CN114121585B - 一种等离子体处理装置及气体供应方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种等离子体处理装置及气体供应方法，等离子体处理装置包括反应腔，反应腔内设置基座，气体供应装置向反应腔内输送反应气体，气体供应装置包含气体总管道和多路气体分流输送管路，在多路气体分流输送管路上分别设置一流量控制阀，将多个流量控制阀的流量系数和电信号的对应关系存储到一控制器内；设定多路气体分流输送管路的目标气体流量的比例关系，控制器根据多路气体分流输送管路的流量比例输送对应的电信号至流量控制阀，以调节每个流量控制阀的阀开度。本发明能实现1分2路、1分3路甚至1分更多路，本发明在未设置流量反馈模块时仍能准确地分流，耗时很少，响应速度快，控制结果基本不受各阀门差异的影响，实用性强。

Description

一种等离子体处理装置及气体供应方法

技术领域

本发明涉及半导体加工领域，特别涉及一种等离子体处理装置及气体供应方法。

背景技术

等离子体处理装置利用真空反应腔的工作原理进行基片的加工，真空反应腔的工作原理是在真空反应腔中通入含有适当刻蚀剂源气体的反应气体，然后再对该反应腔进行射频能量输入，以激活反应气体，来激发和维持等离子体，使等离子体轰击位于基座上的基片，实现对晶片的刻蚀等等离子体工艺。

为了在大面积的等离子反应腔中获得均匀的加工效果或者为了使反应腔腔内不同区域能获得不同密度的等离子体或者其他需求，需要向反应腔不同区域供应相同或不同流量的气体，通过将反应气体分流为各自流量的多路，从而将多路反应气体输送至不同区域。

现有不少成品的气体比例分流器，存在一体式的一分多路的分流器，其输送管路的出口路数固定，不可随意增加；也存在分体式的1分多路的分流器，其出口路数可随意变化，但是其所有路进口需要设置在一起，不可以分离。上述两大类的分流器有个共同的问题：成本高，响应随路数增加会变慢。

使用可控制阀开度的电子阀门实现一分多路，目前市面上已有现成的电压控制阀开度的阀门，例如通过使用多路管路并联并通过改变电压来实现阀开度的不同，从而实现气体分流。但是，此举存在很多问题，比如阀门的电压信号和阀开度并不成正比，而且不同的阀门的特性也不一样。一种简单的方法是挑选出特性近似的阀门来实现分流，但是当分流路增多时，则给挑选阀门带来了很多困扰，并且不同批次的分流器有差异，导致最终进入不同分区的气体流量与预期的目标流量有所不同，影响等离子体处理装置中的基片的刻蚀效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体处理装置及气体供应方法，通过在多路气体分流输送管路上分别设置流量控制阀，根据流量控制阀的流量系数和电信号之间的对应关系，施加对应的电信号到各个流量控制阀，控制各流量控制阀的阀开度，使各路气体分流输送管路准确地按照设定流量比例向反应腔内输送相应流量的反应气体，成本低，快速响应来实现多区气体分流。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种等离子体处理装置的气体供应方法，所述等离子体处理装置包括一反应腔，所述反应腔内设置用于支撑基片的基座，一气体供应装置向所述反应腔内输送反应气体，所述气体供应装置包含一气体总管道和对所述气体总管道进行气体分流的多路气体分流输送管路，该方法包含以下步骤：

在所述多路气体分流输送管路上分别设置一流量控制阀，并将多个所述流量控制阀的流量系数和电信号的对应关系存储到一控制器内；

设定多路气体分流输送管路的目标气体流量的比例关系，所述控制器根据多路气体分流输送管路的目标气体流量的比例关系输送对应的电信号至所述流量控制阀，以调节每个流量控制阀的阀开度，控制多路分流输送管路上的气体流量。

可选的，在气体分流输送管路的输入端的第一压力与最大目标气体流量所在的气体分流输送管路上的流量控制阀的输出端的第二压力满足预设条件时，确定出各个流量控制阀的最大阀开度和/或最小阀开度；

最大目标气体流量所在的气体分流输送管路上的流量控制阀作为第一参考阀，最小目标气体流量所在的气体分流输送管路上的流量控制阀作为第二参考阀；

根据所述对应关系以及第一参考阀的最大阀开度和/或第二参考阀的最小阀开度，获得各个流量控制阀的电信号，并由所述控制器输送对应大小的电信号至多个所述流量控制阀，控制所述多路分流输送管路上的气体流量。

可选的，所述预设条件包含：第一压力大于或等于2倍的第二压力。

可选的，多个流量控制阀的流量系数的比例关系与所述目标气体流量的比例关系一致。

可选的，获取所述对应关系的方法包含以下步骤：

固定多路气体分流输送管路的输入端的压力；

通过调节施加在流量控制阀的电信号的大小以改变流量控制阀的阀开度，并测量流量控制阀的流量；

计算得出流量控制阀的流量系数，从而得到在该一定的气体分流输送管路的输入端的压力时输送至流量控制阀的电信号与流量系数之间的对应关系。

可选的，所述获得各个流量控制阀的电信号的方法包含第一过程，所述第一过程包含以下：所述控制器将所述第一参考阀开到其最大阀开度并得到第一参考阀在该最大阀开度时的电信号；根据所述第一参考阀的电信号和所述对应关系，获得第一参考阀的开到最大阀开度时的流量系数，并根据所述目标气体流量的比例关系得到其他流量控制阀的流量系数；根据所述对应关系获得其他流量控制阀需要由控制器施加的电信号；

和/或，所述获取各个流量控制阀的电信号的方法包含第二过程，所述第二过程包含以下：所述控制器将所述第二参考阀开到其最小阀开度并得到第二参考阀在该最小阀开度时的电信号；根据所述第二参考阀的电信号和所述对应关系，获得第二参考阀的开到最小阀开度时的流量系数，并根据所述目标气体流量的比例关系得到其他流量控制阀的流量系数；根据所述对应关系获得其他流量控制阀需要由控制器施加的电信号。

