[发明专利]一种周期单脉冲控制单晶炉软轴提拉系统非周期摆动方法

说明书

本发明公开了一种周期单脉冲控制单晶炉软轴提拉系统非周期摆动方法，步骤包括：步骤1、构建晶体生长软轴提拉系统的动力学模型；步骤2、构建周期单脉冲控制器；外部唯一可以操作的变量是晶转速度Ω，选择脉冲控制能够减少对平均转速的影响，也就是减小对工艺参数的影响；步骤3、确定周期单脉冲控制器的参数选择范围。本发明的方法，可以抑制软轴系统在晶体生长中出现的非周期运动，使摆动处于周期状态；无需状态反馈，控制器设置简单，控制间歇加入，对转速扰动小，控制器能效高。

技术领域

本发明属于半导体制备装置控制技术领域，涉及一种周期单脉冲控制单晶炉软轴提拉系统非周期摆动方法。

背景技术

单晶硅是制造电子集成电路的关键性材料，在现代工业领域中占有重要地位。工业上通常采用直拉式单晶炉作为制备单晶硅的设备，其中，单晶炉软轴提拉系统控制单晶硅棒生长时的旋转运动和提升运动，是晶体生长过程控制的关键子系统。为了生产出高质量的单晶硅，要求晶体的旋转和提升运动平稳。近年来，半导体晶体直径朝着大型化的方向发展，单晶硅棒的直径从6英寸发展到12英寸，单晶炉的炉体也逐渐增高，软轴提拉系统的软轴长度随之增加，晶体生长所要求的晶转频率和软轴提拉系统的固有频率相耦合，加之由单晶炉制造装备误差导致的系统偏心，给软轴提拉系统带来了外部扰动，使晶体生长过程中单晶硅棒出现非周期摆动的问题，对晶体的生长造成极大的危害，使生产出的单晶硅内部缺陷增加的可能性增大。因此，抑制软轴提拉系统的非周期摆动十分重要。

解决晶体生长过程中单晶硅棒非周期摆动的传统工程方法是，一方面提高加工装配精度，减小偏心；另一方面，工程人员观察晶体摆动时通过手动调节避免这些晶转速度设定。目前，大尺寸晶体制备要求设备的稳定性，可靠性，以及更高的自动化程度。传统的人工调节方法已无法满足要求。软轴提拉系统的非周期摆动是一个典型的非线性问题，通过非线性动力学分析及控制方法解决该问题，对制造大尺寸单晶硅具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种周期单脉冲控制单晶炉软轴提拉系统非周期摆动方法，解决现有技术中的软轴提拉系统非周期摆动的问题。

本发明采用的技术方案是，一种周期单脉冲控制单晶炉软轴提拉系统非周期摆动方法，按照以下步骤具体实施：

步骤1、构建晶体生长软轴提拉系统的动力学模型；

步骤2、构建周期单脉冲控制器，

外部扰动的幅值与软轴提拉系统偏心距有关，软轴提拉系统阻尼由固液接触点决定，系统的偏心和阻尼参数都未知，也无法通过外部操作；外部唯一可以操作的变量是晶转速度Ω，选择脉冲控制能够减少对平均转速的影响，也就是减小对工艺参数的影响；

步骤3、确定周期单脉冲控制器的参数选择范围。

本发明的有益效果是，包括以下两个方面：1)周期单脉冲控制方法可以抑制软轴系统在晶体生长中出现的非周期运动，使摆动处于周期状态，减小无序摆动；2)脉冲控制无需状态反馈，控制器设置简单，控制量间歇作用，对转速扰动小。

附图说明

图1是本发明方法控制对象的单晶炉及软轴提拉系统的结构示意图；

图2是本发明方法构建软轴提拉系统模型示意图；

图3是本发明方法采用周期单脉冲控制方式的原理框图；

图4是本发明方法控制参数选择区域示意图；

图5是未施加控制的处于非周期运动时的系统状态变量时序图

图6是与图5对应的处于非周期运动时系统的相图；

图7是控制参数为(Δ,κ)＝(0.57,-0.93)时，本发明方法对软轴提拉系统实施周期单脉冲控制后的系统状态变量时序图；

图8是与图7对应的受控系统稳态周期运动的系统相图；