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HINTERGRUND
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein die Reinigung von
Gasphasenabscheidung (CVD)-Ablasssystemen und spezieller die In-Situ
Reinigung von Polymerschmutzstoffen in CVD Systemen.
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Während
des CVD Prozesses werden Abscheidungsgase innerhalb der Prozesskammer
abgegeben, um eine dünne Filmschicht auf der Oberfläche
eines Substrates, das bearbeitet werden soll, zu formen. Auch unerwünschte
Abscheidungen auf Bereichen, wie den Wänden der Prozesskammer,
treten während solcher CVD Prozesse auf. Da die Aufenthaltszeit
in der Kammer von einzelnen Molekülen in diesen Abscheidungsgasen
relativ kurz ist, wird allerdings nur ein kleiner Teil der in die
Kammer abgegebenen Moleküle in dem Abscheidungsprozess
verbraucht und entweder auf dem Wafer oder auf den Kammerwänden
abgeschieden.
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Während
Halbleiterfertigungsprozessen, in denen CVD benutzt wird, um Schichten
auf Wafer zu formen, wäre es ideal, wenn sich das eingespeiste Prozessgas
nur auf der Wafersubstratoberfläche abscheiden würde,
aber in der Realität verfehlen manche Gasmoleküle
die Substratoberfläche und lagern sich an der Prozesskammeroberfläche
ab. Einige der unverbrauchten Gasmoleküle werden aus der
Kammer zusammen mit teilweise reagierten Verbindungen und Reaktionsnebenprodukten
durch eine Ablassleitung unter Vakuum gepumpt. Viele der Verbindungen
in diesem abgelassenen Gas sind noch in einem hochreaktiven Zustand
und/oder enthalten Rückstände oder partikelförmige
Stoffe, die unerwünschte Abscheidungen in der Ablassleitung
formen können. In einer Prozesskammer wie der Epi Centura® Kammer, die von Applied Materials
hergestellt wird, fällt die Temperatur der Prozessgase
dramatisch beim Austritt aus der Prozesskammer, wenn die Prozessgase
in die Ablassleitung eintreten, was in einer Beschichtung der Ablasseinsätze,
des Ablassaufsatzes und der zumindest ersten vier Fuß (121,92
cm) der Ablassleitung resultiert. Zusätzlich zu den oben
beschriebenen Materialien, wurde beobachtet, dass die Beschichtung
generell eine transluzente, viskose Flüssigkeit mit einer
honigartigen Konsistenz ist. Das kondensierte Ablassnebenprodukt kann
auch von opak-weiß, über opak-gelb bis hin zu opak-rotbraun
erscheinen, abhängig von den Prozessbedingungen und der
Lage in der Ablassleitung. Wenn das kondensierte Ablassnebenprodukt
opak ist, scheint es in einer festen Phase zu sein. Es wird angenommen,
dass die transluzente Flüssigkeit unmittelbar wenn sie
der Umgebung ausgesetzt wird, reagiert und ein opakes, weißes
Material bildet.
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Daher
wirft der Aufbau von flüssigen und festen Material in der
Ablassleitung einige Probleme auf. Erstens stellt der Aufbau eine
Sicherheitsgefahr dar, indem der Stoff oft eine pyrophore Substanz
ist, die sich entflammen kann, wenn die Vakuumabdichtung kaputt
ist und die Ablassleitung während regelmäßigen
Standardreinigungsarbeiten Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist.
Zweitens, wenn sich genügend Abscheidungsmaterial in der
Ablassleitung aufbaut, können die Ablassleitung und/oder
die angeschlossene Vakuumpumpe verstopfen, wenn sie nicht angemessen
gereinigt werden. Selbst wenn sie regelmäßig gereinigt
werden, behindert der aufgebaute Stoff die normale Arbeit der Vakuumpumpe und
kann die Nutzungsdauer der Pumpe drastisch verkürzen. Zudem
kann der feste Stoff von der Ablassleitung in die Prozesskammer
zurückspulen und die Prozesskammer verschmutzen. Wenn die
transluzente Flüssigkeit schnell Luft ausgesetzt wird,
kann eine explosive Reaktion auftreten.
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Um
diese Probleme zu vermeiden, wird die Oberfläche der Innenseite
der Ablassleitung regelmäßig gereinigt, um das
abgeschiedene Material zu entfernen. Diese Prozedur wird während
eines Standardkammerreinigungsbetriebes ausgeführt, der
eingesetzt wird, um unerwünschtes Abscheidungsmaterial
von den Kammerwänden und ähnlichen Bereichen der
Prozesskammer zu entfernen. Geläufige Kammerreinigungstechniken
beinhalten den Gebrauch eines Ätzgases, wie Fluor, um das
abgeschiedene Material von den Kammerwänden und anderen Bereichen
zu entfernen. Das Ätzgas wird in die Kammer eingerührt
und ein Plasma wird geformt, so dass das Ätzgas mit dem
abgeschiedenen Material reagiert und es von den Kammerwänden
entfernt. Derartige Reinigungsprozeduren werden gewöhnlich
zwischen Abscheidungsschritten für jeden Wafer oder einer
Anzahl von Wafern durchgeführt.
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Das
Entfernen von Abscheidungsmaterial von den Kammerwänden
ist relativ unkompliziert, indem das Plasma innerhalb der Kammer
in einem Bereich erzeugt wird, der nahe an dem abgeschiedenen Material
ist. Das Entfernen von Abscheidungsmaterial aus der Ablassleitung
ist schwieriger, da sich die Ablassleitung in Richtung stromab von
der Prozesskammer befindet. In einem festen Zeitabschnitt kommen
die meisten Punkte innerhalb der Prozesskammer in Kontakt mit mehr ätzenden
Fluoratomen, als die Punkte innerhalb der Ablassleitung. Daher kann die
Kammer in einem festen Zeitabschnitt adäquat durch den
Reinigungsprozess gereinigt sein, während Rückstände
und ähnliche Abscheidungen in der Ablassleitung bleiben.
