关于射频电源匹配器的产生低温等离子体的应用原理

关于射频电源介绍与应用 射频电源是等离子体配套电源,它是由射频功率源,阻抗匹配器以及阻抗功 率计组成,是八十年末期在我国新兴的高科技领域,应用于射频溅射,PECVD 化学 气相沉积,反应离子刻蚀等设备中. 现代的射频电源有了长足发展，由八十年代的电子管电源一步步的发展成现在 的晶体管射频电源，功率由瓦、百瓦、千瓦、到兆瓦，频率有 2Mhz/13.56Mhz/27.12Mhz/40.68Mhz 等，而应用也从以前的真空领域扩展到其 他领域，半导体、美容等。 1 射频电源产生低温等离子体 射频电源产生等离子的原理，是在一个密闭的真空压力容器内，利用真空泵获 得一定的真空度，射频被馈入到真空室的两个极板之间。在两个极板之间产生 一个变电场。气体在电场上被电离，产生相对应的离子。带电离子被加速不断 的碰撞气体分子产生级联效应。就这样产生了辉光，从而产生了等离子体。 什么是等离子体 是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气 体状物质，它是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好 的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子 体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间，空间物理，地球物理等科学的 进一步发展提新的技术和工艺。 看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪 电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的 99%。现在人们已经掌握利用电场和 磁场产生来控制等离子体。例如焊工们用高温等离子体焊接金属。 等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。以上提到的是高温等离子体。现 在低温等离子体广泛运用于多种生产领域。例如：等离子电视，婴儿尿布表面 防水涂层，增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在电脑芯片中的蚀刻运用，让网络 时代成为现实。 高温等离子体只有在温度足够高时发生的。太阳和恒星不断地发出这种等离子 体，组成了宇宙的 99%。低温等离子体是在常温下发生的等离子体（虽然电子 的温度很高）。低温等离子体体可以被用于氧化、变性等表面处理或者在有机 物和无机物上进行沉淀涂层处理。 射频电源的工作原理 射频收发核心电路射频即 Radio Frequency，通常缩写为 RF。表示可以辐射到空 间的电磁频率，频率范围从 300KHz30GHz 之间。射频简称 RF 射频就是射频 电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于 1000 次的交流电称 为低频电流，大于 10000 次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。 射频匹配器的工作原理 匹配器是根据用户负载的变化而调节自己的参数（电感与电容）达到阻抗匹配的目的，以 减少反射的目的！ 射频电源区别于其他直流电源，偏压电源，中频电源的优势 射频溅射 是适用于各种金属和非金属材料的一种溅射沉积方法。由于直流溅射（含磁控 溅射）在溅射靶上加负电压，因而就只能溅射导体材料，溅射绝缘靶时，由于放电不能持 续而不能溅射绝缘物质。为了沉积介质薄膜，采用高频电源将使溅射过程摆脱靶材导电性 的限制。通常采用的射频频率为 13.56MHz。 当交流电源的频率低于 50kHz 时，气体放 电的情况与直流时候的相比没有根本的改变。