專利名稱：一種分析光欄的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種控制技術(shù)，特別涉及半導(dǎo)體制造中離子注入機(jī)分析器出口所用的分 析光欄電極的控制，屬于半導(dǎo)體器件制造的控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體行業(yè)的迅猛發(fā)展，半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)工藝的要求也越來越高，離子注入機(jī) 的束流傳輸效率好和束流品質(zhì)高是滿足注入工藝的基本要求，控制表面顆粒的需要變得越 來越關(guān)鍵，而作為顆?？刂频年P(guān)鍵部件分析光欄，在離子注入機(jī)的光路系統(tǒng)中，其縫寬及三 相交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度對(duì)束流的傳輸效率和束流品質(zhì)起著非常重要的作用。然而，根據(jù)不 同能量、不同質(zhì)量、不同電荷態(tài)的離子進(jìn)入束線系統(tǒng)，分析光欄縫隙寬度最佳的位置和三相 交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求也可能不同，與以往采用固定的分析光欄縫不同的是，當(dāng)前的國 內(nèi)外大部分離子注入機(jī)都是采用可調(diào)節(jié)的分析光欄縫來適應(yīng)這種需求。由于分析光欄處于 分析器出口附近，所處的環(huán)境是離子注入機(jī)的較高電位，干擾信號(hào)較強(qiáng)，所以要求調(diào)節(jié)的穩(wěn) 定性和可靠性很高，這就給分析光欄的控制系統(tǒng)提出了很高的要求。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種控制分析光欄的調(diào)節(jié)方式，通過雙閉環(huán)反饋的控制分析光 欄縫寬，不但抗干擾能力強(qiáng)，而且具有過流保護(hù)功能，及對(duì)三相交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān) 測，能滿足調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和可靠性要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)分析光欄的縫寬穩(wěn)定和可靠的控制，以及同時(shí) 監(jiān)測三相交流電機(jī)轉(zhuǎn)速，而設(shè)計(jì)了一套雙閉環(huán)控制電路控制DC電機(jī)，調(diào)節(jié)分析光欄縫寬， 穩(wěn)定在最合適的位置，同時(shí)通過轉(zhuǎn)速計(jì)對(duì)三相交流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)測。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)這種束線系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件的控制技術(shù)包括一個(gè)主控制器、一模擬量控制及采 集電路板、一個(gè)直流電機(jī)、一個(gè)固態(tài)接觸器、一個(gè)三相交流電機(jī)、一個(gè)電位器、一個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)和 一塊反饋控制及直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板，具體原理框圖如圖1所示。所述的主控制器為工控機(jī)，用于用來根據(jù)不同能量、不同質(zhì)量、不同電荷態(tài)的離子 進(jìn)入束線系統(tǒng)，來決定調(diào)節(jié)分析光欄縫寬的數(shù)值大小，以及監(jiān)控電機(jī)實(shí)際的狀態(tài)和數(shù)據(jù)。所述的模擬量控制及采集電路板是通用的模擬量控制電路板，用于執(zhí)行通過光纖 從主控制器發(fā)送的命令，輸出電壓信號(hào)給直流電機(jī)；所述的一個(gè)直流電機(jī)為直接調(diào)節(jié)分析光欄縫寬運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件，可以帶動(dòng)部件在 連軸上以分析器出口中心向左右方向運(yùn)動(dòng)；所述的一個(gè)固態(tài)接觸器為軟啟動(dòng)三相電機(jī)用固態(tài)接觸器，直接用來實(shí)現(xiàn)三相電機(jī) 的平穩(wěn)啟動(dòng)和停止； 所述的一個(gè)電位器為高精度旋轉(zhuǎn)式電位器，用于給電機(jī)驅(qū)動(dòng)板提供分析光欄直流 電機(jī)的電機(jī)采樣電壓，它裝在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，電機(jī)在帶動(dòng)分析縫運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，電位器的電壓也隨之變化，這樣就能實(shí)時(shí)反饋分析光欄縫的位置電壓信號(hào)；所述的一個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)為集成式轉(zhuǎn)速計(jì)，用于對(duì)三相交流電機(jī)進(jìn)行速度采樣，它裝在 三相電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化的同時(shí)，轉(zhuǎn)速計(jì)采樣的電壓也隨之變化，這樣就 能實(shí)時(shí)檢測三相電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度.