В 2022 — 2023 годах в г. Дубай (ОАЭ) специалистами компании РИТМ были выполнены работы по модернизации и пуско-наладке автоматизированной системы управления для партии реакторов плазменно-химического осаждения из газовой фазы.
Панели дозирования газов в реакторах химического напыления, «WonderTech», 2022 — 2023 гг
Всего за этот период было запущено в работу 11 реакторов. Проведена модернизация панелей дозирования газов, добавлены отдельные линии дозирования азотно-водородной газовой смеси H2/N2.
Рассматриваемая система дозирования газов является составной частью установки для производства кристаллов по методу MPECVD.
Система управления дозированием газов снабжена четырьмя регуляторами расхода газа (MFC1…MFC4), с помощью которых осуществляется нормированный газонапуск в камеру установки.
Газовая панель состоит из четырех идентичных по функционалу газовых линий дозирования:
— Линия напуска водорода: K1-MFC1-K13;
— Линия напуска азота: K2-MFC2-K14;
— Линия напуска метана: K3-MFC3-K15;
— Линия напуска кислорода: K4-MFC4-K16.
Клапаны K1…K4 – ручные. Клапаны K13…K16 – пневматические.
Помимо данных клапанов на газовой панели присутствует общий пневматический клапан подачи газа в камеру K17.
Пневматические клапаны K13…K17 управляются с помощью пнемораспределителей КЭ13…КЭ17, установленных на общей пневматической плите. Каждый клапан снабжен дополнительным контактом для контроля закрытого состояния.
Состояния этих клапанов, определяемые выходными управляющими сигналами включения / отключения пневмораспределителей и входными дискретными сигналами подтверждения закрытия, индицируются в системе управления и архивируются в виде соответствующих текстовых сообщений. Ручной клапан K5 используется для сервисных функций (продувки, калибровки).
Регуляторы массового дозирования газа MFC1…MFC4 настроены на разные расходы и разные плотности газов, поэтому не являются взаимозаменяемыми:
— MFC1: Bronkhorst F-201CV-1K0-AAD-88-V, водород, 20…1000 sccm
— MFC2: Bronkhorst F-201CV-1K0-AAD-88-V, азот, 20…1000 sccm
— MFC3: Bronkhorst F-201CV-200-AAD-88-V, метан, 4…200 sccm
— MFC4: Bronkhorst F-201CV-050-AAD-88-V, кислород, 1…50 sccm
Регуляторы расхода являются устройствами с внутренним контуром обратной связи (аппаратными регуляторами). Сигнал со встроенного датчика расхода, сравнивается с сигналом задания регулятора.
На основании разницы между этими сигналами внутри регулятора формируется сигнал управления (открытия / закрытия) пропорционального клапана регулятора.
Таким образом, управляя степенью открытия пропорционального клапана, обеспечивается требуемый расход газа, соответствующий сигналу задания.
Аналоговый сигнал задания для каждого регулятора расхода соответствует диапазону 0…+5V.
От каждого регулятора расхода в систему управления поступает аналоговый сигнал 0…+5V о текущем расходе газа.
Значения задания и текущего расхода для каждого регулятора индицируются в системе управления в цифровом виде в sccm и архивируются в виде графика.
На основании значений текущего расхода для каждой линии, в системе управления производится расчет процентного соотношения газового потока относительно суммарного расхода. Данные значения индицируются в процентах и архивируются в виде графиков.
Для каждой газовой линии в системе управления можно установить порог предупредительной сигнализации (отклонение текущего расхода в процентах от заданного значения) и порог аварийного отключения магнетрона с отключением общего клапана K17.
Область экрана «Gas panel» в окне «Machine» состоит из четырех групп элементов (для каждого газа соответственно), имеющих одинаковое функциональное назначение.
В каждой группе присутствуют следующие элементы:
— Наименование газовой линии (H2, N2, CH4, O2).
— Индикатор открытия газовой линии, отображаемый в виде стрелки.
— Цифровые индикаторы текущего расхода «Flow» в газовой линии, в % и sccm.
— Окно задания требуемого расхода газа в линии «Set», в sccm.
Индикатор открытия газовой линии отображается зеленым цветом, если открыт соответствующий пневматический клапан линии (K13, K14, K15, K16) и задание расхода «Set» для соответствующего газа больше нуля.
Если задание для соответствующего регулятора расхода равно нулю, или пневматический клапан линии закрыт, то индикатор отображается серым цветом.
Индикатор открытия газовой линии имеет дополнительное состояние «Режим ожидания». В данном режиме он отображается мерцающим желтым цветом. Индикатор отображается в этом режиме, если пневматический клапан соответствующей линии также находится в режиме ожидания.
