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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf Plasmaablagerung
von Substanzen und insbesondere auf Plasmaablagerung auf einem Substrat
aus Filmmaterial, wie synthetische Diamanten, unter Verwendung einer
Plasmastrahltechnik.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Techniken zur Ablagerung von Substanzen, wie
Schichten aus Halbleitermaterial, unter Verwendung eines Plasmas,
das zu einem Strahl geformt wird; sind gut bekannt. Beispielsweise
beschreiben meine US-Patente 4,471,003 und 4,487,162 eine Lichtbogenplasmastrahl-Ablagerungseinrichtung,
bei welcher ein Plasma zur Ablagerung auf Halbleitern und anderen
Materialien benutzt wird. Ionen und Elektronen erhält man durch
Injizieren einer geeigneten Verbindung, wie einer Siliziumverbindung,
in einen Lichtbogenbereich, und unter Verwendung von Magnetfeldern
wird ein Strahl gebildet, um das Plasma zu beschleunigen und zu
fokussieren. Kürzlich
ist eine Einrichtung dieser Art benutzt worden, um synthetische
Diamanten abzulagern. Überragende
physikalische und chemische Eigenschaften machen Diamanten erstrebenswert
für viele
mechanische, thermische, optische und elektronische Anwendungen, und
die Möglichkeit,
synthetische Diamanten mit einem Plasmastrahl abzulagern, ist sehr
vielversprechend, insbesondere, wenn die Plasmastrahltechniken für diesen
und andere Zwecke verbessert werden können.
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Bei den Plasmastrahlablagerungstechniken gibt
es verschiedene Faktoren, welche die praktische Größe des Ablagerungsbereiches
begrenzen, der in einem bestimmten Augenblick auf einem Substrat betroffen
ist. Benutzt man beispielsweise einen Lichtbogen zur Erzeugung einer
erhitzten Gasmischung in einem Lichtbogenplasmastrahl-Ablagerungssystem, dann
kann der austretende Strahl durch eine Anzahl von Faktoren begrenzt
sein. Aus praktischen. Gründen
ist die Öffnung
aus der Lichtbogenkammer von begrenzter Fläche. Wenn das Gas sich mit
Ultraschallgeschwindigkeit ausdehnt, dann wird die Austrittsfläche der
Düse durch
die Pumpgeschwindigkeit des Vakuumpumpensystems bestimmt, so dass
die Leistungsfähigkeit
der Vakuumpumpe in dieser Hinsicht ein begrenzender Faktor ist.
Die Ausdehnung des Gases mit Ultraschallgeschwindigkeit kann eine Hitzeübertragung
auf die Düsenwände bewirken
und die Gasenthalpie erheblich reduzieren. Auch kann die Dichtezahl
(number density) von Hauptbestandteilen in der Strömung durch
Volumenreaktionen beeinträchtigt
werden. Ferner kann eine übermäßige Ausdehnung
des Strahls den wirtschaftlichen Wirkungsgrad verringern, weil die
Diamantenausbeute von der Kohlenstoffauftreffrate oder der Leistungsdichte
abhängt.
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Bei zahllosen kommerziellen Anwendungen ist
es erwünscht,
oder kann es erwünscht
sein, Diamantenfilme relativ großer Abmessungen zu haben. Da
unter anderem aus den oben angeführten
Gründen
der Querschnitt des Plasmastroms bei praktischen Anwendungen im
Allgemeinen begrenzt ist, kann die Fläche, auf welcher ein Diamantfilm
abgelagert werden soll, viele Male größer sein als der Ablagerungsstrahl.
Das bedeutet, dass der Strahl und das Targetsubstrat während des
Abhagerungsprozesses gegeneinander bewegt werden müssen, und
dies gibt Anlass für
eine Reihe von Problemen. Der Film hat einen Temperaturgradienten,
der mit der Leistungsdichte des auftreffenden Strahls zusammenhängt, und
der Film neigt dazu, einen thermischen Zyklus aufzuweisen, wenn
sich das Substrat gegenüber
dem Strahl bewegt. Die Temperaturgradienten und/oder der thermische
Zyklus neigen dazu, den Diamantfilm zu beanspruchen und können zur
Folge haben, dass er bricht oder vom Substrat abblättert. Selbst
wenn der Film auf dem Substrat intakt bleibt, kann er innere Beanspruchungsfehler
enthalten, welche ihn für
den beabsichtigten Zweck unbrauchbar machen können.