所述的反饋控制驅(qū)動(dòng)電路板是本分析光欄控制系統(tǒng)的重點(diǎn)，通過主控制器發(fā)出的 命令控制的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)利用閉環(huán)控制的原理，將反饋的位置電壓信號(hào)通過運(yùn)算放大 器和模擬控制板輸出的目標(biāo)位置的電壓信號(hào)作比較，從而輸出一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)，再通過驅(qū)動(dòng) 電路輸出給直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。若電機(jī)的負(fù)載電流超過設(shè)定置時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路板的內(nèi)置 繼電器失電，將斷開電機(jī)供電，起到保護(hù)電路的作用.具體原理框圖如圖2所示。本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)1.采用雙閉環(huán)控制原理，將控制信號(hào)與分析光欄縫的位置反饋信號(hào)比較輸出，再 經(jīng)PID電路與內(nèi)部電壓反饋信號(hào)和電流反饋信號(hào)進(jìn)行比較來控制輸出，消除了干擾信號(hào)引 起的電壓尖峰的狀況，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從根本上解決了輸出控制信號(hào)的抗干擾問題。2.通過轉(zhuǎn)速計(jì)對(duì)三相電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，.3.設(shè)有過流保護(hù)電路，使系統(tǒng)更加安全可靠.4.采用閉環(huán)控制原理，分析光欄縫的位置反饋信號(hào)參與控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，使電路進(jìn) 行自動(dòng)調(diào)節(jié)，讓電機(jī)穩(wěn)定在設(shè)定值。


圖1為本發(fā)明的分析光欄控制原理框圖。圖2為本發(fā)明的反饋控制驅(qū)動(dòng)電路原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步介紹，但不作為對(duì)本發(fā)明新型的限定。舉例說明，在引束的過程中，調(diào)節(jié)分析縫的位置以尋找系統(tǒng)的最佳束流。如圖1所 示，主控制器發(fā)送調(diào)節(jié)分析縫移動(dòng)的命令，通過模擬量控制及采集電路將主控制器發(fā)送的 位置信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)傳送給反饋控制及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，該電路板將電壓信號(hào)進(jìn)行處理 后，能夠驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)分析縫移動(dòng)到目標(biāo)位置，此時(shí)，主控制器根據(jù)反饋回來的 信號(hào)判斷是否達(dá)到目的位置，做出進(jìn)一步的調(diào)整，并內(nèi)部電壓和電流反饋回路構(gòu)成一個(gè)雙 閉環(huán)的控制電路。另外，主控制器也發(fā)送一個(gè)啟動(dòng)三相交流電機(jī)命令，通過模擬量控制及采 集電路觸發(fā)三相電機(jī)接觸器啟動(dòng)三相交流電機(jī)，并通過轉(zhuǎn)速計(jì)對(duì)其旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測 和采集，經(jīng)模擬量控制及采集電路返回工控機(jī).使整個(gè)系統(tǒng)工作在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。如圖2所示反饋控制驅(qū)動(dòng)電路板使系統(tǒng)調(diào)節(jié)電機(jī)的過程變得更加安全和可靠。工 控機(jī)發(fā)出調(diào)節(jié)分析光欄縫的命令時(shí)，負(fù)載反饋電流在設(shè)定置以下時(shí)，繼電器K得電吸合，使 當(dāng)前直流電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連通。通過電位器監(jiān)測到的分析光欄0-5V位置反饋信號(hào)與 0-5V的控制信號(hào)輸出給反饋控制進(jìn)行比較構(gòu)成外閉環(huán)，電壓反饋信號(hào)和電流反饋信號(hào)與經(jīng) PID電路處理后的信號(hào)組成的電壓和電路，構(gòu)成系統(tǒng)的內(nèi)閉環(huán)，當(dāng)控制電壓大于反饋電壓 時(shí)，假如設(shè)定控制電壓信號(hào)輸入端為反相輸入端，而此時(shí)比較器Al處理后輸出為負(fù)值，經(jīng)PID電路處理，再與內(nèi)部電流電壓進(jìn)行比較，得到的差值信號(hào)經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路后輸出給直流 電機(jī)，使電機(jī)將朝某個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，安裝在轉(zhuǎn)軸上的電位器也隨之旋轉(zhuǎn)， 反饋的電壓隨之增加，當(dāng)反饋電壓值與控制電壓值相等時(shí)，Al比較器同相端和反相端幾乎 相等時(shí)，Al輸出的比較值為零，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓也變?yōu)榱?，電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)；此時(shí)，電 機(jī)位置被穩(wěn)定在目標(biāo)值，當(dāng)干擾出現(xiàn)時(shí)，雙閉環(huán)反饋 控制電路能自動(dòng)調(diào)節(jié)使輸出信號(hào)迅速 穩(wěn)定下來，滿足控制要求。相反，當(dāng)輸出的控制電壓小于反饋電壓時(shí)，Al輸出的信號(hào)電壓值 反相，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路輸出給電機(jī)的電壓信號(hào)也隨之反相，電機(jī)將朝相反的方向運(yùn)動(dòng)，最終穩(wěn) 定在目標(biāo)位置。在工作過程中，如采集到的負(fù)載電流值超過設(shè)定的保護(hù)值時(shí)，繼電器Kl線 包失電，將切斷直流電機(jī)輸出.電機(jī)迅速停止運(yùn)動(dòng).確保系統(tǒng)的工作在安全可靠狀態(tài)下。
