CN104750125A - 一种质量流量控制器的校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种质量流量控制器的校准方法及装置，所述质量流量控制器设置在半导体设备中，在所述质量流量控制器设定有通入气体的设定流量，所述方法包括：当所述腔室通入气体时，采集所述腔室的气压；依据所述腔室的气压计算所述气体的实际流量；计算所述实际流量与所述设定流量的误差；当所述误差超过预设的差异阈值时，则判定所述质量流量控制器不符合规格；否则，判定所述质量流量控制器符合规格。本发明避免了在采集腔室气压过程中工艺规和腔室规进行切换，解决了采集腔室气压过程中因工艺规和腔室规切换引起测量数值差异大导致的MFC校准结果误差较大的问题，提高了MFC校准的准确度。

Description

一种质量流量控制器的校准方法及装置

技术领域

本发明涉及半导体工艺控制技术领域，特别是涉及一种质量流量控制器的校准方法，以及，一种质量流量控制器的校准装置。

背景技术

半导体的生产工艺过程涉及气体与半导体基片的反应，气体的流量将对工艺结果产生重要影响。因此，为了使生产的半导体能够达到较高的良品率，必须对流入腔室气体的流量进行精确控制。特别是随着半导体工艺集成度的不断提高，对气体流量的误差要求也进一步提高，再者，用户对MFC本身也有一定的要求。

其中，质量流量控制器（Mass Flow Controller，MFC）是一种用于对气体流量进行精确测量、控制的器件。在MFC的日常维护过程中，需要采用MFC校准流程检测MFC精确度是否下降，即对进入半导体工艺设备的腔室气体流量的精确度的测量计算，以探测MFC是否需要调整。

根据MFC气体流量计算公式：

$Q=\frac{V}{\mathrm{RT}}{P}^{\′}$

其中，R为常数，V是半导体工艺设备的腔室和气体管道的体积，T是通入半导体工艺设备的气体的温度，P'为腔室的压升率。而腔室的压升率P'一般是通过用真空规测量几个时间点的压力值，计算两个时间点的压力差ΔP与这两个时间点的时间差Δt的比值得到。

MFC校准流程为：将气体通入半导体工艺设备，当腔室压力提升至稳定时，关闭摆阀，然后开始采集腔室气压，计算压升率和气体实际流量及误差等，最后停止通气和恢复腔室的真空度。其中，采集腔室气压采用的真空规包括一个Process规（工艺规）和一个Chamber规（腔室规）。其中，Process规精度为0.01mTorr，Chamber规精度为0.0001Torr。一般，当腔室气压小于100mTorr，采用Process规进行采集；当腔室气压大于100mTorr，采用Chamber规进行采集。

在采集腔室气压的过程中对于小流量的气体，当摆阀关闭后，立刻开始采集腔室气压，但是此过程中气体流量小，压力上升慢，基本是收集到0到几十mTorr的值；对于大流量的气体，会收集到0到几十mTorr的值，也会收集到大于100mTorr的值，因此涉及到了真空规的切换。

上述质量流量控制器的校准方法通气时间长，造成校准耗时较长。另外，由于腔室从高真空开始通气，在开始通入气体的阶段会造成气压的波动，引起Process规的线性度下降，造成测量精确度下降；此外，对于大流量的气体，腔室气压的采集过程中涉及到了Process规和Chamber规切换的问题，由于Process规和Chamber规的精度和量程都不同，所以在切换时测量的数值差别较大，这使采样的压力存在较大误差，造成采样值的线性度下降，造成MFC校准结果误差较大。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种质量流量控制器的校准方法，以解决MFC校准结果误差较大的问题。

本发明还提供了一种质量流量控制器的校准的装置，用以保证上述方法的实现及应用。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种质量流量控制器的校准方法，所述质量流量控制器设置在半导体设备中，在所述质量流量控制器设定有通入气体的设定流量，所述方法包括：

当所述腔室通入气体时，采集所述腔室的气压；

依据所述腔室的气压计算所述气体的实际流量；

计算所述实际流量与所述设定流量的误差；

当所述误差超过预设的差异阈值时，则判定所述质量流量控制器不符合规格；否则，判定所述质量流量控制器符合规格；

其中，所述采集所述腔室的气压的步骤包括：

当所述气体为小流量气体时，采用工艺规采集所述腔室的气压；所述小流量气体为气体流量小于或等于预置的第一气体流量阈值的气体；

当所述气体为中流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气压；所述中流量气体为气体流量大于所述第一气体流量阈值，且小于或等于预置的第二气体流量阈值的气体；

当所述气体为大流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气体压力；所述大流量气体为气体流量大于所述第二气体流量阈值的气体。

优选地，所述当所述气体为小流量气体时，采用工艺规采集所述腔室的气压的步骤包括：

当所述气体为小流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第一最小采集压力时，开始采用工艺规采集所述腔室的气压；

当通入所述气体的时间大于或等于预置的第一通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第一最大采集压力时，停止采集所述腔室的气压。

优选地，所述当所述气体为中流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气压的步骤包括：

当所述气体为中流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第二最小采集压力时，开始采用腔室规采集所述腔室的气压；

当通入所述气体的时间大于或等于预置的第二通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第二最大收集压力时，停止采集所述腔室的气压。

