微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备制造技术

本发明专利技术公开了一种微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，该设备包括微波功率源及传输系统101、微波谐振腔体102、工艺室与样品台系统103、真空系统104、气路系统105、自动传片系统106、控制系统107，其中，微波谐振腔体内设有等间隔排列的磁场装置306，样品台系统设在工艺室内部，微波谐振腔体、真空系统、自动传片系统分别与工艺室809相连，微波功率源及传输系统与微波谐振腔体相连，控制系统的主机内固化有控制软件，通过接口分别控制微波功率源及传输系统、工艺室与样品台系统、真空系统、气路系统的工作状态，完成薄膜的淀积工艺过程。本发明专利技术具有大面积均匀性好、淀积速率高、自动化程度和生产效率高、可靠性好、功耗小、稳定性和重复性好的优点。

Microwave Electron Cyclotron Resonance Plasma Chemical Vapor Deposition Equipment

The invention discloses a microwave electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition device, which comprises a microwave power source and transmission system 101, a microwave resonant cavity 102, a process room and a sample platform system 103, a vacuum system 104, a gas circuit system 105, an automatic film transmission system 106, and a control system 107. The microwave resonant cavity is equipped with a magnetic field 306 arranged at equal intervals. The platform system is located in the interior of the process room. The microwave resonator, vacuum system and automatic film transfer system are connected with the process room 809 respectively. The microwave power source and transmission system are connected with the microwave resonator body. The control software is solidified in the host computer of the control system. Through the interface, the microwave power source and transmission system, the process room and the sample platform system, the vacuum system and the gas circuit system are controlled respectively. In the working state, the deposition process of the film is completed. The invention has the advantages of good uniformity in large area, high deposition rate, high automation degree and production efficiency, good reliability, low power consumption, good stability and repeatability.

