专利名称：制程反应室的定压控制方法及其调压阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制程反应室控制方法及其调压阀，且特别涉及定压的制程反应室控制方法及其调压阀。
背景技术：
半导体的制造过程中，很多的制程都需要通入制程气体，而且需要在制造的过程中维持固定的压力，举例应用反应式离子蚀刻法，蚀刻二氧化硅层，需通入的反应气体包含CHF3与CF4，并维持固定的压力。
然而，半导体制造的过程中通常会有许多让压力变化的因素，例如上述的反应式离子蚀刻法，CHF3与CF4可能会和二氧化硅层产生反应，可能会造成气体体积的变化，而使压力产生变化；或当电浆激活时，压力产生变化。
请参照图1A和图1B，其分别绘示现有节流阀(throttle valve)和钟摆阀(pendulum valve)的示意图。现有选择调压阀的方式不外乎选择适合管径、流量和压力的调压阀。在制程开始时，比例-积分-微分控制器(以下称PID控制器)的控制器通过调压阀来控制制程到达稳定的压力。
参照图2，其为制程压力经PID的控制器下压力和时间的关系图。从图2中可以得知压力的控制需要经过一段时间才能到达稳定的状态，例如图中花了4秒才到达稳定的状态。如果制程的压力发生变化时，需要再花4秒重新作压力的控制，才能到达稳定的状态。倘若制程从开始到结束只要6秒，其中4秒处于压力不稳定状态。这对制程品质的影响很大，所以需要本发明的控制方法，来减少控制的时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定压控制方法，应用于半导体制程反应室。
本发明提出一种制程反应室的定压控制方法，通过一PID控制器控制第一调压阀和至少一个第二调压阀，对制程反应室执行第一预定压力控制，且第一调压阀的反应时间比第二调压阀的反应时间较长，该定压控制方法叙述如下(a)第一调压阀提供该制程反应室第二预定压力；(b)第二调压阀对制程反应室执行压力的控制，将压力由第二预定压力调整至第一预定压力。
本发明的另一个目的在于提供一种两段式自动控制方法，应用于压力的控制。
根据上述目的，本发明提出一种两段式自动控制方法，通过一比例-积分-微分控制器(以下称PID控制器)控制第一调压阀和第二调压阀，对一共同空间执行压力的控制，且第一调压阀的反应时间比第二调压阀的反应时间较长，此两段式自动控制方法叙述如下。首先，步骤(a)PID控制器通过第一调压阀，对共同空间执行压力的控制；接着，步骤(b)PID控制器通过第二调压阀，对共同空间执行压力的控制。其中步骤(a)和步骤(b)不同时执行。
本发明的再一目的在于提供一种调压阀，应用于制程反应室中稳定压力。
本发明提出一种用于制程反应室定压的调压阀，其连接一制程反应室与一泵，通过与该泵共同运作，来稳定该制程反应室的压力，其特征在于该调压阀至少包含至少两个设于该调压阀内的阀门单位；以及一多段式PID控制装置，其通过控制该至少两个阀门单位，实现对该制程反应室的压力控制。
由上述可知，应用本发明的控制方法，可以选择反应时间较短的阀门，来减少控制压力稳定的时间。
图1A是现有节流阀(throttle valve)的示意图；图1B是现有钟摆阀(pendulum valve)的示意图；图2是制程压力经PID的控制器下“压力vs.时间”的关系图；图3A是依照本发明一较佳实施例的一种调压阀图的示意图；图3B是依照本发明一较佳实施例阀门TV1和TV2压力稳定的时间比较图；图4A是只用一个阀门TV1进行压力控制下“压力vs.时间”关系图；图4B是依照本发明一较佳实施例，应用阀门TV1和TV2进行压力控制下“压力vs.时间”关系图；图4C是依照本发明另一较佳实施例，应用阀门TV1和TV2进行压力控制下“压力vs.时间”关系图；以及图5A-5B是依照本发明较佳实施例，所重新设计的节流阀和钟摆阀。
具体实施例方式
为了缩短控制的时间，本发明经历下列的方法，第一种方式应用比例-积分-微分控制器(以下称PID控制器)，控制反应时间较短的调压阀，且使用较小的管径。这种方式的优点是反应时间较短，但是受管径和调压阀的限制，所能适用的压力和流量的范围较小。另一种方式是通过记录压力和对应此压力阀门动作的位置，当需要此压力时，将阀门调整到阀门对应的位置。这种方式的优点是所需时间非常短(较第一种方式更短)，但是因为气体的压力具有不可重复性，且精度误差通常是非线性。所以这种方式只能作较粗略的压力控制，并不适用于半导体制程。
请参照图3A，其绘示依照本发明一较佳实施例的一种调压阀图的示意图。本发明将调压阀设计为两个阀门TV1和TV2，其中TV1适用的压力和流量的范围较TV2大，而TV2反应时间较TV1短(参照图3B，TV2的反应时间t2较TV1的反应时间t1短)。本发明先利用PID控制器经由TV1进行压力控制(TV2此时不动作)，将压力稳定在所需数值，此后TV1不再动作。接着，当压力发生变化时，则利用PID控制器经由TV2进行压力控制(TV1此时不动作)，可减少压力稳定的时间。若压力变化的数值，超过TV2的极限，则需要再使用TV1进行压力控制。