优选地，所述当所述气体为大流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气压的步骤包括：

当所述气体为大流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第三最小采集压力时，开始采用腔室规采集所述腔室的气压；

当通入所述气体的时间大于或等于预置的第三通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第三最大收集压力时，停止采集所述腔室的气压。

优选地，所述依据所述腔室的气压计算所述气体的实际流量的步骤包括：

计算所述腔室的压升率；

采用所述压升率计算所述气体的实际流量。

优选地，采用以下公式计算所述压升率：

$P^{\′}=\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\Δt}}$

其中，P'为压升率，ΔP为在通入所述气体中的两个采集点采集到的气压差，Δt为所述两个采集点的时间差。

优选地，采用以下公式计算所述实际流量：

$Q=\frac{V}{\mathrm{RT}}{P}^{\′}$

其中，Q为实际流量，R为常数，V为所述腔室及其连通的气体管道的体积，T为所述气体的温度，P'为所述压升率。

优选地，采用以下公式计算所述实际流量与所述设定流量的误差：

Error=(Q-Q')*100%

其中，Error为误差，Q为所述实际流量，Q'为所述设定流量。

为了解决上述问题，本发明实施例还公开了一种质量流量控制器的校准装置，所述质量流量控制器设置在半导体设备中，在所述质量流量控制器设定有通入气体的设定流量，所述装置包括：

气压采集模块，用于在所述腔室通入气体时，采集所述腔室的气压；

实际流量计算模块，用于依据所述腔室的气压计算所述气体的实际流量；

误差计算模块，用于计算所述实际流量与所述设定流量的误差；在所述误差超过预设的差异阈值时调用第一判定模块，否则，调用第二判定模块；

第一判定模块，用于判定所述质量流量控制器不符合规格；

第二判定模块，用于判定所述质量流量控制器符合规格；

其中，所述气压采集模块包括：

第一采集子模块，用于在所述气体为小流量气体时，采用工艺规采集所述腔室的气压；所述小流量气体为气体流量小于或等于预置的第一气体流量阈值的气体；

第二采集子模块，用于在所述气体为中流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气压；所述中流量气体为气体流量大于所述第一气体流量阈值，且小于或等于预置的第二气体流量阈值的气体；

第三采集子模块，用于在所述气体为大流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气体压力；所述大流量气体为气体流量大于所述第二气体流量阈值的气体。

优选地，所述第一采集子模块包括：

第一开始采集子模块，用于在所述气体为小流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第一最小采集压力时，开始采用工艺规采集所述腔室的气压；

第一停止采集子模块，用于在通入所述气体的时间大于或等于预置的第一通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第一最大采集压力时，停止采集所述腔室的气压。

优选地，所述第二采集子模块包括：

第二开始采集子模块，用于在所述气体为中流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第二最小采集压力时，开始采用腔室规采集所述腔室的气压；

第二停止采集子模块，用于在通入所述气体的时间大于或等于预置的第二通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第二最大收集压力时，停止采集所述腔室的气压。

优选地，所述第三采集子模块包括：

第三开始采集子模块，用于在所述气体为大流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第三最小采集压力时，开始采用腔室规采集所述腔室的气压；

第三停止采集子模块，用于在通入所述气体的时间大于或等于预置的第三通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第三最大收集压力时，停止采集所述腔室的气压。

优选地，所述实际流量计算模块包括：

压升率计算子模块，用于计算所述腔室的压升率；

气体流量计算子模块，用于采用所述压升率计算所述气体的实际流量。

优选地，采用以下公式计算所述压升率：

$P^{\′}=\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\Δt}}$

其中，P'为压升率，ΔP为在通入所述气体中的两个采集点采集到的气压差，Δt为所述两个采集点的时间差。

优选地，采用以下公式计算所述实际流量：

$Q=\frac{V}{\mathrm{RT}}{P}^{\′}$

其中，Q为实际流量，R为常数，V为所述腔室及其连通的气体管道的体积，T为所述气体的温度，P'为所述压升率。

优选地，采用以下公式计算所述实际流量与所述设定流量的误差：

Error=(Q-Q')*100%

其中，Error为误差，Q为所述实际流量，Q'为所述设定流量。

与背景技术相比，本发明包括以下优点：

本发明可以通过第一气体流量阈值和第二气体流量阈值将气体划分为小流量气体、中流量气体和大流量气体，当通入小流量气体时可以采用工艺规采集腔室的气压，当通入中、大流量气体时可以采用腔室规采集腔室的气压，避免了在采集腔室气压过程中工艺规和腔室规进行切换，解决了采集腔室气压过程中因工艺规和腔室规切换引起测量数值差异大导致的MFC校准结果误差较大的问题，提高了MFC校准的准确度。

本发明可以通过第一通气时间、第二通气时间和第三通气时间，可以根据实际情况灵活、精确的设置小流量气体、中流量气体、大流量气体的通气时间，当通气时间大于或等于第一通气时间、第二通气时间或第三通气时间时便停止采集腔室压力，减少了采集腔室气压的时间，从而减少了所述质量流量控制器的校准耗时。特别地，由于第二最小采集压力与第三最小采集压力、第二最大采集压力与第三最大采集压力大小设置相差不大甚至可以相同，然而中流量气体与大流量气体很多时候差别较大，不在同一个数量级，例如，20sccm的中流量气体与500sccm的大流量气体相差了一个数量级，其对应需要通气的时间也会相差一个数量级，因此将气体划分为中流量气体和大流量气体，并且设置第二通气时间和第三通气时间可以更灵活和更精确的控制校准时间，减少总校准时间。

