外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法、设备及介质与流程

1.本技术涉及半导体制造技术领域，具体而言，涉及外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法、设备及介质。


背景技术：

2.碳化硅外延设备是第三代半导体技术里面的核心工艺装备，用于在衬底表面外延生长一层高质量的sic薄膜材料。
3.由于外延工艺具有高温、强腐蚀以及高流速气体等特殊性，腔室内的压力值从始至终都处于高频波动变化状态，排气结构中的蝶阀是使腔室内压力保持稳定的唯一控制装置，利用蝶阀对压力实现快速与精确的控制，若在这环境中，蝶阀中的橡胶圈到达了使用寿命极限，即橡胶圈材料失效，蝶阀失灵，蝶阀一旦失灵，则会导致其压力无法控制，还会出现空气倒灌等危险现象发生，整个排气结构将会受到影响，所以，如何预测蝶阀中的橡胶圈的剩余使用寿命是非常有必要。
4.针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种涉及外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法、设备及介质，能有效预测蝶阀的橡胶圈剩余使用寿命。
6.第一方面，本技术提供了一种外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法，用于预测外延设备的排气结构中的蝶阀的橡胶圈的剩余使用寿命以获取排气结构的可使用时间，方法包括以下步骤：获取反应腔内排出的气体流量信息、气体组分信息；根据气体流量信息、气体组分信息及排气结构的管路半径获取反应气体的气体常数信息；根据气体常数信息、反应类型信息、反应温度信息获取老化反应速率常数信息；根据老化反应速率常数信息及橡胶圈的老化常数获取橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型；基于疲劳模型根据橡胶圈的使用时长、预设的疲劳极限信息计算橡胶圈的剩余使用寿命。
7.本技术通过根据反应腔内排出的气体、反应腔内排出气体时蝶阀中的橡胶圈所受到的温度、橡胶圈本身材质的特性这几种因素对橡胶圈的使用寿命影响，建立一个橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型，可以预测出橡胶圈在受到老化因素和疲劳因素共同作用下的剩余使用寿命，相当于预测出蝶阀的剩余使用寿命，对蝶阀剩余寿命的预测也可获取到排气结构中蝶阀需要更换的最迟时间，进而避免蝶阀中的橡胶圈出现老化现象造成排气结构存在潜在问题。
8.可选地，本技术的外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法，橡胶圈的使用时长
为反应腔内气体通过蝶阀中橡胶圈的时间。
9.可选地，本技术的外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法，根据气体流量信息、气体组分信息及排气结构的管路半径获取反应气体的气体常数信息的关系式为：其中，n为气体组分信息中的气体种类数量，i代表气体的种类的标号，为第i种气体的气体流量信息，为第i种气体的气体常数，r为反应气体的气体常数信息，r为排气结构的管路半径，为第i种气体的相对分子质量，为第i种气体的气体摩尔质量。
10.可选地，本技术的外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法，根据气体常数信息、反应类型信息、反应温度信息获取老化反应速率常数信息的关系式为：其中，k为老化反应速率常数信息，a为频率因子，又称为阿伦尼乌斯常数，e为表现活化能，r为反应气体的气体常数信息，t为反应温度信息。
11.可选地，本技术的外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法，基于疲劳模型根据橡胶圈的使用时长、预设的疲劳极限信息计算橡胶圈的剩余使用寿命步骤具体包括：基于疲劳模型根据橡胶圈的使用时长获取橡胶圈的压缩永久变形率；根据橡胶圈的压缩永久变形率和预设的疲劳极限信息计算橡胶圈的剩余使用寿命。