当频率超过 50kHz 以后，放电过程开始出现 变化：1、在两极之间不断振荡运动的电子可从高频电场中获得足够的能量并使得气体分子 电离，而由电离过程产生的二次电子对于维持放电的重要性相对下降。2、高频电场可以经 由其它阻抗耦合进入沉淀室，而不必再要求电极一定要是导体。也可以认为，由于所用电 源是射频的，射频电流可以通过绝缘体两面间的电容而流动，从而能对绝缘体进行溅射。 但用金属靶时，与上述绝缘靶的情况不同，靶上没有自偏压作用的影响，只有靶处在负电 位的半周期内溅射才能发生。所以，在普通射频溅射装置中要在靶上串接一个电容，以隔 断直流成分，这样金属靶也能受到自偏压作用的影响。 一 射频溅射的特点及优势 用交流电源代替直流电源就构成了交流溅射系统，由于常用的交流电源的频率 在射频段。如 13.56MHz，所以称为射频溅射。 在直流射频装置中如果使用绝缘材料靶时，轰击靶面得正离子会在靶面上累积， 使其带正电，靶电位从而上升，使得电极间的电场逐渐变小，直至辉光放电熄 灭和溅射停止，所以直流溅射装置不能用来溅射沉积绝缘介质薄膜。为了溅射 沉积绝缘材料，人们将直流电源换成交流电源。由于交流电源的正负性发生周 期交替，当溅射靶处于正半周时，电子流向靶面，中和其表面积累的正电荷， 并且积累电子，使其表面呈现负偏压，导致在射频电压的负半周期时吸引正离 子轰击靶材，从而实现溅射。由于离子比电子质量大，迁移率小，不像电子那 样很快地向靶表面集中，所以靶表面的点位上升缓慢，由于在靶上会形成负偏 压，所以射频溅射装置也可以溅射导体靶。 在射频溅射装置中，等离子体中的电子容易在射频场中吸收能量并在电场内振 荡，因此，电子与工作气体分子碰撞并使之电离产生离子的概率变大，故使得 击穿电压、放电电压及工作气压显著降低。 溅射特点： 1、可在低气压下进行，溅射速率高。 2、不仅可溅射金属靶，也可溅射绝缘靶，可以把导体，半导体，绝缘体中的任 意材料薄膜化。 3、必须十分注意接地问题。 近年来，射频溅射在研制大规模集电路绝缘膜、压电声光功能膜、化合物半导 体膜及高温超导膜等方面有重要应用。 二 射频应用 PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) - 等离子体增 强化学气相沉积法 PECVD：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离 子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的 薄膜。为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进 反应，因而这种 CVD 称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD). 实验机理：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体，在局部形成等离 子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出高质量 SiO2 薄膜、Si3N4 薄膜、类金刚石薄膜、硬质薄膜、光学薄膜和炭纳米管 （CNT）等。薄膜。 优点： 基本温度低；沉积速率快；成膜质量好，针孔较少，不易龟裂。 几种 PECVD 装置 图（a）是一种最简单的电感耦合产生等离子体的 PECVD 装置，可以在实验室中 使用。 图（b）它是一种平行板结构装置。衬底放在具有温控装置的下面平板上，压强 通常保持在 133Pa 左右，射频电压加在上下平行板之间，于是在上下平板间就 会出现电容耦合式的气体放电，并产生等离子体。 图（c）是一种扩散炉内放置若干平行板、由电容式放电产生等离子体的 PECVD 装置。它的设计主要为了配合工厂生产的需要，增加炉产量。 射频电源应用等离子刻蚀机 等离子刻蚀机，又叫等离子蚀刻机、等离子平面刻蚀机、等离子体刻蚀机、等离子表面处 理仪、等离子清洗系统等。