專利名稱：一種氣相外延設(shè)備進(jìn)行材料生長的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氣相外延設(shè)備進(jìn)行材料生長的控制系統(tǒng)，適用于目前HVPE(氫化物氣相外延)系統(tǒng)中精確控制氣相流量、溫度、壓力、運(yùn)行時(shí)間、石墨盤轉(zhuǎn)速和氣動(dòng)閥開關(guān)等?！?br> 背景技術(shù)：
在多種GaN襯底生長技術(shù)中，HVPE(氫化物氣相外延)以其高速率(可以達(dá)到800ym/h以上)生長、低成本、可大面積生長和均勻性好等顯著優(yōu)點(diǎn)，成為GaN襯底生長取得突破的首選，目前國內(nèi)外絕大多數(shù)研究工作都集中于此。HVPE生長GaN襯底，通常是在藍(lán)寶石或砷化鎵等襯底上外延O. 5 Imm的厚膜，然后通過激光剝離、研磨或蝕刻等方式將襯底移除，將獲得的GaN拋光形成自支撐GaN襯底。現(xiàn)有的氣相外延設(shè)備具有一石英外延生長室、金屬源裝置器、MFC(質(zhì)量流量計(jì))、氣動(dòng)閥、生長加熱器裝置、壓力傳感壓力控制器和襯底旋轉(zhuǎn)裝置。具體表現(xiàn)為每個(gè)氣動(dòng)閥逐個(gè)控制，溫區(qū)加熱器逐個(gè)設(shè)定溫度值，簡(jiǎn)單壓力控制，材料生長控制方法機(jī)械簡(jiǎn)單的一步接一步按順序控制下去，不能實(shí)現(xiàn)其它的操作。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型目的在于提供一種氣相外延設(shè)備材料生長控制系統(tǒng)，本實(shí)用新型在溫控系統(tǒng)上增加襯底溫度傳感器，為避免副產(chǎn)物在石英外延室的沉積阻擋熱輻射，造成降低了中間襯底溫度的影響，設(shè)置多個(gè)溫區(qū)加熱器進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償襯底溫度。在氣動(dòng)閥控制方面取消逐個(gè)控制，設(shè)置聯(lián)動(dòng)自動(dòng)控制開關(guān)，根據(jù)各路源氣的設(shè)定值，聯(lián)動(dòng)打開氣動(dòng)閥和設(shè)定MFC。在壓力控制方面，增加限制蝶閥角度控制，控制范圍在大于5°小于40°之間，達(dá)到壓力平穩(wěn)控制和保證氣體一直往下流。在材料生長控制方面，除了能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行菜單外，創(chuàng)造實(shí)行跳步生長、無縫更新菜單和中途指定步生長等控制。本系統(tǒng)可以控制氣相外延設(shè)備，以供生產(chǎn)和科研機(jī)構(gòu)使用。本實(shí)用新型適用范圍適用于安裝有氣體流量計(jì)、壓力控制器、加熱器、轉(zhuǎn)動(dòng)盤等的氣相外延生長設(shè)備。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案一種氣相外延設(shè)備進(jìn)行材料生長的控制系統(tǒng)，其特征在于包括一工控機(jī)和一可編程控制器，所述工控機(jī)通過工業(yè)通信總線分別與氣相外延設(shè)備的可編程控制器、氣體流量計(jì)、和/或壓力控制器、和/或加熱器、和/或轉(zhuǎn)動(dòng)盤連接。進(jìn)一步的，所述工控機(jī)通過工業(yè)通信總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分別與氣相外延設(shè)備的可編程控制器、氣體流量計(jì)、和/或壓力控制器、和/或加熱器、和/或轉(zhuǎn)動(dòng)盤連接。進(jìn)一步的，在所述氣相外延設(shè)備的材料生長襯底上設(shè)置若干溫度傳感器；所述溫度傳感器分別通過數(shù)據(jù)線與所述工控機(jī)連接。進(jìn)一步的，在所述氣相外延生長室中設(shè)置上、下輔助溫區(qū)加熱器和一主溫區(qū)加熱器；所述上、下輔助溫區(qū)加熱器以及所述主溫區(qū)加熱器分別經(jīng)溫度控制器在工業(yè)通信總線上與所述工控機(jī)連接。