DE2531812C3 - Gasentladungsgerät - Google Patents

Gasentladungsgerät

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Description

50
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasentladungsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem aus der US-PS 37 05 091 bekannten Gerät werden Reaktionen zwischen einem Material und angeregten Teilchen eines Gases eingeleitet. Dabei wird Gas einer Reaktionskammer unter einem niedrigen Druck zugeführt und mit einem elektromagnetischen Feld einer herkömmlich gewickelten Spule, die die Materialbearbeitungszone der Reaktionskammer um- w gibt, angeregt. Während der Reaktion mit dem angeregten Gasstrom zersetzt sich das Material und/oder verflüchtigt sich. Die sich ergebenden Abfallstoffe werden zusammen mit anderen gasförmigen Bestandteilen aus der Reaktionskammer mittels '■"■ einer mechanischen Vakuumpumpe abgeführt.
Gasreaktionsgeräte der oben beschriebenen Art sind in zahlreichen großtechnischen Verfahren einschließlich
z. B. der Herstellung integrierter Schaltkreise aus Halbleitersubstraten sehr vorteilhaft Derartige Geriite bieten eine wirtschaftliche, sichere und schnelle Möglichkeit, um wahlweise freiliegende Materialschichten von vorbestimmten Bereichen während der verschiedenen Schritte bei der Herstellung zu entfernen. Jedoch liegt ein bei derartigen Anlagen auftretendes Grundproblem in deren Unvermögen, eine ausreichend einheitliche Verteilung der reaktiven chemischen Umsetzungen durch die Materialbearbeitungszone zu erzeugen, die für Chargen derartiger Substrate mit für die Produktion geeigneten Abmessungen erforderlich ist Daher sind einige der Halbleitersubstrate der Plasmaumgebung zu staik ausgesetzt was zu einer urgleichmäßigen Materialabtragung und Funktionsstörungen der fertigen Bauelemente führt
Es hat sich auch gezeigt daß ungeübte Bediener viel Zeit brauchen, um die Geräteparameter zu optimieren, wie z. B. die Hochfrequenzleistung, den Reaktionsdruck und deren Kombination für die quantitativen und qualitativen Änderungen, die in verschiedenen Chargen des Substratmaterials auftreten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Gerät der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine einheitliche Materialabtragung unabhängig von der Geschicklichkeit eines Bedieners durchführbar ist
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale.
Die gasdurchlässige gelochte Metailabschirmung, die in der Reaktionskammer angeordnet ist, erzeugt in der Reaktionskammer ein im wesentlichen feld- und glimmentladungsfreies Materialbearbeitungsvolumen, in dem das Materia! gegen ungleichmäßig verteilte, Feldgestörte energiereiche ionisierte Komponenten des Gases abgeschirmt ist, die sich in der Reaktionskammer außerhalb der Abschirmung befinden, so daß sich innerhalb der Metallabschirmung praktisch nur neutrale angeregte Gaskomponenten befinden. Mit anderen Worten, aus dem in der Reaktionskammer außerhalb der gelochten Metallabschirmung erzeugten Plasma gelangen nur die angeregten neutralen Gaskomponenten in das Innere der gelochten Metallabschirmung, um dort die Reaktion mit dem Material vorzunehmen.
Auf die Zufuhr eines Gases in die Reaktionskammer, die zuvor evakuiert wurde, folgt dessen Anregung, entweder durch ein HF-FeId oder ein elektromagnetisches Feld, das durch Kondensatorplatten bzw. eine die Außenwand der ReaKtionskammer umgebende Spule gebildet wird. Konzentrisch zur Längsachse der Reaktionskammer ist in der Reaktionskammer eine mit Löchern durchsetzte bzw. gelochte zylinderförmige Metallabschirmung vorgesehen, die die Materialbearbeitungszone der Reaktionskammer umfaßt. Das angeregte Gas reagiert mit dem Material im gelochten Zylinder, wobei während der Reaktion inaktives oder unwirksames Gas und die sich ergebenden Abgase kontinuierlich abgeführt werden. Der Aufbau der Reaktionskammer und des inneren gelochten Metallzylinders gewährleisten eine sehr einheitliche Verteilung der angeregten Gaskomponenten durch das gesamte Materialbearbeitungsvolumen im Zylinder, um dadurch sehr einheitliche chemische Umsetzungen für die Praxis zu ermöglichen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in deren einziger Figur ein Ausführungsbeispiel des Gasentladungsgeräts gezeigt ist.
