CN111441034A - 基片台及用等离子体原位清洗的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基片台，所述基片台包含一个轴对称的圆柱形真空腔体，在所述真空腔体内的中央处，放置一个带金属丝的金属底座。在进行真空腔内壁的表面清洁过程中，微波馈入真空腔后，金属丝靠近真空腔壁端的针刺状结构由于微波电场容易在金属尖端处产生“尖端放电”效应，将真空腔体内的气体激发产生等离子体，等离子体靠近真空腔壁从而对真空腔内壁进行等离子体清洁作用，产生的副产物被真空系统给抽走，金属丝随着基片台的旋转运动和上下运动，使得金属丝尖端放电端能将真空腔内壁进行有效清洁。该方法操作简单，清洁效果明显。
Description
技术领域
本发明属于真空微电子技术领域，具体涉及一种利用微波激发的等离子体原位清洁微波等离子体真空腔体内壁的方法。
背景技术
微波等离子体化学气相沉积(简称MPCVD)，是一种常用的制备材料的方法。尤其是在制备金刚石膜方面，其原理是利用微波能将反应气体激发呈等离子体状态，在真空腔中央区域的基片台上沉积金刚石膜。由于等离子体是靠微波能激发，等离子体纯净，因此微波等离子体CVD法是高质量，大面积，高速率制备金刚石膜的首选方法。大致的工作原理是将反应气体通入一个轴对称的圆柱形真空腔内，利用微波发生器产生的微波沿波导管传输，经过一个微波模式转换器转换传输模式后馈入真空腔中，将反应气体激发呈等离子体状态，因为反应腔独特的设计，球状或者椭球状等离子体集中真空腔中轴线处的基片台表面。在基片台表面放置衬底材料，控制好工艺参数，就可以在衬底材料表面沉积出金刚石膜。
然而在实际使用中，随着反应不断地进行，有少量的固态产物(非金刚石成分)会在真空腔内部附着，这些附着物中含有的杂质浓度较高。在正常的使用中，这些杂质会被等离子体刻蚀而返回到等离子体区域中，会影响MPCVD沉积薄膜的质量。因此，真空腔内壁表面的清洁是十分重要的。然而，单纯的用吸尘器清理，很难清除掉这些附着物；用设备拆卸后进行专业清理，虽然效果显著，但是工作量大，操作程序繁琐；能不能用等离子体进行清洗？因为真空腔内尺寸较小，传统的等离子体发生器很难在不拆卸设备的状态下对真空腔内壁进行等离子体清洗；而且即使能够进入真空腔内进行等离子体清洗操作，一般在常压，空气中的杂质也会影响到清洗效果，因为会产生其他不必要的二次污染等问题。能不能在真空的环境中，进行等离子体原位清洗？由于MPCVD系统中真空腔体的独特设计，一般产生的等离子体都集中在真空腔中轴线附近，很难靠近真空腔内部。
发明内容
针对以上问题，本发明利用金属丝在微波电场中容易发生“尖端放电”的现象，以基片台为依托，设置一个由金属丝组成的放电金属尖端结构，利用系统本身的微波能，可以在真空的状态下在金属丝的尖端产生等离子体，从而将等离子体进行有目的的引导、接触到真空腔体内壁，进行等离子体的原位清洁。再利用基片台的圆周运动和上下运动，带动金属丝的放电尖端处的等离子体能接触到真空腔内壁的四周，从而起到清洁真空腔内壁的目的。
本发明包括提供了一个金属基座，用于固定金属丝，金属基座上有一个或者多个小孔，用来插入一根或者多跟金属丝。
可选地，金属底座用耐高温的金属制成，一般为钼或者金属钨。因为这些金属材料熔点高，在等离子体环境中能保持好的物理和化学的稳定性。
可选地，金属底座为下部为平面的圆球或者下部为平面的椭球形，高度5.0-15.0毫米之间。这种结构中，下面是平整的，有利于放置在基片台上；上部呈圆弧状目的是避免在基片台中央区域产生等离子体从而分散在金属尖端产生等离子体的能量。
可选地，金属底座上表面有1个或者多个小孔，小孔直径在1.0-1.5毫米之间，小孔的深度3.0-10.0毫米之间，方便插入和固定金属丝。
可选地，所述金属丝采用耐高温的金属制成，熔点高的金属可以在等离子体环境中保持良好的物理和化学稳定性，一般为钼(熔点：2620摄氏度)，钨(熔点：3410摄氏度)或者钽(熔点：2996摄氏度)，金属丝的一端插入金属底座上，另一端靠近真空腔壁内侧，距离真空腔壁内侧3.0-12.0毫米。
可选地，所述金属丝的直径在1.0-1.5毫米之间，能够插入并固定在金属底座上。
可选地，所述金属丝靠近真空腔壁内侧一端用直径0.3-0.6毫米的相同材质的金属丝缠绕，组成多个针刺状外形。
本发明还提供了一种用微波等离子体技术原位清洗真空腔内部的方法，包括处于真空腔内中轴线处的基片台，基片台上放置上述金属底座，底座上放置一根或者多根金属丝，金属丝一端插入金属底座上，另一端表面缠绕相同材质的较细的金属丝，组成一个针刺状外形结构，这一针刺状外形结构靠近真空腔内壁。所述真空腔还包括微波系统、真空系统、供气系统。清洗工作时，将真空腔内残余气体抽走，通入指定的工作气体，通入微波，在金属丝的针刺状一端产生等离子体，等离子体靠近真空腔内壁进行等离子体清洗，随着基片台的旋转运动和上下移动，同时配合三螺钉调配器的调整，使得等离子体能依次扫描真空腔内壁，起到真空腔内壁的清洁作用。
