DE112005003045T5

DE112005003045T5 - Verfahren und Vorrichtung zum flussabwärtsdissoziieren von Gasen

Info

Publication number: DE112005003045T5
Application number: DE112005003045T
Authority: DE
Inventors: William M. Winchester Holber; Xing Lexington Chen
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-10-31
Also published as: WO2006060827A2; WO2006060827A3; GB0710106D0; US20060118240A1; US20060137612A1; TW200637646A; KR20070085588A; GB2435581A; JP2008523592A; CN101068614A

Abstract

Ein Verfahren zum Dissoziieren von Gasen, umfassend:
Erzeugen eines aktivierten Gases mit einem Plasma in einer Kammer; und
Positionieren eines Flussabwärtsgas-Eingangs relativ zu einem Ausgang der Kammer, damit das aktivierte Gas Dissoziation eines Flussabwärtsgases ermöglichen kann, das durch den Gaseingang eingebracht wird, wobei das dissoziierte Flussabwärtsgas mit einer inneren Oberfläche der Kammer nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Aktivieren von Gasen. Genauer bezieht sich die Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen dissoziierter Gase und Vorrichtungen zum Verarbeiten und Verfahren des Verarbeitens von Materialien mit dissoziierten Gasen.
Hintergrund der Erfindung
Plasmen werden oft verwendet, um Gase zu aktivieren, indem man sie in einen angeregten Zustand versetzt, so dass die Gase eine erhöhte Reaktivität haben. Das Anregen eines Gases geht mit dem Erhöhen des Energiestatus des Gases einher. In manchen Fällen werden die Gase angeregt, um dissoziierte Gase herzustellen, die Ionen, freie Radikale, Atome und Moleküle enthalten. Dissoziierte Gase werden für zahlreiche industrielle und wissenschaftliche Anwendungen verwendet, einschließlich der Verarbeitung fester Materialien wie etwa Halbleiterwaver, Pulver und anderer Gase. Die Parameter des dissoziierten Gases und die Bedingungen unter denen das Material, das verarbeitet wird, dem dissoziierten Gas ausgesetzt werden, weichen stark voneinander ab, in Abhängigkeit von der Anwendung. Signifikante Mengen von Pulvern werden manchmal im Plasma benötigt, damit Dissoziation auftreten kann.
Plasmaquellen erzeugen Plasmen, indem sie z.B. ein elektrisches Potential ausreichender Größenordnung an ein Plasmagas anlegen (z.B. O₂, N₂, Ar, NF₃, H₂ und He), oder an eine Mischung von Gasen, um zumindest einen Teil des Gases zu ionisieren. Plasmen können auf verschiedenen Wegen hergestellt werden, einschließlich Gleichstromentladung, Hochfrequenz-(HF)entladung und Mikrowellenentladung. Gleichstromentladungsplasmen werden erreicht, indem ein Potential zwischen zwei Elektroden in einem Plasmagas angelegt wird. Hochfrequenzentladungsplasmen werden erreicht, indem entweder elektrostatisch oder induktiv Energie von einer Stromversorgung in ein Plasma gekoppelt wird. Mikrowellenentladungsplasmen werden erreicht, indem Mikrowellenenergie direkt durch ein Mikrowellendurchlässiges Fenster in eine Entladungskammer gekoppelt wird, die ein Plasmagas enthält. Plasmen sind typischerweise in Kammern enthalten, die aus metallischen Materialien wie etwa Aluminium bestehen, oder dielektrischen Materialien wie etwa Quarz.
Es gibt Anwendungen, in denen ein aktiviertes Gas mit der Plasmaquelle nicht kompatibel sein kann. Z.B. lässt man während der Halbleiterherstellung atomischen Sauerstoff mit einem Fotolack reagieren, um Fotolack von einem Halbleiterwaver zu entfernen, indem der Fotolack in flüchtige CO₂ und H₂O Nebenprodukte umgewandelt wird. Atomischer Sauerstoff wird typischerweise produziert, indem O₂ (oder ein Gas, das Sauerstoff enthält) mit einem Plasma in einer Plasmakammer einer Plasmaquelle dissoziiert wird. Die Plasmakammer ist typischerweise aus Quarz hergestellt, wegen des niedrigen Oberflächenrekombinationsfaktors von atomischem Sauerstoff mit Quarz. Atomisches Fluor wird oft in Verbindung mit atomischem Sauerstoff verwendet, weil das atomische Fluor den Prozess der Fotolackentfernung beschleunigt. Fluor wird z.B. durch Dissoziieren von NF₃ oder CF₄ mit dem Plasma in der Plasmakammer erzeugt. Fluor ist aber stark korrosiv und kann mit der Quarzkammer nachteilig reagieren. Unter ähnlichen Betriebsbedingungen reduziert die Verwendung eines Fluor-kompatiblen Kammermaterials (z.B. Saphir oder Aluminiumnitrid) die Effizienz der Erzeugung atomischen Sauerstoffs und erhöht die Verarbeitungskosten, weil Fluor-kompatible Materialien typischerweise teuerer sind als Quarz.
Eine andere Anwendung, in der ein aktiviertes Gas nicht mit einem Plasmakammermaterial kompatibel ist, umfasst ein Plasma, das Wasserstoff enthält und sich in einer Quarzkammer befindet. Angeregte Wasserstoffatome und Moleküle können mit dem Quarz (SiO₂) reagieren und Quarz in Silizium umwandeln. Veränderungen in der Materialzusammensetzung der Kammer kann z.B. zu einem unerwünschten Abdriften der Verarbeitungsparameter führen und auch zur Bildung von Partikeln. In anderen Anwendungen kann das Quarz in Si₃N₄ umgewandelt werden, wenn Stickstoff in der Plasmakammer während der Verarbeitung vorhanden ist.
Es besteht daher ein Bedürfnis, ein Gas mit einem Plasma effektiv auf eine Weise zu dissoziieren, die nachteilige Wirkungen des dissoziierten Gases für die Plasmakammer minimiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich in einem Aspekt auf ein Verfahren zum Aktivieren und Dissoziieren von Gasen. Das Verfahren umfasst Erzeugen eines aktivierten Gases mit einem Plasma in einer Kammer. Das Verfahren umfasst auch das Positionieren eines Flussabwärtsgaseingangs relativ zu einem Ausgang der Plasmakammer, damit das aktivierte Gas die Dissoziation eines Flussabwärtsgases ermöglichen kann, das durch den Flussabwärtsgaseingang eingeführt wird, wobei das dissoziierte Flussabwärtsgas nicht wesentlich mit einer inneren Oberfläche der Plasmakammer zusammenwirkt.
In manchen Ausführungsformen kann das Plasma durch eine entfernte Plasmaquelle erzeugt werden. Die entfernte Plasmaquelle kann z.B. ein HF-Plasmagenerator sein, ein Mikrowellenplasmagenerator oder ein Gleichstromplasmagenerator. Das Plasma kann z.B. aus Sauerstoff, Stickstoff, Helium oder Argon erzeugt werden. Das Flussabwärtsgas kann auch ein Halogengas enthalten (z.B. NF₃, CF₄, CHF₃, C₂F₆, C₂HF₅, C₃F₈, C₄F₈, XeF₂, Cl₂ oder ClF₃). Das Flussab wärtsgas kann Fluor enthalten. Eine innere Oberfläche der Kammer kann z.B. ein Quarzmaterial, Saphirmaterial, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Yttriumoxid, Siliziumkarbid, Bornitrid oder ein Metall wie etwa Aluminium, Nickel oder rostfreien Stahl enthalten. Eine innere Oberfläche der Kammer kann z.B. ein beschichtetes Metall (z.B. anodisiertes Aluminium) enthalten. In manchen Ausführungsformen können alternative Gase als das Flussabwärtsgas verwendet werden, z.B. H₂, O₂, N₂, Ar, H₂O und Ammoniak. In manchen Ausführungsformen enthält das Flussabwärtsgas ein oder mehrere Gase, die metallische Materialien oder Halbleitermaterialien enthalten, die z.B. auf einem Substrat abzuscheiden sind. Die metallischen oder Halbleitermaterialien können z.B. Si, Ge, Ga, In, As, Sb, Ta, W, Mo, Ti, Hf, Zr, Cu, Sr oder Al enthalten. In manchen Ausführungsformen kann das Flussabwärtsgas ein oder mehrere Gase enthalten, die metallische oder Halbleitermaterialien enthalten, oder Oxide oder Nitride, die das metallische oder Halbleitermaterial enthalten. In manchen Ausführungsformen enthält das Flussabwärtsgas Kohlenwasserstoffmaterialien.
Das Flussabwärtsgas kann in die Kammer an verschiedenen Stellen eingeführt werden. In manchen Ausführungsformen kann das Flussabwärtsgas an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingeführt werden, die die Wechselwirkung zwischen dem dissoziiertem Flussabwärtsgas und der inneren Oberfläche der Kammer minimiert. Das Flussabwärtsgas kann an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingeführt werden, die den Grad maximiert, zu dem das Flussabwärtsgas dissoziiert wird. Das Flussabwärtsgas kann an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingeführt werden, die den Grad, zu dem das dissoziierte Flussabwärtsgas mit der inneren Oberfläche der Kammer in Wechselwirkung tritt, mit dem Grad, zu dem das Flussabwärtsgas dissoziiert wird, abwägt. Das dissoziierte Flussabwärtsgas kann verwendet werden, um Ätzen oder Reinigen eines Substrats oder Abscheiden auf ein Substrat zu ermöglichen.
Um mitzuhelfen, die Oberfläche der Plasmakammer zu schützen, kann einer Barriere (z.B. ein Schild oder ein Mantel) in der Nähe des Ausgangs der Plasma kammer und des Flussabwärtsgaseingangs errichtet werden. Die Barriere kann aus einem Material gemacht sein, das mit den reaktiven Gasen chemisch kompatibel ist. In manchen Ausführungsformen ist die Barriere entfernbar, was eine periodische Auswechslung ermöglicht. Die Barriere kann aus einem Material gemacht sein, das im Wesentlichen gegen reaktive Gase widerstandsfähig ist. Die Barriere kann z.B. ein Saphirmaterial sein oder enthalten, das am Ausgang der Plasmakammer angebracht ist. Die Barriere kann teilweise innerhalb der Plasmakammer angebracht sein.
In manchen Ausführungsformen kann die Barriere ein keramisches Material (z.B. Saphir, Quarz, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Yttriumoxid, Siliziumkarbid oder Bornitrid) sein oder umfassen. Die Barriere kann auch aus einem Material gemacht sein, das einen geringen Oberflächenrekombinationsfaktor oder -reaktionsfaktor mit den dissoziierten Flussabwärtsgasen hat, so dass die Transporteffizienz der dissoziierten Gase zum Substrat verbessert werden kann. Materialien mit geringen Rekombinationseigenschaften enthalten z.B. Quarz, Diamant, Diamantähnlichen Kohlenstoff, Kohlenwasserstoff und Fluorkohlenstoff. Die Barriere kann aus einem Metall gemacht sein, wie etwa Aluminium, Nickel oder rostfreiem Stahl. Die Art des Metalls kann auf der Grundlage der gewünschten mechanischen und thermischen Eigenschaften des Metalls ausgewählt werden.