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Bei
dem Versuch auch die Ablassleitung adäquat zu reinigen,
muss die Dauer des Reinigungsbetriebes erhöht werden. Das
Erhöhen der Länge des Reinigungsbetriebes ist
aber unerwünscht, da es in Anlagenausfallzeit resultiert,
was den Wafer Durchsatz nachteilig beeinflusst. Außerdem
können solche aufgebauten Rückstände
nur insoweit gereinigt werden, dass Reaktionsmittel von dem Reinigungsprozess
in die Ablassleitung in einem Stadium abgelassen werden, in welchem
sie mit dem Rückstand in der Ablassleitung reagieren können.
In einigen Systemen und Anwendungen ist die Aufenthaltszeit der
abgelassenen Reaktionsmittel nicht ausreichend, um das Ende oder
sogar die mittleren Teile der Ablassleitung zu erreichen. In diesen
Systemen und Anwendungen ist der Aufbau von Rückständen sogar
noch mehr von Bedeutung.
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Einige
verschiedene Geräte wurden entworfen, um die Reinigung
von solchen Ablassleitungen zu erleichtern. Ein Ansatz, der eingesetzt
wurde, um die Ablassleitung zu reinigen, beruht darauf, den partikelförmigen
Stoff, der in dem Ablassstrom vor dem Erreichen der Vakuumpumpe
vorhanden ist, dadurch abzufangen, dass der Gasfluss in eine Sammelkammer
gelenkt wird, von der der partikelförmige Stoff nicht leicht
austreten kann. Geräte, die auf dieser Technik beruhen,
stellen eine abnehmbare Tür oder einen ähnlichen
Zugang zu der Sammelkammer bereit, so dass, wenn sich einmal eine
ausreichende Menge an Material innerhalb der Kammer aufgebaut hat,
es einfach entfernt werden kann. Typischerweise wird das Substratabscheidungssystem
zeitweise abgeschaltet während der Zeitdauer, in der die
Sammelkammer gereinigt wird, wodurch der Waferdurchsatz des Systems
limitiert oder reduziert wird.
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Ein
Ansatz, der eingesetzt wurde, um die Ablassleitung zu reinigen,
beruht auf einem Auswaschsystem, das plasmaaktivierte CVD Techniken
nutzt, um dem Ablassgas reaktive Komponenten als Filmabscheidungen
auf Elektrodenoberflächen zu entziehen. Das Auswaschsystem
ist entworfen, um das Entfernen von Reaktionsmitteln als fester
Film zu maximieren und nutzt große Oberflächenbereiche
von Spiralelektroden. Die Spiralelektroden sind in einem entfernbaren
Behälter enthalten, der nahe an dem Ende der Ablassleitung
zwischen der Gebläsepumpe und der mechanischen Pumpe positioniert
ist. Nachdem sich ein ausreichender Betrag von festem Abfall an
den Elektroden aufgebaut hat, können die Behälter
zum Beseitigen und Ersetzen entfernt werden.
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Probleme
treten in diesem Verfahren des Stands der Technik dadurch auf, dass
das System auf dem großen Oberflächenbereich der
Elektroden beruht, um einen Bereich bereit zu stellen, der den abgeschiedenen,
festen Stoff sammelt. Um den großen Oberflächenbereich
der Elektroden unterzubringen, ist das System notwendigerweise groß und sperrig.
Außerdem sind Extraaufwendungen in dem Betrieb dieses Auswaschsystems
des Stands der Technik enthalten, da der entfernbare Behälter
ein Wegwerfprodukt ist, das ersetzt und richtig entsorgt werden
muss. Zudem ist das Auswaschsystem stromabwärts von einem beginnenden
Teil der Vakuumablassleitung angeordnet und stellt somit nicht sicher,
dass pulverartiges Material oder partikelförmiger Stoff
entfernt wird, der sich in diesem Teil der Leitung aufbaut.
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Ein
weiterer Ansatz, um die Ablassleitungen zu reinigen, nutzt das,
was manchmal als „point of use"-Reaktor bezeichnet wird.
Der „point of use"-Reaktor benutzt einen Heizeinsatz, um überschüssiges Gas
aus der Prozesskammer zum Reagieren zu bringen. Die maximale Temperatur
des „point of use"-Reaktor ist ungefähr 500°C,
und Reaktionsnebenprodukte bleiben in der Ablassleitung. Der „point
of use"-Reaktor ist nicht effektiv für die Abscheidung
bei reduziertem Druck, da die Bildung von Polysilikon die signifikante
Bildung von Partikeln verursacht.
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Noch
ein anderes Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen der Ablassleitung
beinhaltet das Auffangen von Pulverrückständen
und anderem partikelförmigen Stoff in einer Sammelkammer
und Entfernen desselben mit einem Plasma, welches abwärts
der Reaktionskammer gebildet ist. Bestandteile des Plasmas reagieren,
um gasförmige Produkte zu formen, die leicht durch und
aus der Ablassleitung gepumpt werden. Der Umwandlungsprozess beruht darauf,
ein Plasma von einem Ätzgas in einem Bereich zu formen,
in dem die Partikel aufgefangen werden, und diese Art von Vorrichtung
wird manchmal als „Downstream Plasma Apparatus" oder kurz „DPA"
bezeichnet. Einige Beispiele von solchen Vorrichtungen und Verfahren
werden in dem allgemein angegebenen
US
Patent Nr. 6,194,628 beschrieben. Eine Ausführungsform
der Vorrichtung, die in
US Patent
Nr. 6,194,628 beschrieben wird, beinhaltet eine Spule,
die einen Gasdurchgang umgibt, bestimmt durch eine Hohlkammer. Die
Spule ist mit einer RF Energieversorgung verbunden, die dazu genutzt wird,
Moleküle aus partikelförmigen Stoff und Rückständen
innerhalb des Durchgangs zu ein Plasmastadium anzuregen. Die RF
Energie in einer kommerziellen Version einer solchen Vorrichtung
benutzt hochfrequente RF Energie mit einem fluorhaltigen Gas, so
wie Stickstoff Trifluorid, um die Ablassabscheidungen chemisch zu ätzen.
