DE2245753A1 - DEVICE FOR CARRYING OUT A REACTION BETWEEN A GAS AND A MATERIAL IN AN ELECTROMAGNETIC FIELD - Google Patents
DEVICE FOR CARRYING OUT A REACTION BETWEEN A GAS AND A MATERIAL IN AN ELECTROMAGNETIC FIELDInfo
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Description
LFE Corporation, Waltham, Mass*/ USALFE Corporation, Waltham, Mass * / USA
Vorrichtung zum Durchführen einer Reaktion zwischen einem Gas und einem Material in einem elektromagnetischen FeldDevice for carrying out a reaction between a gas and a material in an electromagnetic field
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung einer Reaktion zwischen einem Gas und einem Material unter dem Einfluß eines elektromagnetischen Feldes. Sie bezieht sich also auf eine Art Gasentladungsvorrichtung und befaßt sich im einzelnen mit einer verbesserten Einrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes, welches wirksameThe invention relates to an apparatus for carrying out a reaction between a gas and a material under the influence of an electromagnetic field. So it relates to a type of gas discharge device and deals in detail with an improved device for generating an electromagnetic field, which effective
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und gleichmäßige Umsetzungen während heterogener (Gas-fest) Reaktionen erleichtert»and uniform conversions during heterogeneous (gas-solid) Reactions easier »
In der US-PS 3 619 4o3 ist eine Vorrichtung zum Einleiten von Reaktionen zwischen einem Material und einer aktivierten (erregten) Art von Gas beschrieben worden. Wie dort beschrieben, wird ein Gas bei niedrigem Druck in eine Reaktionskammer eingeführt und wird dann mit Hilfe eines elektromagnetischen Feldes aktiviert, welches um eine auf übliche Weise gewickelte, die Materialbehandlungszone der Reaktionskammer umgebende Spule ausgebildet wird. Während der Reaktion mit dem ,aktivierten Gasstrom (Plasma) zersetzt sich und/oder verflüssigt sich das Material. Die resultierenden Beiprodukte werden zusammen mit den nicht in eine Reaktion verwickelten Arten von Gas mit Hilfe einer mechanischen Vakuumpumpe durch eine Auslaßöffnung aus der Reaktionskammer entfernt.In US Pat. No. 3,619,403 there is a device for introducing Reactions between a material and an activated (excited) Kind of gas has been described. As described there, a gas is introduced into a reaction chamber at low pressure and is then activated with the help of an electromagnetic field, which is wrapped around a conventional way, the Formed coil surrounding the material treatment zone of the reaction chamber will. During the reaction with the activated gas flow (Plasma) decomposes and / or the material liquefies. The resulting by-products are sold together with the non-reacting types of gas by means of a mechanical vacuum pump through an outlet port from the Reaction chamber removed.
Gasreaktionssysteme der oben beschriebenen Art werden mit großen Vorteilen in einer Vielzahl von industriellen Verfahren, wie z.B. dem Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungskomponenten aus Halbleitersubstraten verwendet. Solche Systeme ergeben eine wirtschaftliche, sichere und schnelle Einrichtung zum selektiven Entfernen exponierter Schichten eines organischen Materials von vorbestimmten Bereichen während der bei dem Herstellungsverfahren auftretenden verschiedenen Schritte.Gas reaction systems of the type described above are used with large Advantages in a variety of industrial processes, such as the process for manufacturing integrated circuit components used from semiconductor substrates. Such systems provide an economical, safe and fast facility for selective use Removing exposed layers of an organic material from predetermined areas during the manufacturing process occurring different steps.
Ein grundlegendes, bei derartigen Systemen auftretendes Problem ist jedoch bisher ihre Unfähigkeit gewesen, eine genügend gleichmäßige Verteilung der empfindlichen chemischen Umsetzungen über eine Arbeitszone, welche die Produktionslasten solcher Substrate aufnehmen muß, zu erreichen. Als Folge werden einige der Halbleitersubstrate der Plasmaumgebung übermäßig ausgesetzt, was zu einem Versagen des Materials und schlechter Punktion des Endprodukts führt.However, a fundamental problem encountered with such systems heretofore has been their inability to be sufficiently uniform Distribution of the sensitive chemical reactions over a work zone, which the production loads of such substrates must take up to achieve. As a result, some of the semiconductor substrates Excessively exposed to the plasma environment, resulting in failure of the material and poor puncture of the End product leads.