【技术实现步骤摘要】
微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备
本专利技术属于微电子工艺设备
，涉及薄膜淀积设备，具体的说是一种微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备。
技术介绍
微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积ECRCVD技术是深亚微米微细加工技术的重要技术基础之一。电子回旋共振ECR是指当输入的微波频率ω等于电子回旋频率ωce时发生共振，微波能量耦合给电子，获得能量的电子电离中性气体分子产生放电的过程。通过调节磁场，使得在放电室的某一区域达到共振条件，这个区域称为ECR区。当微波频率为2.45GHz时，达到电子回旋共振的磁感应强度B＝0.0875T。微波电子回旋共振化学气相淀积技术与相应的设备技术是1980年代后期才逐步发展起来的一种新型薄膜淀积技术。它是利用电子在微波和磁场作用下的回旋共振效应，产生高密度、高电离度的可控等离子体，从而进行能量辅助化学气相淀积。在半导体器件、微电子技术和光电子技术及相关学科
的许多方面都拥有极大的应用前景。ECRCVD技术是国际上80年代后期才发展起来的一种新的薄膜加工方法，目前只有美国、日本等少数发达国家掌握。国外知名ECR设备生产厂商提供的ECRCVD设备，以NEXXSystems的产品Cirrus300为例，等离子体密度可以达到5×1011cm-3；离子能量约10～20eV；微波源频率为2.45GHz，功率0到1.2kW可调；工艺设备系统采用微机控制方式，工艺系统自动化程度较高；淀积速率可以达到约为100nm/min；但是该设备的不足之处是采用电磁线圈磁场，能耗较高，成本昂贵，且晶片加工面积和均匀性不能满足当前微电子技术的要求。国内微波ECR等离子体源大多采用同轴线圈型ECR磁场形式，其缺点是设备结构复杂，体积庞大；晶片加工面积较小，可加工晶片直径局限在2～4英寸；淀积速率较低，一般小于60nm/min；自动化程度低，大多为手动控制方式，不具备批量规模生产的能力，尚未出现应用于规模生产的商品化产品。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种淀积速率高、大面积均匀、结构简单、可稳定运行和参数易于控制的微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备。本专利技术目的是这样实现的：本专利技术利用微波通过锥形同轴开口电介质空腔产生表面波，采用新型高磁能积Nd-Fe-B稀土永磁磁钢并合理布局形成高强磁场，通过共振磁场区域内电子回旋共振效应，产生大面积、均匀、高密度等离子体，通过微机控制方式控制薄膜淀积工艺流程。整个设备包括：微波功率源及传输系统、微波谐振腔体、工艺室与样品台系统、真空系统、气路系统，所述的微波谐振腔体、真空系统、气路系统分别与工艺室与样品台系统相连，其中：工艺室与样品台系统设有工艺室、承片装置和样品台，该工艺室与自动传片系统相连，该样品台中设有加热装置；微波谐振腔体采用上圆波导一锥形波导一下圆波导三段一体结构，微波谐振腔体底部设有介质窗，该介质窗上设有磁场装置；该磁场装置采用永磁磁铁形成环形相间排列结构；每个系统均通过控制系统控制。上述微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，其中，自动传片系统包括预真空室、传片机械手、片盒，该片盒为两个放置在预真空室内，取片片盒装载衬底光片，置片片盒装载薄膜晶片，传片机械手从取片片盒中取出衬底光片，通过矩形阀由预真空室进入工艺室，并通过样品台承片装置将晶片放置在样品台上；传片机械手通过样品台承片装置将薄膜晶片取出，经矩形阀由工艺室进入预真空室，并将薄膜晶片放置在置片片盒中。上述微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，其中，所述的样品台承片装置包括转动螺杆、传动螺杆、承载台；转动螺杆两端分别与转动电机和传动螺杆相连；传动螺杆顶端固定在承载台中心。上述微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，其中，微波谐振腔体地下圆波导依次固定有法兰盘、无磁托盘，所述的磁场装置放置在该无磁托盘上。上述微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，其中，法兰盘中间设有窗口，所述的介质窗覆盖在该窗口上，法兰盘下外缘与工艺室上外缘通过螺纹连接。上述微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，其中，所述的环形相间排列结构是将三圈磁铁由内向外按不同半径和角度等间隔固定在无磁模板上，即R1∶R2∶R3＝1∶2∶3，θ1∶θ2∶θ3＝4∶2∶1。上述微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，其中，所述的气路系统共设六个气路，每个气路由气瓶、减压阀、过滤器、第一截止阀、流量计、第二截止阀依次相连组成，每个气路的第二截至阀均通过不锈钢管路依次与混气罐和气流环连接，所有气路由气路显示与控制装置控制气体流量。上述微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，其中，所述的控制系统包括上位机、系统模拟量微控制器、系统数字量微控制器、系统智能仪表控制单元、模拟信号控制系统部件、数字信号控制系统部件、智能仪表，上位机通过网络分别与系统模拟量微控制器、系统数字量微控制器、系统智能仪表控制单元连接，系统数字量微控制器与数字信号控制系统部件相连，系统模拟量微控制器与模拟信号控制系统部件相连，系统智能仪表控制单元与智能仪表相连。本专利技术对上述设备中的各个系统进行运行控制的方法，包括：第一步，打开阀门和真空泵抽真空，即先开启第一初级真空机组和第二初级真空机组，当真空度均低于1Pa时，依次开启第一截至阀、第二截至阀、第一分子泵、第二分子泵、第一隔离阀、第二隔离阀，监测工艺室和预真空室的真空度是否达到1.0×10-4Pa；第二步，设定工艺参数并装片，即设定微波功率、淀积工艺时间、工作气体流量，监测工艺参数设定状态，当接收到设定完成确定信号后，预热微波源，控制自动传片系统取衬底片并放置在样品台上，监测机械手工作状态，当接收到机械手传片动作完成后，开启旋转装置；第三步，通入工作气体，开启工作气体所在气路的截至阀和流量计，使工作气体进入工艺室内，监测工艺室的真空度在1.0×10-2Pa～10Pa范围内；第四步，淀积薄膜并取片，即开启微波源，进行薄膜淀积工艺，本次淀积完成后，关闭微波源与工作气体所在气路的截至阀和流量计，控制自动传片系统从样品台上将薄膜晶片放置在置片片盒中；当置片片盒满时提示所有淀积工艺完成；当接收到机械手传片动作完成信号后，且工艺室和预真空室的真空度达到1.0×10-4Pa时，返回到第二步。本专利技术的优点如下：(1)由于采用环形相间排列的三组磁钢和处于圆心位置的磁钢，可以方便地获得较为均匀的平面分布式永磁磁场，不仅减小了设备体积，且降低了功耗。(2)由于采用上圆波导一锥形波导一下圆波导三段一体结构的微波谐振腔体，利于形成大面积微波电磁场，使等离子体加工面积大，均匀性好；同时由于采用扼流圈装置，防止了微波泄漏；此外，由于采用法兰盘、扼流圈、托盘的组合结构，因此该微波谐振腔可以方便拆卸、易于维修。(3)由于采用了自动传片系统，提高了自动化程度和生产效率。(4)由于控制系统采用微机控制方式，不仅增强了自动化程度和生产效率，提高了工艺稳定性和重复性好，而且有利于异常情况的处理。(5)设备淀积速率高、运行稳定、可靠性好。附图说明图1是本专利技术微波ECRCVD设备总体结构示意图；图2是本专利技术的微波源与传输系统结构示意图；图3是本专利技术的微波谐振腔体的结构示意图；图4本专利技术采用的磁场装置结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，包括微波功率源及传输系统(101)、微波谐振腔体(102)、工艺室与样品台系统(103)、真空系统(104)、气路系统(105)，所述的微波谐振腔体(102)、真空系统(104)、气路系统(105)分别与工艺室与样品台系统(103)相连，其特征在于：工艺室与样品台系统(103)设有工艺室(809)、承片装置(801)和样品台(802)，该工艺室(809)与自动传片系统(106)相连，该样品台(802)中设有加热装置(814)；微波谐振腔体(102)采用上圆波导(301)‑锥形波导(302)‑下圆波导(313)三段一体结构，微波谐振腔体底部设有介质窗(303)，该介质窗上设有磁场装置(306)；磁场装置(306)采用永磁磁铁(402)形成环形相间排列结构；所述的每个系统均通过控制系统(107)控制。