12.可选地，本技术的外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法，橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型为：其中，1-ε为橡胶圈经过t时间老化后的压缩永久变形保留率，ε为橡胶圈当前压缩永久变形率，b为实验常数，k为老化反应速率常数信息，α为橡胶圈的老化常数。
13.可选地，本技术的外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法，外延设备的外部环境相对湿度为50%。
14.外延设备的外部环境湿度越高，对橡胶圈的使用寿命影响越大，本技术通过将外延设备的外部环境相对湿度为50%，以降低对橡胶圈的使用寿命的影响。
15.第二方面，本技术提供一种外延设备反应腔排气结构的寿命预测装置，用于预测外延设备的排气结构中的蝶阀的橡胶圈的剩余使用寿命以获取排气结构的可使用时间，装置包括：第一获取模块：用于获取反应腔内排出的气体流量信息、气体组分信息；第二获取模块：用于根据气体流量信息、气体组分信息以及排气结构的管路半径获取反应气体的气体常数信息；第三获取模块：用于根据气体常数信息、反应类型信息、反应温度信息获取老化反
应速率常数信息；第四获取模块：用于根据老化反应速率常数信息及橡胶圈的老化常数获取橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型；计算模块：基于疲劳模型根据橡胶圈的使用时长、预设的疲劳极限信息计算橡胶圈的剩余使用寿命。
16.本技术通过根据反应腔内排出的气体、反应腔内排出气体时蝶阀中的橡胶圈所受到的温度、橡胶圈本身材质的特性这几种因素对橡胶圈的使用寿命影响，建立橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型，可以预测出橡胶圈在受到老化因素和疲劳因素共同作用下的剩余使用寿命，即是相当于预测出蝶阀的剩余使用寿命，对蝶阀剩余使用寿命的预测也可获取到排气结构中蝶阀需要更换的最迟时间，进而避免蝶阀中的橡胶圈出现老化现象造成排气结构存在潜在问题。
17.第三方面，本技术还提供一种电子设备，包括处理器以及存储器，存储器存储有计算机可读取指令，当计算机可读取指令由处理器执行时，运行如上述第一方面提供的方法中的步骤。
18.第四方面，本技术提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时运行如上述第一方面提供的方法中的步骤。
19.由上可知，本技术提供了一种外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法，用于预测外延设备的排气结构中的蝶阀的橡胶圈的剩余使用寿命以获取排气结构的可使用时间，其中，通过根据反应腔排出的气体、反应腔内排出气体时蝶阀中的橡胶圈所受到的温度、橡胶圈本身材质的特性对橡胶圈的使用寿命影响，建立橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型，可以预测出橡胶圈在受到老化因素和疲劳因素共同作用下的剩余使用寿命，即是相当于预测出蝶阀的剩余使用寿命，对蝶阀剩余使用寿命的预测也可获取到排气结构中蝶阀需要更换的最迟时间，进而避免蝶阀中的橡胶圈出现老化现象造成排气结构存在潜在问题。
附图说明
20.图1为本技术实施例提供的外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法的一种流程图。
21.图2为本技术实施例提供的外延设备反应腔排气结构的寿命预测装置结构示意图。
22.图3为本技术实施例提供的电子设备结构示意图。
23.附图标记：201、第一获取模块；202、第二获取模块；203、第三获取模块；204、第四获取模块；205、计算模块；31、处理器；32、存储器；33、通信总线。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的