Die Oberfläche der Barriere (z.B. Schild oder Mantel) kann mit einer Schicht aus chemisch-kompatiblen Materialien oder Materialen mit geringer Oberflächenrekombination/-reaktion beschichtet sein. Die Barriere kann auch mit einem Material gemacht werden, das mit dem dissoziierten Flussabwärtsgas reagiert. Z.B. kann in manchen Anwendungen eine Barriere, die langsam verbraucht wird, tatsächlich erwünscht sein, da dies die Entwicklung von Verunreinigung oder Partikeln verhindern kann. Die Barriere kann sich teilweise innerhalb der Plasmakammer befinden. Um nachteilige Wechselwirkung zwischen dem dissoziiertem Flussabwärtsgas und der Plasmakammer zu verringern, kann ein zusätzliches Reini gungsgas zwischen dem Ausgang der Plasmakammer und dem Flussabwärtsgas-Einblaseingang eingebracht werden.
Das Verfahren kann auch das Spezifizieren einer Eigenschaft (z.B. des Drucks, der Flussgeschwindigkeit und/oder der Entfernung vom Ausgang der Kammer, mit der eingeblasen wird) des Flussabwärtsgases umfassen, um die Dissoziation des Flussabwärtsgases zu optimieren. Das Verfahren kann auch das Spezifizieren einer Eigenschaft (z.B. des Drucks, der Flussgeschwindigkeit, des Gastyps, der Gaszusammensetzung und/oder der Leistung an das Plasma) des Plasmagases umfassen, um die Dissoziation des Flussabwärtsgases zu optimieren.
In einem anderen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Aktivieren und Dissoziieren von Gasen, das das Erzeugen eines aktivierten Gases mit einem Plasma in einer Kammer umfasst. Das Verfahren umfasst auch Einführen eines Flussabwärtsgases in das aktivierte Gas außerhalb der Kammer an einer Stelle, die ausreichend nahe am Ausgang der Kammer liegt, so dass das aktivierte Gas ein Energieniveau hat, das ausreicht, um die Anregung (z.B. Dissoziation) des Stromabwärtsgases zu ermöglichen. Die Stelle ist ausreichend weit vom Ausgang der Kammer entfernt, so dass das angeregte Flussabwärtsgas nicht wesentlich mit einer inneren Oberfläche der Kammer in Wechselwirkung tritt.
In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Ätzen eines Fotolacks. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines aktivierten Gases mit einem Plasma, das sich in einer Kammer befindet. Das Verfahren umfasst auch Kombinieren eines Flussabwärtsgases mit zumindest einen Teil des aktivierten Gases, so dass das aktivierte Gas ein Energieniveau umfasst, das ausreicht, um das Anregen (z.B. Dissoziieren) des Flussabwärtsgases zu ermöglichen, und so dass das angeregte Flussabwärtsgas nicht wesentlich mit einer inneren Oberfläche der Kammer in Wechselwirkung tritt. Das Verfahren umfasst auch Ätzen eines Substrats mit dem dissoziierten Flussabwärtsgas. Das Verfahren kann auch Reinigen einer Oberfläche mit dem dissoziierten Flussabwärtsgas umfassen. Das Ver fahren kann auch verwendet werden, um Materialien auf ein Substrat abzuscheiden. Das Verfahren kann auch verwendet werden um Pulver herzustellen.
In einem anderen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Aktivieren und Dissoziieren von Gasen. Das Verfahren umfasst Erzeugen eines aktivierten Gases mit einem Plasma in einer Kammer. Das Verfahren umfasst auch Einbringen eines Stromabwärtsgases, um mit dem aktivierten Gas außerhalb eines Gebiets in Wechselwirkung zu treten, das durch das Plasma definiert wird, damit das aktivierte Gas Anregung (z.B. Dissoziation) des Flussabwärtsgases ermöglichen kann, wobei das angeregte Gas mit einer inneren Oberfläche der Kammer nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt.
Die Erfindung weist in einer Ausführungsform ein System zum Aktivieren und Dissoziieren von Gasen auf. Das System enthält eine Plasmaquelle zum Erzeugen eines Plasmas in einer Kammer, wobei das Plasma ein aktiviertes Gas erzeugt. Das System enthält auch Mittel zum Kombinieren mindestens eines Teils des aktivierten Gases mit einem Flussabwärtsgas, damit das aktivierte Gas Anregung (z.B. Dissoziation) des Flussabwärtsgases ermöglichen kann, wobei das angeregte Flussabwärtsgas mit einer inneren Oberfläche der Kammer nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt. In manchen Ausführungsformen ermöglichen Wechselwirkungen zwischen dem aktivierten Gas und dem Flussabwärtsgas Ionisierung des Flussabwärtsgases. Der Energieübergang von z.B. dem aktivierten Gas an das Flussabwärtsgas erhöht die chemische Reaktivität des Flussabwärtsgases.
Die Erfindung bezieht sich in einem weiteren Aspekt auf eine Vorrichtung und einem Verfahren zum Dissoziieren halogenhaltiger Gase (z.B. NF₃, CHF₃ und CF₄) mit einem plasmaaktivierten Gas an einer Stelle unterhalb der Plasmakammer ohne wesentliche Wechselwirkung (z.B. Erosion) der Halogengase mit den Wänden der Plasmakammer.
Die Erfindung weist in einer weiteren Ausführungsform ein System zum Aktivieren und Dissoziieren von Gasen auf. Das System enthält eine entfernte Plasmaquelle zum Generieren einer Plasmaregion in einer Kammer, wobei das Plasma ein aktiviertes Gas erzeugt. Das System enthält auch eine Einbringungsquelle zum Einbringen eines Flussabwärtsgases, um mit dem aktivierten Gas außerhalb der Plasmaregion in Wechselwirkung zu treten, wobei das aktivierte Gas Anregung (z.B. Dissoziation) des Flussabwärtsgases ermöglicht, und worin das angeregte Flussabwärtsgas dissoziiertes Flussabwärtsgas ist und nicht wesentlich mit einer inneren Oberfläche der Kammer in Wechselwirkung tritt.
Das System kann eine Barriere enthalten, die sich an einem Ausgang der Kammer befindet, um Erosion der Kammer zu verringern. Die Barriere kann sich z.B. teilweise innerhalb der Kammer befinden. Die Barriere kann sich z.B. teilweise innerhalb eines Ausgangdurchlasses der Kammer befinden. Das System kann eine Barriere beinhalten, die sich innerhalb eines Ausgangsdurchlasses der Kammer befindet. Das System kann einen Mischer enthalten, um Flussabwärtsgas und aktiviertes Gas zu mischen. Der Mischer kann einen statischen Flussmischer, einen spiralförmigen Mischer, Flügel oder einen Mischer mit übereinander angeordneten Zylindern umfassen. Das System kann einen Reinigungsgaseingang umfassen. Der Reinigungsgaseingang kann sich zwischen einem Ausgang der Kammer und einem Eingang der Einblasquelle befinden.
Die Kammer kann ein Quarzmaterial enthalten. In manchen Ausführungsformen ist die Kammer ein einziges Teil aus geschmolzenem Quarz. In manchen Ausführungsformen ist die Kammer ringförmig gebildet. In manchen Ausführungsformen ist die Plasmaquelle eine ringförmige Plasmaquelle.
Die Erfindung bezieht sich in einem anderen Aspekt auf ein Verfahren zum Abscheiden eines Materials auf einem Substrat. Das Verfahren umfasst Erzeugen eines aktivierten Gases mit einem Plasma in einer Kammer. Das Verfahren umfasst auch Positionieren eines Flussabwärtsgaseingangs relativ zu einem Ausgang der Plasmakammer, so dass das aktivierte Gas Dissoziation eines Flussabwärtsgases ermöglichen kann, das durch den Flussabwärtsgaseingang eingebracht wird, wobei das Flussabwärtsgas ein Material enthält, das abzuscheiden ist, und wobei das dissoziierte Flussabwärtsgas nicht wesentlich mit einer inneren Oberfläche der Plasmakammer in Wechselwirkung tritt.
In manchen Ausführungsformen wird das Plasma von einer entfernten Plasmaquelle erzeugt. Die entfernte Plasmaquelle kann z.B. ein Hochfrequenzplasmagenerator, ein Mikrowellenplasmagenerator oder ein Gleichstromplasmagenerator sein. Das Flussabwärtsgas kann in die Kammer an verschiedenen Stellen eingebracht werden. In manchen Ausführungsformen kann das Flussabwärtsgas an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingebracht werden, die die Wechselwirkung zwischen dem dissoziiertem Flussabwärtsgas und der inneren Oberfläche der Kammer minimiert. Das Flussabwärtsgas kann an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingebracht werden, die den Grad, zu dem das Flussabwärtsgas dissoziiert wird maximiert. Das Flussabwärtsgas kann an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingebracht werden, die den Grad, zu dem das dissoziierte Flussabwärtsgas mit der inneren Oberfläche der Kammer in Wechselwirkung tritt mit dem Grad, zu dem das Flussabwärtsgas dissoziiert wird abwägt. Das abzuscheidende Material kann Si, Ge, Ga, In, As, Sb, Ta, W, Mo, Ti, Hf, Zr, Cu, Sr und/oder Al enthalten.
Die Erfindung weist in einem weiteren Aspekt ein System zum Abscheiden eines Materials auf ein Substrat auf. Das System enthält eine entfernte Plasmaquelle zum Erzeugen einer Plasmaregion in einer Kammer, wobei das Plasma ein aktiviertes Gas erzeugt. Das System umfasst auch eine Einblasquelle zum Einbringen eines Stromabwärtsgases, das ein Abscheidungsmaterial enthält, um mit dem aktivierten Gas außerhalb der Plasmaregion in Wechselwirkung zu treten, wobei das aktivierte Gas Anregung (z.B. Dissoziation) des Flussabwärtsgases ermöglicht, und wobei das angeregte Flussabwärtsgas nicht wesentlich mit einer inneren Oberfläche der Kammer in Wechselwirkung tritt.
Das abzuscheidende Material kann Si, Ge, Ga, In, As, Sb, Ta, W, Mo, Ti, Hf, Zr, Cu, Sr und/oder Al sein. Das System kam einen Mischer umfassen, um Flussabwärtsgas und aktiviertes Gas zu mischen. Der Mischer kann einen statischen Flussmischer, einen spiralförmigen Mischer, Flügel oder einen Mischer mit aufeinandergeschichteten Zylindern umfassen. Das System kann einen Reinigungsgaseingang umfassen. Der Reinigungsgaseingang kann sich zwischen einem Ausgang der Kammer und einem Eingang der Einblasquelle befinden.
Die obigen und weitere Gegenstände, Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden offensichtlicher werden aus der folgenden Beschreibung und aus den Ansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung, sowie die Erfindung selber, werden vollständiger verstanden werden aus der folgenden illustrativen Beschreibung, wenn sie zusammen mit den angehängten Zeichnungen gelesen wird, die nicht notwendigerweise Maßstabsgetreu sind.
1 ist eine schematische Teilansicht einer Plasmaquelle zum Herstellen dissoziierter Gase, die die Erfindung ausführt.
2A ist eine Querschnittsansicht einer Gaseinblasquelle gemäß einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung.
2B ist eine Endansicht der Gaseinblasquelle von 2A.
3A ist eine Querschnittsansicht der Gaseinblasquelle gemäß einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung.
3B ist eine Endansicht der Gaseinblasquelle von 3A.
4 ist eine graphische Darstellung von prozentualer Dissoziation von NF₃ in Abhängigkeit von der Entfernung vom Ausgang einer Quarzplasmakammer, bei der NF₃ in die Plasmaquelle eingeblasen wird, unter Verwendung eines Gasdissoziationssystems gemäß der Erfindung.
5 ist eine graphische Darstellung prozentualer Dissoziation von CF₄ in Abhängigkeit von der Entfernung vom Ausgang einer Quarzplasmakammer, bei der CF₄ in die Plasmaquelle eingeblasen wird, unter Verwendung eines Gasdissoziationssystems gemäß der Erfindung.
