一种平行平板式开孔电极间距自适应调节方法及系统与流程

本技术涉及等离子体表面处理，具体而言，涉及平行平板式开孔电极间距自适应调节方法及系统。

背景技术：

1、真空等离子清洗机是半导体封装、印制电路板、汽车零部件、医疗器械及光学元件等领域进行表面处理的常用设备。这类设备在真空腔体内设置相对的两块平行电极板，其中一块电极板与射频电源相连，另一块电极板接地。工作时先将腔体抽至低气压，再通入工艺气体，例如氩气、氧气、氮气或其混合气体；在两块电极板之间施加射频电压后，工艺气体被电离而产生等离子体，等离子体中的离子、电子与自由基等活性粒子轰击置于板间的工件表面，从而实现清洗、活化、刻蚀或接枝等处理。

2、在上述设备中，电极板上通常开设有阵列排布的通孔。工艺气体自一侧电极板的通孔流入板间放电区域，使气体沿板面均匀分布，从而使等离子体在板面上均匀产生。两块电极板之间的间距决定了板间的电场强度，并且与腔体内的气压共同决定气体的击穿特性，是影响等离子体密度、放电均匀性以及射频匹配状态的关键参数。

3、在设备的长期运行过程中，两块电极板之间的间距并非恒定不变。射频功率持续注入所产生的热量使极板发生热膨胀；腔体内为低气压而腔体外为大气压，压差使极板承受持续的压力而产生挠曲变形；反复的升温与降温循环会引起极板材料的蠕变；长期运行中电极表面还会被等离子体刻蚀，或沉积反应生成物而改变表面形貌。上述因素叠加，使板间实际间距持续漂移。

4、间距一旦偏离设计值，板间电场强度随之改变，等离子体密度沿板面的分布变得不均，导致同一批次工件的处理效果不一致，表现为局部清洗不彻底或局部过度刻蚀。在间距被压缩得过小的区域，电场过强还会使辉光放电向弧光放电转变，造成工件表面烧伤。与此同时，等离子体等效阻抗的改变会使射频电源与负载之间失配，反射功率上升、能量利用率下降，严重时还会损伤射频电源。

5、现有的等离子清洗设备多采用固定间距结构，电极板在装配时一经定位便无法调整。由于腔体内部为真空环境，调整间距必须破真空、开启腔体并重新装配，停机耗时长、维护成本高，通常需要积累到一定运行周期后才统一检修，无法对工况变化作出及时响应。部分设备设置了整体调节机构，通过垫片或丝杠对其中一块电极板作整体平移，使板间间距同步增减。然而，板间的气体流场、温度场与等离子体密度沿板面分布并不均匀，极板的热变形与表面刻蚀往往呈现局部性，板面不同区域的间距漂移量彼此不同。此时若对极板作整体平移，间距偏大的区域尚未调整到位，间距偏小的区域却已被进一步压缩，出现顾此失彼的情形。

6、更为突出的问题在于，电极板上开设通孔之后，两块电极板上通孔的相对位置会同时影响两个彼此耦合的指标。两块电极板的通孔趋于对齐时，工艺气体自一侧通孔流入后可直接进入另一侧通孔，气流阻力低、气体沿板面分布均匀，但两块电极板相互正对的实体面积减小，有效放电面积随之减小，等离子体阻抗上升而放电减弱；反之，两块电极板的通孔趋于错开时，相互正对的实体面积增大，有效放电面积增大，等离子体阻抗下降而放电增强，工艺气体却需绕行，气流阻力上升且分布均匀性变差。现有的调节方案仅着眼于改变间距这一单一自由度，未将两块电极板开孔区域的重叠程度纳入调节手段，因而在改善气流分布均匀性时往往削弱了放电能力，在增强放电能力时又导致气流分布恶化，两个指标难以兼顾。

