CN110571171B - 气体流量控制器的校准方法、校准***及进气装置 - Google Patents

气体流量控制器的校准方法、校准***及进气装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种气体流量控制器的校准方法、校准***及进气装置，该流量控制器的校准方法包括以下步骤：S1，接收用户输入的所述气体流量控制器的气体流量设定值，向所述气体流量控制器输出所述气体流量设定值；S2，通过气体流量传感器检测所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值；S3，判断所述气体流量设定值与所述实际气体流量值的差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；若是，根据预先建立的补偿关系获取与所述气体流量设定值对应的气体流量补偿值，并向所述气体流量控制器输出所述气体流量补偿值；若否，进行报警。通过本发明，提高了流量控制器调试及维护的便捷度。

Description

气体流量控制器的校准方法、校准***及进气装置
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种气体流量控制器的校准方法、校准***及进气装置。
背景技术
等离子体刻蚀机是集成电路器件的制造设备，刻蚀机可分为传输腔和工艺腔两个模块。在工艺腔中，射频电源提供能量，反应气体在真空条件下被电离，形成大量等离子体，在一定的压力、温度下，这些等离子体与晶圆发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能发生变化，完成晶圆的刻蚀工艺。
在刻蚀工艺过程中，需要向工艺腔中通入一定流量的反应气体，反应气体的流量通过流量控制器设置。通常情况下，流量控制器输出会发生偏移，造成实际气体流量与设定值相差较大，影响工艺结果。为保证通入工艺腔的气体流量准确性，需要对流量控制器的输出进行定期检查校准。
现有的校准方式通常为：计算向工艺腔输出的流量，与流量设定值比较，若偏差较大则在上位机界面报警，提示工作人员该路流量控制器输出偏差，需要校准。
实际通入工艺腔中的气体流量值根据如下流量计算公式(1)计算可得：
Figure BDA0002189751270000011
在公式(1)中，Q为气体流量，R为系数，V为容器体积，T为气体温度，P’为压升率。
现有的气体流量校准方法通过公式(1)计算实际输出流量，公式(1)的应用前提是：1、容器即工艺腔室与工艺管路容积已知；2、校准过程中气体温度恒定；3、压升率已知。
在实际应用中，以上前提条件难以保证，主要因为：
工艺腔的容积多为设计时的计算值，并且工艺管路长度也为估算值，故容器容积存在一定误差。
流量校准过程中，气体是通入腔室前并未加热，通入腔室后才开始依靠腔室温度被加热，即在校准过程中，气体温度不恒定。另外，在此过程中，腔室温度也存在波动，并不稳定。
压升率通过一定时间内腔室压力回升值计算，腔室压力值通过工艺规和腔室规读取。但是这两个规量程不同，精度不同，故规的压力采样值会有一定误差，进而导致压升率存在误差。
由上可知，现有的校准方式，维护成本较大，且严重影响整机调试效率。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种气体流量控制器的校准方法、校准***及进气装置。
为实现本发明的目的而提供一种气体流量控制器的校准方法，所述方法包括以下步骤：
S1，接收用户输入的所述气体流量控制器的气体流量设定值，向所述气体流量控制器输出所述气体流量设定值；
S2，通过气体流量传感器检测所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值；
S3，判断所述气体流量设定值与所述实际气体流量值的差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；若是，根据预先建立的补偿关系获取与所述气体流量设定值对应的气体流量补偿值，并向所述气体流量控制器输出所述气体流量补偿值；若否，进行报警；
