專利名稱：制程反應室的定壓控制方法及其調(diào)壓閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制程反應室控制方法及其調(diào)壓閥，且特別涉及定壓的制程反應室控制方法及其調(diào)壓閥。
背景技術：
半導體的制造過程中，很多的制程都需要通入制程氣體，而且需要在制造的過程中維持固定的壓力，舉例應用反應式離子蝕刻法，蝕刻二氧化硅層，需通入的反應氣體包含CHF3與CF4，并維持固定的壓力。
然而，半導體制造的過程中通常會有許多讓壓力變化的因素，例如上述的反應式離子蝕刻法，CHF3與CF4可能會和二氧化硅層產(chǎn)生反應，可能會造成氣體體積的變化，而使壓力產(chǎn)生變化；或當電漿激活時，壓力產(chǎn)生變化。
請參照圖1A和圖1B，其分別繪示現(xiàn)有節(jié)流閥(throttle valve)和鐘擺閥(pendulum valve)的示意圖?，F(xiàn)有選擇調(diào)壓閥的方式不外乎選擇適合管徑、流量和壓力的調(diào)壓閥。在制程開始時，比例-積分-微分控制器(以下稱PID控制器)的控制器通過調(diào)壓閥來控制制程到達穩(wěn)定的壓力。
參照圖2，其為制程壓力經(jīng)PID的控制器下壓力和時間的關系圖。從圖2中可以得知壓力的控制需要經(jīng)過一段時間才能到達穩(wěn)定的狀態(tài)，例如圖中花了4秒才到達穩(wěn)定的狀態(tài)。如果制程的壓力發(fā)生變化時，需要再花4秒重新作壓力的控制，才能到達穩(wěn)定的狀態(tài)。倘若制程從開始到結束只要6秒，其中4秒處于壓力不穩(wěn)定狀態(tài)。這對制程品質(zhì)的影響很大，所以需要本發(fā)明的控制方法，來減少控制的時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種定壓控制方法，應用于半導體制程反應室。
本發(fā)明提出一種制程反應室的定壓控制方法，通過一PID控制器控制第一調(diào)壓閥和至少一個第二調(diào)壓閥，對制程反應室執(zhí)行第一預定壓力控制，且第一調(diào)壓閥的反應時間比第二調(diào)壓閥的反應時間較長，該定壓控制方法敘述如下(a)第一調(diào)壓閥提供該制程反應室第二預定壓力；(b)第二調(diào)壓閥對制程反應室執(zhí)行壓力的控制，將壓力由第二預定壓力調(diào)整至第一預定壓力。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種兩段式自動控制方法，應用于壓力的控制。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提出一種兩段式自動控制方法，通過一比例-積分-微分控制器(以下稱PID控制器)控制第一調(diào)壓閥和第二調(diào)壓閥，對一共同空間執(zhí)行壓力的控制，且第一調(diào)壓閥的反應時間比第二調(diào)壓閥的反應時間較長，此兩段式自動控制方法敘述如下。首先，步驟(a)PID控制器通過第一調(diào)壓閥，對共同空間執(zhí)行壓力的控制；接著，步驟(b)PID控制器通過第二調(diào)壓閥，對共同空間執(zhí)行壓力的控制。其中步驟(a)和步驟(b)不同時執(zhí)行。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種調(diào)壓閥，應用于制程反應室中穩(wěn)定壓力。
本發(fā)明提出一種用于制程反應室定壓的調(diào)壓閥，其連接一制程反應室與一泵，通過與該泵共同運作，來穩(wěn)定該制程反應室的壓力，其特征在于該調(diào)壓閥至少包含至少兩個設于該調(diào)壓閥內(nèi)的閥門單位；以及一多段式PID控制裝置，其通過控制該至少兩個閥門單位，實現(xiàn)對該制程反應室的壓力控制。
由上述可知，應用本發(fā)明的控制方法，可以選擇反應時間較短的閥門，來減少控制壓力穩(wěn)定的時間。