7、此外，现有方案缺少依据实时工况自动判断何时调节、调节哪个区域以及调节多少的闭环手段，调节时机与调节量的确定依赖人工经验与定期停机，既无法及时响应工况突变，也容易因调节幅度不当而引入新的偏差。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种平行平板式开孔电极间距自适应调节方法及系统，具有能够按监测区域独立调节电极间距、并协同调整两块电极板开孔区域的重叠程度，从而在保证放电能力的同时改善工艺气体分布的均匀性、提高等离子体处理的一致性与设备运行稳定性的优点。

2、本技术提供了一种平行平板式开孔电极间距自适应调节方法，所述开孔电极包括相对设置的第一电极板和第二电极板，两块电极板上均开设有多个通孔。包括：

3、将两块电极板的板面划分为多个监测区域，每个监测区域对应至少一个由驱动件单独驱动的调节件；

4、获取所述开孔电极的工作电压、两块电极板之间的电阻、流经所述通孔的流体的流速和压力；

5、当所述工作电压、所述电阻、所述流速和所述压力中的至少一项相对基准值的变化量超过对应阈值时，获取每个监测区域内所述第一电极板的通孔面积占比、所述第二电极板的通孔面积占比以及两块电极板之间的当前间距；

6、针对每个监测区域，根据该监测区域内两个所述通孔面积占比的差值确定该监测区域的目标间距，并根据该目标间距与当前间距确定对应的调节件的移动方向和移动距离；

7、控制各所述驱动件驱动对应的调节件带动电极板移动，使各监测区域内两块电极板的间距达到对应的目标间距。

8、进一步，所述方法还包括：

9、获取每个监测区域内所述第一电极板与所述第二电极板之间的电阻，作为该监测区域的局部电阻；

10、获取所述流体流经每个监测区域内的通孔后的流速，作为该监测区域的局部流速。

11、进一步，所述对应阈值包括整体阈值和局部阈值；

12、当所述工作电压、所述电阻、所述流速和所述压力中的至少一项相对基准值的变化量超过所述整体阈值时，对全部监测区域分别确定所述目标间距并控制对应的所述驱动件；

13、当任一监测区域的所述局部电阻的变化量超过所述局部阈值，或该监测区域的所述局部流速的变化量超过所述局部阈值时，仅对该监测区域确定所述目标间距并控制对应的所述驱动件。