其中，所述补偿关系用于表示所述气体流量控制器在其量程范围内的不同气体流量设定值和与之一一对应地气体流量补偿值的对应关系；每个所述气体流量补偿值为使所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值等于所述气体流量设定值时，向所述气体流量控制器输出的实际气体流量值。
优选地，所述步骤S1，进一步包括以下步骤：
S11，接收到用户输入的所述气体流量控制器的所述气体流量设定值，判断所述气体流量设定值是否在所述气体流量控制器的量程范围内；若是，执行步骤S12；若否，结束流程；
S12：向所述气体流量控制器输出所述气体流量设定值，执行步骤S2。
优选地，通过以下步骤建立所述补偿关系：
S01，按从小到大的顺序依次在所述气体流量控制器的量程范围内选取N个所述气体流量设定值；
S02，通过所述气体流量传感器检测与第i个所述气体流量设定值相对应的所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值，i＝1,2,...,N，N为所述气体流量设定值的总数；
S03，计算第i个所述气体流量设定值和与其对应的所述实际气体流量值的差值的绝对值，并判断该差值的绝对值是否超过误差允许范围，若否，则调整所述气体流量控制器输出的气体流量值，直至所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值等于第i个所述气体流量设定值，并将此时所述气体流量控制器输出的气体流量值设置为与第i个所述气体流量设定值对应的所述气体流量补偿值，且记录；
S04，判断i是否等于N，若是，则进行步骤S05；若否，则使i＝i+1，并返回所述步骤S02；
S05，根据N个所述气体流量设定值和与之一一对应的所述气体流量补偿值进行线性拟合，获得所述N个所述气体流量设定值和与之一一对应的所述气体流量补偿值之间的函数关系，将所述函数关系作为所述补偿关系。
优选地，在所述步骤S05中，采用最小二乘法的方式进行线性拟合。
优选地，第i个所述流量设定值的大小满足以下公式：
S(i)＝Smax*i/10
其中，S(i)为第i个所述流量设定值；Smax为所述气体流量控制器的量程的最大流量值。
优选地，在所述步骤S2之后，且所述步骤S3之前，还包括步骤S4：
S4：向所述气体流量控制器输出取值为0的气体流量值。
优选地，在所述步骤S03中，若第i个所述气体流量设定值和与其对应的所述实际气体流量值的差值的绝对值超过误差允许范围，则进行报警。
作为另一个技术方案，本发明还提供了一种气体流量控制器的校准***，包括：
控制单元、气体流量传感器；其中，
所述气体流量传感器用于检测所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值，并将其发送至所述控制单元；
所述控制单元用于接收用户输入的所述气体流量控制器的气体流量设定值，并向所述气体流量控制器输出所述气体流量设定值；判断所述气体流量设定值与所述实际气体流量值的差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；若是，根据预先建立的补偿关系获取与所述气体流量设定值对应的气体流量补偿值，并向所述气体流量控制器输出所述气体流量补偿值；若否，进行报警；
其中，所述补偿关系用于表示所述气体流量控制器的在其量程范围内的不同气体流量设定值和与之一一对应地气体流量补偿值的对应关系；每个所述气体流量补偿值为使所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值等于所述气体流量设定值时，向所述气体流量控制器输出的实际气体流量值。
作为另一个技术方案，本发明还提供了一种进气装置，包括进气管路和设置在所述进气管路上的气体流量控制器和通断阀，所述通断阀位于所述气体流量控制器的下游，还包括：本申请中所述的气体流量控制器的校准***，其中，所述气体流量传感器设置在所述进气管路上，且位于所述通断阀的下游。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的气体流量控制器的校准方法及校准***的技术方案中，在气体流量设定值与实际气体流量值的差值的绝对值小于或等于预设阈值时，根据预先建立的补偿关系获得与气体流量设定值对应的气体流量补偿值，向气体流量控制器输出气体流量补偿值；可以根据预先建立的补偿关系对气体流量控制器的实际气体流量值进行在线补偿，为气体流量控制器的校准提供了校准手段，填补了现有气体流量控制器无补偿的空白，在气体流量控制器输出误差较大时，无需更换气体流量控制器或气体流量控制器供应商校准气体流量控制器的输出，提高了设备调试及维护的便捷度；综上，本发明提供的气体流量控制器的校准方法及校准***的技术方案，节省了气体流量控制器维护成本，减少了气体流量控制器校准的耗时，提高了气体流量控制器调试及维护的便捷度以及调试效率。