圖1A是現(xiàn)有節(jié)流閥(throttle valve)的示意圖；圖1B是現(xiàn)有鐘擺閥(pendulum valve)的示意圖；圖2是制程壓力經(jīng)PID的控制器下“壓力vs.時間”的關系圖；圖3A是依照本發(fā)明一較佳實施例的一種調(diào)壓閥圖的示意圖；圖3B是依照本發(fā)明一較佳實施例閥門TV1和TV2壓力穩(wěn)定的時間比較圖；圖4A是只用一個閥門TV1進行壓力控制下“壓力vs.時間”關系圖；圖4B是依照本發(fā)明一較佳實施例，應用閥門TV1和TV2進行壓力控制下“壓力vs.時間”關系圖；圖4C是依照本發(fā)明另一較佳實施例，應用閥門TV1和TV2進行壓力控制下“壓力vs.時間”關系圖；以及圖5A-5B是依照本發(fā)明較佳實施例，所重新設計的節(jié)流閥和鐘擺閥。
具體實施例方式
為了縮短控制的時間，本發(fā)明經(jīng)歷下列的方法，第一種方式應用比例-積分-微分控制器(以下稱PID控制器)，控制反應時間較短的調(diào)壓閥，且使用較小的管徑。這種方式的優(yōu)點是反應時間較短，但是受管徑和調(diào)壓閥的限制，所能適用的壓力和流量的范圍較小。另一種方式是通過記錄壓力和對應此壓力閥門動作的位置，當需要此壓力時，將閥門調(diào)整到閥門對應的位置。這種方式的優(yōu)點是所需時間非常短(較第一種方式更短)，但是因為氣體的壓力具有不可重復性，且精度誤差通常是非線性。所以這種方式只能作較粗略的壓力控制，并不適用于半導體制程。
請參照圖3A，其繪示依照本發(fā)明一較佳實施例的一種調(diào)壓閥圖的示意圖。本發(fā)明將調(diào)壓閥設計為兩個閥門TV1和TV2，其中TV1適用的壓力和流量的范圍較TV2大，而TV2反應時間較TV1短(參照圖3B，TV2的反應時間t2較TV1的反應時間t1短)。本發(fā)明先利用PID控制器經(jīng)由TV1進行壓力控制(TV2此時不動作)，將壓力穩(wěn)定在所需數(shù)值，此后TV1不再動作。接著，當壓力發(fā)生變化時，則利用PID控制器經(jīng)由TV2進行壓力控制(TV1此時不動作)，可減少壓力穩(wěn)定的時間。若壓力變化的數(shù)值，超過TV2的極限，則需要再使用TV1進行壓力控制。
本發(fā)明的設計特別適用于需維持壓力在一定值，且可依需求的壓力和流量范圍選擇適當?shù)腡V1。為了減少壓力穩(wěn)定的時間，則選擇反應時間越短的TV2。如果每次所需的壓力都是相同的，PID控制器可以記錄上次閥門動作的位置，在開始進行壓力控制時，TV1直接動作到上次閥門動作的位置，接著由TV2進行壓力控制(TV1此時不動作)，可減少更多壓力穩(wěn)定的時間。
因此，本發(fā)明也可視為一種制程反應室的定壓控制方法，通過PID控制器控制TV1和TV2，對制程反應室執(zhí)行預定壓力控制，此控制方法由TV1提供制程反應室一預定壓力(先前使用的壓力)，再由第二調(diào)壓閥，對制程反應室執(zhí)行壓力的控制。
上述PID控制器控制TV1和TV2的方式，需通過驅(qū)動裝置接收PID控制器的訊號，而后經(jīng)由調(diào)壓閥與泵的共同運作，驅(qū)動裝置可以是步進馬達、伺服馬達或其可用來控制精準動作的馬達。
參照圖4A至圖4C，圖4A為只用一個閥門TV1進行壓力控制下壓力vs.時間關系圖；圖4B為依照本發(fā)明一較佳實施例，應用閥門TV1和TV2進行壓力控制下壓力vs.時間關系圖；圖4C為依照本發(fā)明另一較佳實施例，應用閥門TV1和TV2進行壓力控制下壓力vs.時間關系圖。
假設上述的圖4A、圖4B和圖4C所控制的制程狀況是相同的。圖4A所需的壓力穩(wěn)定時間的總和是3t1。圖4B所需的壓力穩(wěn)定時間的總和是t1+2t2。圖4C所繪示情形，每次所需的壓力都是相同的，TV1可以記錄上次閥門動作的位置，在開始進行壓力控制，TV1直接動作到上次閥門動作的位置，由接著TV2進行壓力控制(TV1此時不動作)，可減少更多壓力穩(wěn)定的時間。因此圖4C所需的壓力穩(wěn)定時間的總和是3t2。上述的t1＞t2，如果壓力變化的次數(shù)越多，本發(fā)明和現(xiàn)有控制方法，壓力穩(wěn)定時間的差異也就越大。
本發(fā)明也可以將圖1A的節(jié)流閥，重新設計如圖5A所示。另一方面，將圖1B的鐘擺閥，重新設計如圖5B所示。