14、进一步，所述获取每个监测区域内所述第一电极板的通孔面积占比、所述第二电极板的通孔面积占比，包括：

15、针对每个监测区域，获取该监测区域内通孔的孔径以及相邻通孔之间的孔距；

16、根据所述孔径和所述孔距确定该监测区域内单位面积上通孔的面积之和，并将所述面积之和与所述单位面积的比值，确定为该监测区域内对应电极板的通孔面积占比。

17、进一步，所述根据该监测区域内两个所述通孔面积占比的差值确定该监测区域的目标间距，包括：

18、将该监测区域内所述第一电极板的通孔面积占比与所述第二电极板的通孔面积占比中的较大值，确定为该监测区域的开孔特征值；

19、根据所述开孔特征值与所述差值确定该监测区域的目标间距，所述目标间距随所述开孔特征值的增大而减小，且随所述差值的绝对值的增大而减小。

20、进一步，所述对应的调节件为承担位移的调节件，且按如下方式确定：

21、在该监测区域内所述第一电极板的通孔面积占比大于所述第二电极板的通孔面积占比时，所述对应的调节件为作用于所述第二电极板的调节件；

22、在该监测区域内所述第一电极板的通孔面积占比小于所述第二电极板的通孔面积占比时，所述对应的调节件为作用于所述第一电极板的调节件；

23、在所述第一电极板的通孔面积占比与所述第二电极板的通孔面积占比相等时，所述对应的调节件为同时作用于所述第一电极板与所述第二电极板的调节件。

24、进一步，每个所述监测区域对应至少两个所述调节件，其中一个所述调节件作用于所述第一电极板，另一个所述调节件作用于所述第二电极板；

25、所述驱动件为电控位移驱动件，每个所述驱动件单独驱动一个所述调节件；所述调节件在其对应的所述驱动件的驱动下，带动所作用的电极板沿垂直于所述板面的方向移动。

26、进一步，在控制各所述驱动件驱动对应的调节件带动电极板移动之前，所述方法还包括：

27、在所述流速小于设定流速且所述压力大于设定压力时，判定流体阻力偏高；在所述流速大于或等于所述设定流速，或所述压力小于或等于所述设定压力时，判定流体阻力正常；

28、在所述电阻小于设定电阻时，判定导电能力充足；在所述电阻大于或等于所述设定电阻时，判定导电能力不足；

29、在所述流体阻力偏高且所述导电能力充足时，驱动所述第一电极板或所述第二电极板在自身板面内平移或转动，使所述第一电极板的通孔与所述第二电极板的通孔之间的重叠面积增大；

30、在所述流体阻力正常且所述导电能力不足时，驱动所述第一电极板或所述第二电极板在自身板面内平移或转动，使所述重叠面积减小。

31、进一步，驱动所述第一电极板或所述第二电极板在自身板面内平移或转动之后，所述方法还包括：

32、重新获取每个监测区域的所述局部电阻和所述局部流速；

33、对于所述局部电阻的变化量与所述局部流速的变化量均小于或等于设定变化量的监测区域，保持该监测区域内两块电极板之间的间距不变，且不控制该监测区域对应的驱动件；

34、对于所述局部电阻的变化量与所述局部流速的变化量中的至少一项大于所述设定变化量的监测区域，控制该监测区域对应的驱动件驱动对应的调节件带动电极板移动，使该监测区域内两块电极板的间距达到该监测区域的目标间距。

35、此外，本技术还提供一种平行平板式开孔电极间距自适应调节系统，所述开孔电极包括相对设置的第一电极板和第二电极板，两块电极板上均开设有多个通孔，包括：

36、调节组件，包括多个调节件和与多个所述调节件一一对应的多个驱动件；两块电极板的板面划分为多个监测区域，每个监测区域对应至少一个由对应的所述驱动件单独驱动的调节件；

37、参数采集组件，包括电压检测件、电阻检测件、流速检测件和压力检测件，分别用于获取所述开孔电极的工作电压、两块电极板之间的电阻、流经所述通孔的流体的流速和压力；

38、控制器，与所述参数采集组件和各所述驱动件连接，用于：

39、在所述工作电压、所述电阻、所述流速和所述压力中的至少一项相对基准值的变化量超过对应阈值时，获取每个监测区域内所述第一电极板的通孔面积占比、所述第二电极板的通孔面积占比以及两块电极板之间的当前间距；

40、针对每个监测区域，根据该监测区域内两个所述通孔面积占比的差值确定该监测区域的目标间距，并根据该目标间距与当前间距确定对应调节件的移动方向和移动距离；

41、控制各所述驱动件驱动对应的调节件带动电极板移动，使各监测区域内两块电极板的间距达到对应的目标间距。

42、由上可知，本技术提供的一种平行平板式开孔电极间距自适应调节方法及系统，通过将电极板面划分为多个监测区域并为每个监测区域配置由驱动件单独驱动的调节件，依据各监测区域内两块电极板通孔面积占比的差值分别确定目标间距并独立驱动对应电极板移动，以及在改变电极间距之前先依据气流阻力与放电能力驱动电极板在自身板面内平移或转动以调整两块电极板通孔之间的重叠面积，解决了真空等离子清洗机在运行过程中因极板间距漂移沿板面分布不均、且工艺气体分布均匀性与放电能力相互耦合而导致的等离子体密度不均与射频失配难以协同抑制的问题，具有能够按监测区域独立调节电极间距、并协同调整两块电极板开孔区域的重叠程度，从而在保证放电能力的同时改善工艺气体分布的均匀性、提高等离子体处理的一致性与设备运行稳定性的优点。