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Die
vorliegende Erfindung betrifft Einrichtungen zum Abscheiden von
Metallkomponenten aus dem Abgas oder den Abgasen eines metall-organischen
Prozesses, und insbesondere Einrichtungen zur Einbeziehung in Vakuumsysteme
zum Reagieren und Abscheiden der Metallkomponente aus Abgasen aus
Halbleiterfertigungsprozessen.
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Beispielsweise
in der Halbleiterindustrie werden verschiedene metall-organische
Vorläufer
bei der chemischen Bedampfung (CVD) metallischer Verbindungs- oder
Sperrschichten auf Siliziumplättchen
verwendet. Zwei wünschenswerte
Merkmale dieser metall-organischen
Vorläufer
sind a) ein vernünftiger
Dampfdruck, der eine genaue und wiederholbare Abgabe des Vorläufers in
die Prozesseinrichtung ermöglicht,
und b) hohe Metall- auftragsraten bei
niedrigen Temperaturen. Diese chemischen Bedampfungstechniken werden
bei niedrigem Druck ausgeführt
und erfordern daher Vakuumsysteme, um effizient zu arbeiten. Auslegungsbedingt
verbraucht eine typische Anwendung nur einen Teil des metallorganischen
Prozessgases. Das unreagierte Gas und andere Prozessnebenprodukte
müssen
durch das Vakuumsystem abgepumpt werden, das mit der Prozesseinrichtung
verbunden ist.
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Unter
gewissen Bedingungen können
die Prozessabgase in der Prozesseinrichtung und der Vakuumeinrichtung
reagieren und dadurch bewirken, das Metall auf verschiedenen Oberflächen der
Prozesseinrichtung und der Vakuumeinrichtung abgelagert wird. Der
hauptsächlichen
ungünstigen
Wirkungen der Metallablagerungen im Vakuumsystem sind Verlust an
Leitfähigkeit
und Störung
umlaufender Mechanismen. Unreagiertes metall-organisches Gas kann auch eine Verunreinigung
durch Metall verursachen, wenn man es in die Umgebung austreten
lässt.
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Eine
Lösung
des Problems besteht darin, die Abgase zur vollständigen Reaktion
in einem thermischen Niederdruckreaktor zu zwingen, der zwischen der
Prozesseinrichtung und der Vakuumeinrichtung angeordnet ist.
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Die
wichtigsten Anforderungen an einen thermischen Niederdruckreaktor
sind hohe Reaktionseffizienz und die Fähigkeit, einen hohen Leitwert beizubehalten,
während
das Metall sich in seinem inneren ablagert. Der Leitwert eines solchen
Reaktors nimmt ab, während Metall
sich in dem Reaktor niederschlägt,
und beispielsweise im Falle eines langen zylindrischen Rohrs bei
ständiger
Strömung
verändert
sich der Leitwert direkt mit der vierten Potenz des Durchmessers
des Rohrs und umgekehrt wie die Rohrlänge. Eine Verringerung des
Rohrdurchmessers durch Metallablagerung bewirkt einen schnellen Verlust
an Leitfähigkeit.
Im Falle eines Reaktors mit großem
Verhältnis
von Oberfläche
zu Volumen, wo der Durchmesser viel kleiner als die Länge ist,
kann ein hoher Wirkungsgrad auf Kosten eines schnellen Leitfähigkeitsverlusts
erreicht werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Abscheiden
einer Metallkomponente auf irgendwelchem nicht reagierten metall-organischen
Gas nach Verwendung dieses Gases in einem metall-organischen Prozeß zu schaffen, wobei
die Einrichtung für
den Einbau zwischen der Prozessausrüstung und der Vakuumausrüstung ausgelegt
ist, und wobei das in die Auslegung der Einrichtung eingebaute Metallsammelmuster
die Leitfähigkeit
maximiert, während
eine große
Sammelkapazität
aufrechterhalten bleibt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine Einrichtung zum Abscheiden der Metallkomponente
aus irgendwelchem unreagiertem metall-organischen Gas nach Gebrauch
dieses Gases in einem metall-organischen Bedampfungsverfahren ein Hauptgehäuse mit
einem Einlaß und
einem davon beabstandeten Auslaß,
einem Element, das innerhalb des Hauptgehäuses angeordnet ist, und einen oder
mehrere Flügel
auf, die zwischen der Außenoberfläche des
Elements und der Innenoberfläche
des Hauptgehäuses
verlaufen, um mit dem genannten Oberflächen einen oder mehrere Kanäle für den gewundenen
Durchgang des unreagierten metall-organischen Gases zwischen dem
Einlaß zum
Auslaß hin zu
definieren, und Mittel zur Steuerung der Temperatur des rohrförmigen Elements
aufweist.