Индикатор текущего расхода газа «Flow» отображается в абсолютных (sccm) и относительных (%) величинах. Расход в % — это отношение текущего расхода газа в линии (в sccm) к суммарному расходу во всех газовых линиях.
Окно задания расхода «Set» позволяет установить необходимый расход в газовой линии в диапазоне, определяемом характеристиками аппаратного регулятора расхода (MFC1…MFC4).
Элементы, размещенные в данной области экрана, предназначены для ступенчатого изменения расхода газа («Set») на необходимую величину для одной из заранее выбранных газовых линий (H2, N2, CH4, O2).
Область ступенчатого изменения расхода состоит из следующих элементов:
— Наименование линии (H2, N2, CH4, O2).
— окно ввода величины ступеньки (в sccm).
— кнопки «+» и «-».
Выбор газовой линии осуществляется нажатием на наименование газовой линии в области экрана «Gas panel» («H2», «N2», «CH4», «O2»). При этом, в области ступенчатого изменения расхода, изменяется наименование газовой линии.
Окно ввода величины ступеньки позволяет устанавливать значения, индивидуальные для каждой газовой линии.
Нажатие на кнопки «+» и «-» увеличивает или уменьшает, соответственно, задание расхода выбранной газовой линии на установленную величину ступеньки.
Лампа индикации газонапуска в камеру позволяет контролировать состояние линии газонапуска из газовой панели в камеру.
Если выходной пневматический клапан газовой панели K17 открыт, то лампа отображается непрерывным зеленым цветом. Если K17 закрыт, то лампа отображается серым цветом.
Также лампа имеет дополнительное состояние «Режим ожидания». В данном режиме она отображается мерцающим желтым цветом, если K17 также находится в режиме ожидания.
При нажатии на кнопку «Gas panel», расположенную на основном экране, либо на кнопку с соответствующей иконкой, расположенную на других экранах, открывается окно, где отображаются элементы газовой панели.
Данный экран предназначен для запуска и завершения процесса газонапуска в камеру (открытия / закрытия пневмоклапанов газовых линий).
Также, на данном экране возможны задание и контроль необходимых расходов в газовых линиях. В данном режиме возможен тест и продувка линий системы газонапуска через открытый ручной вентиль K5. Включение / отключения данного режима осуществляется нажатием на изображение стрелки, при этом выходной клапан газовой панели K17 должен находиться в закрытом состоянии.
Если режим «Calibration Port» включен, то лампа отображается мерцающим зеленым цветом. Если режим отключен, то лампа отображается серым цветом.
Кнопки открытия / закрытия клапанов газовых линий:
- Кнопка открытия / закрытия клапана K13 газовой линии H
- Кнопка открытия / закрытия клапана K14 газовой линии N
- Кнопка открытия / закрытия клапана K15 газовой линии CH
- Кнопка открытия / закрытия клапана K16 газовой линии O
Кнопки предназначены для открытия пневмоклапанов соответствующих газовых линий.
Регуляторы расходов газов:
- Регулятор расхода газа MFC1 в линии H
- Регулятор расхода газа MFC2 в линии N
- Регулятор расхода газа MFC3 в линии CH
- Регулятор расхода газа MFC4 в линии O
При нажатии на изображение соответствующего регулятора появляется экранная клавиатура, позволяющая устанавливать требуемый расход газа («Set») в газовой линии.
Также, в пределах изображения каждого регулятора отображается текущий расход газа в sccm и %.
Предупредительные и аварийные уровни по расходам газа настраиваются на отдельной странице.
Лампа в левом нижнем углу регулятора отображает текущее состояние регулятора. Если задание расхода («Set») равно нулю, или закрыт пневмоклапан газовой линии (K13…K16), то лампа отображается красным цветом.
Если задание отлично от нуля и клапан газовой линии открыт, то лампа отображается зеленым цветом.
Индикаторы открытия газовых линий:
- Индикатор открытия линии H
- Индикатор открытия линии N
- Индикатор открытия линии CH
- Индикатор открытия линии O
Также, в пределах изображения каждого регулятора отображается текущий расход газа в sccm и %.
Индикатор открытия газовой линии отображается зеленым цветом, если открыт соответствующий пневматический клапан линии (K13, K14, K15, K16) и задание расхода «Set» для соответствующего газа больше нуля.
Если задание для соответствующего регулятора расхода равно нулю или пневматический клапан линии закрыт, то индикатор отображается серым цветом.
Индикатор открытия газовой линии имеет дополнительное состояние «Режим ожидания». В данном режиме он отображается мерцающим желтым цветом. Индикатор отображается в этом режиме, если пневматический клапан соответствующей линии также находится в режиме ожидания.