本发明提供的进气装置的技术方案中，包括上述技术方案中的气体流量控制器的校准***，也可以根据预先建立的补偿关系对气体流量控制器的实际输出值进行在线补偿，节省了气体流量控制器维护成本，减小了气体流量控制器校准的耗时，提高了气体流量控制器调试及维护的便捷度以及调试效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的气体流量控制器的校准方法的流程框图；
图2为本发明实施例中建立补偿关系的流程框图；
图3为本发明一个实施例提供的气体流量控制器的校准方法的流程框图；
图4为本发明另一个实施例提供的气体流量控制器的校准方法的流程框图；
图5为本发明实施例提供的气体流量控制器的校准***的结构示意图。
图6为本发明实施例提供的进气装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的气体流量控制器的校准方法、校准***及进气装置进行详细描述。
如图1所示，为本发明实施例提供的气体流量控制器的校准方法的流程框图，本发明实施例中，流量控制器的校准方法包括：
步骤S1：接收用户输入的气体流量控制器的气体流量设定值，向气体流量控制器输出气体流量设定值。
步骤S2：通过气体流量传感器检测气体流量控制器所在管路的实际气体流量值。
步骤S3：判断气体流量设定值与实际气体流量值的差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；若是，执行步骤S4；若否，执行步骤S6。
步骤S4：根据预先建立的补偿关系获取与气体流量设定值对应的气体流量补偿值。
其中，补偿关系用于表示气体流量控制器的在其量程范围内的不同气体流量设定值和与之一一对应地气体流量补偿值的对应关系；每个气体流量补偿值为使气体流量控制器所在管路的实际气体流量值等于气体流量设定值时，向气体流量控制器输出的实际气体流量值。
如图2所示，为本发明实施例中建立补偿关系的方法的流程框图，本实施例中，建立补偿关系的方法包括：
步骤01：按从小到大的顺序依次在气体流量控制器的量程范围内选取N个气体流量设定值，N≥1。
可选的，第i个流量设定值的大小满足以下公式：
S(i)＝Smax*i/10
其中，S(i)为第i个流量设定值；Smax为气体流量控制器的量程的最大流量值，i＝1,2,...,N，N为流量设定值的总数。本实施例中，将i设置为10，可以实现流量控制器的十点校准；当i为10时，S(10)即为流量控制器的量程的最大流量值，也即流量控制器的满量程。当然，本实施例不局限于十点校准。本实施例中选取多个流量设定值相对于单个流量设定值，可以使后续得到的补偿关系比较准确，进一步提高了流量控制器校准的效率，保证了校准的可靠性。
步骤02：通过气体流量传感器检测与第i个气体流量设定值相对应的气体流量控制器所在管路的实际气体流量值，i＝1,2,...,N，N为气体流量设定值的总数。具体地，本实施例中，直接通过气体流量传感器获取实际气体流量值，相对于常规的采用公式计算实际气体流量值，减小实际流量的误差，大大缩短了获取气体实际流量的时间，显著提高校准准确度，并可获取任意校准点的误差值。
步骤03：计算第i个气体流量设定值和与其对应的实际气体流量值的差值的绝对值，并判断该差值的绝对值是否超过误差允许范围，若否，则执行步骤04。
具体地，误差允许范围由气体流量控制器的精度确定。
步骤04：调整气体流量控制器输出的气体流量值，直至气体流量控制器所在管路的实际气体流量值等于第i个气体流量设定值，并将此时气体流量控制器输出的气体流量值设置为与第i个气体流量设定值对应的气体流量补偿值，且记录。
进一步，在步骤04中，若第i个气体流量设定值和与其对应的实际气体流量值的差值的绝对值超过误差允许范围，可以进行报警。本实施例中，在气体流量设定值和与其对应的实际气体流量值的差值超过误差允许范围时抛出报警，可便于及时通知工作人员进行维护。
