BE1008338A5

BE1008338A5 - Multifrequente inductieve werkwijze en inrichting voor het bewerken van materiaal.

Info

Publication number: BE1008338A5
Application number: BE9400433A
Authority: BE
Inventors: Jean-Francois Daviet
Original assignee: Cobrain Nv
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1996-04-02
Also published as: WO1995029273A1; EP0758409A1; AU2447495A

Abstract

De onderhavige uitvinding verschaft een werkwijze voor het bewerken van een substraat uit een bepaald materiaal, waarbij het materiaal wordt verwarmd door middel van inductie met een elektrische stroom van een relatief lage frequentie, waarbij een elektrische stroom van relatief hoge frequentie wordt gebruikt voor het verder bewerken van het materiaal, en waarbij een instelspanning wordt aangelegd aan het substraat.

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  MULTIFREQUENT INDUCTIEVE WERKWIJZE EN INRICHTING
VOOR HET BEWERKEN VAN MATERIAAL 
Chemical Vapour Deposition (CVD) wordt op grote schaal in de industrie gebruikt voor het bij een temperatuur van   800 OC of hoger   laten neerslaan van lagen op een substraat uit een bepaald materiaal of op een ander voorwerp. Bij lagere temperatuur kan gebruik worden gemaakt van Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD). 



  Hierbij doet zieh echter het probleem voor van gebrek aan uniformiteit indien neerslag dient plaats te vinden op voorwerpen met drie dimensies. PECVD wordt derhalve hoofdzakelijk toegepast bij neerslag op vlakke substraten. 



  Voor uniformiteit bij lage temperatuur en hoge neerslag wordt ook wel gebruik gemaakt van een zogeheten Distributed Electronic Cyclotronic Residence Reactor (DECR). DECRapparatuur is voor industriële toepassingen echter complex en kostbaar, terwijl ook de neerslagsnelheid nog te laag is voor dergelijke   industriële   toepassingen. 



   De onderhavige uitvinding betreft een werkwijze en inrichting, waarbij bij relatief lage temperatuur, aanzienlijk onder   800 oc,   op het voorwerp of op het materiaal lagen kunnen worden neergeslagen, terwijl een hoge neerslagsnelheid wordt bereikt, een excellente neerslaguniformiteit ook in drie dimensies wordt bereikt, de micro-structuur van de neergeslagen laag nauwkeurig kan worden gestuurd, en/of elektrisch geleidende lagen kunnen worden neergeslagen. 



   In het Amerikaans octrooischrift US-A-4388344 is een werkwijze en inrichting beschreven, waarbij het materiaal van een substraat wordt verwarmd door middel van inductie bij relatief lage frequentie en waarbij een elektrische stroom van relatief hoge frequentie wordt gebruikt voor het verder bewerken van het materiaal. Bij 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 deze bekende werkwijze en inrichting is ook de uniformiteit van de neergeslagen laag in het bijzonder voorbeeld 3 voor wat betreft drie dimensies, beperkt en is het ook moeilijk de microstructuur van een neergeslagen laag nauwkeurig te sturen. 



   Ook bij het Amerikaanse octrooischrift US-A- 4. 664. 746 en de Japanse octrooipublicatie JP-A-62188783 laten snelheid en neerslaguniformiteit te wensen over. 



   De onderhavige uitvinding beoogt bovengenoemde nadelen van de bekende werkwijze te ondervangen, en verschaft een werkwijze voor het bewerken van een substraat uit een bepaald materiaal, waarbij het materiaal wordt verwarmd door middel van inductie met een elektrische stroom van een relatief lage frequentie, waarbij een elektrische stroom van relatief hoge frequentie wordt gebruikt voor het verder bewerken van het materiaal, en waarbij een instelspanning wordt aangelegd aan het substraat. 



   Voorts verschaft de onderhavige uitvinding een inrichting voor het bewerken van een substraat, waarbij de inrichting omvat : - een reactorkamer met een buitenwand, die ten minste gedeeltelijk vervaardigd is uit niet-elektrisch geleidend materiaal ; - opstellingsmiddelen voor het opstellen van het substraat in de reactiekamer ; en - een elektrische geleider zowel voor het geleiden van een elektrische stroom van relatief lage frequentie voor inductieverwarming van het substraat als voor het geleiden van een elektrische stroom van relatief hoge frequentie voor het verder bewerken van het materiaal daarvan. 