可选的，所述的气体供应方法，包含第三过程，所述第三过程包含以下：执行所述第一过程后，当所述其他流量控制阀中的第二参考阀由控制器施加相应大小的电信号而达到的阀开度小于该第二参考阀的最小阀开度时，则重新执行所述第二过程。

可选的，所述的气体供应方法，包含第四过程，所述第四过程包含以下：执行所述第一过程后，当第一压力小于2倍的第二压力时，按照流量系数的比例关系同步降低各个流量控制阀的流量系数，直至第一压力不小于2倍的第二压力时结束或者在第二参考阀的阀开度降低到其最小阀开度时结束。

可选的，所述的气体供应方法，包含第五过程，所述第五过程包含以下：执行所述第一过程后，当其他流量控制阀中的第二参考阀由控制器施加相应大小的电信号而达到的阀开度大于该第二参考阀的最小阀开度，并且第一压力小于2倍的第二压力时，按照流量系数的比例关系同步降低各个流量控制阀的流量系数，直至第一压力不小于2倍的第二压力。

可选的，第一过程、第三过程、第四过程应用于所述气体总管道的输入端的目标总流量未知时。

可选的，第一过程、第三过程、第五过程应用于所述气体总管道的输入端的目标总流量已知时。

可选的，当所述气体总管道的输入端的总目标流量未知时，在所述气体总管道上设置一前端压力传感器，实时监测各路气体分流输送管路的输入端的压力。

可选的，当所述气体总管道的输入端的总目标流量已知时，所述气体总管道上未设置前端压力传感器。

可选的，所述最大阀开度小于100％；所述最小阀开度是在第一压力等于2倍的第二压力时，所述流量控制阀的阀开度。

可选的，所述流量控制阀为压电阀或电磁阀或针阀。

本发明还提供了一种等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括一反应腔，所述反应腔内设置用于支撑基片的基座，一气体供应装置向所述反应腔内输送反应气体，所述气体供应装置包含一气体总管道和并行设置的多路气体分流输送管路，所述多路气体分流输送管路的输入端均与气体总管道的输出端联通；每路气体分流输送管路包括一流量控制阀，所述流量控制阀的不同流量系数对应不同电信号；控制器，存储有多个所述流量控制阀的流量系数和电信号的对应关系，并通过控制施加到多路所述流量控制阀的电信号实现对多路气体分流输送管路上气体流量的比例调节。

可选的，所述流量控制阀为压电阀或电磁阀或针阀。

可选的，多路气体分流输送管路向反应腔内输送的目标气体流量呈一定比例关系；所述气体分流输送管路的输入端的压力大于或等于2倍的的最大目标气体流量所在的气体分流输送管路上的流量控制阀的输出端的压力。

可选的，所述气体总管道上设置一前端压力传感器，实时监测各路气体分流输送管路的输入端的压力。

可选的，任意一气体分流输送管路上的流量控制阀的输出端与一后端压力传感器连接，用于实时监测该气体分流输送管路输出端的压力。

可选的，所述前端压力传感器的数值大于或等于2倍的最大目标气体流量所在的气体分流输送管路上的后端压力传感器的数值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：(1)本发明预先学习并存储阀门特性，通过查询流量阀的流量系数Cv和电压信号之间的对应关系表，计算出多个流量阀需要被施加的电压信号，调节各路气体分流输送管路的流量大小，以准确地按照设定的流量比例向反应腔内输送反应气体；(2)本发明能够实现1分2路、1分3路、一分4路甚至1分更多路，向多个反应腔或一个反应腔的多个分区输送相应流量的反应气体；(3)与利用测量流量来控制分流的传统分流器相比，本发明在未设置流量反馈模块时仍能准确地分流，本发明的装置的结构简单，成本低，控制结果准确，并且本发明通过查表得出结果，耗时很少，响应速度快；(4)本发明因对阀门事先进行流量系数Cv-电压的曲线学习，使得控制结果基本不受各个阀门差异的影响，对阀门的选择要求较低，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明的实施例一中的等离子体处理装置的结构示意图；

图2为本发明的实施例二中的等离子体处理装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-图2结合所示，本发明提供一种等离子体处理装置，以电感耦合式等离子体处理装置ICP为例，所述电感耦合式等离子体处理装置ICP是一种将射频电源的能量经由电感线圈，以磁场耦合的形式进入反应腔内部，从而产生等离子体并用于刻蚀的设备。电感耦合型等离子体反应装置包括反应腔100，反应腔100包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁11，反应腔侧壁11上方设置一介电窗12，介电窗12上方设置多个线圈13。反应腔内部设置一内衬，用以保护反应腔内壁不被等离子体腐蚀。本发明的气体输送管路14与一气体供应装置200连接，用于将反应气体注入反应腔100内，气体输送管路14可以位于反应腔的不同位置，例如反应腔的顶部或者侧壁。

等离子体处理装置通过射频功率源将射频电压施加到线圈13上，射频功率源的射频功率驱动线圈13产生较强的电磁场，并在线圈13轴向感应出射频电场，从而使反应腔内的反应气体被电离产生等离子体。示例地，气体输送管路14由导电材料制成，如不锈钢等。

在反应腔100的下游位置设置基座15，基座15上设置静电吸盘16，静电吸盘16内部设置静电电极，用于产生静电吸力，以实现在工艺过程中对静电吸盘16上的待处理基片的支撑固定。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理晶圆的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。