Eine Reaktionskammer 1 hat eine Eingangsleitung 2, deren Auslässe mit vier Gaseinlässen 4 verbunden sind, die symmetrisch um den Umfang der Reaktionskammer angeordnet sind. Ein Behälter 6 für Druckgas oder -dampf ist mit der Eingangsleitung 2 über eine Zuleitung 8 verbunden, in der ein Druckstellventil 10 und ein einstellbarer Durchflußmesser 12 vorgesehen sind, um den Gasdurchsatz durch das Gerät zu überwachen und zu steuern. Gas wird aus der Reaktionskammer über einen Gasauslaß 14 abgeführt 1 υ
Ein Teil der Reaktionskammer 1 ist aufgebrochen gezeigt, um besser eines von vier Gasdiffusionsrohren 16 zu zeigen, die mit den Gaseinlässen 4 verschweißt und symmetrisch entlang der Innenwand der Reaktionskammer 1 vorgesehen sind. Jedes Rohr 16 hat mehrere Löcher (Düsen) 18 über seiner Länge, die das Gas einheitlich in der Reaktionskammer 1 verteilen.
In der Reaktionskammer 1 ist ein Metallzylinder 19 mit Löchern 21 vorgesehen. Der Zylinder 19 ist konzentrisch um die Längsachse der Kammer mittels Haltegliedern 23 versehen, die mit der Innenwand der Reaktionskammer 1 verschweißt sein können.
Die Reaktionskammer 1 hat an einem Ende eine öffnung, durch die das Material der Materialbearbeitungszone zu- oder abgeführt wird. Diese Materialbearbeitungszone besteht aus dem Volumen im Innern des gelochten Metallzylinders 19. Das zu bearbeitende Material können Halbleiterscheiben sein, von denen freiliegende Teile einer dielektrischen, halbleitenden oder leitenden Schicht abgeätzt werden sollen. Die Kammeröffnung ist mit einem Verschluß in der Form eines kapselähnlichen Deckels 20 versehen, der dicht über der öffnung eingepaßt wird, nachdem das Material eingebracht wurde.
Eine Induktionsspule 22 umgibt die Materialbearbeitungszone der Reaktionskammer 1 und koppelt ein elektromagnetisches Feld mit dem Gas in der Reaktionskammer 1.
Ein HF-Generator 34 ist über eine Impedanz-Anpaßeinheit 40 mi· der außerhalb der Reaktionskammer angeordneten Spule 22 verbunden. Der Auslaß 14 der Reaktionskammer 1 ist mit einem Vakuummesser oder Manometer 50, das kontinuierlich den in der Reaktionskammer 1 aufrechterhaltenen Druck mißt, und weiterhin über eine Ableitung 52 mit einer (nicht dargestellten) 4r> mechanischer Vakuumpumpe verbunden.
Im Betrieb wird das Material, von dem Teile entfernt oder mit angeregtem Gas behandelt werden sollen, in das Materialbearbeitungsvolumen eingeführt, das durch das Innere des gelochten Metallzylinders 19 bestimmt w wird. Dieser Zylinder wird vorzugsweise so zur Rückseite der Reaktionskammer 1 eingeführt, daß er die Innenwand der Reaktionskammer 1 berührt, die den Auslaß 14 umgibt, und er wird auf einem freien Potential gehalten.
Das Gerät wird zunächst bis auf einen vorgewählten niedrigen Druckpegel ausgepumpt, das Gas wird dann automatisch der Reaktionskammer 1 über die Diffusionsrohre 16 zugeführt, und der HF-Generator 34 wird betätigt, um seine Energie zu liefern. Die Kopplung der w. HF-Energie in das Gas wird durch die Anpaßeinheit 40 und die Spule 22 erreicht, die die Materialbearbeitungszone der Reaktionskammer 1 umgibt. Die durch den Generator 34 erzeugte Leistung liegt vorzugsweise in der Größenordnung von einigen 100 W Dauerstrahlung ■■, bei einer Frequenz von ungefähr 13,5 MHz.
Das Gerät ist so aufgebaut, daß eine stark leuchtende und aktive Plasmaentladung vorzugsweise außerhalb des Materialbearbeitungsvolumens des Metallzylinders 19 erzeugt und im wesentlichen auf das Volumen zwischen der Kammerinnenwand und der Außenfläche des gelochten Zylinders begrenzt wird. Dieser Zustand führt zu einer feldfreien Zone im Zylindervolumen, das praktisch frei von anderweitig uneinheitlich verteilten und feldgestörten energiereichen ionisierten Gasbestandteilen ist Die Außen- und die Innenfläche des Metallzylinders dienen zu katalytischen Rekombinationen atomarer Teilchen und zum Herabsetzen oder Löschen energiereicher ionisierter molekularer und atomarer Zustände. Der Mangel an chemischer Leuchtfähigkeit im Volumen des gelochten Zylinders zeigt den angekündigten Ausfall geladener Komponenten im Zylinder an, während die Bildung geladener Komponenten aus bi- und trimolekularen Stößen von neutralen aktiven Komponenten mittlerer Energie unbedeutend ist Das ausschließliche Vorliegen neutraler molekularer oder atomarer Teilchen, die im wesentlichen einheitlich im Zylindervolumen verteilt sind, führt zu einheitlichen chemischen ■.. insetzungen, da diese Teilchen durch Feldeinflüsse, so kUn diese im Volumen des gelochten Metallzylinders sein können, nicht beeinflußt werden. Da gewöhnlich ein größerer Anteil neutraler atomarer Komponenten vorzugsweise eher auf :iar inneren Metallfläche des Zylinders als auf dem unmetallischen Substratmaterial im Zylinder rekombiniert, ist die Bearbeitungstemperatur gegenüber der in der stark leuchtenden Zone außerhalb des Bearbeitungsvolumens verringert.
