專(zhuān)利名稱(chēng):離子源送氣流量控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體器件制造控制系統(tǒng),尤其涉及一種離子源送氣流量控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
現(xiàn)有半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)中,隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展,集成度越來(lái)越高,電路規(guī)模越來(lái)越大,電路中單元器件尺寸越來(lái)越小,對(duì)各半導(dǎo)體工藝設(shè)備提出了更高的要求,而控制技術(shù)是其中至關(guān)重要的技術(shù)難點(diǎn)之一。離子注入機(jī)作為半導(dǎo)體離子摻雜工藝線的關(guān)鍵設(shè)備之一,也提出了很高的要求,要求離子注入機(jī)具有整機(jī)可靠性好、生產(chǎn)效率高、多種電荷態(tài)離子寬能量范圍注入、精確控制束注入能量精度、精確控制束純度、低塵粒污染、整機(jī)全自動(dòng)控制、注片均勻性和重復(fù)性好等多種功能和特征。這一切都與直接受控制技術(shù)的影響,所以說(shuō)控制系統(tǒng)在離子注入機(jī)中起著至關(guān)重要的作用。而其中的離子源氣流量控制技術(shù),是離子源引束控制過(guò)程中一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié),與提高整機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量、全自動(dòng)控制等性能密切相關(guān)。
眾所周知,離子源通過(guò)電離需要摻雜的氣體產(chǎn)生離子束流,從而進(jìn)行晶片注入。而離子源氣流量的控制是離子注入機(jī)控制系統(tǒng)中精度要求比較高,并且難以掌握的控制技術(shù)之一,送氣量的大小直接影響離子源腔體的真空度,送氣量的穩(wěn)定性直接影響到束流的穩(wěn)定性,關(guān)系到硅片的注入品質(zhì)和離子注入機(jī)的注片效率。因此,離子源送氣量控制的好壞也是決定整機(jī)控制效率的一個(gè)重要指標(biāo)。
以前國(guó)內(nèi)的離子源氣流量控制采用過(guò)機(jī)械頂針控制閥門(mén)實(shí)現(xiàn),也采用過(guò)電機(jī)控制閥門(mén),這樣的控制方式使得氣流量很不穩(wěn)定,控制精度差;后來(lái)普遍采用的方式是用壓電陶瓷閥門(mén)控制氣體流量,可以輸出穩(wěn)定的氣流量,但控制穩(wěn)定性方面多是通過(guò)軟件調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)起來(lái)很麻煩,并且控制效率低,穩(wěn)定過(guò)程緩慢,從而影響到束流品質(zhì)。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決離子源氣流量控制難的問(wèn)題,本實(shí)用新型提供了一種利用閉環(huán)控制原理,通過(guò)硬件調(diào)節(jié)使送氣量自動(dòng)趨于穩(wěn)定的離子源送氣流量控制系統(tǒng)。
本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)離子源送氣流量控制系統(tǒng)包括主控制器、模擬量控制電路、信號(hào)放大電路、信號(hào)比較器、信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、高靈敏度壓電陶瓷閥、流量計(jì)。
其中主控制器與模擬量輸出電路相連,用于發(fā)送設(shè)置氣流量命令。
模擬量輸出電路能穩(wěn)定輸出0~5V之間的任何電壓值,其輸出信號(hào)發(fā)送給信號(hào)比較器。
信號(hào)放大電路對(duì)流量計(jì)的返回電壓進(jìn)行放大,從而得到一個(gè)用于比較的電壓信號(hào)。
信號(hào)比較器的兩個(gè)輸入端電壓差恒定時(shí),輸出信號(hào)穩(wěn)定,當(dāng)電壓差改變時(shí),輸出電壓也隨之改變,其輸入信號(hào)為模擬量控制電路和信號(hào)放大電路的輸出,其輸出信號(hào)給信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。
信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)比例微分積分的原理調(diào)節(jié)信號(hào)的大小,并保證能輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓信號(hào)給壓電陶瓷閥門(mén)。
壓電陶瓷閥用于控制氣流量,是現(xiàn)行離子源氣路應(yīng)用最廣泛的高精度閥門(mén),該閥門(mén)的特點(diǎn)是,只要給它輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓信號(hào),就能穩(wěn)定的控制氣流量的大小。