附图说明
图1金属底座上插有金属丝放置在基片台上的结构示意图。
附图标记：1.等离子体；2.金属丝；3.金属底座；4.基片台。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1为本发明的一实施例，以通过MPCVD方法制备金刚石的装置为例，该装置包含一圆柱形真空腔体，真空腔体内中轴线处有一圆柱形基片台(4)，基片台可以自旋转运动，也可以上下沿中轴线运动；进行等离子体清洗时，将金属底座(3)放置在基片台上中央处，金属底座上插入直径为1.0毫米的钼金属丝，钼金属丝的另一端上绑缚直径为0.6毫米的钼金属丝，组成针刺状结构，该结构靠近真空腔内壁5.0毫米。
实施例1：
用真空系统将真空腔内气压降低到2.0*10-2Pa，然后通入Ar和H2，Ar流量50sccm(sccm：标准立方厘米每分钟),H2流量100sccm；通过真空阀门的调整，将真空腔内气压保持在180Pa，开启微波源，微波功率600W，在针刺状结构处产生等离子体，通过调整三螺钉阻抗调配器，使等离子体球直径处于最大状态。保持基片台以0.2转/分钟的旋转速度旋转，同时以0.5毫米/转的速度上/下移动。整个清洗过程，微波系统和真空系统一直保持工作状态。整个清洗时间：30分钟。因为清洗前后没有拆卸真空腔，因此清洗之后取出金属底座和金属丝，真空腔即可进行正常的使用了。
实施例2：
用真空系统将真空腔内气压降低到2.0*10-2Pa，然后通入Ar和H2，Ar流量100sccm,H2流量100sccm；通过真空阀门的调整，将真空腔内气压保持在580Pa，开启微波源，微波功率1200W，在针刺状结构处产生等离子体，通过调整三螺钉阻抗调配器，使等离子体球直径处于最大状态。保持基片台以0.5转/分钟的旋转速度旋转，同时以0.5毫米/转的速度上/下移动。整个清洗过程，微波系统和真空系统一直保持工作状态。整个清洗时间：20分钟。对比实施例1，本实施例采用更高的微波功率，提高了清洗用等离子体的活性，因此可以缩短清洗的时间，提高了清洗的效率。因为清洗前后没有拆卸真空腔，因此清洗之后取出金属底座和金属丝，真空腔即可进行正常的使用了。
实施例3：
作为对比实例1和实例2，本实例采用传统的表面清洗技术。先将真空腔从系统中拆解分离，用水磨砂纸2000#打磨真空腔内壁，将真空腔内壁表面吸附的杂质通过物理打磨的方式去除掉；然后用丙酮擦拭真空腔内壁至洁净状态；然后再真空腔组装；密封性检测至合格状态，整个清洗周期需要10.5小时。本实施例中用到的水磨砂纸在打磨过程中，容易对真空腔内壁产生一定的物理性的磨损伤害，同时操作周期较长，清洗效率相对于实施例1和实施例2有明显地降低。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基片台，其特征在于：所述基片台包含一个轴对称的圆柱形真空腔体，在所述真空腔体内的中央处，放置一个带金属丝的金属底座。
2.根据权利要求1所述的基片台，其特征在于：所述金属底座上面插有一根或者多根金属丝。
3.根据权利要求1所述的基片台，其特征在于：所述金属丝由熔点较高的金属单质或者合金组成。
4.根据权利要求3所述的基片台，其特征在于：所述金属丝的材料为金属钨、金属钼或者金属钽。
5.根据权利要求2所述的基片台，其特征在于：所述金属丝一端插在金属底座上，金属丝另一端表面有针刺状结构，靠近真空腔体内壁。
6.根据权利要求1所述的基片台，其特征在于：所述金属底座为下部为平面的圆球或者下部为平面的椭球形，高度5.0-15.0毫米之间。
7.一种用等离子体原位的清洗的方法，其特征在于：包括如权利要求1-6任一项所述的金属底座，所述金属底座放置在真空腔中央的基片台上，真空腔体外面有一套微波产生系统，该系统产生微波后经过波导管进入真空腔体内，所述微波产生系统包括微波系统、供气系统、真空系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 201799 west side of Building 2, No. 500, Huapu Road, Qingpu District, Shanghai Applicant after: Shanghai Zhengshi Technology Co.,Ltd. Address before: 201799 west side of Building 2, No. 500, Huapu Road, Qingpu District, Shanghai Applicant before: SHANGHAI ZHENGSHI TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |