[发明专利]等离子体反应器

说明书

本发明涉及等离子体反应器。所述装置可特别用于等离子体消除(abatement)系统，尽管本发明不局限于这种系统。 

制造半导体设备的主要步骤是通过蒸汽前体的化学反应，在半导体基板上形成薄膜。一种已知的在基板上沉积薄膜的技术是化学汽相沉积(CVD)。在这种技术中，将工艺气体提供给安放基板的工艺室，并且反应而在基板表面上形成薄膜。提供给工艺室而形成薄膜的气体的实例包括，但不局限于： 

-硅烷和氨，用于形成氮化硅薄膜； 

-硅烷、氨和氧化亚氮，用于形成SiON薄膜； 

-TEOS和氧气与臭氧之一，用于形成氧化硅薄膜；和 

-Al(CH₃)₃和水蒸汽，用于形成氧化铝薄膜。 

等离子体蚀刻工艺通常也在工艺室中进行以蚀刻电路特征。蚀刻气体一般是全氟化合物(perfluorocompound)气体如CF₄、C₂F₆、CHF₃、NF₃ 和SF₆。 

工艺室的内表面还定期地进行清洗而从所述室中除去不需要的沉积材料。清洗所述室的一种方法是提供全氟化合物清洗气体，如NF₃或C₂F₆，以便与不需要的沉积材料反应。 

加工工具通常具有大量工艺室，每个可在沉积、蚀刻或清洗过程相应的不同阶段，使得来自室的气体排出物在任何给定时间可以具有各种不同的组成。在这些过程中，通常有包含于来自于加工室的气体排出物的剩余量的气体提供给加工室。气体，例如硅烷、和氨如果排出到大气中是非常危险的，并且全氟化物是温室气体。鉴于此，在将排出的气体排放到大气前，经常提供消除装置来处理所述排出的气体。消除装置将排出的气体中更危险的或不被期望的成分转化成那些可容易地被从排出的气体中除去的物质，例如通过常规的洗刷，和/或可被安全地排出到大气的物质。 

硅烷、氨和全氟化物(PFCs)，例如NF₃和C₂F₆，可被高效率地从气体物流中除掉，通过使用微波等离子体消除设备。微波等离子体反应器的一个实例描述于英国专利号GB2,273,027中。在所述设备中，波导将微波辐射从微波发生器传送到共振腔，共振腔装有两个处于密切相对位置的电极。待处理的气体通过气体入口流入腔，并在电极之间通过，使得微波等离子体被引发和保持于两个电极间，由于气体在这两个电极之间流动。这两个电极中的一个具有轴向孔，提供从共振腔的气体出口。在等离子体内的强条件下，气体物流内的物质与高能电子撞击，导致离解成反应性物质，其可以与氧或氢气结合而产生较稳定的副产品。例如，C₂F₆可被转换成CO、CO₂和HF(其可在进一步的处理步骤被除去)，和SiH₄可被转化成SiO₂。

微波等离子体消除设备可以因此被连接到来自工具的每个加工室的排出物，以处理来自加工工具的气体物流排出物，每个设备具有其自身的微波发生器。然而，从加工室排出的气体物流一般具有较高流速，要求的引发等离子体和保持可接受的分解(destruction)和除去(removal)率(DRE)二者的微波功率往往较高，一般在3和6kW之间。因此，与微波等离子体消除设备有关的成本往往较高。 

作为使用微波等离子体消除设备的备选方案，直流电等离子体炬消除设备可以用于处理来自加工工具的每个气体物流排出物。如已知的，直流电等离子体炬从惰性的、可离子化的(ionisable)气体(如在炬电极间传送的氩气)产生等离子体焰。气体物流和合适的氢气和氧气源可被传送入等离子体焰内以反应形成上述的较稳定的副产品。与微波等离子体消除设备相比，等离子体炬消除设备是较便宜的，和较便宜地操作，例如因为多个炬可由单个直流电源操作。然而，与微波等离子体消除设备相比，用于清洗气体(如氟烃和NF₃)的消除性能往往较低。 

这至少是本发明优选的实施方案的目标，即，提供可结合微波等离子体消除设备的较高分解效率与等离子体炬消除设备有关的低成本的等离子体反应器。 

本发明提供了如下技术方案