一種游離氣體的方法
【專利說明】一種游離氣體的方法發(fā)明領域
[0001]本發(fā)明涉及化工領域，尤其是一種游離氣體方法。
[0002]發(fā)明背景
可用于等離子放電激發(fā)氣體產生活化氣體中含有離子，自由基，原子和分子。激活的氣體被用于許多工業(yè)和科學應用，包括處理的固體材料，如半導體晶片，粉末，和其他氣體。等離子體的等離子體被加工的材料的曝光條件的參數的差異很大，這取決于應用程序。
[0003]例如，一些應用需要使用具有低動能的離子(即幾個電子伏特)，因為被加工的材料是容易損壞的。其他應用程序，如各向異性蝕刻或平面化的電介質沉積，需要使用具有高動能的離子。的其它的應用，如反應性離子束蝕刻，要求離子能量的精確控制。
[0004]某些應用程序需要被處理物料的高密度等離子體的直接照射。一個這樣的應用是產生離子活化的化學反應。其他這樣的應用包括蝕刻和沉積材料到高縱橫比結構。其他應用程序需要屏蔽從血漿中被加工的材料，因為材料是敏感的離子所造成的損壞或由于加工過程中有高選擇性的要求。
[0005]可以以各種方式，包括直流放電，射頻(RF)放電，微波放電產生等離子體。直流放電通過在一種氣體中的兩個電極之間施加電勢來實現。RF放電通過靜電或感應耦合能量從電源轉換為等離子體實現。平行板通常用于靜電能量耦合到等離子體中。感應線圈通常用于誘導到等離子體中的電流。微波放電實現的直接耦合的微波能量通過微波通過窗口進入含有氣體的排出室。微波放電是有利的，因為它們可以被用來支持廣泛的放電條件下，包括高度電離的電子回旋共振(ECR)等離子體。
[0006]射頻放電和直流放電本身產生高能量的離子，因此，經常被用來產生等離子體的應用中，被加工的材料是直接與等離子體接觸。微波放電產生的高密度，低離子能量等離子體，因此，經常被用來產生活性氣體流“下游”加工。微波放電也是有用的應用程序，它是可取的，以產生在低能量的離子，然后加速的離子與施加的電勢的過程表面。
[0007]然而，微波爐和電感耦合等離子體源需要昂貴和復雜的電力輸送系統(tǒng)。在這些等離子體源需要精密射頻或微波功率發(fā)生器和復雜的匹配網絡的阻抗相匹配發(fā)電機的等離子體源。此外，精密儀器，通常是必需的，以確定和控制的實際功率到達血漿。
[0008]射頻電感耦合等離子體產生大面積的等離子體作為半導體晶片加工的這樣的應用是特別有用的。然而，現有技術的RF電感耦合等離子體不是純感性的，因為驅動電流只有弱耦合等離子。因此，射頻電感耦合等離子體效率低，需要使用高電壓的驅動線圈上。高電壓產生很高的靜電場導致高能離子轟擊反應器表面。離子轟擊劣化反應器中，可能會污染處理室和被加工的材料。離子轟擊也可以被加工的材料造成損壞。
[0009]法拉第屏蔽層中使用的電感耦合等離子體源，包含高的靜電場。然而，由于比較弱的耦合的驅動線圈的電流的等離子體，在屏蔽層產生大量功耗大的渦流的形式。低成本，復雜性，并減少功率效率作出使用法拉第屏蔽沒有吸引力。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明提供一種活性氣體源使用一個高效率的RF功率耦合裝置耦合功率成等離子體，無需使用常規(guī)的射頻或微波發(fā)生器和阻抗匹配系統(tǒng)。
[0011]本發(fā)明的另一個主要目的，本發(fā)明提供一種活性氣體源材料的加工中，有沒有重大的高能離子轟擊的過程中反應器內，在沒有損壞的源和不使用化學反應的氣體時，可以持續(xù)長期操作污染物的材料生產。
[0012]本發(fā)明的另一個主要目的，本發(fā)明提供一種活性氣體源，在其中，無論是金屬，電介質，或被覆的金屬(例如，陽極氧化處理)可以被用于形成源室。
[0013]本發(fā)明的一個主要發(fā)現是，開關半導體器件，可以用來有效地驅動一個電源變壓器的初級繞組耦合電磁能量的等離子體，以便形成一個次級電路的變壓器。這是本發(fā)明的另一個主要發(fā)現，可以構造與等離子體室的金屬感應驅動的環(huán)形等離子體源。
