Устройство для обработки изделий в вакууме

 

Использование: в электронной технике для пласмохимического размерного травления , нанесения покрытий и очистки поверхностей . Сущность изобретения: уменьшение расхода химических рабочих соединений и снижение загрязнения окружающей среды за счет выделения из выходящихизреакторагазов непрореагировавших рабочих соединений и их повторного использования. Это достигается следующим образом. Установка плазменной обработки оснащается камерами конденсации рабочих соединений и продуктов реакции. Входы камер конденсации подключаются через клапаны к выходу вакуумной системы реактора. Выходы камер кондинсации через клапаны и регулируемые дроссели соединяются с реактором и через клапаны - с устройством обработки выходящих газов. 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 23 С 14/34

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Q0

00 ) (21) 4822275/21 (22) 07.05.90 (46) 07.06.92. Бюл. ¹ 21 (71) Специальнеое конструкторско-технологическое бюро с экспериментальным производством Института ядерных исследований

АН УССР (72) А.В.Бородин, С.В.Подобед, В.Ф.Семенюк, Г.А.Трипута, Ш.А.Хоббихожин и

П, Ф.Хоменко (53) 621.793.14 (088,8) (56) Заявка Японии ¹ 57-120776, кл, Н 011 21/302, 1981.

Экономический патент ГДР ¹ 200986, кл. Н 011 21/302, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ В ВАКУУМЕ (57) Использование: в электронной технике для пла."мохимического размерного травИзобретение относится к вакуумной технике и может быть использовано для плазмохимического нанесения покрытия размерного травления и очистки поверхности изделий микромеханики, микроэлектроники, радиотехники.

Целью изобретения является уменьшение расхода рабочих химических соединений и снижение загрязнения окружающей среды путем выделения из выходящих из реактора газов непрореагировавших рабочих соединений и их повторного использования.

Для достижения поставленной цели устройство для обработки изделий в вакууме оснащено камерами конденсации рабочих соединений и продуктов реакций, входы камер конденсации подключаются через кла„„ Ж „„1738871 А1 ления, нанесения покрытий и очистки поверхностей. Сущность изобретения: уменьшение расхода химических рабочих соединений и снижение загрязнения окружающей среды за счет выделения из выходящих из реактора газов непрореагировавших рабочих соединений и их повторного использования. Это достигается следующим образом. Установка плазменной обработки оснащается камерами конденсации рабочих соединений и продуктов реакции. Входы камер конденсации подключаются через клапаны к выходу вакуумной системы реактора. Выходы камер кондинсации через клапаны и регулируемые дроссели соединяются с реактором и через клапаны — с устройством обработки выходящих газов. 1 ил. паны к выходу вакуумной системы реактора установки, а выходы камер конденсации через клапаны и регулируемые дроссели соединяются с реактором и через клапаны с системой обработки выходящих газов.

Оснащение устройства камерами конденсации выходящих из установки газов при указанном выше их подключении к выходу вакуумной системы, реактору и устройству обработки выходящих газов позволяет отделить за счет различной температуры конденсации непрореагировавшие рабочие соединения от продуктов реакций и направить их в реактор для повторного использования. Разделение рабочих химических соединений и продуктов реакции возможно как в случае, если температура конденсации (испарения) первых Тс превышает темпера1738871

10

55 туру конденсации (испарения) Т вторых, так и при обратном соотношении температур.

В первом случае Тс > Т, камеры конденсации охлаждаются до температуры T> < Т» < Т, во втором случае — до Tc < Т» < Tn. В результате в процессе работы реактора в случае Т > Тп в камерах конденсации накопляются рабочие химические соединения, а продукты реакции направляются непосредственно в систему обработки- выходя щих газов. В случае обратного соотношения температур

Т > Т в камерах конденсации накопляются продукты реакции, а рабочие химические соединения возвращаются в реактор, В рабочем режиме устройства часть камер конденсации работает на накопление соответствующих веществ, а часть камер прогревается и сконденсировавшиеся в них, рабочие химические соединения или продукты реакции направляются в реактор или систему обработки выходящих из устройстBB газов.