本发明可以设定第一最小采集压力，当腔室压力大于第一最小采集压力才开始采集腔室压力，进而可以滤除线性度较差的腔室气压值，提高了采样值的线性度，进一步降低了校准误差。

附图说明

图1是本发明的一种质量流量控制器的校准方法实施例的步骤流程图；

图2是本发明的一种步骤101的优选示例的流程图；

图3是本发明的一种运行参数设置界面图；

图4是本发明的一种氦氧（HeO₂）在设定流量为3sccm时的腔室气压曲线图；

图5是本发明的一种低纯氧气（O₂Low）在设定流量为3sccm时的腔室气压曲线图；

图6是本发明的一种六氟化硫（SF₆）在设定流量为3sccm时的腔室气压曲线图；

图7是本发明的一种氦氧（HeO₂）在设定流量为30sccm时的腔室气压曲线图；

图8是本发明的一种质量流量控制器的校准装置实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

参照图1，示出了本发明实施例的一种质量流量控制器的校准方法实施例的步骤流程图，所述质量流量控制器可以设置在半导体设备中，在所述质量流量控制器可以设定有通入气体的设定流量，如图1所示，所述方法具体可以包括以下步骤：

步骤101，当所述腔室通入气体时，采集所述腔室的气压；

需要说明的是，所述半导体设备可以为常压化学气相淀积设备（Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition，APCVD）、化学气相沉积设备（Chemical Vapor Deposition，CVD）、物理气相沉积（Physical VaporDeposition，PVD）设备、刻蚀设备等等，本发明实施例对此不加以限制。

通常，半导体设备的工艺控制的软件架构包括下位机控制软件和上位机控制软件两部分。下位机控制软件直接面对工艺设备，其通过工控机来操作串口设备和Devicenet设备，直接同设备交互，负责对工艺处理过程进行控制、记录工艺过程中的数据参数。上位机控制软件同下位机控制软件交互，通过向下位机控制软件发送控制指令控制设备的自动生产，以及实现数据采集、报警处理、设备维护操作等功能，并且集成了数据监控的功能。

上位机控制软件运行在一个普通的PC机上，运行环境为在windows系统；下位机控制软件运行在工控机上，运行环境为linux系统。二者之间通过以太网进行连接，也可以通过数据线进行连接，并采用网络通讯引擎（ICE，Internet Communications Engine）的方式实现通信。

在半导体设备的腔室中连接有通入气体的管道，该管道上设有摆阀。

在具体实现中，打开摆阀，在质量流量控制器设定通入的气体的流量，即设定流量，向所述腔室中通入气体，当所述腔室气压稳定时，关闭摆阀。

通入腔室的气体可以由本领域技术人员根据实际情况进行设定，例如氦氧（HeO₂）、低纯氧气（O₂Low）、六氟化硫（SF₆）等等，本发明实施例对此不作限制。

在腔室中可以设有真空规，即测量真空度的传感器，可以用于采集腔室的气压。真空规测量出来的信号传输到真空计上经过放大处理就可以显示出被测真空环境的真空度。

应用本发明实施例，所述真空规可以包括工艺规（Process规）和腔室规（Chamber规）。其中，工艺规的精确度较高，可以为0.01mTorr，而测量范围较小，可以为0-100mTorr；腔室规的精度较低，可以为0.0001Torr，而测量范围大，可以为0-10Torr。

在本发明的一种优选实施例中，所述步骤101具体可以包括以下子步骤：

子步骤S11，当所述气体为小流量气体时，可以采用工艺规采集所述腔室的气压；所述小流量气体为气体流量小于或等于预置的第一气体流量阈值的气体；

在实际应用中，第一气体流量阈值（cfgGasFlowCutpoint1）可以为5-10sccm，优选为10sccm。当通入腔室的气体的气体流量小于第一气体流量时，可以认为其为小流量气体。

为适应小流量气体流量小、腔室的气压变化小的特点，可以采用工艺规进行腔室气压的采集。

在本发明的一种优选实施例中，所述子步骤S11进一步可以包括以下子步骤：

子步骤S111，当所述气体为小流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第一最小采集压力时，开始采用工艺规采集所述腔室的气压；

子步骤S112，当通入所述气体的时间大于或等于预置的第一通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第一最大采集压力时，停止采集所述腔室的气压。

在具体实现中，本发明实施例可以不在摆阀关闭后就立即采集腔室的气压，而是当腔室的气压大于或等于第一最小采集压力（cfgLowFlowMinPressure）时，才开始采用工艺规采集所述腔室的气压。其中，第一最小采集压力可以为0-100mTorr，优选为40mTorr。

在采集过程中，可以间隔一段时间设置一个采集点，在采集点测量腔室的气压。例如每隔0.5s、1s、1.5s等测量一次腔室的气压。

需要说明的是，在一定的通气时间内，气体流量与腔室气压成正比，即气体流量越大，腔室内的气压会越大；而在一定的气体流量条件下，通气时间与腔室压力成正比，即通入气体的时间越长，腔室内的气压就越大。

为了减少整体的校准时间，当通入气体的时间大于或等于第一通气时间（cfgLowGasFlowTime）时，可以停止采集所述腔室的气压。其中，第一通气时间可以为10-120s，优选为50s。

为了防止腔室的气压过大而影响工艺规的精确度，当腔室的气压大于或等于第一最大采集压力（cfgLowFlowMaxPressure）时，则可以停止采集所述腔室的气压。其中，第一最大采集压力可以为0-100mTorr，优选为90mTorr。

子步骤S12，当所述气体为中流量气体时，可以采用腔室规采集所述腔室的气压；所述中流量气体为气体流量大于或等于所述第一气体流量阈值，且小于预置的第二气体流量阈值的气体；

需要说明的是，第二气体流量阈值（cfgGasFlowCutpoint2）大于第一气体流量阈值，具体可以为5-100sccm，优选为50sccm。当通入腔室的气体的气体流量大于第一气体流量，且小于或等于第二气体流量时，可以认为其为中流量气体。即第一气体流量阈值可以为切隔小流量气体和中流量气体的切隔点。

与小流量气体相比，中流量气体具有流量较大、腔室的气压变化较大的特点，可以采用腔室规进行腔室压力的采集。

在本发明的一种优选实施例中，所述子步骤S12进一步可以包括以下子步骤：

子步骤S121，当所述气体为中流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第二最小采集压力时，开始采用腔室规采集所述腔室的气压；

子步骤S122，当通入所述气体的时间大于或等于预置的第二通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第二最大收集压力时，停止采集所述腔室的气压。

在具体实现中，本发明实施例可以不在摆阀关闭后就立即采集腔室的气压，而是当腔室的气压大于或等于第二最小采集压力（cfgHighFlowMinPressure）时，才开始采用腔室规采集所述腔室的气压。其中，第二最小采集压力可以为100mTorr-1Torr，优选为100mTorr。

为了减少整体的校准时间，当通入气体的时间大于或等于第二通气时间（cfgMiddleGasFlowTime）时，可以停止采集所述腔室的气压。其中，第二通气时间可以为10-120s，优选为20s。

为了防止腔室的气压过大而影响腔室规的精确度，当腔室的气压大于或等于第二最大采集压力（cfgHighFlowMaxPressure）时，则可以停止采集所述腔室的气压。其中，第二最大采集压力可以为1-10Torr，优选为8Torr。

在采集过程中，可以间隔一段时间设置一个采集点，在采集点测量腔室的气压。例如每隔0.5s、1s、1.5s等测量一次腔室的气压。

子步骤S13，当所述气体为大流量气体时，可以采用腔室规采集所述腔室的气压；所述大流量气体为气体流量大于所述第二气体流量阈值的气体。

在具体实现中，当通入腔室的气体的气体流量大于第二气体流量阈值时，可以认为其为大流量气体。即第二气体流量阈值可以为切隔中流量气体和大流量气体的切隔点。

与中流量气体相比，大流量气体具有流量更大、腔室的气压变化更大的特点，可以采用腔室规进行腔室压力的采集。

本发明可以通过第一气体流量阈值和第二气体流量阈值将气体划分为小流量气体、中流量气体和大流量气体，当通入小流量气体时可以采用工艺规采集腔室的气压，当通入中、大流量气体时可以采用腔室规采集腔室的气压，避免了在采集腔室气压过程中工艺规和腔室规进行切换，解决了采集腔室气压过程中因工艺规和腔室规切换引起测量数值差异大导致的MFC校准结果误差较大的问题，提高了MFC校准的准确度。

在本发明的一种优选实施例中，所述子步骤S13进一步可以包括以下子步骤：

子步骤S131，当所述气体为大流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第三最小采集压力时，开始采用腔室规采集所述腔室的气压；

子步骤S132，当通入所述气体的时间大于或等于预置的第三通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第三最大收集压力时，停止采集所述腔室的气压。

在实际应用中，第三最小采集压力（cfgHighFlowMinPressure）可以与第二最小采集压力相同，也可以与第二最小采集压力不同，本发明实施例对此不加以限制。本发明实施例可以不在摆阀关闭后就立即采集腔室的气压，而是当腔室的气压大于或等于第三最小采集压力时，才开始采用腔室规采集所述腔室的气压。其中，第三最小采集压力可以为100mTorr-1Torr，优选为100mTorr。

为了减少整体的校准时间，当通入气体的时间大于或等于第三通气时间（cfgHighGasFlowTime）时，可以停止采集所述腔室的气压。其中，第三通气时间可以为10-120s，优选为30s。

相对应地，第三最大采集压力（cfgHighFlowMaxPressure）可以与第二最大采集压力相同，也可以与第二最大采集压力不同，本发明实施例对此也不加以限制。为了防止腔室的气压过大而影响腔室规的精确度，当腔室的气压大于或等于第三最大采集压力（cfgHighFlowMaxPressure）时，则可以停止采集所述腔室的气压。其中，第三最大采集压力为1-10Torr，优选为8Torr。