流量計(jì)用于檢測(cè)氣流量,把輸出電壓信號(hào)發(fā)送給信號(hào)放大電路。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程是當(dāng)離子源引束開(kāi)始時(shí),裝有注入元素的氣瓶被打開(kāi),氣體進(jìn)入了離子源管道,此時(shí)壓電陶瓷閥處于關(guān)閉狀態(tài);此時(shí)主控制器會(huì)發(fā)出決定流量大小的命令,模擬量控制電路接收到主控制器的命令后,會(huì)發(fā)出相應(yīng)的控制電壓給信號(hào)比較器,信號(hào)比較器輸出電壓信號(hào)到信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路,經(jīng)過(guò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路處理,輸出給壓電陶瓷閥的是一個(gè)緩慢上升的電壓信號(hào),壓電陶瓷閥緩緩開(kāi)啟,氣流量也穩(wěn)定上升;同時(shí),流量計(jì)采樣到氣流量的大小,返回一個(gè)電壓信號(hào),經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路輸出給信號(hào)比較器,經(jīng)過(guò)與設(shè)定的電壓相比較,信號(hào)比較器調(diào)整了輸出電壓值,信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路再次對(duì)電壓進(jìn)行積分,使輸出電壓值緩慢改變,流量計(jì)的采樣值也隨著氣流的增大而增大;當(dāng)返回的氣流量電壓信號(hào)大于設(shè)定的電壓信號(hào)時(shí),信號(hào)比較器會(huì)輸出一個(gè)負(fù)值,此時(shí),信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路就會(huì)將輸出電壓減??;如此反復(fù),幾個(gè)周期以后,氣流量會(huì)自動(dòng)穩(wěn)定在一個(gè)固定值上。
本實(shí)用新型具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)1. 采用自行設(shè)計(jì)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路,消除當(dāng)輸入電壓改變時(shí)所引起的電壓振蕩,從硬件上解決了輸出控制信號(hào)的穩(wěn)定問(wèn)題。
2. 采用閉環(huán)控制原理,流量計(jì)的采樣信號(hào)參與控制氣流,使電路進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié);3. 采用壓電陶瓷閥控制氣流量大小,結(jié)合流量計(jì)進(jìn)行氣流采樣,保證了離子源氣流量控制的穩(wěn)定性。
圖1為本實(shí)用新型的原理結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本實(shí)用新型的信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)易原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步介紹,但不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。
如圖1所示,本實(shí)用新型包括主控制器1、模擬量控制電路2、信號(hào)放大電路7、信號(hào)比較器3、信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路4、高靈敏度壓電陶瓷閥5、流量計(jì)6。其中主控制器1為工控機(jī),與模擬量輸出電路2相連,用于發(fā)送設(shè)置氣流量命令。模擬量輸出電路2可以采用通用電路,能穩(wěn)定輸出0~5V之間的任何電壓值,其輸出信號(hào)發(fā)送給信號(hào)比較器3。信號(hào)放大電路7采用通用運(yùn)算放大器,對(duì)流量計(jì)6的返回電壓進(jìn)行放大,從而得到一個(gè)用于比較的電壓信號(hào)。信號(hào)比較器3采用通用的電壓比較器,當(dāng)兩個(gè)輸入端電壓差恒定時(shí),輸出信號(hào)穩(wěn)定,當(dāng)電壓差改變時(shí),輸出電壓也隨之改變,其輸入信號(hào)為模擬量控制電路2和信號(hào)放大電路7的輸出,其輸出信號(hào)給信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路4。信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路4通過(guò)比例微分積分的原理調(diào)節(jié)信號(hào)的大小,并保證能輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓信號(hào)給壓電陶瓷閥門(mén)5,該電路詳見(jiàn)圖2。壓電陶瓷閥用于控制氣流量,是現(xiàn)行離子源氣路應(yīng)用最廣泛的高精度閥門(mén),該閥門(mén)的特點(diǎn)是,只要給它輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓信號(hào),就能穩(wěn)定的控制氣流量的大小。流量計(jì)6用于檢測(cè)氣流量,把輸出電壓信號(hào)發(fā)送給信號(hào)放大電路7。