Die obere Grenze des Frequenzbereiches des Energieversorgers, der in
US Patent Nr. 6,194,628 beschrieben
ist, ist mit 200 MHz angegeben, und die Frequenz, die im experimentellen
Aufbau in
US Patent Nr. 6,194,628 genutzt
wurde, ist 13,56 MHz. Ein mögliches Problem bei der Verwendung
von fluorhaltigen Gas ist die Kompatibilität mit den Materialien
im Reaktor, Ablagerung von gefährlichen Abfall, der durch
den Reinigungsprozess entstanden ist, und Schaden an der Anlage,
wenn geeignete Kontrollen nicht angewendet werden.
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Demgemäß wäre
es wünschenswert, Verfahren und Vorrichtungen zum effizienten
und gründlichen Reinigen der Ablassleitung in einem Halbleiterprozesssystem
bereit zu stellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ausführungsformen
der Erfindung beziehen sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum
Reinigen der Ablassleitung einer CVD Prozesskammer, zum Beispiel
einer Halbleiterprozesskammer. Andere Ausführungsformen
betreffen eine CVD Prozessvorrichtung und Verfahren, die ein Reinigungsgerät
beinhalten.
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In
einer Ausführungsform wird eine CVD Vorrichtung bereit
gestellt, die umfasst: eine CVD Reaktionskammer, die eine Substrataufnahme
und ein Gasverteilungssystem zum Einführen von Gasen in die
Reaktionskammer umfasst; eine Ablassleitung, die mit der Reaktionskammer
verbunden ist um Gase von der Prozesskammer zu entfernen; und ein
Gerät, um die Bildung von Polymeren in der Ablassleitung zu
verhindern. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst
das Gerät eine RF Kammer. Die RF Kammer kann ausgelegt
sein, Temperaturen zu produzieren, die ausreichend sind, Bindungen
zu brechen oder Bindungen zu verhindern, die Polymere formen. Das
Gerät kann weiterhin eine Quelle von Ätzgas und
einen Ätzgaseinlass in die RF Kammer beinhalten. In anderen
Ausführungsformen beinhaltet das Gerät zum Verhindern
der Polymerbildung in der Ablassleitung eine UV-Lichtquelle.
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Andere
Ausführungsformen der Erfindung betreffen Verfahren um
die Bildung von Polymeren in der Ablassleitung einer CVD Reaktionskammer
zu verhindern, umfassend Strömen von Gasen, die von der
CVD Reaktionskammer abgelassen werden, durch eine stromabwärts
gelegene Kammer, die Energy generiert, um Bindungen zu brechen und/oder Bindungen
zu verhindern, die Polymere formen, um dabei die Bildung von Polymer-Spezies
in der Ablassleitung zu verhindern. Das Gerät kann eine
Niederfrequenz-RF-Kammer beinhalten, die dafür ausgelegt
ist, Temperaturen zu generieren, die ausreichend sind, um Bindungen
zu brechen und/oder Bindungen zu verhindern, die Polymer-Spezies
in der Ablassleitung formen. Alternativ kann das Gerät
eine UV-Lichtquelle beinhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, die
eine Ablassleitungsreinigungsvorrichtung beinhaltet;
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2 stellt
eine Ausführungsform einer Ablassleitungsreinigungsvorrichtung
dar, die ein Heizsystem nutzt;
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3 ist
eine Seitenschnittansicht der Ablassreinigungsvorrichtung, wie sie
in 2 gezeigt ist;
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4 ist
eine Schnittansicht von oben der Ablassleitungsreinigungsvorrichtung,
wie sie in 2 gezeigt ist;
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5 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung, wie sie in 2 gezeigt
ist;
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6 ist
eine Seitenschnittansicht einer anderen Ausführungsform
einer Ablassreinigungsvorrichtung, die UV Energie nutzt; und
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7 stellt
eine Ausführungsform eines UV Systems dar, das mit der
Vorrichtung genutzt werden kann, die in 6 gezeigt
ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bevor
einige exemplarische Ausführungsformen der Erfindung beschrieben
werden, wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die
Details der Konstruktion oder Prozessschritte beschränkt
ist, wie sie in der folgenden Beschreibung dargelegt sind. Die Erfindung
ist für andere Ausführungsformen geeignet und
dafür geeignet, auf verschiedene Arten ausgeführt
zu werden.
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Aspekte
der vorliegenden Erfindung stellen Verfahren und Vorrichtungen für
die chemische Gasphasenabscheidung bereit. Bestimmte Ausführungsformen
beziehen sich auf Halbleiterprozessvorrichtungen und -verfahren.
Spezielle Ausführungsformen betreffen Verfahren und Vorrichtungen
zum Reinigen einer Ablassleitung einer chemischen Gasphasenabscheidungsvorrichtung,
zum Beispiel eine CVD Reaktionskammer einer Halbleiterprozessvorrichtung. In
einer oder mehreren Ausführungsformen, wird eine Vorrichtung
stromabwärts von der Reaktionskammer bereit gestellt, um
Bindungen zu brechen und/oder die Bildung von Bindungen von Ablasskomponenten
zu verhindern, um die Polymerisation von Ablasskomponenten zu verhindern.