如图1-图2所示，气体供应装置200包含一路气体总管道21和用于对气体总管道21进行气体分流的多路气体分流输送管路，多路气体分流输送管路的输入端均与气体总管道21的输出端联通，多路气体分流输送管路的输出端还与气体输送管路14(例如反应腔的顶部或者侧壁的气体输送管路14)联通，可以向同一反应腔的不同区域输送规定流量的气体，也可以向并排设置的两个或两个以上的反应腔的相同或不同区域输送规定流量的气体。下述是以四路气体分流输送管路和两个反应腔为例进行说明，但是本发明并不仅限于该一分四路气体分流输送管路向两个反应腔输送气体，其他方式的一分N路气体分流输送管路向M个反应腔输送反应气体也同样涵盖在本发明的保护范围，N≥2，M≥2。

实施例一：

如图1所示，本实施例一的四路气体分流输送管路分别为第一路气体分流输送管路2201、第二路气体分流输送管路2202、第三路气体分流输送管路2203和第四路气体分流输送管路2204，反应机台包括并排设置的两个反应腔，第一反应腔1101和第二反应腔1102。第一路气体分流输送管路2201和第三路气体分流输送管路2203向第一反应腔1101输送反应气体，第二路气体分流输送管路2202和第四路气体分流输送管路2204向第二反应腔1102输送反应气体。

本发明的多路气体分流输送管路使用流量控制阀组，上述示例是一分四路气体分流输送管路，则该阀组包含四个流量控制阀，如流量控制阀PV1、PV2、PV3、PV4，依次类推，若是一分N路气体分流输送管路，则阀组包含N个流量控制阀。每路气体分流输送管路上分别设置一个流量控制阀。每个流量控制阀通过电信号控制自身的阀开度，以控制各路分流输送管路上的气体流量。可选地，流量控制阀为压电陶瓷阀或电磁阀或针阀，但是本发明对阀的类型不做限制，在此不做赘述；本实施例一主要以压电陶瓷阀为例进行说明。

本实施例一中的气体总管道21上设置一个MFC(质量流量控制器)，所述MFC与一总的控制器300连接，该MFC用于控制气体总管道21气体输入的总流量，其可以是多路气体混合后经过的一个总的质量流量控制器，也可以统指多路气体管路上的流经每一路MFC的总流量。一个或多个压电陶瓷阀和控制器300连接，控制器300输送电压信号至压电陶瓷阀以实现阀开度的调节，用以控制各路分流输送管路上的气体流量大小。所述控制器300设定四路气体分流输送管路的目标气体流量的比例关系Q，这里所说的目标气体流量是气体供应装置的各路气体分流输送管路预期需要流入到各个反应腔的流量值。四路气体分流输送管路的目标气体流量的总和等于总流量。

其中，目标气体流量的比例关系Q记为：管路2201：管路2202：管路2203：管路2204＝a％：b％：c％：d％，a+b+c+d＝100。四路气体分流输送管路上分配的气体流量可以相同或者不相同，即a、b、c、d可以全部相同，也可以部分相同，还可以全部不同，本发明对此不做限制。本实施例一的气体总管道21输入的总流量大小未知，则此时在气体总管道21上设置一个前端压力传感器PT，用于监测气体总管道21的压力大小，所述气体分流输送管路输入端的压力等于气体总管道21的压力。

为了保证多路气体分流输送管路上流通的流量大小为最优解，使得本发明能准确地按照比例关系Q向反应腔内输送相应流量的反应气体，则本实施例的压电陶瓷阀通过控制器300调节各自的阀开度，并保证前端压力传感器PT测得的压力值P与多个压电陶瓷阀中输出端压力最大值PV_max之间满足设定的倍数关系：P≥2*PV_max，因为这样能够保证多路气体分流输送管路上流通的流量只和气体分流输送管路的输入端压力有关，与多路气体分流输送管路输出端的压力无关，而多路气体分流输送管路输入端都与气体总管道联通，则多路气体分流输送管路的输入端压力一样，进而使得气体分流输送管路的流量只和压电陶瓷阀的流量系数有关并呈线性关系。可选地，设定的倍数关系为：2*PV_max≤P，其中，为了表述方便，压力值P记为第一压力，最大目标气体流量所在的气体分流输送管路的输出端的压力PV_max记为第二压力，此仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实施例一中，未在各个压电陶瓷阀输出端设置后端压力传感器来监测压电陶瓷阀输出端的压力，而是通过其他各种测量手段得到压电陶瓷阀输出端压力估计值，并保证P≥2*PV_max即可，当然，在实际操作中，因获取的压电陶瓷阀输出端压力不是一个绝对准确值，则尽量让前端压力传感器PT测得的压力值P与得到的压电陶瓷阀输出端压力估计值之间的倍数关系尽量比2倍大的多，以确保最终结果肯定满足上述压力的倍数关系，这样能够减少成本。当不考虑这个方面的成本问题时，本发明依然能在压电陶瓷阀输出端设置后端压力传感器来监测压电陶瓷阀输出端的压力，同样能实现本发明的技术方案。

由于不同压电陶瓷阀的特性不同，并且压电陶瓷阀的阀开度或流量大小与电压信号之间并非准确地成正比例关系，此时不能直接根据设定的压电陶瓷阀的流量比例关系得到准确的压电陶瓷阀应被施加的电压信号大小的关系，从而导致最终输入到反应腔的流量不够准确。与之不同，本实施例一中的多个压电陶瓷阀的流量大小是与压电陶瓷阀的流量系数之间呈正比例关系的，因此，本实施例一中设定多个压电陶瓷阀的流量系数的比例关系和多个压电陶瓷阀需要向反应腔输送的目标气体流量的比例关系Q一致。

一个示例中，当多路气体分流输送管路上分配的目标气体流量均相同时，则将任意一路气体分流输送管路上的压电陶瓷阀作为参考阀。另一个示例中，当多路气体分流输送管路上分配的气体流量不完全相同时，将上述a、b、c、d中数值最大所对应的气体分流输送管路上的压电陶瓷阀作为第一参考阀以及数值最小所对应的气体分流输送管路上的压电陶瓷阀作为第二参考阀。