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Zu den Aufgaben der Erfindung gehört es, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche den oben beschriebenen
Beschränkungen
und Problemen des Standes der Technik unterliegen, aber die Erzeugung
relativ großflächiger Filme,
wie etwa Diamantfilme, mit verbesserten Eigenschaften und verbessertem
Produktionswirkungsgrad ermöglichen.
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Wenn ein aufgeheizter Plasmastrahl
auf ein Substrat auftrifft, dann wird ein erheblicher Anteil des Plasmastrahls
um das Substrat herum kanalisiert, ohne mit der Substratoberfläche in Kontakt
zu kommen. Die Energie, welche bei der Behandlung des beilaufenden
Teils des Flusses in die benötigte
Spezies des Plasmas (z. B. im Falle einer Diamantablagerung Kohlenstoffmoleküle, Radikale
und atomarer Wasserstoff) investiert wird, führt zu keiner effektiven Ablagerung,
und dies erhöht
die Prozesskosten erheblich. Uneffektive Ablagerung vergrößert auch
die erforderliche Zeit, um eine gewünschte Schichtdicke zu erhalten,
und kann dementsprechend den Vorrat des zuzuführenden Materials verschwenden.
Ein Recyceln des Vorratsmaterials (insbesondere Wasserstoff) ist
zwar möglich,
aber wiederum mit Kosten verbunden.
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Zu den weiteren Zielen der Erfindung
gehört die
Verbesserung der Effizienz der Plasmastrahlablagerung von Substanzen.
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In der US-A-4,292,342 ist ein Verfahren
beschrieben, bei welchem polykristallines Silizium auf der Innenfläche eines
geformten Behälters
abgelagert wird. Das Silizium wird durch Reaktion von Wasserstoff
mit einem Silizium enthaltenden Gas in Anwesenheit eines Hochdruckplasmas
abgelagert. Der Siliziumkörper
wird von dem geformten Behälter durch
eine Scherbeanspruchung infolge thermischer Ausdehnung getrennt.
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Die JP-A-59043861 veranschaulicht
eine Vorrichtung zur Niederschlagung chemischer Dämpfe, die
einen gleichförmig
beschichtbaren Bereich erweitert und verbesserte Bearbeitungsmöglichkeiten ergibt,
indem Substrate bezüglich
des Stromes reagierenden Gases in einer Reaktionskammer jalousieartig
gehalten werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die Erfindung ist auf ein Verfahren
zur Ablagerung einer Substanz, wie etwa synthetischem Diamant gerichtet,
wie es im Anspruch 1 definiert ist. Es wird ein Plasmastrahl erzeugt,
welcher die Bestandteile der abzulagernden Substanz enthält. [Der
hier benutzte Ausdruck "Strahl" soll allgemein Ausdrücke wie
Beam und Jet umfassen.] Bei einer Form der Erfindung wird ein Substrat
vorgesehen, das mit einer Oberfläche
(d. h. mit mindestens einer Oberfläche) im Weg des Strahles liegt,
wobei die Fläche
dieser Oberfläche
wesentlich größer als
die Querschnittsfläche
des auf die Oberfläche
auftreffenden Strahls ist. Beim Ablagern der Substanz auf der Oberfläche erfolgt
zwischen dem Substrat und dem Strahl Bewegung (also Bewegung in
einem Muster, welches sich im Wesentlichen wiederholt). Das Substrat,
der Strahl oder beide können
bewegt werden. Eine bevorzugte Technik ist ein Rotieren des Substrats
bei nicht konzentrisch auftreffendem Strahl. Das Substrat kann um
einen wesentlichen Winkel (mindestens 10°) bezüglich der senkrecht zur Strahlrichtung
verlaufenden Ebene gekippt werden, und der Schritt der wiederholten
Bewegung des Substrats bezüglich
des Stahls kann eine Vor- und Zurückbewegung des Substrats mit
einer Bewegungskomponente senkrecht zur Strahlrichtung umfassen.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung
wird die Temperaturänderung
eines Substrats und einer auf diesem abgelagerten Substanz gesteuert,
und zwar sowohl zeitlich wie auch räumlich, indem das Substrat
und der Ablagerungsstrahl mit Bezug aufeinander mit einer Rate bewegt
werden, die dazu führt,
dass nicht mehr als eine bestimmte maximale Temperaturänderung
für bestimmte
Betriebsbedingungen auftritt.
