等离子蚀刻机使用说明书.doc

设 备 使 用 说 明 书设备名称：等离子蚀刻设备设备型号: KWT-200-1000FSK北京中联科利技术股份有限公司Beijing China United Cleaning Technology Co.,Ltd.地址：北京市朝阳区北苑路40#邮编：100012电话真 录一、概述二、主要技术指标三、工作原理及结构特征四、工艺特性及控制要点五、使用说明（一）、塾悉本机资料 （二）、开机前的准备 六、操作说明 七、使用注意事项 八、简单故障与排除九、设备机械主要图纸十、设备电控原理图 一 、 概 述 1.1产品特点KWT-200-1000FSK型等离子体刻蚀机具有占地面积小、装片容量大、生产率高等优点。同时，还具有手动/自动功能。除装卸片要人工操作外，其余过程实现了全自动，保证了工艺的准确性和重复性，大大地提高了产品质量。1.2设计目标、设计原理该设备主要用于太阳能电池周边掺杂硅的刻蚀，也可用于半导体工艺中多晶硅、氮化硅的刻蚀和去胶。原理：等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性生成物而被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌 。（这是各向同性反应）在辉光放电条件下， CF4C4+4F- O22O2- F+SiSiF4 SiF4挥发性高，随即被抽走。刻蚀过程的主要反应 放电过程e-+CF4CF3+F+2e e-+CF4CF3+F+e-e-+CF3CF2+F+e- O2+e-2O+e- 腐蚀过程Si+4FSiF4 3Si+4CF34C+3SiF4 2C+3OCO+CO2二、 主要技术指标我公司研制的等离子体刻蚀机规格： CUCKWD-SK-200 CUCKWD 中联科伟达高新转换产品 SK 等离子体蚀刻机 200 基片最大直径20021 刻蚀介质： 5、6 掺杂硅/氮化硅22 刻蚀部位： 硅片方片周边23 产能 最大装片量： 400片/批 刻蚀速率： Si3N4 50nm/min 掺杂硅 200nm/min 批处理时间： 2030min；24 射频电源 13.56MHz，01000W连续可调25 气路系统 手动、2路质量流量计、1路浮子流量计26 真空系统 标准配置3路工艺气体通路；2X-15机械泵，工作压力自动控制；本底真空度：0.1 mbar；工艺压强：0.52mbar；27 电源 3PH，380V，50HZ，4KVA28 周边刻蚀均匀性 5%29 设备可靠性： 设备平均维修间隔时间MTBF500小时； 设备平均维修时间MTTR4小时。3、 工作原理及结构特征 31总体结构 本设备由刻蚀系统、抽空系统、旋转系统、高频电源、匹配器等部分组成，如下图： 32设备系统图 反应室采用立式结构，射频功率通过电感耦合到反应室内，同时基片采用旋转方式，保证周边刻蚀均匀。 真空系统采用旋片式机械泵，具有主抽和预抽两路抽气管路，既保证本底抽空的时间，又使气氛扰动减小，减少粉尘扬起，保证基片清洁。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。射频电源的频率和功率稳定，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室内。电气控制具有手动/自动控制功能，在手动状态下，可以真空检漏，不能进行工艺实验。采用PLC进行工艺自动控制，可靠性高，稳定性好。各电气元器件均采用插装式，便于维修和更换。四、工艺特征及控制要点 4.1 工艺 主要由以下几个流程组成： 装片运行开预抽主抽送气辉光抽空清洗充气运行关取片 4.2工艺说明1 预抽：主要通过预抽电磁阀，将反应室的空气抽走，压力保持在0.01MPa以下；2 主抽：主要通过主抽电磁阀和电子执行器（微调气压装置），将反应室的气压保持在 10Pa左右；3 送气：主要将辉光需要的气体CF4和O2送到反应室，该过程反应室的气压稳定在 100Pa左右；此状态为动态平衡，即通过送气系统流量与抽气速度的匹配，维持100Pa的真空压力。4 辉光：通过射频发生装置，使硅片和CF4、O2反应，对硅片切面边缘进行化学腐蚀，达到边缘蚀刻目标，该过程反应室的气压保持在 100Pa左右； 在辉光放电条件下： CF4C4+4F- O22O2- F+SiSiF4 SiF4挥发性高，随即被抽走。