信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路4是離子源氣流量控制的重點(diǎn),如圖2所示,主要電路由四個(gè)運(yùn)算放大器D1、D2、D3、D4組成,分為四部分比例積分模塊10、比例放大模塊11、比例積分模塊12、三極管驅(qū)動(dòng)模塊13。由于壓電陶瓷閥5對(duì)電壓反應(yīng)非常靈敏,所以需要經(jīng)過(guò)積分—放大—再次積分才能得到一個(gè)穩(wěn)定上升的電壓值。
圖中VCC為正電源電壓,大小為+15V,-VCC為負(fù)電源電壓,大小為-15V。
其中比例積分模塊10對(duì)信號(hào)比較器3的輸出信號(hào)進(jìn)行第一級(jí)積分放大。電阻R1一端接信號(hào)比較器3的輸出14,一端接運(yùn)算放大器D1的輸入一端;可調(diào)電位器R6與電容C1并連,一端接運(yùn)算放大器D1的輸出,一端接運(yùn)算放大器D1的輸入一端,可調(diào)電位器R6控制放大倍數(shù),同時(shí)也決定電容C1的積分電流大??;電阻R3一端接正電源VCC,一端接電阻R4和電阻R2,電阻R2另一端接運(yùn)算放大器D1的輸入+端,電阻R4的另一端接可調(diào)電位器R5的可調(diào)端,可調(diào)電位器R5的固定端接負(fù)電源-VCC。
比例放大模塊11整個(gè)電路的放大倍數(shù),電阻R7一端接運(yùn)算放大器D1的輸出端,一端接運(yùn)算放大器D2的輸入一端;可調(diào)電位器R12一端接運(yùn)算放大器D2的輸出,一端接運(yùn)算放大器D2的輸入一端;電阻R9一端接正電源VCC,一端接電阻R8和電阻R10,電阻R8另一端接運(yùn)算放大器D2的輸入+端;電阻R10的另一端接可調(diào)電位器R11的可調(diào)端,可調(diào)電位器R11的固定端接負(fù)電源-VCC。
比例放大模塊11放大后的信號(hào)仍然達(dá)不到穩(wěn)定性要求,通過(guò)比例積分模塊12的運(yùn)算放大器D3進(jìn)行再一次的積分放大,通過(guò)可調(diào)電位器R14可以調(diào)節(jié)電路的積分常數(shù)與放大倍數(shù),然后運(yùn)算放大器D4對(duì)輸出電壓進(jìn)行最后一次完全積分,就可以得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。電阻R13一端接運(yùn)算放大器D2的輸出端,一端接運(yùn)算放大器D3的輸入一端;電容C2和可調(diào)電位器R12串連后與電容C3并聯(lián),電容C3一端接運(yùn)算放大器D3的輸出,一端接運(yùn)算放大器D3的輸入一端;電阻R15一端接正電源VCC,一端接電阻R16和電阻R17,電阻R16另一端接運(yùn)算放大器D3的輸入+端;電阻R17的另一端接可調(diào)電位器R18的可調(diào)端,可調(diào)電位器R18的固定端接負(fù)電源-VCC;電阻R19一端接運(yùn)算放大器D3的輸出,一端接運(yùn)算放大器D4的輸入+端;電容一端接運(yùn)算放大器D4的輸入一端,一端接運(yùn)算放大器D4的輸出。
運(yùn)算放大器D4的輸出連接到三極管驅(qū)動(dòng)模塊13,電阻R20一端接運(yùn)算放大器D4的輸出,一端接三極管Q1的基極;三極管Q1的射極串接電阻R21,電阻R21另一端接負(fù)電源-VCC;三極管Q1的集電極串接二極管V1,二極管V1串接電阻R22,電阻R22另一端接負(fù)電源-VCC;壓電陶瓷閥5與二極管V1并聯(lián)。其中三極管Q1的作用是驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷閥5,當(dāng)運(yùn)算放大器D4輸出電壓時(shí),三極管Q1導(dǎo)通,壓電陶瓷閥5有電流流過(guò),壓電陶瓷閥5就會(huì)打開(kāi),當(dāng)運(yùn)算放大器D4輸出電壓改變時(shí),通過(guò)三極管Q1的電流增加,壓電陶瓷閥5的開(kāi)啟程度也隨之改變。
圖2電路中運(yùn)用了多個(gè)可調(diào)電位器,其中可調(diào)電位器R5、R11和R18是調(diào)零電位器,它們決定每一級(jí)運(yùn)放的電壓輸出參數(shù);可調(diào)電位器R6和R14決定了電路的積分常數(shù)和放大比例;而調(diào)節(jié)可調(diào)電位器R12可以控制整個(gè)電路的放大倍數(shù)。
結(jié)合圖1、圖2,當(dāng)離子源引束開(kāi)始時(shí),裝有注入元素的氣瓶(圖中未示)被打開(kāi),氣體進(jìn)入了離子源管道,此時(shí)壓電陶瓷閥5處于關(guān)閉狀態(tài);此時(shí)主控制器1會(huì)發(fā)出決定流量大小的命令,模擬量控制電路2接收到主控制器1的命令后,會(huì)發(fā)出相應(yīng)的控制電壓給信號(hào)比較器3,信號(hào)比較器3輸出電壓信號(hào)到信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路4,經(jīng)過(guò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路4處理,輸出給壓電陶瓷閥5的是一個(gè)緩慢上升的電壓信號(hào),壓電陶瓷閥5緩緩開(kāi)啟,氣流量也穩(wěn)定上升;同時(shí),流量計(jì)6采樣到氣流量的大小,返回一個(gè)電壓信號(hào),經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路7輸出給信號(hào)比較器7,經(jīng)過(guò)與設(shè)定的電壓相比較,信號(hào)比較器3調(diào)整了輸出電壓值,信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路4再次對(duì)電壓進(jìn)行積分,使輸出電壓值緩慢改變,流量計(jì)6的采樣值也隨著氣流的增大而增大;當(dāng)返回的氣流量電壓信號(hào)大于設(shè)定的電壓信號(hào)時(shí),信號(hào)比較器3會(huì)輸出一個(gè)負(fù)值,此時(shí),信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路4就會(huì)將輸出電壓減小;如此反復(fù),幾個(gè)周期以后,氣流量會(huì)自動(dòng)穩(wěn)定在一個(gè)固定值上。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,整個(gè)穩(wěn)定過(guò)程只需要1秒鐘,完全滿足了離子源送氣量的穩(wěn)定性要求。
本發(fā)明新型的特定實(shí)施例已對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容做了詳盡說(shuō)明。對(duì)本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言,在不背離本實(shí)用新型精神的前提下對(duì)它所做的任何顯而易見(jiàn)的改動(dòng),都構(gòu)成對(duì)本發(fā)明新型專(zhuān)利的侵犯,將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求1.一種離子源送氣流量控制系統(tǒng)包括主控制器(1)、模擬量控制電路(2)、信號(hào)放大電路(7)、信號(hào)比較器(3)、壓電陶瓷閥(5)、流量計(jì)(6),其特征在于還包括信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路(4),其中主控制器(1)與模擬量輸出電路(2)相連,模擬量輸出電路(2)與信號(hào)比較器(3)相連,信號(hào)比較器(3)的兩個(gè)輸入分別為模擬量控制電路(2)和信號(hào)放大電路(7)的輸出,信號(hào)比較器(3)的輸出接信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路(4),信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路(4)的輸出接壓電陶瓷閥(5),用于檢測(cè)氣流量的流量計(jì)(6)把輸出電壓信號(hào)發(fā)送給信號(hào)放大電路(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子源送氣流量控制系統(tǒng),其特征在于所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路(4)包括比例積分模塊(10)、比例放大模塊(11)、比例積分模塊(12)和三極管驅(qū)動(dòng)模塊(13)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種離子源送氣流量控制系統(tǒng),包括主控制器、模擬量控制電路、信號(hào)放大電路、信號(hào)比較器、信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、壓電陶瓷閥、流量計(jì)。其中主控制器與模擬量輸出電路相連,發(fā)送設(shè)置氣流量命令;模擬量輸出電路的輸出信號(hào)發(fā)送給信號(hào)比較器;信號(hào)放大電路對(duì)流量計(jì)的返回電壓進(jìn)行放大,得到一個(gè)用于比較的電壓信號(hào);信號(hào)比較器的輸入信號(hào)為模擬量控制電路和信號(hào)放大電路的輸出,其輸出信號(hào)給信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路;信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓信號(hào)給壓電陶瓷閥門(mén);壓電陶瓷閥控制氣流量;流量計(jì)檢測(cè)氣流量,把輸出電壓信號(hào)發(fā)送給信號(hào)放大電路。本實(shí)用新型利用閉環(huán)控制原理,通過(guò)硬件調(diào)節(jié)使送氣量自動(dòng)趨于穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H01L21/02GK2867417SQ20052014251
公開(kāi)日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月5日
發(fā)明者唐景庭, 伍三忠, 郭健輝, 彭立波, 王迪平, 孫勇, 許波濤, 易文杰, 姚志丹, 孫雪平, 謝均宇 申請(qǐng)人:北京中科信電子裝備有限公司