In einer ersten Ausführungsform wird eine Niederfrequenz-RF
Kammer neben dem Ablassaufsatz des Abscheidesystems und stromabwärts
von der Reaktionskammer positioniert. Die stromabwärts
gelegene RF Kammer verhindert die Bildung von Polymer-Spezies in
der Ablassleitung, und nutzt dabei nur Hitze oder in Kombination
mit ätzenden Spezies. In bestimmten Ausführungsformen
kann ein Niederdruckplasma erzeugt werden, um die Reinigung der
Ablassleitung zu unterstützen. In einer anderen Ausführungsform kann
UV Energie neben dem Ablassaufsatz des Abscheidesystems und stromabwärts
von der Reaktionskammer genutzt werden, um die Polymerisation von
Chemikalien in der Ablassleitung zu verhindern. Die UV Energie kann
alleine genutzt werden oder zusammen mit ätzenden Spezies.
In bestimmten Ausführungsformen kann ein Niederdruckplasma
mit der UV Energie genutzt werden, um die Reinigung der Ablassleitung
zu unterstützen.
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Im
Folgenden werden eine typische Halbleiterprozesskammer und Arbeitsprozesse,
die mit der Reinigungsvorrichtung und den hierein beschriebenen
Verfahren genutzt werden können, beschrieben. Es sollte
verstanden werden, dass die Prozesskammer und die Arbeitsabläufe,
die hierin geschrieben werden, nur exemplarisch sind und dass andere
Typen von Prozesskammern und Arbeitsabläufen mit den Reinigungsverfahren
und- vorrichtungen, wie sie hierein beschrieben sind, genutzt werden
können. Die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung
können in Verbindung mit einer Vielfalt von verschiedenen
Halbleiterprozessvorrichtungen genutzt werden.
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Ein
geeignetes Gerät, eine Ein-Wafer-Anlage, in der jeweils
ein Wafer in einer Prozesskammer bearbeitet wird, ist in 1 gezeigt.
Ein Suszeptor 120 unterteilt eine Kammer 100 in
einen Teil, der unter dem Suszeptor liegt (der untere Teil) 124 und
einen zweiten Teil, der über dem Suszeptor liegt (der obere
Teil) 122. Der Suszeptor 120 ist allgemein an einem
Schaft 126 angebracht, der den Suszeptor um sein Zentrum
rotiert, um eine gleichmäßigere Bearbeitung des
Wafers zu erreichen. Der Strom eines Prozessgases, wie ein Abscheidegas 115,
wird im oberen Teil 122 der Kammer bereit gestellt. Die
Kammer hat generell eine Einlasspassage 178 auf einer Seite
davon, und eine Gasablasspassage 113 auf einer gegenüberliegenden
Seite, um einen Strom des Prozessgases über den Wafer zu
erreichen. Der Suszeptor 120 wird geheizt, um den Wafer
bis zu einer gewünschten Prozesstemperatur zu heizen. Gemäß bestimmten
Ausführungsformen besteht ein Verfahren, das zum Heizen
des Suszeptors genutzt wird, darin, dass Lampen 134 um
die Kammer bereit gestellt werden, und ihr Licht in die Kammer und
auf den Suszeptor 120 lenken. Um die Temperatur zu kontrollieren,
bis zu der der Wafer geheizt wird, wird die Temperatur des Suszeptors
fortwährend gemessen. Dies wird oft durch einen Infrarot-Temperatursensor 136 erreicht,
der die Infrarot-Strahlung detektiert, die von dem geheizten Suszeptor
abgegeben wird. Zudem können Reflektoren 135 bereit
gestellt werden, um Licht in die Kammer zu reflektieren.
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Ein
Strom eines inerten Gases
121, wie Wasserstoff, kann in
dem unteren Teil der Kammer bereit gestellt werden, wobei der Druck
etwas größer ist, als der des Abscheidegases in
dem oberen Teil, um Materialablagerungen auf der Rückseite
des Suszeptors zu verhindern. Eine Vorrichtung, um dies zu erreichen,
ist in der Patentanmeldung für
US Patent 5,916,369 von Roger N. Anderson
et al., mit dem Titel „Gas inlets for Wafer processing
chamber" beschrieben. Da das inerte Gas in dem unteren Bereich der Kammer
einen höheren Druck aufweist, wird es um den Rand des Suszeptors
vom unteren Teil der Kammer in den oberen Teil der Kammer fließen.
Dieser Strom des inerten Gases verhindert den Strom des Abscheidegases
115 in
den unteren Teil der Kammer.
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Die
obige Beschreibung des Reaktors dient hauptsächlich erläuternden
Zwecken, und die vorliegende Erfindung kann mit anderen CVD Anlagen,
wie Elektron-Zyklotron-Resonanz (ECR)-Plasma-CVD-Geräten,
Induktionsgekoppelten-RF-Hochdichte-Plasma-CVD-Geräten,
oder ähnlichem verwendet werden. Die vorliegende Erfindung
kann auch mit thermischen CVD-Geräten, Plasma-Ätz-Geräten
und Geräten für die physikalische Abscheidung aus
der Dampfphase verwendet werden. Die Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung und die Verfahren zum Verhindern von Aufbau von Abscheidungen
innerhalb der Ablassleitung ist nicht auf irgendeine spezielle Halbleiterprozessvorrichtung
oder auf irgendeinen speziellen Abscheideprozess oder Ätzprozess
oder auf ein solches Verfahren beschränkt.
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Während
des Halbleiterprozessbetriebes, wie chemische Gasphasenabscheidungsprozesse, die
vom CVD-Reaktor 100 ausgeführt werden, wird eine
Vielfalt von gasförmigen Abfallprodukten und Schmutzstoffen
von der Kammer 100 in die Ablassleitung 131 abgelassen.