步骤05：判断i是否等于N，若是，则进行步骤06；若否，执行步骤08。
步骤06：根据N个气体流量设定值和与之一一对应的气体流量补偿值进行线性拟合，获得N个气体流量设定值和与之一一对应的气体流量补偿值之间的函数关系，将该函数关系作为补偿关系。
步骤07：结束。
步骤08：使i＝i+1，并返回步骤02。
在本发明的一些实施例中，可以采用最小二乘法的方式进行线性拟合。最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，原理简单，容易实现。当然，也可以采用其他方式进行拟合，本发明不做限定。
本发明实施例中，利用上述函数关系，只要在气体流量控制器的量程范围内，任意一个气体流量设定值均会有与该气体流量设定值相对应的气体流量补偿值，由此可以实现对气体流量控制器的量程范围全补偿效果，保证了补偿全面性，保证了正常工艺过程中气体流量实际输出的准确性。
步骤S5：向气体流量控制器输出气体流量补偿值。
步骤S6：结束。
步骤S7：进行报警，执行步骤S6。本发明实施例提供的气体流量控制器的校准方法，在气体流量设定值与实际气体流量值的差值的绝对值小于或等于预设阈值时，根据预先建立的补偿关系获得与气体流量设定值对应的气体流量补偿值，向气体流量控制器输出气体流量补偿值。本发明实施例可以根据预先建立的补偿关系对气体流量控制器的实际气体流量值进行在线补偿，为气体流量控制器的校准提供了校准手段，填补了现有气体流量控制器无补偿的空白，在气体流量控制器输出误差较大时，无需更换气体流量控制器或气体流量控制器供应商校准气体流量控制器的输出，提高了设备调试及维护的便捷度；因此，本实施例一节省了气体流量控制器维护成本，减少了气体流量控制器校准的耗时，提高了气体流量控制器调试及维护的便捷度以及调试效率。
进一步，本实施例提供的技术方案可以对输出值未超出补偿范围的流量控制器进行补偿，对输出值超出补偿范围的控制器则进行报警，保障了流量控制器的可靠运行。
如图3所示，为本发明实施例提供的一种流量控制器的校准方法的流程框图，本发明实施例提供的流量控制器的校准方法包括：
步骤100：开始。
步骤101：接收到用户输入的气体流量控制器的气体流量设定值，判断气体流量设定值是否在气体流量控制器的量程范围内；若是，执行步骤102；若否，执行步骤108。
步骤102：向气体流量控制器输出气体流量设定值。
步骤103：通过气体流量传感器检测气体流量控制器所在管路的实际气体流量值。
步骤104：判断气体流量设定值与实际气体流量值的差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；若是，执行步骤105；若否，执行步骤108。
步骤105：根据预先建立的补偿关系获得与气体流量设定值对应的气体流量补偿值。
步骤106：向气体流量控制器输出气体流量补偿值。
步骤107：结束。
步骤108：进行报警，执行步骤107。
本发明实施例提供的气体流量控制器的校准方法，在接收到用户输入的气体流量控制器的气体流量设定值时，判断气体流量设定值是否在气体流量控制器的量程范围内，当在气体流量控制器的量程范围内时，向气体流量控制器输出气体流量设定值。本实施例可以判断用户输入的气体流量设定值的有效性，保证了气体流量控制器校准的安全性与有效性。
如图4所示，为本发明实施例提供的另一种流量控制器的校准方法的流程框图，本发明实施例提供的流量控制器的校准方法包括：
步骤200：开始。
步骤201：接收到用户输入的气体流量控制器的气体流量设定值，判断气体流量设定值是否在气体流量控制器的量程范围内；若是，执行步骤202；若否，执行步骤208。
步骤202：向气体流量控制器输出气体流量设定值。
步骤203：通过气体流量传感器检测气体流量控制器所在管路的实际气体流量值。
步骤204：向气体流量控制器输出取值为0的气体流量值。
步骤205：判断气体流量设定值与实际气体流量值的差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；若是，执行步骤206；若否，执行步骤209。
步骤206：根据预先建立的补偿关系获取与气体流量设定值对应的气体流量补偿值。