5 抽空：辉光结束后，将残留在反应室的各种气体抽走；6 清洗：通适量的N2将残留在反应室的CF4、O2等气体清洗出反应室；7 充气：通适量的N2将反应室内的气压调整到外部的气压， 将内外气压调整到完全一 致，便于开盖装取硅片。 4.3控制要点1) 主要通过PLC来实现对设备的开关（预抽/主抽/抽气/放气等电磁阀）进行量 （时间）的控制，工艺气体流量（CF4、O2模拟量读写）设置及显示、压力（模 拟量）设置及实际值的实时显示；2) 该设备有个关键点是，在送气、辉光几个工艺进行的过程中，反应室 的气压不能过高也不能过低，要稳定在100Pa左右；为了实现这个功能，主要通过一个气压的微调装置（电子执行器）来控制，运用PID模拟量控制来达到精确而 稳定气压的预期值；3) 全部过程通过运用模拟量的读写，与PLC的通讯进行精确控制，确保硅片蚀刻 的精度和设备的稳定性；4) 同时设有可操作的触摸屏，客户可根据自身的工艺特点进行特性工艺的设定。5工作环境与安装要求 5.1工作环境 a)环境温度：540； b)相对温度:70%； c)环境净化等级：优于10000级； d)大气压强：86kPa106kPa； e)电源：三相交流380（110%）V ，频率50（11%）Hz； f)所用工艺气体压力：工艺气体： N2：纯度99.999%（推荐），0.10.2MPa，最大流量1000mL/min；CF4：纯度99.999%（推荐），0.10.2MPa，最大流量300mL/min；O2：纯度99.999%（推荐），0.10.2MPa，最大流量30mL/min； 压缩空气压力：0.3MPa0.6 MPa； g)有良好的接地点,接地电阻小于4。 H）排废：反应室架、机械泵上均要求有负压抽气口；总抽气速率2000L/min。 5.2安装 5.2.1净化等级高于1万级的净化厂房内，面积：2.4(1.8+0.6),其中净化区面 积：2.41.8m2灰区面积:2.40.6m2。 5.2.2具有机械泵尾气排放通道，451.5的软管连接；具有臭氧排放、抽气通 道，内径100的不锈钢管道连接。 5.2.3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200mm圆一圈后再 留出约300mm长直管，工艺气体压力0.1MPa0.2MPa；压缩空气进气管道 为外径6mmPVC软管，压力为0.3MPa0.5MPa；。 5.2.4三相+中相+地线，高频电源独立地线，接地电阻4。 五 使 用 说 明（一）、熟悉本机资料1、 整机结构示意图，见附图一2、 电原理图，见附图二（二）、开机前的准备1、 检查机器是否装妥，将所有的支撑脚旋下，将机器调至水平位置；2、 将所有电源开关及电器开关置于“关”的位置，检查电源是否合乎要求，机壳接地是否可靠，射频电源单独接地是否已执行，且接地电阻4；3、 检查供气与排气管道连接是否正确，检查各供气压力是否在规定值内；4、 当总电源改变或相序变化时，请先卸下真空泵传送带，确认好电机方向才能运行，否则真空泵反转，将可能导致损坏真空泵的严重后果；5、 检查真空泵油面观察窗口，当油面低于标准或较浑浊时，会影响真空泵运行性能，请添加或更换同型号真空泵油；六 操 作 说 明图A下图为设备电气控制元件底板分布简图：1、QF0、QF1、QF2为总电源空气开关和控制电源断路器；图B1.触摸屏：控制设备的人机界面！下图为设备操作面板各部件功能及作用： 3.此红色电源停止按钮开关红色指示灯在总空开闭合后应该显示!否则请检查总电源是否打开或外部电源是否接通!2.操作电源启动按钮开关！6.报警器:为声光报警器，在设备故障或工艺周期完成时给出声光报警提示！7.急停开关：为设备发生突发状况时，按下使系统停止工作，正常情况下为旋起状态。5.自动运行开关：为设备自动运转模式下的启动开关4.此选择开关为设备“手动/自动”运转模式转换开关1、 开启设备的外部总电源空开，然后打开设备内部总电源开关，如本节图A-1所示各空开。最后将外围供气阀门全部打开，并检查各压力是否在正常范围内；2、 目视“电源停止”按钮红色指示灯是否亮灯，如无亮灯，则应检查外部电源和内部电源空气开关是否打开。