本实施例一提供一种等离子体处理装置的气体供应方法，其以四路气体分流输送管路2201、2202、2203、2204的目标气体流量的比例关系Q为a％：b％：c％：d％＝10％：20％：30％：40％为例进行说明，则压电陶瓷阀PV4为第一参考阀，压电陶瓷阀PV1为第二参考阀，此仅为一种示例，是为了便于描述本发明，因此不能理解为对本发明的限制。所述气体供应方法包含以下步骤：

(一)步骤S1、设定多路气体分流输送管路的目标气体流量的比例关系Q，并获取得到每个压电陶瓷阀的电压信号与流量系数之间对应的曲线关系R，将比例关系Q和曲线关系R存储到所述控制器300内。

所述步骤S1中，获取所述曲线关系R的方法包含以下步骤：

步骤S11、选出合适最大开度的压电陶瓷阀，固定各路气体分流输送管路的输入端的压力；

步骤S12、在保证P≥2*PV_max时，通过调节施加在压电陶瓷阀的电压信号的大小以改变压电陶瓷阀的阀开度，并测量压电陶瓷阀的流量大小；

步骤S13、计算得出压电陶瓷阀的流量系数，从而进一步得到在该一定的气体分流输送管路的输入端的压力时，施加在压电陶瓷阀上的电压信号与压电陶瓷阀的流量系数之间的曲线关系R。所述步骤S13的流量系数的计算方法是现有技术，本发明在此不做特别说明。

其中，所述曲线关系R是以表格的形式呈现，步骤S13这一过程可以通过控制器300的自动程序实现；流量系数值不随着压力的变化而变化；所述流量系数是指单位时间内、在测试条件中管道保持恒定的压力，管道介质流经阀门的体积流量或是质量流量，即阀门的流通能力，流量系数值越大说明流体流过阀门时的压力损失越小，流量系数与阀门开度呈正比。

需要说明的是，所述步骤S1可以在气体供应装置安装到等离子体处理装置的反应腔之前执行，也可以是在气体供应装置已安装到等离子体处理装置的反应腔之后执行，本发明对此不做限制。

(二)步骤S2、在第一压力P与第二压力PV_max满足P≥2*PV_max条件的时候，确定出所有的单个压电陶瓷阀的最大阀开度和最小阀开度。

所述步骤S2的作用是为了避免后续过程中压电陶瓷阀被开的过大或过小，在调节压电陶瓷阀的阀开度时保证让第一压力P与第二压力PV_max始终满足P≥2*PV_max的关系。例如，确定压电陶瓷阀的最大阀开度(例如80％-95％)时，压电陶瓷阀能实现最大流量，且此时的气体分流输送管路的输入端的第一压力P达到整个系统可允许的最高压力的90％，该压力的允许范围和确定的最大阀开度仅仅为一个示例，本发明对此不做限制，本发明可以根据实际要求进行相应的调整；另外，在确定出最小阀开度时，压电陶瓷阀能实现最小流量，其中，最小阀开度是在第一压力等于2倍的第二压力时的压电陶瓷阀的阀开度。

其中，压电陶瓷阀开到一个阀开度时，对应一个流量值大小，当气体分流输送管路输入端的压力值越大，阀开度越大，对应的流量值越大，反之，气体分流输送管路输入端的压力值越小，阀开度越小，对应的流量值越小，当气体分流输送管路输入端的压力值越小时，则气体分流输送管路的前后端的压降越大；本示例中始终要保证气体分流输送管路输入端的压力P与输出端的最大压力PV_max满足P≥2*PV_max的关系。

所述步骤S2可以在气体供应装置安装到等离子体处理装置的反应腔之前进行单独操作，也可以是在气体供应装置已安装到等离子体处理装置的反应腔之后进行操作，本发明对此不做限制，具体的操作方法根据实际情况进行相应的调节。

(三)步骤S3、根据比例关系Q、曲线关系R以及步骤S2中确定的压电陶瓷阀的最大阀开度与最小阀开度，控制器300输送对应的电压信号至压电陶瓷阀，调节每个压电陶瓷阀的阀开度，用以控制各路分流输送管路上的气体流量。

一个示例中，所述步骤S3进一步包含以下步骤：

(1)所述控制器300控制第一参考阀(例如最大目标气体流量所对应的压电陶瓷阀PV4)的阀开度，直至气体分流输送管路的输入端的第一压力P达到设定的压力值(例如整个系统可允许的最高压力的90％)，第一参考阀开到其最大阀开度Fa，并得到第一参考阀开到该阀开度Fa时被控制器300施加的电压信号大小Ua；这里的设定的压力值不仅限于此，具体可以根据实际要求进行相应的调整。

(2)根据所述曲线关系R进行查表得到第一参考阀开到最大阀开度时的流量系数CVa；由于多个压电陶瓷阀的流量大小与压电陶瓷阀的流量系数之间是呈正比例关系，则多个压电陶瓷阀的流量系数的比例关系T与目标气体流量的比例关系Q一致，并且控制器300根据第一参考阀的流量系数CVa并按照比例关系T计算出其他压电陶瓷阀的流量系数，例如压电陶瓷阀PV3的流量系数CV3、压电陶瓷阀PV2的流量系数CV2和压电陶瓷阀PV1的流量系数CV1，其中，CV1：CV2：CV3：CVa＝1：2：3：4。

(3)根据所述曲线关系R进行查表得到其他压电陶瓷阀需要被施加的电压信号的大小，例如压电陶瓷阀PV3的电压大小U3、压电陶瓷阀PV2的电压大小U2和压电陶瓷阀PV1的电压大小U1，控制器300对所述其他压电陶瓷阀分别施加相应大小的电压信号，控制各个压电陶瓷阀产生一定的阀开度以使相应流量大小的气体输送至反应腔内。

