[发明专利]一种用于碳化硅外延工艺的蝶阀智能控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于碳化硅外延工艺的蝶阀智能控制方法及系统，此方法包括步骤：S01、获取历史工艺数据中相同工艺条件下的蝶阀开度历史数据；S02、基于蝶阀开度历史数据变化趋势，预测当前工艺状态下蝶阀开度趋势数据；S03、基于蝶阀开度趋势数据，在压力处于预设阈值范围内时，按照预定周期对蝶阀开度实施调节，实现蝶阀开度的低频次智能控制；S04、在压力超出预设阈值时，立即切换进入正常压力控制模式，待压力稳定后再重复S01～S03。本发明的蝶阀开关频次低，能够降低密封圈等蝶阀相关配件的成本消耗，提高设备的维护周期。

技术领域

本发明主要涉及及碳化硅材料制备领域，具体涉及一种用于碳化硅外延工艺的蝶阀智能控制方法及系统。

背景技术

SiC器件向大尺寸、超高压、大电流方向的发展对外延层制备技术提出极大挑战，包括超厚外延层生长、大尺寸高均匀性等方面。众多研究表明，外延层的生长质量与压力控制密不可分。压力是外延生长工艺中最重要参数之一，它的稳定与否直接影响着外延生长层的质量，业内通常采用蝶阀对压力实现快速与精确的控制。然而，由于外延工艺具有高温、强腐蚀以及高流速气体等特点，导致蝶阀密封圈容易损坏，维护周期较短(大约1000um)，这极大的制约了外延设备的正常使用。蝶阀对压力的控制通常采用压力控制模式，即由蝶阀控制器进行自动PID调节碟阀开度来实现，本专利申请人发现，在稳定状态时，压力调节模式下的开关动作是频繁的，但调节幅度很小，而频繁的开度调节往往导致使用寿命的较快损耗(如密封圈损坏)，而其动作频繁的原因在于：

由于外延工艺具有高温、强腐蚀以及高流速气体等特殊性，导致腔室内的压力值从始至终都处于高频波动变化状态。蝶阀(与工艺泵的配合)是使腔室内压力保持稳定的唯一控制装置，为了保持压力稳定，蝶阀需保持较高频次(低幅度)的开度切换，来使腔室压力实现相对稳定。故调节过程中，蝶阀的阀片与密封圈之间处于高频次的磨损接触状态，从而导致密封圈需在较短周期内定期更换。

另外，本专利申请人在实现本发明的过程中也发现，由于外延工艺过程具有工艺参数相对恒定的特点，工艺参数(如气体流量)在一定范围内具有重复性，同时，蝶阀开度值在趋势上有一定规律性，下面进行简要分析：

(1)工艺过程简述：蝶阀始终运行于压力控制模式。以外延工艺开始时刻记为时刻Z0。在时刻Z0，腔室内开始通入固定流量的气体a、气体b和气体c，由于腔室内气体流量发生变化，导致蝶阀进行大幅度的开关动作切换；腔室压力值达到相对稳定后，在时刻0，蝶阀开始保持高频且低幅度的开度调节，从而维持压力稳定，在时刻100s，腔室内停止通入气体a、气体b和气体c，此时工艺结束。

上述工艺过程，在实际应用中将重复进行50次以上，每次工艺过程中，设备可准确记录每个时刻的压力值、蝶阀开度值、工艺参数等数据，并将其保存在数据库中，可供数据挖掘和筛选使用。

(2)蝶阀开度值的规律性：

如图1所示，横坐标是时间，纵坐标为开度值，工艺批次A中，蝶阀开度值平均在20％，经过多个批次工艺后，由于蝶阀密封圈的磨损，为维持相同压力，蝶阀需更大开度，表现在工艺批次B中，蝶阀的开度值平均在30％。同理，又经过多次工艺后，在工艺批次C中，蝶阀的开度值达到40％。因此，在连续的、重复的工艺过程中，蝶阀的开度值具有逐渐增大的趋势。需注意的是，密封圈的磨损程度超出临界值后，蝶阀的开度调节无法使压力稳定在目标值，此时压力控制模式失效，需更换密封圈。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种低频次调节的用于碳化硅外延工艺的蝶阀智能控制方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于碳化硅外延工艺的蝶阀智能控制方法，包括步骤：

S01、获取历史工艺数据中相同工艺条件下的蝶阀开度历史数据；

S02、基于蝶阀开度历史数据，预测当前工艺状态下蝶阀开度趋势数据；