中国电子科技集团公司第四十八研究所
M42200-2/UM 型等离子体刻蚀机
用户使用说明书
中国电子科技集团公司第四十八研究所 2007 年 1 月
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目录
1．概述 ····························· （1） 1．1 产品特点 ························ （1） 1．2 主要用途及适用范围 ··················· （1） 1．3 品种、规格 ······················· （1） 1．4 型号的组成及其代表意义 ················· （1） 1．5 使用环境及工作条件 ··················· （1）
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e) 电源： 三相交流 380(1±10％)V，频率 50(1±1％)Hz； f) 所用工艺气体压力： 0.1MPa～0.2MPa；压缩空气压力：0.3MPa～0.5Mpa； g) 有良好的接地点，接地电阻小于 4Ω。 2. 工作原理及结构特征 2.1 总体结构 本设备由反应室、真空系统、送气系统、高频电源、匹配器等部分组成，见附录 1——等离子体刻蚀机平面安装图。 2.2 设备系统及工作原理
3N， 380V，50HZ，5KVA
3.11 周边刻蚀不均匀性 ±5%
4．安装和调试 4.1 安装条件 4.1.1 净化等级高于 1 万级的净化厂房，面积：2.4×(1.8+0.6)，其中净化区面积： 2.4×1.8m2灰区面积：2.4×0.6m2。 4.1.2 具有机械泵尾气排放通道，Φ45×1.5 的软管连接；具有臭氧排放、抽气通道， 内径Φ100 的 PVC 管道连接。 4.1.3 配置N2、CF4、O2、压缩空气（气动阀用）工艺气体，N2、CF4、O2接口为 1/4＇（外 径）内外抛光不锈钢管，与设备相连一端盘成约Φ200mm圆一圈后再留出约 300mm长直 管，工艺气体压力 0.1MPa～0.2MPa；压缩空气进气管道为外径Φ6mm PUV软管，压力 为 0.3MPa～0.5Mpa。 4.1.4 三相+中相+地线，高频电源独立地线，接地电阻<1Ω。 4.1.5 若使用水冷机械泵，则需配置内径Φ14 的进出水增强纤维管，水压 0.2MPa～
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0.4MPa。 4.2 安装程序及注意事项 4.2.1 按照附录 1 的布局放置该设备主机柜和控制柜。 4.2.2 调整主机柜的地脚，使主机柜处于水平状态。 4.2.3 电感线圈、反应管以及上压环的安装：
电感线圈安装：若为出厂线圈，则无须调整线圈安装位置。否则将高频引入线接 在电感线圈的顶部末端，地线接在电感线圈底部的末端。（调试辉光匹配时这两个接线 位置可能需要调整）。
上压环安装：电感线圈和反应管安装好后，将上压环的密封槽对中放到反应管上。 先从下向上拧上左右两个钉，并轻轻带紧；待反应室第一次抽到真空后再次轻轻带紧 （用手即可）。 4.2.4 安装反应室上盖，将进气管与反应室进气弯通接头接好。 4.2.5 调整控制柜的地脚螺钉，将控制柜调整至水平状态并使其下部与主机柜下部平 行。 4.2.6 将主抽阀、预抽管、蝶阀、穿墙管（若穿墙，则安装）、波纹管、隔断放气阀 依次将反应室底部的快卸法兰和泵口进气法兰用快卸卡箍连接、旋紧，形成一个抽气 通道，注意保证各个接头不漏气。 4.2.7 按电气接线图接好各电器部件的接线以及电源进线。注意各螺钉、接头无松动， 保证机柜接地良好。 4.3 调试程序及注意事项 4.3.1 整机安装完成后，将控制开关全部复位，“手动/自动”旋转开关置于中间位置。 4.3.2 用万用表测量电源进线相线与相线之间、相线与地线之间是否短路。确认无误 后合上控制柜断路器，按下电源开关，此时整机上电，程序控制器、电源开关和“泵 关”有指示。
图 1 等离子体刻蚀机系统图 反应室采用立式结构，射频功率通过电感耦合到反应室内，保证周边刻蚀均匀。 真空系统采用主抽和预抽两路抽气，既能保证本底抽空的时间，又能使气氛扰动减小。 送气系统通断气均采用电磁阀控制，工艺气体采用质量流量计控制，可靠性高，重复 性好。片架可旋转，提高了刻蚀的均匀性。在泵口有一路稀释气体，它可以延长泵的 维护周期和使用寿命，在排气出口加有一路N2可使排放尾气达到排放标准。射频电源 的功率采用闭环自动控制，并有阻抗匹配器可保证射频输出功率几乎完全耦合到反应
2．工作原理及结构特征 ····················· （2） 2．1 总体结构························ （2） 2．2 设备系统及工作原理 ·················· （2）
3．主要技术指标 ························ （3） 4．安装和调试·························· （3）
300 片/批