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Lässt
man das Substrat rotieren, dann ist im Allgemeinen eine Rotationsgeschwindigkeit
von mindestens etwa 500 UPM zu bevorzugen, wobei in den meisten
Fällen
wesentlich höhere
Drehzahlen von einigen Tausend UPM zu empfehlen sind. Wie nachfolgend
beschrieben wird, gehen Faktoren wie die Strahlenergie, Strahl- und Substratbedeckungsgeometrien
und die Eigenschaften des Substratmaterials sämtlich in die Berechnung der
Geschwindigkeit (Relativgeschwindigkeit zwischen Substrat und Strahl) ein,
welche erforderlich ist, um Temperaturschwankungen unter Kontrolle
zu halten. Durch Auswahl von Substratmaterialien mit vorteilhaften
Eigenschaften, insbesondere Dichte und thermodynamische Eigenschaften,
ergibt sich eine Reduzierung der Geschwindigkeit, welche erforderlich
ist, um bestimmte Temperaturabweichungsgrenzen einzuhalten. Kupfer,
Wolfram, Molybden, Wolframkarbid und Molybdenkarbid haben relativ
günstige
Eigenschaften. Andere Gesichtspunkte, welche in Betracht gezogen werden
sollten, beziehen sich auf die Kompatibilität mit der abzulagernden Substanz
einschließlich
des Haftens der Substanz auf dem Substrat und dem Verhältnis der
Ausdehnungskoeffizienten.
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Gemäß der Erfindung werden Gruppen
von Substraten bezüglich
des Plasmas in einer Weise angeordnet, welche ebenfalls eine effiziente
Ablagerung erlaubt. Der Anmelder hat herausgefunden, dass es außer einer
Erhöhung
des Anteils des Plasmastrahlvolumens, welche die Substratoberfläche(n) berührt, vorteilhaft
ist, für
eine wirksame Abführung "verbrauchten Fluids" (d. h. der verbleibenden
Anteile, meistens Gase, einer Elementmenge des Plasmas, die ihre
gewünschte
Substanz auf dem Plasma abgelagert hat) vom Substrat zu sorgen,
so dass frisches Plasma, welches die aktive Substanz enthält, leicht
und kontinuierlich mit der Substratoberfläche in Berührung kommt.
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Bei einer Ausbildung einer Form der
Erfindung sind im Substrat Rillen, Öffnungen oder beides vorgesehen,
die dazu dienen, verbrauchtes Fluid des Plasmastrahls von der Ablagerungsoberfläche des Substrats
abzuführen,
um eine effizientere Ablagerung der aktiven Substanz des Plasmas
auf dem Substrat zu erlauben.
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Gemäß der Erfindung ist eine Mehrzahl
von Substraten vorgesehen, deren Oberflächen allgemein entlang der
Einhüllenden
des Strahls angeordnet sind, so dass Bestandteile (oder aktive Substanzen)
in dem Umfangsbereich des Strahles auf die Oberflächen aufgebracht
werden. Der Plasmastrahl kann in eine Mehrzahl von Strahlabschnitten
aufgeteilt werden, und Substrate werden mit ihren Oberflächen längs den
Einhüllenden
der Strahlabschnitte angeordnet. Bei in Strahlausbreitungsrichtung
fortschreitenden Positionen können
die Oberflächen
der Substrate nach und nach kleinere radiale Entfernungen von der
Achse des Strahls einnehmen. Auf diese Weise umhüllen die Substrate weiterhin
näherungsweise
den Umfang eines verbleibenden kleineren Strahls, wenn dieser [durch
Ablagerung und durch Absaugen verbrauchter Fluide durch Öffnungen
in den Substraten oder zwischen den Substraten] verbraucht wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen noch deutlicher.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Diagramm, teilweise in schematischer Form, einer Vorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, die benutzt werden kann, um ein nichterfindungsgemäßes Prinzip
auszuführen,
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2 zeigt
eine teilweise gebrochene Darstellung eines Teils der Vorrichtung
nach 1 gemäß einer
anderen Ausführung,
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3 zeigt
die Strahlauftrefffläche
der Anordnung nach 2,
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4 zeigt
eine teilweise schematische Darstellung einer Vorrichtung, die benutzt
werden kann, um ein anderes nichterfindungsgemäßes Prinzip auszuführen,
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5 zeigt
eine Veranschaulichung des Gestells der Vorrichtung nach 4,
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6 zeigt
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
eines Substrats gemäß einer
nichterfinderischen Form,
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7 zeigt
eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Substrats