   Door de enkele elektrische geleider die dient zowel voor het geleiden van de elektrische stroom voor relatief lage frequentie als voor het geleiden van de elektrische stroom van relatieve hoge frequentie, wordt een complexe en een veel minder complexe inrichting verkregen. 



   Volgen de oorspronkelijke stukken vanaf bladzijde 2 regel 15. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



   Op de elektromagnetische winding 2 is een eerste vermogensgenerator 6 van lage frequentie, dat wil zeggen met een frequentie kleiner of gelijk aan 10 kHz via twee filters 7 respectievelijk 8 aangesloten teneinde een inductieve verwarming van het voorwerp 0 via de winding 2 mogelijk te maken. Voorts is op de elektromagnetische winding een hoogfrequente bron of vermogensgenerator 9 voor het opwekken van een frequentie van 13, 56 MHz of hoger, waarbij de frequenties dienen voor het opwekken van een plasma als noodzakelijk voor PECVD-bewerking van het voorwerp 0. De laagfrequente vermogensgenerator 6 kan bijvoorbeeld een vermogen leveren van ongeveer 20 kWatt terwijl de hoogfrequente vermogensgenerator bijvoorbeeld een instelbaar vermogen van ongeveer 5kWatt kan leveren.

   Het voorwerp 0 is aangesloten op een vermogensinstelgenerator 13 voor hoge frequentie, zodat geschikte werking voor de nauwkeurige besturing van ionenergie die op het oppervlak van het voorwerp invalt, kan optreden. De instelgenerator 13 kan in fase vergrendeld zijn met de hoogfrequente generator 9. 



   Een eerste voorgesteld voorbeeld van een werkwijze volgens de onderhavige uitvinding betreft het neerslaan van een kubische boron nitride film op een geleidend voorwerp, waartoe een gasmengsel uit N2 met een stroomsnelheid van 90 sccm (standard cubic centimetre per minute), uit H2 met een stroomsnelheid van 10 sccm, en uit WF6 met een stroomsnelheid van 5 sccm in de reactorkamer 1 wordt gebracht bij een druk van 800 Pascal met een radiofrequent regelbaar vermogen bij 13, 56 MHz dat door de generator 9 wordt geleverd, van ongeveer 100 Watt waardoor een vermogensdichtheid bij het voorwerp gerealiseerd wordt van 500 mW/cm2. De instelbron 13 is vereist voor bij het besturen instelspanning op het voorwerp te verschaffen, bijvoorbeeld een aantal honderden Volts.

   Met behulp van de laagfrequente vermogensgenerator 6 dient het voorwerp 0 in een temperatuurgebied van   200-500OC   te worden gehouden, waartoe in de reactorkamer een (niet getoonde) 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 temperatuursensor is opgenomen die is gekoppeld met een (niet getoonde) besturing voor het vermogen van de laagfrequente generator 6. 



   Een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding betreft het neerslaan van diamant-achtige bekleding op een elektrisch geleidend voorwerp met een totale gasstroom van 80 sccm, hoofdzakelijk uit   H,   waarin 7 mol. % CO en 2, 2 mol. % 02 is opgenomen, bij een druk van 250 Pascal. De hoogfrequente vermogensgenerator 9 levert bij dit proces bij een microgolffrequentie van 2, 45 GHz een (regelbaar) vermogen van 80 Watt. De instelvermogensgenerator 13 wordt gebruikt voor het verschaffen van instelspanning voor het voorwerp. 



  Bij voorkeur wordt de temperatuur bij dit proces in het gebied van   400-750OC   gehouden, door de nauwkeurige inductieve verwarming die wordt verzekerd door de laagfrequente vermogensgenerator 6. Bij deze uitvoeringsvorm wordt een van inductieve koppeling gebruikmakende reactor verschaft, waarbij de spanningen over het plasma laag zijn en bij gevolg de ionen lage energie hebben. 



   De laagfrequente inductie wordt niet, maar in ieder geval in geringe mate beinvloedt door het aanwezige plasma. De opgewekte hoogfrequente energie wordt, althans vrijwel volledig, geabsorbeerd door het plasma dat daaruit resulteert. 



