Система автоматического управления процессом окисления кремния

 

Изобретение предназначено для применения в химической промышленности в установках термического окисления кремния и позволяет увеличить выход годной продукции (пластин кремния с заданной толщиной окисла кремния) за счет повышения качества управления технологическим процессом. Цель достигается введением в контур управления датчика скорости подачи кислорода, датчика измерения примеси в кислороде, датчик измерения примеси во внешней среде, аналого-цифровой преобразователь, исполнительный механизм, исполнительный механизм, клапан подачи кислорода, блок задания начальных условий, два блока численного интегрирования, два блока сравнения, два блока умножения, два блока памяти, цифро-аналоговый преобразователь. Перечисленные блоки обусловливают управление скоростью подачи кислорода в зависимости от примеси в кислороде и во внешней среде, которые оказывают влияние на скорость роста окисла кремния. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„SU„, 1602859 А 1

Я1)5 С 01 В 33/12 G 05 D 27/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4398317/31-26 (22) 28.03.88 (46) 30. 10.90, Бюл. Р 40 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) П.И.Бидюк, А.А.Жолнарский и Л.П.Згуровская (53) 66.012-52 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 382578, кл. С 01 В 33/12, 1971.

Авторское свидетельство СССР

Р 535215, кл. С 01 В 33/12, 1974.

° .(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОКИСЛЕНИЯ КРЕМНИЯ (57) Изобретение предназначено дл применения в химической промышленности в установках термического окисления кремния и позволяет увеличить выход годной продукции (пластин кремИзобретение относится к системам автоматического управления процессами термического окисления кремния в сухом кислороде и может быть использовано в химической промышленности в производстве окислов кремния.

Цель изобретения — увеличение выхода готовой продукции.

На фиг. 1 приведена структурная схема системы автоматического управления процессом .окисления кремния; на фиг. 2 — принципиальная схема блока численного интегрирования.

2 ния с заданной толщиной окисла кремния) за счет повышения качества управления технологическим процессом.

Цель достигается введением в контур управления датчика скорости подачи кислорода, датчика измерейия примеси в кислороде, датчика измерения примеси во внешней среде, аналого-. цифрового преобразователя, исполнительного механизма, клапана подачи кислорода, блока задания начальных условий, двух блоков численного интегрирования, двух блоков сравнения, двух блоков умножения, двух блоков памяти, цифроаналогового преобразователя. Перечисленные блоки обусловливают.управление скоростью подачи кислорода в зависимости от примеси в кислороде и во внешней среде, которые оказывают влияние на скорость роста окисла кремния. 2 ил, Система содержит (фиг. 1) датчик (ф

1 измерения скорости подачи кислоро- Щ да V>,T, датчик 2 измерения примеси ь „ в кислороде, подаваемом в диффузионную печь 3, датчик 4 измерения примеси во внешней среде С,, коммутатор 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, первый блок 7 памяти блок 8 задания начальных условий, = первый блок 9 умножения, второй блок

10 умножения, первый блок 11 интегрирования, второй блок 12 численного интегрирования, второй блок 13 па1602859 ст !

CBõ э Сср с < с 2 о

Ср;Ч;ФЧ,;

- с о °

Рассмотрим кратко работу первого блока 11 численного интегрирования (фиг. 2) ° Данные по шине 27 через интерфейс 25 и ппше 28 записываются в

ОЗУ 23 и передаются в вычислительный элемент 22 по мере вычисления.

Программа вычисления значения интеграла записана в постоянном за;,поминающем устройстве 24. Процесс вы:.;числения тактируется генератором 21.

;Перевод вычислительного элемента 22 40 в исходное состояние осуществляет схема 26 сброса при включении системы, Используя принятые измерения, в первом блоке 11 интегрирования вычисляется по формуле. Симпсона значение 45 интеграла в выражении для определения нового значения скорости подачи

М кислорода и само значение V1 по формуле

LJer 5cr х-1 M(cB) С с )

% 1 0 (Uê )2(1+ Q1/02) 50

< )" а7 (но,(а,1 1 х r g y 1 Щ ЩД а,)

2 55 — С + (C8„- С )е у . Р ач (о 1; ) мяти, первьпr блок 14 сравнения, второи блок 15 сравнения, вентильный регистр 16, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 17, исполнительный механизм 18, вентиль 19, линию

20 подачи кислорода.

На фиг. 2 приведена принципиальная схема блока 1 1 численного интегриро- вания; Блок содержит генератор 21 10 тактовых сигналов, вычислительный элемент 22, оперативное sапоминающее устройство (ОЗУ) 23, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 24, интерфейс 25 связи, схему 26 генера« ции импульса "Сброс", шины 27-29.

Система работает следующим образом.

Информация с датчиков 1, 2 и 4 через коммутатор 5 и аналого-цифровой20 преобразователь 6 подается в первый блок 7 памяти, где в начальный момент времени с блока 8 задания начальных условий занесены начальные зна- чения 25

4 ст х

). . ° 1 ср + сР 1, и 7м. а,))х сЧ"), ачба-т.О log))$» е ст ст

+ (См

1ст 1ст

Х ж е @ 1 XdX х к-1 где V и7

1 1 соответственно настоящее и предыдущее значение скорости подачи кислорода, определяемые Hà k-м и (k-1)-м шаге вычислений; положительный.шаг приращений; установившееся значе-. ние концентрации примеси во внешней среде; установившееся значение концентрации примеси в потоке кислорода; установившееся значе-: ние скорости подачи кислорода; начальное значение концентрации примеси в потоке кислорода; начальное значение концентрации примеси вп внешней среде; начальное значение чст сс ст с 5ll

1 ср

V о

1 скорости подачи кислорода; значение длины диффузионной печи; расстояние от трубы до рабочей зоны; длина рабочей зоны.