一个例外情况：当上述的压电陶瓷阀PV1(即第二参考阀，最小目标气体流量所对应的压电陶瓷阀)被施加大小为U1的电压之后得到的阀开度小于压电陶瓷阀PV1的最小阀开度Fb时，则重新以第二参考阀的最小阀开度Fb为基准，并计算多个压电陶瓷阀应被控制器300施加的电压大小，控制各路分流输送管路上的气体流量，具体如下步骤：

(1)所述控制器300控制第二参考阀(压电陶瓷阀PV1)，以使其阀开度达到其最小阀开度Fb，并得到第二参考阀开到该阀开度Fb时被控制器300施加的电压信号大小Ub。

(2)根据所述曲线关系R进行查表，得到该第二参考阀开到最小阀开度时的流量系数CVb，所述控制器300再按照比例关系T计算出其他压电陶瓷阀的流量系数，例如压电陶瓷阀PV2的流量系数CV2、压电陶瓷阀PV3的流量系数CV3和压电陶瓷阀PV4的流量系数CV4，其中，CVb：CV2：CV3：CV4＝1：2：3：4。

(3)根据所述曲线关系R进行查表，得到其他压电陶瓷阀需要被施加的电压信号的大小，例如压电陶瓷阀PV2的电压大小U2、压电陶瓷阀PV3的电压大小U3和压电陶瓷阀PV4的电压大小U4，所述控制器300对所述其他压电陶瓷阀分别施加相应大小的电压信号，控制各个压电陶瓷阀产生一定的阀开度以使相应流量大小的气体输送至反应腔内。但是，如果此时第一参考阀的开度大于Fa时,因其无法再继续开大，导致比例无法满足设定，需要报错，造成的原因可能是总流量太大或最大区流量太大。

另一个例外情况：当按照第一参考阀的最大阀开度为基准，计算出多个压电陶瓷阀应被控制器300施加的电压大小，若此时的气体分流输送管路输入端的压力P与输出端的最大压力PV_max没有满足P≥2*PV_max的关系，则按照比例关系T(也是比例关系Q)同步降低各个压电陶瓷阀的流量系数以同步降低各个压电陶瓷阀的阀开度，直至第一压力P不小于2倍的第二压力PV_max，其中，基于同步降低后的流量系数和所述曲线关系R，通过查表即可得到相应的电压大小，然后利用控制器300控制各个压电陶瓷阀产生一定的阀开度以使相应流量大小的气体输送至反应腔内。

进一步地，在上述的流量系数同步降低的过程当中，第二参考阀被控制器300施加相应电压而达到的阀开度小于第二参考阀的最小阀开度Fb前时，如果满足P≥2*PV_max的条件，中止降低流量系数，此时达到最终的目标。如果第二参考阀被控制器300施加相应电压而达到的阀开度小于第二参考阀的最小阀开度Fb也不满足P≥2*PV_max的条件，此时要中止降低流量系数，并且报错，可能的原因是总流量太小或最小流量太小。

当本实施例的等离子体处理装置包括一个反应腔时，多路分流输送管路上输送反应气体到该反应腔的不同区域。当本实施例的等离子体处理装置包括多个反应腔时，多路分流输送管路上输送反应气体到多个反应腔的相同或不同区域，具体气体供应方法参照上述示例，本发明在此不做赘述。

上述是以电感耦合式等离子体处理装置ICP为例进行说明，但本发明不限于该ICP，还可以适用于电容耦合式等离子体处理装置CCP或其他类型的等离子体处理装置，本发明在此不做赘述。

实施例二：

如图2所示，本实施例二的四路气体分流输送管路分别为第一路气体分流输送管路2201、第二路气体分流输送管路2202、第三路气体分流输送管路2203和第四路气体分流输送管路2204，反应机台包括并排设置的两个反应腔，第一反应腔1101和第二反应腔1102。第一路气体分流输送管路2201和第三路气体分流输送管路2203向第一反应腔1101输送反应气体，第二路气体分流输送管路2202和第四路气体分流输送管路2204向第二反应腔1102输送反应气体。

本发明的多路气体分流输送管路使用流量控制阀组，上述示例是一分四路气体分流输送管路，则该阀组包含四个流量控制阀，如流量控制阀PV1、PV2、PV3、PV4，依次类推，若是一分N路气体分流输送管路，则阀组包含N个流量控制阀。每路气体分流输送管路上分别设置一个流量控制阀。每个流量控制阀通过电信号控制自身的阀开度，以控制各路分流输送管路上的气体流量。可选地，流量控制阀为压电陶瓷阀或电磁阀或针阀，但是本发明对阀的类型不做限制，在此不做赘述；本实施例主要以压电陶瓷阀为例进行说明。

本实施例二中的气体总管道21上设置一个MFC(质量流量控制器)，所述MFC与一总的控制器300连接，该MFC用于控制气体总管道21气体输入的总流量Sum，其可以是多路气体混合后经过的一个总的质量流量控制器，也可以统指多路气体管路上的流经每一路MFC的总流量。一个或多个压电陶瓷阀和控制器300连接，所述控制器300输送电压信号至压电陶瓷阀以实现阀开度的调节，用以控制各路分流输送管路上的气体流量大小。所述控制器300设定气体总管道21输入的总流量Sum和四路气体分流输送管路的目标气体流量的比例关系Q，这里所说的目标气体流量是气体供应装置的各路气体分流输送管路预期需要流入到各个反应腔的流量值。

