[發明專利]等離子體反應器

有效

• 申請號: 201210392266.6
• 申請日: 2008-07-14
• 公開（公告）號: CN103021779A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: G.P.奈特;A.錢伯斯
• 申請（專利權）人: 愛德華茲有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H05H1/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 艾尼瓦爾;李進

本申請是申請號200880025328.1、申請日為2008年7月14日、名稱為“等離子體反應器”的發明專利申請的分案申請。

本發明涉及等離子體反應器。所述裝置可特別用于等離子體消除(abatement)系統，用于處理從工藝室中排出的氣體物流。

制造半導體設備的主要步驟是通過蒸氣前體的化學反應在半導體基板上形成薄膜。一種已知的在基板上沉積薄膜的技術是化學氣相沉積(CVD)。在這種技術中，將工藝氣體提供給安放基板的工藝室，并且反應而在基板表面上形成薄膜。提供給工藝室而形成薄膜的氣體的實例包括，但不局限于：

·硅烷和氨，用于形成氮化硅薄膜；

·硅烷、氨和氧化亞氮(nitrous?oxide)，用于形成SiON薄膜；

·TEOS和氧氣與臭氧之一，用于形成氧化硅薄膜；和

·Al(CH₃)₃和水蒸氣，用于形成氧化鋁薄膜。

等離子體蝕刻工藝通常也在工藝室中進行以蝕刻電路特征。蝕刻氣體一般是全氟化合物(perfluorocompound)氣體如CF₄、C₂F₆、CHF₃、NF₃和SF₆。

工藝室的內表面還定期地進行清洗而從所述室中除去不需要的沉積材料。清洗所述室的一種方法是提供全氟化合物清洗氣體，如NF₃或C₂F₆，以便與不需要的沉積材料反應。

工藝工具通常具有多個工藝室，每個可在沉積、蝕刻或清洗工藝相應的不同階段。從工藝室排出的氣體物流的組成典型地包括剩余量的提供給工藝室的氣體以及來自工藝的副產物。因此，在加工期間，由從各室排出的氣體的組合形成的廢物物流可以具有各種不同的組成。

工藝氣體如硅烷和TEOS，和清洗氣體如全氟化合物是非常危險的，如果排出到大氣的話，并且因此，在將排出氣體排放到大氣前，它們被送到消除裝置。消除裝置將排出氣體中更危險的組分轉化成可容易地通過常規洗刷除去的物質和/或可被安全地排出到大氣的物質。

目前趨勢是朝著無燃料的消除技術發展，并且眾所周知使用等離子體消除設備，在來自蝕刻工藝室的排出氣體中的不期望的物質能夠高效率地且以較低成本被除去。在等離子體消除工藝中，使得氣體物流流入高密度等離子體并且在強化條件下氣體物流中的等離子體物質經受高能電子的撞擊，使得分解成反應性物質，其能夠與氧氣或氫氣結合而產生相對穩定的副產物。例如，C₂F₆能夠被轉化為CO、CO₂和HF，其能夠在其它處理步驟中被除去。因此令人期望的是擴展等離子體消除技術以便能夠使單個無燃料的消除設備用于處理來自一定范圍的工藝室的排出氣體。

然而，取決于在各室中進行的工藝，不同的排出氣體可能包含彼此不相容的化學物質。例如，來自其中進行氧化硅沉積工藝的室的排出氣體可能包含TEOS、氧氣和SiO₂顆粒物(其在該室中產生)。另一方面，來自其中進行NF₃清洗工藝的室的排出氣體可能包含氟氣(F₂)。TEOS和氟氣將在接觸時自發地燃燒，這潛在地在排出氣體管道系統中導致火災或爆炸。雖然這些氣體物流可以使用相應的消除裝置來分別處理，但是這增加了與消除系統有關的成本。

此外，為了優化微波等離子體消除設備的破壞效率，氣體入口典型地是大約1平方毫米。因此，在排出氣體中直徑為僅僅數微米的顆粒物的存在可能導致等離子體消除設備的入口的迅速阻塞。

本發明的至少優選的實施方案的目標是設法解決這些和其它問題。

在第一方面中，本發明提供了等離子體反應器，其包括：

反應室；

入口頭，其具有連接到反應室的開口端，位于與開口端相對的等離子體入口，從開口端向等離子體入口逐漸變小的內表面，和各自位于等離子體入口和開口端之間的第一和第二氣體入口；和

用于通過等離子體入口將等離子體物流注入反應室的等離子炬；

其中，等離子體入口被成形為使得等離子體物流朝著氣體入口向外散布(spread?outwardly)。

入口頭和等離子體入口的這種成形能夠使得等離子體物流可以撞擊到氣體物流上，當氣體物流從氣體入口離開時。等離子體物流能夠提供能量源，其能夠引起相當大比例的氣體物流的至少一種組分在氣體物流開始在室內混合前進行反應。