范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.第一方面，如图1所示，本技术提供了一些实施例的外延设备反应腔排气结构的寿命预测方法的一个实施例，用于预测外延设备的排气结构中的蝶阀的橡胶圈的剩余使用寿命以获取排气结构的可使用时间，该方法包括以下步骤：s101：获取反应腔内排出的气体流量信息、气体组分信息；s102：根据气体流量信息、气体组分信息及排气结构的管路半径获取反应气体的气体常数信息；s103：根据气体常数信息、反应类型信息、反应温度信息获取老化反应速率常数信息；s104：根据老化反应速率常数信息及橡胶圈的老化常数获取橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型；s105：基于疲劳模型根据橡胶圈的使用时长、预设的疲劳极限信息计算橡胶圈的剩余使用寿命。
27.具体地，橡胶圈的使用寿命主要取决于它的抗老化性能，温度是影响橡胶圈的老化原因之一，高温更加会加速橡胶材料的老化，外延工艺一般都是高温环境下进行的，在外延设备开始加热之后，通入气体，然后气体流经蝶阀中的橡胶圈，导致橡胶圈所受到的温度升高，进而影响橡胶圈的使用寿命；其中，流经蝶阀的气体也会对橡胶圈的使用寿命有影响。
28.具体地，先通过流量计获得通入反应腔内气体的气体流量信息，再结合外延腔内的反应可得到流经蝶阀的气体流量信息；获取通入反应腔内的气体组分信息，再根据输入气体和反应类型推算得到反应后排出气体的气体组分信息，气体组分信息反映了气体的比例组成和类型，气体的组分信息可以是通过气体浓度传感器测取，还可以是根据多次的实验测取。
29.具体地，根据流经蝶阀的气体流量信息、气体组分信息以及排气结构的管路半径获得反应后排出的反应气体的气体常数信息，在实际应用中，气体常数信息代表了气体的综合特性，气体的综合特性会影响橡胶圈老化，即会影响橡胶圈的使用寿命，比如气体的腐蚀性、气体的导热性等等，其都会影响橡胶圈的使用寿命。
30.具体地，在s103步骤中，反应温度信息具体是反应后排出气体时蝶阀中的橡胶圈所受到的温度；反应类型信息为反应腔内的反应类型，根据气体常数信息、反应类型信息、反应温度信息获取老化反应速率常数信息，该老化反应速率常数信息代表了反应腔排出的气体对橡胶圈的侵蚀速率。
31.具体地，还需要考虑橡胶圈自身的通用老化指标，橡胶圈的通用老化指标与橡胶圈的材质相关，不同的橡胶圈材质对应有不同的老化常数值，所以获得的老化反应速率常数信息还需要结合橡胶圈的老化常数获得橡胶圈的疲劳模型，即是根据反应腔内排出的气体对橡胶圈的影响、橡胶圈的材质类型建立一个橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模
型。
32.具体地，在s105步骤中，橡胶圈的使用时长为反应腔内气体通过蝶阀中橡胶圈的总时间，通过蝶阀的气体为反应后排出的气体，即橡胶圈的使用时长为反应腔内反应后排出的气体通过蝶阀中橡胶圈的总时间，并将其代入疲劳模型中，即可得到橡胶圈的使用寿命；该预设的疲劳极限信息为橡胶圈材质的使用性能临界值ε
总
，即预设的疲劳极限信息为橡胶圈失效的标准，ε
总
根据橡胶圈的材质决定，获得橡胶圈的材质，即可获得ε
总
。
33.具体地，蝶阀在排气结构中主要是控制流量和截断流量，而橡胶圈是蝶阀中必不可少的零件，橡胶圈可以直接影响到蝶阀的使用寿命，即获得了橡胶圈的使用寿命即可得到蝶阀的使用寿命，而蝶阀又是外延设备中排气结构的重要零件，计算得到蝶阀的剩余使用寿命，即可获取得到排气结构的剩余可使用时间。
34.由上可知,本技术通过获取反应腔内排出的气体流量信息、气体组分信息；根据气体流量信息、气体组分信息及排气结构的管路半径获取反应气体的气体常数信息；根据气体常数信息、反应类型信息、反应温度信息获取老化反应速率常数信息；根据老化反应速率常数信息及橡胶圈的老化常数获取橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型；基于疲劳模型根据橡胶圈的使用时长、预设的疲劳极限信息计算橡胶圈的剩余使用寿命；即是通过根据反应腔排出的气体、反应腔内排出气体时蝶阀中的橡胶圈所受到的温度、橡胶圈本身材质的特性这几种因素对橡胶圈的使用寿命影响，建立橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型，预测出橡胶圈在受到老化因素和疲劳因素共同作用下的剩余使用寿命，即根据上述疲劳模型也可获得蝶阀的剩余使用寿命，通过根据预设的疲劳极限信息计算橡胶圈的剩余使用寿命，也可知蝶阀的剩余使用寿命，从而获知排气结构可使用时间，进而避免蝶阀中的橡胶圈出现老化现象造成排气结构存在潜在问题。