   De bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding verschaffen een groot aantal voordelen waarvan een aantal belangrijke de volgende zijn : - de dichtheid van de plasma kan hoog zijn, bijvoorbeeld tot aan 1012 deeltjes per   cm' ;   - het drukgebied waarin gewerkt wordt kan zeer uitgestrekt zijn, bijvoorbeeld van   104   tot   ITorr ;   - er wordt een hoge mate van driedimensionale homogeniteit in het plasma bereikt ; - het voorwerp of het substraat kan voorzien worden van een onafhankelijke instelspanning hetgeen de sturing van de microstructuur van de neergeslagen laag mogelijk maakt ; 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 - door het variëren van de frequenties kan gemakkelijk schaalvergroting of vergroting van de neerslagsnelheid bereikt worden ;

   - sputtering van de wand wordt voorkomen vanwege de uiterst lage ionenenergie hetgeen een schone technologie verzekert ; - het rendement van de verwarming kan groot zijn, daar weinig energieverlies voor de verwarming optreedt ; - de verwarming kan snel plaatsvinden daar het voorwerp direct wordt verwarmd door zogenoemde eddy stromen zonder dat daarbij een grote mate van thermische traagheid optreedt ; - de temperatuurregeling van het voorwerp of het substraat kan gemakkelijk en nauwkeurig plaatsvinden ; - neerslag op de wand wordt vermeden, daar deze koud blijft en elektrische kortsluiting of afscherming van hoogfrequent vermogen wordt voorkomen ; - de opbouw van de inrichting kan compact worden gehouden, terwijl veel instelparameters zoals de verschillende frequenties en temperaturen mogelijk zijn ;

   - naar verwachting zullen de kosten voor aanschaf laag kunnen zijn, het onderhoud gemakkelijk, de bediening uitblinken door een hoge mate van eenvoud en weinig storingsgevoelig zijn. 



   De gevraagde rechten worden geenszins beperkt door de hiervoor beschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan ; de gevraagde rechten worden allereerst bepaald door de strekking van de navolgende conclusies. In dat verband wordt in het bijzonder opgemerkt dat een niet-beperkend bedoelde variatie ten opzichte van de uitvoeringsvormen betreft het met afzonderlijke spoelwikkelingen laten plaatsvinden van de overdracht van laagfrequent respectievelijk hoogfrequent elektromagnetisch vermogen, alsmede dat ook andere bewerkingen dan PECVD met de inrichting en werkwijze volgens de onderhavige uitvinding mogelijk zijn. 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 



   Bijvoorbeeld zijn er een aantal veelbelovende metallurgische toepassingen, waarbij de multifrequente inductie kan worden toegepast om procesresultaten te verkrijgen buiten bereik van andere middelen.

Claims

CONCLUSIES 1. Werkwijze voor het bewerken van een substraat uit een bepaald materiaal, waarbij het materiaal wordt verwarmd door middel van inductie met een elektrische stroom van een relatief lage frequentie, waarbij een elektrische stroom van relatief hoge frequentie wordt gebruikt voor het verder bewerken van het materiaal, en waarbij een instelspanning wordt aangelegd aan het substraat.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de relatief hoge frequentie in staat is voor opwekking van een plasma uit aangevoerd gas zorg te dragen, en waarbij de bewerking PECVD is.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij het voorwerp een elektrisch geleidend voorwerp, bijvoorbeeld uit metaal is.
4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij EMI7.1 een gasmengsel uit N2 nabij het voorwerp wordt gebracht.
5. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij een gasmengsel omvattende H2'CO en 02 in de reactor wordt gebracht.
6. Inrichting voor het bewerken van een substraat, waarbij de inrichting omvat : - een reactorkamer met een buitenwand, die ten minste gedeeltelijk vervaardigd is uit niet-elektrisch geleidend materiaal ; - opstellingsmiddelen voor het opstellen van het substraat in de reactiekamer ; en - een elektrische geleider zowel voor het geleiden van een elektrische stroom van relatief lage frequentie voor inductieverwarming van het substraat als voor het geleiden van een elektrische stroom van relatief hoge frequentie voor het verder bewerken van het materiaal daarvan. <Desc/Clms Page number 8>
7. Inrichting volgens conclusie 6, waarbij de reactorkamer voorzien is van een of meer gasinvoeren en een of meer gasuitvoeren.
8. Inrichting volgens conclusie 6 of 7 waarbij stroken uit elektrisch geleidend materiaal in of op de buitenwand zijn aangebracht.
9. Inrichting volgens een van de conclusies 6,7 of 8, voorzien van een generator voor een instelspanning voor het aanleggen daarvan aan het in de reactiekamer op te stellen voorwerp.