一种基于微孔均匀进气的真空等离子清洗工艺控制方法及系统与流程

本技术涉及等离子清洗，具体而言，涉及一种基于微孔均匀进气的真空等离子清洗工艺控制方法及系统。

背景技术：

1、真空等离子清洗是利用等离子体中的活性粒子与工件表面的有机污染物发生反应，生成挥发性产物后由抽气装置带走，从而实现表面清洁的工艺，广泛应用于半导体封装、精密电子元件、光学零件和医疗器械等领域。相比湿法清洗，等离子清洗无废液排放、不损伤工件基体，尤其适合对表面洁净度要求高的场合。

2、为使等离子体在工件表面均匀分布，现有真空等离子清洗设备通常在真空腔内设置匀流板或微孔进气板，工艺气体经板上的通孔流出后进入放置工件的腔体。这类结构在一定程度上改善了进气均匀性，但仍存在以下不足。

3、其一，微孔进气板在长期使用过程中，部分通孔会被反应产物沉积物、粉尘或凝结物逐渐堵塞。通孔堵塞后该区域的气体流量下降，等离子体密度随之降低，工件对应该区域的部位清洗不足。由于通孔孔径为微米级且数量众多，堵塞无法通过肉眼识别，而现有设备缺少对单个区域堵塞状态的在线监测手段，通常只能在清洗完成后对工件作接触角测试或表面分析来间接判断，或者按固定周期停机检修。这种事后发现的方式既无法避免当次清洗的返工，也无法定位发生堵塞的具体区域。

4、其二，即便发现清洗不均匀，现有设备也难以在清洗过程中予以修正。匀流板上的通孔通常整体布置，各区域之间不设独立的流量调节机构，一旦某一区域的通孔堵塞，无法通过提高其他区域的进气量来弥补该区域的气体不足。

5、其三，清洗终点通常按经验设定的固定时长确定。实际生产中，不同工件的污染物初始厚度、装载数量和装载位置存在差异，达到同样洁净度所需的时间并不相同。按固定时长清洗，对污染较轻或装载量小的工件会造成过清洗，使工件表面被过度作用；对污染较重或装载量大的工件则可能清洗不足。

6、针对上述问题，现有技术亟需改进。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种基于微孔均匀进气的真空等离子清洗工艺控制方法及系统，能够在清洗过程中在线识别微孔进气板的堵塞区域并予以气流补偿，同时依据清洗腔内的实际状态判断清洗进程。

2、本技术提供了一种基于微孔均匀进气的真空等离子清洗工艺控制方法，应用于一包括真空腔的真空等离子清洗设备；包括：

3、将所述真空腔内的微孔进气板划分为多个进气区域，所述微孔进气板将所述真空腔分隔为上游的气体分配腔和下游的清洗腔，各进气区域设独立的气体流量控制阀；

4、获取各进气区域的监测值和压差值，所述监测值为该进气区域内等离子体发射光谱中设定谱线的强度值，所述压差值分别为该进气区域处所述气体分配腔与所述清洗腔的压力之差；

5、响应于任一进气区域的监测值低于各进气区域监测值的平均值、且压差值高于各进气区域压差值的平均值，判定其发生微孔堵塞，并增大该进气区域及相邻进气区域的气体流量控制阀开度，使相邻进气区域的出射气体横向流向该进气区域；

6、重新获取各进气区域的监测值，以其中最大值与最小值之差作为离散量，调节各气体流量控制阀开度至所述离散量小于设定值，根据调节后的开度通入工艺气体并开启射频电源，对所述清洗腔内的工件清洗。

7、进一步，在获取各进气区域的监测值之前，还根据以下方式确定各气体流量控制阀的初始开度：

8、按所述工件的尺寸和单次放入所述真空腔的工件数量确定通入所述真空腔的气体总流量，再按各进气区域的微孔数量占所述微孔进气板微孔总数的比例，将所述气体总流量分配至各进气区域，得到各进气区域的分配流量；

9、按工件在真空腔内承载台上的放置位置确定各进气区域的修正系数，以该进气区域的分配流量乘以对应的修正系数得到初始进气流量，按所述初始进气流量设定各气体流量控制阀的开度；

10、记录清洗过程中被判定发生微孔堵塞的进气区域；在下一次清洗同类工件时，增大该进气区域的分配流量与对应修正系数的乘积，按增大后的乘积设定该进气区域的气体流量控制阀的开度。

11、进一步，所述将所述真空腔内的微孔进气板划分为多个进气区域，包括：按所述真空腔内用于放置工件的承载台的轮廓，将所述微孔进气板划分为中心区域和环绕所述中心区域的边缘区域；其中，所述中心区域的微孔密度大于所述边缘区域的微孔密度，所述中心区域的微孔孔径小于所述边缘区域的微孔孔径，所述边缘区域的微孔轴线朝向所述真空腔的侧壁倾斜，使所述边缘区域出射的气体沿所述真空腔的侧壁流动。

12、进一步，通入所述真空腔的工艺气体中含有反应气体和惰性气体；所述监测值根据以下方式确定：在所述真空腔的侧壁上对应每个进气区域分别开设光学观测窗口，通过所述光学观测窗口采集该进气区域内的等离子体发射光谱；从所述等离子体发射光谱中，提取所述反应气体电离形成的活性粒子对应的第一谱线的强度值，以及所述惰性气体对应的第二谱线的强度值；以所述第一谱线的强度值与所述第二谱线的强度值的比值，作为该进气区域的监测值。