35.在一些优选的实施方式中，根据气体流量信息、气体组分信息及排气结构的管路半径获取反应气体的气体常数信息的关系式为：具体地，n为气体组分信息中的气体种类数量，i为气体种类的标号，为第i种气体的气体流量信息，为第i种气体的气体常数，r为反应气体的气体常数信息，r为排气结构的管路半径，为第i种气体的相对分子质量，为第i种气体的气体摩尔质量。
36.具体地，本技术实施例的r为反应后排出气体的气体常数信息；反应后排出的流经蝶阀的每种气体的气体流量信息可根据流经蝶阀的总的气体流量信息和气体组分信息结合计算获取得到，反应后排出的每种气体的相对分子质量、气体摩尔质量是根据流经蝶阀的气体组分信息计算获取得到的；即根据反应后排出的各气体的气体流量信息、各气体的相对分子质量、各气体的气体摩尔质量以及排气结构管路的半径计算得到反应后排出的气体的气体常数信息。
37.优选地，在一些优选的实施方式中，根据气体常数信息、反应类型信息、反应温度信息获取老化反应速率常数信息的关系式为：
其中，k为老化反应速率常数信息，a为频率因子，又称为阿伦尼乌斯常数，a是由反应本质决定，根据反应腔内的反应类型设定，e为表现活化能，e是与失效形式有关的常数，e通常取值为0.4~0.6，t为反应温度信息，即是排出气体时蝶阀中的橡胶圈所受到的温度。
38.具体地，根据上述得到的r、a、以及e，还有排出气体时蝶阀所受到的温度即可得到老化反应速率常数信息。
39.优选地，在一些优选的实施方式中，基于疲劳模型根据橡胶圈的使用时长、预设的疲劳极限信息计算橡胶圈的剩余使用寿命的步骤包括：基于疲劳模型根据橡胶圈的使用时长获取橡胶圈的压缩永久变形率；根据橡胶圈的压缩永久变形率和预设的疲劳极限信息计算得到橡胶圈的剩余使用寿命。
40.具体地，橡胶圈的压缩永久变形率是衡量橡胶圈性能及使用寿命长短的重要指标，当橡胶圈的压缩永久变形率增加到一定的值时，会导致橡胶圈失去使用价值，即橡胶圈性能失效；根据橡胶圈的压缩永久变形率和预设的疲劳极限信息比较计算，用橡胶圈材质的使用性能临界值减去橡胶圈的压缩永久变形率得到橡胶圈的剩余使用寿命。
41.优选地，在一些优选的实施方式中，橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型如下：其中，1-ε为橡胶圈经过t时间老化后的压缩永久变形保留率，ε为橡胶圈的当前压缩永久变形率，b为实验常数，b与温度有关，α为橡胶圈的老化常数，老化常数取决于橡胶圈的材质，t为橡胶圈的疲劳模型时间参数，k为老化反应速率常数信息。
42.具体地，获得反应腔内排出的气体时的橡胶圈所受到的温度，即可获到b；将反应腔内排出的气体通过橡胶圈的时间代入上述疲劳模型中，老化常数根据橡胶圈的材质获得，获得了橡胶圈的材质即可获得橡胶圈预设的疲劳极限信息，即是获得橡胶圈材质的使用性能临界值ε
总
，再将ε
总
减去ε，即可得到橡胶圈的剩余使用寿命，得到橡胶圈的剩余使用寿命即是得到蝶阀的剩余使用寿命。
43.在一些优选的实施方式中，外延设备的外部环境相对湿度为50%。
44.具体地，不同湿度情况下，对橡胶圈的使用寿命也会有不同的影响，橡胶圈所接触的外部环境相对湿度越高，对橡胶圈的使用寿命影响越大，本技术实施例将外延设备的外部环境相对湿度控制在50%，以降低对橡胶圈的使用寿命的影响。
45.第二方面，如图2所示，本技术实施例的一种外延设备反应腔排气结构的寿命预测装置，用于预测外延设备的排气结构中的蝶阀的橡胶圈的剩余使用寿命以获取排气结构的可使用时间，装置包括：第一获取模块，用于获取反应腔内排出的气体流量信息、气体组分信息；第二获取模块，用于根据气体流量信息、气体组分信息及排气结构的管路半径获取反应气体的气体常数信息；第三获取模块，用于根据气体常数信息、反应类型信息、反应温度信息获取老化反应速率常数信息；第四获取模块，用于根据老化反应速率常数信息及橡胶圈的老化常数获取橡胶圈
的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型；计算模块，基于疲劳模型根据橡胶圈的使用时长、预设的疲劳极限信息计算橡胶圈的剩余使用寿命。
46.本技术实施例的外延设备反应腔排气结构的寿命预测装置，通过根据反应腔排出的气体、反应腔内排出气体时蝶阀中的橡胶圈所受到的温度、橡胶圈本身材质的特性这几种因素对橡胶圈的使用寿命影响，建立橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型，可以预测出橡胶圈在受到老化因素和疲劳因素共同作用下的剩余使用寿命，即是相当于预测出蝶阀的剩余使用寿命，也可获取到排气结构中蝶阀需要更换的最迟时间，进而避免蝶阀的橡胶圈出现老化现象造成排气结构存在潜在问题。
47.具体地，先通过第一获取模块201获取反应腔内排出的气体流量信息、气体组分信息，再通过第二获取模块202根据气体流量信息、气体组分信息及排气结构的管路半径获取反应气体的气体常数信息，接着第三获取模块203根据气体常数信息、反应类型信息、反应温度信息获取老化反应速率常数信息，第四获取模块204根据老化反应速率常数信息及橡胶圈的老化常数获取橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型，最后通过计算模块205计算出橡胶圈的剩余使用寿命。
48.第三方面，参照图3，图3所示为本技术提供的一种电子设备，包括：处理器31和存储器32，处理器31和存储器32通过通信总线33和/或其他形式的连接机构（未标出）互连并相互通讯，存储器32存储有处理器31可执行的计算机程序，当电子设备运行时，处理器31执行该计算机程序，以执行上述实施例的任一项可选的实现方式，以实现以下功能：获取反应腔内排出的气体流量信息、气体组分信息；根据气体流量信息、气体组分信息以及排气结构的管路半径获取反应气体的气体常数信息；根据气体常数信息、反应类型信息、反应温度信息获取老化反应速率常数信息；根据老化反应速率常数信息及橡胶圈的老化常数获取橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型；基于疲劳模型根据橡胶圈的使用时长、预设的疲劳极限信息计算橡胶圈的剩余使用寿命。
49.第四方面，本技术提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器31执行时，执行上述实施例的任一项可选的实现方式中的方法，以实现以下功能：获取反应腔内排出的气体流量信息、气体组分信息；根据气体流量信息、气体组分信息以及排气结构的管路半径获取反应气体的气体常数信息；根据气体常数信息、反应类型信息、反应温度信息获取老化反应速率常数信息；根据老化反应速率常数信息及橡胶圈的老化常数获取橡胶圈的疲劳变化参数关于时间的疲劳模型；基于疲劳模型根据橡胶圈的使用时长、预设的疲劳极限信息计算橡胶圈的剩余使用寿命。
50.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多组单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
51.另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多
组网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
52.再者，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
53.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。
54.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。