在采集过程中，可以间隔一段时间设置一个采集点，在采集点测量腔室的气压。例如每隔0.5s、1s、1.5s等测量一次腔室的气压。

本发明可以通过第一通气时间、第二通气时间和第三通气时间，可以根据实际情况灵活、精确的设置小流量气体、中流量气体、大流量气体的通气时间，当通气时间大于或等于第一通气时间、第二通气时间或第三通气时间时便停止采集腔室压力，减少了采集腔室气压的时间，从而减少了所述质量流量控制器的校准耗时。

特别地，在本发明的一种优选实施例中，第二最小采集压力与第三最小采集压力、第二最大采集压力和第三最大采集压力设置相同，中流量气体与大流量气体差别较大，例如，20sccm的中流量气体与500sccm的大流量气体相差了一个数量级，其对应需要通气的时间也会相差一个数量级，因此有必要将通入气体划分为中流量气体和大流量气体，并且设置第二通气时间和第三通气时间，以更灵活和更精确的控制校准时间，减少总校准时间。

参照图2，示出了本发明实施例的一种步骤101的优选示例的流程图，具体可以包括以下子步骤：

子步骤201，判断所述气体的设定流量是否小于或等于所述第一气体流量阈值（gasSetpoint＜＝cfgGasFlowLowCutpoint？）；若是，则执行子步骤S21；若否，则执行子步骤202；

子步骤202，判断所述气体的设定流量是否小于或等于所述预置的第二气体流量阈值（gasSetpoint＜＝cfgGasFlowHighCutpoint？）；若是，则执行子步骤S31；若否，则执行子步骤S41；

子步骤S21，等待腔室的气压大于或等于第一最小采集压力（WaitforgetPressure()＞＝cfgLowFlowPressureMin），设置循环次数为1（Set cycle=1），开始采集腔室的压力（Collect current pressure）；

子步骤S22，判断循环次数是否小于第一通气时间（Is cycle＜cfgLowGasFlowTime？）；若是，则执行子步骤S23，若否，则执行子步骤203；

子步骤S23，等待1秒（Wait1second）；

子步骤S24，采集腔室的气压（Collect current pressure）；

子步骤S25，判断腔室的气压是否大于或等于第一最大采集压力（IsPressure＞＝cfgLowFlowPressureMax）；若是，则执行子步骤203，若否，则执行子步骤S26；

子步骤S26，循环次数加1（Cycle++）；返回执行子步骤S22；

子步骤S31，等待腔室的气压大于或等于第二最小采集压力（WaitforgetPressure()＞＝cfgHighFlowPressureMin），设置循环次数为1（Set cycle=1），开始采集腔室的压力（Collect current pressure）。

子步骤S32，判断循环次数是否小于第二通气时间（Is cycle＜cfgMiddleGasFlowTime？）；若是，则执行子步骤S33；若否，则执行子步骤203。

子步骤S33，等待1秒（Wait1second）。

子步骤S34，采集腔室的气压（Collect current pressure）。

子步骤S35，判断腔室的气压是否大于或等于第二最大采集压力（IsPressure＞＝cfgHighFlowPressureMax）；若是，则执行子步骤203，若否，则执行子步骤S36；

子步骤S36，循环次数加1（Cycle++）；返回执行子步骤S32；

子步骤S41，等待腔室的气压大于或等于第三最小采集压力（WaitforgetPressure()＞＝cfgHighFlowPressureMin），设置循环次数为1（Set cycle=1），开始采集腔室的压力（Collect current pressure）。

子步骤S42，判断循环次数是否小于第三通气时间（Is cycle＜cfgHighGasFlowTime？）；若是，则执行子步骤S43；若否，则执行子步骤203。

子步骤S43，等待1秒（Wait1second）。

子步骤S44，采集腔室的气压（Collect current pressure）。

子步骤S45，判断腔室的气压是否大于或等于第三最大采集压力（IsPressure＞＝cfgHighFlowPressureMax）；若是，则执行子步骤203，若否，则执行子步骤S46；

子步骤S46，循环次数加1（Cycle++）；返回执行子步骤S42；

子步骤203，进行气体校准的计算（Calculate）。

在具体实现，如图3所示，可以在上位机软件Setup（设置）页面中设置上述示例中的运行参数，具体可以包括第一气体流量阈值（cfgGasFlowCutpoint1）、第二气体流量阈值（cfgGasFlowCutpoint2）、第一通气时间（cfgLowGasFlowTime）、第二通气时间（cfgMiddleGasFlowTime）、第三通气时间（cfgHighGasFlowTime）、第一最小采集压力（cfgLowFlowMinPressure）、第一最大采集压力（cfgLowFlowMaxPressure）、第二最小采集压力（cfgHighFlowMinPressure）、第二最大采集压力（cfgHighFlowMaxPressure）、第三最小采集压力（cfgHighFlowMinPressure）、和/或、第三最大采集压力（cfgHighFlowMaxPressure）。

参照图4-图6，分别示出了本发明的一种氦氧（HeO₂）、低纯氧气（O₂Low）、六氟化硫（SF₆）在设定流量为3sccm时的腔室气压曲线图，以及参照图7，示出了本发明的一种氦氧（HeO₂）在设定流量为30sccm时的腔室气压曲线图。