6 ist eine graphische Darstellung prozentualer Dissoziation von NF₃ in Abhängigkeit der Plasmagasflussgeschwindigkeit, unter Verwendung eines Gasdissoziationssystems gemäß der Erfindung.
7 ist eine graphische Darstellung prozentualer Dissoziation von NF₃ in Abhängigkeit vom Plasmagasdruck, unter Verwendung eines Gasdissoziationssystems gemäß der Erfindung.
8 ist eine graphische Darstellung prozentualer Dissoziation von NF₃ in Abhängigkeit einer Flussabwärts-NF₃-flussgeschwindigkeit, unter Verwendung eines Gasdissoziationssystems gemäß der Erfindung.
9 ist eine graphische Darstellung prozentualer Dissoziation von CF₄ in Abhängigkeit der Plasmagasflussgeschwindigkeit, unter Verwendung eines Gasdissoziationssystems gemäß der Erfindung.
10 ist eine graphische Darstellung prozentualer Dissoziation von CF₄ in Abhängigkeit vom Plasmagasdruck, unter Verwendung eines Gasdissoziationssystems gemäß der Erfindung.
11A ist eine graphische Darstellung prozentualer Dissoziation von CHF₃ in Abhängigkeit von der Plasmagasflussgeschwindigkeit, unter Verwendung eines Gasdissoziationssystems gemäß der Erfindung.
11B ist eine graphische Darstellung prozentualer Dissoziation von CHF₃ in Abhängigkeit von der Flussabwärts-CHF₃-flussgeschwindigkeit, unter Verwendung eines Gasdissoziationssystems gemäß der Erfindung.
12 ist eine schematische Teilansicht einer Plasmaquelle zum Herstellen dissoziierter Gase, die die Erfindung ausführt.
13 ist eine graphische Darstellung prozentualer Dissoziation von NF₃ in Abhängigkeit von der Entfernung vom Ausgang einer Quarzplasmakammer, bei der NF₃ in die Plasmaquelle eingeblasen wird, unter Verwendung eines Gasdissoziationssystems gemäß der Erfindung.
14 ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer Gaseinblasquelle gemäß einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung illustrativer Ausführungsformen
1 ist eine schematische Teildarstellung eines Gasdissoziationssystems 100 zum Erzeugen dissoziierter Gase, das die Erfindung ausführt. Plasmen werden oft verwendet, um Gase zu aktivieren, indem sie sie in einem angeregten Zustand versetzten, sodass die Gase eine erhöhte Reaktivität haben. Anregung eines Gases bringt das Erhöhen des Energiestatus des Gases mit sich. In manchen Fällen werden Gase angeregt, um dissoziierte Gase zu erzeugen, die Ionen, freie Radikale, Atome und Moleküle enthalten. Das System 100 umfasst eine Plasmagasquelle 112, die über eine Gasleitung 116 mit einer Plasmakammer 108 verbunden ist. Ein Ventil 120 steuert den Plasmagasfluss (z.B. O₂, N₂, Ar, NF₃, H₂ und He) von der Plasmagasquelle 112 durch die Gasleitung 116 und in die Plasmakammer 108. Das Ventil 120 kann z.B. ein Magnetventil, ein proportionales Magnetventil oder eine Mengendurchflusssteuerung sein. Ein Plasmagenerator 184 erzeugt eine Plasmaregion 132 innerhalb der Plasmakammer 108. Das Plasma 132 umfasst plasmaaktiviertes Gas 134, von dem ein Teil in die Kammer 108 hinaus fließt. Das plasmaaktivierte Gas 134 wird als ein Ergebnis des Erhitzens des Plasmas 132 und Aktivierens des Plasmagases hergestellt. In dieser Ausführungsform befindet sich der Plasmagenerator 184 teilweise um die Plasmakammer 108 herum. Das System 100 umfasst auch eine Stromversorgung 124, die über die Verbindung 128 dem Plasmagenerator 184 Strom liefert, um das Plasma 132 (das das aktivierte Gas 134 umfasst) in der Plasmakammer 108 zu erzeugen. Die Plasmakammer 108 kann z.B. aus einem metallischen Material wie etwa Aluminium oder einem feuerfestem Metall gebildet sein, oder sie kann aus einem dielektrischen Material wie etwa Quarz oder Saphir gebildet sein. In manchen Ausführungsformen wird ein anderes Gas als das Plasmagas verwendet, um das aktivierte Gas zu erzeugen. In manchen Ausführungsformen wird das Plasmagas verwendet, um sowohl das Plasma zu erzeugen, als auch das aktivierte Gas zu erzeugen.
Die Plasmakammer 108 hat einen Ausgang 172, der über einen Durchgang 168 mit einem Eingang 176 einer Reaktionskammer 156 verbunden ist. Zumindest ein Teil des aktivierten Gases 134 fließt aus dem Ausgang 172 der Plasmakammer 108 und durch den Durchgang 168. Die Energiemenge, die in dem aktivierten Gas 134 befördert wird, nimmt mit der Entfernung entlang der Länge des Durchgangs 168 ab. Eine Einblasquelle 104 (z.B. eine Gaseinblasquelle) befindet sich bei einem Abstand 148 entlang der Länge des Durchgangs 168. Die Einblasquelle 104 kann auch innerhalb des unteren Teils der Plasmakammer 108 liegen. Die Gasein blasquelle 104 hat mindestens einen Gaseinlass 180, der Gas (z.B. ein Flussabwärtsgas, das durch das aktivierte Gas 134 zu dissoziieren ist) in eine Region 164 des Durchgangs 168 einbringt. Eine Flussabwärtsgasquelle 136 bringt das Flussabwärtsgas (z.B. NF₃, CF₄, CHF₃, C₂F₆, C₂HF₅, C₃F₈, C₄F₈, XeF₂, Cl₂, ClF₃, H₂ oder NH₃) durch eine Gasleitung 140 und durch den Gaseinlass 180 in die Region 164 des Durchgangs 168 ein. Ein Ventil 144 steuert den Fluss des Flussabwärtsgases durch die Gasleitung 140. Das Flussabwärtsgas kann Abscheidungszwischenstoffe umfassen, die z.B. Si, Ge, Ga, In, As, Sb, Al, Cu, Ta, Ti, Mo, W, Hf, Sr oder Zr enthalten. Das Ventil 144 kann z.B. ein Magnetventil, ein proportionales Magnetventil oder eine Mengendurchflusssteuerung sein.
Flussabwärtsgas, das in den Bereich 164 des Durchgangs 168 bei der Entfernung 148 eingebracht wird, tritt zumindest mit einem Teil des aktivierten Gases 134 in Wechselwirkung, wodurch ein Fluss an dissoziiertem Flussabwärtsgas 152 erzeugt wird. Der Ausdruck „Flussabwärtsgas", der hier verwendet wird, bezieht sich auf Gas, das in dem Durchgang 168 durch den Gaseinlass 180 eingebracht wird. Der Ausdruck „dissoziiertes Flussabwärtsgas", der hier verwendet wird, bezieht sich auf das Gas, das als ein Ergebnis der Wechselwirkung des aktivierten Gases 134 mit dem Flussabwärtsgas erzeugt wird. Das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 kann z.B. eine Mischung aus aktiviertem Gas 134, Flussabwärtsgas und Flussabwärtsgas, das durch das aktivierte Gas 134 angeregt (z.B. dissoziiert) wurde, enthalten. In manchen Ausführungsformen enthält das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 im wesentlichen Gas, das durch das aktivierte Gas 134 dissoziiert wurde. In anderen Ausführungsformen enthält das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 z.B. im Wesentlichen aktiviertes Gas 134.
Das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 fließt durch den Durchgang 168 und in den Eingang 176 der Reaktionskammer 156. Ein Probenhalter 160, der in der Reaktionskammer 156 positioniert ist, hält ein Material, das durch das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 bearbeitet wird. Ein optionaler Gasverteiler oder Brausekopf (nicht gezeigt) kann am Eingang 176 der Kammer 156 angebracht werden, um das dissoziierte Gas gleichmäßig auf die Oberfläche z.B. eines Substrats zu verteilen, das sich am Halter 160 befindet. In einer Ausführungsform ermöglicht das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 Ätzen eines Halbleiterwavers oder eines Substrats, das am Probenhalter 160 in der Reaktionskammer 156 angebracht ist. In einer anderen Ausführungsform ermöglicht das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 Abscheidung eines dünnen Films auf ein Substrat, das sich auf einem Probenhalter 160 in der Reaktionskammer 156 befindet. Das aktivierte Gas 134 hat genügend Energie, um mit dem Flussabwärtsgas in Wechselwirkung zu treten, um das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 zu erzeugen.
In manchen Ausführungsformen wird ein Prozentsatz des Flussabwärtsgases, das in die Region 164 des Durchgangs 168 eingebracht wird, durch das aktivierte Gas 134 dissoziiert. Der Grad (z.B. Prozentsatz), zu dem das Flussabwärtsgas dissoziiert wird hängt z.B. vom Energieniveau sowie von der Energiemenge ab, die im aktivierten Gas 134 transportiert wird. Das aktivierte Gas 134 kann ein Energieniveau haben, das größer als das Bindungsenergieniveau des Flussabwärtsgases ist, um die Bindung zwischen Atomen des Flussabwärtsgases zu brechen, um Dissoziation zu erreichen. In manchen Ausführungsformen kann das aktivierte Gas 134 auch ausreichend Energie führen, um das Flussabwärtsgas durch mehrfache Kollisionsprozesse thermisch anzuregen und zu dissoziieren. Z.B. hat CF₄ ein Bindungsenergieniveau von etwa 5,7 eV und NF₃ hat ein Bindungsenergieniveau von etwa 3,6 eV. Dementsprechend sind unter ähnlichen Betriebsbedingungen des Dissoziationssystems 100 höhere Energien des aktivierten Gases 134 erforderlich, um CF₄ zu dissoziieren, als erforderlich sind, um NF₃ zu dissoziieren.
Weil die Menge an Energie, die im aktivierten Gas 134 enthalten ist, mit dem Abstand vom Ausgang 172 der Kammer 108 entlang des Durchgangs 168 abnimmt, muss in einer anderen Ausführungsform der Abstand 148 ausreichend klein sein, um den Gaseinlass 180 relativ zum Ausgang 172 der Plasmakammer 108 so zu positionieren, dass das aktivierte Gas 134 effektiv Anregung (z.B. Dissoziation) des Flussabwärtsgases ermöglichen kann, das in den Durchgang 168 von der Flussabwärtsgasquelle 104 eingebracht wird. Die Entfernung 148 muss auch ausreichend groß sein, um den Gaseinlass 180 relativ zum Ausgang 172 der Plasmakammer 108 so zu positionieren, dass das dissoziierte Stromabwärtsgas 152 nicht wesentlich mit einer inneren Oberfläche der Plasmaquelle 108 in Wechselwirkung tritt. In manchen Ausführungsformen kann sich die Einblasquelle 104 innerhalb des unteren Teils der Plasmaquelle 108 befinden, z.B. wenn die Plasmadichte im oberen Teil der Plasmakammer 108 konzentriert wird.