gemäß einer
nichterfinderischen Form,
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8 zeigt
eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Substrats
gemäß einer
nichterfinderischen Form,
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9 zeigt
einen Querschnitt einer Substratanordnung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung,
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10 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Teils der Substratanordnung
nach 9,
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11 zeigt
einen Querschnitt einer Substratanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform
der Erfindung,
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12 zeigt
einen Querschnitt einer Substratanordnung gemäß einer weiteren nichterfinderischen
Ausführungsform,
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13 zeigt
eine Untenansicht auf die Substratanordnung nach 12.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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In 1 ist
eine Ausführungsform
einer Vorrichtung gezeigt, die nicht die Erfindung darstellt, aber
benutzt werden kann, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Eine
Ablagerungskammer 100 befindet sich im unteren Teil eines
Plasmastrahlablagerungssystems 200, das von einer oder mehreren
nicht dargestellten Vakuumpumpsystemen evakuiert wird.
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Das System 200 befindet
sich in einem Vakuumgehäuse 211 und
enthält
einen Lichtbogenbildungsabschnitt 215 mit einer zylindri schen
Anode 291, einer stabförmigen
Kathode 292 und einem neben der Kathode angeordneten Injektor 295,
der ein injiziertes Fluid über
die Kathode strömen
lässt.
Bei der dargestellten Ausführungsform
kann das Eingangsfluid beispielsweise eine Mischung aus Wasserstoff
und Methan sein. Das Methan könnte
alternativ auch stromabwärts
eingeführt
werden. Die Anode 291 und die Kathode 292 werden
aus einer (nicht dargestellten) Quelle elektrischer Spannung gespeist,
beispielsweise mit einer Gleichspannung. Zylindrische Magnete 217 dienen
der Beschleunigung und Fokussierung des im Lichtbogenbildungsabschnitt
erzeugten Plasmas. Die Magnete halten das Plasma innerhalb einer
engen Säule,
bis es den Ablagerungsbereich erreicht. Eine Düse 115 kann innerhalb
Grenzen zur Bestimmung der Strahlgröße benutzt werden. Innerhalb
der Magnete befinden sich Kühlspulen 234,
welche das fokussierte Plasma umgeben und in welchen flüssiger Stickstoff
zirkulieren kann.
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Bei einem Betriebsbeispiel wird dem
Injektor 295 eine Mischung aus Wasserstoff und Methan zugeführt, und
vor dem Lichtbogenbildungsabschnitt erhält man ein Plasma, was in Richtung
auf den Ablagerungsbereich fokussiert wird. Wie im Stande der Technik
bekannt ist, kann man aus dem beschriebenen Plasma synthetischen
polykristallinen Diamant gewinnen, wenn der Kohlenstoff im Methan
selektiv als Diamant abgelagert wird, und das sich bildende Graphit
wird durch Kombination mit dem Wasserstoffgas verbraucht. Zur weiteren
Erläuterung
von Plasmastrahl-Ablagerungssystemen sei auf die US-Patentschrift
Nr. 4,471,003 und 4,487,162 verwiesen. Es versteht sich, dass auch
andere geeignete Typen von Plasmastrahl-Ablagerungsvorrichtungen
in Verbindung mit den Merkmalen der zu beschreibenden Erfindung
benutzt werden können.
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Die Ablagerungskammer 100 enthält einen Substrathalter 120,
der auf einer Welle 140 montiert ist. Der Halter 120 hat
eine Grundplatte 121, auf welcher ein Radiator 123 oder
eine andere geeig nete Vorrichtung montiert werden kann, falls dies
notwendig oder erwünscht
ist. Auf dem Halter 120 ist ein Substrat 150 montiert,
etwa mit (nicht dargestellten) Halteschrauben. [Unter dem hier benutzten
Ausdruck "Substrat" soll ein Gegenstand
mit mindestens einer Oberfläche
verstanden werden, auf welcher eine Substanz abzulagern ist. Es
versteht sich, dass ein Substrat eine abgelagerte Schicht auch nur
zeitweise halten kann, die später
wieder vom Substrat abgenommen werden soll. Ein Substrat kann auch
ein Gegenstand sein, auf welchem die abgelagerte Oberfläche dauernd
festsitzen soll; beispielsweise kann das Substrat die Basis für eine Verschleißoberfläche aus abgelagertem
synthetischen Diamant sein, um schließlich als Werkzeug zu dienen.]