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Vorzugsweise
ist das Element ein hohles rohrförmiges
Element, auf welchem eine Mehrzahl von Flügeln befestigt ist und radial
auswärts
von der Außenoberfläche des
rohrförmigen
Elements ragt und die Innenoberfläche des Hauptgehäuses berührt, wobei
die Flügel
entlang der Länge
des rohrförmigen
Elements verlaufen, um eine Mehrzahl verbindender Längskanäle zu bilden.
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Vorzugsweise
ist die Einrichtung als Wegwerfartikel ausgebildet.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird nunmehr beispielshalber beschrieben, wobei auf
die Figuren der anliegenden schematischen Zeichnungen Bezug genommen
wird, in denen zeigt:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm, das eine Vakuumprozesskammer und Hilfsausrüstung für einen
metall-organischen Niederdruck-Bedampfungsprozeß zeigt,
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2 eine
teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht einer Einrichtung
zum Abscheiden einer Metallkomponente aus irgendwelchem unreagierten
metall-organischen Gas nach Gebrauch dieses Gases in der Vakuumprozesskammer
nach 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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3 eine
perspektivische Ansicht einer Einzelheit der Einrichtung nach 2,
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4 ein
Diagramm, das die Strömung
von unreagiertem metall-organischem Gas beim Durchgang durch die
Einrichtung nach 2 zeigt, und
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5 eine
Auswahl von Flügelanordnungen, die
in der Einrichtung nach 2 verwendet werden kann.
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Es
wird zunächst
auf 1 Bezug genommen, wo zur Verwendung in einem metallorganischen
chemischen Bedampfungsprozeß bei
niedrigem Druck (Vakuum) eine Vakuumprozesskammer 2 dargestellt
ist, die ein Plättchen
oder Plättchen
enthält.
Im Betrieb wird ein Gemisch von Gasen, beispielsweise ein Kupfervorläufer wie
beispielsweise Cu(hfac)(vtms) und inerten Trägergasen durch die Prozesskammer 2 zum
Auftrag der Kupferkomponente auf dem Plättchen hindurchpassiert. Irgendwelches überschüssiges unreagierten
Kupfervorläufergas,
reagierte Kupfervorläufer-Nebenprodukte und
die inerten Trägergase
verlassen die Vakuumprozesskammer 2 als Abgase, die durch
eine Vorleitung 4 und eine Vakuumpumpe 6 in eine
Abgasleitung 8 gelangen.
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Es
wird nun auf die 2 und 3 Bezug genommen,
in denen eine Einrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung
zum Abscheiden einer Metallkomponente aus irgendwelchem unreagiertem metall-organischem
Gas nach Gebrauch in dem metall-organischem Bedampfungsprozeß dargestellt
ist. Die Einrichtung 10 ist in die Vorleitung 4 einsetzbar, d.h.
vor der Vakuumpumpe 6, und sie umfasst ein Hauptgehäuse 12,
das beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt ist und das
einen Einlaß 14 und
davon beabstandet einen Auslaß 16 aufweist.
Wie dargestellt, haben das Hauptgehäuse 12, der Einlaß 14 und
der Auslaß 16 jeweils
eine kreisförmige
Querschnittskonfiguration, und der Einlaß 14 ist neben dem
Auslaß 16 angeordnet.
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Konzentrisch
in dem Hauptgehäuse 2 entlang
der Längsachse
des Hauptgehäuses 2 ist
ein Element 18 in Form eines länglichen hohlen Rohrs montiert,
das eine beträchtlich
kleinere Querschnittskonfiguration als das Hauptgehäuse 12 hat.
Das rohrförmige
Element 18 ist beispielsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt,
und in dem rohrförmigen
Element 18 ist ein Mittel in Form eines Heizelements 19 (nicht dargestellt)
zum Steuern der Temperatur des rohrförmigen Elements 18 angeordnet.
An dem rohrförmigen
Element 18 ist eine Mehrzahl kurzer Flügel 22 befestigt,
die parallel zum Element 18 verlaufen, und ein oder mehr
lange Flügel 24 verlaufen
ebenfalls parallel zum Element 18. Die Flügel 22 und 24 sind
aus einem metallischen Material, beispielsweise rostfreiem Stahl,
hergestellt, und die abmessungsmäßige Konfiguration
der Flügel
ist derart, daß sie
radial von dem rohrförmigen
Element 18 in Berührung
mit der Innenfläche
des Hauptgehäuses 12 an
allen Punkten längs
ihrer Länge
ragen. Ebenfalls am rohrförmigen Element 18 sind
ein oder mehrere Platten 28 befestigt, die beispielsweise
aus rostfreiem Stahl gefertigt sind. Wie gezeigt, sind die Platten 28 an
einem kurzen Flügel 22 und
einem langen Flügel 24 neben dem
Einlaß 14 und
dem Auslaß 16 befestigt.