其中，图4-图7中的横坐标分别表示通气时间，纵坐标分别表示腔室气压，曲线1分别为采用工艺规的采集的腔室气压曲线，曲线2分别为采用腔室规采集的腔室气压曲线。

需要说明的是，腔室气压曲线的线性度是指压力值的曲线接近于直线的程度，曲线的点越靠近直线，也就是线越直，线性度越好。如果曲线明显存在弯曲，说明线性越不好。线性度越好的气压值，计算压升率的准确度越高，则在MFC校准时的精确度越高。反之，线性度越差的气压值，计算压升率的准确度越低，则在MFC校准时的精确度越低。

由图4-图7可以得知，本发明实施例经过多种气体的腔室气压采集实验可以证实，采用工艺规在采集小流量气体的气体流量时，在0-30mTorr的采集范围内明显存在非线性的问题，而采用腔室规采集大流量气体的气体流量时，线性度较好。

具体而言，对比图4、图5和图6可知，当通入腔室的气体为小流量气体时，在0-30mTorr范围内的腔室气压曲线的明显存在弯曲，而在大于30mTorr的的腔室气压曲线曲率基本不发生变化，且曲线明显接近于直线。说明在工艺规采集前30mTorr腔室气压时存在压力值线性度不好的问题，采集30mTorr后腔室气压的压力值线性度较好。

可以将第一最小采集压力设置在诸如40mTorr的线性度好采集范围内时，可以避免采集线性度不好的腔室气压，在腔室气压大于或等于第一最小采集压力时才开始采集腔室气压，进而可以滤除线性度不好的压力值。

本发明可以设定第一最小采集压力，当腔室压力大于第一最小采集压力才开始采集腔室压力，进而可以滤除线性度较差的腔室气压值，提高了采样值的线性度，进一步降低了校准误差。

步骤102，依据所述腔室的气压计算所述气体的实际流量；

流量可以为单位时间内通过特定表面的流体（液体或气体）的量（体积或质量）。气体的实际流量可以为当前由真空规（工艺规或腔室规）采集的通入半导体设备腔室的气体的流量。

在本发明的一种优选实施例中，所述步骤102具体可以包括以下子步骤：

子步骤S51，计算所述腔室的压升率；

压升率（Pressure Rise Rate）可以反映半导体设备保持真空的能力。它的测量方法是：在真空系统中，达到一定真空的状态下，停掉所有抽真空设备，在干净、冷态、空载的状态下在t₁和t₂的两个时间点测得真空度为P₁和P₂的两个值，压升率=（P₂-P₁）/（t₂-t₁）。其中，当P的单位为Pa、t的单位为小时时，压升率的单位为Pa/h。

在具体实现中，所述计算所述气压的压升率可以采用以下公式：

$P^{\′}=\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\Δt}}$

其中，P'为压升率，ΔP为在通入所述气体中的两个采集点采集到的气压差，Δt为所述两个采集点的时间差。

该采集点可以为采集小流量气体、中流量气体或大流量气体通入腔室时所设置的采集点。需要说明的是，采集点的间隔选取可以由本领域技术人员根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不加以限制。但是，受真空规精度的影响，当Δt和ΔP都很小时，P'的误差会比较大，一般要通过一段时间的通气来计算P'。

子步骤S52，采用所述压升率计算所述气体的实际流量。

在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际情况计算气体的实际流量，例如，可以根据气体的种类、气温进行补偿、添加真空规误差等等，本发明实施例对此不加以限制。具体地，可以采用以下公式计算所述实际流量：

$Q=\frac{V}{\mathrm{RT}}{P}^{\′}$

其中，Q为实际流量，R为常数，V为所述腔室及其连通的气体管道的体积，T为所述气体的温度，P'为所述压升率。

需要说明的是，R为计算的系数，气体是通过管道再通入腔室内的，因此需要公式中的V值要考虑与腔室连通的气体管道的体积，T为气体的温度，在采集腔室气压的过程中需要保持恒定，可以由相应的气温传感器测得，R、V、T具体都可以为常数。而P'为过程测量值，MFC校准误差的耗时主要发生在P'的测量计算过程中。

当然，上述实际流量的计算方式只是作为示例，在实施本发明实施例时，可以根据实际情况设置其他实际流量的计算方式，本发明实施例对此不加以限制。另外，除了上述实际流量的计算方式外，本领域技术人员还可以根据实际需要采用其他实际流量的计算方式，本发明实施例对此也不加以限制。

步骤103，计算所述实际流量与所述设定流量的误差；

误差为测量值（设定流量）与真实值（实际流量）之间的差异，由于误差在实际应用中是不能完全避免的，因此误差在一定范围内是可以被接受的。

在具体实现中，可以采用以下公式计算所述实际流量与所述设定流量的误差：

Error=(Q-Q')*100%

其中，Error为误差，Q为所述实际流量，Q'为所述设定流量。

当然，上述计算误差的方式只是作为示例，在实施本发明实施例时，可以根据实际情况设置其他计算误差的方式，例如，绝对误差、自定义误差等等，只要能反应出实际流量与设定流量之间的误差关系即可，本发明实施例对此不加以限制。另外，除了上述计算误差的方式外，本领域技术人员还可以根据实际需要采用其他计算误差的方式，本发明实施例对此也不加以限制。