Таким образом, в устройстве для плазменной обработки обеспечивается отделение рабочих химических соединений от продуктов реакций и повторное их использование, достигается уменьшение расхода рабочих химических соединений и снижение количества веществ, подлежащих утилизации, т,е. снижается загрязнение окружающей среды.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство состоит из камер 1 конденсации рабочих химических соединений и продуктов реакций, соединенных с помощью системы трубопроводов через клапаны 2 с выходом вакуумной системы 3 реактора 4. B простейшем случае камер 1 конденсации должно быть две. Для повышения эффективности отделения рабочих химических соединений от продуктов реакций к выходу вакуумной системы 3 могут быть подключены две группы последовательно соединенных нескольких камер 1 конденсации, Выходы камер 1 конденсации через клапаны 5 и регулируемые дроссели 6 соединены с реактором 4, а через клапаны 7 подключены к системе 8 обработки выходящих газов.

Устройство работает следующим образом, В зависимости от соотношения температур кипения рабочих химических соединений Т, и продуктов реакции Тл возможны два режима работы устройства. Первый режим работы реализуют, если Tc > Tp, что имеет место, например, при травлении кремния в гексафториде серы SFs, когда основным продуктом реакций является четырехфтористый кремний SiF4. B этом случае

Т = -6,4 С (температура кипения $Рь при нормальных условиях), à T> = -65 С (температура кипения SIF4 при нормальных условиях), и устройство работает следующим образом.

Закрывают все клапаны, открывают клапаны 2 и 7 одной из камер 1. Включают вакуумную систему 3 и откачивают реактор

4 до давления на 2-3 порядка ниже рабочего. Напускают в реактор 4 рабочие химические соединения, охлаждают камеры 1 до температуры T > Т» > Tp. Включают разряд — источник плазмы в реакторе 4, При протекании выходящих из вакуумной системы 3 газов через камеру 1 в ней конденсируется рабочее химическое соединение, например

SFg, а продукты реакции, например SiF4, и возможные добавки аргона или кислорода поступают в систему 8 обработки выходящих газов. Процесс продолжается до тех пор, пока камера 1 не насытится рабочими химическими соединениями, что может быть установлено по возрастанию их концентрации за клапаном 7 с помощью системы контроля концентрации химических соединений и продуктов реакции в виде, например, встроенного масс-спектрометра (не показан).

После этого открывают клапаны 2 и 7 другой камеры, предварительно охлажденной до температуры Tc > Т» > Tn, и закрывают клапаны 2 и 7 первой камеры 1. Открывают клапан 5 первой камеры 1, прогревают ее до температуры, и ревы ш а ющей температуру кипения рабочих соединений, и, регулируя дроссель 6 этой камеры 1 и одновременно регулятор (не показан) расхода рабочих соединений в системе (не показана) напуска, устанавливают рабочее давление в реакторе 4 при максимально открытом дросселе 6, В процессе работы реактора 4 поддерживают постоянное рабочее давление за счет добавки рабочих химических соединений через систему напуска.

После освобождения камеры1 от рабочих соединений закрывают регулируемый дроссель 6, клапан 5 этой камеры 1 и охлаждают ее до Т > Т, > Т . После насыщения второй камеры 1 рабочими соединениями процесс продолжают аналогично тому, как после насыщения первой камеры 1.

Второй режим работы устройства осуществляют, если температура кипения рабочих химических соединений Т ниже температуры кипения продуктов реакции

Т, Такой режим работы реализуется, например, при травлении двуокиси кремния в тетрафторметане CF4 (в том числе с добав1738871 кой кислорода), температура кипения которого Тс -128 С, ниже температуры кипения

Тп основного продукта реакции SiF4, равной

-65 С. B этом случае устройство работает следующим образом, Закрывают все клапаны, открывают клапаны 2 и 7 одной из камер 1, Включают .вакуумную систему 3 и откачивают реактор

4 до давления на 2 — 3 порядка ниже рабочего. Напускают в реактор 4 рабочие химические соединения, охлаждают камеры 1 до температуры Т < Т» < Tn. Включают разрядисточник плазмы в реакторе 4. Закрывают клапан 7, открывают клапан 5 и регулируемый дроссель 6.