進(jìn)一步的，所述氣體流量計(jì)包括一兩級(jí)聯(lián)動(dòng)氣動(dòng)閥開關(guān)，其中，第一級(jí)氣動(dòng)閥和第二級(jí)氣動(dòng)閥安裝在同一多接口板卡上，第一級(jí)氣動(dòng)閥和第二級(jí)氣動(dòng)閥根據(jù)邏輯關(guān)系和所述工控機(jī)中設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行自動(dòng)開啟和關(guān)閉；所述多接口板卡通過數(shù)據(jù)線與所述工控機(jī)連接、或所述多接口板卡通過安裝在所述工控機(jī)主板上與所述工控機(jī)連接。進(jìn)一步的，所述壓力控制器的蝶閥壓力角度變化范圍值設(shè)定為大于5°小于40。。進(jìn)一步的，所述工控機(jī)數(shù)據(jù)庫內(nèi)保存編寫好的材料生長控制表單；所述可編程控制器寄存器中固化有材料生長安全狀態(tài)表單。系統(tǒng)的控制主要通過工控機(jī)做主控、PLC(Programmable Logic Controller,可編程控制器)做輔助處理模式對(duì)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱系統(tǒng)、氣體流量、氣體壓力和氣動(dòng)閥等的控制。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的氣相外延材料控制系統(tǒng)有自動(dòng)程序和手動(dòng)程序兩種控制方式，自動(dòng)控制和手動(dòng)控制可以互相切換。采用工控機(jī)，通過工業(yè)通信總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)其在網(wǎng)絡(luò)中的可編程控制器、質(zhì)量流量計(jì)、溫度控制器等進(jìn)行交換數(shù)據(jù)和進(jìn)行數(shù)字量控制，主程序位于工控機(jī)上，操作者通過鍵盤鼠標(biāo)在人機(jī)界面進(jìn)行參數(shù)的查看和輸入，實(shí)現(xiàn)了氣相外延設(shè)備的控制。工控機(jī)通過數(shù)據(jù)交換控制PLC處理一些底層的模擬量數(shù)據(jù)，同時(shí)在PLC寄存器已經(jīng)固化安全狀態(tài)的菜單，在異常情況下，進(jìn)行緊急處理。在總控制上，實(shí)現(xiàn)了氣相外延設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行菜單、跳步生長、無縫更新菜單和中途指定步生長等功能。在分控制上，如圖I所示，在溫控系統(tǒng)I上增加襯底溫度傳感器，把溫度信號(hào)經(jīng)過溫度控制器在工業(yè)通信總線傳輸傳遞到工控機(jī)上，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣相外延主反應(yīng)溫度，在子程序中增加了在限定值域，在此基礎(chǔ)上添加數(shù)值量輸出自動(dòng)補(bǔ)償控制；氣動(dòng)閥和MFC封裝在同一個(gè)質(zhì)量流量計(jì)控制模塊2下，在硬件上，MFC的第一級(jí)氣動(dòng)閥和第二級(jí)氣動(dòng)閥統(tǒng)一由一個(gè)多接口板卡上控制，在軟件自動(dòng)模式下，只需控制MFC的流量，第一級(jí)和第二級(jí)的氣動(dòng)閥根據(jù)已設(shè)的時(shí)間間隔和它們固有的邏輯關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)開啟和關(guān)閉，達(dá)到簡(jiǎn)化和聯(lián)動(dòng)的目的(目前是兩級(jí)，該組氣動(dòng)閥統(tǒng)一由一個(gè)板卡控制)；在壓力控制器3的子程序中，采用較好的的PID控制范圍，限制該模擬量的輸出域，輸出控制蝶閥的角度范圍；所運(yùn)行的流程如圖2所示。待樣品放入反應(yīng)腔體，密封好反應(yīng)腔體，完成前期準(zhǔn)備工作后，從軟件后臺(tái)中調(diào)入已經(jīng)在外部編寫好了的Excel表格格式菜單，如表I所示表I