Wie dargestellt, ist die Anordnung kurzer Flügel 22 und langer
Flügel 24 derart,
daß die
kurzen Flügel
mit den langen Flügeln
um das rohrförmige
Element 18 herum abwechseln.
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An
jedem Ende des Hauptgehäuses 12 sind Endplatten 26 vorgesehen,
die jeweils eine Zugangsöffnung 20 haben,
um das Einsetzen des Heizelements 19 in das Innere des
rohrförmigen
Elements 18 zu ermöglichen.
Die Endplatten 26 sind aus einem metallischen Material,
beispielsweise rostfreiem Stahl hergestellt.
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Ebenfalls
unter Bezugnahme auf 4 ist evident, daß die Flügel 22, 24 zusammen
mit der Außenoberfläche des
rohrförmigen
Elements 18 und der Innenoberfläche des Hauptgehäuses 12 eine Mehrzahl
von Kanälen 30, 34, 38, 42 bilden,
die miteinander in Verbindung stehen, um einen gewundenen Strömungsweg
für die
Strömung
von Abgas zwischen dem Einlaß 14 und
dem Auslaß 16 zu
schaffen.
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Im
Betrieb ist die Einrichtung 10 mittels Flanschen (nicht
dargestellt) an einer vorgegebenen Stelle in der Vakuumvorleitung 4 lösbar befestigt.
Danach wird dem Heizelement 19, das im Inneren des rohrförmigen Elements 18 angeordnet
ist, Energie zugeführt,
und das Element 18 zusammen mit den Flügeln 22 und 24 und
den Platten 28 wird Temperatur gesteuert, um eine thermisch
einstellbare Reaktoroberfläche
zu ergeben, wo die Metallkomponente(n) aus dem durch die Einrichtung 10 strömenden Abgas
abgelagert werden kann/können.
Die Metallkomponente(n) wird/werden anfänglich an den Wurzeln der Flügel 22, 24 abgelagert,
und daher bietet das Gerät
der Strömung
von Abgasen durch die Vorleitung 4 sehr wenig Widerstand.
Zu allen Zeiten während
des Betriebs der Einrichtung 10 bleibt die Temperatur des Hauptgehäuses 12 auf
Umgebungstemperatur, d.h. relativ kühl mit Bezug auf das rohrförmige Element 18 und
die Flügel 22, 24.
Die spezifische Anordnung der Flügel 22, 24,
wie bei der obigen Ausführungsform beschrieben,
erzeugt einen langen Strömungsweg zwischen
dem Einlaß 14 und
dem Auslaß 16,
so daß das
Abgas eine relativ lange Verweilzeit hat, wodurch die Ablagerung
der Metallkomponente aus dem Abgas begünstigt wird. Die spezifische
beschriebene Anordnung hat gezeigt, daß sie ein großes Innenvolumen
schafft, das die Ablagerung großer
Mengen der Metallkomponente ermöglicht,
während
der Strömungswiderstand
für die
Abgase durch die Einrichtung 10 minimiert wird.
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Obwohl
bei der oben beschriebenen Ausführungsform
auf ein hohles rohrförmiges
Element Bezug genommen worden ist, kann natürlich ein Temperatursteuerelement
irgendeiner Bauart oder Form eingesetzt werden, bei dem Flügel direkt
daran befestigt sind.
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Um
nun auf 5 zu kommen, diese zeigt verschiedene
Konfigurationen von Flügeln,
die unterschiedliche Strömungsweglängen und
Volumen innerhalb der Einrichtung 10 ergeben, die nach
den Prozessbedingungen gewählt
werden können.
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Obwohl
die obige Ausführungsform
in Verbindung mit einem metall-organischen chemischen Niederdruck-Bedampfungsprozeß beschrieben
worden ist, ist klar, daß die
beschriebene Einrichtung in gleicher Weise in anderen Prozessen
effektiv sein kann, beispielsweise bei plasmaunterstützer chemischer
Bedampfung, wo Abgase durch die Einrichtung 10 zum Abscheiden
von Metallkomponenten bei variablen Temperaturen strömt.