Wie oben erwähnt, kühlt sich das Abscheidegas
ab und kondensiert, um Ablassprodukte 111 innerhalb der
Ablasspassage 113 zu bilden, wenn das Abscheidegas 115 die
Kammer durch die Ablasspassage 113 verlässt. Diese
Ablassprodukte 111 lagern sich auch an dem Ablassaufsatz 130 und
der Ablassleitung 131 ab. Abhängig von dem bestimmten
Betrieb, der ausgeführt wird, können diese Ablassprodukte 11 polymeres
Material und partikelförmigen Stoff, wie teilweise reagierte
Produkte und Nebenprodukte beinhalten, die einen Rückstand oder ähnliches
pulverförmiges Material innerhalb der Ablassleitung 131 zurücklassen,
wenn es durch die Ablassleitung abgelassen wird. Zum Beispiel wurden während
der Abscheidung eines Siliziumnitrid-Films, wobei Silan (SiH4), Stickstoff (N2)
und Ammoniak (NH3) als Precursor verwendet
wurden, Rückstände in der Form eines braunen Pulvers
in der Ablassleitung beobachtet, das sich aus SixNyHz, SixHy, SiOx und elementarem
Silizium zusammensetzte. Es wird angenommen, dass dieser Rückstandsaufbau
von halbreagierten Nebenprodukten der Reaktion Sin4 + N2 + NH3 stammt. Ähnliche
Rückstände werden auch während der Abscheidung
von Siliziumnitrid-Schichten gebildet, wobei andere Precursor-Gase
oder Flüssigkeiten, wie Disilan (Si2H6) oder organische Quellen verwendet wurden.
Der Aufbau von Rückständen kann auch während
der Abscheidung von Oxynitrid-Filmen und Siliziumoxid-Filmen und
anderen Schichten auftreten und kann auch während des Plasmaätzens
und anderen Prozessschritten auftreten. Es wurde beobachtet, dass
viskose Materialien, die noch nicht Luft ausgesetzt wurden, aus
Chlorsilan-Polymeren zusammengesetzt waren, wenn sie nicht Luft
ausgesetzt sind. Diese Polymere reagieren mit Wasser, um Siloxan-Polymere
zu bilden. Die viskosen Flüssigkeiten kondensieren zu festen
Rückständen, wenn sie Luft ausgesetzt werden,
wie beispielsweise oben beschrieben.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verhindern den Aufbau von solchen Rückständen
und partikelförmigen Stoffen durch Brechen und/oder Verhindern
von Bindungen und verhindern die Polymerisation der Komponenten
in den Reaktionsgasen, die durch die Vakuum-Ablassleitung abgelassen
werden. Ausführungsformen der Erfindung können
mit einem Niederdruckplasma verwendet werden, um die Reinigung der
Ablassleitung zu unterstützen.
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Immer
noch in Bezug auf 1, ist an der CVD Reaktor 100 eine
Vorrichtung 140 zum Brechen oder Verhindern von Bindungen
angebracht, gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 140 zum Brechen oder
Verhindern von Bindungen, der die Polymerisation von Spezies, die
Polymere in der Ablassleitung bilden, reduziert und/oder verhindert,
ist stromabwärts von der Ablassgasquelle, der Prozesskammer 100,
positioniert. Die Vorrichtung 140 kann entweder an einen
Teil der Ablassleitung 131 angeschlossen sein oder diesen
ersetzen.
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In 1 ist
eine Vorrichtung 140 zum Brechen oder Verhindern von Bindungen
(im Folgenden auch als „Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung"
bezeichnet) zum Brechen/Verhindern der Bildung von Polymeren in
der Ablassleitung 131 zwischen dem Vakuum-Pump-System und
dem Vakuum-Verteiler entlang eines Teils der Ablassleitung 131 angebracht.
Aufgrund dieser Positionierung, passieren Gase, die von der Vakuum
Kammer 100 abgelassen werden, notwendigerweise die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung 140.
Die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung 140 kann an jeder
Stelle entlang der Ablassleitung 131 positioniert sein,
aber vorzugsweise ist die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung 140 so
nah wie möglich an dem Ablassaufsatz 130 positioniert,
so dass Gase, die von der Kammer 100 abgelassen werden,
die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung 140 passieren, bevor
sie irgendeinen Teil der Ablassleitung 131 passieren.
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Während
des Betriebes arbeitet die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung 140,
um Bindungen zu brechen oder die Bildung von Bindungen zu verhindern,
die die Bildung von Polymer Spezies in der Ablassleitung zulassen
würden und verhindert dabei die Bildung von solchen Polymer
Spezies in der Ablassleitung 131, wenn Abscheidegase von
der Vakuum Kammer durch die Ablassleitung 131 abgelassen werden.
Um die Bildung von Polymeren zu verhindern, kann die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung 140 sowohl
während des Abscheidebetriebes, als auch während
des Reinigungsbetriebes auf AN geschaltet werden, oder kann nur
während des Reinigungsbetriebes aktiviert werden.
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Spezielle
Ausführungsformen der Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung
werden nun beschrieben werden. Zuerst Bezug nehmend auf 2-5,
kann die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung eine stromabwärts
gelegene Hochtemperaturkammer 101 beinhalten, die mit dem
Ablassaufsatz 130 verbunden ist. In der gezeigten Ausführungsform
kann die stromabwärts gelegene Hochtemperaturkammer 101 eine
Niederfrequenz-RF Kammer sein. Niederfrequenz bezeichnet in diesem Zusammenhang,
eine RF Frequenz, die weniger als ungefähr 20 KHz beträgt
und typischerweise weniger als ungefähr 10 KHz beträgt.