權(quán)利要求1.一種氣相外延設(shè)備進(jìn)行材料生長的控制系統(tǒng)，其特征在于包括一工控機(jī)和一可編程控制器，所述工控機(jī)通過工業(yè)通信總線分別與氣相外延設(shè)備的可編程控制器、氣體流量計(jì)、和/或壓力控制器、和/或加熱器、和/或轉(zhuǎn)動(dòng)盤連接。
2.如權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述工控機(jī)通過工業(yè)通信總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分別與氣相外延設(shè)備的可編程控制器、氣體流量計(jì)、和/或壓力控制器、和/或加熱器、和/或轉(zhuǎn)動(dòng)盤連接。
3.如權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于在所述氣相外延設(shè)備的材料生長襯底上設(shè)置若干溫度傳感器；所述溫度傳感器分別通過數(shù)據(jù)線與所述工控機(jī)連接。
4.如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于在所述氣相外延生長室中設(shè)置上、下輔助溫區(qū)加熱器和一主溫區(qū)加熱器；所述上、下輔助溫區(qū)加熱器以及所述主溫區(qū)加熱器分別經(jīng)溫度控制器在工業(yè)通信總線上與所述工控機(jī)連接。
5.如權(quán)利要求I或4所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述氣體流量計(jì)包括一兩級(jí)聯(lián)動(dòng)氣動(dòng)閥開關(guān)，其中，第一級(jí)氣動(dòng)閥和第二級(jí)氣動(dòng)閥安裝在同一多接口板卡上，第一級(jí)氣動(dòng)閥和第二級(jí)氣動(dòng)閥根據(jù)邏輯關(guān)系和所述工控機(jī)中設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行自動(dòng)開啟和關(guān)閉；所述多接口板卡通過數(shù)據(jù)線與所述工控機(jī)連接、或所述多接口板卡通過安裝在所述工控機(jī)主板上與所述工控機(jī)連接。
6.如權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述壓力控制器的蝶閥壓力角度變化范圍值設(shè)定為大于5°小于40°。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種氣相外延設(shè)備進(jìn)行材料生長的控制系統(tǒng)，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。本系統(tǒng)包括一工控機(jī)和一可編程控制器，所述工控機(jī)通過工業(yè)通信總線分別與氣相外延設(shè)備的可編程控制器、氣體流量計(jì)、和/或壓力控制器、和/或加熱器、和/或轉(zhuǎn)動(dòng)盤連接。設(shè)置多個(gè)溫區(qū)加熱器進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償襯底溫度。在氣動(dòng)閥控制方面取消逐個(gè)控制，設(shè)置聯(lián)動(dòng)自動(dòng)控制開關(guān)，根據(jù)各路源氣的設(shè)定值，聯(lián)動(dòng)打開氣動(dòng)閥和設(shè)定MFC。在壓力控制方面，增加限制蝶閥角度控制，控制范圍在大于5°小于40°之間，達(dá)到壓力平穩(wěn)控制和保證氣體一直往下流。在材料生長控制方面，除了能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行菜單外，創(chuàng)造實(shí)行跳步生長、無縫更新菜單和中途指定步生長。
文檔編號(hào)C30B25/16GK202717874SQ20122022188
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者袁志鵬, 劉鵬, 趙紅軍, 張茶根, 張俊業(yè), 畢綠燕, 張國義, 童玉珍, 孫永健 申請(qǐng)人:東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司