由上述本發(fā)明較佳實施例可知，應用本發(fā)明的控制方法，可以選擇適用的壓力和流量的閥門，且可以應用另一反應時間較短的閥門，來減少壓力穩(wěn)定的時間。
雖然本發(fā)明已以一較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾，例如使用三個以上的閥門，來執(zhí)行壓力的控制。因此本發(fā)明的保護范圍當視后附的申請專利范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種制程反應室的定壓控制方法，其通過一PID控制器控制第一調(diào)壓閥和至少一第二調(diào)壓閥，對該制程反應室執(zhí)行一第一預定壓力控制，且第一調(diào)壓閥的反應時間比第二調(diào)壓閥的反應時間較長，其特征在于該定壓控制方法至少包含該第一調(diào)壓閥提供該制程反應室一第二預定壓力；以及該第二調(diào)壓閥，對該制程反應室執(zhí)行壓力的控制，將壓力由該第二預定壓力調(diào)整至該第一預定壓力。
2.根據(jù)權利要求1所述的制程反應室的定壓控制方法，其特征在于該第一預定壓力和該第二預定壓力的壓力差需在該第二調(diào)壓閥的調(diào)整范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求1所述的制程反應室的定壓控制方法，其特征在于該方法還包括通過馬達接受PID控制器訊號，控制該第一和第二調(diào)壓閥。
4.一種用于制程反應室定壓的調(diào)壓閥，其連接一制程反應室與一泵，通過與該泵共同運作，來穩(wěn)定該制程反應室的壓力，其特征在于該調(diào)壓閥至少包含至少兩個設于該調(diào)壓閥內(nèi)的閥門單位；以及一多段式PID控制裝置，其通過控制該至少兩個閥門單位，實現(xiàn)對該制程反應室的壓力控制。
5.根據(jù)權利要求4所述的的調(diào)壓閥，其特征在于該多段式PID控制裝置是一兩段式PID控制裝置，控制一第一調(diào)壓閥和一第二調(diào)壓閥，并對該制程反應室執(zhí)行一第一預定壓力控制，且第一調(diào)壓閥的反應時間比第二調(diào)壓閥的反應時間較長。
6.根據(jù)權利要求5所述的的調(diào)壓閥，其特征在于該兩段式PID控制裝置至少包含該第一調(diào)壓閥提供該制程反應室一第二預定壓力；以及該第二調(diào)壓閥，對該制程反應室執(zhí)行壓力的控制，將壓力由該第二預定壓力調(diào)整至該第一預定壓力。
7.根據(jù)權利要求5所述的的調(diào)壓閥，其特征在于該第一調(diào)壓閥是一具有自由度的圓形節(jié)流閥，且中央具有圓形開孔。
8.根據(jù)權利要求7所述的的調(diào)壓閥，其特征在于該第二調(diào)壓閥裝設于該第一調(diào)壓閥中央的圓形開孔。
9.根據(jù)權利要求5所述的的調(diào)壓閥，其特征在于該第一調(diào)壓閥是一具有自由度的鐘擺閥，且中央具有圓形開孔。
10.根據(jù)權利要求9所述的的調(diào)壓閥，其特征在于該第二調(diào)壓閥是一鐘擺閥，裝設于該第一調(diào)壓閥中央的圓形開孔。
全文摘要
一種制程反應室的定壓控制方法，通過一PID控制器控制第一調(diào)壓閥和至少一個第二調(diào)壓閥，對制程反應室執(zhí)行第一預定壓力控制，且第一調(diào)壓閥的反應時間比第二調(diào)壓閥的反應時間較長，該定壓控制方法敘述如下(a)第一調(diào)壓閥提供該制程反應室第二預定壓力；(b)第二調(diào)壓閥對制程反應室執(zhí)行壓力的控制，將壓力由第二預定壓力調(diào)整至第一預定壓力。本發(fā)明還提供一種用于制程反應室定壓的調(diào)壓閥，以實現(xiàn)上述控制方法。
文檔編號C23C16/44GK1508852SQ20031010369
公開日2004年6月30日 申請日期2003年10月30日 優(yōu)先權日2002年12月18日
發(fā)明者張知天, 吳學昌, 巫尚霖, 黃見翎, 彭進興, 周梅生 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司