Es wird angenommen, daß ein optimales Durchmesserverhältnis zwischen dem Durchmesser der Reaktionskammer 5 und dem Durchmesser des Metallzylinders besteht, so daß es ein optimales Rmgvolumen gibt, in dem das Plasma erzeugt wird. Die Einzelabmessung der Löcher 21 sollte klein genug, um eine Felddurchdringung auszuschließen und die chemische Leuchtfähigkeit vom Inneren des Zylinders abzuhalten, und groß genug sein, damit ausreichend aktive neutrale Teilchen eintreten können, um chemische Umsetzungen in praktischem Ausmaß zu bewirken.
Versuche haben ergeben, daß z. B. bei einer Reaktionskammer mit 20,32 cm Durchmesser optimale Ergebnisse erzielt werden, wenn ein Stahlzylinder mit einer Wandstärke von 0,145 cm und einem Durchmesser von 12,7 cm verwendet wird, der eine Matrix mit Löchern von 0,318 cm Durchmesser bei einem Mittenabstand von 0,8 cm aufweist.
Flüchtige Komponenten, die durch die verschiedenen Reaktionen erzeugt sind, sowie nichtreagiertes und undissoziiertes Gas werden kontinuierlich aus der Reaktionskammer mit der mechanischen Vakuumpumpe abgeführt. Der Abschluß des Reaktionsprozesses wiH (.'üreh Abschalten der HF-Energie und der Gasversorgung bestimmt, wonach eine Evakuierung der Reaktionskammer und der zugeordneten Strörcungsleitungen von Gasresten folgt, bevor diese mit Luft gereinigt werden.
Wie oben erwähnt wurde, kann das gasanregende Feld ein HF-FeId, das durch zwei Kondensatorplatten auf der Außenfläche der Reaktionskammer gebildet wird, oder ein elektromagnetisches Feld, das. wie iii der Figur dargestellt, durch eine Spule erzeugt wird, sein. Weiterhin muß die gelochte Metallabschirmung in der Reaktionskammer nic^t notwendigerweise zylinderförmig sein. Versuche haben gezeigt, daß bei einer Reaktionskammer mi·. 46 cm Durchmesser und Kondensatorplatten ein gelochter quadratischer Metallbe-
hälter besonders vorteilhaft ist, der eine große Anzahl kleiner Gegenstände enthält, die einer Oberflächenbehandlung mit angeregtem Gas zu unterwerfen sind. Die Metallabschirmung kann mit einem Werkstoff beschichtet sein, wenn die Metallfläche mit der angeregten Gasatmosphäre nicht verträglich ist. Bei bestimmten Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn das metallische Bauteil in bezug auf das angeregte Gas ein bestimmtes Potential aufweist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Gasentladungsgerät zur Durchführung von Reaktionen zwischen einem Gas und einem Material, mit einer Reaktionskammer zur Aufnahme des Gases, und mit einer außerhalb der Reaktionskammer angeordneten Einrichtung zum Erzeugen eines Gasplasmas, gekennzeichnet durch eine in der Reaktionskammer (1) angeordnete gelochte Metallabschirmung (19) zur Aufnahme des Materials.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (1) im wesentlichen zylinderförmig ist
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen eines Gasplasmas in der Reaktionskammer (1) eine um die Außenwand der Reaktionskammer (1) gewickelte Spule (22) umfaßt
4. Gerät i.ach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen eines Gasplasmas in der Reaktionskammer (1) auf der Außenwand der Reaktionskammer (1) zwei Kondensatorplatten aufweist
5. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallabschirmung (19) einen zur Reaktionskammer (1) koaxialen Zylinder mit Löchern (21) aufweist.
6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallabschirmung (19) mit einem Werkstoff beschichtet ist, der mit dem in der Reaktionskammer (1) erzeugten angeregten Gas nicht reagiert.
7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen erschluß (20) am einen Ende der Reaktionskammer (1), über den das Material in die Reaktionskammer zu- und abführbar ist, eine Einrichtung (6, 8, 10, 12, 2, 16, 18) zum Zuleiten von Gas in die Reaktionskammer (1), und eine Einrichtung (14,50,52) zum Abführen von Gas «ο aus der Reaktionskammer (1).
8. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (22) an eine HF-Quelle angeschlossen ist.
9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- *i net, daß die Metallabschirmung (19) einen quadratischen Querschnitt aufweist.
DE2531812A 1974-08-02 1975-07-16 Gasentladungsgerät Expired DE2531812C3 (de)

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