Die RF Kammer ist geeignet, Temperaturen zu erzeugen, die ausreichend sind,
Bindungen zu brechen oder zu verhindern, die Polymere in der Ablassleitung
bilden. Temperaturen, die ausreichend sind, um Bindungen zu brechen
oder zu verhindern, die Polymere bilden, überschreiten ungefähr
1000°C, überschreiten typischerweise 1050°C,
und sind noch typischerweise in einem Bereich von ungefähr
1100°C bis ungefähr 1200°C.
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Komponenten
der Hochtemperaturkammer 101 beinhalten ein oberes Baffle 102 und
ein unteres Baffle 104, die aus SiC oder irgendeinem geeigneten Material
hergestellt sein können, die eine Graphit-Suszeptor-Röhre 106 umgeben
und tragen, die von einem ersten, klaren Quartz-Mantel 108 umgeben
ist, was in 3 und 4 gezeigt
ist. Bezug nehmend auf 3 und 5, umgibt
ein zweiter, opaker Quartzmantel 110 den klaren Quartzmantel 108.
Eine geeignete Spule 112, zum Beispiel eine Nickel-beschichtete
Kupferspule, zum Generieren von Niederfrequenz-RF Energie umgibt
den opaken Quartzmantel 110. Ein Keramikmantel 114 umgibt
die Spule 112, und der Keramikmantel wird von einem rostfreien
Stahlmantel 116 umgeben. Der rostfreie Stahlmantel 116 dient
zumindest zwei Zwecken. Erstens schützt er die Prozessvorrichtung 100 und
andere Anlagen vor der Spannung und den Rauschsignalen, die von
der Spule erzeigt werden. Zweitens, wenn der Keramikmantel 114 brechen
oder platzen sollte, oder wenn die Vakuumdichtkammer 101 auf eine
andere Art beschädigt ist, stellt der Mantel 116 eine
zweite Dichtung bereit, die die Ablassgase am Austritt hindert.
Der Mantel 116 kann aus einer Vielfalt von Materialien
hergestellt werden, wie Aluminium oder Stahl oder anderen Komponenten,
und ist vorzugsweise zu Abschirmungszwecken geerdet. Wie in 5 gezeigt,
kann eine opake Quartz-Strahlungs-Blende 118 an dem Ausgangsteil
der stromabwärts gelegenen Hochtemperaturkammer 101 bereit gestellt
werden, um eine thermische Isolation bereit zu stellen.
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Es
soll natürlich verstanden werden, dass die Details der
stromabwärts gelegenen Hochtemperaturkammer 101,
wie sie oben bereit gestellt wird, nur eine exemplarische Ausführungsform
sind, und Varianten des Aufbaus verwendet werden können.
Die Details des Betriebes einer Niederfrequenz-RF Kammer zum Erzeugen
von Temperaturen, die ausreichend sind, Bindungen zu brechen oder
zu verhindern, die Polymere in der Ablassleitung bilden, können
experimentell ermittelt werden. Hochtemperatur-RF Kammern, die Temperaturen
zwischen ungefähr 1000°C und 1200°C erreichen
können, sind im Stand der Technik bekannt.
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Das
Spannungsfeld, das innerhalb der stromabwärts gelegenen
Hochtemperaturkammer 101 erzeugt wird, um das Plasma zu
bilden, kann durch eine Vielfalt an bekannten Verfahren generiert werden,
wie kapazitiv gekoppelte Elektroden, induktiv gekoppelte Spulen
oder ECR Techniken. Aufgrund seiner kompakten Größe
und seiner Fähigkeit, relativ hohe Spannungsfelder zu erzeugen,
ist es jedoch bevorzugt, dass das Spannungsfeld mit einer induktiven
Spule, wie einer spiralförmigen Resonatorspule erzeugt
wird. Solche Spulen sind dem Fachmann gut bekannt und können
gemäß Kriterien entworfen werden, wie sie in einer
Vielzahl von gut bekannten Fachbüchern ausgeführt
werden, wie „Principles of Plasma Discharges and
Materials Processing" von Michael A. Liebermann und Allan J. Lichtenberg,
Seiten 404–410, John Wiley & Sons (1994), was hierin durch
Referenz enthalten ist.
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Die
spiralförmige Resonatorspule kann aus einem Metall mit
einer hohen Konduktivität hergestellt werden, wie Kupfer,
Nickel, oder Gold oder ähnlichen, konduktiven Materialien.
Um die Spule richtig schwingen zu lassen, ist es wichtig, dass die
Länge der Spule ungefähr oder etwas länger
als ¼ der Wellenlänge des angewendeten RF Signals
ist. Eine Spule dieser Länge erzeugt ein stärkeres
und intensiveres Spannungsfeld, das weiterhin die Abscheidung von
Spezies in der Hochtemperaturkammer 101 erhöht.
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Die
spiralförmige Resonatorspule ist an einem Ende mit einer
RF Energieversorgung und an dem entgegengesetzten Ende mit dem Erdpotential verbunden.
Um eine komplette Reaktion des Materials, das die stromabwärts
gelegene Hochtemperaturkammer 101 passiert oder sich darin
abscheidet, sicherzustellen, muss die Hochtemperaturkammer 101 von
der RF Energieversorgung auf einem Level betrieben werden, das ausreichend
ist, die Graphitröhre auf eine Temperatur über
ungefähr 1000°C zu heizen und optional ein Niederfrequenz-Plasma
zu formen. Generell kann ein Energielevel von zwischen 50–1000
Watt oder mehr verwendet werden, und vorzugsweise wird ein Energielevel
von zwischen 100–400 Watt benutzt. Das tatsächlich
ausgewählte Energielevel sollte durch einen Abgleich zwischen dem
Wunsch, ein ausreichendes Energielevel zu nutzen, um ein Niederfrequenzplasma
zu bilden, und dem Wunsch, ein niedriges Energielevel zu benutzen,
um Energiekosten zu sparen und die Benutzung kleinerer, weniger
teurer Energieversorger zu erlauben, bestimmt werden.