本发明的设计特别适用于需维持压力在一定值，且可依需求的压力和流量范围选择适当的TV1。为了减少压力稳定的时间，则选择反应时间越短的TV2。如果每次所需的压力都是相同的，PID控制器可以记录上次阀门动作的位置，在开始进行压力控制时，TV1直接动作到上次阀门动作的位置，接着由TV2进行压力控制(TV1此时不动作)，可减少更多压力稳定的时间。
因此，本发明也可视为一种制程反应室的定压控制方法，通过PID控制器控制TV1和TV2，对制程反应室执行预定压力控制，此控制方法由TV1提供制程反应室一预定压力(先前使用的压力)，再由第二调压阀，对制程反应室执行压力的控制。
上述PID控制器控制TV1和TV2的方式，需通过驱动装置接收PID控制器的讯号，而后经由调压阀与泵的共同运作，驱动装置可以是步进马达、伺服马达或其可用来控制精准动作的马达。
参照图4A至图4C，图4A为只用一个阀门TV1进行压力控制下压力vs.时间关系图；图4B为依照本发明一较佳实施例，应用阀门TV1和TV2进行压力控制下压力vs.时间关系图；图4C为依照本发明另一较佳实施例，应用阀门TV1和TV2进行压力控制下压力vs.时间关系图。
假设上述的图4A、图4B和图4C所控制的制程状况是相同的。图4A所需的压力稳定时间的总和是3t1。图4B所需的压力稳定时间的总和是t1+2t2。图4C所绘示情形，每次所需的压力都是相同的，TV1可以记录上次阀门动作的位置，在开始进行压力控制，TV1直接动作到上次阀门动作的位置，由接着TV2进行压力控制(TV1此时不动作)，可减少更多压力稳定的时间。因此图4C所需的压力稳定时间的总和是3t2。上述的t1＞t2，如果压力变化的次数越多，本发明和现有控制方法，压力稳定时间的差异也就越大。
本发明也可以将图1A的节流阀，重新设计如图5A所示。另一方面，将图1B的钟摆阀，重新设计如图5B所示。
由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明的控制方法，可以选择适用的压力和流量的阀门，且可以应用另一反应时间较短的阀门，来减少压力稳定的时间。
虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，例如使用三个以上的阀门，来执行压力的控制。因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种制程反应室的定压控制方法，其通过一PID控制器控制第一调压阀和至少一第二调压阀，对该制程反应室执行一第一预定压力控制，且第一调压阀的反应时间比第二调压阀的反应时间较长，其特征在于该定压控制方法至少包含该第一调压阀提供该制程反应室一第二预定压力；以及该第二调压阀，对该制程反应室执行压力的控制，将压力由该第二预定压力调整至该第一预定压力。
2.根据权利要求1所述的制程反应室的定压控制方法，其特征在于该第一预定压力和该第二预定压力的压力差需在该第二调压阀的调整范围内。
3.根据权利要求1所述的制程反应室的定压控制方法，其特征在于该方法还包括通过马达接受PID控制器讯号，控制该第一和第二调压阀。
4.一种用于制程反应室定压的调压阀，其连接一制程反应室与一泵，通过与该泵共同运作，来稳定该制程反应室的压力，其特征在于该调压阀至少包含至少两个设于该调压阀内的阀门单位；以及一多段式PID控制装置，其通过控制该至少两个阀门单位，实现对该制程反应室的压力控制。
5.根据权利要求4所述的的调压阀，其特征在于该多段式PID控制装置是一两段式PID控制装置，控制一第一调压阀和一第二调压阀，并对该制程反应室执行一第一预定压力控制，且第一调压阀的反应时间比第二调压阀的反应时间较长。
6.根据权利要求5所述的的调压阀，其特征在于该两段式PID控制装置至少包含该第一调压阀提供该制程反应室一第二预定压力；以及该第二调压阀，对该制程反应室执行压力的控制，将压力由该第二预定压力调整至该第一预定压力。
7.根据权利要求5所述的的调压阀，其特征在于该第一调压阀是一具有自由度的圆形节流阀，且中央具有圆形开孔。
8.根据权利要求7所述的的调压阀，其特征在于该第二调压阀装设于该第一调压阀中央的圆形开孔。
9.根据权利要求5所述的的调压阀，其特征在于该第一调压阀是一具有自由度的钟摆阀，且中央具有圆形开孔。
10.根据权利要求9所述的的调压阀，其特征在于该第二调压阀是一钟摆阀，装设于该第一调压阀中央的圆形开孔。
全文摘要
一种制程反应室的定压控制方法，通过一PID控制器控制第一调压阀和至少一个第二调压阀，对制程反应室执行第一预定压力控制，且第一调压阀的反应时间比第二调压阀的反应时间较长，该定压控制方法叙述如下(a)第一调压阀提供该制程反应室第二预定压力；(b)第二调压阀对制程反应室执行压力的控制，将压力由第二预定压力调整至第一预定压力。本发明还提供一种用于制程反应室定压的调压阀，以实现上述控制方法。
文档编号C23C16/44GK1508852SQ20031010369
公开日2004年6月30日 申请日期2003年10月30日 优先权日2002年12月18日
发明者张知天, 吴学昌, 巫尚霖, 黄见翎, 彭进兴, 周梅生 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司