Die Welle 140, welche nichtkonzentrisch zum Strahl verläuft, ragt durch
eine vakuumdichte Durchführung 160 zu
einem Motor 170, welcher die Welle 140, den Halter 120 und
das Substrat 150 während
des Ablagerungsprozesses mit einer gewünschten Drehzahl rotieren lässt. Alternativ
kann der Motor auch innerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein.
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Für
bestimmte Anwendungen kann das Substrat unter einem erheblichen
Winkel gegen die senkrecht zur Strahlrichtung verlaufende Ebene
geneigt sein. Diese ist in 2 gezeigt,
bei welcher das Substrat 150 einen nennenswerten Winkel
bezüglich
des Strahles 225 einnimmt. [Sowohl das Substrat als auch
der Strahl können
geneigt werden.] Bei diesem Beispiel ist die Ebene des Halters 120 (und
die entsprechende Ebene des Substrats 150) um einen Winkel
von etwa 45° gegen
die Ebene (durch die gestrichelte Linie 295 veranschaulicht)
geneigt, die senkrecht zur Richtung des Strahls 225 verläuft. Wie 3 zeigt, ist der Durchmesser
des Strahlauftreffbereichs auf dem Substrat die Quadratwurzel aus dem
zweifachen Strahldurchmesser. Eine hin und her gehende Bewegung
(sieh Doppelpfeil 281) kann der Welle 140 durch
einen Hin- und Herbewegungsmotor 287 erteilt werden, um
eine sich wiederholende Bedeckung des Substrats zu erreichen. Gewünschtenfalls
kann dies in Verbindung mit der der Welle erteilten Dreh bewegung
erfolgen. Weil jedoch eine solche Kombination von Bewegungen relativ
schwierig zu realisieren sein kann, kann eine Bewegungskomponente
in den Plasmastrahl eingebracht werden, etwa durch Einführung kontrollierter
dynamischer Instabilitäten
des Gases.
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Es sei der Fall eines allgemein zylindrischen Strahles
mit einem allgemein kreisförmigen
Auftreffpunkt auf dem Substrat betrachtet, das sich mit einer Geschwindigkeit
V bewegt. Der Strahl bewirkt, dass sich die Auftreffpunkttemperatur
bezüglich
des Substrats ändert
um ΔT = qr/K(πB)1/2 (1)wobei B = ρVcPr/Kist und
q = Wärmefluss
r
= Radius der Quelle (Strahl)
K = Thermische Leitfähigkeit
des Materials
ρ =
Dichte des Materials
cP = Spezifische
Wärme des
Materials
V = lineare Bewegung der Wärmequelle
sind.
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Für
einen speziellen Wärmefluss
und Strahlgeometrie neigt ΔT
zum Abnehmen, wenn B wächst. B
wird seinerseits mit zunehmender Geschwindigkeit wachsen. B hängt auch
von der Dichte und den thermodynamischen Eigenschaften des Substratmaterials
ab. Eine Auswahl von Substratmaterialien mit günstigen Eigenschaften (welches
also dazu neigt, B zu erhöhen)
führt zu
einer Reduzierung der Geschwindigkeit, welche benötigt wird,
um bestimmte Temperaturabweichungsgrenzen einzuhalten. Kupfer, Wolfram,
Molybden, Wolframkarbid und Molybdenkarbid haben relativ gute Eigenschaften
für diesen
Zweck. Andere Eigenschaften, die in Betracht ge zogen werden sollten,
beziehen sich auf die Kompatibilität der abgelagerten Substanzen,
unter anderem die Haftung der Substanz auf dem Substrat und die
relativen Ausdehnungskoeffizienten. Bei einem gegebenen Material
kann die zur Begrenzung eines bestimmten maximalen Anwachsens der
Temperatur erforderliche Geschwindigkeit aus der Beziehung (1) empirisch
oder auf andere geeignete Weise bestimmt werden.
