[发明专利]气体浓度控制装置、系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺气体浓度控制领域，特别涉及气度浓度控制装置、系统和方法。

背景技术

硅片是一种重要的半导体材料，它的加工工艺，特别是外延工艺，随着硅片直径增大，集成电路的结构越来越复杂，器件的性能要求越来越高，硅外延片在硅材料中的比重越来越大，同时对其参数的要求也进一步提高。其中外延层厚度是一个关键参数，因而必须精确控制。例如，控制外延层厚度以保证埋层的外扩散和自掺杂不会消耗外延层，另外，一些双极型器件的参数，如击穿电压、结电容、晶体管增益和交流特性，都取决于外延层厚度。根据Grove外延膜生长模型，外延膜的生长速率正比于气体中反应物的摩尔分数，因而精确控制控制源气体浓度就至关重要。目前的外延工艺多数采用粗略控制，或者是采用液体气相控制器（LVC）作为气体浓度控制器件。但是，这些控制方法的稳定性，均匀性和可重复性差，其控制效果会随着工艺条件的不同而产生波动，从而降低外延片的成品率。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是设计一种控制精度高、使用范围广泛的气体浓度控制装置、系统及其控制方法，以克服现有技术的不足。

（二）技术方案

一种气体浓度控制装置，所述装置包括：

进口气路单元，用于控制、过滤、调节以及显示进口气体压力，并将处理后的气体送入源瓶；

源瓶，用于存放源气体；

出口气路单元，用于控制以及显示出口气体压力，并将源瓶出口的混合气体送入气体浓度检测单元；

气体浓度检测单元，用于检测气体的携带源浓度，并将混合气体通过流量控制单元；

流量控制单元，用于控制混合气体流量，并将混合气体通入工艺腔室。

其中，所述进口气路单元中，依次连接有单向阀，手动阀，过滤器，调压阀，压力表及其显示单元，气动阀。

其中，所述出口气路单元中，依次连接有压力表及其显示单元，手动阀。

其中，所述气体浓度检测单元为气体浓度传感器。

其中，所述流量控制单元为质量流量控制器。

一种基于装置的控制系统，所述系统包括：

上位机，用于将流量初始设定值以及斜率发送至与其相连的PLC，并接收由PLC传送的实际流量反馈值；

PLC，通过网络与上位机通讯以传输数据，并将接收到的上位机数据经过解析运算后发送至流量控制模块，并接收由流量控制模块传送的实际流量反馈值；

流量控制模块，用于接收PLC发送的流量数据，并控制阀门开度控制气体流量；

气体浓度检测模块，用于检测流量控制模块输出的气体浓度，并将浓度值传送至与其相连的气体浓度控制模块；

气体浓度控制模块，用于对气体浓度检测模块传送的浓度值以及设定的目标浓度值进行解析运算，从而对流量控制模块的输出值进行动态闭环调整。

其中，所述PLC包括：

转换单元，用于将所述上位机数据转换为所述流量控制模块可接收的信号；

同时，将所述流量控制单元反馈的信号转换为所述上位机可接收的信号。

其中，所述流量控制模块为质量流量控制器。

其中，所述气体浓度检测模块为气体浓度传感器。

其中，所述气体浓度控制模块为气体浓度控制器。

一种基于系统的DEVICENET控制方法，所述方法包括如下步骤：

S11．系统初始化，并设定目标浓度值；

S12．上位机将流量控制模块的初始设定值以及斜率发送至PLC；

S13．PLC将接收到的上位机数据经过运算后发送至流量控制模块；

S14．流量控制模块接收PLC发送的流量值，并控制阀门开度控制气体流量；

S15．气体浓度检测模块根据流量控制模块的输出，来检测气体浓度，并将浓度值传送至气体浓度控制模块；

S16．气体浓度控制模块根据实际浓度值与目标浓度值计算出调整倍数，并将调整倍数发送至PLC；

S17．PLC根据流量控制模块的流量反馈值以及调整倍数计算出流量控制模块新的设定值，并经过解析运算将新的设定值发送至流量控制模块；

S18．流量控制模块接收PLC发送的新设定值，并控制阀门开度控制气体流量。

其中，所述步骤S11系统初始化的内容包括：连接上下位机通讯，配置数据库，并在系统上电时将所有设定值以及斜率清零。

其中，所述步骤S13中运算的方法为移位和/或等解析。

一种基于系统的模拟量控制方法，所述方法包括如下步骤：