与实施例一不同的是，本实施例二的气体总管道21输入的总流量Sum已知，此时实施例二可以不在气体总管道21上设置一个前端压力传感器，这样能够减少成本。当不考虑这个方面的成本问题时，本发明依然能在气体总管道21上设置一个前端压力传感器来监测气体总管道21的压力大小，仍然能实现本发明的技术方案，本实施例不再赘述。

四路气体分流输送管路的目标气体流量的总和等于总流量Sum。目标气体流量的比例关系Q记为：管路2201：管路2202：管路2203：管路2204＝a％：b％：c％：d％，a+b+c+d＝100。四路气体分流输送管路上分配的气体流量可以相同或者不相同，即a、b、c、d可以全部相同，也可以部分相同，还可以全部不同，本发明对此不做限制。

一个示例中，当多路气体分流输送管路上分配的目标气体流量均相同时，则将任意一路气体分流输送管路上的压电陶瓷阀作为参考阀。另一个示例中，当多路气体分流输送管路上分配的气体流量不完全相同时，将上述a、b、c、d中数值最大所对应的气体分流输送管路上的压电陶瓷阀作为第一参考阀以及数值最小所对应的气体分流输送管路上的压电陶瓷阀作为第二参考阀。

为了保证多路气体分流输送管路上流通的流量大小为最优解，使得本发明能准确地按照比例关系Q向反应腔内输送相应流量的反应气体，则本实施例的压电陶瓷阀通过控制器300调节各自的阀开度，并保证气体分流输送管路的输入端压力值P与多个压电陶瓷阀中输出端压力最大值PV_max之间满足设定的倍数关系：P≥2*PV_max，具体理由参照上述实施例一，本实施例二在此不再赘述。其中，为了表述方便，压力值P记为第一压力，最大目标气体流量所在的气体分流输送管路的输出端的压力PV_max记为第二压力，此仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图2所示，本实施例二中，未在各个压电陶瓷阀输出端设置后端压力传感器来监测压电陶瓷阀输出端的压力，而是通过其他各种测量手段得到压电陶瓷阀输出端压力估计值，并保证P≥2*PV_max即可，当然，在实际操作中，因获取的压电陶瓷阀输出端压力不是一个绝对准确值，则尽量让前端压力传感器PT测得的压力值P与得到的压电陶瓷阀输出端压力估计值之间的倍数关系尽量比2倍大的多，以确保最终结果肯定满足上述压力的倍数关系，这样能够减少成本。当不考虑这个方面的成本问题时，本发明依然能在压电陶瓷阀输出端设置后端压力传感器来监测压电陶瓷阀输出端的压力，同样能实现本发明的技术方案。

由于不同压电陶瓷阀的特性不同，并且压电陶瓷阀的阀开度或流量大小与电压信号之间并非准确地成正比例关系，此时不能直接根据设定的压电陶瓷阀的流量比例关系准得到准确的压电陶瓷阀应被施加的电压信号大小的关系，从而导致最终输入到反应腔的流量不够准确。本实施例二中的多个压电陶瓷阀的流量大小是与压电陶瓷阀的流量系数之间呈正比例关系的，因此，本实施例二中设定多个压电陶瓷阀的流量系数的比例关系和多个压电陶瓷阀需要向反应腔输送的目标气体流量的比例关系Q一致。

本实施例二提供一种等离子体处理装置的气体供应方法，其以三四路气体分流输送管路2201、2202、2203、2204的目标气体流量的比例关系Q为a％：b％：c％：d％＝10％：20％：30％：40％为例进行说明，则压电陶瓷阀PV4为第一参考阀，压电陶瓷阀PV1为第二参考阀，此仅为一种示例，是为了便于描述本发明，因此不能理解为对本发明的限制。所述气体供应方法包含以下步骤：

(一)步骤S1、设定多路气体分流输送管路的目标气体流量的比例关系Q，并获取得到每个压电陶瓷阀的电压信号与流量系数之间对应的曲线关系R，将比例关系Q和曲线关系R存储到所述控制器300内。其中。所述步骤S1中，获取所述曲线关系R的方法同上述实施例一中曲线关系的获取方法，本实施例二在此不再赘述。

(二)步骤S2、在第一压力P与第二压力PV_max满足P≥2*PV_max条件的时候，确定出所有的单个压电陶瓷阀的最大阀开度和最小阀开度。本实施例二中的步骤S2的其他内容可参照实施例一，在此不再赘述。

值得说明的是，本实施例二中，虽然气体总管道21上未设置前端压力传感器，但是依然能够获知前端的气体总管道的压力大小，因为气体总管道输入的总流量Sum和目标气体流量的比例关系Q已知，则本领域技术人员根据阀的流量、流量系数和压力之间的关系，能得到气体分流输送管路输入端的压力大小，该压力的计算方法是现有技术，本示例在此不做特别说明。

(三)步骤S3、根据比例关系Q、曲线关系R以及步骤S2中确定的压电陶瓷阀的最大阀开度与最小阀开度，控制器300输送对应的电压信号至压电陶瓷阀，调节每个压电陶瓷阀的阀开度，用以控制各路分流输送管路上的气体流量。

本实施例二中，所述步骤S3进一步包含以下步骤：

(1)所述控制器300控制第一参考阀(例如最大目标气体流量所对应的压电陶瓷阀PV4)的阀开度，直至气体分流输送管路的输入端的第一压力P达到设定的压力值(例如整个系统可允许的最高压力的90％)，第一参考阀开到其最大阀开度Fa，并得到第一参考阀开到该阀开度Fa时被控制器300施加的电压信号大小Ua；这里的设定的压力值不仅限于此，具体可以根据实际要求进行相应的调整。