步骤104，当所述误差超过预设的差异阈值时，则判定所述质量流量控制器不符合规格；否则，执行步骤105；

步骤105，判定所述质量流量控制器符合规格。

需要说明的是，在不同半导体设备、不同用户对误差的要求都可以有所不同，即差异阈值可以有不同的值，本发明实施例对此不作限制。

当误差超过预设差异阈值时，则可以判定所述质量流量控制器不符合规格，此时，质量流量控制器需要进行人工维修；当误差小于或等于差异阈值时，则可以判定质量流量控制器符合规格，此时质量流量控制器可以继续正常使用。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

参照图8，示出了本发明实施例的一种质量流量控制器的校准装置实施例的结构框图，如图7所示，所述装置具体可以包括以下模块：

气压采集模块801，用于在所述腔室通入气体时，采集所述腔室的气压；

实际流量计算模块802，用于依据所述腔室的气压计算所述气体的实际流量；

误差计算模块803，用于计算所述实际流量与所述设定流量的误差；在所述误差超过的预设差异阈值时调用第一判定模块，否则，调用第二判定模块；

第一判定模块804，用于判定所述质量流量控制器不符合规格；

第二判定模块805，用于判定所述质量流量控制器符合规格；

其中，所述气压采集模块801可以包括以下子模块：

第一采集子模块，用于在所述气体为小流量气体时，采用工艺规采集所述腔室的气压；所述小流量气体为气体流量小于或等于预置的第一气体流量阈值的气体；

第二采集子模块，用于在所述气体为中流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气压；所述中流量气体为气体流量大于所述第一气体流量阈值，且小于或等于预置的第二气体流量阈值的气体；

第三采集子模块，用于在所述气体为大流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气体压力；所述大流量气体为气体流量大于所述第二气体流量阈值的气体。

在本发明的一种优选实施例中，所述第一采集模块进一步可以包括以下子模块：

第一开始采集子模块，用于在所述气体为小流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第一最小采集压力时，开始采用工艺规采集所述腔室的气压；

第一停止采集子模块，在通入所述气体的时间大于或等于预置的第一通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第一最大采集压力时，停止采集所述腔室的气压。

在本发明的一种优选实施例中，所述第二采集子模块进一步可以包括以下子模块：

第二开始采集子模块，用于在所述气体为中流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第二最小采集压力时，开始采用腔室规采集所述腔室的气压；

第二停止采集子模块，用于在通入所述气体的时间大于或等于预置的第二通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第二最大收集压力时，停止采集所述腔室的气压。

在本发明的一种优选实施例中，所述第三开始采集子模块进一步可以包括以下子模块：

第三开始采集子模块，用于在所述气体为大流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第三最小采集压力时，开始采用腔室规采集所述腔室的气压；

第三停止采集子模块，用于在通入所述气体的时间大于或等于预置的第三通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第三最大收集压力时，停止采集所述腔室的气压。

在本发明的一种优选实施例中，可以采用以下公式计算所述压升率：

$P^{\′}=\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\Δt}}$

其中，P'为压升率，ΔP为在通入所述气体中的两个采集点采集到的气压差，Δt为所述两个采集点的时间差。

在本发明的一种优选实施例中，所述实际流量计算模块具体可以包括以下子模块：

压升率计算子模块，用于计算所述腔室的压升率；

气体流量计算子模块，用于采用所述压升率计算所述气体的实际流量。

在本发明的一种优选实施例中，可以采用以下公式计算所述实际流量：

$Q=\frac{V}{\mathrm{RT}}{P}^{\′}$

其中，Q为实际流量，R为常数，V为所述腔室及其连通的气体管道的体积，T为所述气体的温度，P'为所述压升率。

在本发明的一种优选实施例中，可以采用以下公式计算所述实际流量与所述设定流量的误差：

Error=(Q-Q')*100%

其中，Error为误差，Q为所述实际流量，Q'为所述设定流量。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者移动设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者移动设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者移动设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明实施例所提供的一种质量流量控制器的校准方法，以及，一种质量流量控制器的校准装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明实施例的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明实施例的限制。

Claims (16)

1.一种质量流量控制器的校准方法，其特征在于，所述质量流量控制器设置在半导体设备中，在所述质量流量控制器设定有通入气体的设定流量，所述方法包括：

当所述腔室通入气体时，采集所述腔室的气压；

依据所述腔室的气压计算所述气体的实际流量；

计算所述实际流量与所述设定流量的误差；

当所述误差超过预设的差异阈值时，则判定所述质量流量控制器不符合规格；否则，判定所述质量流量控制器符合规格；

其中，所述采集所述腔室的气压的步骤包括：

当所述气体为小流量气体时，采用工艺规采集所述腔室的气压；所述小流量气体为气体流量小于或等于预置的第一气体流量阈值的气体；

当所述气体为中流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气压；所述中流量气体为气体流量大于所述第一气体流量阈值，且小于或等于预置的第二气体流量阈值的气体；

当所述气体为大流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气体压力；所述大流量气体为气体流量大于所述第二气体流量阈值的气体。

2.根据权利要求1所述的质量流量控制器的校准方法，其特征在于，所述当所述气体为小流量气体时，采用工艺规采集所述腔室的气压的步骤包括：

当所述气体为小流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第一最小采集压力时，开始采用工艺规采集所述腔室的气压；

当通入所述气体的时间大于或等于预置的第一通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第一最大采集压力时，停止采集所述腔室的气压。

3.根据权利要求1所述的质量流量控制器的校准方法，其特征在于，所述当所述气体为中流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气压的步骤包括：

