基片台及用等离子体原位清洗的方法与流程

本发明属于真空微电子技术领域，具体涉及一种利用直流辉光放电激发的等离子体原位清洁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；将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原位清洗？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，一般在常压环境中操作，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，一般系统自身产生的等离子体都集中在真空腔中轴线附近，很难靠近真空腔内壁。

技术实现要素：

针对以上问题，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，金属底座与基片台之间设置一个绝缘套隔离。

可选地，所述金属底座上面设置一根金属丝,金属丝的另一端设置一个金属片，金属片靠近真空腔内壁。

可选地，所述金属底座通过导线与真空腔外面的直流电源的正极相连，导线通过观察窗的真空密封法兰接入真空腔；导线外面包覆有电绝缘层材料。

可选地，所述金属底座由铜或者不锈钢制成，底部为平面。

可选地，所述金属丝由熔点较高的金属单质或者合金组成，一般为金属钨、金属钼或者金属钽。

可选地，所述金属片与真空腔内壁有相同的曲率，金属片为圆形或者四周有倒角的方形或者长方形。

可选地，所述金属片由熔点较高的金属单质或者合金组成，为金属钨、金属钼或者金属钽。

可选地，所述真空腔体与直流电源的负极通过导线相连，同时接地。

本发明还提供了一种用等离子体原位的清洗的方法，包括上述的基片台，所述金属底座放置在表面有绝缘套的真空腔中央的基片台上，真空腔体外面有一套直流电源，电源的正极与真空腔内的金属底座通过穿过观察窗的导线相连，电源的负极与真空腔的腔璧相连，同时接地；当真空腔自带的真空系统将真空腔内的真空度提高到一定程度后，通入工作气体，然后在金属片与真空腔内壁之间通过直流电源的供电，在金属片电极与真空腔内壁之间会产生直流等离子体辉光放电；利用不同种类的通入气体，引发的等离子体可以对真空腔内壁表面附着的污染物进行物理清洗和化学清洗的作用；通过基片台的自旋运动和上下运动，可以使金属片电极能引导等离子体依次扫描经过真空腔内壁不同区域，起到等离子体原位清洗真空腔内壁的作用；清洗后，放电金属片，金属丝以及金属底座和绝缘套能方便地取出。

本发明上述技术方案具备如下一种或多种技术效果：

(1)利用真空腔内，直流辉光放电现象，以基片台为依托，设置由金属片与真空腔内壁组成的一对直流放电电极，利用外接直流电源供电，可以利用mpcvd系统自带的抽真空系统产生的真空状态下在金属片与真空腔内壁之间产生等离子体，通过基片台的自旋运动和上下运动，引导等离子体依次扫描过真空腔体内壁，进行等离子体的原位清洁。

(2)可以通过通入不同的清洁气体种类，来调整等离子体的活性：清洁气体中含有氩气，可以有利于引发等离子体，同时能提高对真空腔内壁的物理清洁作用；

(3)清洁气体中含有氧气，可以提高对真空腔内壁有机物的化学清洁作用；

(4)清洁气体中还有氢气，可以提高对真空腔内壁金属氧化物的化学还原作用。以及上述气体的混合物能起到物理和化学综合的作用。

附图说明

图1基片台上设置放电电极及供电装置的结构示意图。

附图标记：1.金属片；2.金属丝；3.金属底座；4.导线；5.等离子体；6.绝缘套；7.导线插头；8.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(8)，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，金属底座与基片台之间有一个绝缘套(6)进行电绝缘，金属底座上插入直径为1.0毫米的钼金属丝(2)，1.0毫米是商业购买的标准钼金属丝，直径1.0毫米能具备较好的刚性，能支撑住金属丝另一端的金属片。钼金属丝的另一端焊接一块边长为10.0毫米的方形钼金属片(1)，金属片厚度为0.5毫米，金属片四个角倒圆，金属片与真空腔内壁具有相同的曲率，该结构靠近真空腔内壁5.0毫米，这种结构能保证金属片与真空腔内壁处于平行设置，对直流辉光放电的均匀性和稳定性有利。金属底座用导线(4)与导线插头(7)通过插拔的方式相连，通过真空法兰与真空腔外面的直流电源的正极连接。直流电源的负极与真空腔腔璧相连并接地。

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，ar流量50sccm(sccm：标准立方厘米每分钟)；通过真空阀门的调整，将真空腔内气压保持在8.0pa，开启直流电源，直流电压230v，在金属片与真空腔内壁之间产生等离子体，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，直流电源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、绝缘套、金属丝和金属片，将导线从导线插头中拔出，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o2，ar流量100sccm,o2流量5.0sccm；通过真空阀门的调整，将真空腔内气压保持在8.0pa，开启直流电源，直流电压230v，在金属片与真空腔内壁之间产生等离子体，保持基片台以0.4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，直流电源和真空系统一直保持工作状态。整个清洗时间：15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、绝缘套、金属丝和金属片，将导线从导线插头中拔出，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12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。