(2)根据所述曲线关系R进行查表得到第一参考阀开到最大阀开度时的流量系数CVa；由于多个压电陶瓷阀的流量大小与压电陶瓷阀的流量系数之间是呈正比例关系，则多个压电陶瓷阀的流量系数的比例关系T与目标气体流量的比例关系Q一致，并且控制器300根据第一参考阀的流量系数CVa并按照比例关系T计算出其他压电陶瓷阀的流量系数，例如压电陶瓷阀PV3的流量系数CV3、压电陶瓷阀PV2的流量系数CV2和压电陶瓷阀PV1的流量系数CV1，其中，CV1：CV2：CV3：CVa＝1：2：3：4。

(3)根据所述曲线关系R进行查表得到其他压电陶瓷阀需要被施加的电压信号的大小，例如压电陶瓷阀PV3的电压大小U3、压电陶瓷阀PV2的电压大小U2和压电陶瓷阀PV1的电压大小U1，控制器300对所述其他压电陶瓷阀分别施加相应大小的电压信号，控制各个压电陶瓷阀产生一定的阀开度以使相应流量大小的气体输送至反应腔内。

一个例外情况：当上述的压电陶瓷阀PV1(即第二参考阀，最小目标气体流量所对应的压电陶瓷阀)被施加大小为U1的电压之后得到的阀开度小于压电陶瓷阀PV1的最小阀开度Fb时，则重新以第二参考阀的最小阀开度Fb为基准，并计算多个压电陶瓷阀应被控制器300施加的电压大小，控制各路分流输送管路上的气体流量，具体如下步骤：

(1)所述控制器300控制第二参考阀(压电陶瓷阀PV1)，以使其阀开度达到其最小阀开度Fb，并得到第二参考阀开到该阀开度Fb时被控制器300施加的电压信号大小Ub。

(2)根据所述曲线关系R进行查表，得到该第二参考阀开到最小阀开度时的流量系数CVb，所述控制器300再按照比例关系T计算出其他压电陶瓷阀的流量系数，例如压电陶瓷阀PV2的流量系数CV2、压电陶瓷阀PV3的流量系数CV3和压电陶瓷阀PV4的流量系数CV4，其中，CVb：CV2：CV3：CV4＝1：2：3：4。

(3)根据所述曲线关系R进行查表，得到其他压电陶瓷阀需要被施加的电压信号的大小，例如压电陶瓷阀PV2的电压大小U2、压电陶瓷阀PV3的电压大小U3和压电陶瓷阀PV4的电压大小U4，所述控制器300对所述其他压电陶瓷阀分别施加相应大小的电压信号，控制各个压电陶瓷阀产生一定的阀开度以使相应流量大小的气体输送至反应腔内。

另外，当上述的压电陶瓷阀PV1(即第二参考阀，最小目标气体流量所对应的压电陶瓷阀)被施加大小为U1的电压之后得到的阀开度大于压电陶瓷阀PV1的最小阀开度Fb，但是通过计算得到此时的第一压力P没有达到第二压力PV_max的2倍以上，则按照比例关系T(也是比例关系Q)同步降低各个压电陶瓷阀的流量系数以同步降低各个压电陶瓷阀的阀开度，直至第一压力P不小于2倍的第二压力PV_max，其中，基于同步降低后的流量系数和所述曲线关系R，通过查表即可得到相应的电压大小，然后利用控制器300控制各个压电陶瓷阀产生一定的阀开度以使相应流量大小的气体输送至反应腔内。此种方法的控制速度更快，前后端的压降小。

当本实施例的等离子体处理装置包括一个反应腔时，多路分流输送管路上输送反应气体到该反应腔的不同区域。当本实施例的等离子体处理装置包括多个反应腔时，多路分流输送管路上输送反应气体到多个反应腔的相同或不同区域，具体气体供应方法参照上述示例，本发明在此不做赘述。

上述是以电感耦合式等离子体处理装置ICP为例进行说明，但本发明不限于该ICP，还可以适用于电容耦合式等离子体处理装置CCP或其他类型的等离子体处理装置，本发明在此不做赘述。

综上所述，本发明预先学习阀门特性，通过查询流量阀的流量系数Cv和电压信号之间的对应关系表，计算出各个流量阀需要被施加的电压信号，以调节流量控制阀的阀开度，能使各路气体分流输送管路准确地按照设定的流量比例向反应腔内输送反应气体；本发明能够实现1分2路、1分3路、一分4路甚至1分更多路，向多个反应腔或一个反应腔的多个分区输送相应流量的反应气体；与利用测量流量来控制分流的传统分流器相比，本发明在未设置流量反馈模块时仍能实现准确地分流，本发明的装置的结构简单，成本低，控制结果准确，并且本发明通过查表得出结果，耗时很少，响应速度快；本发明因对阀门事先进行流量系数Cv-电压的曲线学习，使得控制结果基本不受各个阀门差异的影响，对阀门的选择要求较低，实用性强。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (19)

1.一种等离子体处理装置的气体供应方法，所述等离子体处理装置包括一反应腔，所述反应腔内设置用于支撑基片的基座，一气体供应装置向所述反应腔内输送反应气体，所述气体供应装置包含一气体总管道和对所述气体总管道进行气体分流的多路气体分流输送管路，其特征在于，该方法包含以下步骤：

在所述多路气体分流输送管路上分别设置一流量控制阀，并将多个所述流量控制阀的流量系数和电信号的对应关系存储到一控制器内；

设定多路气体分流输送管路的目标气体流量的比例关系，所述控制器根据多路气体分流输送管路的目标气体流量的比例关系输送对应的电信号至所述流量控制阀，以调节每个流量控制阀的阀开度，控制多路分流输送管路上的气体流量；

在气体分流输送管路的输入端的第一压力与最大目标气体流量所在的气体分流输送管路上的流量控制阀的输出端的第二压力满足所述第一压力大于或等于2倍的第二压力时，确定出各个流量控制阀的最大阀开度和/或最小阀开度，其中，所述第二压力为估计值。

