濺射設(shè)備腔室處理工藝的優(yōu)化研究

王海東

（中國電子科技集團公司第54研究所，石家莊050000）

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濺射設(shè)備腔室處理工藝的優(yōu)化研究

王海東

（中國電子科技集團公司第54研究所，石家莊050000）

摘要：對濺射原理進行了詳細的分析，對濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成進行了概括性的說明。研究了濺射腔室的傳統(tǒng)工藝處理流程，并提出了新的工藝處理流程。實驗表明，新的工藝流程更加省時省力，效果上也更好，應(yīng)用于實際中，帶來了一定的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：濺射設(shè)備；腔室處理；濺射工藝；工藝優(yōu)化

1　前言

磁控濺射技術(shù)廣泛應(yīng)用于薄膜制備的各個領(lǐng)域，通過磁控濺射技術(shù)我們可以制備所需要的各種工業(yè)薄膜，如超導性質(zhì)的薄膜、具有優(yōu)良光學性質(zhì)的薄膜、電阻類薄膜（氮化鉭電阻膜）、導電類薄膜（濺射銅層膜、濺射金層膜）、超硬薄膜、耐腐蝕薄膜、耐摩擦薄膜、帶有磁性的薄膜以及各種各樣的特殊類型薄膜。磁控濺射技術(shù)的實現(xiàn)，需要使用濺射設(shè)備去完成，在濺射設(shè)備的工作過程中，濺射腔室的處理至關(guān)重要，對產(chǎn)品的各種性能產(chǎn)生重要影響。

本文從磁控濺射技術(shù)的基本原理、濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)構(gòu)成、濺射腔室處理工藝流程方面入手，提出了新的處理方法。

2　原理分析

濺射的原理，就是在濺射設(shè)備中造就高真空環(huán)境，然后以工藝氣體充滿腔室，并在高電壓的作用下，讓這些氣體進行輝光放電，形成等離子體，其中陽離子在電場作用下向靶材移動，與靶材進行能量互換，使靶材原子向外濺射，其中大部分粒子作用于我們所需要濺射的產(chǎn)品上，還有一部分濺射于腔室的各個地方，時間長了也會形成濺射薄膜。如果同一臺濺射設(shè)備濺射不同的物質(zhì)，這些濺射膜會很容易脫落，造成腔室不清潔并污染產(chǎn)品，這樣會影響我們的產(chǎn)品濺射質(zhì)量，所以清理濺射設(shè)備是薄膜工藝中的一項重要內(nèi)容，本文針對這一情況進行了詳細的說明，并提出了一套簡單易行的方法，省時省力，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了成本。圖1為靶材粒子運動圖。

圖1　濺射設(shè)備腔室靶材粒子運動圖

3　濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成

3.1濺射設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)

濺射設(shè)備是一套用于完成濺射技術(shù)的自動化控制系統(tǒng)，屬于高精尖類設(shè)備，在半導體設(shè)備行業(yè)中占據(jù)重要地位，大致總體結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2　濺射設(shè)備結(jié)構(gòu)組成圖

3.2組成說明

腔室系統(tǒng)：用于完成濺射的整個操作，在目標產(chǎn)品中濺射所需要的薄膜材料膜層；

真空系統(tǒng)：用于真空的載體如腔體與傳遞腔體、用于造成真空環(huán)境的泵類系統(tǒng)如機械泵和真空泵、用于測量真空環(huán)境的真空測量儀器，例如電離真空計、皮拉尼電阻真空計等；

電源系統(tǒng)：用于提供電離氣體所需要的能量，例如直流電源、直流脈沖電源、射頻電源等；

傳遞系統(tǒng)：與腔體互連的傳遞產(chǎn)品的小腔室、用于傳遞的機械結(jié)構(gòu)如機械手；

控制系統(tǒng)與軟件：用于控制設(shè)備運行的控制系統(tǒng)如PLC部件以及用于設(shè)備運行和工藝處理的軟件系統(tǒng)；

電氣系統(tǒng)與安全鏈路：用于設(shè)備的電氣運行以及電氣和操作人員的安全處理，包括一些電氣連線、繼電器之類的電氣部件；

產(chǎn)品載體系統(tǒng)：用于放置產(chǎn)品的載體（托盤），包括一些可用于產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)；