01 и Q2 определяются

Х

pv

МКА

Аст Бст

1 ВЙК4а, 1

Ц А8 0 где скорость проникновения примеси в материале стенки трубы; скорость проникновения примеси в кислороде; площадь поперечного сече ния потока окислителя; площадь поперечного сечения стенки трубы; растворимость примеси в

Материале стенки трубы; внутренний диаметр кварце вой трубы;

А—. ст ст

v

"2

Значения О, из соотношений

1 1!ЭК ла

° фр

Аст ст!

>gет(<+< !0а

Х

Оуст (1+ 0 10

Х ц7 ямб;т; )

Х

QIQ (НО,IQ,I) ке

30

5 16028

D - -внешний диаметр кварцевой трубы;

S - растворимость примеси в кислороде. н

Результаты вычисления значения V записываются во второй блок 13 памяти, где хранится также значение ско-. рости подачи кислорода Ч ",, вычисленное на предыдущем шаге. Величина

V записывается также в первый блок °

7 памяти, где ему присваивается значение V,", Во втором блоке 12 интегрирования вычисляется по формуле

Симпсона значение квадратичного интегрального критерия Х(Ч,), миними-. зация которого позволяет минимизировать ошибку отклонения концентрации.примеси в точках по длине диффузионной трубы от заданных значений 20 концентрации примеси

)(, г (Цст ((ст

z(v,) -) (с, + (c,„(ñ,„-с,)»

)(I ((ст (ст

- (c + с — с ) ° ср вх ср ст ст (Св„+ (С „— С )х вк ср

-(cQ (с) +с" ), ср ср ср dX (2) Значение I(V",) записывается во второй блок 13 памяти, где также хра.к-( нится значение I(V, ) . Блок 12 работает аналогично блоку 11.

В первом блоке 14 сравнения происходит сравнение значения квадратичного критерия для скорости движения кислорода V", и V,", Если Х(Ч,)(I(V, ), то значение () ) в блоке 9 умножается 45 на постоянный мнохсптель (, (например, Я,, = 2) и записывается новое значение

V и I(V,) до тех пор, пока не будет выполнено условие I (V", ) I (V ", ) .

При этом, если на выходе блока 14 сра- 50 внения будет сигнал "1", то управление передается первому блоку 9 умножения. Если же на выходе блока 14 сравнения появится сигнал "0", то управление передается второму блоку 15 сравнения, в котором анализируется

; условие Е(Ч ) — I(V )l < 8, где

g — погрешность, с которой поддерживается в рабочей зоне печи профиль е, 59 6 концентрации примеси С „, Если данное условие не выполняется, - о значение g < умножается во втором блоке

10.умножения на постоянный множитель (> (например, p< = 0,1), и это новое значение залисывается в первый блок

7 памяти, после чего вычисляют новые значения U,, I(V,), Х(Ч,) c I(v ) до тех пор, пока не выполнится условие I(V ) - I(V " ) h . При этом если на выходе второго блока 15 сравнения будет сигнал 1", то управление передается второму )локу 10 умножения. Если на линии связи блоков 15 и

16 появится сигнал "0", то управление будет передано вентильному регистру 16, который по дяшому условию передает новые значения скороск ти подачи кислорода V через цифроаналоговый преобразователь 17 Hà zlc полнптельпый механизм 18 вентиля 19 подачи кислорода.

Использование предлагаемой системы позволяет по сравнению с прототипом повысить в среднем на 10Х количество кондиционных пластин за счет учета в управлении процессом возмущающих в о эдей ств пй.

Формула.изобретения

Система автоматического управления процессом окисления кремния, содержащая датчик измерения скорости подачи кислорода, регулирующий кла- пан подачи кислорода и датчики измерения примеси в кислороде и исходном продукте, отличающаяся тем, что, с целью увеличения выхода готовой продукции, она дополнитель= но содержит блок задания начальных условий, два блока сравнения, два блока умножения, два блока памяти, аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, коммутатор, два блока численного интегрирования и вентильный регистр, при этом выходы датчиков измерения скорости подачи кислорода, примеси в кислороде и исходном продукте соединены с входами коммутатора, подключенного свопм выходом к входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя параллельно связан с первачи входами первого блока памяти и второго блока численного интегрирования, первый выход блока заданий начальных условий параллельно подклю7 i602859 8 чен к вторым входам первого блока памяти и второго блока численного ин.тегрирования, а второй и третий выходы блока заданий начальных условий подключены соответствейно к первым входам первого и второго блоков умножения, первый, второй и третий выходы первого блока памяти подключены соответственно к входу первого блока интегрирования и вторым входам первого и второго блоков умножения, выход первого блока интегрирования параллельно соединен с первым входом второго бЛока памяти и третьим входом, первого блока памяти, подключенного своим четвертым входом к выходу второго блока умножения, а пятым входом - к выходу первого блока умножения, выход второго блока численного интегрирования параллельно соединен с вторым входом второго блока памяти и первыми входами первого и второI го блоков сравнения, первый выход второго блока памяти параллельно подключен к вторым входам первого и второго блоков сравнения, второй и третий выходы - соответственно к третьему входу второго. блока численного интегрирования и первому входу вентильного регистра, выход первого

,блока сравнения параллельно связан с третьими входами второго блока сравнения и первого блока умножения, выход второго блока сравнения параллельно подключен к третьему входу второго блока умножения и второму входу вентильного регистра, выход которого через цифроаналоговый преобразователь соединен с регулирующим клапаном подачи кислорода., 1602859

Составитель Г. Огаджанов

Техред. Л. Серд|акоав Корректор С. Иевкун

Редактор Н. Киштулинец

Заказ 3360 Тираж 411 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101