ICP設(shè)備的使用維護(hù)與日常維護(hù)

金誠明，黃樂，祝海生

（湘潭宏大真空技術(shù)股份有限公司，湖南 湘潭 411100）

ICP設(shè)備維護(hù)管理水平的高低會(huì)直接影響到運(yùn)行工作質(zhì)量和效率，因此現(xiàn)代企業(yè)單位在引進(jìn)該項(xiàng)先進(jìn)設(shè)備時(shí)，還必須安排專業(yè)技術(shù)人員加強(qiáng)對其進(jìn)行維護(hù)管理工作。檢修維護(hù)人員需要嚴(yán)格按照ICP設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律和工作內(nèi)容，合理采取對應(yīng)的故障防范控制措施，確保能夠最大程度提升ICP設(shè)備的完好率，促使其能夠安全穩(wěn)定持續(xù)的運(yùn)行，為企業(yè)建設(shè)發(fā)展創(chuàng)造出更多現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 ICP（電感耦合等離子體）概述

ICP實(shí)質(zhì)是指一種因大規(guī)模集成電路生產(chǎn)需求而創(chuàng)新開發(fā)出來的精細(xì)加工技術(shù)，其最為顯著的特征就是各向異性，不僅能夠最大限度保證縱向刻蝕，也可以科學(xué)高效控制橫向刻蝕。電感耦合等離子體則是一種基于時(shí)間變化下的磁場電池感應(yīng)產(chǎn)生電流作為能量來源的等離子體源。ICP源的主要用途可以分為以下幾種：（1）用于反應(yīng)離子刻蝕：通過ICP源產(chǎn)生低溫等離子體，刻蝕材料表面，改變材料的物理與化學(xué)性質(zhì)(ICP-RIE)。（2）電感耦合等離子質(zhì)譜分析技術(shù)：作為質(zhì)譜分析的離子源，分析組分（ICP-MS）。（3）通過分析ICP源的光譜來分析等離子體原子組分，參見電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）。

2 ICP的刻蝕原理

ICP刻蝕系統(tǒng)構(gòu)成配置了2個(gè)相互獨(dú)立的射頻發(fā)生器，它們分別為偏壓射頻發(fā)生器和源射頻發(fā)生器，它們的共同點(diǎn)是射頻頻率都為13.56MHz。如圖1所示為IPC刻蝕原理，其中我們可以直觀清晰看到偏壓射頻發(fā)生器被設(shè)置應(yīng)用在下電極，而源射頻發(fā)生器則被設(shè)置應(yīng)用在上點(diǎn)擊側(cè)壁感應(yīng)線圈上。通過將偏壓射頻發(fā)生器安裝設(shè)置刻蝕系統(tǒng)的下電極，能夠促使其在上下級板之間產(chǎn)生一個(gè)直流偏轉(zhuǎn)電壓，這樣一來就能夠輔助為等離子有效提供穩(wěn)定充足能量，促使等離子能夠快速轟擊晶圓表面，最終產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)與物理反應(yīng)，并有效生成可揮發(fā)的氣態(tài)物質(zhì)。源射頻發(fā)生器的設(shè)置安裝應(yīng)用能夠基于ICP刻蝕系統(tǒng)的感應(yīng)線圈有效將射頻能量耦合到反應(yīng)腔室內(nèi)，感應(yīng)線圈在感應(yīng)作用下會(huì)產(chǎn)生交變電磁場，只要當(dāng)交變電磁場來到一定強(qiáng)度時(shí)，其就會(huì)促使進(jìn)入到反應(yīng)腔室的氣體進(jìn)行放電，并有效產(chǎn)生電離，這樣一來該氣體就會(huì)成功轉(zhuǎn)換為等離子狀態(tài)。源射頻發(fā)生器的科學(xué)合理應(yīng)用能夠高效準(zhǔn)確控制等離子濃度，而偏壓射頻發(fā)生器則能夠控制等離子的能量。