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Dementsprechend ist es das Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung der oben erwähnten Art zu schaffen, mit welcher gleichmäßige heterogene Reaktionen in der gesamten Materialbehandlungszone einer Reaktionskammer erzielt werden.Accordingly, it is the object of the invention to provide a device of the above-mentioned kind with which uniform heterogeneous reactions can be achieved in the entire material treatment zone of a reaction chamber.
Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung der eingangs ■beschriebenen Art erreicht, welche erfindungsgemäß umfaßt eine Reaktionskammer zur Aufnahme des Gases und des Materials, eine zusammengesetzte Spule mit zwei miteinander verbundenen Spulenabschnitten, deren Windungen in entgegengesetzten Richtungen gewickelt sind, eine Hochfrequenzquelle und eine Einrichtung zum Verbinden der Hochfrequenzquelle mit der Spule.This goal is described with a device as described above Type achieved, which according to the invention comprises a reaction chamber for receiving the gas and the material, a composite Coil with two interconnected coil sections with their turns in opposite directions are wound, a high frequency source and means for connecting the high frequency source to the coil.
Entsprechend der Erfindung ist also eine Gasentladungsvorrichtung mit einer zusammengesetzten Spule vorgesehen, welche die Mate- ' rialbehandlungszone einer Reaktionskammer umgibt. Die zusammengesetzte Spule besteht aus zwei Spulenabschnitten, deren entsprechende Windungen in entgegengesetzten Richtungen gewickelt sind. Eine geeignete Hochfrequenzquelle ist mit Hilfe eines Impedanzanpassungsnetzwerks mit der zusammengesetzten Spule verbunden. ".-'.■According to the invention, therefore, is a gas discharge device provided with a composite coil surrounding the material treatment zone of a reaction chamber. The compound Coil consists of two coil sections whose respective turns are wound in opposite directions are. A suitable high frequency source is connected to the composite coil by means of an impedance matching network. ".- '. ■
Die neuen Merkmale der Erfindung werden zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen aus der folgenden Beschreibung eines be- · vorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung im Zusammenhang mit der einzigen Fig. der Zeichnung klar werden.The novel features of the invention, together with other objects and advantages, will become apparent from the following description of a particular Preferred embodiment of the invention in connection with the single figure. The drawing become clear.
Die Zeichnung zeigt eine Darstellung eines Gasentladungssystems in etwas schematischer Form, welches entsprechend den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist.The drawing shows a representation of a gas discharge system in somewhat schematic form, which according to the principles of the invention is constructed.
Gemäß der Zeichnung weist eine Reaktionskammer 1 eine Sammelleitung 2 im Eingang auf, deren Auslässe mit vier symmetrisch am Umfang der Reaktionskammer angeordneten Gaseinlaßöffnungen 4, verbunden sind. Ein Behälter 6 mit molekularem Gas ist mit demAccording to the drawing, a reaction chamber 1 has a collecting line 2 in the entrance, the outlets of which with four gas inlet openings 4, symmetrically arranged on the circumference of the reaction chamber, are connected. A container 6 with molecular gas is with the
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Einlaß der Sammelleitung 2 über eine Zuführleitung 8 verbunden, in welcher ein Druckregulierventil Io und ein einstellbarer Durchflußmesser 12 zum Überwachen der Durchflußmengen von Gas durch das System eingeführt sind, über eine Oasauslaßöffnung 14 wird Qas aus der Reaktionskammer abgegeben.Inlet of the collecting line 2 connected via a supply line 8, in which a pressure regulating valve Io and an adjustable flow meter 12 for monitoring the flow rates of Gas are introduced through the system, Qas is discharged from the reaction chamber via an Oas outlet port 14.
In der Zeichnung ist ein Teil der Reaktionskammer 1 weggebrochen dargestellt, um eines von vier Rohren 16 zur Gasdiffusion, welche an den Gaseinlaßöffnungen 4 angeschmolzen und symmetrisch entlang der Innenwand der Reaktionskammer verteilt sind, besser darzustellen. Jedes der Rohre 16 hat eine Vielzahl von Löchern 18 entlang seiner Länge, welche das niohtaktivierte Gas in der Reaktionskammer gleichmäßig verteilen.Part of the reaction chamber 1 is broken away in the drawing shown around one of four tubes 16 for gas diffusion, which are fused to the gas inlet openings 4 and symmetrical are distributed along the inner wall of the reaction chamber to show better. Each of the tubes 16 has a plurality of Holes 18 along its length which evenly distribute the non-activated gas in the reaction chamber.