步骤207：向气体流量控制器输出气体流量补偿值。
步骤208：结束。
步骤209：进行报警，执行步骤208。
本发明实施例提供的气体流量控制器的校准方法，可以在通过气体流量传感器检测气体流量控制器所在管路的实际气体流量值之后，向气体流量控制器输出取值为0的气体流量值，从而关闭气体流量控制器所在管路中的介质，避免了介质的浪费，节省了气体流量控制器校准的成本。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供了一种气体流量控制器的校准***，如图5所示，为本发明实施例提供的气体流量控制器的校准***的结构示意图，本实施例中，气体流量控制器的校准***包括：控制单元1和气体流量传感器2。
气体流量传感器2用于检测气体流量控制器所在管路的实际气体流量值，并将其发送至控制单元1。
控制单元1用于接收用户输入的气体流量控制器3的气体流量设定值，并向气体流量控制器3输出气体流量设定值；判断气体流量设定值与实际气体流量值的差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；若是，根据预先建立的补偿关系获取与气体流量设定值对应的气体流量补偿值，并向气体流量控制器3输出气体流量补偿值；若否，进行报警；其中，补偿关系用于表示气体流量控制器3的在其量程范围内的不同气体流量设定值和与之一一对应地气体流量补偿值的对应关系；每个气体流量补偿值为使气体流量控制器3所在管路的实际气体流量值等于气体流量设定值时，向气体流量控制器3输出的实际气体流量值。
本发明实施例提供的气体流量控制器的校准***，通过气体流量传感器检测流量控制器所在管路的实际气体流量值，不再利用公式计算，减小实际流量的误差，大大缩短了获取气体实际流量的时间，显著提高校准准确度；进一步，可以根据预先建立的补偿关系对气体流量控制器的实际气体流量值进行在线补偿，为气体流量控制器的校准提供了校准手段，填补了现有气体流量控制器无补偿的空白，在气体流量控制器输出误差较大时，无需更换气体流量控制器或气体流量控制器供应商校准气体流量控制器的输出，提高了设备调试及维护的便捷度；因此，本发明实施例四节省了气体流量控制器维护成本，减少了气体流量控制器校准的耗时，提高了气体流量控制器调试及维护的便捷度以及调试效率。
作为另一个技术方案，本发明还提供了一种进气装置，如图6所示，为本发明实施例提供的进气装置的结构示意图。
本发明实施例中，进气装置包括：进气管路4和设置在进气管路4上的气体流量控制器3和通断阀5，通断阀5位于气体流量控制器3的下游，进气装置还包括：上述任意实施例中气体流量控制器的校准***，其中，气体流量传感器2设置在进气管路4上，且位于通断阀5的下游。在图6中，流量控制器3又标识为MFC(Mass Flow Meter，质量流量计)，且进气管路4用于向腔室6输送气体。进一步，图6中，控制单元1分别与流量传感器2、流量控制器3电连接，用于采集流量传感器2的值，并向流量控制器3输出气体流量补偿值。
本发明实施例提供的进气装置，包括上述实施例中的气体流量控制器的校准***，也可以根据预先建立的补偿关系对气体流量控制器进行自动补偿，节省了维护成本，减小了气体流量控制器校准的耗时，提高了气体流量控制器调试及维护的便捷度。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种气体流量控制器的校准方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1，接收用户输入的所述气体流量控制器的气体流量设定值，向所述气体流量控制器输出所述气体流量设定值；
S2，通过气体流量传感器检测所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值；
S3，判断所述气体流量设定值与所述实际气体流量值的差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；若是，根据预先建立的补偿关系获取与所述气体流量设定值对应的气体流量补偿值，并向所述气体流量控制器输出所述气体流量补偿值；若否，进行报警；