При протекании выходящих из вакуумной системы 3 газов через камеру 1 в ней конденсируются продукты реакций, например Si F4, а рабочие химические соединения, например CF4, и возможные добавки кислорода поступают через открытый клапан 5 и регулируемый дроссель 6 в реактор

4. Регулируя дроссель 6 и одновременно регулятор расхода рабочих соединений в системе напуска, устанавливают рабочее давление в реакторе 4 при максимально открытом дросселе 6. В процессе работы реактора 4 поддерживают постоянное рабочее давление эа счет добавки рабочих химических соединений через систему напуска.

Процесс продолжается до тех пор, пока камера 1 не насытится продуктами реакции, что может быть установлено по возрастанию их концентрации за клапаном 5 с помощью, например, встроенного масс-спектрометра. После этого открывают клапаны 2 и 5 и регулируемый дроссель 6 другой камеры 1, предварительно охлажденной до температуры Tc < Т» < Tn, а также закрывают клапаны 2 и 5 и дроссель 6, открывают клапан 7 первой камеры 1. Регулируя дроссель 6 другой камеры 1 и одновременно регулятор расхода рабочих соединений в системе напуска устанавливают и поддерживают рабочее давление в реакторе 4 при максимально открытом дросселе 6, Одновременно первую камеру 1 прогревают до температуры, превышающей температуру кипения продуктов реакций, в результате чего накопившиеся в ней продукты реакций через открытый клапан 7 поступают в систему обработки выходящих газов, После освобождения камеры 1 от продуктов реакций закрывают клапан 7 этой камеры 1 и охлаждают ее до Tc < Т» < Tn.

После насыщения второй камеры 1 продук5 тами реакций процесс продолжают аналогично тому, как после насыщения первой камеры 1, При оснащении устройства датчиками расхода газа и управляющей микроЭВМ все

10 описанные выше операции могут быть автоматизированы.

Камеры конденсации могут представлять собой герметичные емкости с развитой внутренней. поверхностью и возможностью

15 охлаждения до криогенных температур (температуры кипения жидкого азота) и прогрева до нормал ь н ых температур (комнатныхх).

Поскольку степень диссоциации рабо20 чих химических соединений в низкотемпературной плазме реакторов установок плазменной обработки не превышает нескольких процентов, то по сравнению с известным предлагаемое устройство позволит

25 в несколько раз уменьшить расход рабочих химических соединений и во столько же раз снизить загрязнение окружающей среды за счет уменьшения количества химических соединений, подлежащих утилизации в систе30 ме обработки выходящих из устройства газов, Формула изобретения

Устройство для обработки изделий в ва35 кууме, содержащее реактор для плазмохимической обработки, систему напуска рабочих химических соединений, откачную вакуумную систему и систему обработки выходящих газов, о т л и ч а ю щ е q с я тем, что

40 с целью уменьшения расхода рабочих химических соединений и снижения загрязнения окружающей среды, оно снабжено несколькими камерами конденсации рабочих химических соединений и продуктов реакции с

45 клапанами и дросселями и системами контроля концентрации химических соединений и продуктов реакции на выходах камер конденсации, при этом входы камер конденсации соединены через клапаны с выходом

50 откачной вакуумной системы, а выходы камер конденсации через клапаны и дроссели соединены с реактором и через клапаны с системой обработки выходящих газов.

1738871

Составитель И,Фишель

Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик

Редактор В.Петраш

Производственно-издатеаьский комбинат "Патент", г. Ужгород, уа.Гагарина, 101

Заказ 1979 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5