一种游离气体的方法
【专利说明】一种游离气体的方法发明领域
[0001]本发明涉及化工领域，尤其是一种游离气体方法。
[0002]发明背景
可用于等离子放电激发气体产生活化气体中含有离子，自由基，原子和分子。激活的气体被用于许多工业和科学应用，包括处理的固体材料，如半导体晶片，粉末，和其他气体。等离子体的等离子体被加工的材料的曝光条件的参数的差异很大，这取决于应用程序。
[0003]例如，一些应用需要使用具有低动能的离子(即几个电子伏特)，因为被加工的材料是容易损坏的。其他应用程序，如各向异性蚀刻或平面化的电介质沉积，需要使用具有高动能的离子。的其它的应用，如反应性离子束蚀刻，要求离子能量的精确控制。
[0004]某些应用程序需要被处理物料的高密度等离子体的直接照射。一个这样的应用是产生离子活化的化学反应。其他这样的应用包括蚀刻和沉积材料到高纵横比结构。其他应用程序需要屏蔽从血浆中被加工的材料，因为材料是敏感的离子所造成的损坏或由于加工过程中有高选择性的要求。
[0005]可以以各种方式，包括直流放电，射频(RF)放电，微波放电产生等离子体。直流放电通过在一种气体中的两个电极之间施加电势来实现。RF放电通过静电或感应耦合能量从电源转换为等离子体实现。平行板通常用于静电能量耦合到等离子体中。感应线圈通常用于诱导到等离子体中的电流。微波放电实现的直接耦合的微波能量通过微波通过窗口进入含有气体的排出室。微波放电是有利的，因为它们可以被用来支持广泛的放电条件下，包括高度电离的电子回旋共振(ECR)等离子体。
[0006]射频放电和直流放电本身产生高能量的离子，因此，经常被用来产生等离子体的应用中，被加工的材料是直接与等离子体接触。微波放电产生的高密度，低离子能量等离子体，因此，经常被用来产生活性气体流“下游”加工。微波放电也是有用的应用程序，它是可取的，以产生在低能量的离子，然后加速的离子与施加的电势的过程表面。
[0007]然而，微波炉和电感耦合等离子体源需要昂贵和复杂的电力输送系统。在这些等离子体源需要精密射频或微波功率发生器和复杂的匹配网络的阻抗相匹配发电机的等离子体源。此外，精密仪器，通常是必需的，以确定和控制的实际功率到达血浆。
[0008]射频电感耦合等离子体产生大面积的等离子体作为半导体晶片加工的这样的应用是特别有用的。然而，现有技术的RF电感耦合等离子体不是纯感性的，因为驱动电流只有弱耦合等离子。因此，射频电感耦合等离子体效率低，需要使用高电压的驱动线圈上。高电压产生很高的静电场导致高能离子轰击反应器表面。离子轰击劣化反应器中，可能会污染处理室和被加工的材料。离子轰击也可以被加工的材料造成损坏。
[0009]法拉第屏蔽层中使用的电感耦合等离子体源，包含高的静电场。然而，由于比较弱的耦合的驱动线圈的电流的等离子体，在屏蔽层产生大量功耗大的涡流的形式。低成本，复杂性，并减少功率效率作出使用法拉第屏蔽没有吸引力。
【发明内容】
[0010]本发明提供一种活性气体源使用一个高效率的RF功率耦合装置耦合功率成等离子体，无需使用常规的射频或微波发生器和阻抗匹配系统。
[0011]本发明的另一个主要目的，本发明提供一种活性气体源材料的加工中，有没有重大的高能离子轰击的过程中反应器内，在没有损坏的源和不使用化学反应的气体时，可以持续长期操作污染物的材料生产。
[0012]本发明的另一个主要目的，本发明提供一种活性气体源，在其中，无论是金属，电介质，或被覆的金属(例如，阳极氧化处理)可以被用于形成源室。
[0013]本发明的一个主要发现是，开关半导体器件，可以用来有效地驱动一个电源变压器的初级绕组耦合电磁能量的等离子体，以便形成一个次级电路的变压器。这是本发明的另一个主要发现，可以构造与等离子体室的金属感应驱动的环形等离子体源。