In einer Ausführungsform umfasst das System 100 eine Barriere (z.B. einen Schild oder einen Mantel, nicht gezeigt), die sich innerhalb der Durchgang 168 am Ausgang 172 der Kammer 108 befindet. Die Barriere schützt den Durchgang 168, indem sie das Ausgesetzt-sein des Durchgangs 168 den reaktiven Gasen im System 100 verringert. In manchen Ausführungsformen befindet sich der Schild oder der Mantel teilweise innerhalb der Kammer 108. Der Schild oder der Mantel können aus einem Material gemacht sein, das im Wesentlichen gegenüber den reaktiven Gasen widerstandsfähig ist (z.B. dem aktivierten Gas 134 und dem dissoziiertem Flussabwärtsgas 152). Weil der Schild oder der Mantel den reaktiven Gasen ausgesetzt ist, kann auf diese Weise der Schild oder der Mantel verwendet werden, um Erosion der Kammer 108 zu verringern.
In einer Ausführungsform ist der Mantel ein rohrförmiges Material, das sich innerhalb des Durchgangs 168 am Ausgang 172 der Kammer 108 befindet. Der Mantel kann aus einem Material gemacht sein, das chemisch mit den reaktiven Gasen kompatibel ist. Der Mantel kann vollständig oder teilweise aus Saphirmaterial gemacht sein. In manchen Ausführungsformen ist der Schild oder Mantel abnehmbar, was periodischen Austausch ermöglicht. Der Schild oder Mantel kann daher aus demselben Material wie die Plasmakammer gemacht sein, für chemische Konsistenz.
In manchen Ausführungsformen verringert der Schild oder Mantel thermische Belastungen auf den Komponenten in der Kammer 108. Der Schild oder Mantel kann aus einem Material gemacht sein, das den Verlust an reaktiven Sorten im aktivierten Gas 134 und dem dissoziierten Stromabwärtsgas 152 verringert, wobei die Ausgabe reaktiver Sorten maximiert wird. Materialien mit geringen Rekombinationseigenschaften umfassen z.B. Quarz, Diamant, Diamant-ähnlichen Kohlenstoff Saphir, Kohlenwasserstoff und Fluorkohlenstoff. Der Schild oder Mantel kann auch aus einem Metall (z.B. Aluminium, Nickel oder rostfreiem Stahl) gemacht werden, für bessere mechanische und thermische Eigenschaften. Die Oberfläche eines Metallschilds oder Mantels kann mit einer Schicht eines chemisch kompatiblen Materials oder einem Material mit geringer Oberflächenrekombination/-reaktion beschichtet sein, um die Gesamtleistung zu verbessern.
In einer Ausführungsform umfasst das System 100 einen zusätzlichen Reinigungsgaseingang (nicht gezeigt) zwischen dem Ausgang 172 der Plasmakammer 108 und dem Gaseinlass 180. Reinigungsgas kann durch den Gaseinlass 180 geströmt werden, um zu verhindern (oder zu minimieren) dass das Flussabwärtsgas in die Plasmakammer 108 zurückfließt. Der Rückfluss kann auftreten, wenn die Flussgeschwindigkeit des Plasmagases klein ist. Das Reinigungsgas kann ein Edelgas (z.B. Ar oder He) oder Prozessgas (z.B. O₂ oder H₂) sein.
In einer Ausführungsform umfasst das System 100 einen Sensor (nicht gezeigt) zum Messen der prozentualen Dissoziation des Flussabwärtsgases im Durchgang 168. In bestimmten Ausführungsformen wird derselbe Sensor verwendet, um den Grad zu bestimmen, zu dem das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 mit der inneren Oberfläche der Plasmakammer 108 schädlich in Wechselwirkung tritt. Ein beispielhafter Sensor zum Messen sowohl der prozentualen Dissoziation als auch des Grads, zu dem das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 mit der inneren Oberfläche der Kammer 108 reagiert, ist ein Nicolet-510P Metrology Tool, das von Thermo Electron Corporation aus Madison, Wisconsin verkauft wird. Der Sensor misst z.B. das Vorhandensein von SiF₄. SiF₄ ist ein Nebenprodukt von Fluor (ein dissoziiertes Stromabwärtsgas), das mit einer Quarzplasmakammer reagiert. Der Sensor ist nicht notwendig, aber er kann im System 100 verwendet werden. Dement sprechend sind Sensormessungen, die z.B. das Vorhandensein hoher Niveaus an SiF₄ anzeigen ein Hinweis darauf, dass das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 schädlich mit der inneren Oberfläche der Quarzplasmakammer 108 in Wechselwirkung tritt. Prozentuale Dissoziation des Flussabwärtsgases hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Ein Faktor ist die Entfernung 148, bei der das Flussabwärtsgas in die Region 164 des Durchgangs 168 eingebracht wird. Ein anderer Faktor ist die Menge an Energie im aktivierten Gas 134 bei der Entfernung 148, bei der das Flussabwärtsgas in die Region 164 des Durchgangs 168 eingebracht wird.
In einer Ausführungsform wird das Flussabwärtsgas bei einer Entfernung 148 relativ zum Ausgang 172 der Plasmakammer 108 eingebracht, die die Wechselwirkung zwischen dem dissoziiertem Gas 152 und der inneren Oberfläche der Plasmakammer 108 minimiert. In einer anderen Ausführungsform wird das Flussabwärtsgas bei einer Entfernung 148 relativ zum Ausgang 172 der Plasmakammer 108 eingebracht, die den Grad, zu dem das Flussabwärtsgas dissoziiert wird maximiert. In einer weiteren Ausführungsform wird das Flussabwärtsgas bei einer Entfernung 148 relativ zum Ausgang 172 der Plasmakammer 108 eingebracht, die den Grad, zu dem das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 mit der inneren Oberfläche der Plasmakammer 108 in Wechselwirkung tritt, mit dem Grad, zu dem das Flussabwärtsgas dissoziiert wird, abwägt.
Die Plasmaquelle 184 kann z.B. ein Gleichstromplasmagenerator, ein Hochfrequenz(HF)plasmagenerator oder ein Mikrowellenplasmagenerator sein. Die Plasmaquelle 184 kann eine entfernte Plasmaquelle sein. Die Plasmaquelle 184 kann z.B. eine ASTRON^® oder eine R*evolution^® entfernte Plasmaquelle sein, die von MKS Instruments, Inc. aus Wilmington, MA hergestellt wird. Gleichstromplasmageneratoren erzeugen Gleichstromentladungen durch Anlegen eines Potenzials zwischen zwei Elektroden in einem Plasmagas (z.B. O₂). HF-Plasmageneratoren stellen HF-Entladungen her, entweder durch elektrostatisches oder induktives Koppeln von Energie von einer Stromversorgung in ein Plasma.
Mikrowellenplasmageneratoren stellen Mikrowellenentladungen her, durch direktes Koppeln von Mikrowellenenergie durch ein mikrowellendurchlässiges Fenster in eine Plasmakammer, die ein Plasmagas enthält.
In einer Ausführungsform ist die Plasmaquelle eine ringförmige Plasmaquelle und die Kammer 108 ist eine Quarzkammer. Die Quarzkammer kann z.B. ein einziges Teil aus geschmolzenem Quarz sein. In anderen Ausführungsformen können alternative Typen von Plasmaquellen und Kammermaterialien verwendet werden. Z.B. können Saphir, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Yttriumoxid, Bornitrid oder Metall wie Aluminium, Nickel oder rostfreier Stahl verwendet werden, oder ein beschichtetes Metall wie etwa anodisiertes Aluminium.
Die Energieversorgung 124 kann z.B. eine HF-Energieversorgung oder eine Mikrowellenenergieversorgung sein. In manchen Ausführungsformen umfasst die Plasmakammer 108 Mittel zum Erzeugen freier Ladungen, die ein anfängliches Ionisierungsereignis liefern, das das Plasma 132 in der Plasmakammer 108 zündet. Das anfängliche Ionisierungsereignis kann ein kurzer Hochspannungsimpuls sein, der an die Plasmakammer 108 angelegt wird. Der Impuls kann eine Spannung von ungefähr 500 bis 10,000 V haben und kann ungefähr 0,1 Mikrosekunden bis 100 Millisekunden lang sein. Ein Edelgas, wie etwa Argon, kann in die Plasmakammer 108 eingeführt werden, um die Spannung zu verringern, die benötigt wird, um das Plasma 132 zu zünden. Ultraviolette Strahlung kann auch verwendet werden, um die freien Ladungen in der Plasmakammer 108 zu erzeugen, die das anfängliche Ionisierungsereignis liefern, das das Plasma 132 in der Plasmakammer 108 zündet.
Ein Steuersystem (nicht dargestellt) kann verwendet werden, um z.B. den Betrieb des Ventils 116 (z.B. eine Mengendurchflusssteuerung) zu steuern, um den Fluss des Plasmagases von der Plasmagasquelle 112 in die Plasmakammer 108 zu regeln. Das Steuersystem kann auch verwendet werden, um den Betrieb des Ventils 144 (z.B. eine Mengendurchflusssteuerung) zu steuern, um den Fluss des Fluss abwärtsgases von der Flussabwärtsgasquelle 136 in die Region 164 zu regulieren. Das Steuersystem kann auch verwendet werden, um die Betriebsparameter (z.B. an das Plasma 132 und nachfolgend das aktivierte Gas 134 angelegte Leistung, oder Gasflussgeschwindigkeit oder Druck) des Plasmagenerators 184 zu modifizieren.
In manchen Ausführungsformen wird das System 100 für Abscheiden von Material auf einem Halbleiterwaver in Erwägung gezogen, der sich auf einem Probenhalter 160 in der Reaktionskammer 156 befindet. Zum Beispiel kann das Flussabwärtsgas ein Abscheidungsmaterial (z.B. SiH₄, TEOS oder WF₆) enthalten. Das Flussabwärtsgas kann auch andere Abscheidungszwischenstoffe wie z.B. Si, Ge, Ga, In, Sn, As, Sb, Al, Cu, Ta, Ti, Mo, W, Hf, Sr und Zr enthalten. Das aktivierte Gas 134 tritt mit dem Abscheidungsmaterial im Flussabwärtsgas in Wechselwirkung, um eine Abscheidungssorte zu schaffen, die auf dem Waver abgeschieden werden kann, der sich auf dem Probenhalter 160 befindet. Das Ausgesetztsein eines Abscheidungszwischenstoffes, einem Plasma, kann verursachen, dass sich Zwischenstoffmoleküle in der Gasoberfläche zersetzen. Dementsprechend kann Anregung der Zwischenstoffe durch aktivierte Gase in Anwendungen vorteilhaft sein, in denen Zersetzung von Zwischenstoffen auf einer Ablagerungsoberfläche bevorzugt ist. In manchen Ausführungsformen umfasst das Flussabwärtsgas ein oder mehr Gase, die metallische oder Halbleitermaterialien umfassen, oder Oxide oder Nitride, die metallische oder Halbleitermaterialien umfassen.
Das System 100 kann verwendet werden, um optische Beschichtungen auf einem Substrat abzuscheiden, wie etwa ein Spiegel, ein Filter oder eine Linse. Das System 100 kann verwendet werden, um die Oberflächeneigenschaften eines Substrats zu modifizieren. Das System 100 kann verwendet werden, um eine Oberfläche biokompatibel zu machen, oder um ihre Wasserabsorptionseigenschaften zu ändern. Das System 100 kann verwendet werden, um mikroskopische oder Nanobereich-Partikel oder -pulver herzustellen.
Die 2A und 2B illustrieren eine Ausführungsform einer Einblasquelle 104, die die Prinzipien der Erfindung mit aufnimmt. In dieser Ausführungsform hat die Einblasquelle 104 einen scheibenförmigen Rumpf 200, der einen zentralen Bereich 164 definiert. Der Bereich 164 erstreckt sich von einem ersten Ende 208 des Rumpfs 200 zu einem zweiten Ende 212 des Rumpfs 200. Die Quelle 104 hat sechs Einlässe 180a, 180b, 180c, 180d, 180e und 180f (allgemein 180), die sich durch den Rumpf 200 der Quelle 104 erstrecken. Die Einlässe 180 erstrecken sich jeweils radial von Öffnungen in einer äußeren Oberfläche 204 des Rumpfs 200 zu Öffnungen entlang einer inneren Oberfläche 214 des Bereichs 164 des Rumpfs 200.