2.如权利要求1所述的气体供应方法，其特征在于，

所述最大目标气体流量所在的气体分流输送管路上的流量控制阀作为第一参考阀，最小目标气体流量所在的气体分流输送管路上的流量控制阀作为第二参考阀；

根据所述对应关系以及第一参考阀的最大阀开度和/或第二参考阀的最小阀开度，获得各个流量控制阀的电信号，并由所述控制器输送对应大小的电信号至多个所述流量控制阀，控制所述多路分流输送管路上的气体流量。

3.如权利要求2所述的气体供应方法，其特征在于，

多个流量控制阀的流量系数的比例关系与所述目标气体流量的比例关系一致。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的气体供应方法，其特征在于，

获取所述对应关系的方法包含以下步骤：

固定多路气体分流输送管路的输入端的压力；

通过调节施加在流量控制阀的电信号的大小以改变流量控制阀的阀开度，并测量流量控制阀的流量；

计算得出流量控制阀的流量系数，从而得到在一定的气体分流输送管路的输入端的压力时输送至流量控制阀的电信号与流量系数之间的对应关系。

5.如权利要求3所述的气体供应方法，其特征在于，

所述获得各个流量控制阀的电信号的方法包含第一过程，所述第一过程包含以下：

所述控制器将所述第一参考阀开到其最大阀开度并得到第一参考阀在该最大阀开度时的电信号；

根据所述第一参考阀的电信号和所述对应关系，获得第一参考阀的开到最大阀开度时的流量系数，并根据所述目标气体流量的比例关系得到其他流量控制阀的流量系数；

根据所述对应关系获得其他流量控制阀需要由控制器施加的电信号；

和/或，所述获得各个流量控制阀的电信号的方法包含第二过程，所述第二过程包含以下：

所述控制器将所述第二参考阀开到其最小阀开度并得到第二参考阀在该最小阀开度时的电信号；

根据所述第二参考阀的电信号和所述对应关系，获得第二参考阀的开到最小阀开度时的流量系数，并根据所述目标气体流量的比例关系得到其他流量控制阀的流量系数；

根据所述对应关系获得其他流量控制阀需要由控制器施加的电信号。

6.如权利要求5所述的气体供应方法，其特征在于，

包含第三过程，所述第三过程包含以下：

执行所述第一过程后，当所述其他流量控制阀中的第二参考阀由控制器施加相应大小的电信号而达到的阀开度小于该第二参考阀的最小阀开度时，则重新执行所述第二过程。

7.如权利要求5所述的气体供应方法，其特征在于，

包含第四过程，所述第四过程包含以下：

执行所述第一过程后，当第一压力小于2倍的第二压力时，按照流量系数的比例关系同步降低各个流量控制阀的流量系数，直至第一压力不小于2倍的第二压力时结束或者在第二参考阀的阀开度降低到其最小阀开度时结束。

8.如权利要求5所述的气体供应方法，其特征在于，

包含第五过程，所述第五过程包含以下：

执行所述第一过程后，当其他流量控制阀中的第二参考阀由控制器施加相应大小的电信号而达到的阀开度大于该第二参考阀的最小阀开度，并且第一压力小于2倍的第二压力时，按照流量系数的比例关系同步降低各个流量控制阀的流量系数，直至第一压力不小于2倍的第二压力。

9.如权利要求5或6或7所述的气体供应方法，其特征在于，

第一过程、第三过程、第四过程应用于所述气体总管道的输入端的目标总流量未知时。

10.如权利要求5或6或8所述的气体供应方法，其特征在于，

第一过程、第三过程、第五过程应用于所述气体总管道的输入端的目标总流量已知时。

11.如权利要求9所述的气体供应方法，其特征在于，

当所述气体总管道的输入端的总目标流量未知时，在所述气体总管道上设置一前端压力传感器，实时监测各路气体分流输送管路的输入端的压力。

12.如权利要求10所述的气体供应方法，其特征在于，

当所述气体总管道的输入端的总目标流量已知时，所述气体总管道上未设置前端压力传感器。

13.如权利要求2所述的气体供应方法，其特征在于，

所述最大阀开度小于100％；

所述最小阀开度是在第一压力等于2倍的第二压力时，所述流量控制阀的阀开度。

14.如权利要求1所述的气体供应方法，其特征在于，

所述流量控制阀为压电阀或电磁阀或针阀。

15.一种等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括一反应腔，所述反应腔内设置用于支撑基片的基座，一气体供应装置向所述反应腔内输送反应气体，其特征在于，

所述气体供应装置包含一气体总管道和并行设置的多路气体分流输送管路，所述多路气体分流输送管路的输入端均与气体总管道的输出端联通；

每路气体分流输送管路包括一流量控制阀，所述流量控制阀的不同流量系数对应不同电信号；

控制器，存储有多个所述流量控制阀的流量系数和电信号的对应关系，并通过控制施加到多路所述流量控制阀的电信号实现对多路气体分流输送管路上气体流量的比例调节，使所述气体分流输送管路的输入端的压力大于或等于2倍的最大目标气体流量所在的气体分流输送管路上的流量控制阀的输出端的压力估计值。

16.如权利要求15所述的等离子体处理装置，其特征在于，

所述流量控制阀为压电阀或电磁阀或针阀。

17.如权利要求15所述的等离子体处理装置，其特征在于，

所述气体总管道上设置一前端压力传感器，实时监测各路气体分流输送管路的输入端的压力。

18.如权利要求17所述的等离子体处理装置，其特征在于，

任意一气体分流输送管路上的流量控制阀的输出端与一后端压力传感器连接，用于实时监测该气体分流输送管路输出端的压力。

19.如权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，

所述前端压力传感器的数值大于或等于2倍的最大目标气体流量所在的气体分流输送管路上的后端压力传感器的数值。