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Es sei nun 4 betrachtet, die eine Ausführung einer
Vorrichtung zeigt, die zwar hier nicht die Erfindung bildet, aber
zur Durchführung
eines Verfahrens gemäß der Erfindung
benutzt werden kann. Das Ablagerungssystem 200 ist allgemein ähnlich dem
wie in 1, und gleiche
Bezugsziffern stellen gleiche oder ähnliche Elemente dar.
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Bei der Anordnung nach 4 enthält die Ablagerungskammer 100 einen
Substrathalter in Form eines offenen Zylindergestells 420 mit
Beinen 421 und einer ringförmigen Grundplatte 422,
an welcher ein Substrat befestigt werden kann (siehe auch 5). Eine (nicht dargestellte)
Temperaturregelvorrichtung oder eine andere geeignete Vorrichtung kann
auf der Grundplatte montiert sein, falls dies erforderlich oder
gewünscht
ist. Auf dem Halter 420 ist ein Substrat 460,
beispielsweise mit (nicht dargestellten) Halteschrauben befestigt.
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6 zeigt
eine Ausführungsform
eines Substrats 160 mit einer Ablagerungsoberfläche 165, die
allgemein flach ist und ein Muster von Rillen 168 hat,
welche in dieser Darstellung ein zweidimensionales Gittermuster
bilden. Die Rillen haben vorzugsweise eine glatte trogförmige Kontur,
obgleich auch irgendwelche anderen geeigneten Konturen, beispielsweise
dreieckig, benutzt werden können.
Die Rillen verlaufen allgemein quer über das Substrat und zu den
Kanten von dessen Oberfläche.
Die bevorzugte Tiefe der Rillen kann von der Substratgröße und den
Betriebsbedingungen abhängen.
Eine vorgeschlagene minimale Tiefe liegt bei etwa 2 mm. Im Betrieb
erleichtern die Rillen die Ablagerungen mittels eines Plasmastrahls.
Wenn die aktiven Bestandteile im Plasma auf der Substratoberfläche abgelagert
sind, dann lässt
sich das verbrauchte Fluid leichter aus dem Ablagerungsbereich entfernen,
indem es durch die Rillen zu den Kanten des Substrats geführt wird.
Die Rillen dienen auch zur Unterteilung der Substratfläche in relativ
kleinere individuelle Bereiche. Bei einigen Anwendungen ist dies
von Vorteil, wenn man Ablagerungsfilme erhalten will, die weniger
leicht brechen oder Risse bilden als größerflächige Filme.
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7 zeigt
ein Substrat mit einem Rillenmuster wie bei 6, wobei jedoch mehrere Öffnungen 170 durch
das Substrat verlaufen. Bei diesem Beispiel liegen die Öffnungen
an Rillenschnittpunkten. Verbrauchtes Fluid wird zu den Öffnungen
sowie den Kanten des Substrats abgeführt. Die Öffnungen können auch dazu dienen, Druckbedingungen über die
Substratoberfläche
gleichmäßig zu machen,
um eine gleichförmigere
Ablagerung zu erreichen. Es versteht sich, dass eine oder mehrere Öffnungen,
je nach Wunsch mit oder ohne Rillen, vorgesehen werden können. Bei
diesen sowie anderen Ausführungsformen
kann die Substratoberfläche
auch gekrümmt sein.
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8 zeigt
ein weiteres Beispiel einer Substratkonfiguration mit Rillen und Öffnungen.
Diese Ausführung
hat radiale Rillen 188, kreisförmige Rillen 192,
welche die radialen Rillen schneiden, und Öffnungen 195 an den
Schnittpunkten. Es versteht sich, dass auch andere Öffnungen
und/oder weitere Öffnungen
vorgesehen werden können,
die sich nicht in den Rillen oder nicht an den Rillenschnittpunkten
befinden.