[0014]因此，本發(fā)明的特征離解的氣體的裝置，其中包括一個等離子體室。等離子體腔室可以形成由金屬材料如鋁，或者可以形成由電介質材料(如石英)。的金屬材料，也可以是難熔金屬。該裝置可以包括被耦合到等離子體室的處理室，并定位成接收所產生的等離子體在等離子體室中的反應性氣體。
[0015]該裝置還包括具有一個變壓器的磁芯周圍的等離子體腔室的一部分，并具有一個初級繞組。一個或多個開關半導體器件直接耦合到電源電壓，并有一個輸出耦合到變壓器的初級繞組上。所述一個或多個開關半導體器件的輸出可被直接耦合到變壓器的初級繞組上。所述一個或多個開關半導體元件的開關晶體管。的電壓供給，可以是線電壓供電或總線電壓電源。
[0016]該裝置可以包括一個自由電荷發(fā)生器，它有助于在腔室內的等離子體點火。在一個優(yōu)選的實施例中，電極被定位在腔室中，以產生自由電荷。在另一個優(yōu)選的實施例中，電極被電容耦合到所述腔室，以產生自由電荷。在另一個優(yōu)選的實施例中，紫外光源的光耦合到所述腔室，以產生自由電荷。
[0017]該裝置可以包括一個電路，用于測量電參數的初級繞組和等離子體。該電路測量參數，例如驅動電流在初級繞組，初級繞組，總線電源電壓，在初級繞組的平均功率和峰值功率在初級繞組兩端的電壓。的功率控制電路可以被耦合到電路，用于測量電參數的初級繞組和等離子體。電源控制電路，調節(jié)流過的電流的初級繞組的初級繞組和等離子體的電特性的測量，并根據從預定的一組點代表一個所需的操作條件。
[0018]本發(fā)明還提供游離氣體的方法。該方法包括提供一個含有氣體的壓力室?？苫旧显贗毫米和100毫米之間的壓力。氣體包括稀有氣體，反應性氣體，或它們的混合物中的至少一種惰性氣體和至少一種反應性氣體。該方法還包括提供一種變壓器，其具有的磁芯周圍的腔室的一部分，并具有一個初級繞組。
[0019]此外，該方法包括直接連接至電壓源，它可以是一個線電壓供電或總線電壓電源的一個或多個開關的半導體器件。所述一個或多個開關半導體器件也耦合到變壓器的初級繞組上，使他們產生電流，驅動器的初級繞組。所述一個或多個開關半導體器件可以直接連接到初級繞組的變壓器。
[0020]該方法還包括誘導變壓器的初級繞組中的電流在等離子體室內部的電位。的感應電勢的大小依賴于由核心和開關的半導體器件工作時的頻率根據法拉第電磁感應定律產生的磁場。潛在的形成等離子體，完成了在變壓器的次級電路?？苫旧显?-100之間V /cm的電場的等離子體。該方法可以包括提供一個初始電離室事件。的初始電離事件可以是初級繞組的電壓脈沖，或定位在等離子體腔室中的電極的應用。的初始電離事件可能對腔室暴露于紫外線輻射。
[0021]該方法可以包括在初級繞組和等離子體的電氣參數，包括電流驅動中的一個或多個初級繞組，在初級繞組兩端的電壓，母線電壓，在初級繞組的平均功率測量的步驟，并在初級繞組的峰值功率。此外，該方法可以包括以下步驟:確定所述一個或多個開關半導體的初級繞組，等離子體，從預定的一組點，代表一個所需的操作條件的電氣參數的測量設備的輸出端。
[0022]本發(fā)明還包括一種方法，用于清洗處理室。該方法包括提供一個被耦合到處理室的等離子體室。在等離子體室中包含的反應性氣體的壓力。提供一種變壓器的磁芯周圍的等離子體腔室的一部分，并具有一個初級繞組。一個或多個開關半導體器件直接耦合，用于產生一個電流，驅動變壓器的初級繞組的電壓供給。
[0023]此外，該方法包括誘導與初級繞組中的電流在等離子體室內部的電位。的感應電勢的大小依賴于由核心和開關的半導體器件工作時的頻率根據法拉第電磁感應定律產生的磁場。潛在的形成等離子體，完成了在變壓器的次級電路。該方法還包括引導到處理腔室，從而清潔處理室的等離子體室中產生的等離子體的原子