In einer Ausführungsform sind die Einlässe 180 mit einer Flussabwärtsgasquelle verbunden, z.B. der Flussabwärtsgasquelle 136 von 1. Die Flussabwärtsgasquelle 136 liefert einen Fluss von Flussabwärtsgas über die Einlässe 180 zum Bereich 164. Ein aktiviertes Gas 134 strömt in die Quelle 104 am ersten Ende 204 der Quelle 104. Mindestens ein Teil des aktivierten Gases 134 tritt mit mindestens einem Teil des Flussabwärtsgases in Wechselwirkung, um ein dissoziiertes Flussabwärtsgas 152 herzustellen. Das dissoziierte Flussabwärtsgas 152 strömt aus dem zweiten Ende 212 des Körpers 200 der Quelle 104 und z.B. entlang des Durchgangs 168 des Dissoziationssystems 100. Alternative Zahlen, Geometrien und Winkelorientierungen der Einlässe 180 werden in Betracht gezogen. Zum Beispiel können die Einlässe 180 bei einem Winkel relativ zur Mitte des Bereichs 164 des Körpers 200 der Quelle 104 orientiert sein, wenn sie von der Endansichtsausrichtung von 2B betrachtet werden.
In einer anderen Ausführungsform, dargestellt in den 3A und 3B, hat die Einblasquelle 104 einen scheibenförmigen Körper 200, der einen Bereich 164 definiert. Der Körper 200 hat ein erstes Ende 208 und ein zweites Ende 212. Die Quelle 104 hat sechs Einlässe 180a, 180b, 180c, 180d, 180e und 180f (allgemein 180), die sich durch den Körper 200 der Quelle 104 erstrecken. Alternative Anzahlen von Einlässen können in anderen Ausführungsformen verwendet werden.
Die Einlässe 180 erstrecken sich jeweils zu einem Winkel 304 von Öffnungen in einer äußeren Oberfläche 204 des Körpers 200 nach Öffnungen entlang einer inneren Oberfläche 214 des Gebiets 164 des Körpers 200. In einer Ausführungsform sind die Einlässe 180 mit einer Flussabwärtsgasquelle verbunden, z.B. mit der Flussabwärtsgasquelle 136 der 1. Die Flussabwärtsgasquelle 136 liefert einen Strom von Flussabwärtsgas über die Einlässe 180 zum Bereich 164. Das Flussabwärtsgas ist zumindest teilweise durch ein aktiviertes Gas 134 dissoziiert, das in den Bereich 164 über das erste Ende 208 des Körpers 200 strömt. Dissoziiertes Flussabwärtsgas 152 verlässt den Bereich 164 am zweiten Ende 212 des Körpers 200.
Zur Erläuterung wurde ein Experiment durchgeführt, um NF₃ zu dissoziieren. Die Einblasquelle 104 der 2A und 2B wurde verwendet, um NF₃ in den Bereich 164 des Körpers 200 der Einblasquelle 104 einzubringen. Ein innerer Durchmesser von etwa 0,5 mm wurde für jeden der Einlässe 180 ausgewählt. 4 zeigt ein Diagramm 400 der NF₃-Dissoziationsergebnisse, die mit einem Gasdissoziationssystem erhalten wurden, wie etwa dem Gasdissoziationssystem 100 der 1. Die Y-Achse 412 des Diagramms 400 ist eine prozentuale Dissoziation von NF₃. Die X-Achse 416 des Diagramms 400 ist die Entfernung 148, bei der das NF₃ (Flussabwärtsgas) in den Bereich 164 relativ zum Ausgang 172 der Quarzplasmakammer 108 eingeblasen wird.
4 zeigt, dass bei festen Flussgeschwindigkeiten von Plasmagas (O₂/N₂) und Flussabwärtsgas (NF₃) die prozentuale Dissoziation von NF₃ mit Gasdruck zunimmt und mit der Entfernung vom Ausgang der Plasmakammer abnimmt. Wenn die Entfernung 148 zunimmt, nimmt die prozentuale Dissoziation von NF₃ für ein spezifiziertes Plasmagasdruckniveau ab (2 Torr; 3 Torr; 4 Torr; 5 Torr (Kurve 408); 6 Torr (Kurve 404); 7 Torr). Zur Erläuterung zeigt die Kurve 404, dass für O₂/N₂ Plasmagasflussgeschwindigkeit von 4/0,4 slm in die Plasmakammer 108 bei einem Plasmagasdruck von 6 Torr die prozentuale Dissoziation von NF₃ von etwa 92% Dissoziation von NF₃ bei einer Entfernung 148 gleich oder ungefähr 1,0 cm bis ungefähr 8% Dissoziation von NF₃ bei einer Entfernung 148 gleich oder ungefähr 12,2 cm abnimmt. Die Kurve 408 zeigt, dass für eine O₂/N₂ Plasmagasflussgeschwindigkeit von 4/0,4 slm in die Plasmakammer 108 bei einem Plasmagasdruck von 5 Torr die prozentuale Dissoziation von NF₃ von etwa 77% Dissoziation von NF₃ bei einer Entfernung 148 gleich oder ungefähr 1,0 cm bis etwa 3% Dissoziation von NF₃ bei einer Entfernung 148 gleich oder ungefähr 12,2 cm abnimmt.
In dem Experiment wurden minimale nachteilige Effekte des dissoziierten Flussabwärtsgases 152 auf die Quarzkammer 108 unter Verwendung des Nicolet-510P-Sensors gemessen, der hier oben beschrieben wurde. Der Nicolet-510P-Sensor hat eine Detektionsempfindlichkeit von 1 sccm von SiF₄. In dem Experiment wurde kein SiF₄ gemessen unter Verwendung des Nicolet-Sensors für die verschiedenen Plasmagasdrücke und -abstände 148, bei denen das NF₃ (Flussabwärtsgas) in den Bereich 164 relativ zum Ausgang 172 der Quarzplasmakammer 108 geblasen wird.
Zur Erläuterung wurde ein Experiment durchgeführt, um CF₄ zu dissoziieren. Die Einblasquelle 104 der 3A und 3B wurde verwendet, um CF₄ in den Bereich 164 des Körpers 200 der Einblasquelle 104 einzubringen. Ein innerer Durchmesser von etwa 0,5 mm wurde für jeden der Einlässe 180 ausgewählt. Ein Winkel von 30° wurde für den Winkel 304 eines jeden Einlasses 180 ausgewählt. 5 zeigt ein Diagramm 500 der CF₄-Dissoziationsergebnisse, die mit einem Gasdissoziationssystem erhalten wurden, wie etwa das Gasdissoziationssystem 100 der 1. Die Y-Achse 512 des Diagramms 500 ist die prozentuale Dissoziation von CF₄. Die X-Achse 516 des Diagramms 500 ist die Entfernung 148, bei der das CF₄ (Flussabwärtsgas) in den Bereich 164 des Durchgangs 168 relativ zum Ausgang 172 der Quarzplasmakammer 108 eingeblasen wird.
5 zeigt, dass, wenn die Entfernung 148 zunimmt, die prozentuale Dissoziation von CF₄ für verschiedene Plasmagastypen, Flussgeschwindigkeiten und Drü cke abnimmt (4 slm von O₂ gemischt mit 0,4 slm von N₂ bei 4 Torr; 4 slm von O₂ bei 4 Torr (Kurve 504); 3 slm von N₂ bei 2 Torr; und 6 slm von Ar bei 6 Torr (Kurve 508)). Zur Erläuterung, die Kurve 504 zeigt, dass für einen O₂ Plasmagasfluss von der Plasmagasquelle 112 bei einer Geschwindigkeit von 4 slm bei einem Druck von 4 Torr in der Plasmakammer 108 die prozentuale Dissoziation von 100 sccm von CF₄ von etwa 33% Dissoziation von CF₄ bei einem Abstand 148 gleich oder ungefähr 0,53 cm bis ungefähr 2% Dissoziation von CF₄ bei einem Abstand 148 gleich oder ungefähr 1,05 cm abnimmt. Die Kurve 508 zeigt, dass für eine Ar-Plasmagasflussgeschwindigkeit von 6 slm in die Plasmakammer 108 bei einem Druck von 6 Torr die prozentuale Dissoziation von CF₄ von ungefähr 24% Dissoziation von CF₄ bei einem Abstand 148 gleich oder ungefähr 0,53 cm auf ungefähr 1% Dissoziation von CF₄ bei einem Abstand 148 gleich oder ungefähr 1,05 cm abnimmt.
In dem Experiment wurden minimale nachteilige Effekte des dissoziierten Flussabwärtsgases 152 auf die Quarzkammer 108 unter Verwendung des Nicolet-510P-Sensors gemessen, der hier oben beschrieben wurde. In dem Experiment wurde kein SiF₄ gemessen, unter Verwendung des Nicolet-Sensors für verschiedene Plasmagastypen, Flussgeschwindigkeiten, Drücke und Abstände 148, mit denen das CF₄ (Flussabwärtsgas) in den Bereich 164 relativ zum Ausgang 172 einer Quarzplasmakammer 108 eingeblasen wird.
Ein anderes Experiment wurde durchgeführt, um NF₃ zu dissoziieren. Die Einblasquelle 104 der 2A und 2B wurde verwendet, um 100 sccm von NF₃ in den Bereich 164 des Rumpfs 200 der Einblasquelle 104 einzubringen. Ein innerer Durchmesser von ungefähr 0,5 mm wurde für jeden der Einlässe 180 ausgewählt. Das Flussabwärtsgas (NF₃) wird in den Bereich 164 des Durchgangs 168 bei ungefähr 1 cm (d.h. dem Abstand 148) relativ zum Ausgang 172 der Quarzplasmakammer 108 eingebracht. 6 zeigt ein Diagramm 600 der NF₃-Dissoziationsergebnisse, die mit einem Gasdissoziationssystem erhalten wurden, wie etwa dem Gasdissoziationssystem 100 aus 1. Die Y-Achse 612 des Dia gramms 600 ist eine prozentuale Dissoziation von NF₃. Die X-Achse 616 des Diagramms 600 ist die Gasflussgeschwindigkeit in Standard Litern pro Minute des Plasmagases (N₂ (Kurve 604); O₂/N₂ bei einer Gasflussgeschwindigkeit von 10/1 (Kurve 608); Ar (Kurve 610); H₂; und He), das in die Kammer 108 durch die Plasmagasquelle 112 eingebracht wird.
Zur Erläuterung, die Kurve 604 zeigt, dass für ein N₂-Plasmagas die prozentuale Dissoziation von 100 sccm von NF₃ von etwa 16% Dissoziation von NF₃ bei einer N₂-Plasmagasflussgeschwindigkeit von etwa 1,0 slm auf ungefähr 82% Dissoziation von NF₃ bei einer N₂-Plasmagasflussgeschwindigkeit von ungefähr 2,3 slm abnimmt. Die Kurve 608 zeigt, dass für ein O₂/N₂-Plasmagas die prozentuale Dissoziation von 100 sccm von NF₃ von ungefähr 16% Dissoziation von NF₃ bei einer O₂/N₂-Gasflussgeschwindigkeit von 2/0,2 slm auf ungefähr 79% Dissoziation von NF₃ bei einer O₂/N₂-Gasflussgeschwindigkeit von ungefähr 5,5/0,55 slm zunimmt. Die Kurve 610 zeigt, dass für ein Ar-Plasmagas die prozentuale Dissoziation eines Flusses von 100 sccm von NF₃ von ungefähr 14% Dissoziation von NF₃ bei einer Ar-Plasmagasflussgeschwindigkeit von ungefähr 2,0 slm auf ungefähr 29% Dissoziation von NF₃ bei einer Ar-Plasmagasflussgeschwindigkeit von ungefähr 10 slm zunimmt.