如亮灯，即可开启“电源启动”按钮（如本节图B-1所示按钮开关），此时“电源启动”按钮绿色指示灯应亮灯，触摸屏应显示如下图LOGO画面后约6秒进入系统主画面；确认系统射频电源的的黄色开关是否开启及亮灯，射频电源进入约5分钟的预热；预热完成时，射频电源的红色按钮给出亮灯提示，设备即可进入工作状态，否则请勿操作设备，待故障排除后方可运行；3系统主画面如下图所示，主要显示当前设备运行参数及运行状态：包括自动运行状态下工艺进行时间及工艺气体流量参数显示；手动状态下各工艺时间显示为0秒；“静音”按钮为声光报警器蜂鸣时按其可使其止闹；4工艺时间及参数设定：在主画面中点击“参数设定”按钮，画面切换进入如下图所示的参数设定界面，根据工艺要求点击各灰底红字区域即可设定各相应参数；5手动调试操作工艺流程：将如本节图B-4所示的模式选择开关选择置于“手动”状态，点击主画面中的“手动操作”按钮，画面切换进入如下图所示的手动操作界面；（在此之前请确认设备反应室内是否真空未破除，如未破除请按以下“充气”工艺流程进行操作，以能打开反应室盖为准）；（1）预抽：依次点击打开如下图所示的触摸屏“真空泵”、“预抽阀”和“旋转电机” 按钮，打开后各按钮如下图显示状态，设备将通过预抽电磁阀以较缓的抽速进入预抽真空阶段；（2）主抽：当预抽开启后，机械式相对真空表指针指示为-0.09Mpa（绝对真空度为0.01Mpa）以下时，即可打开触摸屏“主抽阀”按钮，同时关闭“预抽阀” 按钮，如下图所示各按钮显示状态；设备以较快的抽速进入主抽真空阶段；（3）送气：当主抽开启后，反应室压力显示为10Pa及以下时，点击“送气阀”按钮，系统以所设定的气体流量将工艺气体CF4及O2送入反应室，如下图所示各按钮显示状态：（此流程中须注意使反应室压力保持在100Pa左右，如压力高于标准，可通过调节数显真空表的开率将电动蝶阀的开度适当加大，如小于标准，则适当减少，直至达到标准范围）；（4）辉光：当送气开启后，反应室压力保持在100Pa左右时，点击“辉光”按钮，如下图所示各按钮开启状态；射频电源绿色按钮运行指示灯亮灯，观察射频电源各参数是否正常，反应室辉光颜色正常时应为乳白色；辉光时如反应室压力超出设定范围，系统会停止辉光，并弹出如下画面给出提示，此时应返回送气流程检查动态平衡是否在100Pa左右；（5）抽空：当辉光各参数正常后，将“送气阀”及“辉光”按钮点击关闭，保持 “真空泵”和“主抽阀”继续开启，如下图所示各按钮状态，使辉光后的残留反应气体被抽出反应室；（6）清洗：当抽空时反应室压力接近于10Pa时，将“氮气阀”打开，如下图所示各按钮状态，使氮气进入反应室达到清洗反应室的目的；（7）充气：当反应室被清洗后，将 “真空泵”、“主抽阀” 及“氮气阀”按钮关闭，打开“充气阀”如下图所示各按钮状态，对反应室内充氮气达到真空破除、便于开启反应室盖的目的；确认反应室盖能够打开后，将“充气阀”和“旋转电机”按钮关闭，进入手动初始状态！6自动运行操作：（1）请先确认反应室真空是否已破除，然后将如下面所示的模式选择开关选择置于“自动”状态，使触摸屏画面显示主画面，将待蚀刻工装件放入反应室内的固定座上，并确认是否放置平整；（2）按下如下图所示“自动运行”按钮，系统会以所设定的工艺时间&参数自动完成各流程，并在完成后以报警器蜂鸣给予提示；打开反应室盖后，取出工装件；2.按下“自动运行“开关；之后的每一循环周期只要按此按钮即可。1.将此选择开关置于“自动”运转模式状态。7在设备运行过程中，如设备出现紧急状况，可按下操作面板上的急停按钮，系统会立即停止工作，并弹出如下界面提示；故障排除后请将急停按钮旋起，设备才能运行；8当系统出现故障报警时，可以点出触摸界面中的“报警记录”，系统会弹出如下图界面，以查看当前报警项目及时间：9系统关机操作：与开机操作正好相反，先确认反应室真空已破除，然后关闭操作面板上的红色电源停止按钮，关闭外围气体阀门，最后将外部总电源空开关闭；七 使用注意事项1、 注意开启设备前，对真空泵方向不能确定时，先确认真空泵电机转向后，才能运行设备；2、 系统的射频发生装置属精密仪器，当工艺及参数变化时，必须由指定维护人员调节，（调节板压时，请在辉光停止时拨动转换开关），当校对好各参数后，不要随意调节，否则将导致损坏射频发生装置的严重后果！3、 由于工装夹具系金属材料，在往反应室放片、取片时，请注意轻拿轻放，避免碰到反应室内的石英管；4、定期检查真空泵油面观察窗口，当油面低于标准或