圖1 ICP刻蝕系統(tǒng)原理圖

3 ICP的常見故障

ICP設(shè)備的常見故障問題主要體現(xiàn)為以下幾方面內(nèi)容：（1）反射功率偏大問題。當(dāng)ICP設(shè)備中的反應(yīng)腔室環(huán)境產(chǎn)生較大變化時(shí)，其會(huì)容易導(dǎo)致發(fā)射功率顯著增大的問題。造成發(fā)射功率增大的主要原因包括了真空壓力變化大、進(jìn)氣量突然變小或者變大以及反應(yīng)腔室內(nèi)壁沉淀物過多等。一旦ICP設(shè)備出現(xiàn)發(fā)射功率偏大故障問題，就會(huì)直接影響到該設(shè)備的刻蝕質(zhì)量和效率，會(huì)造成刻蝕成品的形貌難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在日常維護(hù)使用ICP設(shè)備過程中，相關(guān)工作人員會(huì)采用手工擦洗上電極和內(nèi)壁，擦洗之后的反應(yīng)腔室內(nèi)會(huì)留有一定的水分，此時(shí)如果直接啟動(dòng)運(yùn)行設(shè)備將會(huì)導(dǎo)致發(fā)射功率的上升，會(huì)影響到設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。（2）高真空抽不到預(yù)設(shè)值、報(bào)警。通常情況下，ICP設(shè)備的承片臺或者承片臺上頂針的升降運(yùn)動(dòng)均是由焊接波紋管伸縮運(yùn)動(dòng)有效帶動(dòng)的，然而該元器件的使用壽命是有限的，其伸縮帶動(dòng)次數(shù)保持在50000次左右。因此，一旦企業(yè)ICP設(shè)備維護(hù)管理人員沒有及時(shí)更新該元器件，導(dǎo)致其遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了正常使用次數(shù)，就會(huì)導(dǎo)致焊接波紋管產(chǎn)生泄露故障問題，這樣會(huì)影響到工作人員查找真空抽不到預(yù)設(shè)值的原因難度比較大。

4 ICP設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)

4.1 接地

ICP設(shè)備的使用維護(hù)需要規(guī)范做好接地流程，一旦接地質(zhì)量未達(dá)到保準(zhǔn)要求，就會(huì)容易對儀器設(shè)備的高頻工放部位造成一定損害，促使高頻信號無法正常穩(wěn)定傳輸?shù)较嚓P(guān)儀器設(shè)備中，這樣一來就會(huì)嚴(yán)重降低ICP設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量和效率。針對于此，企業(yè)必須安排專業(yè)技術(shù)人員認(rèn)真規(guī)范做好ICP設(shè)備的接地保護(hù)處理工作，督促他們嚴(yán)格按照相關(guān)管理規(guī)章制度做好設(shè)備接地效果的科學(xué)檢測。維護(hù)管理人員在對ICP設(shè)備展開接地水平測量時(shí)，第一步要確保接地引線與設(shè)備進(jìn)行有效斷開，防止會(huì)對接地水平測量精度產(chǎn)生影響。由于土壤溫度的高低也會(huì)影響到接地電阻的數(shù)值測量，工作人員需要避免在過于潮濕環(huán)境下展開接地水平測量作業(yè)。第二步，當(dāng)維護(hù)管理人員在結(jié)束接線操作后，需要利用到高質(zhì)量的測量儀器，通過將其進(jìn)行水平放置，準(zhǔn)確清晰觀察到儀表指針是對著領(lǐng)先位置。接著工作人員需要將倍率指標(biāo)設(shè)置在最大倍數(shù)，合理操作手柄，并對標(biāo)度盤進(jìn)旋轉(zhuǎn)測量。當(dāng)手柄速度來到了120r/min后，工作人員需要及時(shí)優(yōu)化調(diào)整標(biāo)度盤，這樣能夠充分保障ICP接地效果的科學(xué)準(zhǔn)確測量。一旦當(dāng)工作人員在測量結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了ICP設(shè)備存在著接地故障，就必須及時(shí)采取相關(guān)控制解決措施。