水冷系統(tǒng)：各種水流管路與閥門、流量計等，用于把設(shè)備和靶材的熱量帶走；

氣路系統(tǒng)：各種氣體管路與閥門、流量計等，用于產(chǎn)品保護和高真空等離子環(huán)境的制?。鍤猓⒂糜诠に嚪磻?yīng)的氣體（氮氣）等；

靶材系統(tǒng)：用于產(chǎn)品濺射的目標材料，靶材如銅靶、金靶、氮化鉭靶、鋁靶等；

擋片系統(tǒng)：用于工藝處理的擋片系統(tǒng)如靶材擋片、腔體擋片等。

由于使用時間的延長和不同靶材之間的交叉使用會造成擋片系統(tǒng)的沾污。根據(jù)使用情況，我們需要定期對這些擋片和腔室進行處理，以保持一個良好的工作環(huán)境，制造出優(yōu)良的產(chǎn)品。圖3是沾污后的擋片。

圖3　沾污后的擋片

4　常用方法

4.1工藝流程

工藝流程為：部件拆卸→噴沙處理→丙酮清洗→酒精清洗→再次安裝。

4.2步驟說明

（1）部件拆卸：將需要清潔的腔體部件從設(shè)備上拆卸下來；

（2）噴沙處理：將這些部件進行噴沙處理；

（3）丙酮清洗：將這些部件放置于容器中，丙酮浸泡超聲處理；

（4）酒精清洗：將這些部件放置于容器中，酒精浸泡超聲處理；

（5）再次安裝：安裝上去。

4.3使用工具

圖4和圖5分別為噴砂機原理示意圖與一款噴砂機產(chǎn)品。

圖4　噴砂原理圖

圖5　噴砂設(shè)備外觀圖

5　創(chuàng)新方法

5.1工藝流程

新方法的工藝流程為：部件拆卸→工具打磨→酒精清潔→腔體預處理。

5.2步驟說明

（1）部件拆卸：將需要清潔的腔體部件從設(shè)備上拆卸下來；

（2）工具打磨：采用小型的打磨工具對部件進行打磨處理；

（3）酒精清潔：采用無塵布，沾取酒精棉輕輕對打磨后的地方進行處理，直到部件清潔干凈；

（4）腔室預處理：采用比較便宜的濺射靶材進行腔體空跑，便于在腔體中維持一個可靠的高真空環(huán)境。

5.3使用工具

采用手持式的小型電動打磨工具，如圖6。

圖6　小型電動打磨工具與打磨頭

6　總結(jié)說明

傳統(tǒng)的工藝處理流程中需要噴砂設(shè)備，結(jié)構(gòu)復雜、價格貴重，需要專業(yè)人員去操作，超聲清洗設(shè)備也有類似的問題，操作一次費時費力，創(chuàng)新后的工藝流程，設(shè)備簡單易操作，且可以多次使用，成本極低，二者相比，創(chuàng)新后的腔體處理工藝流程能帶來一定的經(jīng)濟效益。

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王海東（1982—），男，內(nèi)蒙古人，工程師，2007年畢業(yè)于蘭州大學，長期從事半導體與微組裝相關(guān)的工作。

The Optimization Study on Process Flow of Sputter Equipment Chamber

WANG Haidong
（China Electronics Technology Group Corporation No.54 Research Institute, Shijiazhuang 050000, China）

Abstract：The article elaboratively analyses sputter technology and synoptically illustrate structure of the sputter equipment. The article research the general process flow about sputter equipment chamber and provide a new process flow about sputter equipment chamber. The results shows that the new process flow can save time and effort and give us some economic benefits.

Keywords:sputter equipment; processing chamber; sputter process; process optimization

作者簡介：

收稿日期：2016-2-28

中圖分類號：TN305.92

文獻標識碼：A

文章編號：1681-1070（2016）04-0045-03