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Die
Energieversorgung, die die Hochtemperaturkammer 101 betreibt,
wird in einem Frequenzbereich unter ungefähr 10 KHz betrieben.
In diesem Frequenzbereich wird ein höherer Innenbeschuss bereit
gestellt, um weiter die Reinigung der Ablassleitung zu unterstützen.
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Die
RF Energieversorgung kann entweder von einer Ein-Frequenz-RF-Quelle
oder einer Misch-Frequenz-RF-Quelle versorgt werden. Der Energieoutput
der Versorgung wird von der Anwendung abhängen, für
die die stromabwärts gelegene Hochtemperaturkammer 101 genutzt
wird und von dem Volumen des Gases, das in der stromabwärts
gelegene Hochtemperaturkammer 101 behandelt werden soll.
Die RF Energie kann von der RF-Energieversorgung stammen, die genutzt
wird, um die Reaktionskammer 100 zu versorgen oder kann
von einer separaten RF-Energieversorgung 103 geliefert
werden, die nur die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung 140 betreibt.
Zusätzlich, vorausgesetzt, dass viele Prozesskammern in
einem Reinraum vorhanden sind, können die vielen stromabwärts
gelegene Hochtemperaturkammern 101, die mit der Reaktionskammer 100 verbunden
sind, alle von einer getrennten, zugeordneten Energieversorgung
betrieben werden, die an eine geeignete Anzahl von RF-Energieverteilern angeschlossen
ist.
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Die
Länge und Größe der stromabwärts
gelegenen Hochtemperaturkammer 101 kann variieren. In einigen
Anwendungen kann die Hochtemperaturkammer nur 4–6 inches
(10,16–15,24 cm) lang oder sogar kürzer sein,
während die stromabwärts gelegene Hochtemperaturkammer 101 in
anderen Anwendungen die gesamte Länge der Ablassleitung 131 (4–5
Fuß oder länger, 121,92–152,4 cm oder
länger) haben kann und damit die Leitung ersetzt. Da die Länge
der Spule etwas länger als ¼ der RF Wellenlänge
sein sollte, gibt es einen direkten Zusammenhang zwischen der Spulenlänge
und der benutzten RF-Frequenz. Längere Spulen benötigen
eine niedrigere Frequenz des RF-Energiesignals.
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Die
oben beschriebene stromabwärts gelegene Hochtemperaturkammer 101 kann
in einer thermischen Betriebsart alleine genutzt werden, oder sie kann
auch zusammen mit einem Niederdruckplasma genutzt werden, das in
der Niederfrequenz-RF Kammer generiert werden kann. In diesem Zusammenhang
bezieht sich Niederdruck auf einen Druck von weniger als ungefähr
20 Torr, und typischerweise weniger als ungefähr 10 Torr.
Zusätzlich können verschiedene ätzende
Spezies aktiviert werden, wie HCl, NF3,
CL2 und F2, um den
Reinigungsprozess zu steigern. Ätzende Spezies können
in eine Einlassöffnung 98, die mit dem Ablassaufsatz 130 in
Verbindung steht, eingeführt werden.
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Der
Gebrauch von chlorhaltigen Gasen, um eine Waferprozesskammer von
Absckeidungen, die nach der Abscheidung auftreten, zu reinigen,
ist in
US Patent Nr. 6,042,654 beschrieben,
das hiermit durch Referenz vollkommen enthalten ist. In dem Verfahren,
das von
US Patent Nr. 6,042,654 beschrieben
wird, werden Chlorradikale durch Erhitzen von Chlorgas gebildet
und die Chlorradikale reagieren mit Abscheidungen in der Prozesskammer.
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Ein
Vorteil des Hochtemperaturreinigungsprozesses und -vorrichtung ist,
dass HCl als ein Reinigungsgas bei höheren Temperaturen
verwendet werden kann. In einer Ausführungsform, wenn HCl als ätzende
Spezies verwendet wird, wird die stromabwärts gelegene
Hochtemperaturkammer 101 auf ungefähr 1200°C
geheizt. Wenn die stromabwärts gelegene Hochtemperaturkammer 101 die
Temperatur von 1200°C erreicht hat, die über der
Dissoziationstemperatur von HCl Gas liegt, wird HCl in die stromabwärts
gelegene Hochtemperaturkammer 101 eingeführt.
In Folge der hohen Temperatur, dissoziiert das HCl in reaktiven
Wasserstoff (H) und Chlor (Cl), die mit den Siliziumnebenprodukten
reagieren werden. In einer Ausführungsform, die HCl als Ätzmittel
verwendet, sollte die stromabwärts gelegene RF Kammer über
die Dissoziationstemperatur von HCl hinaus beheizt werden, welche über
ungefähr 1150°C liegt. Es wird angenommen, dass
unter dieser Temperatur das HCl das Polymer nicht zerbricht.
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Gemäß einer
oder mehrere Ausführungsformen wird daher die Bildung von
Polymer-Ablass-Abscheidungen verhindert durch Heizen der Niederfrequenz-RF
Kammer auf Temperaturen, die ausreichend sind, um die Bindungen
zu brechen, die Polymer-Ablass-Komponenten bilden oder die Bildung solcher
Bindungen zu verhindern. Zusätzlich kann das Heizen dazu
genutzt werden, die ätzende Spezies in der stromabwärts
gelegenen RF Kammer zu aktivieren. Temperaturen über ungefähr
1000°C, und noch typischerweise über ungefähr
1100°C, zum Beispiel zwischen ungefähr 1100°C
und 1200°C können verwendet werden, um Bindungen
zu brechen, um die Polymerisation der Ablasskomponenten zu verhindern
und können verwendet werden, um ätzende Spezies
zu aktivieren.