当所述气体为中流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第二最小采集压力时，开始采用腔室规采集所述腔室的气压；

当通入所述气体的时间大于或等于预置的第二通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第二最大收集压力时，停止采集所述腔室的气压。

4.根据权利要求1所述的质量流量控制器的校准方法，其特征在于，所述当所述气体为大流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气压的步骤包括：

当所述气体为大流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第三最小采集压力时，开始采用腔室规采集所述腔室的气压；

当通入所述气体的时间大于或等于预置的第三通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第三最大收集压力时，停止采集所述腔室的气压。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的质量流量控制器的校准方法，其特征在于，所述依据所述腔室的气压计算所述气体的实际流量的步骤包括：

计算所述腔室的压升率；

采用所述压升率计算所述气体的实际流量。

6.根据权利要求5所述的质量流量控制器的校准方法，其特征在于，采用以下公式计算所述压升率：

$P^{\′}=\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\Δt}}$

其中，P'为压升率，ΔP为在通入所述气体中的两个采集点采集到的气压差，Δt为所述两个采集点的时间差。

7.根据权利要求5所述的质量流量控制器的校准方法，其特征在于，采用以下公式计算所述实际流量：

$Q=\frac{V}{\mathrm{RT}}{P}^{\′}$

其中，Q为实际流量，R为常数，V为所述腔室及其连通的气体管道的体积，T为所述气体的温度，P'为所述压升率。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的质量流量控制器的校准方法，其特征在于，采用以下公式计算所述实际流量与所述设定流量的误差：

Error=(Q-Q')*100%

其中，Error为误差，Q为所述实际流量，Q'为所述设定流量。

9.一种质量流量控制器的校准装置，其特征在于，所述质量流量控制器设置在半导体设备中，在所述质量流量控制器设定有通入气体的设定流量，所述装置包括：

气压采集模块，用于在所述腔室通入气体时，采集所述腔室的气压；

实际流量计算模块，用于依据所述腔室的气压计算所述气体的实际流量；

误差计算模块，用于计算所述实际流量与所述设定流量的误差；在所述误差超过预设的差异阈值时调用第一判定模块，否则，调用第二判定模块；

第一判定模块，用于判定所述质量流量控制器不符合规格；

第二判定模块，用于判定所述质量流量控制器符合规格；

其中，所述气压采集模块包括：

第一采集子模块，用于在所述气体为小流量气体时，采用工艺规采集所述腔室的气压；所述小流量气体为气体流量小于或等于预置的第一气体流量阈值的气体；

第二采集子模块，用于在所述气体为中流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气压；所述中流量气体为气体流量大于所述第一气体流量阈值，且小于或等于预置的第二气体流量阈值的气体；

第三采集子模块，用于在所述气体为大流量气体时，采用腔室规采集所述腔室的气体压力；所述大流量气体为气体流量大于所述第二气体流量阈值的气体。

10.根据权利要求9所述的质量流量控制器的校准装置，其特征在于，所述第一采集子模块包括：

第一开始采集子模块，用于在所述气体为小流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第一最小采集压力时，开始采用工艺规采集所述腔室的气压；

第一停止采集子模块，用于在通入所述气体的时间大于或等于预置的第一通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第一最大采集压力时，停止采集所述腔室的气压。

11.根据权利要求9所述的质量流量控制器的校准装置，其特征在于，所述第二采集子模块包括：

第二开始采集子模块，用于在所述气体为中流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第二最小采集压力时，开始采用腔室规采集所述腔室的气压；

第二停止采集子模块，用于在通入所述气体的时间大于或等于预置的第二通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第二最大收集压力时，停止采集所述腔室的气压。

12.根据权利要求9所述的质量流量控制器的校准装置，其特征在于，所述第三采集子模块包括：

第三开始采集子模块，用于在所述气体为大流量气体且所述腔室的气压大于或等于预置的第三最小采集压力时，开始采用腔室规采集所述腔室的气压；

第三停止采集子模块，用于在通入所述气体的时间大于或等于预置的第三通气时间，或者，所述腔室的气压大于或等于预置的第三最大收集压力时，停止采集所述腔室的气压。

13.根据权利要求9或10或11或12所述的质量流量控制器的校准装置，其特征在于，所述实际流量计算模块包括：

压升率计算子模块，用于计算所述腔室的压升率；

气体流量计算子模块，用于采用所述压升率计算所述气体的实际流量。

14.根据权利要求13所述的质量流量控制器的校准装置，其特征在于，采用以下公式计算所述压升率：

$P^{\′}=\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\Δt}}$

其中，P'为压升率，ΔP为在通入所述气体中的两个采集点采集到的气压差，Δt为所述两个采集点的时间差。

15.根据权利要求13所述的质量流量控制器的校准装置，其特征在于，采用以下公式计算所述实际流量：

$Q=\frac{V}{\mathrm{RT}}{P}^{\′}$

其中，Q为实际流量，R为常数，V为所述腔室及其连通的气体管道的体积，T为所述气体的温度，P'为所述压升率。

16.根据权利要求9或10或11或12所述的质量流量控制器的校准装置，其特征在于，采用以下公式计算所述实际流量与所述设定流量的误差：

Error=(Q-Q')*100%

其中，Error为误差，Q为所述实际流量，Q'为所述设定流量。