In dem Experiment wurden minimale nachteilige Effekte des dissoziierten Flussabwärtsgases 152 auf die Quarzkammer 108 unter Verwendung des Nicolet-510P-Sensors gemessen, der hier oben beschrieben wurde. In dem Experiment wurde kein SiF₄ gemessen, unter Verwendung des Nicolet-Sensors für verschiedene Plasmagastypen und Flussgeschwindigkeiten.
Ein weiteres Experiment wurde durchgeführt, um NF₃ zu dissoziieren. Die Einblasquelle 104 der 2A und 2B wurde verwendet, um 100 sccm von NF₃ in den Bereich 164 des Körpers 200 der Einblasquelle 104 einzubringen. Ein innerer Durchmesser von ungefähr 0,5 mm wurde für jeden der Einlässe 180 ausgewählt. Das Flussabwärtsgas (NF₃) wird bei ungefähr 1,0 cm (d.h. dem Abstand 148) rela tiv zum Ausgang 172 der Plasmakammer 108 eingebracht. 7 zeigt ein Diagramm 700 von NF₃-Dissoziationsergebnissen, die mit einem Gasdissoziationssystem erhalten wurden, wie etwa dem Gasdissoziationssystem 100 aus 1. Die Y-Achse 712 des Diagramms 700 ist die prozentuale Dissoziation von NF₃. Die X-Achse 716 des Diagramms 700 ist der Gasdruck in Torr des Plasmagases, das in die Plasmakammer 108 eingebracht wird. Unter den Betriebsbedingungen des Experiments ist die prozentuale Dissoziation von NF₃ unter Verwendung eines Ar-Plasmagases (gezeigt als Kurve 710) relativ unempfindlich gegenüber Ar-Gasdruck.
Zur Erläuterung, die Kurve 704 zeigt, dass eine N₂-Plasmagasflussgeschwindigkeit von einem 1 slm die prozentuale Dissoziation von 100 sccm von NF₃ von ungefähr 15% Dissoziation von NF₃ bei einem Plasmagasdruck von 1 Torr auf etwa 42% Dissoziation von NF₃ bei einem Plasmagasdruck von 3 Torr zunimmt. Die Kurve 708 zeigt, dass für einen O₂/N₂-Plasmagasfluss von 4/0,4 slm die prozentuale Dissoziation von 100 sccm von NF₃ von ungefähr 10% Dissoziation von NF₃ bei einem Plasmagasdruck von 1 Torr auf ungefähr 90% Dissoziation von NF₃ bei einem Plasmagasdruck von 6 Torr zunimmt. Die Kurve 710 zeigt, dass für einen Ar-Plasmagasfluss von 6 slm die prozentuale Dissoziation von 100 sccm von NF₃ ungefähr 19% ist bei einem Plasmagasdruck von 2 Torr, 22% bei einem Plasmagasdruck von 6 Torr und ungefähr 21% bei einem Plasmagasdruck von 10 Torr.
In dem Experiment wurden minimale nachteilige Effekte des dissoziierten Flussabwärtsgases 152 auf die Quarzkammer 108 unter Verwendung des Nicolet-510P-Sensors gemessen, der hier oben beschrieben wurde. In dem Experiment wurde kein SiF₄ gemessen, unter Verwendung des Nicolet-Sensors für verschiedene Plasmagastypen, Flussgeschwindigkeiten und Drücke.
Ein weiteres Experiment wurde durchgeführt, um NF₃ zu dissoziieren. Die Einblasquelle 104 der 2A und 2B wurde verwendet, um NF₃ in den Bereich 164 des Körpers 200 der Einblasquelle 104 einzubringen. Ein innerer Durchmesser von ungefähr 0,5 mm wurde für jeden der Einlässe 180 ausgewählt. Das Flussabwärtsgas (NF₃) wird bei ungefähr 1 cm (d.h. dem Abstand 148) relativ zum Ausgang 172 der Plasmakammer 108 eingebracht. 8 zeigt das Diagramm 800 der NF₃-Dissoziationsergebnisse, die mit einem Gasdissoziationssystem erhalten wurden, wie etwa dem Gasdissoziationssystem 100 aus 1. Die Y-Achse 812 des Diagramms 800 ist die prozentuale Dissoziation von NF₃. Die X-Achse 816 des Diagramms 800 ist die Flussabwärts-NF₃-Flussgeschwindigkeit in sccm.
Die Kurve 804 von Diagramm 800 aus 8 zeigt, dass für ein O₂/N₂-Plasmagas bei einer Flussgeschwindigkeit von 4/0,4 slm und einem Druck von 5 Torr die prozentuale Dissoziation von NF₃ bei ungefähr 75% bleibt, bei einer Flussgeschwindigkeit von NF₃ von ungefähr 25 sccm bis zu einer Flussgeschwindigkeit NF₃ von ungefähr 200 sccm. Sie zeigt, dass unter diesen Betriebsbedingungen die prozentuale Dissoziation von NF₃ relativ unempfindlich gegenüber der Flussgeschwindigkeit von NF₃ ist, wie durch die relativ konstante prozentuale Dissoziation von NF₃ (Kurve 804) bewiesen. Die Kurve 806 des Diagramms 800 von 8 zeigt, dass für ein Ar-Plasmagas bei einer Flussgeschwindigkeit von ungefähr 6 slm und einem Druck von 6 Torr die prozentuale Dissoziation von NF₃ von ungefähr 40% bei einer Flussgeschwindigkeit von NF₃ von ungefähr 50 sccm bis ungefähr 15% bei einer Flussgeschwindigkeit von NF₃ von ungefähr 200 sccm abnimmt.
In dem Experiment wurden minimale nachteilige Effekte des dissoziierten Flussabwärtsgases 152 auf die Quarzkammer 108 mit dem Nicolet-510P-Sensor gemessen, wie hier oben beschrieben. In dem Experiment wurde kein SiF₄ gemessen, unter Verwendung des Nicolet-Sensors für verschiedene Betriebsbedingungen des Gasdissoziationssystems 100.
Zur Erläuterung wurde ein anderes Experiment durchgeführt, um CF₄ zu dissoziieren. Die Einblasquelle 104 der 3A und 3B wurde verwendet, um 100 sccm von CF₄ in den Bereich 164 des Körpers 200 der Einblasquelle 104 einzubringen. Ein innerer Durchmesser von ungefähr 0,5 mm wurde für jeden der Einlässe 180 ausgewählt. Ein Winkel von 30° wurde für den Winkel 304 für jeden der Einlässe 180 ausgewählt. Das Flussabwärtsgas (CF₄) wird bei ungefähr 0,5 cm (d.h. der Distanz 148) relativ zum Ausgang 172 der Plasmakammer 108 eingebracht. 9 zeigt ein Diagramm 900 der CF₄-Dissoziationsergebnisse, die mit einem Gasdissoziationssystem erhalten wurden, wie etwa dem Gasdissoziationssystem 100 aus 1. Die Y-Achse 912 des Diagramms 900 ist die prozentuale Dissoziation von CF₄. Die X-Achse 916 des Diagramms 900 ist die Gasflussgeschwindigkeit in Standard Litern pro Minute des Plasmagases (N₂ (Kurve 904); O₂/N₂ (Kurve 908); O₂; und Ar), das in die Kammer 108 durch die Plasmagasquelle 112 eingebracht wird.
9 zeigt, dass bei 100 sccm von Flussabwärts-CF₄-Fluss die prozentuale Dissoziation von CF₄ zunimmt, wenn die Plasmagasflussgeschwindigkeit zunimmt. Zur Erläuterung zeigt die Kurve 904, dass für ein N₂-Plasmagas die prozentuale Dissoziation eines Flusses von 100 Standard Kubikzentimetern pro Minute von CF₄ von ungefähr 10% Dissoziation von CF₄ bei einer N₂-Plasmagasflussgeschwindigkeit von ungefähr 1,0 slm auf ungefähr 32% Dissoziation von CF₄ bei einer N₂-Plasmagasflussgeschwindigkeit von ungefähr 3 slm zunimmt. Die Kurve 908 zeigt, dass für ein O₂/N₂-Plasmagas die prozentuale Dissoziation eines Flusses von 100 sccm von CF₄ von ungefähr 5% Dissoziation von CF₄ bei einer O₂/N₂-Plasmagasflussgeschwindigkeit von ungefähr 2,0/0,2 slm auf ungefähr 46% Dissoziation von CF₄ bei einer O₂/N₂-Plasmagasflussgeschwindigkeit von ungefähr 5,0/0,5 slm zunimmt.
In dem Experiment wurden minimale nachteilige Effekte des dissoziierten Flussabwärtsstromgases 152 auf die Quarzkammer 108 unter Verwendung des Nicolet-510P-Sensors gemessen, der hier oben beschrieben wurde. In dem Experiment wurde kein SiF₄ gemessen, unter Verwendung des Nicolet-Sensors für verschiedenen Plasmagastypen und Flussgeschwindigkeiten.
Zur Erläuterung wurde ein weiteres Experiment durchgeführt, um CF₄ zu dissoziieren. Die Einblasquelle 104 der 3A und 3B wurde verwendet, um 100 sccm von CF₄ in den Bereich 164 des Rumpfs 200 der Einblasquelle 104 einzubringen. Ein innerer Durchmesser von ungefähr 0,5 mm wurde für jeden der Einlässe 180 ausgewählt. Ein Winkel von 30° wurde für den Winkel 304 für jeden der Einlässe 180 ausgewählt. Das Flussabwärtsgas (CF₄) wird bei ungefähr 0,5 cm (d.h. dem Abstand 148) relativ zum Ausgang 172 der Plasmagaskammer 108 eingebracht. 10 zeigt ein Diagramm 1000 von CF₄-Dissoziationsergebnissen, die mit einem Gasdissoziationssystem erhalten wurden, wie etwa dem Gasdissoziationssystem 100 aus 1. Die Y-Achse 1012 des Diagramms 1000 ist die prozentuale Dissoziation von CF₄. Die X-Achse 1016 des Diagramms 1000 ist der Gasdruck in Torr des Plasmagases (1 slm von N₂; 4/0,4 slm O₂/N₂ (Kurve 1004); 4 slm von O₂; und 6 slm von Ar (Kurve 1008)).
Kurve 1004 zeigt, dass für einen O₂/N₂-Plasmagasfluss von 4/0,4 slm die prozentuale Dissoziation eines Flusses von 100 Standardkubikzentimetern pro Minute von CF₄ von ungefähr 5% Dissoziation von CF₄ bei einem Plasmagasdruck von 1,0 Torr auf ungefähr 39% Dissoziation von CF₄ bei einem Plasmagasdruck von 6 Torr zunimmt. Die Kurve 1008 zeigt, dass für einen Ar-Plasmagasfluss von 6 slm die prozentuale Dissoziation eines Flusses von 100 Standard Kubikzentimetern pro Minute von CF₄ von ungefähr 20% Dissoziation von CF₄ bei einem Plasmagasdruck von 2,0 Torr auf ungefähr 25% Dissoziation von CF₄ bei einem Plasmagasdruck von 10 Torr zunimmt.
