力调节阀的开度调节量；
在所述实际气体压力值达到所述目标压力后，继续基于所述初始反馈控制方程调节所述压力调节阀的开度。
3.根据权利要求1所述的反应腔室的压力控制方法，其特征在于，所述根据所述压力变化率，确定与其对应的迟滞转换系数，包括：
根据所述压力变化率计算迟滞性系数；
将所述迟滞性系数与预设系数相乘，得到所述迟滞转换系数；
其中，所述迟滞性系数小于0，且所述迟滞性系数的绝对值随着所述压力变化率的绝对值由1至0逐渐变化，所述预设系数为正数。
4.根据权利要求1所述的反应腔室的压力控制方法，其特征在于，所述根据所述压力变化率，确定与其对应的迟滞转换系数，包括：
根据所述压力变化率计算迟滞性系数和所述压力变化率的一阶导数值；
将所述迟滞性系数与所述压力变化率的一阶导数值的绝对值相乘，得到所述迟滞转换系数；
其中，所述迟滞性系数小于0，且所述迟滞性系数的绝对值随着所述压力变化率的绝对值由1至0逐渐变化。
5.根据权利要求4所述的反应腔室的压力控制方法，其特征在于，所述迟滞性系数为关于所述压力变化率的线性函数。
6.根据权利要求1所述的反应腔室的压力控制方法，其特征在于，所述根据所述压力变化率，确定与其对应的迟滞转换系数，包括：
基于预存的对照表，选取与所述压力变化率对应的所述迟滞转换系数。
7.根据权利要求6所述的反应腔室的压力控制方法，其特征在于，所述对照表的建立方法包括：
基于不同的压力控制系统，通过调节气体压力或者气体流量，获取不同的压力变化率；
调节所述迟滞转换系数，以使实际气体压力值在目标时间内达到目标压力值；
记录不同压力变化率所对应的所述迟滞转换系数，以形成每个所述压力控制系统对应的所述对照表。
8.根据权利要求1所述的反应腔室的压力控制方法，其特征在于，所述初始反馈控制方程为比例积分微分控制方程，所述迟滞转换系数与所述初始反馈控制方程的比例项系数相乘，得到所述修正后的反馈控制方程。
9.根据权利要求2所述的反应腔室的压力控制方法，其特征在于，所述预设阈值为目标压力的0.5～1％。
10.一种反应腔室的压力控制装置，其特征在于，所述压力控制装置包括压力检测模块、压力输入模块、压力调节阀和控制器，所述压力检测模块与所述压力调节阀用于设置在所述反应腔室的进气管路或排气管路上，所述压力输入模块用于响应于用户输入操作，向所述控制器提供目标压力；所述控制器用于通过所述压力检测模块获取所述反应腔室的实际气体压力值，并基于权利要求1至9中任意一项所述的反应腔室的压力控制方法调节所述压力调节阀的开度。
11.一种半导体工艺设备，包括反应腔室和压力控制装置，其特征在于，所述压力控制装置为权利要求10所述的反应腔室的压力控制装置。
CN202210319844.7A 2022-03-29 2022-03-29 反应腔室的压力控制方法、装置和半导体工艺设备 Pending CN114706431A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210319844.7A CN114706431A (zh) 2022-03-29 2022-03-29 反应腔室的压力控制方法、装置和半导体工艺设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210319844.7A CN114706431A (zh) 2022-03-29 2022-03-29 反应腔室的压力控制方法、装置和半导体工艺设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114706431A true CN114706431A (zh) 2022-07-05

Family

ID=82169893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210319844.7A Pending CN114706431A (zh) 2022-03-29 2022-03-29 反应腔室的压力控制方法、装置和半导体工艺设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114706431A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115826636A (zh) * 2023-02-16 2023-03-21 广州志橙半导体有限公司 一种cvd设备的压力控制方法及系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115826636A (zh) * 2023-02-16 2023-03-21 广州志橙半导体有限公司 一种cvd设备的压力控制方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI719807B (zh) 腔室壓力控制方法及裝置、半導體設備
US8033801B2 (en) Liquid chemical supply system and liquid chemical supply control device
US10256488B2 (en) Fuel cell system and control method of the same
EP1196833B1 (en) System and method for a variable gain proportional-integral (pi) controller
JP5111519B2 (ja) 真空容器の圧力制御方法および圧力制御装置
CN110307388B (zh) 目标开度推断器以及压力调整真空阀
CN112272809A (zh) 流量控制方法以及流量控制装置
CN113110632B (zh) 压力控制方法、压力控制装置及半导体工艺设备
CN114706431A (zh) 反应腔室的压力控制方法、装置和半导体工艺设备
EP4350465A1 (en) Mass flow controller and flow control method therefor
CN113324605A (zh) 气体质量流量控制器和气体质量流量控制方法
WO2023231914A1 (zh) 压力控制方法、装置及半导体工艺设备
CN111609200A (zh) 阀控制装置以及真空阀
WO2016042589A1 (ja) 制御装置
JP4778549B2 (ja) 真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラム
US20210111004A1 (en) Flow rate controller, gas supply system, and flow rate control method
JP5118216B2 (ja) 真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラム
JP2008069787A (ja) 真空圧力制御システム
CN114370521B (zh) 一种电比例溢流阀滞环补偿控制方法及其系统
WO2019095780A1 (zh) 一种动车组开关型电空阀控制方法及装置
JP2002297244A (ja) 反応室の圧力制御方法および装置
JP2008248395A (ja) プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の調圧方法
US11326914B2 (en) Flow rate measurement apparatus and method for more accurately measuring gas flow to a substrate processing system
JP4095733B2 (ja) 真空圧力制御システム
JP3935924B2 (ja) プロセスチャンバ内真空圧力制御システム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination