[發(fā)明專利]周期雙向脈沖控制單晶爐軟軸提拉系統(tǒng)無序擺動方法

有效

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• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112760705B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任海鵬;周子璇;李潔
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: C30B15/22
• 分類號: C30B15/22;C30B29/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 戴媛

本發(fā)明公開了一種周期雙向脈沖控制單晶爐軟軸提拉系統(tǒng)無序擺動方法，步驟包括：步驟1、構(gòu)建晶體生長軟軸提拉系統(tǒng)的動力學(xué)模型；步驟2、設(shè)置針對軟軸提拉系統(tǒng)的周期雙向脈沖控制器，設(shè)計(jì)一個(gè)周期雙向脈沖控制器，在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)等時(shí)間間隔對轉(zhuǎn)速施加一個(gè)負(fù)脈沖和一個(gè)正脈沖，正負(fù)脈沖交替應(yīng)用，使得軟軸提拉系統(tǒng)的平均轉(zhuǎn)速不變；步驟3、利用BF算法確定周期雙向脈沖控制器的控制參數(shù)的選擇范圍。本發(fā)明的方法，可以抑制軟軸系統(tǒng)在晶體生長中的無序擺動，使擺動處于周期一運(yùn)動狀態(tài)；無需狀態(tài)反饋，控制器設(shè)置簡單，控制間歇加入，不改變系統(tǒng)平均轉(zhuǎn)速，對晶體生長工藝參數(shù)影響小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制備過程控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種周期雙向脈沖控制單晶爐軟軸提拉系統(tǒng)無序擺動方法。

背景技術(shù)

單晶硅是集成電路的基礎(chǔ)材料，目前90％的硅基集成電路芯片的基底材料采用直拉式單晶爐制備，直拉法也稱為CZ(Czochralski)法，采用直拉法生長硅單晶時(shí)，要求籽晶浸入硅熔體進(jìn)行熔接，單晶爐的軟軸旋轉(zhuǎn)提拉系統(tǒng)控制晶體一邊旋轉(zhuǎn)一邊緩慢提升以便籽晶下生長出單晶，軟軸旋轉(zhuǎn)提拉系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行對晶體生長的質(zhì)量至關(guān)重要。

但是由于機(jī)械制造原因，提拉系統(tǒng)或多或少存在偏心，同時(shí)隨著硅單晶直徑的增加，軟軸長度也隨之增加，晶體轉(zhuǎn)動頻率與軟軸提拉系統(tǒng)固有頻率的耦合經(jīng)常使得軟軸提拉系統(tǒng)出現(xiàn)無序擺動，影響晶體生長品質(zhì)。如何抑制提拉系統(tǒng)中的無序擺動成為工程技術(shù)要解決的問題。

人們試圖通過提高加工精度和避免一些引起擺動的晶轉(zhuǎn)速度來規(guī)避無序轉(zhuǎn)動，但是其擺動內(nèi)在機(jī)理決定這樣的處理方式是被動的，效果有限。如何采用非線性動力學(xué)系統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)提拉系統(tǒng)無序擺動控制成為一個(gè)可能的解決方向，本發(fā)明提出周期雙向脈沖控制消除提拉系統(tǒng)無序擺動方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種周期雙向脈沖控制單晶爐軟軸提拉系統(tǒng)無序擺動方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中的軟軸提拉系統(tǒng)在不改變單晶爐軟軸提拉系統(tǒng)平均轉(zhuǎn)速的情況下，難以抑制無序擺動的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種周期雙向脈沖控制單晶爐軟軸提拉系統(tǒng)無序擺動方法，按照以下步驟具體實(shí)施：

步驟1、構(gòu)建晶體生長軟軸提拉系統(tǒng)的動力學(xué)模型；

步驟2、設(shè)置針對軟軸提拉系統(tǒng)的周期雙向脈沖控制器，

設(shè)計(jì)一種周期雙向脈沖控制器，在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)等時(shí)間間隔對轉(zhuǎn)速施加一個(gè)負(fù)脈沖和一個(gè)正脈沖，正負(fù)脈沖交替應(yīng)用，使得軟軸提拉系統(tǒng)的平均轉(zhuǎn)速不變；

步驟3、利用BF算法確定周期雙向脈沖控制器的控制參數(shù)的選擇范圍。

本發(fā)明的有益效果是，包括以下方面：1)周期雙向脈沖控制方法可以抑制軟軸系統(tǒng)在晶體生長中出現(xiàn)的無序擺動，使擺動處于周期一狀態(tài)；2)雙向脈沖控制方法無需狀態(tài)反饋，控制器設(shè)置簡單，控制量間歇作用，不改變系統(tǒng)平均晶體旋轉(zhuǎn)速度，對晶體生長工藝影響小。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法控制對象的單晶爐及軟軸提拉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明方法控制對象——軟軸提拉系統(tǒng)的模型簡化示意圖；

圖3是本發(fā)明方法采用周期雙向脈沖控制方法實(shí)施框圖；

圖4是本發(fā)明方法控制參數(shù)選擇區(qū)域示意圖；

圖5是控制參數(shù)為(Δ,κ)＝(0.26,0.8)時(shí)，本發(fā)明方法對軟軸提拉系統(tǒng)實(shí)施周期雙向脈沖控制后的系統(tǒng)狀態(tài)變量時(shí)序圖；

圖6是與圖5對應(yīng)的受控系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)周期運(yùn)動的龐加萊截面圖；

圖7是控制參數(shù)為(Δ,κ)＝(0.285,0.7)時(shí)，本發(fā)明方法對軟軸提拉系統(tǒng)實(shí)施周期雙向脈沖控制后的系統(tǒng)狀態(tài)變量時(shí)序圖；

圖8是與圖7對應(yīng)的受控系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)周期運(yùn)動的龐加萊截面圖；