基于模拟退火算法的自适应压力控制的原子层沉积设备制造技术

本发明专利技术公开了一种基于模拟退火算法的自适应压力控制的原子层沉积设备，包括沉积腔室、等离子气体产生系统、射频电源匹配器、射频电源、气压采集电路、模拟退火控制电路、抽气装置以及充气装置。本发明专利技术提供的基于模拟退火算法的自适应压力控制的原子层沉积设备，采用基于模拟退火算法的自适应控制算法控制原子层沉积设备的腔室气压，使之保持在设定的气压范围内，且能够快速的达到预设的气压值，不但能够使原子层沉积设备迅速进入稳定的工作状态，而且能够减少化学试剂的浪费，提高实际利用率，降低残留试剂对气体试剂的污染，降低沉积反应周期时间，能够得到均匀性、纯度及厚度控制等性能良好的薄膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体设备
，特别涉及一种基于模拟退火算法的自适应压力控制的原子层沉积设备。
技术介绍
原子层沉积设备中，压力控制一直是一个颇为复杂的问题。在沉积的各个环节都涉及到压力的控制问题，沉积开始前，需要对沉积腔室进行充气，整个设备沉积在工作中，气压常需要保持在F1 Torr到ftTorr的范围内，但是在沉积的化学试剂反应阶段，沉积腔室的气压会发生变化，根据反应物的不同，气压可能变大也可能变小，且气压的变化量也不是固定不变的，气压变化过大或过小都可能导致腔室的工作气压处于P1和玲之外，这样就可能会导致基片吸附前驱体(或与前驱体反应)的速率发生变化，在较短时间内，吸附不能达到饱和或表面反应不完全等现象的发生。气压过低或过高都可能使化学试剂的反应不充分，进而导致试剂浪费和利用率降低，也会为清理过程带来不利，延长清理过程，沉积周期反应时间变长，产品质量也得不到保证。 因此，无论气压过高还是过低，所有可能的不利因素都会破坏原子层沉积的自限制性，整个沉积过程都不再是我们所期望的，只能看成是一种类似原子层沉积过程，其沉积速率随气压的升高可能增加也可能减小。这将导致沉积速率的不可控，最终影响薄膜的均匀性、纯度及厚度控制等性 能。综合上述分析，在原子层沉积设备工作过程中，腔室气压应该处于一定的范围内(即工作气压属于iy)。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能使原子层沉积设备的腔室气压保持在设定的气压范围内，且能够快速的达到预设的气压值的基于模拟退火算法的自适应压力控制的原子层沉积设备。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于模拟退火算法的自适应压力控制的原子层沉积设备，其包括沉积腔室、等离子气体产生系统、射频电源匹配器及射频电源包括气压采集电路、模拟退火控制电路、抽气装置以及充气装置；所述气压采集电路采集所述沉积腔室的气压；所述模拟退火控制电路接收所述气压采集电路采集的气压，控制所述充气装置对所述沉积腔室充气，控制所述抽气装置对所述沉积腔室抽气。进一步地，所述抽气装置包括电压电流放大模块、继电器、泵组控制器、机械泵、分子泵及手动调节阀；所述电压电流放大模块的输出端依次通过所述继电器、泵组控制器、机械泵、分子泵及手动调节阀与所述沉积腔室的输入端连接； 所述电压电流放大模块的输入端与所述模拟退火控制电路的输出端连接。进一步地，所述充气装置包括两个质量流量控制器、电磁阀及手动调节阀； 其中一所述质量流量控制器的输入端与所述模拟退火控制电路的输出端连接，输出端依次通过所述电磁阀及手动调节阀与所述沉积腔室的输入端连接，输出端还与所述气压采集电路连接； 另一所述质量流量控制器的输入端与所述模拟退火控制电路的输出端连接，输出端通过所述电磁阀与所述等离子气体产生系统连接。进一步地，所述模拟退火控制电路包括计算机和数据处理模块； 所述计算机通过所述数据处理模块接收所述气压采集电路采集的气压，判断所述沉积腔室的气压是否处于预设范围，当所述气压低于预设范围时，则控制所述质量流量控制器、电磁阀及手动调节阀对所述沉积腔室充气； 当所述气压高于预设范围时，则通过所述数据处理模块发送开启命令，控制所述电压电流放大模块输出高电压，控制继电器接通，进而开启所述泵组控制器的电源，启动机械泵、分子泵及打开手动调节阀对所述沉积腔室抽气。进一步地，所述充气装置还包括惰性气体源瓶，所述惰性气体源瓶的输入端通过一电磁阀与所述一质量流量控制器的输出端连接，所述惰性气体源瓶的输出端与手动电磁阀连接。进一步地，所述 原子层沉积设备还包括温度控制器，所述温度控制器连接在所述沉积腔室与所述数据处理模块之间。本专利技术提供的基于模拟退火算法的自适应压力控制的原子层沉积设备，采用基于模拟退火算法的自适应控制算法控制原子层沉积设备的腔室气压，使之保持在设定的气压范围内，且能够快速的达到预设的气压值，不但能够使原子层沉积设备迅速进入稳定的工作状态，而且能够减少化学试剂的浪费，提高实际利用率，降低残留试剂对气体试剂的污染，降低沉积反应周期时间，能够得到均匀性、纯度及厚度控制等性能良好的薄膜。附图说明图1为本专利技术实施例提供的气压控制电路的原理示意图。图2为本专利技术实施例提供的基于模拟退火的PID控制模型图。图3为本专利技术实施例提供的基于模拟退火算法的控制气压的流程图。图4为本专利技术实施例提供的基于模拟退火算法的自适应压力控制的原子层沉积设备的结构示意图。其中，1-质量流量控制器、2-电磁阀、8-惰性气体源瓶、10-手动调节阀、12-射频电源、13-射频电源匹配器、14-等离子体产生系统、15-沉积腔室、16-分子泵、17-机械泵、18-泵组控制器、20-温度控制器、21-计算机、22-数据处理模块、23-压力传感器、24-继电器、25-电压电流放大模块、26-气体。具体实施方式本专利技术为基于模拟退火算法的气压控制结构，该结构主要用于测量沉积腔室中的气压，使之快速达到沉积工作所需要的气压，并控制在预设的工作气压范围内，使原子层沉积设备工作在适宜的气压，避免气压过高或过低时带来的不利影响，导致薄膜的均匀性、纯度等性能的不可控，生产性能不好的产品。因而本专利技术针对气压不适宜对沉积效果带来的不良后果，采用基于模拟退火的PID控制算法，能够有效的将气压保持在设定的范围。本专利技术提供的一种基于模拟退火算法的自适应气压控制算法的原子层沉积设备，该算法实现的电路图如图1所示。基于模拟退火算法的控制器由两部分组成一是经典的PID控制器(PID方法控制规律的数学模型为Vq -1 e + —Je dt+ 11；―) + Vd )，用于 * %1|L· .J直接对被控对象进 行闭环控制，并且参数(K,、 ,、Τ )在线整定；二是模拟退火(SAA)部分， 'J Jf5根据系统的运行状态，通过模拟退火的自适应和加权系数调整，从而调节PID参数，使系统动态过程各阶段的PID参数处于最佳状态，以获得满意的控制效果。应用模拟退火的PID控制模型如图2所述。这种模拟退火算法的应用形式是从选定的初始解开始，在借助于控制参数t递增时产生一系列Markov链中，利用一个新解产生装置和接受准则，重复进行包括“产生新解-计算目标函数-判断是否接受新解-接受(或舍弃)新解”这四个阶段，不断对当前解进行迭代，从而达到目标函数最优的执行过程，流程图如图3所述。在控制系统实施过程中，首先将需要控制的气压参数由传感器转换成一定的信号后再与预先设定的值进行比较，把比较得到的差值信号经过计算后得到相应的控制值，将控制量送给控制系统进行相应的控制，如果气压过低则通入一定量的惰性气体，若气压过高则需要抽取一部分气体，使整个腔室的气压处于动态平衡的状态。沉积过程中，不断进行上述工作，从而达到自动调节的目的。下面结合一具体实施例对本专利技术提供的基于模拟退火算法的自适应气压控制算法的原子层沉积设备进行详细说明。如图4所示，基于模拟退火算法的自适应气压控制算法的原子层沉积设备包括沉积腔室15、等离子气体产生系统14、射频电源匹配器13、射频电源12、温度控制器20、气压采集电路、模拟退火控制电路、抽气装置以及充气装置。其中，气压采集电路包括压力传感器23及模数转换电路(图中未示出)。压力传感器23采集沉积腔室15的气压。模数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模拟退火算法的自适应压力控制的原子层沉积设备，包括沉积腔室、等离子气体产生系统、射频电源匹配器及射频电源，其特征在于，还包括：气压采集电路、模拟退火控制电路、抽气装置以及充气装置；所述气压采集电路采集所述沉积腔室的气压；所述模拟退火控制电路接收所述气压采集电路采集的气压，控制所述充气装置对所述沉积腔室充气，控制所述抽气装置对所述沉积腔室抽气。

【技术特征摘要】
1.一种基于模拟退火算法的自适应压力控制的原子层沉积设备，包括沉积腔室、等离子气体产生系统、射频电源匹配器及射频电源，其特征在于，还包括 气压采集电路、模拟退火控制电路、抽气装置以及充气装置； 所述气压采集电路采集所述沉积腔室的气压； 所述模拟退火控制电路接收所述气压采集电路采集的气压，控制所述充气装置对所述沉积腔室充气，控制所述抽气装置对所述沉积腔室抽气。2.根据权利要求1所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述抽气装置包括 电压电流放大模块、继电器、泵组控制器、机械泵、分子泵及手动调节阀； 所述电压电流放大模块的输出端依次通过所述继电器、泵组控制器、机械泵、分子泵及手动调节阀与所述沉积腔室的输入端连接； 所述电压电流放大模块的输入端与所述模拟退火控制电路的输出端连接。3.根据权利要求3所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述充气装置包括 两个质量流量控制器、电磁阀及手动调节阀； 其中一所述质量流量控制器的输入端与所述模拟退火控制电路的输出端连接，输出端依次通过所述电磁阀及手动调节阀与所述沉积腔室的输入端连接，输出端还与所述气压采集电路连接； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王燕，李勇滔，夏洋，赵章琰，石莎莉，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：