13、进一步，所述判定其发生微孔堵塞，包括：计算各进气区域监测值的平均值与该进气区域的监测值之差，作为第一差值；计算该进气区域的压差值与各进气区域压差值的平均值之差，作为第二差值；当所述第一差值大于第一允许值、且所述第二差值大于第二允许值时，判定该进气区域发生微孔堵塞。

14、进一步，所述增大该进气区域及相邻进气区域的气体流量控制阀开度，包括：根据所述第一差值的大小确定该进气区域的堵塞程度，所述第一差值越大则所述堵塞程度越高；根据所述堵塞程度确定该进气区域的气体流量控制阀开度的第一增大幅度和相邻进气区域的气体流量控制阀开度的第二增大幅度，所述堵塞程度越高则所述第一增大幅度和所述第二增大幅度越大，且所述第一增大幅度大于所述第二增大幅度；对于与该进气区域相邻的多个进气区域，其与该进气区域的距离越大，所述第二增大幅度越小。

15、进一步，在重新获取各进气区域的监测值之前，先等待设定时长，并在重新获取各进气区域的监测值之后，以发生微孔堵塞的进气区域的监测值与重新获取的各进气区域监测值的平均值之差作为第三差值；当所述第三差值不小于所述第一允许值时，按所述第一增大幅度和所述第二增大幅度再次增大对应的气体流量控制阀的开度，并返回执行等待设定时长和重新获取各进气区域的监测值的步骤，直至所述第三差值小于所述第一允许值。

16、进一步，所述对所述清洗腔内的工件清洗，还包括：通过所述射频电源与所述真空腔之间的阻抗匹配器采集阻抗值，以所述真空腔内产生等离子体之前采集到的阻抗值作为基准阻抗值，以之后采集到的阻抗值作为实时阻抗值；以所述实时阻抗值与所述基准阻抗值之差作为等离子体阻抗值，以相邻两次得到的等离子体阻抗值之差作为阻抗变化量；所述阻抗变化量大于第一变化阈值时，判定为初始阶段，保持射频功率和通入所述真空腔的气体总流量不变并暂停调节各气体流量控制阀的开度；所述阻抗变化量小于所述第一变化阈值且大于第二变化阈值时，判定为主清洗阶段，保持射频功率不变，根据所述监测值调节各气体流量控制阀的开度；所述阻抗变化量小于所述第二变化阈值时，判定为收尾阶段，降低射频功率并增大通入所述真空腔的气体总流量，对所述工件进行吹扫。

17、进一步，所述多个进气区域包括位于中部的中心区域和环绕所述中心区域的边缘区域。所述降低射频功率并增大通入所述真空腔的气体总流量，对所述工件进行吹扫，包括：降低射频功率，减小所述中心区域的气体流量控制阀的开度并增大所述边缘区域的气体流量控制阀的开度，所述真空腔的抽气口位于所述清洗腔的侧壁下部，使通入所述真空腔的气体总流量增大，形成由所述中心区域指向所述边缘区域的径向气流；在吹扫过程中获取各进气区域的监测值，当其中最大值与最小值之差小于所述设定值并持续设定时长后，关闭射频电源并停止向所述真空腔通入工艺气体。

18、此外，本技术还提供一种基于微孔均匀进气的真空等离子清洗工艺控制系统，包括真空腔、多个气体流量控制阀、检测单元、射频电源和控制器，控制器包括获取模块、判定模块和调节模块，分别用于执行上述方法中的参数获取、堵塞判定与补偿、以及均匀性调节与清洗控制。本技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储的计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

19、由上可知，本技术提供的一种基于微孔均匀进气的真空等离子清洗工艺控制方法及系统，通过将真空腔内的微孔进气板划分为多个进气区域并使各区域配置独立的气体流量控制阀，在各进气区域采集等离子体发射光谱中设定谱线的强度值作为监测值、采集气体分配腔与清洗腔的压力之差作为压差值；当某一区域的监测值低于各区域监测值的平均值且其压差值高于各区域压差值的平均值时判定该区域发生微孔堵塞，并同时增大该区域及相邻区域的阀门开度，借助相邻区域与堵塞区域之间形成的横向压力差使气体横向补充至堵塞区域；通过等待设定时长后按第三差值循环补偿使补偿量与实际需要相匹配，再以各区域监测值的极差作为离散量对各阀门开度作闭环调节；在清洗过程中按阻抗变化量划分初始阶段、主清洗阶段和收尾阶段，分别对应保持稳定并暂停调节、按监测值调节开度、降低射频功率并增大气体总流量吹扫三种控制方式，解决了微孔进气板局部堵塞无法在清洗过程中在线识别与定位、堵塞区域的气体不足无法通过邻近区域予以弥补、以及清洗终点依赖经验设定的固定时长而导致过清洗或清洗不足的问题，具有堵塞识别不受等离子体整体波动干扰、补偿作用集中在堵塞区域附近、清洗进程依据腔内实际状态自行判断的优点。