【技术特征摘要】
1.一种微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，包括微波功率源及传输系统(101)、微波谐振腔体(102)、工艺室与样品台系统(103)、真空系统(104)、气路系统(105)，所述的微波谐振腔体(102)、真空系统(104)、气路系统(105)分别与工艺室与样品台系统(103)相连，其特征在于：工艺室与样品台系统(103)设有工艺室(809)、承片装置(801)和样品台(802)，该工艺室(809)与自动传片系统(106)相连，该样品台(802)中设有加热装置(814)；微波谐振腔体(102)采用上圆波导(301)-锥形波导(302)-下圆波导(313)三段一体结构，微波谐振腔体底部设有介质窗(303)，该介质窗上设有磁场装置(306)；磁场装置(306)采用永磁磁铁(402)形成环形相间排列结构；所述的每个系统均通过控制系统(107)控制。2.根据权利要求1所述的微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，其特征在于，自动传片系统(106)包括预真空室(701)、传片机械手(702)、放置在预真空室内的取片片盒(704)和置片片盒(703)，该取片片盒装载衬底光片，置片片盒装载薄膜晶片，传片机械手从取片片盒中取出衬底光片，通过矩形阀(509)由预真空室进入工艺室(809)，并通过样品台承片装置(801)将晶片放置在样品台(802)上；传片机械手通过样品台承片装置将薄膜晶片取出，经矩形阀由工艺室进入预真空室，并将薄膜晶片放置在置片片盒中。3.根据权利要求1所述的微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，其特征在于，所述的承片装置(801)包括转动螺杆(804)、传动螺杆(805)、承载台(803)；该转动螺杆两端分别与转动电机(810)和传动螺杆相连；传动螺杆顶端固定在承载台中心。4.根据权利要求1所述的微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，其特征在于，微波谐振腔体(102)的下圆波导(313)依次固定有法兰盘(312)、无磁托盘(307)，所述的磁场装置(306)放置在该无磁托盘上。5.根据权利要求1或4所述的微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，其特征在于，法兰盘(312)中间设有窗口，所述的介质窗(303)覆盖在该窗口上，该法兰盘下外缘与工艺室(809)的上外缘通过螺纹(311)连接。6.根据权利要求1所述的微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备，其特征在于，所述的环形相间排列结构是将三圈永磁磁铁由内向外按不同半径和角度等间隔固定在无磁模板(401)上，即R1∶R2∶R3＝1∶2∶3，θ1∶θ2∶θ3＝4∶2∶1。7.根据权利要求1所述的微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴绍飞，
申请(专利权)人：吴绍飞，
类型：发明
国别省市：江苏,32