[发明专利]一种游离气体的方法

说明书

发明领域

本发明涉及化工领域，尤其是一种游离气体方法。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。