[0014]因此，本发明的特征离解的气体的装置，其中包括一个等离子体室。等离子体腔室可以形成由金属材料如铝，或者可以形成由电介质材料(如石英)。的金属材料，也可以是难熔金属。该装置可以包括被耦合到等离子体室的处理室，并定位成接收所产生的等离子体在等离子体室中的反应性气体。
[0015]该装置还包括具有一个变压器的磁芯周围的等离子体腔室的一部分，并具有一个初级绕组。一个或多个开关半导体器件直接耦合到电源电压，并有一个输出耦合到变压器的初级绕组上。所述一个或多个开关半导体器件的输出可被直接耦合到变压器的初级绕组上。所述一个或多个开关半导体元件的开关晶体管。的电压供给，可以是线电压供电或总线电压电源。
[0016]该装置可以包括一个自由电荷发生器，它有助于在腔室内的等离子体点火。在一个优选的实施例中，电极被定位在腔室中，以产生自由电荷。在另一个优选的实施例中，电极被电容耦合到所述腔室，以产生自由电荷。在另一个优选的实施例中，紫外光源的光耦合到所述腔室，以产生自由电荷。
[0017]该装置可以包括一个电路，用于测量电参数的初级绕组和等离子体。该电路测量参数，例如驱动电流在初级绕组，初级绕组，总线电源电压，在初级绕组的平均功率和峰值功率在初级绕组两端的电压。的功率控制电路可以被耦合到电路，用于测量电参数的初级绕组和等离子体。电源控制电路，调节流过的电流的初级绕组的初级绕组和等离子体的电特性的测量，并根据从预定的一组点代表一个所需的操作条件。
[0018]本发明还提供游离气体的方法。该方法包括提供一个含有气体的压力室。可基本上在I毫米和100毫米之间的压力。气体包括稀有气体，反应性气体，或它们的混合物中的至少一种惰性气体和至少一种反应性气体。该方法还包括提供一种变压器，其具有的磁芯周围的腔室的一部分，并具有一个初级绕组。
[0019]此外，该方法包括直接连接至电压源，它可以是一个线电压供电或总线电压电源的一个或多个开关的半导体器件。所述一个或多个开关半导体器件也耦合到变压器的初级绕组上，使他们产生电流，驱动器的初级绕组。所述一个或多个开关半导体器件可以直接连接到初级绕组的变压器。
[0020]该方法还包括诱导变压器的初级绕组中的电流在等离子体室内部的电位。的感应电势的大小依赖于由核心和开关的半导体器件工作时的频率根据法拉第电磁感应定律产生的磁场。潜在的形成等离子体，完成了在变压器的次级电路。可基本上在1-100之间V /cm的电场的等离子体。该方法可以包括提供一个初始电离室事件。的初始电离事件可以是初级绕组的电压脉冲，或定位在等离子体腔室中的电极的应用。的初始电离事件可能对腔室暴露于紫外线辐射。
[0021]该方法可以包括在初级绕组和等离子体的电气参数，包括电流驱动中的一个或多个初级绕组，在初级绕组两端的电压，母线电压，在初级绕组的平均功率测量的步骤，并在初级绕组的峰值功率。此外，该方法可以包括以下步骤:确定所述一个或多个开关半导体的初级绕组，等离子体，从预定的一组点，代表一个所需的操作条件的电气参数的测量设备的输出端。
[0022]本发明还包括一种方法，用于清洗处理室。该方法包括提供一个被耦合到处理室的等离子体室。在等离子体室中包含的反应性气体的压力。提供一种变压器的磁芯周围的等离子体腔室的一部分，并具有一个初级绕组。一个或多个开关半导体器件直接耦合，用于产生一个电流，驱动变压器的初级绕组的电压供给。
[0023]此外，该方法包括诱导与初级绕组中的电流在等离子体室内部的电位。的感应电势的大小依赖于由核心和开关的半导体器件工作时的频率根据法拉第电磁感应定律产生的磁场。潜在的形成等离子体，完成了在变压器的次级电路。该方法还包括引导到处理腔室，从而清洁处理室的等离子体室中产生的等离子体的原子