In dem Experiment wurden minimale nachteilige Effekte des dissoziierten Flussabwärtsgases 152 auf die Quarzkammer 108 unter Verwendung des Nicolet-510P-Sensors gemessen, der hier oben beschrieben wurde. In dem Experiment wurde kein SiF₄ gemessen, unter Verwendung des Nicolet-Sensors für verschiedene Plasmagastypen, Flussgeschwindigkeiten und Drücke.
Zur Erläuterung wurde ein weiteres Experiment durchgeführt, um CHF₃ zu dissoziieren. Die Einblasquelle 104 der 3A und 3B wurde verwendet, um CHF₃ in den Bereich 164 des Körpers 200 der Einblasquelle 104 einzubringen. Ein innerer Durchmesser von ungefähr 0,5 mm wurde für jeden der Einlässe 180 ausgewählt. Ein Winkel von 30° wurde für den Winkel 304 für jeden der Einlässe 180 ausgewählt. Das Flussabwärtsgas (CHF₃) wird bei ungefähr 0,5 cm (d.h. dem Abstand 148) relativ zum Ausgang 172 der Plasmagaskammer 108 eingebracht.
11A zeigt ein Diagramm 1100 der CHF₃-Dissoziationsergebnisse, die mit einem Gasdissoziationssystem erhalten wurden, wie etwa dem Gasdissoziationssystem 100 aus 1. Das Plasmagas ist eine O₂/N₂-Mischung bei einem O₂ zu N₂ Verhältnis von 10:1. Die Y-Achse 1112 des Diagramms 1100 ist die prozentuale Dissoziation von CHF₃. Die X-Achse 1116 des Diagramms 1100 ist die Gasflussgeschwindigkeit in Standard Liter pro Minute von O₂ in dem Plasmagas, das in die Kammer 108 durch die Plasmagasquelle 112 eingebracht wird. Die Kurve 1104 von 11A zeigt, dass für einen Plasmagasdruck von 1,5 Torr und einen Flussabwärts-CHF₃-Fluss von 100 sccm beinahe 100% Dissoziation von CHF₃ erhalten wurde, mit der Flussgeschwindigkeit von O₂ in dem Plasmagas in Bereich von 1 slm bis 4 slm.
11B zeigt ein Diagramm 1102 der CHF₃-Dissoziationsergebnisse, die mit einem Gasdissoziationssystem erhalten wurden, wie etwa dem Gasdissoziationssystem 100 aus 1. Die Y-Achse 1114 des Diagramms 1102 ist die prozentuale Dissoziation von CHF₃. Die X-Achse 1118 des Diagramms 1102 ist die Flussgeschwindigkeit von Flussabwärts-CHF₃ in sccm. Die Kurve 1108 der 11B zeigt, dass für eine Plasmagasflussgeschwindigkeit von 4 slm von O₂ und 0,4 slm von N₂ bei einem Druck von 1,5 Torr beinahe 100% Dissoziation von CHF₃ mit der Flussabwärts-CHF₃-Flussgeschwindigkeit im Bereich von 100 sccm bis 200 sccm erhalten wird.
In dem Experiment wurden minimale nachteilige Effekte des dissoziierten Flussabwärtsgases 152 auf die Quarzkammer 108 unter Verwendung des Nicolet-510P-Sensors gemessen, der hier oben beschrieben wurde. In dem Experiment wurde kein SiF₄ gemessen, unter Verwendung des Nicolet-Sensors für verschiedene Plasmagasdrücke und Entfernungen 148, bei denen das CHF₃ (Flussabwärtsgas) in den Bereich 164 relativ zum Ausgang 172 der Quarzplasmakammer 108 eingeblasen wird.
In einer weiteren Ausführungsform, dargestellt in 12, umfasst das System 100 eine Plasmagasquelle 112, die über eine Gasleitung 116 mit der Plasmakammer 108 verbunden ist. Ein Plasmagenerator 184 erzeugt einen Plasmabereich 132 innerhalb der Plasmakammer 108. Das Plasma 132 umfasst ein plasmaaktiviertes Gas 134, von dem ein Teil aus dem Plasmabereich 132 heraus fließt. Das System 100 umfasst eine Einblasquelle 104. In dieser Ausführungsform umfasst die Einblasquelle 104 ein L-förmiges Rohr 190, das mit einem Gaseinlass der Einblasquelle 104 gekoppelt ist. Das Rohr 190 führt ein Gas (z.B. ein Flussabwärtsgas, das von einem aktivierten Gas 134 zu dissoziieren ist) in einen Bereich 192 des Systems 100 ein. Der Bereich 192 (d.h. die Stelle, an der das aktivierte Gas 134 mit dem Flussabwärtsgas in Wechselwirkung tritt) hängt davon ab, wo ein Ausgang 196 des Rohrs 190 liegt. Der Ausgang 196 des Rohrs 190 kann z.B. bei einem Abstand 194 innerhalb des Ausgangs 172 der Plasmakammer 108 liegen. Der Ausgang 196 des Rohrs 190 kann alternativ bei einem Abstand außerhalb des Ausgangs 172 der Kammer 108 liegen, wenn z.B. die Einblasquelle 104 anstelle dessen in eine Richtung weg vom Ausgang 172 und hin zur Reaktionskammer 156 verschoben wird. Auf diese Weise kann das Flussabwärtsgas in das System 100 innerhalb oder außerhalb der Plasmakammer 108 eingebracht werden.
Zur Erläuterung wurde ein Experiment durchgeführt, um NF₃ zu dissoziieren. Die Einblasquelle 104 aus 12 wurde verwendet, um NF₃ in den Bereich 192 des Systems 100 einzubringen. 13 zeigt ein Diagramm 1300 der NF₃-Dissoziationsergebnisse, die mit einem Gasdissoziationssystem erhalten wurden, wie etwa dem Gasdissoziationssystem 100 aus 12. Die Y-Achse 1312 des Diagramms 1300 ist die prozentuale Dissoziation von NF₃. Die X-Achse 1316 des Diagramms 1300 ist der Abstand, bei dem das NF₃ (Flussabwärtsgas) in den Bereich 192 relativ zum Ausgang 172 der Quarzplasmakammer 108 eingeblasen wird. In diesem Experiment wurde während zusätzlicher Tests das NF₃ mit einem Abstand 194 von ungefähr 0,5 cm innerhalb des Ausgangs 172 der Kammer 108 eingeblasen. Das NF₃ wurde während eines zusätzlichen Tests auch bei einem Abstand 148 (ungefähr 1,0 cm, 3,8 cm, 6,6 cm, 9,4 cm und 12,2 cm) außerhalb des Ausgangs 172 der Kammer 108 eingeblasen.
13 zeigt, dass die prozentuale Dissoziation von NF₃ für verschiedene Plasmagastypen, Flussgeschwindigkeiten und Drücke abnimmt (4 Standard Liter pro Minute (slm) von O₂ bei 4 Torr (Kurve 1304); 3 slm von N₂ bei 2 Torr; 10 slm von Ar bei 9 Torr; 6 slm von Ar bei 6 Torr; und 4 slm von O₂ gemischt mit 0,4 slm von N₂ bei 4 Torr (Kurve 1308)). Zur Erläuterung zeigt die Kurve 1304, dass für einen O₂-Plasmagasfluss von der Plasmagasquelle 112 mit einer Geschwindigkeit von 4 Standard Litern pro Minute (slm) bei einem Druck von 4 Torr in der Plasmakammer 108 die prozentuale Dissoziation von 100 Standard Kubikzentimetern pro Minute (sccm) von NF₃ von ungefähr 90% Dissoziation von NF₃ bei einem Abstand 194 gleich oder ungefähr 0,5 cm auf ungefähr 2% Dissoziation von NF₃ bei einem Abstand 148 gleich oder ungefähr 12,2 cm abnimmt. Die Kurve 1308 zeigt, dass für eine O₂/N₂-Plasmagasflussgeschwindigkeit von 4/0,4 slm in die Plasmakammer 108 bei einem Druck von 4 Torr die prozentuale Dissoziation von NF₃ von ungefähr 81% Dissoziation von NF₃ bei einem Abstand 194 gleich oder ungefähr 0,5 cm auf ungefähr 0% Dissoziation von NF₃ bei einem Abstand 148 gleich oder ungefähr 12,2% abnimmt.
In dem Experiment wurden minimale nachteilige Effekte des dissoziierten Flussabwärtsgases 152 auf die Quarzkammer 108 unter Verwendung des Nicolet-510P-Sensors gemessen, der hier oben beschrieben wurde. In dem Experiment wurde kein SiF₄ gemessen, unter Verwendung des Nicolet-Sensors für verschiedene Plasmagasdrücke und Abstände 194 und 148, bei denen das NF₃ (Flussabwärtsgas) in den Bereich 192 relativ zum Ausgang 172 der Quarzplasmakammer 108 eingeblasen wird.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Gasdissoziationssystems (z.B. das System 100 aus 1), das eine Einblasquelle 104 umfasst, die bei der Herstellung dissoziierter Gase verwendet wird, welches die Erfindung verwirklicht. Ein Körper 200 der Einblasquelle 104 ist mit dem Ausgang 172 der Plasmakammer 108 verbunden (nur ein Teil der Kammer 108 ist aus Gründen der Klarheit der Erläuterung dargestellt). Die Quelle 104 hat sechs Einlässe 180A, 180B, 180C, 180D, 180E und 180F (allgemein 180), die sich durch den Körper 200 der Quelle 104 erstrecken. Die Einlässe 180B, 180C, 180E und 180F sind aus Gründen der Klarheit der Darstellung nicht gezeigt. Die Einlässe 180 erstrecken sich jeweils bei einem Winkel 304 von Öffnungen in einer äußeren Oberfläche 204 des Körpers 200 zu Öffnungen entlang einer inneren Oberfläche 214 des Bereichs 164 des Körpers 200. Die Einlässe 180 sind mit einer Flussabwärtsgasquelle verbunden (z.B. der Gasquelle 136 aus 1, um einen Fluss von Flussabwärtsgas über die Einlässe 180 in den Bereich 164 zu liefern.
Das plasmaaktivierte Gas 134 strömt in den Bereich 164 durch den Ausgang 172 der Plasmakammer 108. Reaktionen zwischen dem Flussabwärtsgas und dem plasmaaktivierten Gas 134 treten auf, wenn die zwei Gasströme vermischt werden. Steigern der Vermischung der Gase verbessert die Dissoziation des Flussabwärtsgases. In manchen Ausführungsformen ist es vorteilhaft für den Gasmischer, nahe des Plasmakammerausgangs 172 aufzutreten. Auf diese Weise kann das Mischen einen minimalen Effekt auf das dissoziierte Gas haben, wenn es z.B. in eine Reaktionskammer strömt.
Verschiedene statische Flussmischer, wie etwa spiralförmige Mischer, Flügel und Mischer mit übereinander angeordneten Zylindern können verwendet werden, um das Flussabwärtsgas und das plasmaaktivierte Gas 134 zu mischen. Bezug neh mend auf die 14 ist in dieser Ausführungsform der Durchmesser 1404 des Bereichs 164 größer als der Durchmesser 1408 des Plasmakammerausgangs 172. Eine plötzliche Ausdehnung des Durchmessers des Flussdurchgangs wegen eines Übergangs im Durchmesser 1408 des Ausgangs 1408 auf Durchmesser 1404 des Bereichs 164 erzeugt Turbulenz und Gasrückfluss im Bereich 164 in der Folge des aktivierten Gasflusses 134. Das verstärkte Mischen von der Turbulenz und dem Rückfluss verbesserte die Dissoziation des Flussabwärtsgases.