Die Reaktionskammer 1 hat am einen Ende eine öffnung zum Einführen oder Entfernen von Material in die bzw, aus der Materlalbehandlungszone. Dieses Material kann z.B. aus einer Schale mit Halbleiterscheiben bestehen, won welchen exponierte Teile einer Siliziumdioxidschicht weggeätzt werden sollen. Die Öffnung der Reaktionskammer ist mit einem Abschluß in Form eines,. kÄppenartigen Deckels 2o versehen, welcher nach dem Einbringen des Material-s dicht über die öffnung gepaßt wird.The reaction chamber 1 has an opening at one end for introducing or removing material into or from the material treatment zone. This material can for example consist of a shell with semiconductor wafers, which exposed parts of a Silicon dioxide layer to be etched away. The opening of the reaction chamber is terminated in the form of a,. cap-like Cover 2o provided, which after the introduction of the material-s fits tightly over the opening.
Die Materialbehandlungszone der Reaktionskammer 1 ist von einer zusammengesetzten Spule 22 umgeben, durch welche das Gas in der Reaktionskammer einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt werden kann. Die zusammengesetzte Spule 22 ist eine Spule mit mehreren Windungen und weist einen Spulenabschnitt 24 auf, in welchem die Spulenwindungen gesehen von der Vorderseite der Reaktionskammer in Gegenuhrzeigerrichtung gewickelt sind, sowie einen Spulenabschnitt 26, in welchem die Windungen gesehen von der Vorderseite der Kammer in Uhrzeigerrichtung gewickelt sind· Die Spulenabschnitte 24 und 26 treffen sich in einem gemeinsamen Ver- ' bindungspunkt 28 und haben freie Endahschlüsse 3o bzw. jJ2.The material treatment zone of the reaction chamber 1 is of one composite coil 22 surrounded by which the gas in the reaction chamber are exposed to an electromagnetic field can. The composite coil 22 is a multi-turn coil and has a coil portion 24 in which the Coil turns are wound counterclockwise as seen from the front of the reaction chamber, as well as a coil section 26 in which the windings are wound clockwise as seen from the front of the chamber · The coil sections 24 and 26 meet in a common connection point 28 and have free end connections 3o and jJ2.
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Ein,Hochfrequenzgenerator 34 ist mit einer Ausgangsleitung $6 mit dem Eingangsanschluß 38 eines Impedanzanpassungsnetzwerkes verbunden, und seine andere Ausgangsleitung ist mit einer Erdbezugsklemme verbunden. Das Impedanzanpassungsnetzwerk 4o weist zwischen seinem Eingangsanschluß 38 und Erde angeschlossen einen veränderlichen Kondensator 42, zwischen seinem Eingangsanschluß 38 und seinem Ausgangsanschluß 46 angeschlossen eine veränderliche Drossel 44 und zwischen seinem Ausgangsanschluß 46 und der •gemeinsamen Erde angeschlossen einen veränderlichen Kondensator 48 auf. Der Verbindungspunkt 28 der zusammengesetzten Spule ist mit dem Eingangsanschluß 38 des Anpassungsnetzwerks für die Impedanz verbunden, während die Endanschlüsse 3° und 32 der zusammengesetzten Spule mit dem Ausgangsanschlu3 46 des Änpassungsnetzwerks verbunden sind. Die Gasauslaßöffnung 14 der Reaktionskammer 1 ist mit einem Vakuummeter 5° verbunden, welches den in der Reaktionskammer aufrechterhaltenen Druck kontinuierlich mißt, und weiter mit Hilfe einer Auslaßleitung 52 mit einer nicht gezeigten mechanischen Vakuumpumpe verbunden.A high frequency generator 34 has an output line $ 6 connected to the input terminal 38 of an impedance matching network, and its other output line is connected to a ground reference terminal. The impedance matching network 40 has a variable capacitor 42 connected between its input terminal 38 and ground, a variable inductor 44 connected between its input terminal 38 and its output terminal 46, and a variable capacitor 48 connected between its output terminal 46 and common ground. The junction 28 of the composite coil is connected to the input terminal 38 of the impedance matching network, while the end terminals 3 ° and 32 of the composite coil are connected to the output terminal 46 of the matching network. The gas outlet opening 14 of the reaction chamber 1 is connected to a vacuum gauge 5 °, which continuously measures the pressure maintained in the reaction chamber, and further connected by means of an outlet line 52 to a mechanical vacuum pump, not shown.