3.4 射频电源
13.56MHZ ，100～1000W 连续可调
3.5 气路系统
手动、1 路浮子流量计,2 路质量流量计
3.6 抽气系统
2X-15 机械泵，工作压力自动控制
3.7 载片架旋转
3.8 刻蚀速率
Si3N4
50nm/min
掺杂硅 200nm/min
3.9 批间时间
25min
3.10 电源
企业代号（中国电子科技集团公司第四十八所） 设计顺序号 主参数（基片最大直径 200 毫米） 种类（等离子体刻蚀设备） 型（刻蚀设备） 类（表面处理和薄膜淀积设备）
1.5 使用环境及工作条件 a) 环境温度： 5℃～40℃； b) 相对湿度： ＜70％； c) 环境净化等级： 优于 10000 级； d) 大气压强： 86kPa～106kPa；
装片
运行开
预抽 尾气
~3ˊ 主抽
取片
运行关
～2ˊ 充气
～1ˊ 清洗
2ˊ 送气（CF4、
O2） 稀释 ~3ˊ
~14ˊ 高压辉光
6．故障分析与排除
故障现象 真空度低
故障原因 1. 上盖未盖好 2. 上盖密封圈损坏 3. 泵油变质
进气口密封不良 4.抽气及进气管道漏气
反应管安装：检查下台板安装的水平度，然后先将下室体、上压环的密封槽及矩 形密封圈用绸布和酒精清洗干净，再将 2 个密封圈分别放到下室体和上压环的密封槽 中，将反应管竖直与下室体和电感线圈对中，缓缓将石英管放到下室体密封圈上。
注：放入反应管时避免反应管壁与上台板发生碰撞，以免造成反应管破损，且 电感线圈除聚四氟乙烯支撑杆外其余部分不得与石英管壁接触，否则调所
5. 使用与操作 5.1 在工艺开始前设定好功率值、流量值以及各步的时间，以后只要待刻蚀的硅片的 膜厚不变，各参数值不必重新设置。如果想改变某些工艺参数，如压力，流量和功率 值，则必须按上述步骤重新调整后才能进行自动工艺。 5.2 “手动”操作只限用于设备的调试与维修，工艺过程在自动状态下完成。在自动 状态下，只需按下“运行”按钮即可自动执行整个工艺过程，待有蜂鸣声提示时，关 闭“运行”按钮。重复按“运行”按钮即可连续进行工艺，整个过程操作简单、方便， 能够适应于生产线的需求。 5.3 开机前，首先将电源和气源打开；关机前，先关气源，将反应室抽成真空状态后 再关电源。 5.4 工艺控制器的各参数一经调好，不得轻易改变，否则将造成工艺不稳定，控制不 准确。 5.5 在刻蚀完成后，有蜂鸣器提示，可开盖取片。整个工艺流程框图如下：
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4.3.3 设备断电，将隔断放气阀与泵进气法兰的快卸卡箍拆下，用 KF40 盲板堵住泵进 气法兰口，并装上快卸卡箍。给设备上电，“泵关”有指示后，点动“泵开”按钮，观 察机械泵旋转方向是否与标记一致，若反向则任意交换机械泵进线中的两相。确认机 械泵旋转方向与标记一致后，拆下盲板，重新装好隔断放气阀。 4.3.4 将旋转开关旋至手动，开机械泵和预抽阀，2min～3min 后压力表应显示有压 力值；当压力的测量值小于 600Pa 时，关预抽，开主抽，三分钟后压力值显示应小于 15Pa，如达不到该值，应检查各管路接头。若压升率<10Pa/min（关闭主抽后，反应室 内压力上升的速率），则更换机械泵内的机械泵油（泵油型号为 1 号真空泵油）或机械 泵。 4.3.5 各开关复位，将旋转开关旋到自动，从控制界面进入手动界面（操作程序见 《等离子体刻蚀机 PLC 自动控制操作说明书》），测试各阀门工作状态，确认无异常后， 准备进行手动工艺的调试。 4.3.6 将射频电源功率粗调旋钮逆时针旋到底，按下射频电源的“预热”（“电源预 热”）按钮，预热 30 分钟。 4.3.7 按下“泵开”按钮，启动机械泵。将O2、CF4的流量及反应室压力设定到工艺 值（设定过程详见《等离子体刻蚀机PLC自动控制操作说明书》），并按工艺步骤进行 操作。当进行到送气步骤时，电机转速为 10rpm。 4.3.8 当压力稳定后，按下射频电源的“高压开”按钮，将功率旋钮顺时针转动（注 意：只能轻微的、缓慢的转动），当板压达到约 500V 时，调节调谐 1 和调谐 2，，使反 应室内会产生辉光，并且使反射功率最小(小于入射功率的 5%)； 4.3.9 缓慢旋转功率粗调旋钮，并不断调整匹配盒上的调谐 1 和调谐 2 旋钮，保证反 射功率一直最小（小于入射功率的 5%），直到功率增至需要的数值。 4.3.10 等功率稳定 10 分钟后，将功率粗调旋钮逆时针旋到底，等到压力稳定在设 定值后，再将功率粗调旋钮顺时针旋转到刚才的位置，观察各参数应与刚才的一致。 4.3.11 关射频电源高压后，用N2清洗反应室 1min（N2流量约 400sccm），按“充气” 开关，蜂鸣器报警后，再次按下“充气”开关，停止充气，退出手动操作界面。 4.3.12 完成上述步骤后，将旋转开关旋至自动，设定各工艺参数，开盖，将待刻蚀 的硅片放入反应室，关上盖，按下运行按钮，刻蚀工艺将自动完成。完成后关运行按 钮，开盖取片。
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