等离子刻蚀，是干法刻蚀中最常见的一种形式，其原理是暴露 在电子区域的气体形成等离子体，由此产生的电离气体和释放高能电子组成的气体，从而 形成了等离子或离子，电离气体原子通过电场加速时，会释放足够的力量与表面驱逐力紧 紧粘合材料或蚀刻表面。某种程度来讲，等离子清洗实质上是等离子体刻蚀的一种较轻微 的情况。进行干式蚀刻工艺的设备包括反应室、电源、真空部分。工件送入被真空泵抽空 的反应室。气体被导入并与等离子体进行交换。等离子体在工件表面发生反应，反应的挥 发性副产物被真空泵抽走。等离子体刻蚀工艺实际上便是一种反应性等离子工艺。近期的 发展是在反应室的内部安装成搁架形式，这种设计的是富有弹性的，用户可以移去架子来 配置合适的等到离子体的蚀刻方法：反应性等离子体（RIE） ，顺流等离子体（downstream） ， 直接等离子体（direction plasma） 。 等离子刻蚀的应用 等离子体处理可应用于所有的基材，甚至复杂的几何构形都可以进行等离子体活化、等离 子体清洗，等离子体镀膜也毫无问题。等离子体处理时的热负荷及机械负荷都很低，因此， 低压等离子体也能处理敏感性材料。等离子刻蚀机的典型应用包括： 等离子体清除浮渣 光阻材料剥离 表面处理 各向异性和各向同性失效分析应用 等离子刻蚀反应 材料改性 包装清洗 钝化层蚀刻 聚亚酰胺蚀刻 增强粘接力 生物医学应用 聚合反应 混合物清洗 预结合清洗 构造与工作原理 等离子刻蚀机的组成一般包括等离子发生器（工业上常用 RF 激发法），真空室，和电极。 1 其工作原理是用等离子体中的自由基（radical）去轰击（bombard）或溅射 （sputter）被刻蚀材料的表面分子，形成易挥发物质，从而实现刻蚀的目的。也有部分等 离子刻蚀机采用反应离子刻蚀技术（Reactive Ion Etching） 4 湿法刻蚀相对于等离子刻蚀的缺点 1. 硅片水平运行，机片高（等离子刻蚀去 PSG 槽式浸泡甩干，硅片受冲击小）； 2. 下料吸笔易污染硅片（等离子刻蚀去 PSG 后甩干）； 3. 传动滚抽易变形（PVDF，PP 材质且水平放置易变形）； 4. 成本高（化学品刻蚀代替等离子刻蚀成本增加）。 此外，有些等离子刻蚀机，如 SCE 等离子刻蚀机还具备“绿色”优势：无氟氯化碳和污水、 操作和环境安全、排除有毒和腐蚀性的液体。SCE 等离子刻蚀机支持以下四种平面等离子 体处理模式： 直接模式基片可以直接放置在电极托架或是底座托架上，以获得最大的平面刻蚀效果。 各向同性刻蚀与非各向同性刻蚀(3 张) 定向模式需要非等向性刻蚀（anisotropic etching）的基片可以放置在特制的平面托 架上。 下游模式基片可以放置在不带电托架上，以便取得微小的等离子体效果。 定制模式当平面刻蚀配置不过理想时，特制的电极配置可以提供 关于格美电子射频电源 格美电子有限公司是一家专业从事半导体制造设备研发、设计和制造 的高科技合资企业。产品主要有太阳能逆变器、射频电源、射频自动匹配器、 射频功率分配器，广泛用于太阳能光伏系统、PECVD、真空镀镆、刻蚀等真空 设备当中。公司于 2000 年进入半导体领域，已有 11 年丰富的行业经验。2002 年，成为全球最大的半导体设备制造商 AMAT（美国应用材料公司 APPLIED MATERIALS INC）认证的供应商，并为 AMAT 大批量制造射频匹配器等产品， 每年 DMR 比率控制在 1%之内。 格美电子自成立以来，始终以技术创新作为企业发展的源动力，注重研发 投入和科技人才的培养。公司拥有一支专业的研发队伍，具有半导体、真空、 可再生能源行业丰富的研发经验和领先的自主创新能力。我司已通过 ISO9001:2008 质量体系认证，并始终以诚信为本，顾客满意为中心，重视技 术积淀与创新，不断加强质量控制。部分产品先后通过了半导体行业的 ISAT、SSQA 、CTPAT、 TUV 等多项认证。 相关认证信息请登录 / 我司主要服务于半导体、真空、医疗和太阳能领域，并提供一流的综合加 工和装配服务，专长于多元化、中小批量的精密加工产业。