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9 zeigt
eine Substratanordnung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
(siehe auch 10) enthält die Anordnung
in der Ablagerungskammer 100 eine Anzahl von Substraten,
deren Oberflächen
im Wesentlichen parallel zur Strahlrichtung verlaufen. Die Substratoberflächen an
fortschreitenden Positionen in Strahlausbreitungsrichtung (d. h.
mit zunehmender Entfernung von der Plasmastrahlquelle) haben zunehmend kleinere
radiale Abstände
von der Strahlachse. Speziell zeigt die Ausführungsform nach 9 vier Gruppen von Substraten 610, 620, 630 und 640 in
vier in Strahllaufrichtung gesehen zunehmend kleineren radialen
Abständen
von der Strahlachse. Bei der veranschaulichten Ausführungsform
hat jede Gruppe von Substratoberflächen einen hexagonalen Querschnitt (zwei
Substrate jeder Gruppe sind in 9 gezeigt), und
in 10 ist eine perspektivische
Ansicht zweier benachbarter Gruppen (z. B. 630, 640)
gezeigt. Es versteht sich, dass auch andere Anordnungen benutzt
werden können,
beispielsweise könnten
die Gruppenquerschnitte dreieckig, rechteckig, fünfeckig, achteckig usw. sein.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform
sind die Gruppen von Substraten mit Klammern 631, 641 und
Bolzen 632, 642 zusammengehalten. Vorzugsweise
trägt die
Berührung
zwischen den Substraten und den Klammern dazu bei, die Gruppe im
Wesentlichen auf der gleichen Temperatur zu halten. Zwischen den
Substratgruppen befinden sich Öffnungen 605,
durch welche verbrauchtes Fluid zum Vakuumpumpensystem abziehen
kann. Man kann Klammern wie 655 zwischen den jeweiligen
Gruppen sowie andere (nicht gezeigte) Tragstrukturen einschließlich eines
Gestells der in 5 gezeigten
Art benutzen, um die Substratanordnung in der Ablagerungskammer
zu haltern oder die Anordnung oder Teile von ihr in. der Kammer
zu befestigen.
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Die in 11 gezeigte
Ausführungsform gleicht
derjenigen nach 10 und
hat ebenfalls. koaxiale Gruppen von Substraten 670, 680, 690 mit Öffnungen
dazwischen wie vorher. Diese können
auch in hexagonaler oder anderen geeigneten Anordnungen vorgesehen
sein. Ein weiteres Substrat 675 ist quer zur Strahlrichtung
angeordnet und trägt
dazu bei, dem Strahl einen allgemein kreisförmigen Querschnitt zu geben,
wobei die Ablagerung zum größten Teil
auf den Innenflächen
der Substrate der Gruppen 610, 620,
630 und 640,
den Außenflächen der
Substrate der Gruppen 670, 680 und 690 und
der Oberseite des Substrats 675 erfolgt. Gewünschtenfalls
kann das Substrat 675 weggelassen werden, wobei dann eine
koaxiale Strömung
um die Substratgruppen 670, 680 und 690 erfolgt
und die Ablagerung sowohl auf den Innen- als auch den Außenflächen der
Substrate dieser Gruppen erfolgt. Bei dieser und anderen Ausführungsformen
können
die Tragstrukturen Typen der in den 5 und 10 gezeigten Art oder irgendwelche
anderen Typen sein.
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12 zeigt
eine Konfiguration von Substraten, welche nicht die Erfindung realisiert
und wobei ein Plasmastrahl in Form eines sich radial ausbreitenden
Strahles gebildet wird, der allgemein von Substratoberflächen eingehüllt ist.
Bei der in 12 gezeigten
Ausführung
trifft der die Düse 115 verlassende
Strahl auf ein T, welches durch Kreisringe der Substrate gebildet
wird. Der untere Satz 920 der Substratringe ist in 13 gezeigt und enthält Kreisringe 921, 922, 923 und 924.
Der Ring 921 hat eine Mittelöffnung, und zwischen den anderen
Ringen befinden sich Öffnungen 805.
Der obere Satz 960 von Substratringen enthält Kreisringe 961 (neben
der Düse 115)
und 962. Wiederum können
Klammern oder andere geeignete (nicht dargestellte) Tragelemente
verwendet werden.
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Es versteht sich, dass jegliche Substrate
in den Ausführungsformen
nach den 9 bis 13 Öffnungen und/oder Rillen haben
können,
wie sie im Zusammenhang mit den 5 bis 8 beschrieben sind. Auch
können
die Substrate oder Anordnungen von ihnen bezüglich des Strahls gekippt und/oder
bewegt werden, wie es im Zusammenhang mit den 1 bis 3 beschrieben
ist.