本發(fā)明的特定實(shí)施例已對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做了詳盡說明。對(duì)本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而 言，在不背離本發(fā)明精神的前提下對(duì)它所做的任何顯而易見的改動(dòng)，都構(gòu)成對(duì)本發(fā)明新型 專利的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求
1.一種新型的分析光欄的控制系統(tǒng)，它包括主控制器、模擬量輸出控制電路板、DC電 機(jī)、固態(tài)接觸器、三相交流電機(jī)、電位器、轉(zhuǎn)速計(jì)和反饋控制及直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板，其特征 在于所述的主控制器通過光纖與模擬量控制及采集電路連接，該分析光欄為沿X水平方向 移動(dòng)，其移動(dòng)位置是通過主控制器定位的；所述的模擬量控制及采集電路與電機(jī)反饋控制 驅(qū)動(dòng)電路和固態(tài)接觸器連接，模擬量控制電路將主控制器發(fā)出的分析縫位置信號(hào)處理為電 壓信號(hào)與裝在DC電機(jī)上的高精密電位器采集的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)電機(jī)反饋控制驅(qū)動(dòng) 電路處理后輸送給DC電機(jī)和啟動(dòng)三相交流電機(jī)，帶動(dòng)分析縫運(yùn)動(dòng)到指定的位置；另主控制 器發(fā)的三相電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，觸發(fā)三相電機(jī)接觸器，啟動(dòng)三相交流電機(jī)，并通過裝轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn) 速計(jì)，實(shí)時(shí)檢測交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的分析光欄的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的固態(tài)接觸器為軟 啟動(dòng)三相電機(jī)固態(tài)接觸器。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的分析光欄的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的一個(gè)電位器為旋 轉(zhuǎn)式的高精度電位器。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的分析光欄的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)速計(jì)為集成式 轉(zhuǎn)速計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的分析光欄的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的電機(jī)反饋控制驅(qū) 動(dòng)電路板包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，PID電路，雙閉壞控制電路以及過流保護(hù)電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)節(jié)分析光欄的控制系統(tǒng)，特別涉及半導(dǎo)體制造中離子注入機(jī)分析器出口所用的分析光欄電極的控制，屬于半導(dǎo)體器件制造的控制領(lǐng)域。包括主控制器、模擬量控制及采集電路、DC電機(jī)、高精密電位器、三相交流電機(jī)、接觸器、轉(zhuǎn)速計(jì)和電機(jī)反饋控制驅(qū)動(dòng)電路；其中模擬量控制電路將主控制器發(fā)出的分析縫位置信號(hào)處理為電壓信號(hào)與裝在DC電機(jī)上的高精密電位器采集的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)PID電路處理后，與電壓反饋信號(hào)和電流反饋信號(hào)構(gòu)成雙閉環(huán)來控制電機(jī)迅速穩(wěn)定在目的地。本發(fā)明實(shí)用性強(qiáng)，消除了干擾信號(hào)引起的電壓尖峰，從根本上提高了系統(tǒng)抗干擾的能力；此系統(tǒng)在電流反饋控制驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)有過流保護(hù)電路，使系統(tǒng)更加安全可靠。
文檔編號(hào)G05B19/04GK102004449SQ200910090669
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者孫雪平, 彭彬, 彭立波, 袁衛(wèi)華, 謝均宇 申請(qǐng)人:北京中科信電子裝備有限公司