其中，所述补偿关系用于表示所述气体流量控制器在其量程范围内的不同气体流量设定值和与之一一对应地气体流量补偿值的对应关系；每个所述气体流量补偿值为使所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值等于所述气体流量设定值时，向所述气体流量控制器输出的实际气体流量值。
2.根据权利要求1所述的气体流量控制器的校准方法，其特征在于，所述步骤S1，进一步包括以下步骤：
S11，接收到用户输入的所述气体流量控制器的所述气体流量设定值，判断所述气体流量设定值是否在所述气体流量控制器的量程范围内；若是，执行步骤S12；若否，结束流程；
S12：向所述气体流量控制器输出所述气体流量设定值，执行步骤S2。
3.根据权利要求1或2所述的气体流量控制器的校准方法，其特征在于，通过以下步骤建立所述补偿关系：
S01，按从小到大的顺序依次在所述气体流量控制器的量程范围内选取N个所述气体流量设定值；
S02，通过所述气体流量传感器检测与第i个所述气体流量设定值相对应的所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值，i＝1,2,...,N，N为所述气体流量设定值的总数；
S03，计算第i个所述气体流量设定值和与其对应的所述实际气体流量值的差值的绝对值，并判断该差值的绝对值是否超过误差允许范围，若否，则调整所述气体流量控制器输出的气体流量值，直至所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值等于第i个所述气体流量设定值，并将此时所述气体流量控制器输出的气体流量值设置为与第i个所述气体流量设定值对应的所述气体流量补偿值，且记录；
S04，判断i是否等于N，若是，则进行步骤S05；若否，则使i＝i+1，并返回所述步骤S02；
S05，根据N个所述气体流量设定值和与之一一对应的所述气体流量补偿值进行线性拟合，获得所述N个所述气体流量设定值和与之一一对应的所述气体流量补偿值之间的函数关系，将所述函数关系作为所述补偿关系。
4.根据权利要求3所述的气体流量控制器的校准方法，其特征在于，在所述步骤S05中，采用最小二乘法的方式进行线性拟合。
5.根据权利要求2所述的气体流量控制器的校准方法，其特征在于，第i个所述流量设定值的大小满足以下公式：
S(i)＝Smax*i/10
其中，S(i)为第i个所述流量设定值；Smax为所述气体流量控制器的量程的最大流量值。
6.根据权利要求1或2所述的气体流量控制器的校准方法，其特征在于，在所述步骤S2之后，且所述步骤S3之前，还包括步骤S4：
S4：向所述气体流量控制器输出取值为0的气体流量值。
7.根据权利要求3所述的气体流量控制器的校准方法，其特征在于，在所述步骤S03中，若第i个所述气体流量设定值和与其对应的所述实际气体流量值的差值的绝对值超过误差允许范围，则进行报警。
8.一种气体流量控制器的校准***，其特征在于，包括：控制单元、气体流量传感器；其中，
所述气体流量传感器用于检测所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值，并将其发送至所述控制单元；
所述控制单元用于接收用户输入的所述气体流量控制器的气体流量设定值，并向所述气体流量控制器输出所述气体流量设定值；判断所述气体流量设定值与所述实际气体流量值的差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；若是，根据预先建立的补偿关系获取与所述气体流量设定值对应的气体流量补偿值，并向所述气体流量控制器输出所述气体流量补偿值；若否，进行报警；
其中，所述补偿关系用于表示所述气体流量控制器的在其量程范围内的不同气体流量设定值和与之一一对应地气体流量补偿值的对应关系；每个所述气体流量补偿值为使所述气体流量控制器所在管路的实际气体流量值等于所述气体流量设定值时，向所述气体流量控制器输出的实际气体流量值。
9.一种进气装置，包括进气管路和设置在所述进气管路上的气体流量控制器和通断阀，所述通断阀位于所述气体流量控制器的下游，其特征在于，还包括：如权利要求8所述的气体流量控制器的校准***，其中，所述气体流量传感器设置在所述进气管路上，且位于所述通断阀的下游。
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