Variationen, Modifikationen und andere Implementierungen dessen was hier beschrieben wurde, werden denjenigen mit normalen Fachkenntnissen einfallen, ohne vom Geist und dem Bereich der Erfindung, wie beansprucht, abzuweichen. Dementsprechend wird die Erfindung nicht durch die vorhergehende illustrative Beschreibung definiert, sondern anstelle dessen durch den Geist und den Bereich der folgenden Ansprüche.
Zusammenfassung
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aktivieren und Dissoziieren von Gasen umfasst Erzeugen eines aktivierten Gases mit einem Plasma, das sich in einer Kammer befindet. Ein Flussabwärtsgaseingang wird relativ zu einem Ausgang der Kammer positioniert, damit das aktivierte Gas Dissoziation eines Flussabwärtsgases ermöglichen kann, das durch den Gaseingang eingebracht wird, wobei das dissoziierte Flussabwärtsgas mit einer inneren Oberfläche der Kammer nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt.

Claims

Ein Verfahren zum Dissoziieren von Gasen, umfassend: Erzeugen eines aktivierten Gases mit einem Plasma in einer Kammer; und Positionieren eines Flussabwärtsgas-Eingangs relativ zu einem Ausgang der Kammer, damit das aktivierte Gas Dissoziation eines Flussabwärtsgases ermöglichen kann, das durch den Gaseingang eingebracht wird, wobei das dissoziierte Flussabwärtsgas mit einer inneren Oberfläche der Kammer nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Plasma durch eine entfernte Plasmaquelle erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die entfernte Plasmaquelle eine entfernte Plasmaquelle ist, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem HF-Plasmagenerator, einem Mikrowellen-Plasmagenerator und einem Gleichstrom-Plasmagenerator besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Plasma von einem Plasmagas erzeugt wird, das Sauerstoff, Stickstoff, Helium und/oder Argon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Flussabwärtsgas ein Halogengas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Flussabwärtsgas ein Halogengas umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus F₂, XeF₂, NF₃, CF₄, CHF₃, C₂F₆, C₂HF₅, C₃F₈ und C₄F₈ besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Flussabwärtsgas Fluor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine innere Oberfläche der Kammer ein Material umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Quarz, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Yttrium und Saphir besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Flussabwärtsgas an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingebracht wird, die die Wechselwirkung zwischen dem dissoziierten Flussabwärtsgas und der inneren Oberfläche der Kammer minimiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Flussabwärtsgas an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingebracht wird, die den Grad maximiert, zu dem das Flussabwärtsgas dissoziiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Flussabwärtsgas an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingebracht wird, die den Grad, zu dem das dissoziierte Flussabwärtsgas mit der inneren Oberfläche der Kammer in Wechselwirkung tritt, mit dem Grad, zu dem das Flussabwärtsgas dissoziiert wird, abwägt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das dissoziierte Flussabwärtsgas verwendet wird, um Ätzen eines Substrats zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Spezifizieren einer Eigenschaft des Flussabwärtsgases, um die Dissoziation des Flussabwärtsgases zu optimieren.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Eigenschaft Druck, Flussgeschwindigkeit und/oder Entfernung ist, womit vom Ausgang der Kammer eingeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, umfassen das Spezifizieren einer Eigenschaft des Plasmagases, um die Dissoziation des Flussabwärtsgases zu optimieren.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Eigenschaft Druck, Flussgeschwindigkeit, Gastyp, Gaszusammensetzung und/oder Energie in das Plasma ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Flussabwärtsgas ein Material umfasst, das an einem Halbleiterwafer abgeschieden wird, der sich in einer Reaktionskammer befindet, die mit der Kammer gekoppelt ist.
Verfahren zum Dissoziieren von Gasen, umfassend: Erzeugen eines aktivierten Gases aus einem Plasma in einer Kammer; und Einbringen eines Flussabwärtsgases in das aktivierte Gas außerhalb der Kammer an einer Stelle, die ausreichend nahe am Ausgang der Kammer ist, so dass das aktivierte Gas ein Energieniveau hat, das ausreicht, die Dissoziation des Flussabwärtsgases zu ermöglichen, wobei die Stelle ausreichend vom Ausgang der Kammer beabstandet ist, so dass das dissoziierte Flussabwärtsgas mit einer inneren Oberfläche der Kammer nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt.
Verfahren zum Ätzen eines Fotolacks, umfassend: Erzeugen eines aktivierten Gases mit einem Plasma in einer Kammer; Kombinieren eines Flussabwärtsgases mit mindestens einem Teil des aktivierten Gases, so dass i) das aktivierte Gas ein Energieniveau umfasst, das ausreicht, um Dissoziation des Flussabwärtsgases zu ermöglichen, und ii) das dissoziierte Flussabwärtsgas mit einer inneren Oberfläche der Kammer nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt; und Ätzen eines Substrats mit dem dissoziierten Flussabwärtsgas.
Verfahren zum Dissoziieren von Gasen, umfassend: Erzeugen eines aktivierten Gases mit einem Plasma in einer Kammer; und Einbringen eines Flussabwärtsgases, um mit dem aktivierten Gas außerhalb eines Bereichs in Wechselwirkung zu treten, der durch das Plasma definiert wird, damit das aktivierte Gas Dissoziation des Flussabwärtsgases ermöglichen kann, wobei das dissoziierte Gas mit einer inneren Oberfläche der Kammer nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt.
System zum Dissoziieren von Gasen, umfassend: eine Plasmaquelle zum Erzeugen eines Plasmas in einer Kammer, wobei das Plasma ein aktiviertes Gas erzeugt; und Mittel zum Kombinieren mindestens eines Teils des aktivierten Gases mit einem Flussabwärtsgas, damit das aktivierte Gas Dissoziation des Flussabwärtsgases ermöglichen kann, wobei das dissoziierte Flussabwärtsgas mit einer inneren Oberfläche der Kammer nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt.
System zum Anregen von Gasen, umfassend: eine entfernte Plasmaquelle zum Erzeugen eines Plasmabereichs in einer Kammer, wobei das Plasma ein aktiviertes Gas erzeugt; und eine Einblasquelle zum Einbringen eines Flussabwärtsgases, um mit dem aktivierten Gas außerhalb des Plasmabereichs in Wechselwirkung zu treten, wobei das aktivierte Gas Anregung des Flussabwärtsgases ermöglicht, und wobei das angeregte Flussabwärtsgas mit einer inneren Oberfläche der Kammer nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt.
System gemäß Anspruch 22, wobei Anregung des Flussabwärtsgases Dissoziieren des Flussabwärtsgases umfasst.
System gemäß Anspruch 22, umfassend eine Barriere, die sich an einem Ausgang der Kammer befindet, um Erosion der oder Ablagerung auf der Kammer zu verringern.
System gemäß Anspruch 24, wobei sich die Barriere zumindest teilweise innerhalb der Kammer befindet.
System gemäß Anspruch 24, wobei sich die Barriere zumindest teilweise innerhalb eines Ausgangsdurchgangs der Kammer befindet.
System gemäß Anspruch 22, umfassend eine Barriere, die sich innerhalb eines Ausgangsdurchgangs der Kammer befindet.
System gemäß Anspruch 22, wobei die Kammer Quarz umfasst.
System gemäß Anspruch 28, wobei die Kammer eine ringförmige Kammer ist.
System gemäß Anspruch 22, wobei die Plasmaquelle eine ringförmige Plasmaquelle ist.
System gemäß Anspruch 22, umfassend einen Mischer, um Flussabwärtsgas und aktiviertes Gas zu mischen.
System gemäß Anspruch 31, wobei der Mischer einen statischen Flussmischer, einen spiralförmigen Mischer, Flügel oder einen Mischer mit übereinander geschichteten Zylindern umfasst.
System gemäß Anspruch 22, umfassend einen Reinigungsgaseingang.
System gemäß Anspruch 33, wobei sich der Reinigungsgaseingang zwischen einem Ausgang der Kammer und einem Eingang der Einblasquelle befindet.
Verfahren zum Abscheiden eines Materials auf einem Substrat, umfassend: Erzeugen eines aktivierten Gases mit einem Plasma in einer Kammer; und Positionieren eines Flussabwärtsgas-Eingangs relativ zu einem Ausgang der Kammer, damit das aktivierte Gas Dissoziation eines Flussabwärtsgases ermöglichen kann, das durch einen Gaseingang eingebracht wird, wobei das Flussabwärtsgas ein abzuscheidendes Material umfasst und wobei das dissoziierte Flussabwärtsgas mit einer inneren Oberfläche der Kammer nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt.
Verfahren gemäß Anspruch 35, wobei das Plasma durch eine entfernte Plasmaquelle erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 35, wobei die entfernte Plasmaquelle eine entfernte Plasmaquelle ist, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem HF-Plasmagenerator, einem Mikrowellen-Plasmagenerator und einem Gleichstrom-Plasmagenerator besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 35, wobei das Flussabwärtsgas an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingebracht wird, die die Wechselwirkung zwischen dem dissoziierten Flussabwärtsgas und der inneren Oberfläche der Kammer minimiert.
Verfahren gemäß Anspruch 35, wobei das Flussabwärtsgas an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingebracht wird, die den Grad maximiert, zu dem das Flussabwärtsgas dissoziiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 35, wobei das Flussabwärtsgas an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingebracht wird, die den Grad, zu dem das dissoziierte Flussabwärtsgas mit der inneren Oberfläche der Kammer in Wechselwirkung tritt mit dem Grad, zu dem das Flussabwärtsgas dissoziiert wird, abwägt.
Verfahren gemäß Anspruch 35, wobei das abzuscheidende Material Si, Ge, Ga, In, An, Sb, Ta, W, Mo, Ti, Hf, Cr, Cu, Sr und/oder Al umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 35, wobei das Flussabwärtsgas an einer Stelle relativ zum Ausgang der Kammer eingebracht wird, die den Grad, zu dem das dissoziierte Flussabwärtsgas mit der inneren Oberfläche der Kammer in Wechselwirkung tritt, mit dem Grad, zu dem das Flussabwärtsgas dissoziiert wird, abwägt.
System zum Abscheiden eines Materials auf einem Substrat, umfassend: eine entfernte Plasmaquelle zum Erzeugen eines Plasmabereichs in einer Kammer, wobei das Plasma ein aktiviertes Gas erzeugt; und eine Einblasquelle zum Einbringen eines Flussabwärtsgases, umfassend ein Abscheidungsmaterial, um mit dem aktivierten Gas außerhalb des Plasmabereichs in Wechselwirkung zu treten, wobei das aktivierte Gas Anregung des Flussabwärtsgases ermöglicht, und wobei das angeregte Flussabwärtsgas mit einer inneren Oberfläche der Kammer nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt.
System gemäß Anspruch 43, wobei Anregung des Flussabwärtsgases Dissoziation des Flussabwärtsgases umfasst.
System gemäß Anspruch 43, wobei das Abscheidungsmaterial Si, Ge, Ga, In, An, Sb, Ta, W, Mo, Ti, Hf, Cr, Cu, Sr und/oder Al umfasst.
System gemäß Anspruch 43, umfassend einen Mischer, um Flussabwärtsgas und aktiviertes Gas zu mischen.
System gemäß Anspruch 46, wobei der Mischer einen statischen Flussmischer, einen spiralförmigen Mischer, Flügel und einen Mischer aus übereinander liegenden Zylindern umfasst.
System gemäß Anspruch 43 umfassend einen Reinigungsgaseingang.
System gemäß Anspruch 48, wobei sich der Reinigungsgaseingang zwischen einem Ausgang der Kammer und einem Eingang der Einblasquelle befindet.