Im Betrieb wird das Material für die Plasmabehandlung in die Materialbehandlungszone Reaktionskammer 1 eingeführt und das System wird zunächst auf einen vorbestimmten Niederdruckpegel abgepumpt. Über die Rohre l6 zur Gasdiffusion wird dann der Reaktionskammer automatisch Gas zugeführt, und hierauf wird Energie von dem Hochfrequenzgenerator 3^ zugeführt. Die Kopplung der Hochfrequenzenergie mit dem Gas wird erreicht mit Hilfe -des Impedanzanpassungsnetzwerks 4o und der zusammengesetzten Spule 22, welche die Materialbehandlungszone der Reaktionskammer umgibt. Die von > dem Hochfrequenzgenerator 3^ abgegebene Leistung liegt vorzugsweise in der Größenordnung von einigen hundert Watt kontinuierlicher Strahlung bei einer Frequenz von etwa 13*5 MHz.In operation, the material for the plasma treatment is introduced into the material treatment zone and the reaction chamber 1 System is initially pumped down to a predetermined low pressure level. Gas is then automatically supplied to the reaction chamber via the tubes 16 for gas diffusion, and energy is then generated from the high frequency generator 3 ^ supplied. The coupling of high frequency energy with the gas is achieved with the help of the impedance matching network 4o and the composite coil 22 which surrounds the material treatment zone of the reaction chamber. The from> the high-frequency generator 3 ^ output power is preferably on the order of a few hundred watts of continuous radiation at a frequency of about 13 * 5 MHz.
Der eigenartige Aufbau der zusammengesetzten Spule 22 ist derart, daß die von den Spulenabschnitten 24 und 26 erzeugtenThe peculiar structure of the composite coil 22 is such that those generated by the coil sections 24 and 26
. 6 309815/1051 . 6 309815/1051
elektrischen Felder ein schwaches resultierendes elektrisches Feld zu erzeugen versuchen, während die zugehörigen magnetischen Felder ein verstärktes resultierendes magnetisches Feld zu erzeugen versuchen. Als Ergebnis sind die durcjl den elektromagnetischen Zusammenbruch des Gases erzeugten Gasarten gleichmäßig in der Materialbehandlungszone der Reaktionskaramer verteilt, und die Ätzreaktionen treten gleichmäßiger entlang der großen Achse der Reaktionskammer 1 auf.electric fields a weak resulting electric Trying to generate the field, while the associated magnetic fields generate an increased resulting magnetic field try to generate. As a result, the durcjl are the electromagnetic Collapse of the gas generated gas types evenly distributed in the material treatment zone of the reaction karamer, and the etching reactions occur more uniformly along the major axis of the reaction chamber 1.
Es besteht die Auffassung, daß die Bremsung der Elektronenenergie, welche mit einer größeren Anzahl von Elektronen, die sich die gleiche Energie im gesamten Volumen teilen, gekoppelt sind, die Folge der resultierenden elektrischen und magnetischen Felder ist. Es wird angenommen, daß die Verteilungskurve der Elektronenenergie abgeflacht worden ist, und daß weniger Elektronen an den Wänden der Reaktionskammer desaktiviert werden. Von den verschiedenen Reaktionen erzeugte flüchtige Komponenten wie auch durch keine Reaktion gegangenes und nichtdissoziiertes Gas werden durch die Wirkung der mechanischen Vakuumpumpe kontinuierlich aus der Reaktionskammer entfernt. Das Ende des Reaktionsprozesses ist bestimmt durch das Abschalten der Hochfrequenzenergie und der Gaszufuhr, gefolgt von der Evakuierung der Reaktionskammer und der zugehörigen Strömungsleitungen von Oasresten vor ihrer Reinigung mit Luft. It is believed that the braking of the electron energy, those with a larger number of electrons that move the Share the same energy in the entire volume, are coupled, the result of the resulting electric and magnetic fields is. It is believed that the electron energy distribution curve has been flattened and that fewer electrons are present in the Walls of the reaction chamber are deactivated. Volatile components generated by the various reactions as well as by No reaction and non-dissociated gas are continuously removed from the by the action of the mechanical vacuum pump Reaction chamber removed. The end of the reaction process is determined by switching off the high-frequency energy and the Gas supply, followed by evacuation of the reaction chamber and the associated flow lines of oas residues before they are cleaned with air.
Während eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann klar, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen hieran durchgeführt werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.While a presently preferred embodiment of the invention has been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made therein without departing from the scope of the invention.
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