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Obwohl
vorher beschrieben wurde, dass die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung 140 während spezifischer
Perioden einer Prozessprozedur AN und AUS geschaltet werden kann,
kann die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung auch als ein passives
Gerät konfiguriert sein. Als passives Gerät, wenn
die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung 140 die oben beschriebene
stromabwärts gelegene Hochtemperatur Kammer 101 ist,
wird die Hochtemperatur Kammer 101 kontinuierlich mit einem
ausreichenden RF Energie Signal beliefert, so dass keine speziellen
Kontrollsignale oder Prozessorzeit verwendet werden müssen,
um die Hochtemperaturkammer 101 AN oder AUS zu schalten.
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Wie
vorher erwähnt, wird Energie an die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung 140 während
der Zeit geliefert, in der ein Kammerreinigungsbetrieb statt findet,
wenn sie als ein aktives Gerät konfiguriert ist. Optional
kann RF Energie auch während des Zeitraums, in dem Filmabscheidung
in der Kammer 100 stattfindet, geliefert werden. Die Kontrolle
des Zeitaspektes der Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung 140,
wenn sie als ein aktives Gerät konfiguriert ist, wird generell
von einem Prozessor (nicht gezeigt) durch die Anwendung von Kontrollsignalen,
die über Kontrollleitungen gesendet werden, durchgeführt.
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Eine
Anzahl von alternativen Ausführungsformen der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung kann konstruiert werden. Die Polymer-Verhinderungs-Vorrichtung 140,
die oben in 1 gezeigt ist, kann die Form
eines Vakuum-UV-Gerätes aufweisen, das an den Ablassaufsatz
gekoppelt ist. Eine exemplarische Ausführungsform einer
solchen Vorrichtung ist in 6 gezeigt.
In 7 ist das UV Gerät 200 an den
Ablassaufsatz 130 der Reaktionskammer 100 und
stromaufwärts von der Ablassleitung 131 gekoppelt.
Es soll verstanden werden, dass das UV Gerät 200 zusätzlich
oder anstatt an den Ablassaufsatz gekoppelt zu sein, an die Ablassleitung 131 gekoppelt sein
kann. Eine Einlassleitung kann an den Ablassaufsatz 130 oder
an die Ablassleitung zum Zugeben von ätzenden Spezies,
wie HCl, NF3, Cl2 und
F2, gekoppelt sein. Ätzende Spezies
können in die Ablassleitung oder in den Ablassaufsatz eingespeist
werden, um den Reinigungsbetrieb zu fördern.
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7 zeigt
eine Ausführungsform eines UV Gerätes 200,
das in der in 7 gezeigten Ausführungsform
verwendet werden kann. In 7 beinhaltet
das UV Gerät eine Xeradex® Birne,
wie sie von Osram Sylvania von Danvers, MA erhältlich ist.
Alternativ kann die UV Quelle eine Lampe sein, die von USHIO America,
Inc, geliefert wird. Die Wellenlänge der Birne wird von
der Art des benutzten Ätzmittels abhängen. Geeignete
Wellenlängen umfassen 172 nm und 124 nm, wenn Cl2 das Ätzgas ist. Die Birne 202 kann
an den Ablassaufsatz bei einem UV Fenster 204 angebracht
sein, das typischerweise mit angemessenen Dichtungen 206, 208,
wie O-Ringe, abgedichtet sein würde. Das Lampengehäuse
kann ein Spülventil 212 für Stickstoff
oder andere Gase beinhalten.
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Im
Gebrauch verhindert die UV Energie, die von der Birne 202 generiert
wird, die Bildung von Bindungen oder bricht Bindungen, die benötigt
werden, um Polymer-Spezies in der Ablassleitung zu bilden. Die flüchtigen
Spezies bleiben in der Gasphase und werden in der Gasphase durch
die Ablassleitung 131 abgepumpt. Es wird angenommen, dass
bei Verwendung von HCl als Ätzmittel, es in UV Licht reaktiver sein
wird, und dass es den Reinigungsprozess fördert. Es kann
wünschenswert sein, dass der Reinigungsprozess weiter durch
Heizen der Ablassleitung für zumindest 3–4 Fuß (91,44–121,92
cm) stromabwärts von dem UV Gerät 200 verstärkt
wird.
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Obwohl
die Erfindung hierin mit Bezug auf besondere Ausführungsformen
beschrieben worden ist, sollte es verstanden werden, dass diese
Ausführungsformen lediglich veranschaulichend für
die Prinzipien und Anwendungen der vorliegenden Erfindung sind.
Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedenartige
Modifikationen und Variationen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung durchgeführt
werden können, ohne die Wesensart und den Schutzbereich
der Erfindung zu verlassen. Daher ist es vorgesehen, dass die vorliegende
Erfindung Modifikationen und Variationen beinhaltet, die sich innerhalb
des Schutzbereiches der angefügten Ansprüche und
deren Äquivalenten befinden.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
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Ausführungsformen
der Erfindung betreffen Verfahren und Vorrichtungen zum Bilden von
Filmen mittels CVD-Technik. Eine oder mehrere Ausführungsformen
des Verfahrens und der Vorrichtung beinhalten das Verhindern der
Bildung von Bindungen und/oder das Brechen von Bindungen, die eine
Polymerbildung in der Ablassleitung (131) einer CVD Vorrichtung
zulassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6194628 [0012, 0012, 0012, 0012]
- - US 5916369 [0028]
- - US 6042654 [0045, 0045]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Principles
of Plasma Discharges and Materials Processing" von Michael A. Liebermann
und Allan J. Lichtenberg, Seiten 404–410, John Wiley & Sons (1994) [0038]