相关产品的 OEM 也是我们的强项。在加工制造业里，拥有先进的机器设备和丰富的经验。我司 一直致力于满足客户需求。 我们的射频产品广泛应用于国内真空设备制作行业，每年销售额节节攀升的背后是我 们稳定品质保障和领先于同行业的技术优势。我司生产的射频电源匹配器系列，采用 AMAT 的生产加工流程。从来料检验到成品出货有一系列的严格检验措施和检验规范标准。 相关零件拥有可追溯性。严格的质量把控衍生的是可靠的质量保障。同时我司拥有强大的 研发团队，能针对不同客户制作相对应的方案，使我们的电源匹配器与贵公司的设备负载 能够匹配的够好够稳定。 我司现有的电源系列有 HERO-100，VERG-200，VERG-500，VERG- 1000,VERG-2000，VERG-5000 以及相对应的射频自动匹配器。手动匹 配器。能满足各种射频需求。 一，我们的射频电源应用于 PECVD 等离子增强气学气相沉积 我们的射频匹配器匹配范围宽，且能根据不同负载线圈，改变匹配器内部阻抗。使匹配器 与负债达到完全自动匹配。且操作简单，功率稳定，反射功率在 1%以内。 二射频应用于等离子刻蚀清洗设备： 我司在涉足射频电源领域的时候，就开始与等离子刻蚀/清洗的设备厂家合作，通过密切 的合作，已经对该系统具备非常丰富的经验。我司电源具备自动匹配，通信接口，客户可 以将整个设备集成控制，实现自动化。 三 射频应用于非硅晶镀膜。 利用反应气体在等离子体中发生分解而在衬底上淀积成薄膜，实际上是在等离子体帮助下 进行的化学气相淀积。等离子体是由高频电源在真空系统中产生的。根据在真空室内施加 电场的方式，可将辉光放电法分为直流电、高频法、微波法及附加磁场的辉光放电。在辉 光放电装置中，非晶硅膜的生长过程就是硅烷在等离子体中分解并在衬底上淀积的过程。 我司射频电源凭借稳定的性能，广泛应用于非晶硅镀膜系统，采用自动匹配器，较之 手动匹配器更方便员工操作，同时能提高产品品质的稳定性。 四 射频应用于等离子表面改性 等离子体中粒子的能量一般约为几个至几十电子伏特，大于聚合物材料的结合键能(几个至 十几电子伏特)，完全可以破裂有机大分子的化学键而形成新键；但远低于高能放射性射线， 只涉及材料表面,不影响基体的性能。 通过等离子体表面处理，材料表面发生多种的物理、化学变化，或产生刻蚀而粗糙，或 形成致密的交联层，或引入含氧极性基团，使亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及 电性能分别得到改善。 目前我司的射频电源广泛应用于客户的等离子表面改性系统，在实验或生产过程中，我 司射频电源工作稳定，能迅速实现自动匹配，得到了客户的好评。 五 射频产品展示 1 VERG 系列 针对低功率、载行应用，VERG 系列射频电源小巧、轻便，拥有空冷式设计。高质量的 组件和较少的零件数量使可靠性和产品生命周期均实现最优化，从而使您的投资和制程生 产力得到最大化的利用。一个直观、快捷的操作菜单（可在该组件的多功能前面板上切换， 并显示在一个 128 x 64 像素的液晶显示屏上）带来了无比的便利性提高了操作人员的 效率，并使培训成本最小化。拥有多种频率段选择 （2M，4M ，13.56M，27.12M，40.68MHz） 2VENA 系列 VENA 系列自动匹配器用于 0-5000W 的真空镀膜、等离子刻蚀、等离子清洗、物理气象沉 积，化学气象沉积，磁控溅射，以及太阳能制造设备 PECVD 等设备当中，主要功能是实 现全自动匹配，解决了现在国内真空镀膜设备中的一个技术空缺；具有自动，快速，可靠， 高效，准确，节省人力和时间等特点。可选的射频系统检测模块可实时检测出系统的正反 功率、驻波比、射频信号峰值电压、电流、直流偏置电压等，从而使您能够发现并显著降 低制程变化性。 3HERO 系列 先进和多功能的 HERO 平台可提供非常稳定的射频功率输送性能，以及一个多样化的 模式选择