4.2 氣路

企業(yè)ICP管理維護(hù)人員在日常進(jìn)行設(shè)備檢修維護(hù)作業(yè)時(shí)，需要高度重視嚴(yán)格控制好氬氣的實(shí)際壓力數(shù)值，工作人員要將其合理控制在0.6～0.7MPa范圍內(nèi)，當(dāng)氬氣的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超正常數(shù)值時(shí)，那么就會(huì)出現(xiàn)ICP設(shè)備在自我保護(hù)作用下自動(dòng)熄火，這樣無疑會(huì)影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。針對于此，企業(yè)ICP管理維護(hù)人員需要嚴(yán)格按照內(nèi)部管理規(guī)章制度，定期對ICP設(shè)備的氬氣壓力數(shù)值展開科學(xué)準(zhǔn)確檢測工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備儀器的氣路部分存在著安全隱患故障時(shí)，那么就要在第一時(shí)間采取解決措施，充分保障ICP設(shè)備運(yùn)行過程的安全可靠性和質(zhì)量性。

4.3 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)是ICP設(shè)備的重要組成部分，其構(gòu)成主要分為了兩個(gè)子系統(tǒng)，一個(gè)是抽風(fēng)系統(tǒng)，一個(gè)是循環(huán)水系統(tǒng)。其中抽風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量至關(guān)重要，倘若吹風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)風(fēng)力過大情況就會(huì)容易造成火焰產(chǎn)生抖動(dòng)問題，降低儀器測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。而倘若風(fēng)力偏小則又會(huì)導(dǎo)致矩管被燒毀事故的發(fā)生。針對于此，企業(yè)ICP設(shè)備管理維護(hù)人員在運(yùn)行使用該項(xiàng)設(shè)備時(shí)，需要提前做好對通風(fēng)管道內(nèi)的風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)裝置作業(yè)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行需求合理控制好實(shí)際風(fēng)量大小。除此之外，企業(yè)需要安排管理人員做好ICP設(shè)備冷卻系統(tǒng)的風(fēng)量定期檢測工作，確保能夠全面掌握了解到風(fēng)量實(shí)際數(shù)值情況，將其始終有效控制在合適的范圍內(nèi)，以此來滿足ICP設(shè)備的相關(guān)運(yùn)行需求，避免出現(xiàn)各類故障問題影響到設(shè)備的正常安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4 設(shè)備清潔

企業(yè)ICP管理維護(hù)人員在日常還需做好設(shè)備的全面清潔工作，這樣能夠防止外界各種因素對儀器設(shè)備測量結(jié)果產(chǎn)生不良影響。比如，在ICP設(shè)備每次運(yùn)行使用完之后，管理維護(hù)人員需要展開一次氧氣清洗程序，在利用ICP設(shè)備進(jìn)行刻蝕作業(yè)后則又需要展開一次氧氣清洗，基于該過程能夠有效防止外界雜質(zhì)對反應(yīng)腔室環(huán)境造成影響。管理維護(hù)人員通過利用氧氣清洗方式，能夠確保對ICP設(shè)備刻蝕過程產(chǎn)生的各項(xiàng)殘留物進(jìn)行全面清除干凈，這樣不僅能夠確保始終維持好ICP設(shè)備的安全可靠運(yùn)行狀態(tài)，還可以有效延長手工清洗反應(yīng)腔室的周期。

5 結(jié)語

綜上所述，ICP設(shè)備作為一種自動(dòng)化程度較高、操作使用簡單的先進(jìn)儀器，能夠滿足企業(yè)的高效制造加工生產(chǎn)要求。企業(yè)要想最大程度發(fā)揮出ICP設(shè)備的運(yùn)行價(jià)值作用，就必須安排專業(yè)人員加強(qiáng)對ICP設(shè)備的日常維護(hù)管理工作，確保其在投入使用前處于正常狀態(tài)。